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Hochspannungs-Flüssigkeitsschalter in Säulenbauart Die Erfindung betrifft
einen Hochspannungs-Flüssigkeitsschalter in Säulenbauart mit am oberen Ende des
Schalters sitzender Löschkammer, bei dem der durch ein in den Schaltersockel eingebautes
Betätigungsgestänge in senkrechter Richtung verschiebbare Schaltstift in einer im
mittleren, mit Löschflüssigkeit ,efüllten Teil der Schaltersäule angeordneten Führung
geführt ist.
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Bei Hochspannungsschaltern dieser Art ist meist der gesamte unterhalb
der Löschkammer liegende freie Raum des Schalters mit Löschflüssigkeit, beispielsweise
öl, gefüllt, die auch die zur Führung des Schaltstiftes dienenden Elemente
umgibt.
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Durch die Reibung der Kontaktspitze des Schaltstiftes in dem als Kontakttulpe
ausgeführten Gegenkontakt entsteht Abrieb; die Ein- und Ausschaltlichtbögen führen
ferner zur Bildung von Schmelzpeerlen und Oxydteilchen. Die Metall- 7 und
Oxydteilchen sinken nun innerhalb der Löschflüssigkeit nach unten, wobei sie bei
den bekannten Ausführungen auch an die Führungselemente des Schaltstiftes gelangen
und hierdurch eine unerwünschte Reibung oder gar Störungen in der Funktion dieser
Teile hervorrufen.
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Bei einer älteren Ausführung eines Hochspannungs-Flüssigkeitsschalters
der eingangs erwähnten Art ist unterhalb der Löschkammer ein kammerartiger Bauteil
vorgesehen, der zur Führung des beweglichen Schaltstiftes dient; er enthält ferner
an seinem oberen Ende die mit dem Schaltstift in Kontaktberührung stehenden Gleitkontaktelemente,
die tulpenfönnig um den Schaltstift herum angeordnet sind.
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Da die genannten federnden Kontaktelemente notwendigerweise einen
gewissen Spielraum haben müssen, läßt sich bei dieser älteren Ausführung der die
Führungselemente für den Schaltstift enthaltende Kammerraum an seinem oberen Rand
nicht dicht abschließen. Auch bei diesem Hochspannungs-Flüssigkeitsschalter werden
sich somit nach einer gewissen Betriebszeit die durch die Berührung von Schmelzperlen
und Abtriebteilchen mit den Führungselementen des Schaltstiftes bedingten Störungen
einstellen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der
Mängel der bekannten Ausführungen einen Hochspannungs-Flüssigkeitsschalter zu entwickeln,
bei dem die den Schaltstift führenden Elemente wirksam gegen die innerhalb der Löschflüssigkeit
absinkenden Metall- und Oxydteilchen abgeschirmt sind.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im mittleren
Teil des Schalters eine langgestreckte Kammer vorgesehen ist, die an ihrem oberen
Ende durch einen nur mit einer engen Durchtrittsöffnung für den Schaltstift versehenen
Deckel abgeschlossen ist und die in ihrem Innern die den Schaltstift führenden und
zugleich als Gleitkontakte dienenden Bauteile aufnimmt und daß die oberhalb und
unterhalb der Kammer liegenden Räume des Schalters ausschließlich durch gegen den
Innenraum der Kammer abgeschlossene, vorzugsweise -über das untere Ende der Kammer
hinausführende Löschflüssigkeitskanäle verbunden sind.
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Da bei der erfindungsgemäßen Schalterausführung die zugleich als Führungselemente
und Gleitkontakte dienenden Bauteile im Innem der Kammer angeordnet sind, läßt sich
die Kammer an ihrem oberen Ende auf einfache Weise praktisch vollständig dicht abschließen.
Die Führung des Schaltstiftes ist damit wirksam gegen die sich in der Löschkammer
bildenden Metall- und Oxydteilchen geschützt, da diese Teile - wenn sie innerhalb
der Löschflüssigkeit nach unten sinken - auf den Deckel der Kammer treffen
und dann durch die gegen den Innenraum der Kammer abgeschlossenen Kanäle bis in
den Sockelraum des Schalters gelangen, auf dessen Boden sie sich absetzen können.
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Um das Eindringen störender Teilchen durch den engen Spalt zwischen
der zylindrischen Außenfläche des Schaltstiftes und seiner engen Durchtrittsöffnung
im Deckel der Kammer zu verhindern, erweist es sich als zweckmäßig, an der Oberseite
des Deckels einen die Durchtrittsöffnung für den Schaltstift umgebenden Wulst oder
Kragen vorzusehen, der diese Durchtrittsöffnung abschirmt.
Wenn
man die für den Umlauf der Löschflüssigkeit bestimmten Kanäle als nach innen gedrückte,
axiale Sicken der Kammerwand ausführt oder sie durch die Kammer hindurchführt und
sie symmetrisch zur Schaltstiftachse anordnet, können die dem Schaltstift zugewandten
Teile der Außenwandungen dieser Kanäle entweder unmittelbar als Gleitführungen für
den Schaltstift oder Führungsbahnen für als Wälzkörper ausgebildete Zwischenglieder
dienen, die sich einerseits auf diesen Führungsbahnen und anderseits auf der Mantelfläche
des Schaltstiftes abwälzen.
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Es erweist sich als zweckmäßig, die Wandungen der Kanäle für die Löschflüssigkeit
aus gut leitendem Metall (Kontaktmetall) herzustellen, um so die Führung des Schaltstiftes
gleichzeitig als mehrfachen Gleit- oder - bei Ausführung der Wälzkörper-Zwischenglieder
aus Kontaktmetall - Wälzkontakt auszunutzen, über den der Schaltstift mit
dem zweiten Anschluß des Schalters verbunden wird.
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Es ist bekannt, daß Hochspannungs-Löschkammerschalter - insbesondere
Löschkammerschalter mit Querstromlöschkammer - beim Abschalten hoher Stromstärken
den sich bildenden Lichtbogen verhältnismäßig schnell unterbrechen, während beim
Ab-
schalten kleiner Stromstärken der Lichtbogen verhältnismäßig lange Zeit
zwischen den Kontakten bestehenbleibt. Um eine einwandfreie Löschung solcher Lichtbögen
kleiner Stromstärke zu gewährleisten, wird dir, Ausschaltbewegung des Schaltstiftes
während des Schalthubes in der Weise gesteuert, daß der sich nach der Kontakttrennung
zunächst mit hoher Geschwindigkeit bewegende Schaltstift gegen Schluß des Schalthubes
abgebremst wird. Die Verringerung der Geschwindigkeit des Schaltstiftes gegen Ende
des Schalthubes soll eine sichere Löschung eines schwachen Lichtbogens in einem
besonderen zusätzlichen Teil der Löschkammer ermöglichen.
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Um eine kräftige Verzögerung der Bewegung des Schaltstiftes zu erreichen,
werden vielfach hydrau-Esche Bremsvorrichtungen benutzt, die während der zweiten
Hälfte der Aussehaltbewegung wirksam werden und den zunächst sehr stark beschleunigten
Schaltstift (sowie die mit ihm verbundenen Teile des Betätigungsgestänges) abbremsen.
Es ist auch nicht mehr neu, als hydraulische Bremsflüssigkeit die Löschflüssigkeit
des Schalters zu verwenden.
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Bei dem Hochspannungs-Flüssigkeitsschalter kann in Ausbildung der
Erfindung mit verhältnismäßig einfachen Mitteln eine solche hydraulische Bremsvorrichtung
geschaffen werden, wenn man die Wandung der zum Schutz der Führungsteile des Schaltstiftes
dienenden Kammer den feststehenden Teil einer hy-
draulischen Bremsvorrichtung
bilden läßt, die unter Verwendung der Löschflüssigkeit als hydraulisches Bremsmittel
die Bewegung des Schaltstiftes gegen Ende des Schalthubes bzw. vor Erreichen seiner
Endlage in der Ausschaltstellung abbremst. Zu diesem Zweck werden in der Kammer
- z. B. durch nach innen ragende Bunde - verengte Querschnitte vorgesehen,
während der Schaltstift mit einem diese Querschnitte fast ganz ausfüllenden Kolben
oder Bremsteller verbunden wird, der bei seinem Durchtreten durch die verengten
Querschnitte eine wirksame Bremsung der Schaltstiftbewegung herbeiführt.
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Weitere zweckmäßige, Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles eines Hochspannungs-Flüssigkeitsschalters;
es zeigt Fig. 1 einen schematisch dargestellten Axialschniti durch die wesentlichen
Teile des Schalters in seinei Ausschaltstellung, Fig. 2 einen Radialschnitt längs
der Linie II-II durch den Schalter gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine vergrößerte
Axialschnittdarstellung des mittleren Teiles des Schalters gemäß Fig.
1, die ein Winkelschnitt längs der Schnittlinie III-III der Fig. 2 ist.
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Der in rzig. 1 dargestellte Hochspannungs-Flüssigkeitsschalter
in Säulenbauart trägt auf seinem Sockelteil 1, der das Betätigungsgestänge
2 aufnimmt, einen unteren, zylindrisch ausgeführten Tragisolator 3, auf dem
das mittlere Anschlußstück 4 des Schalters befestigt ist. Auf dem mittleren Anschlußstück
4 ruht der obere, ebenfalls zylindrisch ausgeführte Tragisolator 5, in dessen
obere öffnung das Löschkammergehäuse 6 eingreift, auf dem der Auspufftopf
6a sitzt. In dem Löschkammergehäuse 6 ist die Kontakttulpe7 lösbar befestigt;
unterhalb dieser Kontakttulpe 7 befindet sich die zweiteilige Löschkammer
8, die als Querstromlöschkammer ausgeführt ist. Der untere Teil der Löschkammer
8, der mit geringerem Durchmesser ausgeführt ist als der obere Teil der Löschkammer
und winkelmäßig gegeneinander versetzte Querstromkanäle enthält, ist in eine durchgehende
Hülse 9 aus Isoliermaterial eingeschoben, die an ihrem oberen Ende dichtend
an der Innenseite des Kragens 10 des Löschkammergehäuses 6 und an
ihrem unteren Ende an einer zylindrischen Hülse 11
des Sockelteiles
1 anliegt. In dem mittleren Teil der Hülse 9 sitzt eine z. B. aus
Metall bestehende zylindrische Hülse 12 a, die eine Kammer 12 begrenzt, in
der die Führung 13 für den mit einer auswechselbaren Kontaktspitze14a versehenen
Schaltstift14 angeordnet ist.
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Die zylindrische Kammer 12 ist an ihrer Oberseite durch einen Deckel
15 abgeschlossen, der eine enge Durchtrittsöffnung 16 für den Schaltstift
14 aufweist.
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Der gesamte Innenraum des Schalters ist bis etwa zur Höhe des an der
linken Seite des Löschkammergehäuses 6 eingezeichneten PfeilesA mit Löschflüssigkeit,
beispielsweise öl, gefüllt.
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Die Löschflüssigkeit umgibt auch die Elemente der Führung
13 des Schaltstiftes und die innerhalb des Sockels 1 liegenden Teile
des Betätigungsgestänges 2.
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Die Löschflüssigkeitsräume oberhalb und unterhalb der zyhndrischen
Kammer 12 sind durch Löschflüssigkeitskanäle 17 (vgl. Fig. 2 und
3) miteinander verbunden, die beispielsweise als Außenkanäle, in die Wandung
(Hülse 12 a) der Kammer 12 eingedrückte Sicken oder gemäß der Zeichnung als symmetrisch
zur Achse des Schaltstiftes 14 in die Kammer 12 eingebaute Rohre 18 ausgeführt
sein können. Die Rohre 18 können aus dem unteren Ende der Kammer 12 mit Verlängerungen
19 um ein gewisses Stück herausragen.
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Zur Führung des Schaltstiftes 14 dienen paarweise angeordnete konische
Rollen 20 (vgl. Fig. 2 und 3),
die unter der Einwirkung von die Rollen gegeneinanderdrückenden
Federn 21 stehen und in einem gemeinsamen, axial beweglichen Rahmen 22 auf waagerechten
Achsen gelagert sind.
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Die konischen Rollen 20 wälzen sich bei einer Bewegung des Schaltstiftes
14 einerseits auf der Mantelfläche, des Schaltstiftes und anderseits auf demjenigen
Teil des Umfanges der Rohre 18 ab, der dem Schaltstift 14 zugewandt ist,
wobei sie sich zusammen mit
ihrem Rahmen 22 ebenfalls in axialer
Richtung auf und ab bewegen.
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Die konischen Rollen 20 bestehen aus gut leitendem Metall und bilden
Wälzkontaktzwischenglieder zwischen dem Schaltstift 14 und den Rohren
18; mit den Rohren 18 ist je ein Zapfen 23 verschweißt,
der eine elektrische Verbindung zwischen den Rohren 18
und dem mittleren Anschlußstück
4 des Schalters herstellt.
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Die sich beim Betrieb des Schalters vor allem im Bereich der Kontakttulpe
7 und in der Löschkammer 8 bildenden Metall- und Oxydteilchen sinken
zunächst in dem oberhalb der Kammer 12 befindlichen Raum des Schalters nach unten.
Sie treffen dabei auf den Deckel 15 der Kammer 12 auf. Da sie durch den umlaufenden
Wulst 24, der die Durchtrittsöffnung 16
für den Schaltstift 14 umgibt und
durch die enge Passung des Schaltstiftes in der Öffnung 16 dann gehindert
werden, in die Kammer 12 zu gelangen, kommen sie bei den durch Schaltbewegungen
des Schaltstiftes bedingten Ausgleichsströmungen der Löschflüssigkeit durch die
Kanäle 17 in den Löschflüssigkeitsraum unterhalb der Kammer 12, auf dessen
Boden sie sich absetzen können, ohne Störungen hervorzurufen.
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Der Führungsmechanismus des Schaltstiftes 14 ist durch die Kammer
12 und den Deckel 15 gegen diese Teilchen sicher geschützt. Die vorzugsweise
in einer Vertiefung am Boden des Sockels 1 liegenden Teilchen werden auch
bei Schaltbewegungen niemals so weit aufgewirbelt, daß sie bis in die Kammer 12
gelangen können. Nach Lösen einer Ablaßschraube können sie zusammen mit etwas Löschflüssigkeit
abgezogen werden.
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Zur Abbremsung der Bewegung des Schaltstiftes 14 ist am unteren,
d. h. der Kontaktspitze 14a abgewandten Ende des Schaltstiftes 14 unterhalb
eines fest mit dem Ende des Schaltstiftes verbundenen Anschlagflansch
25 ein ringartig ausgebildeter und axial beweglicherBremsteller26 einerhydraulischenBremsvorrichtung
vorgesehen, deren feste Teile durch den Innenbund 27 des die Kammer 1.2 bildenden
Rohres und durch den eingezogenen unteren Rand 28 dieses Rohres gebildet
werden. Zwischen dem Innenbund 27
und dem unteren Abschluß 28 ist der
lichte Durchmesser des die Kammer 12 bildenden Rohres wesentlich verringert. Unterhalb
des Bremstellers sitzt ein steg- oder spinnenfönniger Anschlag 29, der die
Bewegung des Bremstellers 26 nach unten begrenzt.
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Der Bremsteller 26 besteht aus einem verhältnismäßig dünnwandigen
zylindrischen Ring, der an seinem äußeren Umfang einen leicht abwärts geneigten
konischen Flansch 30 aufweist. Der Bremsteller 26 wird - genau
wie der Schaltstift selbst -
an den Rohren 18 geführt; in seinem Flansch
30 sind entsprechende Führungsnuten vorgesehen.
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Wie die Fig. 1 und 3 erkennen lassen, sind auch die
Elemente der Bremsvorrichtung gegen die Einwirkung von Metall- und Oxydteilchen
geschützt, da die Rohre 18, in denen die Löschflüssigkeitskanäle
17
liegen, mit ihren unteren Enden 19 so weit nach unten iagen, daß
aus der unteren Öffnung der Rohre 18
austretende Teilchen nach unten absinken,
ohne die Elemente der Bremsvorrichtung zu erreichen. Die Bremsvorrichtung arbeitet
in der folgenden Weise: Bei der Einschaltbewegung des Schaltstiftes 14 bleibt der
Bremsteller 26 auf dem als Steg oder Spinne ausgebildeten unteren Anschlag
29 hegen. Wenn der Bremsteller nun durch die verengten Stellen im unteren
Teil der Kammer 12 hindurchbewegt wird, so kann die in der Kammer 12 enthaltene
Löschflüssigkeit durch die lichte innere Öffnung des Bremstellers frei nach unten
abfließen, da der Anschlagsteg bzw. die spinnenartigen Rippen des unteren Anschlages
29
einen genügend großen Abflußquerschnitt frei lassen. Der Schaltstift 14
kommt also ohne wesentliche Bremswirkung in seine Einschaltstellung, bei der sich
das den Bremsteller 26 tragende untere Ende des Schaltstiftes 14 etwas oberhalb
des Kontaktanschlusses 4 befindet.
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Bei der Ausschaltbewegung des Schaltstiftes wird zunächst durch den
Widerstand der Löschflüssigkeit der Bremsteller 26 an den Flansch
25 gedrückt, wobei dieser Flansch den inneren Durchtrittsquerschnitt des
Bremstellers 26 vollkommen abschließt. Kommt nun bei weiterer Abwärtsbewegung
der Bremsteller 26 in den Bereich des Innenbundes 27, so schließt
sein Flansch den verengten Querschnitt der Kammer 12 sehr weitgehend ab, so daß
plötzlich eine starke Bremsung des Schaltstiftes 14 und damit eine Verlangsamung
der Abwärtsbewegung eintritt. Diese Bremsung erfolgt in einer Lage des Schaltstiftes,
in der die Kontaktspitze 14 a etwa die Hälfte des gesamten Schaltweges zurückgelegt
und bereits den oberen Teil der Ouerstromlöschkammer 8 verlassen hat. Beim
Abschalten eines hohen Stromes ist in dieser Lage des Schaltstiftes meist der Lichtbogen
bereits gelöscht. Ist der abzuschaltende Strom jedoch nur gering, so wird in der
soeben erwähnten Lage des Schaltstiftes noch ein Lichtbogen zwischen den Schaltkontakten
bestehenbleiben. Dieser Lichtbogen wird nun bei der weiteren Abwärtsbewegung des
Schaltstiftes - die wegen der hydraulischen Bremsung des Bremstellers
26 in dem auf einer Länge von etwa 40 bis 50 % des Schaltweges mit
verringertem Durchinesserausgeführten unteren Teil derKammer12 mit kleinerer Geschwindigkeit
erfolgt - ausgezogen, bis er spätestens beim Heraustreten der Kontaktspitze
des Schaltstiftes aus der letzten Ouerstromkammer der Löschkammer 8 unterbrochen
ist. Die untere Abschlußverengung 28 der Kammer 12 hat lediglich den Zweck, die
beweglichen Teile des Schalters, d. h. den Schaltstift 14 und das Betätigungsgestänge,
nochmals scharf abzubremsen, ehe die Bewegung dieser Teile durch einen auf den Sockelboden
angeordneten Anschlag 31 aufgefangen wird.