DE1913969A1

DE1913969A1 - Elektrischer Schalter

Info

Publication number: DE1913969A1
Application number: DE19691913969
Authority: DE
Inventors: Zueckler Dr Rer Nat Karl; Heiner Marin
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1969-03-14
Filing date: 1969-03-14
Publication date: 1970-09-24
Also published as: FR2038939A5; CH494467A; DE1913969C3; GB1264756A; DE1913969B2; JPS51710B1

Description

SISMSKS AKTISNGfiSSLLSCHAFT Erlangen, 14.5.1969

Berlin und München ,, fff?rner-von-Siemens-Str.

Belegexemplar Darf nicht geändert werden [

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M 6 Sm/Un

elektrischer Schalter

Aus der deutschen Patentschrift 1 069 740 ist ein elektrischer Schalter mit einem feststehenden Schaltstück, einem beweglichen Schaltstift und einem mit diesem starr verbundenen Blaszylinder bekannt, der beim Ausschalten über einen feststehenden Kolben gezogen wird und mit seiner dem feststehenden Schaltstück zugekehrten Stirnseite eine Düse für eine Gasströmung bildet, die vom Kolben und Zylinder in Gang gesetzt wird. Schalt stift und feststehendes Schaltstück des bekannten Schalters liegen in der Sinschaltstellung als sogenannter Stoßkontakt mit ihren Stirnseiten aneinander an. Sine auf das feststehende Schaltstück einwirkende Feder sorgt für den Kontaktdruck. Durch derart federnde Abstützungen wird der Schalteraufbau jedoch unerwünscht kompliziert, zumal die Feder üblicherweise vor der Lichtbogenhitze geschützt werden muß.

Die Srfindung bezweckt eine Verbesserung des Schalteraufbaues, die besondere Federn überflüssig macht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der bewegliche Schaltstift in an.sich bekannter Weise hohl ausgebildet ist und zur Schaltgasabfuhr dient und daß Schaltstift und feststehendes Schaltstück einen Gleitkontakt bilden, der während der Hälfte des Schaltstifthubes geschlossen ist.

Durch den bei der Srfindung vorgesehenen Gleitkontakt ist'die Kontaktgabe ohne zusätzliche Federn gewährleistet. Darüber hinaus gestattet der Gleitkontakt eine sogenannte Vorkompression

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des Löschmittels. Pie aus Blaszylinder und Kolben bestehende Verdichtungseinrichtung bringt nämlich das als Löschmittel verwendete Gas auf einen erhöhten Druck, bevor sich die Schalt sttikke trennen und damit die Gasströmung freigeben. Deshalb wird der Ausschaltlichtbogen mit vorteilhaft hoher Blasgeschwindigkeit beaufschlagt und schnell zum Erlöschen gebracht. Gleichzeitig wird die Gasströmung durch die hohle Ausbildung des Sclialtstiftes begünstigt, die den Abströmquerschnitt vergrößert. Das Gas strömt nach dem Passieren des Lichtbogens wie bei einer Doppeldüse in entgegengesetzte Sichtungen, so daß ein großer Gasdurchsatz und damit eine hohe Löschwirkung sichergestellt ist.

Aus der deutschen Patentschrift 1 185 394 ist zwar bereits ein elektrischer Schalter mit eiüem Blaskolben bekannt, bei dem der bewegliche Schaltstift hohl ausgebildet ist. 3ei diesem Schalter werden die Schaltgase aber durch den hohlen Schaltstift in einen der Druckseite des Kolbens gegenüberliegenden Zylinderteil gelenkt, damit der vom Blaskolben zu überwindende Gegendruck verringert wird. Die zusätzliche Abströmung durch den hohlen Schalt stift ist deshalb bei dem bekannten Schalter nur begrenzt. Sin weiterer Unterschied besteht darin, daß der bekannte Schalter zur Vorkompression zusätzliche bewegliche Isolierstoffteile benötigt.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bildet der mit Ausnahme des Düsenkörpers aus Metall bestehende Zylinder in an sich bekannter Weise mit Hilfe von feststehenden Parallelschaltstücken einen zu Schaltstift und Schaltstück parallelen Strompfad, der vor der Trennung von Schalt stift und Schaltstück geöffnet wird. Man kann dadurch die Strömtragfähigkeit des Schalters bedeutend erhöhen, ohne daß wie bei dem aus

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der deutschen Auslegeschrift 1 207 473 bekannten Schalter Metallteile ait fliegendem Potential die Spannungsfestigkeit der Schaltstrecken beeinträchtigen können. Vielmehr läßt sich durch den aus Metall bestehenden Blaszylinder noch eine' Verbesserung des elektrischen Feldes an der Schaltstrecke erreichen· Dies gilt besonders für den Fall, daß der Parallelpfad konzentrisch zum Schaltstift liegt. Die den farallelpfad bildenden Strombahnteile, d.h. der Blaszylinder und die Parallelachalt stücke, vergleichiäßigen das elektrische Feld, weil sie zusammen großflächige Sltktroden la Vergleich zu den stabförmigen Elektroden von Schaltstift und feststehenden Schaltstack darstellen.

Wie sich gezeigt hat, ist es günstig, wenn sich der aus Isolierstoff bestehende DUsenkörper mindestens annähernd rechtwinkelig tür Schaltstiftachse von Zylinder und Schaltstift erstreckt. Van kann dann eine Gasströmung mit einer kräftigen, quer zum Lichtbogen verlaufenden Komponente erhalten, durch die das Löschmittel weit in den Lichtbogen eindringt. Dies sorgt für eine günstige Sntionisierung des gesamten Lichtbogenraumes. Dabei kann die hohe Strömungsgeschwindigkeit besonders günstig dann eingebalten werden, wenn der zwischen Schaltstiftspitze und den dem Schaltstift zugekehrten Ende des Isolierstoffkörpers liegtnde fiingspalt in Richtung der Schaltstiftachse etwa halb so lang wie der Schaltstiftinnendurchmesser ist.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei ist in Fig. 1 in einer schematisch vereinfachten Darstellung ein Querschnitt eines Hochspannungs-Leistungsschalters gezeichnet, der rechts der Mittellinie die Einschaltstellung und links davon die Ausschaltstellung einnimmt. Der in Fig. 2 dargestellte Leistungsschalter für 100 kV zeigt das gleiche Prinzip mit weiteren konstruktiven Einzelheiten.

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In Fig. 1 trägt die aus Isolierstoff bestehende Schaltkammer 1, die Schwefelhexafluorid unter einem Druck von 3 atü enthält, an ihrem oberen, nicht dargestellten Ende das feststehende Schaltstück 2. Der zugehörige bewegliche Schalt stift 3 ist mit einem aus Metall bestehenden Blaszylinder 4 verbunden. Beide werden mit der gleichen Antriebsstange 5 betätigt.

An der dem feststehenden Schaltstück 2 zugekehrten Stirnseite des Blaszylinders 4 ist ein aus Isolierstoff bestehender Düsenkörper δ angebracht, der, wie die Figur 1 zeigt, annähernd einen rechten Winkel bildet, denn seine Innenseite verläuft einerseits parallel zur Schaltstiftachse, andererseits rechtwinkelig dazu. Das dem feststehenden Schaltstück zugekehrte Ende 9 des Düsenkörpers begrenzt mit der Schaltet iftspitze 10 einen Hingspalt 11, dessen Länge in Sichtung der Schaltstiftachse beim Ausführungsbeispiel halb so groß wie der Innendurchmesser des Schaltstiftes 3 ist. Die Länge liegt vorteilhaft zwischen etwa dem 0,4- und dem 0,6-fachen des SchaltstiftInnendurchmessers.

Der Blaszylinder 4 bildet mit seinem metallischen Teil einen Strompfad parallel zum feststehenden Schaltstück 2 und dem Schaltstift 3, denn in der Einschaltstellung liegen auf der Außenseite des Blaszylinders 4 feststehende Parallel schaltstücke 14 auf. Die Paralielachaltstücke 14, die von einem zu Kontaktfingern geschlitzten zylindrischen Metallkörper 15 gebildet v/erder., liegen konzentrisch zum Schaltstück 2. Sie ergeben eine Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes an der Schaltstrecke, da sie im Vergleich zum Schaltstück 2 eine, erheblich großflächigere Elektrode darstellen.

Der Blaszylinder 4 gleitet auf einem feststehenden Kolben Dieser ist mit einer Stange 18 an einem nicht dargestellten

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Getriebegehäuse abgestützt, das die Spaltkammer trägt und den Antrieb für den Schaltstift 3 und den Blaszylinder 4 enthält. Im feststehenden Kolben 17 sind Lamellen 20 angeordnet. Sie sorgen für einen guten Stromübergang vom Schalt stift 3 und dem Kolben 4 au nicht dargestellten feststehenden Anschlußteilen.

Aus der Zeichnung geht hervor, daß die sogenannte Kontaktüberdeckung des GleitkontakteB zwischen dem Schaltstift 3 und dem feststehenden Schaltstück 2 etwa halb so groß ist wie der gesamte Hub des Schaltstiftes. Daraus ergibt sich folgende vorteilhaft Wirkungsweise j

Beim Ausschalten gelangt der Schalt stift 3 zusammen mit dem Blaskolben 4 aus der rechts der Mittellinie gezeigten Einschaltstellung in die links dargestellte Ausschalt stellung. Während der ersten Hälfte dieser Bewegung ist der Gleitkontakt 2, 3 noch geschlossen. Deshalb ergibt sich zunächst eine Gaskompression, die den .Druck im Innern des Blaszylinders 4 auf etwa das Doppelte ansteigen läßt, wenn die Spitze 9 des Isolierstoffdüsenkörpers δ dicht genug am feststehenden Schaltstück 2 anliegt. Zugleich wird der Paral lelpfad 14, 4 geöffnet.

Bei der zweiten Hälfte des AusschaltVorganges löst sieh die Spitze 10 des Schaltstiftes 3 vom Schaltstück 2. Der dabei entstehende Ausschaltlichtbogen wird sofort durch das zuvor unter Druck gesetzte Schwefelhexafluorid beblasen. Das Gas strömt zunächst durch das Innere des hohlen Schaltstiftes 3 ab, dann aber auch durch den ßingspalt zwischen dem Isolierstoffdüsenkörper 9 und dem feststehenden Schaltstück 2, so daß eine Art Doppeldüsenwirkung vorliegt. Die Beblasung erfolgt annähernd mit Schallgeschwindigkeit, da das Gas auf etwa das Doppelte

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des Normaldruckes im Schalter verdichtet wurde. Hinzu kommt nooh eine gewisse Saugwirkung, die der Blaszylinder 4 im Metallkörper 15 der Parallelschaltstücke 14 ausüben kann. Deshalb wird der Ausschaltlichtbogen schnell gelöscht.

Der neue Schalter erreicht seine guten Schaltleistungen mit sehr geringem Aufwand. Er besitzt nur den Schaltstift 3 und den mit diesem gekoppelten 31aszylinder 4 als bewegliche Teile« Alle anderen Teile stehen fest. Sie sind einfach und erfüllen vielfach mehrere Funktionen. Der Blaskolben dient z.B. nicht nur zur Erzeugung der Löachmittelströmung, sondern zugleich als Parallekontakt, der den Schaltstift entlastet. Außerdem wird durch den Parallelpfad eine vorteilhafte VergleiehmäßigUMg des elektrischen Feldes an der Schaltstrecke erreicht. In der Ausschaltstellung ist diese günstige Feldverteilung besonders ausgeprägt, weil dann der feststehende Kolben 17» äer aus Metall besteht, die Schaltstiftspitze 10 abschirmt und zusammen mit dem Blaszylinder 4 eine großflächige Plattenelektrode ergibt .

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.. 2 ist der Isolierstoffdüsenkörper 8 an dem dem feststehenden Schaltstück 2 zugekehrten Ende an der Außenseite konisch ausgebildet, so daß sein Außendurchmesser dort kleiner als der des Blaszylinders 4 ist. Man erreicht dadurch, daß ein Abstand 29 zwischen dem Isolierstoffkörper S und den Parallelschaltstücken 14 vorhanden ist * wenn die Schalt stiftspitze 10, wie strichpunktiert gezeichnet, den Bereich der Löschdistanz erreicht hat. Die Gasstrecke 29 sorgt ^l für eine hohe elektrische Festigkeit im Zeitpunkt der Lichtbogenlöschung. Dennoch ist der Isolierstoffdüsenkörper δ im Inneren weitgehend rechtwinkelig, so daß die schon erwähnte radiale Komponente der Gasströmung erreicht wird.

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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist dem feststehenden Kolben 17 ein Metallkörper 32 zugeordnet. Er verkleinert den toten Haum auf der dem Schaltstück 2 abgekehrten Seite des Isolierstoff körpers 8. Ferner sorgt er mit seiner gerundeten Außenseite für eine gute Spannungsverteilung an der Schaltstrecke.

Der Metallteil des Blaszylinders 4 ist mit einer besonderen metallischen Schwungmasse 35 versehen. Man erreicht dadurch, daß Antriebsenergie bei Beginn des Ausschaltvorganges, wenn noch kein hoher Gegendruck des komprimierten Gases zu überwinden ist, gespeichert wird und damit dann zur Verfügung steht, wenn während des Ausschaltvorganges ein vom Lichtbogen hervorgerufener Gegendruck besonders große Antriebskräfte erfordert.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist auch das feststehende Schaltstück 2 hohl ausgebildet. Ss führt von der Schaltstrecke in einen Saum, dessen Volumen ein Vielfaches des Volumens der Blasvorrichtung 4, 17 beträgt. Dadurch wird die Schaltgasabfuhr weiter verbessert. Außerdem ermöglichen große Abströsaquerschnitte aber auch ohne zusätzliche Ventile ©ine schnelle Füllung der Blasvorrichtung beim Einschalten, so daß der Schalter für Kurzunterbrechungsschal tungen eingesetzt werden kann.

Die bei den Ausführungsbeispielen vorhandene Vorkompression ermöglicht mit- ihrem Druckverhältnis von etwa 2 : 1 und der darauf beruhenden Strömung mit Schallgeschwindigkeit die für große SchaltIeistungen erforderliche Löschung stromstarker Lichtbogen. Bei der Unterbrechung kleinerer Ströme kann man aber insbesondere mit strömungsgünstigen Unterbrechungsstellen auch schon mit etwas geringerer Vorkompression, also etwa dem 0,4-fachen des Gesamthubes, auskommen, ohne daß die Sicherheit der Schaltung leidet. Der Schalteraufbau kann dabei sogar noch vereinfacht werden, weil geringere Kräfte auftreten.

2Figuren 009839/1151

10 Ansprüche - δ -

Claims

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P&tentaruyjrüchg

MJ Elektrischer Schalter mit einem feststehenden Schaltstück, einem beweglichen Schalt stift und einem mit diesem starr verbundenen Biaszylinder, der beim Ausschalten über einen feststehenden Kolben gezogen wird und mit seiner dem feststehenden Schaltstück zugekehrten Stirnseite eine Düse für eine Gasströmung bildet, die von Kolben und Zylinder in Gang gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Schalt stift (3) in an sich bekannter Weise hohl ausgebildet ist und zur Schaltgasabfuhr dient und daß Schaltstift (3) und feststehendes'Schaltstück (2) einen Gleitkontakt bilden, der während der Hälfte des Schaltstifthubes geschlossen ist.
2. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Ausnahme des Düsenkörpers C8) aus Metall bestehende Blaszylinder (4) in an sich bekannter Weise mit Hilfe von feststehenden irarailel schal ι stücken (14) einen zu Schaltstift (3) und Schaltstück (2) parallelen Strompfad bildet, der vor der Trennung von Schaltstift (3) und Schaltstück (2) geöffnet wird.
3. Elektrischer Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß der Parallelpfäd konzentrisch zum Schaltstift (3) liegt.
4. Elektrischer Schalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden Parallelschalt stücke (14) cii ihrem dem Schaltstift (3) zugekehrten Hand das elektrische Feld zwischen Schaltstift (3) und Schaltstück (2) vergleich-

mäJSigen. ' ·*

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BAD

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5. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sich der aus Isolierstoff "bestehende Düsenkörper (8) mindestens annähernd rechtwinkelig zur Schaltstiftaehse vom Blaszylinder (4) zum Schaltstift (3) erstreckt.
6. Elektrischer Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schaltstiftspitze (10) und dem dem Schaltstift (3) zugekehrten Ende (9) des Isolierstoffdüsenkörpers (8) ein .Hingspalt (11) vorhanden ist, dessen Länge in Sichtung der Schaltstiftachse etwa halb so groß wie der Schalt stiftinnendurchmesser ist.
7. Elektrischer Schalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (8) an seinem dem feststehenden Schaltstück (2) zugekehrten 3nde einen kleineren Außendurchmesser als der Blaszylinder (4) aufweist.
8. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem feststehenden Kolben (17) ein Metallkörper (32) zugeordnet ist, dessen dem feststehenden Schaltstück (2) zugekehrte Seite gut gerundet und der Form des Düsenkörpers (δ) angepaßt ist.
9. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende Schaltstück (2) hohl ist und in einen gegenüber dem Volumen der Blasvorrichtung großen Saum führt.
10. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Blaszylinder (4) eine Schwungmasse (35) zugeordnet ist.

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