DE3318873A1

DE3318873A1 - Trennschalter mit ueberspannungsunterdrueckung

Info

Publication number: DE3318873A1
Application number: DE19833318873
Authority: DE
Inventors: Yoshiharu Yokohama Kanagawa Hidaka
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-05-27
Filing date: 1983-05-25
Publication date: 1983-12-01
Also published as: JPH0454329B2; CH660645A5; DE3318873C2; JPS58206019A; US4499350A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Trennschalter mit einem Uberspannungsunterdiückungsabschnitt, der parallel zum Trennschaltstück geschaltet ist.

Bei elektrischen Energieübertragungseinrichtungen, die mit 500 KV oder mehr arbeiten, wird im allgemeinen ein mit Widerständen versehenes Einschaltsystem verwendet. Mit einem derartigen System wird insbesondere zur Unterdrückung der Überspannung, die beim Einschalten des Trennschalters auftritt, ein Schließ- oder Schaltwiderstand elektrisch parallel zu dem Haupt-Trennkontakten des Trennschalters geschaltet, wobei der Schließwiderstand zeitlich vor den Hauptkontakten zugeschaltet wird. In diesem Fall werden die Schaltkontakte zur Betätigung des Schließwiderstandes durch einen Gelenkmechanismus betätigt, der mechanisch mit der Betätigungsanordnung für die Hauptkontakte verbunden ist.

Aufgrund des schnellen technischen Fortschritts der vergangenen Jahre wurden Trennschalter mit Schließwiderständen, insbesondere mit SF₆ gefüllte Blas-Trennschalter, entwickelt mit erheblich geringeren räumlichen Abmessungen und einer verringerten Anzahl von in Reihe geschalteten Trennstellen. Trennschalter mit zwei Trennstellen wurden zum Einsatz sogar in 500 KV Systemen entwickelt. Die Größe des Schließwider-Standes zur Unterdrückung der Einschaltüberspannung wird durch das Zusammenwirken der Isolationsfestigkeit der Energieversorgungsanlage, der Spannung der Anlage, dem Wellenwiderstand der Anlage und die Länge der Versorgungsleitungen bestimmt, wobei der Einfluß der KurzschluSkapazität kaum ein Rolle spielt.

Obwohl also, wie bereits erwähnt, der Wirkungsgrad von Trennschaltern verbessert wurde und die Anzahl von Trennstellen verringert wurde, bei gleichzeitiger erheblicher Verkleinerung des inneren Raums der Trennschalter, hat sich bisher die Größe des Schließwiderstandes nicht geändert.

Im Hinblick auf die Erzielung von kompakten Trennschaltern

ist die wirksame Anordnung der Schaltkontakte für den Widerstand und des Schaltwiderstandes selbst besonders problematisch.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Trennschalter zu schaffen mit einem überspannungsunterdrückungsabschnitt der kompakt im Aufbau ist und bei dem die übertragung der Betätigungskräfte für den Widerstandsschaltabschnitt und den Trennschaltabschnitt wirksam erfolgt.

Ausgehend von einem Trennschalter der .eingangs näher genannten Art, erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, in der vorteilhafte Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch den Aufbau eines herkömmlichen Trennschalters mit vier Trennstellen;

Figur 2 einen Querschnitt durch den Trennschalter von

Figur 1 entlang der Linie II-II in Richtung der Pfeile;

Figur 3 einen vergrößerten Längsschnitt durch ein Teil des in Figur 1 gezeigten Trennschalters;

Figur 4 einen vergrößerten Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Trennschalters und
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Figur 5 einen Schnitt durch den in Figur 4 gezeigten

Trennschalter entlang der Linie V-V in Richtung der Pfeile.

-δ-Ι Die vier Trennschaltereinheiten 2a, 2b, 2c und 2d sind in Reihe geschaltet innerhalb eines rohrförmigen gasgefüllten Behälters 1. Ihre sich gegenüberliegenden Enden sind mit dem Äußeren durch Muffen 3a und 3b hindurch leitend verbunden. Die Einheiten 2a, 2b, 2c und 2d gehören zu entsprechenden Antriebsstellen 4a, 4b. Die Trennschaltereinheiten 2a, 2b, 2c und 2d weisen jeweils einen Haupt-Trennschalterkontaktabschnitt 6 auf und einen überspannungsunterdrückungsabschnitt 40, der aus einem Widerstandsschaltabschnitt 5 und einem in Reihe geschalteten Schließwiderstand 14 besteht. Der Widerstandsschaltabschnitt schaltet den im Schließwiderstand 14 fließenden Strom und weist einen feststehenden, mit einer Druckfeder 9 versehenen Kontakt 10 auf und einen beweglichen Kontakt 13, der durch einen Antriebsmechanismus 12, welcher einen Hebel 11 usw. aufweist, vorgeschoben oder zurückgezogen werden kann, wobei diese Kontakte im Elektrodenzwischenraum.8 angeordnet sind, der durch das Isolierrohr 7 gebildet wird. Der bewegliche Kontakt 13 kann durch eine öffnung im Schließwiderstand 14 von zylindrischer Gestalt vorgeschoben oder zurückgezogen werden. Das äußere Ende des beweglichen Kontakts 13 wird von einer Abschirmung 15 umgeben zur Veränderung und Steuerung des elektrischen Feldes. Das Ende des feststehenden Kontaktes 10 ist in ähnlicher Weise von einer Abschirmung 16 umgeben. Der Haupt-Trennschalterkontaktabschnitt 6 besteht aus einem feststehenden Kontakt 20 mit einer feststehenden Elektrode 19 und einem feststehenden Eauptschaltabschnitt 18, der von einer Abschirmung 17 umgeben ist und einem beweglichen Kontakt 25, der eine bewegliehe Elektrode 24 und einen beweglichen Hauptschaltschütz 23 aufweist, der an einem Blaszylinder 22 befestigt ist, welcher gleitbar an der Außenseite eines Blaskolbens 21 angeordnet ist, der wiederum an einem nicht dargestellten Ealteteil befestigt ist. Der bewegliche Kontakt 25 kann vorgeschoben oder zurückgezogen werden mittels eines Antriebsmechanismus 27, der einen Hebel 26 aufweist und ist an seinei vorderen Ende mit einer isolierenden Blasdüse 28 versehen.

Der Hebel 11 des Widerstandsschaltabschnitts und der Hebel 26 des Haupt-Trennschalterkontaktabschnitts 6 sind mechanisch durch eine Welle 29 miteinander verbunden, so daß sie gemeinsam betätigt werden können. Die übertragung der Antriebskraft durch die Welle 29 bedingt jedoch, daß auf diese eine Torsionskraft ausgeübt wird, die ihre Dauerschwingfestigkeit beeinträchtigt, so daß es erforderlich ist, teure Materialien zu verwenden. Da ferner der Widerstandschaltabschnitt 5 und der Haupt-Trennschalterkontaktabschnitt 6 durch die Welle 29 miteinander verbunden sind, ist der Widerstandsschaltabschnitt seitlich vom und parallel zu den Haupt-Trennschalterkontakten 6 angeordnet.

Im Hinblick auf die Auswirkungen des elektrischen Feldes ist die Anordnung von Haupt-Trennschalterkontaktabschnitt 6 und Widerstandsschaltabschnitt 5 im allgemeinen durch die entsprechenden Isolierdistanzen gegen Masse bestimmt .(d.h. die kürzeste Distanz zwischen der inneren Oberfläche des Behälters 1 und der äußeren Oberfläche des Haupt-Trennschalterkontaktabschnitts 6 und zwischen der inneren Oberfläche des Behälters 1 und der äußeren Oberfläche des Widerstandsschaltabschnitts 5) und von der Spannungsbelastung eines Isolierzylinders 30, der den Haupt-Trennschalterkontaktabschnitt 6 trägt. In diesem Fall wird zuerst die Isolierdistanz SI zwischen dem Abschnitt 5 und dem Behälter 1 derart festgelegt, daß S1 ein Miniraalwert ist, dereinen annehmbaren Wert des elektrischen Feldes aushält. Danach wird der Wert für S2 innerhalb des Bereiches von zulässigen Werten für die Spannungsbelastung festgelegt,'da die Spannungsbelastung des Isolierzylinders 30 geringer ist als die elektrische Belastung des gasgefüllten Spaltes im Behälter Die Spannungsbelastung wird hoch, wenn der Wert für S2 zu klein ist, so daß als Ergebnis der Isolierzylinder 30 zerstört werden kann.

Der Durchmesser des Behälters 1 wird schließlich so festgelegt, daß die Abmessungen innerhalb der gewünschten Werte liegen.

Wie Figur 2 zeigt/ enthält ein Kreis 31 den Haupt-Trennschalterkontaktabschnitt 6 und den Widerstandsschaltabschnitt 5.

Wird der Widerstandsschaltabschnitt 5 direkt oberhalb des Trennschalterkontaktabschnitts 6 angeordnet (siehe japanische veröffentlichte Patentanmeldung Nr. 50-45280)/ so erhöht sich die Größe des Behälters 1 durch die senkrechte Ausdehnung des Abschnitts 5 oberhalb des Haupt-Trennschalterkontaktabschnitts 6.

Figur 4 zeigt nur eine Einheit der Trennschaltereinheiten 2a/ 2b, 2c und 2d , die in Figur 1 dargestellt sind. Der Haupt-Trennschalterkontaktabschnitt 51 ist parallel zu einem tiberspannungsunterdrückungsabschnitt 54 geschaltet, der Reihenwiderstände 52 zur Ableitung der Einschaltüberspannung des Haupt-Trennschalterkontaktabechnitts 51 aufweist und einen Widerstandsschaltabschnitt 53 aufweist zum Schalten des Stromes, der durch diese Widerstände 52 fließt.

Der Haupt-Trennschalterkontaktabschnitt 51 weist einen feststehenden Kontakt 58 auf, mit einer feststehenden Elektrode 57 und einem feststehenden Hauptkontakt 55, der von einer Abschirmung 56 umgeben ist sowie einen bewegliehen Kontakt 64, der durch eine bewegliche Elektrode 63 und ein bewegliches Hauptschaltschütz 62 usw. gebildet ist und an einem Blaszylinder 61 befestigt ist, welcher gleitbar an der Außenseite eines Blaskolbens 60 angeordnet ist, der wiederum an einem Mittelstück 59 befestigt ist und von ihm gehalten wird. Der bewegliche Kontakt 64 kann vorgeschoben oder zurückgezogen werden mittels eines Antriebsmechanismus 66, der einen ersten Hebel 65 aufweist. Die Spitze des Kontaktes 64 ist mit einer isolierenden Düse 67 versehen um das vom Blaskolben 60 erzeugte Blasgas zu führen.

Die Widerstandsschaltkontakte.53 weisen einen Kontakt 61 auf mit einer Druckfeder 70, und einen beweglichen Kontakt 74,

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-δι der vorgeschoben oder zurückgezogen werden kann mittels eines Antriebsmechanismus 73, der einen zweiten Hebel 72 aufweist. Diese Kontakte sind im Zwischenelektrodenraum 69 angeordnet, der durch das isolierende Rohr 68 gebildet wird. Der feststehende Kontakt 71 und der bewegliche Kontakt 74 sind von entsprechenden Abschirmungen 76 und 75 umgeben. Die Widerstandsschaltkontakte 53 sind direkt unterhalb des Haupt-Trennschalterkontaktabschnitts 51 angeordnet und werden von einem sich vom Behälter 77 erstreckenden isolierenden Rohr getragen, in dem der Antriebsmechanismus 73 untergebracht ist. Das Gehäuse ist an einem Sitz befestigt, der durch einen Flanschabschnitt des Blaskolbens 60 gebildet wird. Ein erster Abschnitt 79, der seitlich nben der Schwenkachse des ersten Hebels 66 angeordnet ist, und ein zweiter Abschnitt 80, der seitlich neben der Schwenkachse des zweiten Hebels 72 angeordnet ist, sind durch einen Verbindungsstab 81 miteinander verbunden. Das Schalten des Haupttrennschalterkontaktabschnitts 51 und der Widerstandsschaltkontakte 53 erfolgt durch Verdrehen des ersten Hebels 66 mittels eines isolierenden Stabes 82. Die Schließwiderstände 52 sind innerhalb eines Kreises 83 angeordnet, der die Widerstandsschaltkontakte 53 und den Haupt-Trennschalterkontaktabschnitt 51 umschließt und zwar einen auf jeder Seite der Widerstandsschaltkoniiakte 53. Ein Widerstand 52 ist zwischen dem feststehenden Kontakt 58 und dem feststehenden Kontakt 71 geschaltet und der andere Widerstand ist mit dem beweglichen Kontakt 74 und indirekt mit dem beweglichen Kontakt 64 verbunden.

Wie Figur 5 zeigt, ist ein Isolator 84 , der den Haupt-Trennschalterkontaktabschnitt 51 trägt, derart angeordnet, daß seine axiale Mittellinie mit der Mittellinie des Behälters 1 zusammenfällt.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Erfindung erläutert. Wenn in den Figuren 1,4 und 5 die Antriebsteile 4a und 4b beginnen eine Schließbewegung auszuführen, so wird die Antriebskraft durch den isolierenden Stab 82 dem ersten

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Hebel 66 übertragen. Die Haupt-Trennschalterkontaktabschnitte 51 der Trennschaltereinheiten 2a - 2d beginnen ihre Schließbewegung. Zur gleichen Zeit wird diese Antriebskraft über den Verbindungsstab 81 zum zweiten Hebel 72 übertragen, wodurch die entsprechenden Widerstandsschaltkontakte 53 der Trennschaltereinheiten 2a - 2d ihre Schließbewegung beginnen. Der Aufbau und die Anordnung der verschiedenen Kontakte ist derart, daß die Schließzeit der Widerstandsschaltkontakte 53 kürzer ist als die Schließzeit des Haupt-Trennschalterkontaktabschnitts 51. Obwohl sie also ihre Schließbewegung zur gleichen Zeit beginnen, sind die Widerstandsschaltkontakte 53 zuerst geschlossen. Dies dient dazu, daß die Schließwiderstände 52 zuerst in Reihe in die Energieübertragungsanlage einzuschalten und dann, nachdem sie den Strom für einige Zeit geleitet haben, schließen die Kontakte des Haupt-Trennschalterkontaktabschnitts 51 , wodurch die Schließwiderstände 52 überbrückt werden und der Schließvorgang vollendet wird.

Der TrennVorgang erfolgt in entgegengesetzter Weise zum oben beschriebenen Schließvorgang. Die feststehenden Kontakte 71 der Widerstandsschaltkontakte 53 werden durch die Feder 70 beaufschlagt, so daß sie nicht der Öffnungsgeschwindigkeit des beweglichen Kontaktes 74 der Widerstandsschaltkontakte 53 und des Haupt-Trennschalterkontaktabschnitts 51 folgen kann. Dadurch werden die Widerstandsschaltkontakte 53 vor dem Haupt-Trennschalterkontaktabschnitt 51 geöffnet. Das Unterbrechen des Stromes erfolgt demzufolge durch den Haupt-Trennschalterkontaktabschnitt 51, da dort zuerst die Isolierung im Zwischenelektrodenraum erreicht wird.

Ein Vergleich der Figur 5 mit der Figur 2 zeigt, daß der Abstand la kürzer_ist als der Abstand 1, unter der Annahme, daß die Abmessung S_ gleich der Abmessung S~ ist. Daraus folgt, daß die Gesamtlänge L des Isolators 84 geringer ist

als die Gesamtlänge L des IsolierZylinders 30 durch den Abstand (1 - la) . Der Abstand S^₃ jedodizwischen dem

-ιοί Haupt-Trennschalterkontaktabschnitt 51 und der inneren Oberfläche des Behälters 1 unmittelbar darunter überschreitet den Abstand S₂/ so daß Raum geschaffen wird zur Aufnahme des Widerstandsschaltabschnitts 53, wobei sogar die Abmessung S- beibehalten wird, wenn der Widerstandsschaltabschnitt direkt unterhalb des Haupt-Trennschalterkontaktabschnitts angeordnet wird. Dieser Raum kann also wirksam genutzt werden,

Mit dem oben angegebenen Aufbau erfolgt die übertragung der Bedienungskraft vom Haupt-Trennschalterkontaktabschnitt 51 zum Widerstandsschaltabschnitt 53 mittels des Verbindungsstabes 81, der die beiden seitlich versetzten Abschnitte und 80 der ersten und zweiten Hebel 65 und 72 miteinander verbindet. Dies ermöglicht eine wirksame Kraftübertragung, da hierbei keine Torsionskräfte auftreten, wie es bei der Gelenkverbindung der herkömmlichen Schalter der Fall war. Dadurch wird die Zuverlässigkeit der Gelenkverbindung verbessert.

Es ist ferner mit der vorliegenden Erfindung möglich, den den Kreis 83 umgebenden Randraum wirksam zu nutzen, da der Widerstandsschältkontakt 53 direkt unterhalb des Haupt-Trennschalterkontaktabschnitts 51 angeordnet ist und so ein ausreichender Isolierabstand S, gegen Masse beibehalten wird.

Mit der vorliegenden Erfindung kann ferner auch der Durchmesser des Behälters 1 verringert werden, verglichen mit dem herkömmlichen Aufbau,wieer oben beschrieben wurde, da der Kreis 83 kleiner ausgeführt sein kann als der Kreis 31 gemäß Figur 2.

Die Länge L^ des Isolators 84 wird durch den Wert (L - L) a "

d.h. (1 - 1 ) verringert, verglichen mit dem in Figur 2 a

gezeigten Aufbau, da der Isolator 84, der den Haupt-Trennschalterkontaktabschnitt 51 trägt, an einer Stelie angeordnet ist, an der die axiale Mittellinie des Isolators 84 mit der Mittenlinie des Behälters 1 zusammenfällt. Der

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1 erfindungsgemäße Trennschalter kann demzufolge sehr kompakt ausgeführt sein.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungs-5 beispiel beschränkt. Wenn sie auch im Zusammenhang mit

einem Trennschalter mit vier Trenneinheiten 2a, 2b, 2c und 2d beschrieben worden ist, so kann sie auch für Trennschalter verwendet werden, bei der zwei Trenneinheiten 2c und 2d weggelassen sind. 10

Leerseite

Claims

Trennschalter mit Überspannungsunterdrückung

Patentansprüche

) Elektrischer Trennschalter mit einem Behälter, der ein isolierendes Gas enthält und eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Trennschalter-Kontaktabschnitten , wobei zu jedem Abschnitt ein überspannungsunterdrückungsabschnitt parallelgeschaltet ist, der eine Überlastschaltanordnung des Trennschalter-Kontaktabschnitts und einen Schaltabschnitt-zum Anlegen des Stromes an den Widerstand aufweist und wobei jeder Trennschalter-Kontaktabschnitt eine Betätigungsanordnung für ihn und seinen Schaltabschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Betätigungsanordnung (82) einen ersten schwenkbaren Hebel (66) aufweist, der mit dem Trennschalter-Kontaktabschnitt (63) verbunden ist und mit einem Teil (79) versehen ist, das seitlich versetzt zu seiner Schwenkachse angeordnet ist, einen zweiten schwenkbaren Hebel (72) aufweist, der mit dem Schaltabschnitt (74) verbunden ist und mit einem Teil (80) versehen ist, das seitlich versetzt zu seiner Schwenkachse angeordnet ist,sowie ein steifes Teil (81) aufweist, das die seitlich versetzten Teile der ersten und zweiten Hebel miteinander verbindet.
2. Elektrischer Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennschalter-Kontaktabschnitt (63) oberhalb des Schaltabschnitts (74) angeordnet ist.
3. Elektrischer Trennschalter nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste schwenkbare Hebel (66) drei seitlich versetzt zu seiner Schwenkachse angeordnete Teile aufweist, wobei das erste Teil mit dem steifen Teil (81) verbunden ist, das zweite Teil mit dem Kontaktabschnitt (63) verbunden ist und das dritte Teil mit einem Betätigungsstab (82) verbunden ist.
4. Elektrischer Trennschalter nach Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Widerstand

(52) innerhalb eines imaginären Kreises (83) angeordnet ist, der den Trennschalter-Kontaktabschnitt (51) und den Schaltabschnitt (53) tangential umgibt.