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Doppelpoliger Hochspannungsstufenschalter mit Haupt- und Hilfsstromkreis
und im Schaltergehäuse angeordneten Schmelzsicherungen Die Erfindung bezieht sich
auf einen doppelpoligenHochspannungsstufenschalter mit Haupt-und Hilfsstromkreis
und im Schaltergehäuse angeordneten Schmelzsicherungen.
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Gemäß der Erfindung nehmen an der Stufenabschaltung bei Überlastung
und Kurzschluß außer dem stufenartig wirkenden Schieberschalter auch die Sicherungen
in beiden Stromkreisen teil.. Zu diesem Zweck sind die Sicherungen so bemessen,
daß die Schmelzsicherung im Hilfsstromkreis einen geringeren Widerstand besitzt
als jene im Hauptstromkreis, so daß bei Überstrom nach Öffnen des Hauptschalters
nur die Sicherung im Hilfsstromkreis durchbrennt und bei Kurzschluß sämtliche Sicherungen
ansprechen und dann die Schalter geöffnet werden.
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Durch die Verbindung eines stufenartig wirkenden Schaltschiebers mit
Schmelzsicherungen, derart, daß die verschiedenen Abschaltstufen zum Teil von dem
Stufenschaltschieber und zum Teil von den Sicherungen übernommen werden, ist es
ermöglicht, Hochspannung ohne Hilfe von Ölschaltern mit ihrer komplizierten Bauart
abzuschalten.
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Ferner sind dadurch die mit dem Gebrauch von Ölschaltern verbundenen
Gefahren beseitigt.
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Weitere Merkmale der baulichen Ausgestaltung des Schalters und der
Anordnung der Sicherungen ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und
der Zeichnung. Es zeigen Fig. i eine perspektivische, zum Teil geschnittene Darstellung
eines Hochspannungsstufenschalters gemäß der Erfindung, Fig. i a und i b schematische
Darstellungen der Schaltungsanordnungen, Fig. 2 einen zum Teil abgebrochenen Querschnitt
durch den Schalter der Fig. i mit den Kontaktklingen in geschlossener Stellung,
Fig. 3 denselben Schnitt wie Fig. 2, nur mit den Kontaktklingen in geöffneter Stellung,
Fig. q. einen Schnitt nach- der Linie 4-q. der Fig. 3 mit den Klingen in Ansicht,
wobei der Kontakt des Hauptstromkreises in geöffneter Stellung und der Kontakt des
Hilfsstromkreises in geschlossener Stellung dargestellt ist, Fig. 5 einen senkrechten
Schnitt durch eine der Sicherungen.
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Fig. 6, 7 und 8 zeigen eine andere Ausführungsform der Schaltklinge
und Messer nebst den verschiebbaren Isolierböden, und zwar sind Fig. 6 und 7 senkrechte,
teilweise abgebrochene Querschnitte durch die Schalt- und Kontaktklingen (Fig. 6
zeigt die Stellung der Teile bei vollständig geschlossenem Kontakt und Fig. 7 bei
teilweise geöffnetem Kontakt), und Fig. 8 ist ein Schnitt nach der Linie 8-8 der
Fig. 7 und zeigt die Schalt- und Kontaktklinge in Ansicht.
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Fig. g und io zeigen im senkrechten Schnitt durch den Schalter eine
Ausführungsform der Schaltklingen mit dreieckigen Enden, und zwar
Fig.
9 in geschlossener und Fig. io in geöffneter Stellung der Teile.
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Fig. ii stellt eine andere Ausführungsform des Schalters im Schnitt
wie Fig. g dar.
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Fig. 12, 13 und 14, 15 veranschaulichen zwei weitere Ausführungsformen
des Schalters im senkrechten Schnitt, je in geschlossener und geöffneter Stellung
der Schaltklingen, während Fig.16 eine perspektivische, zum Teil geschnittene Ansicht
der Vorrichtung mit andersartigem Sicherungstyp ist.
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Fig. 17 und 18 zeigen in vergrößertem Maßstab die in Fig. 16 dargestellte
Sicherung mit ihren Nebenteilen im senkrechten bzw. waagerechten Schnitt, während
Fig. ig den Apparat in seiner Verwendung als wechselseitige oder wahlweise Ausschaltvorrichtung
perspektivisch darstellt und Fig. 2o eine geeignete Vorrichtung zur Steuerung des
Schiebers des Hauptschalters in Seitenansicht veranschaulicht.
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$ei Verwendung der Anordnung an Stelle eines Ölschalters kann die
Bedienung in üblicher Weise von Hand oder automatisch erfolgen, wobei der Stromkreis
durch eine Sicherung geöffnet wird, die unmittelbar bei Eintritt eines völligen
Kurzschlusses durchschmilzt. Der Stromkreis wird so in weitaus kürzerer Zeit unterbrochen
als bei den bekannten Schaltern, wo die Trägheit mechanischer Vorrichtungen überwunden
oder der Stromkreis mechanisch durch Relais, Federn oder andere Hilfsmittel, die
in Bewegung gesetzt werden müssen, geöffnet wird.
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In der Ausführungsart nach Fig. i und i a führen die Hauptleiter io
und ii je zu einem Verbinder 12 auf dem Isolierboden 13 eines aus Seitenwänden 14,
Vorder- und Hinterwand 15 bestehenden Gehäuses oder Kastens, der eine in der Längsrichtung
verlaufende innere Scheidewand 15d besitzt und mit einem besonderen Deckel versehen
ist. In den beiden Abteilen dieses Gehäuses sind getrennt die Hauptschalter und
Hilfsschalter untergebracht. Die Verbinder =2 tragen je zwei gegabelte Kontaktklingen
16 und 17, und zwischen ihnen liegt eine feststehende, senkrechte Schranke 18 mit
durchgehendem, senkrechtem Längsschlitz zur Führung der beiden die Schaltklingen
2i und 22 steuernden und eine in der Querrichtung liegende Scheidewand bildenden
Träger oder Schieber ig und 2o.
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Zu beiden Seiten des Schiebers ig ist je eine Leiste 23 mit leitender
Platte 24 vorgesehen, die mit dem oberen Ende der Klinge 21 in Berührung steht und
drei Kontakte 25 besitzt, welche die an Leitern 26 hängenden Schaltklingen aufnehmen.
Diese Leiter 26 führen zu Sicherungen 27, die im oberen Ende des aus Isoliermaterial
bestehenden Schiebers ig liegen.
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Der Schieber 2o ist ebenso gestaltet, aber unabhängig vom Schieber
ig verstellbar. Seine Leisten 28 tragen Kontakte 29, die an die Klingen 22 angreifen
und an Leitern 3o hängende Schaltklingen aufnehmen. Die Leiter 30 zu beiden
Seiten des Schiebers 2o sind durch eine oben im Schieber gelagerte Sicherung 31
miteinander verbunden.
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Der Schieber ig bedient so je einen Doppelausschalter 2i auf beiden
Seiten, und zwischen diesen Schaltern befinden sich drei Zweigleitungen je mit einer
Sicherung, die parallel wie in rig. ia oder auch in Reihe wie in. Fig. ib geschaltet
sein mögen. Der Apparat kann mit nur einer oder auch mit mehreren solcher Sicherungen.
ausgestattet sein. Da es sich meist um hohe Überströme handelt, wird man daher gewöhnlich
mehrere Sicherungen verwenden.
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Der Schieber 2o trägt einen Doppelschalter 22 in Parallelschaltung
mit dem Schalter 2i, und in der Leitung 30 zwischen den Schaltklingen 22
befindet sich eine einzige Sicherung, obschon auch hier mehrere Sicherungen vorgesehen
werden können. Diese Sicherung 31 ist schwächer bemessen als die Sicherungen 27.
Die parallel geschalteten Sicherungen 27 kann man auch stärker bemessen und dann
ihre Anzahl entsprechend verringern.
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Bei der mechanischen Bedienung des Unterbrechers wird der Träger oder
Schieber ig vor dem Schieber 2o betätigt. Diese zeitliche Abstimmung läßt sich auf
verschiedene Weise durchführen; der Apparat nach Fig. i ist zur Bedienung von Hand
eingerichtet. Der Handhebel 32 ist gegabelt und greift mit einer Gabelzinke 33 in
einen kurzen Schlitz 34 des Schiebers ig und mit dem anderen Gabelarm 35 in einen
längeren Schlitz 36 des Schiebers 2o. Wird der Griff des Hebels 32 niedergedrückt,
so wird dabei der Schieber ig angehoben, und die hochgehenden Klingen 21 unterbrechen
den Stromkreis kurz bevor der Schieber 2o hochgeht und seine Klingen 22 den Stromkreis
unterbrechen.
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Wie die Fig. 2 bis 4 zeigen, sind auch bewegliche Isolierböden 37
und 38 vorgesehen, je ein Paar zu beiden Seiten der Schranke 18. Sie lassen sich
verstellen, und ihre geschärften Kanten greifen bei geöffnetem Schalter in Kerben
39 der Schranke 18, so daß eine isolierende waagerechte Scheidewand entsteht, die
keinen Lichtbögen zwischen den Klingen aufkommen läßt. Die Bewegung der Isolierböden
wird durch Federn 4o bewirkt.
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Sind die Schaltklingen geschlossen, so werden diese Isolierböden durch
Nasen 41, die gegen Vorsprünge 42 des Schiebers ig anliegen, zurückgehalten. Die
Unterkanten 43 der Vorsprünge 42 verlaufen schräg einwärts, so daß beim Hochgehen
des Schiebers die Böden 37 einwärts vorschnellen und beim Niedergehen des Schiebers
die Böden wieder zurückgetrieben werden.
Eine Sicherung von geeigneter
Bauart ist in der Fig. 5 dargestellt. Die Leiter 26 sind an einen Schmelzeinsatz
44 angeschlossen, dessen verjüngte Schmelzstelle 45 zwischen zwei Blökken oder Kolben
46 liegt, die fest am Metallstreifen 44 im Zylinder 47 sitzen. Dieser Zylinder ruht
im Träger oder Schieber und ist mit Isoliermasse 48 ausgefüttert.
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Schmilzt der Metallstreifen durch, so treibt das dabei entwickelte
Gas die beiden Kolben 46 aus dem Zylinder heraus und bringt die geschmolzenen Enden
des Metallstreifens so weit voneinander, daß ein Lichtbogen nicht. entstehen kann.
Auch die beiden Leiter 26 gehen dabei zurück, und die Seitenwände 14 des Gehäuses
fangen die herausgeschleuderten Kolben 46 auf. Die Leiter 26 sind lösbar mit den
Kontakten 25- verbunden, um das Auswechseln der Sicherungen zu erleichtern.
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Das Gehäuse ist durch zwei Platten 49 abgedeckt, zwischen denen Seitenflügel
oder Flansche 5o der Schieber =g, 2o einfallen, wenn diese ihre Tiefstellung einnehmen.
Der Abstand der beiden Platten 49 voneinander ist so groß, daß beim Ausheben der
Schieber die Sicherungen und angeschlossenen Leiter durchtreten können. Andererseits
sind an die Platten 49 Klappen 51 angelenkt, die den Verschluß des Gehäuses vervollständigen.
Beim Durchschmelzen einer Sicherung heben die Gase die Klappen 51 hoch und blasen
aus, so daß ein Stehenbleiben des Lichtbogens bzw. Schaltfeuers durch die viel Metalldämpfe
enthaltenden Gase vermieden wird. Die beiden Schieber ragen über den von den Teilen
49, 50. 51 gebildeten Deckel hinaus, so daß sie erfaßt und für Reparatur und sonstige
Zwecke ganz herausgehoben werden können.
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Die Fig. 6 bis 8 stellen eine besonders vorteilhafte Ausführungsform
der Schaltklingen und Messer nebst den verschiebbaren Isolierböden 37 dar. Die bewegliche
Schaltklinge 21 greift hier mit einem Zahn 52 in eine Kerbe 53 des Bodens 37. Wird
die Klinge 21 aus der Stellung nach Fig. 6 in die Lage nach Fig. 7 gehoben, wobei
noch ein leitender Weg zwischen den Klingen besteht, so kann der Boden 37 bis an
die Schranke 18 vorgehen, und- bei der weiteren Aufwärtsbewegung der Klinge wird
dann der Boden 37 mit einem Ruck vorgeschnellt, um den engen Weg zu verschließen,
durch den- der Strom sonst durchtreten würde.
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Die Fig. g und =o zeigen eine Ausführungsform, bei der die oberen
Klingen 21 mit dreieckigen Enden 54 zwischen- die unteren Kontaktklingen 55 fahren,
deren Klingenschlitze in der Bewegungsrichtung der Böden 37 liegen, deren dreieckige
Nasen 56 an Gegennasen 57 der senkrecht verstellbaren Träger oder Schieber angreifen.
Wird der Schieber angehoben, so treiben die Federn 4o die Böden einwärts, und der
Kontakt zwischen den Klingen nimmt allmählich an Umfang ab, ohne ganz abzubrechen,
bis die Böden 37 fast in ihre Schließstellung gelangt sind. Am Ende der Aufwärtsbewegung
der Schieber und Klingen können dann die Böden 37 ihre Endstellung nach Fig. =o
einnehmen.
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Die Fig. =i veranschaulicht eine andersartige Vorrichtung. zum Verstellen
der Gleitböden 37. Diese ruhen auf ortsfesten Platten 58, die von den Klingen 21
durchsetzt werden, stehen unter der Wirkung von Zugfedern 59 und werden durch
die Arme 6o von Hebeln gesteuert, die bei 61 ihren Drehpunkt haben und mit ihren
Armen 62 unter Vorsprünge 63 der Leisten 28 des Schiebers =g fassen. Wird der Schieber
angehoben, so gleiten die Böden 37 bis an die Klingen 21 vor und schnellen zwischen
den Klingen' durch, sobald diese den dazu erforderlichen Abstand erreicht haben.
Beim Niederführen des Schiebers =g werden die Böden 37 vorerst durch Niederdrücken
des Hebelarms 62 zurückgezogen.
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Die Bauart des Ausschalters nach Fig. 12 ist der nach Fig. g ähnlich,
nur daß die Böden 37 in Fig. 12 durch lange Blattfedern 64 einwärts getrieben werden,
die oben an Zapfen 65 der Gehäusewand befestigt sind. Auch sind hier die Deckklappen
66, abweichend von der Bauform nach Fig. i, an der Rückwand des Gehäuses mit Scharnieren
angelenkt, um das Herausheben der Schieber mit ihren angeschlossenen Teilen zu ermöglichen.
Die Pig. 13 zeigt die hier mit einer Stufe 67 versehenen Schaltklingen 2i in der
Hochstellung und die Gleitböden 37 unter dem Druck der Federn 64 in die Schließ-
und Ausschaltlage geschoben.
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Die Fig. 14 und 15 stellen eine Ausführungsart mit gekrümmten
Schwingböden 68 (an Stelle der Gleitböden) dar, die bei 7o an der Gehäusewand aufgehängt
sind und unter der Wirkung von Druckfedern 71 stehen. Der Schieber =g besitzt hier
ebenfalls Winkelnasen 72, die gegen die Innenkanten der Hängearme 69
anliegen,
die Böden 68 bei tiefstehendem Schieber in der Offenstellung (Fig. 14) halten und
sie freigeben und einfallen lassen, wenn der Schieber hochgezogen wird (s. Fig.
i5).
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Es ist wichtig, daß die den Schmelzstreifen haltenden Klemmen der
Leiter schnell und weit voneinander zurücktreten, wenn der Streifen durchschmilzt.
Die Fig. 16 bis 18 zeigen andere Mittel zur Erreichung dieses Zwecks wie Fig. 5.
Die Metallstreifen 44 liegen in Öffnungen 73 des Schiebers =g, und an den mit dem
Streifen verbundenen: Enden der Leiter 26 sind Drähte oder Kabel 74 angeschlossen,
die durch Löcher im Gehäuseboden 13 gehen und Gewichte 75 tragen oder auch mit Zugfedern
verbunden sein mögen. Beim Durchschmelzen einer Sicherung werden die Leiterenden
schnell auf den Gehäuseboden
niedergezogen und erreichen dabei einen
Abstand voneinander, der größer als jede mögliche Lichtbogenlänge ist. Auch hier
können überdies Gleitböden oder Schwingböden der beschriebenen Art vorgesehen werden.
Alle mit den Leitern verbundenen Schmelzstreifen schmelzen gleichzeitig durch, und
ein einziges Zugkabel 7¢ auf jeder Seite genügt, um die frei gewordenen Enden der
drei Leiter niederzuziehen. Ein besonderes Paar Kabel mit Gewichten ist für die
Hilfsleiter 30 vorgesehen.
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Die Fig. i9 zeigt die Verwirklichung der Erfindung unter Verbindung
einer Hauptschiene 76 und Hilfsschiene 77 mit einer Speiseleitung 78. Die Ausschaltvorrichtung
nach Fig. i ist hier mit 79 und 8o bezeichnet und in die leitende Verbindung zwischen
den Schienen und der Speiseleitung eingeschaltet. Die Vorrichtung 79 befindet sich
in geschlossener, 8o in geöffneter Stellung, so daß die Speiseleitung mit der Schiene
76 verbunden, dagegen mit der Schiene 77 nicht verbunden ist.
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Fig. 2o stellt eine Vorrichtung zur Steuerung des Schiebers ig des
Hauptschalters dar. Bei der in ausgezogenen Linien veranschaulichten Stellung ist
eine Spule 81 erregt worden und zieht den Schieber mittels eines Armes 82 des Magnetkerns
der Spule nieder, während eine Magnetspule 83 eine Federklinke 84 freigibt, die
dann eine Scheibe 85 am unteren Ende des Schiebers entgegen der Wirkung einer Feder
86 verriegelt. Wenn der Schalter geöffnet wird, wird die Spule 83 erregt. Beim Abschalten
der Spule 81 treibt die Feder den Schieber ig in. die in punktierten Linien dargestellte
Lage hoch, und die ebenfalls abgeschaltete Spule 87 jäßt die Klinke 88 in die Öffnung
89 des Schiebers einklinken und den Schieber sperren. Diese Vorrichtung vermittelt
eine schnelle und weite Trennung der Schaltklingen in verläßlicher Weise.
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In dem Schaltschema nach Fig. i a ist mit den Verbindern 12 ein Hauptschalter,
der aus Leitern 24 mit parallelen Zwischenleitern oder Brücken 26 besteht, deren
jede eine Schmelzsicherung 27 enthält, und weiter ein Hilfsschalter verbunden, der
aus einem Leiter oder Brücke 30 mit eingeschalteter Sicherung 31 besteht.
Der Hauptschalter wird durch den Schieber ig, der NTebenschalter durch den Schieber
2o gesteuert.
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Die Leiter i2 sind in ihren verschiedenen Teilen so bemessen, daß
bei normalem Arbeitsgange der Strom durch die Schalter so verteilt wird, daß ein
Durchschmelzen einer der Sicherungen nicht gut eintreten kann. Wird der Schieber
ig von Hand oder automatisch angehoben und damit der Hauptschalter gezogen, so werden
die einzelnen Klemmen der Leiter 26 gleichmäßig bewegt, die Kontaktklingen treten
voneinander zurück und durch die entstehende Leitungslücke wird der Stromkreis unterbrochen,
während die gleitbeweglichen oder schwingbaren Zwischenböden in die Leitungslücke
einfahren, um die Lichtbogenbildung zu verhüten. Durchaus notwendig ist diese Sicherung
durch die Böden 37 oder 68 allerdings nicht in allen Fällen.
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Die Fig. ib veranschaulicht eine Anordnung, bei der die Sicherungen
des Hauptschalters in Reihe zwischen den Leitern io und ii angeordnet sind, so daß
die Gesamtweite der beim Anheben der Schieber ig entstehenden Leitungslücke dreimal
so groß ist als bei Anordnung nach Fig. i a.
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Die Unterbrechung des Stromkreises durch den Hauptschalter treibt
die ganze Belastung durch den Hilfsschalter, der geschlossen bleibt, und die Hilfssicherung
31 schmilzt dann durch, wobei der Stromkreis vollständig unterbrochen wird.
Geschieht dies, so leisten die verstellbaren Böden des Hauptschalters den wichtigen
Dienst der Verhütung einer Lichtbogenbildung zwischen den Klemmen des Hauptschalters.
Die feststehende Scheidewand 15a läßt kein entflammbares Gas aus einem der beiden
damit gebildeten, die beiden Schalter getrennt haltenden Abteile in den anderen
Abteil übertreten.
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Bei einem vollständigen Kurzschluß oder sonstiger plötzlicher Überlastung,
die die automatische Betriebseinrichtung nicht bewältigen kann, sofern eine solche
überhaupt vorhanden ist, schmelzen die Sicherungen im Hauptschalter durch, da die
Widerstände in den Zweigleitungen des Stromkreises so geregelt sind, daß der größere
Anteil der Überlastung durch den Hauptschalter geht. Dabei wird die ganze Belastung
auf den Hilfsstromkreis geworfen, und dessen Sicherung schmilzt dann sofort durch
und vervollständigt die Stromunterbrechung.
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Ist nur die Hilfssicherung allein oder sind beide Sicherungssätze
durchgeschmolzen, so müssen neue Sicherungsstreifen eingesetzt werden, bevor der
Stromkreislauf wiederhergestellt wird. Zu dem Zwecke werden die Sicherungsträger
oder Schieber angehoben, so daß die Einsetzstellen oberhalb des Gehäuses zur Hand
liegen. Das Einsetzen erfolgt dann in an sich bekannter Weise.
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Die Erfindung ist auf der Zeichnung in- Verbindung mit nur einer Leitung
dargestellt. Bei einem Mehrphasensystem kommt je eine Ausschaltvorrichtung für jede
einzelne Phase in Anwendung. Die Kapazität der Sicherungen im Hauptschalter oder
der einzigen Sicherung, falls nur eine vorgesehen ist, wird zweckmäßig so gehalten,
daß eine Durchschmelzung nur erfolgt, wenn ein Strom fließt, der wesentlich stärker
ist als die zugemessene Kapazität, die dem normalen Strom im Sfromkreise entspricht.
Die Sicherung soll nur in Wirkung treten, wenn der Strom mindestens io Prozent über
ihre
zugemessene Kapazität und zweckmäßig ein Mehrfaches ihrer normalen
Kapazität, etwa das Fünfzehnfache, beträgt. Dadurch erhält man die Gewißheit, daß
sie nur bei einem sehr heftigen Kurzschluß in Wirkung tritt, während bei schwächeren
Überströmen das Ansprechen der Sicherungen vom Anheben des Schiebers und Öffnen
des Schalters abhängt.
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Beispielsweise wird man bei einer Belastung von Zoo Ampere eine 3ooo-Ampere-Sicherung
verwenden. Damit wird eine erhebliche Erhitzung und Stromunterbrechung bei kleinen
Störungen vermieden. Die gewöhnlichen Sicherungen in elektrischen Stromkreisen reichen
nur für geringe Überlast aus, in den meisten Fällen nur etwa 5. Prozent, so daß
eine 2oo-Ampere-Sicherung bei etwa. Rio Ampere durchschmelzen soll. Die Sicherung
im Hilfsschalter ist andererseits nur von geringer Kapazität im Vergleich zum Normalstrom,
so daß sie unmittelbar beim Öffnen des Hauptschalters durchschmilzt. Beispielsweise
kann es eine Sicherung von 5 bis io Ampere Kapazität bei einem Stromkreise sein,
dessen normale Belastung Zoo Ampere beträgt. Nur nach Unterbrechung. des Stromkreises
und Durchschmelzen der Sicherung sollen die Klemmen gelöst werden, um eine neue
Sicherung einsetzen zu können.