CH660645A5

CH660645A5 - Elektrischer trennschalter.

Info

Publication number: CH660645A5
Application number: CH2670/83A
Authority: CH
Inventors: Yoshiharu Hidaka
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co
Priority date: 1982-05-27
Filing date: 1983-05-17
Publication date: 1987-05-15
Also published as: JPH0454329B2; US4499350A; DE3318873C2; JPS58206019A; DE3318873A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Trennschalter gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

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 Unterdrük-kung 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 Schliesswider-standes 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 Schliesswider-

ständen, insbesondere mit SF& gefüllte Blas-Trennschalter, entwickelt mit erheblich geringeren räumlichen Abmessungen und einer verringerten Anzahl von in Reihe geschalteten Trennstellen. Trennschalter mit zwei Trennstellen s wurden zum Einsatz sogar in 500 KV Systemen entwickelt. Die Grösse des Schliesswiderstandes zur Unterdrückung der Einschaltüberspannung wird durch das Zusammenwirken der Isolationsfestigkeit der Energieversorgungsanlage, der Spannung der Anlage, dem Wellenwiderstand der Anlage io und die Länge der Versorgungsleitungen bestimmt, wobei der Einfluss der Kurzschlusskapazität kaum eine Rolle spielt.

Obwohl also, wie bereits erwähnt, der Wirkungsgrad von Trennschaltern verbessert wurde und die Anzahl von Trennstellen verringert wurde, bei gleichzeitiger erheblicher Verls kleinerung 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 pro-20 blematisch.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Trennschalter zu schaffen mit einem Überspannungs-unterdrückungsabschnitt, der kompakt im Aufbau ist und bei dem die Wärmeableitung von den elektrischen Wider-25 ständen besonders einfach und wirksam erfolgen kann.

Ausgehend von einem Trennschalter der eingangs näher genannten Art, erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhän-30 gigen Patentansprüchen beschrieben.

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

35 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 40 in Figur 1 gezeigten Trennschalters;

Figur 4 einen vergrösserten Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Trennschalters und

Figur 5 einen Schnitt durch den in Figur 4 gezeigten Trennschalter entlang der Linie V-V in Richtung der Pfeile.

45

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 verso bunden. 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 Überspannungsunterdrük-kungsabschnitt 40, der aus einem Widerstandsschaltab-55 schnitt 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 60 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 65 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

3

660 645

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 Hauptschaltabschnitt 18, der von einer Abschirmung 17 umgeben ist und einem beweglichen Kontakt 25, der eine bewegliche 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 Halteteil befestigt ist. Der bewegliche Kontakt 25 kann vorgeschoben oder zurückgezogen werden mittels eines Antriebsmechanismus 27, der einen Hebel 26 aufweist, und ist an seinem 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 Widerstandsschaltabschnitt 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-Trennschalter-kontaktabschnitt 6 trägt. In diesem Fall wird zuerst die Isolierdistanz S1 zwischen dem Abschnitt 5 und dem Behälter 1 derart festgelegt, dass S1 ein Minimalwert ist, der einen 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 1. 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-Trenn-schalterkontaktabschnitt 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 ist parallel zu einem Über-spannungsunterdrückungsabschnitt 54 geschaltet, der Reihenwiderstände 52 zur Ableitung der Einschaltüberspannung des Haupt-Trennschalterkontaktabschnitts 51 aufweist und einen Widerstandsschaltabschnitt 53 aufweist zum Schalten des Stroms, 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 beweglichen 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, 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 neben 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 Haupt-Trennschalter-kontaktabschnitts 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 Widerstandsschaltkontakte 53. Ein Widerstand 52 ist zwischen dem feststehenden Kontakt 58 und dem feststehenden Kontakt 71 geschaltet, und der andere Widerstand 52 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 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-Trennschalterkontaktabschnittes 51. Obwohl sie also ihre Schliessbewegung zur gleichen Zeit beginnen, sind die Widerstandsschaltkontakte 53 zuerst geschlossen. Dies dient dazu, die Schliesswiderstände 52 zuerst in Reihe in die Energieübertragungsanlage einzu5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

660645

4

schalten und dann, nachdem sie den Strom für einige Zeit geleitet haben, schliessen die Kontakte des Haupt-Trenn-schalterkontaktabschnitts 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-Trennschalterkon-taktabschnitt 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 S2 gleich der Abmessung S2aist. Daraus folgt, dass die Gesamtlänge La des Isolators 84 geringer ist als die Gesamtlänge Ldes Isolierzylinders 30 durch den Abstand (1 - la). Der Abstand S2ajedoch zwischen dem 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 Si beibehalten wird, wenn der Widerstandsschaltabschnitt 53 direkt unterhalb des Haupt-Trennschalterkontaktabschnitts 51 angeordnet wird. Dieser Raum kann also wirksam genutzt werden.

Mit dem oben angegebenen Aufbau erfolgt die Übertragung der Bedienungskraft vom Haupt-Trennschalterkontaktabschnitts 51 angeordnet wird. Dieser Raum kann also wirksam genutzt werdne.

Mit dem oben angegebenen Aufbau erfolgt die Übertragung der Bedienungskraft vom Haupt-Trennschalterkontakt-abschnitt 51 zum Widerstandsschaltabschnitt 53 mittels des Verbindungsstabes 81, der die beiden seitlich versetzten s Abschnitte 79 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 io Gelenkverbindung verbessert.

Es ist ferner mit der vorliegenden Erfindung möglich, den den Kreis 83 umgebenden Randraum wirksam zu nutzen, da der Widerstandsschaltkontakt 53 direkt unterhalb des Haupt-Trennschalterkontaktabschnitts 51 angeordnet ist und so ein 15 ausreichender Isolierabstand Sia gegen Masse beibehalten wird.

Mit der vorliegenden Erfindung kann ferner auch der Durchmesser des Behälters 1 verringert werden, verglichen mit dem herkömmlichen Aufbau, wie er oben beschrieben 20 wurde, da der Kreis 83 kleiner ausgeführt sein kann als der Kreis 31 gemäss Figur 2.

Die Länge La des Isolators 84 wird durch den Wert (L - La), d.h. ( 1 - la), verringert, verglichen mit dem in Figur 2 gezeigte» Aufbau, da der Isolator 84, der den Haupt-Trenn-25 schalterkontaktabschnitt 51 trägt, an einer Stelle angeordnet ist, an der die axiale Mittellinie des Isolators 84 mit der Mittenlinie des Behälters 1 zusammenfällt. Der erfindungsge-mässe Trennschalter kann demzufolge sehr kompakt ausgeführt sein.

30 Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel 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 35 und 2d weggelassen sind.

B

3 Blatt Zeichnungen

Claims

660 645

1. Elektrischer Trennschalter mit einem Behälter ( 1 ), der ein isolierendes Gas enthält, mit einem in diesem Behälter angeordneten Haupt-T rennschalterkontaktabschnitt (51 ), der einen feststehenden Kontakt (58), einen beweglichen Kontakt (64) und eine Betätigungsanordnung (66) mit einem schwenkbaren Hebel aufweist, um den beweglichen Kontakt in und ausser Eingriff mit dem feststehenden Kontakt zu bringen, mit einem zweiten im genannten Behälter angeordneten Trennschalterkontaktabschnitt, der einen feststehenden Kontakt (71 ), einen beweglichen Kontakt (74) und eine Betätigungsanordnung mit einem schwenkbaren Hebel (72) aufweist, um den beweglichen Kontakt in und ausser Eingriff mit dem feststehenden Kontakt zu bringen, und mit einer Anordnung von Widerständen (52), die mit den Kontakten des zweiten Trennschalterkontaktabschnitts elektrisch in Serie geschaltet sind und gemeinsam parallel zu den Kontakten des Haupt-Trennschalterkontaktabschnitts geschaltet sind, wobei jeder der genannten schwenkbaren Hebel mindestens ein zu seiner Schwenkachse versetztes Teil und ein steifes Teil (81 ) aufweist, das die versetzten Teile der beiden Hebel miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Widerständen (52) zwei Teile aufweist, wobei ein Teil elektrisch zwischen den feststehenden Kontakt (58) des Haupt-Trennschalterkontaktab-schnitts und den feststehenden Kontakt des zweiten Trennschalterkontaktabschnitts geschaltet ist und der andere Teil elektrisch zwischen den beweglichen Kontakt des Haupt-Trennschalterkontaktabschnitts und den beweglichen Kontakt des zweiten Trennschalters geschaltet ist.

2. Elektrischer Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Haupt-Trennschalterkontaktab-schnitt (51) oberhalb des zweiten Trennschalterkontaktabschnitts (54) angeordnet ist.

2

PATENTANSPRUCH E

3. Elektrischer Trennschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (52) innerhalb eines imaginären Kreises (83) angeordnet sind, der den Haupt-Trennschalterkontaktabschnitt und den zweiten Trennschalterkontaktabschnitt umgibt und tangential zu diesen verläuft.

4. Elektrischer Trennschalter nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der schwenkbare Hebel (66) drei zu seiner Schwenkachse versetzte Teile aufweist, wovon ein erster Teil mit dem beweglichen Kontakt, ein zweiter Teil mit dem steifen Teil (81 ) und ein dritter Teil mit einem Betätigungsstab (82) zusammenwirken.