DE10157140A1

DE10157140A1 - Hybridschalter

Info

Publication number: DE10157140A1
Application number: DE2001157140
Authority: DE
Inventors: Wenkai Shang; Markus Heimbach
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2001-11-21
Filing date: 2001-11-21
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2021-11-22
Also published as: DE10157140B4

Abstract

Es wird ein Hybrid-Leistungsschalter mit einer ersten Löschkammer mit einem ersten Isolierungsmedium, vorzugsweise einer Vakuumkammer, und mit einer damit gekoppelten zweiten Löschkammer mit einem zweiten Isoliermedium, vorzugsweise eine erste SF6-gasisolierte Löschkammer, und mit einem gemeinsamen Antrieb beschrieben. Die erste Löschkammer ist eine Doppelkontakt-Löschkammer, deren festes Kontaktstück zwischen zwei beidseitig dazu befindlichen beweglichen Kontaktstücken angeordnet ist und gemeinsam mit den beweglichen Kontaktstücken der zweiten Löschkammer antreibbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiger Hybridschalter ist aus der DE 199 58 645 A1 bekannt geworden. Dieser Schalter besitzt mindestens zwei in Reihe geschaltete, von einem gemeinsamen Antrieb oder von separaten Antrieben betätigte, mit unterschiedlichen Löschmitteln gefüllte Löschkammern auf. Eines der Löschmittel ist Vakuum, wogegen das andere ein Isoliergas ist. Dabei sind die beiden Löschkammern so einander zugeordnet, dass die Vakuumkammer beim Einschalten zuerst oder etwa gleichzeitig einschaltet, wogegen die andere Löschkammer beim Ausschalten vor der Vakuumkammer oder etwa gleichzeitig ausschaltet.

Bei einer Reihenschaltung von Vakuumkammer und Gaskammer in einem solchen Hybridschalter sind im wesentlichen die Funktionen "Stromunterbrechung" und "Spannungen halten "nach dem Stromnulldurchgang getrennt. Der Vakuumkammer kommt dabei die Aufgabe zu, den Strom zu unterbrechen und für die ersten Mikrosekunden der Einschwingspannung zu widerstehen. Wesentlich für die dielektrische Beanspruchung der Vakuumkammer ist der Abkopplungszeitpunkt, ab dem der Gasschalter in der Lage ist, über seine Schaltstrecken Spannungen aufzubauen. Dieser Zeitpunkt wird wesentlich vom Druckaufbau im Gasschalter und von der Zusammensetzung des Löschgases bestimmt.

Wird zum Beispiel auf die Verwendung des Löschgases SF6 verzichtet und möchte man aus Kostengründen nur eine geringe Antriebsenergie einsetzen, so wird der Abkopplungszeitpunkt zu größeren Zeiten hin verschoben. Die dielektrische Beanspruchung steigt, was insbesondere für den Abstandskurzschluß gilt. Dort liegen günstige Abkoppelbedingungen immer dann vor, wenn das erste Maximum der leitungsseitigen Einschwingspannung erreicht wird, so dass die Ableitung der Einschwingspannung nach der Zeit den Wert Null hat. Gelingt es der SF6-Gas-Kammer nicht, vor diesem Zeitpunkt abzukoppeln, so beträgt der Spannungswert über der Vakuumkammer zum Beispiel für die Parameter 300 KV/40 KA ca. 195 KV und wird nach ca. 32 Mikrosekunden erreicht. Es ist unrealistisch, anzunehmen, dass eine Vakuumkammer in der Lage ist, diesen Spannungswerten nach der Stromunterbrechung sicher zu widerstehen. Eine Reihenschaltung von Vakuumkammern hat den Nachteil, dass insbesondere beim Einsatz in einer gasisolierten Schaltanlage oder einem so genannten Dead Tank Breaker die Erdkapazitäten zu einer starken Versteuerung beitragen, so dass keine auch annähernd gleichmäßige Aufteilung der Einschwingspannung erreicht wird. Zusätzliche Steuerkondensatoren verursachen große Kosten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hybridschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Nachteile der bekannten Anordnungen vermieden sind; insbesondere soll eine einfache Ausgestaltung der Vakuumkammer erreicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist die erste Löschkammer, also die Vakuumkammer, eine Doppelkontakt-Löschkammer, deren festes Kontaktstück zwischen beidseitig dazu befindlichen beweglichen Kontaktstück angeordnet und gemeinsam mit dem beweglichen Kontaktstück der zweiten Löschkammer antreibbar ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Kontaktstellen von einem ersten Schirm überdeckt, der mittig zwischen zwei zylindrischen Isolierkörpern aus Keramik fixiert ist.

Die beiden Isolierkörper sind darüber hinaus in Teilisolierkörper unterteilt, zwischen denen je ein zweiter Schirm fixiert ist, der jeweils in Richtung des benachbarten Deckels vorspringt.

Im Bereich der Deckel befindet sich je ein dritter Schirm, die zum feststehenden Kontaktstück in vorspringen. Dabei ist es zweckmäßig, dass sich alle Schirme teilweise überlappen, damit bei einer Ausschalthandlung ein ausreichender Schutz der Innenfläche der Isolierkörper gegen Metallablagerungen erreicht wird.

Der ersten Schirm befindet sich dabei mit seinen Enden innerhalb jeweils der zweiten Schirme, und darüber hinaus liegen die zweiten Schirme teilweise innerhalb der dritten Schirme.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung befinden sich zwischen den Deckeln und den Schirmen und jeweils zwischen zwei Schirmen je ein Steuerwiderstand.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Hybridschalters,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vakuumkammer in einer Schnittansicht und
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Spannungsverläufe am Hybridschalter.
Es sei Bezug genommen auf die Fig. 1. Diese zeigt eine Vakuumkammer 10 gemäß der Erfindung, die zwei bewegliche Kontaktstücke 11 und 12 aufweist, siehe weiter unten, die von einem Antrieb 13 über eine mechanische Kopplung 14, die lediglich durch eine Linie angedeutet ist, angetrieben werden. Der Antrieb 13 betätigt auch das bewegliche Kontaktstück 15 eines Gasschalters 16, von dem lediglich die so genannte Gasdüse 17, in der ein Lichtbogen zwischen dem beweglichen Kontaktstück 15 und einen festen Kontaktstücke 18 gelöscht wird, dargestellt ist.
Es wird nun Bezug genommen auf die Fig. 2.
Die Vakuumkammer 10, von der lediglich der Teil links der Mittellinie M-M gezeichnet ist, besitzt zwei Isolierzylinder 20, 21 aus Keramikmaterial, zwischen denen ein Träger 22 für ein festes Kontaktstück 23 angebracht ist, beispielsweise durch geeignete Verlötung. Mit diesem festen Kontaktstück 23 wirken zwei bewegliche Kontaktstücke 24 und 25 zusammen, die über Membranen 26 und 27 mit den freien Enden der Isolierkörper 20 und 21 verbunden sind. Zusätzlich zu den Membranen 26 und 27 oder auch statt dessen können auch Faltenbalge 28, 29 vorgesehen sein, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist. Weiterhin sind radial außerhalb der Faltenbalge 28, 29 weitere Schirme 55, 56 vorgesehen, die jeweils zu den Enden hin offene Näpfe bilden, deren Böden an den Kontaktstücken 24 und 25 befestigt sind.
An dem Träger 22 befinden sich in entgegengesetzte Richtungen vorspringende erste Schirme 30, 31, die einen axial verlaufenden Abschnitt 32 und 33 auf weisen, deren freier Enden 34 und 35 etwa s-förmig radial nach innen abgebogen sind und einen geringeren Durchmesser aufweisen als die axialen Abschnitte 32 und 31.
Die Isolierkörper 20 und 21 sind jeweils unterteilt in Teilisolierkörper 36, 37 bzw. 38, 39, zwischen denen weitere Trägerelemente 40, 41 angeordnet sind, an denen zweite Schirme 42, 43 befestigt sind. Auch die zweiten Schirme 42 und 43 springen in entgegengesetzte Richtungen zu den Stirnenden der Vakuumkammer 10 vor. Sie besitzen jeweils einen ersten Abschnitt 44, 45, der auf der gleichen Zylinderfläche liegt wie die Abschnitte 30, 31; die freien Enden 46, 47 der Schirme 42 und 43 liegen in der gleichen Zylinderfläche wie die freien Enden 34 und 35. Die Abkantungen gleichen denen der ersten Schirme 30, 31.
An den Membranen 26 und 27 sind dritte Schirme 48 und 49 befestigt, die aufeinander zuweisen und deren Zylinderfläche mit den Zylinderflächen 30, 31; 44, 45 fluchten.
Die drei Schirme 30, 31; 42, 43; 48, 49 überlappen sich jeweils, wobei an den freien Enden der Schirme nach innen gebogene Abkantungen 50 vorgesehen sind, die Abkantung ist nur für den Schirm 30 mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet. Die andern Schirme besitzen gleiche Abkantungen.
Zwischen den Membranen 26, 27 und den Trägern 40, 41, 22 befinden sich Widerstände 51, 52, 53 und 54, die zur Steuerung der Spannungsverhältnisse an der Vakuumkammer 10 dienen.
Die Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Spannungsverhältnisse über dem Hybridschalter. Beim Ausschaltvorgang öffnet zunächst die Vakuumkammer vor dem Gasschalter 16 oder etwa gleichzeitig mit dem Gasschalter 16, nach dem Nulldurchgang des Stromes. Die transiente Wiederkehrspannung über dem Hybridschalter ist in Fig. 3 gezeigt, wobei die Spannung an der Vakuumkammer I bzeichnet ist. Die Kurve I steigt zunächst, beginnend mit dem Stromwert 0 und nach der Abkopplungszeit t ab beginnt im Gasschalter 16 die dielektrische Widerverfestigung, was durch die Kurve II angedeutet ist. Der Gasschalter 16 übernimmt den größten Teil der Spannung. Aufgrund der Widerstände reduziert sich die Spannung an der Vakuumkammer noch weiter. Die Überlagerung der beiden Kurven I, II ergibt dann die gesamte Spannung über dem Hybridschalter, bezogen auf die Zeit. Diese Kurve ist strichiert dargestellt und trägt die Bezugsziffer III.

Claims

1. Hybrid-Leistungsschalter mit einer ersten Löschkammer mit einem ersten Isolierungsmedium, vorzugsweise eine Vakuumkammer, mit einer damit gekoppelten zweiten Löschkammer mit einem zweiten Isoliermedium, vorzugsweise eine erste SF6- gasisolierte oder ein anderes Gas enthaltende Löschkammer, und mit einem gemeinsamen Antrieb, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Löschkammer eine Doppelkontakt - Löschkammer ist, deren festes Kontaktstück zwischen zwei beidseitig dazu befindlichen beweglichen Kontaktstück angeordnet ist und gemeinsam mit dem beweglichen Kontaktstücken der zweiten Löschkammer antreibbar ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kontaktstellen, die durch das feststehende und die beiden beweglichen Kontaktstücke gebildet sind, von einem ersten Schirm überdeckt sind, der mittig zwischen zwei zylindrischen Isolierkörpern aus Keramik fixiert ist.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Isolierkörper in sich in Teilisolierkörper unterteilt sind, zwischen denen je ein zweiter Schirm fixiert ist, der je in Richtung des benachbarten Deckels vorspringt.

4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Deckel je ein dritter Schirm vorgesehen ist, die zum festen Kontaktstücke in vorspringen.

5. Schalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich alle Schirme teilweise überlappen.

6. Schalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Schirmen mit seinen Enden radial innerhalb jeweils der zweiten Schirme befindet.

7. Schalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Schirme teilweise radial innerhalb der dritten Schirme liegen.

8. Schalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Deckeln und den Schirmen und jeweils zwischen zwei benachbarten Schirmen je ein Steuerwiderstand angeordnet ist.