DE102017206748A1

DE102017206748A1 - Doppeldüsenschalter mit Außenkontakt und Verfahren zum Schalten des Doppeldüsenschalters

Info

Publication number: DE102017206748A1
Application number: DE102017206748.9A
Authority: DE
Inventors: Lutz-Rüdiger Jänicke; Jörg Teichmann; Nils Werning
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2018-10-25
Also published as: BR112019020565B1; WO2018192732A1; BR112019020565A2; CN110537240A; EP3586350A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Doppeldüsenschalter (1) und ein Verfahren zum Schalten hoher Ströme in der Hochspannungstechnik für einen Pol. Der Doppeldüsenschalter (1) umfasst wenigstens einen ersten Kontakt (2), welcher wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites festes Kontaktstück (3, 4) umfasst sowie wenigstens ein erstes, bewegbares Überbrückungskontaktstück (5), über welches im eingeschalteten Zustand ein elektrischer Kontakt zwischen dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten festen Kontaktstück (3, 4) hergestellt ist. Der Doppeldüsenschalter (1) umfasst desweiteren wenigstens einen zweiten Kontakt (6), mit wenigstens einem dritten und mit wenigstens einem vierten festen Kontaktstück (7, 8) sowie mit wenigstens einem zweiten, bewegbaren Überbrückungskontaktstück (9), über welches im eingeschalteten Zustand ein elektrischer Kontakt zwischen dem wenigstens einen dritten und dem wenigstens einen vierten festen Kontaktstück (7, 8) hergestellt ist. Der wenigstens eine erste und der wenigstens eine zweite Kontakt (2, 6) sind elektrisch parallel geschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Doppeldüsenschalter und ein Verfahren zum Schalten hoher Ströme in der Hochspannungstechnik für einen Pol. Der Doppeldüsenschalter umfasst wenigstens einen ersten Kontakt, welcher wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites festes Kontaktstück umfasst sowie wenigstens ein erstes, bewegbares Überbrückungskontaktstück, über welches im eingeschalteten Zustand ein elektrischer Kontakt zwischen dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten festen Kontaktstück hergestellt ist.
Ein Doppeldüsenschalter für die Hochspannungstechnik nach dem Stand der Technik ist z. B. aus der EP 0 830 700 B1 bekannt. Der Doppeldüsenschalter umfasst einen Nennstromkontakt mit zwei gegenüberliegenden, hohlzylinderförmigen festen Kontaktstücken, welche jeweils düsenförmig ausgebildet sind. Zum Einschalten wird ein hohlzylinderförmiges Überbrückungskontaktstück derart über die zwei festen bzw. feststehenden Kontaktstücke geschoben, das ein elektrischer Kontakt zwischen den festen Kontaktstücken über das Überbrückungskontaktstück entsteht. Beim Ausschalten wird das hohlzylinderförmige Überbrückungskontaktstück von wenigstens einem festen Kontaktstücke zurückgezogen, bis ein ausreichender Abstand zu dem wenigstens einen Kontaktstück besteht, um den elektrischen Kontakt sicher zu trennen.
Der Doppeldüsenschalter umfasst desweiteren eine Kompressionsvorrichtung für Löschgas, insbesondere für SF₆. Die Kompressionsvorrichtung weist einen ortsfesten Kompressionskolben und einen beweglichen Kompressionszylinder auf. Der Kompressionszylinder umfasst einen Boden, welcher mit dem Kompressionszylinder beweglich angeordnet ist, und beim Einschalten derart bewegt wird, dass die zwei festen Kontaktstücke und das Überbrückungskontaktstück von dem Kompressionszylinder räumlich umfasst werden. Beim Ausschalten wird der Kompressionszylinder mit seinem Boden derart bewegt, dass der Boden wenigstens von einem Kontaktstück abgezogen wird und hinter einen Spalt zwischen den festen Kontaktstücken, welcher durch den festen Abstand der festen Kontaktstücke voneinander gebildet wird, zurückgezogen wird. Der Boden besteht aus und/oder umfasst einen Isolator, z. B. Teflon und/oder PCTFE.
Ein Lichtbogen, welcher beim Schalten zwischen Kontaktstücken entstehen kann, wird durch Löschgasströmungen beim Schalten durch die holzylinderförmigen festen Kontaktstücke in Düsenform und durch die Kompressionsvorrichtung gelöscht bzw. ausgeblasen. Im eingeschalteten Zustand ist der maximal mögliche Strom über den Doppeldüsenschalter begrenzt, z. B. durch das Material der Kontaktstücke, dem leitfähigen Durchmesser der Kontaktstücke und dem elektrischen Kontakt zwischen den festen Kontaktstücken und dem Überbrückungskontaktstück. Eine Erhöhung des maximal möglichen Stroms, bei welchem der Doppeldüsenschalter nicht beschädigt wird, durch Erhöhung des leitfähigen Durchmessers der Kontaktstücke, führt zu einer Zunahme der zu bewegenden Masse, einer Vergrößerung des Doppeldüsenschalters und zur Erhöhung der Herstellungskosten. Der Einsatz von gut leitfähigen Materialien, wie z. B. in Form von Silberbeschichtungen auf Kontaktstücken aus z. B. Kupfer, Stahl oder Aluminium, zur Verbesserung der Kontakte, führt zu einer starken Erhöhung der Herstellungskosten. Räumliche und finanzielle Grenzen sowie Materialeigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit vs. Masse, führen zu Grenzen der Erhöhung des maximal möglichen Stroms über einen Doppeldüsenschalter.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Doppeldüsenschalter sowie ein Verfahren zum Schalten eines Doppeldüsenschalters anzugeben, welche hohe Ströme über den Doppeldüsenschalter, bei hohen Schaltspannungen und insbesondere bei geringen Herstellungskosten ermöglichen. Insbesondere ist es Aufgabe, einen Doppeldüsenschalter anzugeben, welcher im Vergleich zum Stand der Technik eine erhöhte maximale Stromtragfähigkeit aufweist, bei geringer zu bewegender Masse beim Schalten, geringen Herstellungskosten, mit kompakten Abmessungen und einem geringen Löschgasvolumen.
Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Doppeldüsenschalter zum Schalten hoher Ströme in der Hochspannungstechnik für einen Pol mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch ein Verfahren zum Schalten von Gleich- und/oder Wechselstrom in der Hochspannungstechnik, insbesondere unter Verwendung des zuvor beschriebenen Doppeldüsenschalters, gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Doppeldüsenschalters zum Schalten hoher Ströme in der Hochspannungstechnik für einen Pol und/oder des Verfahrens zum Schalten von Gleich- und/oder Wechselstrom in der Hochspannungstechnik, insbesondere unter Verwendung des zuvor beschriebenen Doppeldüsenschalters, sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei sind Gegenstände der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen von Unteransprüchen sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar.
Ein erfindungsgemäßer Doppeldüsenschalter zum Schalten hoher Ströme in der Hochspannungstechnik für einen Pol, umfasst wenigstens einen ersten Kontakt, welcher wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites festes Kontaktstück umfasst sowie wenigstens ein erstes, bewegbares Überbrückungskontaktstück, über welches im eingeschalteten Zustand ein elektrischer Kontakt zwischen dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten festen Kontaktstück hergestellt ist. Der Doppeldüsenschalter umfasst desweiteren wenigstens einen zweiten Kontakt, mit wenigstens einem dritten und mit wenigstens einem vierten festen Kontaktstück sowie mit wenigstens einem zweiten, bewegbaren Überbrückungskontaktstück, über welches im eingeschalteten Zustand ein elektrischer Kontakt zwischen dem wenigstens einen dritten und dem wenigstens einen vierten festen Kontaktstück hergestellt ist, wobei der wenigstens eine erste und der wenigstens eine zweite Kontakt elektrisch parallel geschaltet sind.
Der erfindungsgemäße Doppeldüsenschalter weist durch die zwei parallel geschalteten Kontakte eine erhöhte maximale Stromtragfähigkeit bei geringen Herstellungskosten auf. Der Doppeldüsenschalter hat eine geringe zu bewegende Masse beim Schalten und kann mit kompakten Abmessungen sowie in einer Bauform mit geringem Löschgasvolumen ausgeführt werden.
Im eingeschalteten Zustand kann der Stromfluss über den zweiten Kontakt 20 bis 90%, insbesondere mindestens 50% des Stromflusses über den ersten Kontakt sein. Um den entsprechenden Betrag wird der maximale Stromfluss über den Doppeldüsenschalter im Vergleich zu Doppeldüsenschaltern, bekannt aus dem Stand der Technik, gesteigert. Andere Bauarten von Hochspannungs-Leistungsschaltern, insbesondere mit Nennstrom- und Lichtbogenkontakt, wobei wenigstens ein Nennstromkontaktstück und wenigstens ein Lichtbogenkontaktstück bewegbar sind, und wobei die Lichtbogenkontaktstücke in Pin- und Tulpenform mit geringer Stromtragfähigkeit ausgebildet sind, sowie mit einer extra Blasdüse zum Löschen von Lichtbögen, weisen gegenüber Doppeldüsenschaltern, bekannt aus dem Stand der Technik, nur eine Steigerung des maximalen Stromflusses von weniger als 20%, insbesondere weniger als 10% des Stromflusses über den rohrförmigen Nennstromkontakt auf, insbesondere durch den Stromfluss über den Lichtbogenkontakt.
Das wenigstens eine erste und das wenigstens eine zweite feste Kontaktstück des erfindungsgemäßen Doppeldüsenschalters kann hohlzylinderförmig, insbesondere jeweils in Form einer Düse ausgebildet sein. Das wenigstens eine erste, bewegbare Überbrückungskontaktstück kann hohlzylinderförmig ausgebildet sein, insbesondere formschlüssig mit einem Innendurchmesser, welcher im Wesentlichen dem Außendurchmesser des wenigstens einen ersten und/oder des wenigstens einen zweiten festen Kontaktstücks entspricht.
Hohlzylindrische Kontaktstücke weisen bei geringer Masse große Stromtragfähigkeit auf, abhängig dem Durchmesser und der Dicke der Hohlzylinderwandung. Eine geringe Masse der Kontaktstücke bei hoher Stromtragfähigkeit verringert die zu bewegende Masse beim Schalten. Dadurch sind schnelle Schaltbewegungen, d. h. kurze Schaltzeiten möglich, mit geringer Kraft, wodurch die Dimensionierung von Elementen der kinematischen Kette und eines Antriebs geringer ausfallen kann, was Kosten spart.
Das wenigstens eine dritte und das wenigstens eine vierte feste Kontaktstück können hohlzylinderförmig, insbesondere jeweils in Form einer Gleitkontaktführung ausgebildet sein. Das wenigstens eine zweite, bewegbare Überbrückungskontaktstück kann hohlzylinderförmig, insbesondere als Gleitkontakt ausgebildet sein, insbesondere formschlüssig mit einem Außendurchmesser, welcher im Wesentlichen dem Innendurchmesser des wenigstens einen dritten und/oder des wenigstens einen vierten festen Kontaktstücks entspricht. Gleitkontaktstücke sind einfach, kostengünstig herstellbar, weisen eine hohe Zuverlässigkeit im Betrieb auf, sind langlebig und schnell bewegbar. Die Vorteile der Ausführung der Kontaktstücke in Form von Hohlzylindern sind wie zuvor beschrieben.
Eine Kompressionsvorrichtung kann umfasst sein, mit einem insbesondere ortsfesten oder beweglichen Kompressionskolben, und/oder mit einem insbesondere beweglichen Kompressionszylinder, welcher einen Boden aufweist, der insbesondere einen Isolator umfasst.
Die Kompressionsvorrichtung kann räumlich, in radialer Richtung zwischen dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten Kontakt angeordnet sein, insbesondere im eingeschalteten Zustand des Doppeldüsenschalters.
Die Kompressionsvorrichtung kann ausgebildet sein, einen Lichtbogen zu löschen, welcher beim Schalten entstehen kann. Die Ausführung des Kompressionskolbens mit einem Isolator als Boden des Kompressionskolbens, ermöglicht eine elektrische Isolation im Bereich der Kontakte zwischen erstem und zweitem Kontakt, und verhindert somit Lichtbögen über den Boden des Kompressionskolbens beim Schalten.
Räumlich, in radialer Richtung kann der wenigstens eine erste Kontakt von dem wenigstens einen zweiten Kontakt umfasst sein, insbesondere im eingeschalteten Zustand des Doppeldüsenschalters, insbesondere mit zu den Kontakten zugeordneten jeweiligen Gasräumen, welche im eingeschaltetem Zustand des Doppeldüsenschalters fluidisch voneinander getrennt sein können.
Die Anordnung des ersten Kontakts im Inneren des zweiten Kontakts, insbesondere Kontaktrohrs, ergibt einen kompakten Aufbau. Über fluidisch voneinander getrennte Gasräume kann ein Lichtbogen effektiv gelöscht werden, z. B. durch Beblasen mit Löschgas, und ein Überspringen von Lichtbögen zwischen den Kontakten kann verhindert werden, insbesondere zwischen dem inneren und äußeren Kontaktrohr.
Ein elektrisch isolierendes Fluid kann umfasst sein, insbesondere eine Flüssigkeit und/oder ein Gas, insbesondere SF₆, Stickstoff, trockene Luft, Kohlendioxid, ein Fluorketon, und/oder ein Fluornitril. Der Doppeldüsenschalter, insbesondere die Kontakte und/oder die Kompressionsvorrichtung können mit dem elektrisch isolierenden Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit und/oder einem Gas, insbesondere SF₆, Stickstoff, trockene Luft, Kohlendioxid, ein Fluorketon, und/oder ein Fluornitril, befüllt sein. Elektrisch isolierende Fluide dienen der Isolation von Kontaktstücken gegeneinander, insbesondere im ausgeschalteten Zustand des Doppeldüsenschalters, und sind geeignet Lichtbögen insbesondere durch Beblasen zu löschen.
Düsen können mit abbrandfestem Material, insbesondere Teflon, und/oder PCTFE, und/oder Graphit an den Düsenenden, beschichtet sein und/oder diese Materialien umfassen. Dadurch wird die Spannungsfestigkeit des Doppeldüsenschalters im ausgeschalteten Zustand erhöht und die Entstehung von Lichtbögen beim Schalten verringert bzw. das Löschen von Lichtbögen erleichtert. Kontaktstellen von Kontaktstücken können mit gut leitendem Material, insbesondere Silber, beschichtet sein und/oder Kontakteinrichtungen, insbesondere Kontaktfinger, aufweisen. Dadurch wird im eingeschalteten Zustand des Doppeldüsenschalters über die Kontakte eine hohe Stromtragfähigkeit mit geringen elektrischen Verlusten ermöglicht.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Schalten von Gleich- und/oder Wechselstrom in der Hochspannungstechnik, insbesondere unter Verwendung eines zuvor beschriebenen Doppeldüsenschalters, umfasst, dass beim Einschalten wenigstens ein erstes, bewegbares Überbrückungskontaktstück wenigstens eines ersten Kontakts von einer ersten Position in elektrischem Kontakt mit einem zweiten, festen Kontaktstück und ohne elektrischem Kontakt mit einem ersten, festen Kontaktstück, insbesondere mit dem ersten Überbrückungskontaktstück das zweite Kontaktstück räumlich umfassend, in eine zweite Position bewegt wird, mit elektrischem Kontakt zwischen dem ersten und zweiten Kontaktstück über das erste Überbrückungskontaktstück, insbesondere mit dem ersten Überbrückungskontaktstück sowohl das erste als auch das zweite Kontaktstück räumlich zumindest partiell umfassend, und wobei wenigstens ein zweites, bewegbares Überbrückungskontaktstück wenigstens eines zweiten Kontakts von einer ersten Position in elektrischem Kontakt mit einem vierten, festen Kontaktstück und ohne elektrischem Kontakt mit einem dritten, festen Kontaktstück, insbesondere mit dem vierten Kontaktstück räumlich das Überbrückungskontaktstück zumindest partiell umfassend, in eine zweite Position bewegt wird, mit elektrischem Kontakt zwischen dem dritten und vierten Kontaktstück über das zweite Überbrückungskontaktstück, insbesondere mit dem zweiten Überbrückungskontaktstück sowohl von dem dritten als auch vierten Kontaktstück jeweils partiell räumlich umfasst.
Beim Einschalten kann der erste und der zweite Kontakt gleichzeitig geschlossen werden. Alternativ kann beim Einschalten der erste und der zweite Kontakt aufeinander folgend geschlossen werden, insbesondere mit einer Reihenfolge, bei welcher der zweite Kontakt zeitlich später als der erste Kontakt geschlossen wird.
Beim Ausschalten kann das wenigstens eine erste, bewegbare Überbrückungskontaktstück des wenigstens einen ersten Kontakts von einer zweiten Position, mit elektrischem Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktstück über das erste Überbrückungskontaktstück, in eine erste Position mit elektrischem Kontakt des ersten Überbrückungskontaktstücks mit dem zweiten, festen Kontaktstück und ohne elektrischem Kontakt mit dem ersten, festen Kontaktstück, bewegt werden, und wobei das wenigstens eine zweite, bewegbare Überbrückungskontaktstück des wenigstens einen zweiten Kontakts von einer zweiten Position, mit elektrischem Kontakt zwischen dem dritten und vierten Kontaktstück über das zweite Überbrückungskontaktstück, in eine erste Position, mit elektrischem Kontakt des Überbrückungskontaktstücks mit dem vierten, festen Kontaktstück und ohne elektrischem Kontakt mit dem dritten, festen Kontaktstück, bewegt werden kann.
Beim Ausschalten kann der erste und der zweite Kontakt gleichzeitig geöffnet werden. Alternativ kann beim Ausschalten der erste und der zweite Kontakt aufeinander folgend geöffnet werden, insbesondere mit einer Reihenfolge, bei welcher der zweite Kontakt zeitlich vor dem ersten Kontakt geöffnet wird.
Beim Schließen des ersten Kontakts kann gleichzeitig oder darauffolgend, und vor dem Schließen des zweiten Kontakts, ein beweglicher Kompressionszylinder mit seinem Boden über das erste, insbesondere das erste und zweite Kontaktstück des ersten Kontakts bewegt werden, insbesondere zum Beblasen eines Lichtbogens zwischen dem ersten und zweiten Kontaktstück. Beim Öffnen des ersten Kontakts kann gleichzeitig oder darauffolgend, und nach dem Öffnen des zweiten Kontakts, der bewegliche Kompressionszylinder mit seinem Boden von dem ersten, insbesondere von dem ersten und zweiten Kontaktstück des ersten Kontakts weg bewegt werden, insbesondere zum Löschen eines Lichtbogens zwischen dem ersten und zweiten Kontaktstück.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schalten von Gleich- und/oder Wechselstrom in der Hochspannungstechnik, insbesondere unter Verwendung eines zuvor beschriebenen Doppeldüsenschalters, gemäß Anspruch 9 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Doppeldüsenschalters zum Schalten hoher Ströme in der Hochspannungstechnik für einen Pol gemäß Anspruch 1 und umgekehrt.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch in den 1 und 2 dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Dabei zeigen die

1 schematisch in Schnittansicht für einen Pol einen erfindungsgemäßen Doppeldüsenschalter 1 im eingeschalteten Zustand, mit zwei parallel geschalteten, geschlossenen Kontakten 2, 6, und
2 schematisch in Schnittansicht den Doppeldüsenschalter 1 der 1, im ausgeschalteten Zustand, mit zwei geöffneten Kontakten 2, 6.

In 1 ist schematisch in Schnittansicht ein erfindungsgemäßer Doppeldüsenschalter 1 dargestellt, mit einem ersten und mit einem zweiten Kontakt 2, 6, in geschlossenem, d. h. eingeschaltetem Zustand. Der Doppeldüsenschalter 1 ist zum Schalten von Hochspannungen, insbesondere von Gleich- und/oder Wechselspannungen bis zu 800 kV ausgebildet, und zum Schalten von Strömen im Bereich von bis zu 500 kA. Der erste Kontakt 2 des Doppeldüsenschalters 1 weist zwei feststehende, hohlzylinderförmige Kontaktstücke 3, 4 und ein bewegliches, erstes Überbrückungskontaktstück 5 auf. Die zwei hohlzylinderförmigen Kontaktstücke 3, 4 sind rohrförmig ausgebildet, mit einer gemeinsamen Längsachse. Zwei Enden der Kontaktstücke 3, 4 sind sich gegenüberliegend angeordnet, mit einem Spalt zwischen den Enden, welcher in seiner Größe abhängig der maximal zu schaltenden Spannung ausgebildet ist, für eine hohe Spannungsfestigkeit im ausgeschalteten Zustand ohne Spannungsüberschlägen. Die Enden sind mit einem abbrandfesten Material beschichtet, z. B. mit Teflon oder PCTFE, um einen Abbrand durch Lichtbögen beim Schalten zu minimieren.
Die Enden der hohlzylinderförmigen Kontaktstücke 3, 4 sind jeweils in Form einer Düse ausgebildet, d. h. mit einem sich zum Ende hin verjüngendem inneren Querschnitt. Beim Schalten entstehende Lichtbögen können durch Löschgas, insbesondere SF₆, über die Düsen effektiv beblasen bzw. gelöscht werden. Das erste und das zweite Kontaktstück 3, 4 sind jeweils auf der den gegenüberliegenden Enden entgegengesetzten Seite räumlich fest angeordnet bzw. befestigt, d. h. nicht bewegbar im Doppeldüsenschalter 1 angeordnet. Die Kontaktstücke 3, 4 sind spiegelsymmetrisch, mit einer senkrechten Spiegelachse zur Längsachse der hohlzylinderförmigen Kontaktstücke 3, 4, angeordnet sowie ausgebildet und weisen gleiche Querschnitte auf, insbesondere einen gleichen Außenquerschnitt. Die hohlzylinderförmigen Kontaktstücken können mit einem Durchmesser von 50 bis 200 mm, insbesondere 80 bis 150 mm ausgebildet sein. Die Kontaktstücke 3, 4 sind aus einem gut leitendem Metall, insbesondere Kuper, Aluminium oder Stahl ausgebildet. Kontaktflächen mit anderen Kontaktstücken können, für einen guten elektrischen Kontakt mit geringen elektrischen Verlusten über den Kontakt, versilbert sein und/oder Carbon umfassen.
Das erste Überbrückungskontaktstück 5 ist hohlzylindrisch bzw. rohrförmig ausgebildet, mit einem Innendurchmesser, welcher im Wesentlichen dem Außendurchmesser des ersten und zweiten Kontaktstücks 3, 4 entspricht. Das erste Überbrückungskontaktstück 5 und das erste und zweite Kontaktstück 3, 4 weisen eine gemeinsame Längsachse auf. Das erste Überbrückungskontaktstück 5 ist entlang der Längsachse beweglich angeordnet. Im eingeschalteten Zustand ist das erste Überbrückungskontaktstück 5 über die Enden der Kontaktstücke 3, 4 gezogen bzw. umfasst diese räumlich. An einem Ende ist das erste Überbrückungskontaktstück 5 über Elemente einer kinematischen Kette mit einem Antrieb, welcher der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt ist, verbunden. Über den Antrieb und Elemente der kinematischen Kette wird beim Schalten eine Schaltbewegung auf das erste Überbrückungskontaktstück 5 übertragen.
An einem Ende des ersten Überbrückungskontaktstücks 5, welches dem Ende mit Elementen der kinematischen Kette gegenüber liegt, können z. B. Kontaktelemente in Form von Kontaktfingern angeordnet sein, für einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem erste Überbrückungskontaktstück 5 und dem ersten Kontaktstück 3 des ersten Kontakts 2. Im Bereich des zweiten Kontaktstücks 4 des ersten Kontakts 2 im eingeschalteten Zustand, können am ersten Überbrückungskontaktstück 5 ebenfalls z. B. Kontaktelemente in Form von Kontaktfingern, Federn und/oder Gleitringen angeordnet sein, für einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem erste Überbrückungskontaktstück 5 und dem zweiten Kontaktstück 4 des ersten Kontakts 2.
Im eingeschalteten Zustand ist um den Kontakt 2 eine Kompressionsvorrichtung 10 für Löschgas, insbesondere für SF₆ oder trockene Luft, angeordnet. Die Kompressionsvorrichtung 10 weist einen ortsfesten Kompressionskolben 11 und einen beweglichen Kompressionszylinder 12 auf. Der Kompressionskolben 11 ist um das zweite Kontaktstück 4 rotationssymmetrisch angeordnet, zwischen dem zweiten Kontaktstück 4 und dem Kompressionszylinder 12. Der Kompressionszylinder 12 umfasst an dem Ende, welches dem ersten Kontaktstück 3 zugewandt ist, einen Boden 13, welcher mit dem Kompressionszylinder 12 fest verbunden ist und insbesondere fluiddicht mit dem ersten Kontaktstück 3 abschließt. Der Boden 13 ist mit dem Kompressionszylinder 12 entlang der Längsachse beweglich angeordnet. Der Boden besteht aus einem insbesondere abbrandfesten, elektrisch isolierenden Material, z. B. Teflon oder PCTFE.
Ein zweiter Kontakt 6 umfasst im eingeschalteten Zustand räumlich den ersten Kontakt 2 und die Kompressionsvorrichtung 10. Der zweite Kontakt 6 weist analog dem ersten Kontakt 2 zwei feste Kontaktstücke 7, 8, d. h. ein drittes und ein viertes räumlich festes Kontaktstück 7, 8 sowie ein zweites bewegliches Überbrückungskontaktstück 9 auf.
Das dritte Kontaktstück 7 und das vierte Kontaktstück 8 sind rohrförmig bzw. hohlzylinderförmig ausgebildet, und analog dem ersten und zweiten Kontaktstück 3, 4 spiegelsymmetrisch entlang einer Spiegelachse senkrecht zur gemeinsamen Längsachse der Kontaktstücke 7, 8, ausgebildet und angeordnet. Die Kontaktstücke 7, 8 sind mit jeweils einem Ende sich gegenüberliegend angeordnet und mit dem jeweiligen anderen Ende, insbesondere Rohrende, in dem Doppeldüsenschalter 1 räumlich fest befestigt bzw. fixiert. Im Inneren des rohrförmigen dritten Kontaktstücks 7, in radialer Richtung, ist mittig das erste Kontaktstück 3 angeordnet. Im Inneren des rohrförmigen vierten Kontaktstücks 8, in radialer Richtung, ist mittig das zweite Kontaktstück 4 angeordnet.
Das zweite Überbrückungskontaktstück 9 ist hohlzylinderförmig bzw. rohrförmig mit einem Außendurchmesser ausgebildet, weleher im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der Kontaktstücke 7, 8 des zweiten Kontakts 6 ist. Das zweite Überbrückungskontaktstück 9 ist insbesondere als Gleitkontakt in den Kontaktstücken 7, 8 des zweiten Kontakts 6 beweglich angeordnet. Im eingeschalteten Zustand des Doppeldüsenschalters 1, wie in 1 gezeigt ist, verbindet das zweite Überbrückungskontaktstück 9 den Spalt zwischen dem dritten Kontaktstück 7 und dem vierten Kontaktstück 8, wodurch der zweite Kontakt 6 elektrisch geschlossen ist. Das bewegliche zweite Überbrückungskontaktstück 9 gleitet beim Schalten im vierten Kontaktstück 8 und ragt im eingeschalteten Zustand mit einem Ende formschlüssig in das dritte Kontaktstück 7. Kontaktvorrichtungen wie z. B. Kontaktfinger, Gleitringe und/oder Federn können für einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem zweiten Überbrückungskontaktstück 9 und dem dritten Kontaktstück 7 und/oder zwischen dem zweiten Überbrückungskontaktstück 9 und dem vierten Kontaktstück 8 angeordnet sein, für einen guten elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktstücken 7, 8, 9 insbesondere im eingeschalteten Zustand.
Die Kompressionsvorrichtung 10 ist in radialer Richtung zwischen dem ersten und zweiten Kontakt 2, 6 angeordnet. Das zweite Überbrückungskontaktstück 9 kann insbesondere formschlüssig mit dem beweglichen Kompressionszylinder 12 verbunden sein und über Elemente der kinematischen Kette beim Schalten bewegt werden, oder als bewegliches Kontaktstück 9 direkt mit Elementen der kinematischen Kette zur Bewegung beim Schalten verbunden sein. Die Kontaktstücke 3, 4, 5, 7, 8, 9 sind aus einem gut leitenden Material, z. B. Kupfer, Aluminium, oder Stahl.
In 2 ist der Doppeldüsenschalter 1 der 1 schematisch in Schnittansicht im ausgeschalteten Zustand, mit zwei geöffneten Kontakten 2, 6 gezeigt. Im Unterschied zum eingeschalteten Zustand, wie in 1 gezeigt ist, ist im ausgeschalteten Zustand des Doppeldüsenschalters 1, wie in 2 gezeigt ist, der erste Kontakt 2 und der zweite Kontakt 6 elektrisch und/oder mechanisch unterbrochen. Das erste Überbrückungskontaktstück 5 und das zweite Überbrückungskontaktstück 9 sowie die Kompressionsvorrichtung 10 mit beweglichem Kompressionszylinder 12 und dem Boden 13 des Kompressionszylinders 12 sind entfernt vom ersten Kontaktstück 3 und dritten Kontaktstück 7 insbesondere vollständig um das zweite Kontaktstück 4 herum angeordnet, auf der Seite des Doppeldüsenschalters 1, auf der sich das vierte Kontaktstück 8 befindet.
Beim Einschalten wird der erste Kontakt 2 geschlossen, durch Bewegen des ersten Überbrückungskontaktstücks 5 vom zweiten Kontaktstück 4 zum ersten Kontaktstück 3 hin, bis ein elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktstücken 3, 4, 5, insbesondere den Kontaktstücken 3 und 5 besteht. Die hohlzylinderförmigen Kontaktstücke 3, 4, 5 bilden im Bereich des ersten Kontakts 2 ein insbesondere geschlossenes Rohr. Gleichzeitig oder zeitlich versetzt, insbesondere vor dem ersten Überbrückungskontaktstück 5, wird mit dem ersten Überbrückungskontaktstück 5 der Kompressionszylinder 12 mit Boden 13 über das erste Kontaktstück 3 gezogen bzw. gedrückt, d. h. bewegt, und Löschgas strömt durch das hohlzylindrische erste und zweite düsenförmige Kontaktstück sowie durch das erste Überbrückungskontaktstück 5. Ein Lichtbogen, welcher beim Schalten zwischen dem ersten Überbrückungskontaktstück 5 und dem ersten Kontaktstück 3 im insbesondere geschlossenen Rohr entstehen kann, kann durch eine Gasströmung gelöscht werden. Beim Einschalten strömt Löschgas über den ortsfesten Kompressionskolben 11 in die Kompressionsvorrichtung 10, und somit über das erste Überbrückungskontaktstück 5 und das erste Kontaktstück 3 im Kompressionszylinder 12 mit Boden 13. Ein Lichtbogen, welcher beim Schalten zwischen dem ersten Überbrückungskontaktstück 5 und dem ersten Kontaktstück 3 außerhalb des insbesondere geschlossenen Rohrs entstehen kann, wird durch den Löschgasstrom gelöscht.
Gleichzeitig oder nach dem Schließen des ersten Kontakts 2 wird der zweite Kontakt 6 geschlossen. Das zweite Überbrückungskontaktstück 9 wird insbesondere aus dem vierten Kontaktstück 8 in Richtung drittes Kontaktstück 7 bewegt, bis ein elektrischer und insbesondere auch mechanischer Kontakt zwischen dem Überbrückungskontaktstück 9 und dem dritten Kontaktstück 7 besteht, insbesondere wird das Überbrückungskontaktstück 9 in das dritte Kontaktstück eingeschoben. Die Kontakte 2, 6 sind geschlossen und der Stromfluss erfolgt über den ersten und zweiten Kontakt 2, 6. Der Doppeldüsenschalter 1 ist eingeschaltet, wie in 1 gezeigt ist, und ein hoher maximaler Stromfluss über beide Kontakte 2, 6 im Bereich von insbesondere 500 kA ist möglich.
Beim Ausschalten wird der erste Kontakt 2 geöffnet, durch Bewegen des ersten Überbrückungskontaktstücks 5 vom ersten Kontaktstück 3 weg, zum zweiten Kontaktstück 4 hin, bis ein elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktstücken 3, 4, 5, insbesondere den Kontaktstücken 3 und 5 sicher unterbrochen ist, mit einem Abstand der Kontaktstücke 4, 5 vom Kontaktstück 3 abhängig der maximal angelegten Spannung, ohne dass elektrische Überschläge entstehen können. Zwischen den Kontaktstücken 4, 5 und dem Kontaktstück 3 entsteht ein insbesondere mit Löschgas gefüllter Spalt. Gleichzeitig oder zeitlich versetzt, insbesondere nach dem ersten Überbrückungskontaktstück 5, wird mit dem ersten Überbrückungskontaktstück 5 der Kompressionszylinder 12 mit Boden 13 vom ersten Kontaktstück 3 weg gezogen bzw. gedrückt, d. h. bewegt, und Löschgas kann durch das hohlzylindrische erste und/oder zweite düsenförmige Kontaktstück strömen. Ein Lichtbogen, welcher beim Schalten zwischen dem ersten Überbrückungskontaktstück 5 und dem ersten Kontaktstück 3 entstehen kann, wird durch den Löschgasstrom gelöscht. Desweiteren kann ein Lichtbogen durch die Bewegung des Bodens 13 vom ersten Kontaktstück 3 weg zum zweiten Kontaktstück 4 hin, durch den Boden 13 von den Kontaktstücken 3, 4 abgestreift werden.
Vor oder gleichzeitig mit dem Öffnen des ersten Kontakts 2 wird der zweite Kontakt 6 geöffnet. Das zweite Überbrückungskontaktstück 9 wird insbesondere aus dem dritten Kontaktstück 7 in Richtung und insbesondere in das vierte Kontaktstück 8 bewegt, bis kein elektrischer und insbesondere auch kein mechanischer Kontakt mehr zwischen dem Überbrückungskontaktstück 9 und dem dritten Kontaktstück 7 besteht, insbesondere wird das Überbrückungskontaktstück 9 in das vierte Kontaktstück 8 eingeschoben. Die Kontakte 2, 6 sind geöffnet und der Stromfluss über den ersten und zweiten Kontakt 2, 6, d. h. den Doppeldüsenschalter 1 ist unterbrochen. Der Doppeldüsenschalter 1 ist ausgeschaltet, wie in 2 gezeigt ist, und eine hohe Spannungsfestigkeit des getrennten Zustands der beiden Kontakte 2, 6 im Bereich von insbesondere bis zu 800 kV ist möglich.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. Der Doppeldüsenschalter 1 der 1 und 2 ist zum Schalten für einen Pol ausgelegt. Bei z. B. dreipoliger Auslegung werden insbesondere drei nebeneinander angeordnete erfindungsgemäße Doppeldüsenschalter 1 verwendet. Zur weiteren Erhöhung des maximal möglichen Stroms können für einen Pol zwei oder mehr Doppeldüsenschalter 1 parallel geschaltet werden. Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit im ausgeschalteten Zustand können für einen Pol zwei oder mehr Doppeldüsenschalter 1 in Reihe geschaltet werden. Es können für isolierende Elemente, wie z. B. den Boden 13, neben oder alternativ für Teflon und/oder PCTFE weitere Materialien wie z. B. Kunststoffe verwendet werden. Als abbrandfeste Materialien, z. B. an den Enden der Kontaktstücke 3, 4, können Graphit oder andere Materialien dienen. Die Kontaktstücke 3, 4, 5, 7, 8, 9 können einteilig oder aus mehreren Stücken gefertigt sein. Insbesondere können Kontakt- und/oder Gleiteinrichtungen wie z.B. Kontaktfinger, Metall- oder Teflonringe oder Beschichtungen von den Kontaktstücken 3, 4, 5, 7, 8, 9 und/oder der Kompressionsvorrichtung 10 umfasst sein. Unterschiedliche Bewegungs- und/oder Schaltreihenfolgen sind möglich, insbesondere bei der Bewegung der Überbrückungskontaktstücke 5 und 9 sowie des Kompressionszylinders 12 mit Boden 13. Elemente des Doppeldüsenschalters 1 können auch unabhängig voneinander bewegt werden, insbesondere über Getriebeelemente zeitlich versetzt oder gleichzeitig.
Bezugszeichenliste

1: Doppeldüsenschalter
2: erster Kontakt
3: erstes festes Kontaktstück
4: zweites festes Kontaktstück
5: erstes Überbrückungskontaktstück
6: zweiter Kontakt
7: drittes festes Kontaktstück
8: viertes festes Kontaktstück
9: zweites Überbrückungskontaktstück
10: Kompressionsvorrichtung
11: ortsfester Kompressionskolben
12: beweglicher Kompressionszylinder
13: Boden des Kompressionszylinders, Isolator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0830700 B1 [0002]

Claims

Doppeldüsenschalter (1) zum Schalten hoher Ströme in der Hochspannungstechnik für einen Pol, mit wenigstens einem ersten Kontakt (2), welcher wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites festes Kontaktstück (3, 4) umfasst sowie wenigstens ein erstes, bewegbares Überbrückungskontaktstück (5), über welches im eingeschalteten Zustand ein elektrischer Kontakt zwischen dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten festen Kontaktstück (3, 4) hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweiter Kontakt (6) umfasst ist, mit wenigstens einem dritten und mit wenigstens einem vierten festen Kontaktstück (7, 8) sowie mit wenigstens einem zweiten, bewegbaren Überbrückungskontaktstück (9), über welches im eingeschalteten Zustand ein elektrischer Kontakt zwischen dem wenigstens einen dritten und dem wenigstens einen vierten festen Kontaktstück (7, 8) hergestellt ist, wobei der wenigstens eine erste und der wenigstens eine zweite Kontakt (2, 6) elektrisch parallel geschaltet sind.
Doppeldüsenschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste und das wenigstens eine zweite feste Kontaktstück (3, 4) hohlzylinderförmig, insbesondere jeweils in Form einer Düse ausgebildet ist, und/oder dass das wenigstens eine erste, bewegbare Überbrückungskontaktstück (5) hohlzylinderförmig ausgebildet ist, insbesondere formschlüssig mit einem Innendurchmesser, welcher im Wesentlichen dem Außendurchmesser des wenigstens einen ersten und/oder des wenigstens einen zweiten festen Kontaktstücks (3, 4) entspricht.
Doppeldüsenschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine dritte und das wenigstens eine vierte feste Kontaktstück (7, 8) hohlzylinderförmig, insbesondere jeweils in Form einer Gleitkontaktführung ausgebildet ist, und/oder dass das wenigstens eine zweite, bewegbare Überbrückungskontaktstück (9) hohlzylinderförmig, insbesondere als Gleitkontakt ausgebildet ist, insbesondere formschlüssig mit einem Außendurchmesser, welcher im Wesentlichen dem Innendurchmesser des wenigstens einen dritten und/oder des wenigstens einen vierten festen Kontaktstücks (7, 8) entspricht.
Doppeldüsenschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompressionsvorrichtung (10) umfasst ist, mit einem insbesondere ortsfesten oder beweglichen Kompressionskolben (11), und/oder mit einem insbesondere beweglichen Kompressionszylinder (12), welcher einen Boden (13) aufweist, der insbesondere einen Isolator umfasst.
Doppeldüsenschalter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionsvorrichtung (10) räumlich, in radialer Richtung zwischen dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten Kontakt (2, 6) angeordnet ist, insbesondere im eingeschalteten Zustand des Doppeldüsenschalters (1).
Doppeldüsenschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass räumlich, in radialer Richtung der wenigstens eine erste Kontakt (2) von dem wenigstens einen zweiten Kontakt (6) umfasst ist, insbesondere im eingeschalteten Zustand des Doppeldüsenschalters (1), insbesondere mit zu den Kontakten (2, 6) zugeordneten jeweiligen Gasräumen, welche im eingeschaltetem Zustand des Doppeldüsenschalters (1) fluidisch voneinander getrennt sind.
Doppeldüsenschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch isolierendes Fluid umfasst ist, insbesondere eine Flüssigkeit und/oder ein Gas, insbesondere SF₆, Stickstoff, trockene Luft, Kohlendioxid, ein Fluorketon, und/oder ein Fluornitril, und/oder dass der Doppeldüsenschalter (1), insbesondere die Kontakte (2, 3) und/oder die Kompressionsvorrichtung (10) mit dem elektrisch isolierenden Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit und/oder einem Gas, insbesondere SF₆, Stickstoff, trockene Luft, Kohlendioxid, ein Fluorketon, und/oder ein Fluornitril, befüllt sind.
Doppeldüsenschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Düsen mit abbrandfestem Material, insbesondere Teflon, und/oder PCTFE, und/oder Graphit an den Düsenenden, beschichtet sind, und/oder insbesondere Teflon, und/oder PCTFE, und/oder Graphit an den Düsenenden umfassen, und/oder dass Kontaktstellen von Kontaktstücken mit gut leitendem Material, insbesondere Silber, beschichtet sind und/oder Kontakteinrichtungen, insbesondere Kontaktfinger, aufweisen.
Verfahren zum Schalten von Gleich- und/oder Wechselstrom in der Hochspannungstechnik, insbesondere unter Verwendung eines Doppeldüsenschalters (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einschalten wenigstens ein erstes, bewegbares Überbrückungskontaktstück (5) wenigstens eines ersten Kontakts (2) von einer ersten Position in elektrischem Kontakt mit einem zweiten, festen Kontaktstück (4) und ohne elektrischem Kontakt mit einem ersten, festen Kontaktstück (3), insbesondere mit dem ersten Überbrückungskontaktstück (5) das zweite Kontaktstück (4) räumlich umfassend, in eine zweite Position bewegt wird, mit elektrischem Kontakt zwischen dem ersten und zweiten Kontaktstück (3, 4) über das erste Überbrückungskontaktstück (5), insbesondere mit dem ersten Überbrückungskontaktstück (5) sowohl das erste als auch das zweite Kontaktstück (3, 4) räumlich zumindest partiell umfassend, und wobei wenigstens ein zweites, bewegbares Überbrückungskontaktstück (9) wenigstens eines zweiten Kontakts (6) von einer ersten Position in elektrischem Kontakt mit einem vierten, festen Kontaktstück (8) und ohne elektrischem Kontakt mit einem dritten, festen Kontaktstück (7), insbesondere mit dem vierten Kontaktstück (8) räumlich das Überbrückungskontaktstück (9) zumindest partiell umfassend, in eine zweite Position bewegt wird, mit elektrischem Kontakt zwischen dem dritten und vierten Kontaktstück (7, 8) über das zweite Überbrückungskontaktstück (9), insbesondere mit dem zweiten Überbrückungskontaktstück (9) sowohl von dem dritten als auch vierten Kontaktstück (7, 8) jeweils partiell räumlich umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einschalten der erste und der zweite Kontakt (2, 6) gleichzeitig geschlossen werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einschalten der erste und der zweite Kontakt (2, 6) aufeinander folgend geschlossen werden, insbesondere mit einer Reihenfolge, bei welcher der zweite Kontakt (6) zeitlich später als der erste Kontakt (2) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausschalten das wenigstens eine erste, bewegbare Überbrückungskontaktstück (5) des wenigstens einen ersten Kontakts (2) von einer zweiten Position, mit elektrischem Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktstück (3, 4) über das erste Überbrückungskontaktstück (5), in eine erste Position mit elektrischem Kontakt des ersten Überbrückungskontaktstücks (5) mit dem zweiten, festen Kontaktstück (4) und ohne elektrischem Kontakt mit dem ersten, festen Kontaktstück (3), bewegt wird, und wobei das wenigstens eine zweite, bewegbare Überbrückungskontaktstück (9) des wenigstens einen zweiten Kontakts (6) von einer zweiten Position, mit elektrischem Kontakt zwischen dem dritten und vierten Kontaktstück (7, 8) über das zweite Überbrückungskontaktstück (9), in eine erste Position, mit elektrischem Kontakt des Überbrückungskontaktstücks (9) mit dem vierten, festen Kontaktstück (8) und ohne elektrischem Kontakt mit dem dritten, festen Kontaktstück (7), bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausschalten der erste und der zweite Kontakt (2, 6) gleichzeitig geöffnet werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausschalten der erste und der zweite Kontakt (2, 6) aufeinander folgend geöffnet werden, insbesondere mit einer Reihenfolge, bei welcher der zweite Kontakt (6) zeitlich vor dem ersten Kontakt (2) geöffnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schließen des ersten Kontakts (2) gleichzeitig oder darauffolgend, und vor dem Schließen des zweiten Kontakts (6), ein beweglicher Kompressionszylinder (12) mit seinem Boden (13) über das erste, insbesondere das erste und zweite Kontaktstück (3, 4) des ersten Kontakts (2) bewegt wird, insbesondere zum Beblasen eines Lichtbogens zwischen dem ersten und zweiten Kontaktstück (3, 4), und/oder dass beim Öffnen des ersten Kontakts (2) gleichzeitig oder darauffolgend, und nach dem Öffnen des zweiten Kontakts (6), der bewegliche Kompressionszylinder (12) mit seinem Boden (13) von dem ersten, insbesondere von dem ersten und zweiten Kontaktstück (3, 4) des ersten Kontakts (2) weg bewegt wird, insbesondere zum Löschen eines Lichtbogens zwischen dem ersten und zweiten Kontaktstück (3, 4).