DE102018222782A1

DE102018222782A1 - Doppeldüsenschalter und Verfahren zum Schalten hoher Ströme in der Hochspannungstechnik

Info

Publication number: DE102018222782A1
Application number: DE102018222782.9A
Authority: DE
Inventors: Lutz-Rüdiger Jänicke; Martin Porschatis
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-06-25
Also published as: WO2020126303A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Doppeldüsenschalter und ein Verfahren zum Schalten hoher Ströme in der Hochspannungstechnik mit wenigstens einem elektrischen Kontakt (3), welcher wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites festes Kontaktstück (4, 5) sowie wenigstens ein erstes, bewegbares Überbrückungskontaktstück (6) umfasst. Die Kontaktstücke (4, 5, 6) sind hohlrohrförmig ausgebildet, zum Durchströmen mit einem Schaltgasstrom. Das elektrisch isolierende Material (11) ist in und/oder am wenigstens einen ersten und/oder in und/oder am wenigstens einen zweiten festen Kontaktstück (4, 5) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Doppeldüsenschalter und ein Verfahren zum Schalten hoher Ströme in der Hochspannungstechnik mit wenigstens einem elektrischen Kontakt, welcher wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites festes Kontaktstück sowie wenigstens ein erstes, bewegbares Überbrückungskontaktstück umfasst. Die Kontaktstücke sind hohlrohrförmig ausgebildet, zum Durchströmen mit einem Schaltgasstrom.
Ein Doppeldüsenschalter zum Schalten hoher Ströme in der Hochspannungstechnik ist z. B. aus der EP 0 024 252 A1 bekannt. Dabei umfasst der Doppeldüsenschalter einen elektrischen Kontakt mit zwei festen Kontaktstücken und einem beweglichen Überbrückungskontaktstück. Das Überbrückungskontaktstück wird beim Einschalten bzw. beim Schließen einer Strombahn zwischen den zwei festen Kontaktstücken derart bewegt, dass das Überbrückungskontaktstück die festen Kontaktstücke elektrisch verbindet. Beim Ausschalten bzw. Öffnen der Strombahn wird das Überbrückungskontaktstück von einem festen Kontaktstück weg über das zweite feste Kontaktstück derart bewegt, dass zwischen den festen Kontaktstücken ein elektrisch isolierender Bereich entsteht und die Strombahn unterbrochen wird.
Der elektrische Kontakt des Doppeldüsenschalters ist in einem Gehäuse angeordnet, welches mit Schaltgas, insbesondere Clean Air und/oder SF₆ befüllt ist. Das Gehäuse umfasst z. B. einen kreiszylinderförmigen Isolator mit Rippen am äußeren Umfang, welche eine Kriechstromlänge entlang der Längsachse des Gehäuses verlängern. An den Enden ist der kreiszylinderförmige Isolator gasdicht verschlossen und umfasst jeweils elektrische Anschlüsse zum Kontaktieren mit elektrischen Leitungen, Strom-Verbrauchern und/oder Strom-Erzeugern. Der Isolator ist z. B. aus Keramik, Silikon und/oder einem Kompositwerkstoff. Ein Antrieb, insbesondere ein elektrischer Motor und/oder Federspeicherantrieb, ist vorgesehen um z. B. über Elemente einer kinematischen Kette, insbesondere Getriebe-Elemente und/oder einer Schaltstange, das beweglichen Überbrückungskontaktstück beim Schalten anzutreiben bzw. zu bewegen.
Beim Schalten hoher Spannungen, insbesondere im Bereich von bis zu 1200 kV, und/oder hoher Ströme, insbesondere im Bereich von bis zu einigen hundert Ampere, kann insbesondere beim Ausschalten des Doppeldüsenschalters zwischen den Kontaktstücken ein Lichtbogen entstehen. Der Lichtbogen verhindert das vollständige Unterbrechen des Strompfads über den Kontakt und kann zu Beschädigungen insbesondere der Kontaktstücke führen. Zum Löschen des Lichtbogens wird ein Schaltgasstrom im Doppeldüsenschalter verwendet. Die Kontaktstücke sind hohlzylinderförmig ausgebildet, mit durchgehendem Gaskanal bzw. Öffnung entlang der Längsachse des jeweiligen Kontaktstücks, d. h. einem durchgehenden Hohlraum im Inneren des jeweiligen Kontaktstücks. Der Lichtbogen zündet bzw. brennt beim Schalten zwischen den Kontaktstücken, insbesondere im Hohlraum im Inneren der Kontaktstücke.
Eine Kompressionsvorrichtung, welche um die festen Kontaktstücke herum angeordnet ist, presst Schalt- bzw. Isoliergas beim Schalten zwischen den festen Kontaktstücken in den Hohlraum der Kontaktstücke und durch den hohlen inneren Bereich der Kontaktstücke, insbesondere den Bereich, in dem beim Schalten der Lichtbogen ausgebildet wird. Durch den Gasstrom wird der Lichtbogen verlängert und die Kontaktpunkte des Lichtbogens mit den festen Kontaktstücken räumlich auseinandergezogen. Dadurch vergrößert sich die Brennspannung des Lichtbogens und der Lichtbogen kann erlöschen und/oder wird ausgeblasen. Auf Grund der gut elektrisch leitenden, metallischen Innenfläche der Kontaktstücke tendiert der Lichtbogen dazu sich zu verkürzen, indem der Lichtbogen im Inneren der Kontaktstücke ansetzt, wodurch die Brennspannung erniedrigt wird und das Erlöschen des Lichtbogens erschwert wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Doppeldüsenschalter und ein Verfahren zum Schalten hoher Ströme in der Hochspannungstechnik anzugeben, welche die zuvor beschriebenen Probleme lösen. Insbesondere ist es Aufgabe, einen einfachen und kostengünstigen Doppeldüsenschalter anzugeben, welcher ein einfaches und schnelles Löschen eines Lichtbogens ermöglicht.
Ein erfindungsgemäßer Doppeldüsenschalter zum Schalten hoher Ströme in der Hochspannungstechnik umfasst wenigstens einen elektrischen Kontakt, welcher wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites festes Kontaktstück sowie wenigstens ein erstes, bewegbares Überbrückungskontaktstück umfasst, wobei die Kontaktstücke hohlrohrförmig ausgebildet sind zum Durchströmen mit einem Schaltgasstrom. In und/oder am wenigstens einen ersten und/oder in und/oder am wenigstens einen zweiten festen Kontaktstück ist erfindungsgemäß elektrisch isolierendes Material angeordnet.
Das elektrisch isolierende Material verhindert, dass der Lichtbogen in dem Bereich des elektrisch isolierenden Materials an den Kontaktstücken ansetzt. Beim Ausschalten des Doppeldüsenschalters wird das Schaltgas in die hohlrohrförmigen festen Kontaktstücke getrieben bzw. gedrückt. Die Lichtbogenkontaktpunkte, an welchen der Lichtbogen mit den Kontaktstücken in Kontakt steht, d. h. an denen der Lichtbogen beginnt bzw. endet, wandern insbesondere ohne elektrisch isolierendes Material durch den Schaltgasstrom von den sich insbesondere gegenüberliegenden Enden der festen Kontaktstücke in den Inneren Bereich der Kontaktstücke. Das elektrisch isolierende Material bewirkt, dass der Lichtbogen in dem Bereich des elektrisch isolierenden Materials nicht mit dem Metall der Kontaktstücke in Berührung kommt, und der Lichtbogen hinter den Bereich des elektrisch isolierenden Materials insbesondere langgezogen wird. Die Kontaktpunkte des Lichtbogens mit den Kontaktstücken werden z. B. entfernt von den gegenüberliegenden Enden der Kontaktstücke hinter den Bereich mit elektrisch isolierendem Material verlagert. Der Lichtbogen kann sich somit nicht verkürzen. Die Brennspannung des Lichtbogens wird erhöht und der Lichtbogen wird einfach und schnell zum Erlöschen gebracht bzw. durch den Schaltgasstrom ausgeblasen.
Das elektrisch isolierende Material kann in Form einer Beschichtung der Innenwandung des wenigstens einen ersten und/oder des wenigstens einen zweiten festen Kontaktstücks ausgebildet sein. Eine Beschichtung ist einfach und kostengünstig insbesondere formschlüssig ausführbar, und der Lichtbogen wird zuverlässig im beschichteten Bereich der Kontaktstücke von den Kontaktstücken ferngehalten.
Das elektrisch isolierende Material kann in Form wenigstens einer hohlrohrförmigen Hülse in und/oder am wenigstens einen ersten und/oder in und/oder am wenigstens einen zweiten festen Kontaktstück angeordnet sein. Eine hohlrohrförmige Hülse aus elektrisch isolierendem Material ist einfach und kostengünstig herstellbar und schirmt die Kontaktstücke analog einer Beschichtung mit elektrisch isolierendem Material zuverlässig vom Lichtbogen ab.
Das elektrisch isolierende Material kann in Form wenigstes einer hohlrohrförmigen Hülse in das wenigstens eine erste und/oder in das wenigstens eine zweite festen Kontaktstück eingefügt werden, insbesondere formschlüssig in Kontakt mit der Innenseite des wenigstens einen ersten und/oder des wenigstens einen zweiten festen Kontaktstücks.
Das elektrisch isolierende Material kann in Form wenigstes einer hohlrohrförmigen Hülse aus dem Inneren des wenigstens einen ersten und/oder des wenigstens einen zweiten festen Kontaktstücks herausragen, insbesondere wenigstens einige Zentimeter herausragen. Dadurch kann der Lichtbogen weiter verlängert werden und die Brennspannung weiter erhöht werden, insbesondere mit einer Schleifenform des Lichtbogens durch die Wirkung des Schaltgasstroms, wobei die Lichtbogenkontaktpunkte mit den Kontaktstücken z. B. im Bereich der gegenüberliegenden Enden der Kontaktstücke angeordnet sein können. Die gegenüberliegenden Enden der Kontaktstücke sind z. B. düsenförmig ausgebildet, insbesondere aus einem abbrandfesten Material.
Das elektrisch isolierende Material kann in Form wenigstes einer hohlrohrförmigen Hülse an einem Ende des wenigstens einen ersten und/oder des wenigstens einen zweiten festen Kontaktstücks angeordnet sein, insbesondere aufgesteckt, geschraubt, geklebt und/oder geschweißt, wobei die hohlrohrförmige Hülse zum Durchströmen mit einem Schaltgasstrom insbesondere das hohlrohrförmige wenigstens eine erste und/oder das wenigstens eine zweite feste Kontaktstück verlängert. Dadurch wird die Schaltgasströmung über den inneren Bereich der hohlrohrförmigen Kontaktstücke hinaus insbesondere bestimmt verlängert und der Lichtbogen geführt. Die Schaltgasströmung reißt jeweils erst am Ende der hohlrohrförmigen Hülse ab, was selbst bei unkontrolliert brennendem Lichtbogen eine Berührung des Lichtbogens mit den Kontaktstücken im Bereich der Hülse und eine Verkürzung des Lichtbogens verhindern kann, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen.
Das elektrisch isolierende Material kann ein Polymer, insbesondere Teflon, PTFE und/oder PCTFE umfassen oder sein. Diese Materialien sind kostengünstig, stabil gegenüber dem Lichtbogen, insbesondere gegenüber Abbrand durch den Lichtbogen, elektrisch nicht leitend, und können bei Verdampfen durch lokale Erhitzung den Schaltgasstrom verstärken und/oder ein Erlöschen des Lichtbogens begünstigen.
Ein Schaltgasstrom kann ein Schaltgas mit oder aus SF₆ und/oder Clean Air umfassen. Diese Schaltgase sind gut geeignet einen Lichtbogen zu löschen und/oder sind gut elektrisch isolierend.
Die Kontaktstücke können aus einem Metall, insbesondere Kupfer, Aluminium und/oder Stahl sein und/oder Kupfer, Aluminium und/oder Stahl umfassen. Die Metalle sind gut elektrisch leitend und führen in einem geschlossenen Strompfad bei Stromfluss zu geringen elektrischen Verlusten.
Das wenigstens eine erste und/oder das wenigstens eine zweite feste Kontaktstück können ein Ende aus abbrandfestem Kohlenstoff umfassen, insbesondere zwei sich gegenüberliegende, beabstandete Enden mit jeweils einem Ende des wenigstens einen ersten festen Kontaktstücks und einem Ende des wenigstens einen zweiten festen Kontaktstücks aus abbrandfestem Kohlenstoff. Dadurch können die Stabilität und Haltbarkeit der Kontaktstücke erhöht werden. In dem Bereich des Endes aus abbrandfestem Kohlenstoff kann die oder können die Kontaktstücke Düsenform aufweisen, um einen Schaltgasstrom in den Kontaktstücken mit definierten Eigenschaften zu erzeugen, welcher insbesondere gut geeignet ist den Lichtbogen zu löschen.
Die hohlrohrförmigen Kontaktstücke können zylinderförmig ausgebildet sein, mit einem kreiszylinderförmigen durchgehenden Hohlraum im Inneren. Das elektrisch isolierende Material kann jeweils zylinderförmig ausgebildet sein, mit einem kreiszylinderförmigen durchgehenden Hohlraum im Inneren. Dadurch kann der Schaltgasstrom im Inneren der Kontaktstücke und/oder im Inneren des elektrisch isolierenden Materials geführt werden, insbesondere in Form einer laminaren Strömung.
Der Kontakt kann in einem Isolator angeordnet sein, insbesondere in einem gasdicht verschlossenen Isolator aus Silikon, Keramik und/oder einem Kompositwerkstoff, insbesondere mit Schaltgas befüllt und/oder mit entlang eines äußeren Umfangs umlaufenden Rippen. Der Isolator isoliert den Kontakt gegenüber der Umwelt und isoliert unterschiedliche elektrische Anschlüsse voneinander. Die gasdichte Gehäuseform des Isolators ermöglicht die Verwendung von Schaltgasen wie z. B. Clean Air, d. h. gereinigter Luft, oder SF₆. Dadurch kann ein Schalgasstrom mit dem Schalt- bzw. Isoliergas im Isolator erzeugt werden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Schalten mit einem Doppeldüsenschalter, insbesondere mit einem zuvor beschriebenen Doppeldüsenschalter umfasst, dass zum Unterbrechen eines Strompfads wenigstens ein elektrischer Kontakt geöffnet wird, wobei wenigstens ein erstes, bewegbares Überbrückungskontaktstück bewegt wird um den Strompfad zwischen wenigstens einem ersten und wenigstens einem zweiten festen Kontaktstück des wenigstens einen elektrischen Kontakts zu unterbrechen, und wobei ein Lichtbogen zwischen dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten festen Kontaktstück entsteht, mit einer erhöhten Brennspannung des Lichtbogens durch einen Schaltgasstrom und durch elektrisch isolierendes Material in und/oder am wenigstens einen ersten und/oder in und/oder am wenigstens einen zweiten festen Kontaktstück.
Der Schaltgasstrom kann durch wenigstens eine hohlzylinderförmige durchgehende Öffnung durch das wenigstens eine erste und/oder durch das wenigstens eine zweite feste Kontaktstück strömen, und das elektrisch isolierende Material kann den Weg des Lichtbogens zwischen den Kontaktstücken insbesondere in Verbindung mit dem Schaltgasstrom verlängern, insbesondere durch eine Beschichtung wenigstens eines Kontaktstücks im Inneren mit elektrisch isolierendem Material und/oder durch wenigstens eine hohlrohrförmige Hülse aus elektrisch isolierendem Material, welche insbesondere an einem Ende eines jeweiligen Kontaktstücks auf dem Kontaktstück angeordnet wird als Verlängerung des Kontaktstücks und/oder in dem hohlrohrförmigen Kontaktstück angeordnet wird, insbesondere eingeschoben wird.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schalten mit einem Doppeldüsenschalter, insbesondere mit einem zuvor beschriebenen Doppeldüsenschalter, gemäß Anspruch 13 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Doppeldüsenschalters zum Schalten hoher Ströme in der Hochspannungstechnik gemäß Anspruch 1 und umgekehrt.
Im Folgenden werden in der 1 ein Ausführungsbeispiel gemäß dem Stand der Technik und in den 2 bis 4 Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Dabei zeigen die

1 schematisch in Schnittansicht entlang einer Längsachse einen Doppeldüsenschalter 1 nach dem Stand der Technik beim Ausschalten, mit einem ersten und einem zweiten festen Kontaktstück 4, 5, in welchen ein Lichtbogen brennt, sowie mit einem bewegbaren Überbrückungskontaktstück 6, und
2 schematisch einen Doppeldüsenschalter 1 analog dem Doppeldüsenschalter 1 der 1, wobei erfindungsgemäß elektrisch isolierendes Material 11 in den festen Kontaktstücken 4, 5 angeordnet ist, und
3 schematisch einen erfindungsgemäßen Doppeldüsenschalter 1 analog dem Doppeldüsenschalter 1 der 2, wobei elektrisch isolierendes Material 11 als hohlrohrförmige Hülse 13 an einem festen Kontaktstücken 4 angeordnet ist, und
4 schematisch einen erfindungsgemäßen Doppeldüsenschalter 1 analog dem Doppeldüsenschalter 1 der 2, wobei elektrisch isolierendes Material 11 als hohlrohrförmige Hülse 13 in einem festen Kontaktstücken 4 angeordnet ist.

In 1 ist schematisch in Schnittansicht entlang einer Längsachse ein Doppeldüsenschalter 1 nach dem Stand der Technik beim Ausschalten dargestellt. Der Doppeldüsenschalter 1 umfasst ein erstes und ein zweites festes Kontaktstück 4, 5 sowie ein bewegbares Überbrückungskontaktstück 6. Die festen Kontaktstücke 4, 5 sind entlang der Längsachse beabstandet voneinander angeordnet, jeweils mit sich gegenüberliegenden Enden 14, 14` in Form von Düsen, und das Überbrückungskontaktstück 6 ist ausgebildet, die festen Kontaktstücke 4, 5 mechanisch und elektrisch miteinander zu verbinden. Die Kontaktstücke 4, 5, 6 sind kreiszylinderförmig im Inneren hohl, rohrförmig ausgebildet. Das Überbrückungskontaktstück 6 ist am äußeren Umfang eines festen Kontaktstücks 5 beweglich entlang der Längsachse gelagert.
Im ausgeschalteten Zustand des Doppeldüsenschalters 1 ist das Überbrückungskontaktstück 6 vollständig auf einer Seite eines festen Kontaktstücks 5 angeordnet, wobei das feste Kontaktstück 5 vom Überbrückungskontaktstück 6 zumindest teilweise räumlich umfasst wird. Beim Einschalten wird das Überbrückungskontaktstück 6 in Richtung des anderen festen Kontaktstücks 4 bewegt, bis ein mechanischer und elektrischer Kontakt zwischen dem festen Kontaktstück 4 und dem Überbrückungskontaktstück 6 besteht. Das Überbrückungskontaktstück 6 steht ebenfalls mit dem zweiten festen Kontaktstück 5 in mechanischem und elektrischem Kontakt, wobei über das Überbrückungskontaktstück 6 zwischen den festen Kontaktstücken 4, 5 ein elektrischer Kontakt besteht.
Beim Ausschalten wird das Überbrückungskontaktstück 6 in Richtung des zweiten festen Kontaktstücks 5 zurück bewegt, bis der mechanische und elektrische Kontakt zwischen dem ersten festen Kontaktstück 4 und dem Überbrückungskontaktstück 6 aufgehoben ist, insbesondere bis das Überbrückungskontaktstück 6 vollständig auf der Seite des zweiten Kontaktstücks 5 angeordnet ist. Bei einer angelegten Hochspannung, insbesondere im Bereich von bis zu 1200 kV zwischen den festen Kontaktstücken 4, 5, entsteht bzw. zündet beim Ausschalten ein Lichtbogen 17 zwischen den Kontaktstücken 4, 6. Der Lichtbogen 17 zündet zwischen dem festen Kontaktstück 4 und dem Überbrückungskontaktstück 6 bei der Bewegung des Überbrückungskontaktstücks 6 und wird vom Überbrückungskontaktstück 6 auf das feste Kontaktstück 5 abgestreift bzw. übertragen. Der Lichtbogen 17 brennt, d. h. bildet ein Plasma, im weiteren Zeitverlauf insbesondere im Inneren der hohlrohrförmigen Kontaktstücke 4, 5.
Die Kontaktstücke 4, 5, 6 sind in einem gasdichten Gehäuse angeordnet, welches einen Isolator 2 umfasst. Der Isolator 2 ist hohlrohrförmig bzw. kreiszylinderförmig ausgebildet, mit kreisförmiger Grund- und Deckfläche, an welchen z. B. Anschlüsse bzw. äußere Anschlussfahnen für die Hochspannung angeordnet sind, zum Verbinden des Doppeldüsenschalters 1 mit elektrischen Leitungen, Verbrauchern und/oder Stromerzeugern. Der Isolator 2 umfasst an seinem äußeren Umfang z. B. kreisförmig um den Umfang umlaufende Krempen bzw. Rippen 16, z. B. in regelmäßigen Abständen voneinander entlang der Längsachse angeordnet, welche einen Kriechstromweg entlang der Längsachse verlängern. Der Isolator 1 ist z. B. aus Keramik, Silikon und/oder einem Kompositwerkstoff. Das Gehäuse bzw. der Isolator 2 ist mit einem Schalt- bzw. Isoliergas befüllt, insbesondere SF₆ und/oder Clean Air. Das Schaltgas isoliert elektrisch und ermöglicht das Be- bzw. Ausblasen eines Lichtbogens beim Schalten.
Ein Schaltgasstrom zum Be- bzw. Ausblasen des Lichtbogens wird insbesondere durch eine Kompressionsvorrichtung 7 erzeugt. Die Kompressionsvorrichtung 7 umfasst einen ortsfesten Kompressionskolben 8, einen beweglichen Kompressionszylinder 9 mit einem Boden 10, welcher mit dem Kompressionszylinder 9 gemeinsam entlang der Längsachse des Doppeldüsenschalters 1 beweglich ist. Der Boden 10 ist ausgebildet, das insbesondere erste Kontaktstück 4 am äußeren Umfang räumlich zu umfassen, insbesondere gasdicht, und entlang des Kontaktstücks 4 bei einer Schaltbewegung am Umfang des Kontaktstücks 4 entlang zu gleiten. Der Boden 10 in Verbindung mit dem Kompressionszylinder 9 werden bei einer Schaltbewegung insbesondere mit dem Überbrückungskontaktstück 6 zusammen bewegt, über Elemente einer kinematischen Kette wie z. B. einem Antrieb, insbesondere einem Federspeicherantrieb, Getriebeteilen und/oder einer Antriebsstange, welcher der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt sind.
Beim Ausschalten des Doppeldüsenschalters 1, d. h. dem Unterbrechen des Strompfads über die Kontaktstücke 4, 5, 6, wird der Boden 10 in Verbindung mit dem Kompressionszylinder 9 in Richtung des ortsfesten Kompressionskolbens 8 bewegt. Das Überbrückungskontaktstück 6 wird dabei vom ersten festen Kontaktstück 4 abgezogen und vollständig in Richtung und über das zweite feste Kontaktstück 5 bewegt, wobei ein ringförmiger Spalt zwischen den voneinander beabstandeten festen Kontaktstücke 4 und 5 vom Überbrückungskontaktstück 6 freigegeben wird. Schaltgas wird, durch die Bewegung des Bodens 10 in Verbindung mit dem Kompressionszylinder 9 in Richtung des ortsfesten Kompressionskolbens 8, komprimiert und strömt durch den Spalt in die hohlen, rohrförmigen festen Kontaktstücke 4, und 5.
Beim Ausschalten bildet sich, bei Unterbrechung des Strompfads über die Kontaktstücke 4, 5, 6 durch Bewegung des Überbrückungskontaktstücks 6 weg vom insbesondere ersten festen Kontaktstück 4 hin zum insbesondere zweiten festen Kontaktstück 5, zwischen den festen Kontaktstücken 4, 5 ein Lichtbogen bei angelegter Hochspannung aus. Die Düsenform der Enden 14, 14` der rohrförmigen festen Kontaktstücke 4 und 5 führt zu einer Schaltgasströmung in die hohlen festen Kontaktstücke 4 und 5 hinein, welche den Lichtbogen von den Enden 14, 14` weg in die festen Kontaktstücke 4 und 5 zieht, wobei der Lichtbogen z. B. in Schleifenform verlängert wird. Die Kontaktpunkte des Lichtbogens mit den Kontaktstücken 4 und 5 werden von den Enden 14, 14`, welche z. B. aus abbrandfestem Material bestehen, insbesondere Kohlenstoff, in die Kontaktstücke 4 und 5 gezogen bzw. verlagert. Durch die Verlängerung des Lichtbogens über die Schleifenform und die Verlagerung der Kontaktpunkte durch die Schaltgasströmung nimmt eine Brennspannung des Lichtbogens zu.
Mit zunehmender Brennspannung des Lichtbogens wird die Wahrscheinlichkeit für das Erlöschen des Lichtbogens erhöht. Die Kontaktpunkte des Lichtbogens wandern bei der Verlagerung in die hohlrohrförmigen Kontaktstücke 4 und 5 entlang der inneren Wandung der Kontaktstücke 4 und 5, welche z. B. aus einem gut leitenden Metall, insbesondere Kupfer, Aluminium und/oder Stahl sind. Z. B. an Kanten der inneren Wandung der Kontaktstücke 4 und 5 bilden sich Überhöhungen des elektrischen Feldes bzw. lokale Spannungsspitzen, welche zu einer Fixierung der Kontaktpunkte des Lichtbogens an den Kanten führen können. Beim Ausschalten nimmt mit der Zeit bzw. mit fortschreitender Schaltbewegung der Schaltgasstrom ab, wobei sich der Lichtbogen verkürzt. Dadurch nimmt die Brennspannung ab und ein Erlöschen des Lichtbogens wird verhindert oder behindert. Ein vollständiges Ausschalten des Doppeldüsenschalters 1 bzw. ein Unterbrechen des Strompfads über den Doppeldüsenschalter 1 wird dadurch verhindert oder zeitlich verzögert.
In 2 ist schematisch ein Doppeldüsenschalter 1 analog dem Doppeldüsenschalter 1 der 1 dargestellt, wobei erfindungsgemäß elektrisch isolierendes Material 11 in den festen Kontaktstücken 4 und/oder 5 angeordnet ist. Der Aufbau und Ausschaltvorgang des Doppeldüsenschalters 1 in 2 ist analog dem zuvor beschriebenen Ausschaltvorgang des Doppeldüsenschalters 1 der 1, wobei das elektrisch isolierende Material 11 eine Verkürzung des Lichtbogens insbesondere bei nachlassendem Schaltgasstrom verhindert oder behindert. Dadurch wird eine hohe Brennspannung des Lichtbogens aufrechterhalten, insbesondere auch bei abnehmendem Schaltgasstrom, und ein schnelles Erlöschen des Lichtbogens wird gestützt bzw. gefördert.
Das elektrisch isolierende Material 11 ist z. B. in Form einer Beschichtung der inneren Fläche des oder der Kontaktstücke 4, 5 ausgeführt. Das elektrisch isolierende Material 11 umfasst oder besteht z. B. aus Teflon, PCTFE und/oder einem Kunststoff. Bei Wechselwirkung des elektrisch isolierenden Materials 11 mit dem Lichtbogen kann elektrisch isolierendes Material 11 z. B. verdampfen und dadurch ein Erlöschen des Lichtbogens unterstützen. Der sogenannte Hartgaseffekt, bei welchem elektrisch isolierendes Material 11 verdampft und somit zusätzliches Gas produziert, kann zu einer Stabilisierung der Lichtbogenform beitragen und ein schnelles Erlöschen des Lichtbogens durch Aufrechterhaltung einer hohen Brennspannung unterstützen.
Die Beschichtung der inneren Fläche des oder der Kontaktstücke 4, 5 kann vollständig oder nur in Bereichen im Inneren der Kontaktstücke 4, 5 ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich ist das elektrisch isolierende Material 11 in Form einer z. B. zylinderförmigen Hohlröhre in den inneren Hohlraum der Kontaktstücke 4, 5 z. B. formschlüssig mit der inneren Wandung der Kontaktstücke 4, 5 angeordnet, insbesondere eingefügt und/oder eingeschoben. Bei der Ausbildung des Lichtbogens kann das elektrisch isolierende Material 11 die Ausbildung einer Schleifenform des Lichtbogens unterstützen, indem Kontaktpunkte des Lichtbogens mit den Kontaktstücken 4, 5 nicht im Bereich des elektrisch isolierenden Materials 11 ausgebildet werden. Dadurch kann der Lichtbogen bevorzugt an Kanten und/oder im Bereich der Enden 14, 14` der Kontaktstücke 4, 5 Kontaktpunkte ausbilden, ohne ein Wandern der Kontaktpunkte entlang der inneren Wandung der Kontaktstücke 4, 5 in Richtung Schaltgasströmungsrichtung, wodurch eine Schleifenbildung bzw. Verlängerung des Lichtbogens bewirkt oder unterstützt wird, mit verbundener Erhöhung der Brennspannung, siehe z. B. auf der rechten Seite der 2.
Auf der linken Seite der 2 ist eine alternative Wirkung des elektrisch isolierenden Materials 11 dargestellt, welche eine stabile, hohe Brennspannung insbesondere auch bei nachlassender Schaltgasströmung ermöglicht. Im Bereich des elektrisch isolierenden Materials 11 werden Kontaktpunkte des Lichtbogens mit den elektrisch leitenden Kontaktstücken 4, 5 unterbunden. Der Lichtbogen wird durch den Schaltgasstrom von den Enden 14, 14` der Kontaktstücke 4, 5 weg, auf die gegenüberliegende Seite der Kontaktstücke 4, 5 durch den Hohlraum in den Kontaktstücken 4, 5 gezogen, wo sich hinter dem elektrisch isolierendem Material 11, in Bereichen der Kontaktstücke 4, 5 ohne elektrisch isolierendem Material 11, Kontaktpunkte z. B. bevorzugt an Kanten ausbilden bzw. festsetzen. Bei nachlassendem Schaltgasstrom wird ein Verkürzen des Lichtbogens durch das elektrisch isolierende Material 11 verhindert, da die Kontaktpunkte nicht entlang der Innenwandung der Kontaktstücke 4, 5 mit elektrisch isolierendem Material 11 in Richtung Enden 14, 14` wandern bzw. zurückwandern. Dadurch wird eine hohe Brennspannung auch bei nachlassendem Schaltgasstrom am Ende der Schaltbewegung erreicht, was das Erlöschen des Lichtbogens unterstützt, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen.
In 3 ist schematisch eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Doppeldüsenschalters 1 mit elektrisch isolierendem Material 11, 12, 13 dargestellt. Der erfindungsgemäße Doppeldüsenschalter 1 ist analog dem Doppeldüsenschalter 1 der 2 ausgeführt, wobei zusätzlich elektrisch isolierendes Material 11 in Form einer hohlrohrförmigen Hülse 13 an einem Ende eines festen Kontaktstücks 4 beispielhaft angeordnet ist. Alternativ, in den Figuren der Einfachheit halber nicht dargestellt, kann auf eine Beschichtung 12 mit, oder auf eine Verwendung einer Hülse 13 aus elektrisch isolierendem Material 11 in einem Hohlraum im Inneren der festen Kontaktstücke 4, 5 verzichtet werden, bei Verwendung einer hohlrohrförmigen Hülse 13 an wenigstens einem Ende eines festen Kontaktstücks 4 und/oder 5.
Die hohlrohrförmige Hülse 13 an einem Ende des festen Kontaktstücks 4 verlängert den insbesondere zylinderförmigen Hohlraum im Inneren des Kontaktstückes 4. Dadurch reißt am Ende des insbesondere zylinderförmigen Hohlraums im Inneren des Kontaktstückes 4 ein Schaltgasstrom nicht unkontrolliert ab, was zu einer Verkürzung des Lichtbogens führen könnte. Die hohlrohrförmige Hülse 13 führt zu einer Verlängerung insbesondere einer gleichmäßigen Schaltgasströmung und somit zu einer Verlängerung des Lichtbogens 17. Die hohlrohrförmige Hülse 13 ist aus einem elektrisch isolierendem Material 11, wodurch sich keine gemeinsamen Kontaktpunkte des Lichtbogens 17 mit der hohlrohrförmigen Hülse 13 bilden. Der Lichtbogen wird schleifenförmig in der hohlrohrförmigen Hülse 13 verlängert, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen.
Die hohlrohrförmige Hülse 13 ist z. B. am Ende des insbesondere zylinderförmigen Hohlraums im Inneren des Kontaktstückes 4 aufgesteckt und/oder befestigt z. B. durch Klebung, Klemmung, Schraub-, Löt- und/oder Schweißverbindung. Alternativ oder zusätzlich kann eine hohlrohrförmige Hülse 13 aus einem elektrisch isolierendem Material 11 an einem Ende des zweiten festen Kontaktstücks 5 zur Verlängerung des insbesondere zylinderförmigen Hohlraums im Inneren des Kontaktstückes 5 angeordnet sein.
In 4 ist schematisch eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Doppeldüsenschalters 1 mit elektrisch isolierendem Material 11, 13 dargestellt. Der erfindungsgemäße Doppeldüsenschalter 1 ist analog dem Doppeldüsenschalter 1 der 3 ausgeführt, wobei die hohlrohrförmige Hülse 13 statt an einem Ende des festen Kontaktstücks 4 in den insbesondere zylinderförmigen Hohlraum im Inneren des Kontaktstückes 4 eingefügt ist. Analog der am Ende angeordneten hohlrohrförmigen Hülse 13 ragt die hohlrohrförmige Hülse 13 in 4 über den insbesondere zylinderförmigen Hohlraum im Inneren des Kontaktstückes 4 hinaus, mit den damit verbundenen Vorteilen. Die Wirkung ist analog der Wirkung der hohlrohrförmigen Hülse 13 in 3 in Verbindung mit der Beschichtung des Inneren des insbesondere zylinderförmigen Hohlraums im Inneren des Kontaktstückes 4 mit isolierendem Material 11.
Die Herstellung des Doppeldüsenschalters 1 mit insbesondere eingeschobener hohlrohrförmiger Hülse 13 ist einfacher und kostengünstiger als die Beschichtung des Inneren des insbesondere zylinderförmigen Hohlraums im Inneren des Kontaktstückes 4 mit isolierendem Material 11 sowie die Anordnung einer hohlrohrförmigen Hülse 13 am Ende des insbesondere zylinderförmigen Hohlraums. Alternativ oder zusätzlich kann die hohlrohrförmige Hülse 13 aus elektrisch isolierendem Material 11 in den insbesondere zylinderförmigen Hohlraum im Inneren des zweiten Kontaktstückes 5 eingefügt sein. Die hohlrohrförmige Hülse 13 kann über den insbesondere zylinderförmigen Hohlraum im Inneren des Kontaktstückes 4 hinausragen oder am Ende des Hohlraums im Inneren des Kontaktstückes 4 enden.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. Hülsen 13 unterschiedlicher Länge in und/oder am ersten und/oder zweiten festen Kontaktstück 4, 5 verwendet werden. Die Hülsen 13 aus elektrisch isolierendem Material 11 können insbesondere formschlüssig in dem insbesondere zylinderförmigen Hohlraum im Inneren des jeweiligen Kontaktstückes 4, 5 angeordnet sein, z. B. eingeschoben, eingeschraubt, eingeklebt und/oder eingepresst. Alternativ oder zusätzlich kann der insbesondere zylinderförmige Hohlraum im Inneren des jeweiligen Kontaktstückes 4, 5 mit elektrisch isolierendem Material 11 beschichtet 12 sein. Eine hohlrohrförmige Hülse 13 kann jeweils am Ende des festen Kontaktstücks 4, 5, insbesondere dem gegenüberliegenden Ende zum Ende 14 bzw. 14', aufgesetzt und/oder befestigt sein, oder enden, bei eingesteckten Hülsen 13, oder aus dem Ende herausragen.
Der Effekt der Beschichtung im hohlrohrförmigen Innenraum der Kontaktstücke 4, 5 mit elektrisch isolierendem Material 11, und/oder der hohlrohrförmigen Hülsen 13 aus elektrisch isolierendem Material 11 im insbesondere zylinderförmigen Hohlraum im Inneren des jeweiligen Kontaktstückes 4, 5 und/oder am Ende des insbesondere zylinderförmigen Hohlraums des jeweiligen Kontaktstückes 4, 5 über das Ende hinausragend oder am Ende angeordnet, ist eine Verlängerung eines Lichtbogens und damit die Erhöhung der Brennspannung, insbesondere bei abnehmender Isolier- bzw. Schaltgasströmung. Dadurch wird das Löschen des Lichtbogens beim Schalten erleichtert.
Bezugszeichenliste

1: Doppeldüsenschalter
2: Isolator
3: Kontakt
4: erstes festes Kontaktstück
5: zweites festes Kontaktstück
6: Überbrückungskontaktstück
7: Kompressionsvorrichtung
8: ortsfester Kompressionskolben
9: beweglicher Kompressionszylinder
10: Boden des Kompressionszylinders, Isolator
11: elektrisch isolierendes Material
12: elektrisch isolierendes Material als Beschichtung
13: elektrisch isolierendes Material als hohlrohrförmige Hülse
14, 14`: Ende des festen Kontaktstücks (4, 5) aus abbrandfestem Kohlenstoff
15: Ende des Kontaktstücks (4, 5) mit angeordneter Hülse
16: Rippen des Isolators
17: Lichtbogen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0024252 A1 [0002]

Claims

Doppeldüsenschalter (1) zum Schalten hoher Ströme in der Hochspannungstechnik, mit wenigstens einem elektrischen Kontakt (3), welcher wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites festes Kontaktstück (4, 5) sowie wenigstens ein erstes, bewegbares Überbrückungskontaktstück (6) umfasst, wobei die Kontaktstücke (4, 5, 6) hohlrohrförmig ausgebildet sind zum Durchströmen mit einem Schaltgasstrom, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch isolierendes Material (11) in und/oder am wenigstens einen ersten und/oder in und/oder am wenigstens einen zweiten festen Kontaktstück (4, 5) angeordnet ist.
Doppeldüsenschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material (11) in Form einer Beschichtung (12) der Innenwandung des wenigstens einen ersten und/oder des wenigstens einen zweiten festen Kontaktstücks (4, 5) ausgebildet ist.
Doppeldüsenschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material (11) in Form wenigstens einer hohlrohrförmigen Hülse (13) in und/oder am wenigstens einen ersten und/oder in und/oder am wenigstens einen zweiten festen Kontaktstück (4, 5) angeordnet ist.
Doppeldüsenschalter (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material (11) in Form wenigstes einer hohlrohrförmigen Hülse (13) in das wenigstens eine erste und/oder in das wenigstens eine zweite festen Kontaktstück (4, 5) eingefügt ist, insbesondere formschlüssig in Kontakt mit der Innenseite des wenigstens einen ersten und/oder des wenigstens einen zweiten festen Kontaktstücks (4, 5).
Doppeldüsenschalter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material (11) in Form wenigstes einer hohlrohrförmigen Hülse (13) aus dem Inneren des wenigstens einen ersten und/oder des wenigstens einen zweiten festen Kontaktstücks (4, 5) herausragt, insbesondere wenigstens einige Zentimeter herausragt.
Doppeldüsenschalter (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material (11) in Form wenigstes einer hohlrohrförmigen Hülse (13) an einem Ende (15) des wenigstens einen ersten und/oder des wenigstens einen zweiten festen Kontaktstücks (4, 5) angeordnet ist, insbesondere aufgesteckt, geschraubt, geklebt und/oder geschweißt, wobei die hohlrohrförmige Hülse (15) zum Durchströmen mit einem Schaltgasstrom insbesondere das hohlrohrförmige wenigstens eine erste und/oder das wenigstens eine zweite feste Kontaktstück (4, 5) verlängert.
Doppeldüsenschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material (11) ein Polymer, insbesondere Teflon, PTFE und/oder PCTFE umfasst oder ist.
Doppeldüsenschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltgasstrom ein Schaltgas mit oder aus SF₆ und/oder Clean Air umfasst.
Doppeldüsenschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstücke (4, 5, 6) aus einem Metall, insbesondere Kupfer, Aluminium und/oder Stahl sind und/oder Kupfer, Aluminium und/oder Stahl umfassen.
Doppeldüsenschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste und/oder das wenigstens eine zweite feste Kontaktstück (4, 5) ein Ende (14, 14') aus abbrandfestem Kohlenstoff umfassen, insbesondere zwei sich gegenüberliegende, beabstandete Enden mit jeweils einem Ende (14) des wenigstens einen ersten festen Kontaktstücks (4) und einem Ende (14') des wenigstens einen zweiten festen Kontaktstücks (5) aus abbrandfestem Kohlenstoff.
Doppeldüsenschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hohlrohrförmigen Kontaktstücke (4, 5, 6) zylinderförmig ausgebildet sind, mit einem kreiszylinderförmigen durchgehenden Hohlraum im Inneren, und/oder dass das elektrisch isolierende Material (11) jeweils zylinderförmig ausgebildet ist, mit einem kreiszylinderförmigen durchgehenden Hohlraum im Inneren.
Doppeldüsenschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt (3) in einem Isolator (2) angeordnet ist, insbesondere in einem gasdicht verschlossenen Isolator aus Silikon, Keramik und/oder einem Kompositwerkstoff, insbesondere mit Schaltgas befüllt und/oder mit entlang eines äußeren Umfangs umlaufenden Rippen (16).
Verfahren zum Schalten mit einem Doppeldüsenschalter (1), insbesondere mit einem Doppeldüsenschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Unterbrechen eines Strompfads wenigstens ein elektrischer Kontakt (3) geöffnet wird, wobei wenigstens ein erstes, bewegbares Überbrückungskontaktstück (6) bewegt wird um den Strompfad zwischen wenigstens einem ersten und wenigstens einem zweiten festen Kontaktstück (4, 5) des wenigstens einen elektrischen Kontakts (3) zu unterbrechen, und wobei ein Lichtbogen (17) zwischen dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten festen Kontaktstück (4, 5) entsteht, mit einer erhöhten Brennspannung des Lichtbogens (17) durch einen Schaltgasstrom und durch elektrisch isolierendes Material (11) in und/oder am wenigstens einen ersten und/oder in und/oder am wenigstens einen zweiten festen Kontaktstück (4, 5) .
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltgasstrom durch wenigstens eine hohlzylinderförmige durchgehende Öffnung durch das wenigstens eine erste und/oder durch das wenigstens eine zweite feste Kontaktstück (4, 5) strömt, und das elektrisch isolierende Material (11) den Weg des Lichtbogens (17) zwischen den Kontaktstücken (4, 5) insbesondere in Verbindung mit dem Schaltgasstrom verlängert, insbesondere durch eine Beschichtung (12) wenigstens eines Kontaktstücks (4, 5) im Inneren mit elektrisch isolierendem Material (11) und/oder durch wenigstens eine hohlrohrförmige Hülse (13) aus elektrisch isolierendem Material (11), welche insbesondere an einem Ende (15) eines jeweiligen Kontaktstücks (4, 5) auf dem Kontaktstück (4, 5) angeordnet wird als Verlängerung des Kontaktstücks (4, 5) und/oder in dem hohlrohrförmigen Kontaktstück (4, 5) angeordnet wird, insbesondere eingeschoben wird.