DE19613030A1 - Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Heizraum - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Hochspan­ nungs-Leistungsschalter mit zwei Kontaktstücken, zwischen de­ nen ggf. bei einem Schaltvorgang in einem Lichtbogenraum ein Lichtbogen brennt und mit einem Heizraum, der mit dem Licht­ bogenraum wenigstens zeitweise in Verbindung steht.

Aus der DE-PS 32 47 121 ist ein elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter der eingangs genannten Art bekannt, bei dem ein bewegliches Kontaktstück von einem Heizraum umgeben ist, der über einen Kanal mit dem zwischen den Kontaktstücken an­ geordneten Lichtbogenraum verbunden ist. Außerdem ist dort ein Kompressionsraum vorgesehen, der über einen gesonderten Kanal mit dem Lichtbogenraum verbunden ist.

Bei genügend hoher Stromstärke des zu schaltenden Stromes brennt während des Ausschaltvorganges zwischen den Kontakt­ stücken ein Lichtbogen, der das dort befindliche Löschgas er­ hitzt und expandiert, so daß es wenigstens teilweise in den Heizraum hineinströmt und dort gespeichert werden kann. Im Zeitpunkt des Stromnulldurchgangs soll dann das heiße Lösch­ gas aus dem Heizraum heraus und wieder zurück in den Lichtbo­ genraum strömen, um den Lichtbogen zu beblasen und die Wie­ derverfestigung der Schaltstrecke zu beschleunigen. Dies ist insbesondere bei geringen zu schaltenden Stromstärken, bei­ spielsweise beim Abschalten von kapazitiven Strömen schwie­ rig, da in diesem Fall die Wiederverfestigung der Schalt­ strecke Schwierigkeiten bereitet und andererseits die Strom­ stärke des zu schaltenden Stromes nicht zur Bereitstellung einer genügenden Menge heißen Löschgases im Heizraum aus­ reicht. Das Heizgas ist außerdem zu stark ionisiert, um bei seinem Zurückströmen in den Lichtbogenraum die Wiederverfe­ stigung der Schaltstrecke in ausreichendem Maß zu gewährlei­ sten

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elek­ trischen Leistungsschalter der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß das aus dem Heizgasraum ausströmende Löschgas möglichst kühl und mit geringem Ionisationsgrad in den Licht­ bogenraum zurückströmt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch wenigstens ein einen Hohlraum aufweisendes, mit kaltem Löschgas gefülltes, von dem im Heizgasraum befindlichen Löschgas umströmtes Kühlelement.

Durch das bzw. die Kühlelemente soll das Heizgas im Heizgas­ raum möglichst schnell gekühlt werden. Dadurch, daß die Kühlelemente mit kaltem Löschgas gefüllt sind, soll eine aus­ reichende Wärmeabfuhr durch den Hohlraum des Kühlelementes gewährleistet werden. Jedes Kühlelement sollte dabei eine möglichst große Oberfläche aufweisen, die mit dem im Heizgas­ raum befindlichen Gas in Berührung kommt. Vorteilhaft ist es, wenn das jeweilige Kühlelement allseitig von dem Löschgas um­ strömt wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das/die Kühlelement/e Kühlrippen aufweist/weisen.

Durch die Kühlrippen ist ein besonders guter Wärmeaustausch zwischen dem heißen Löschgas im Heizgasraum und dem jeweili­ gen Kühlelement ermöglicht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Hohlraum /die Hohlräume des/der Kühlelementes/e wenigstens zeitweise mit einem Kompressionsraum in Verbindung steht/stehen.

Durch die Verbindung zwischen dem Hohlraum eines Kühlelemen­ tes und dem Kompressionsraum kann ein stetiger Gasaustausch stattfinden, der eine Kühlung des jeweiligen Kühlelementes bewirkt. Unter einem Kompressionsraum soll in diesem Zusam­ menhang ein Gasraum verstanden werden, in dem kaltes Löschgas durch Verringerung des Volumens unter Druck gesetzt wird. Dies ist bei Hochspannungs-Leistungsschaltern nach dem Blas­ kolbenprinzip an sich bekannt.

Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß der Hohlraum des/der Kühlelementes/e wenigstens zeitweise mit dem Lichtbogenraum in Verbindung steht/stehen.

Besonders in dem Fall, wenn der Hohlraum eines Kühlelementes sowohl mit dem Kompressionsraum als auch mit dem Lichtbogen­ raum in Verbindung steht, strömt zumindest nach der Kompres­ sion des Löschgases im Kompressionsraum durch den Hohlraum des Kühlelementes das kalte Löschgas zum Lichtbogenraum, um dort den Lichtbogen zu beblasen bzw. zu löschen und eine be­ schleunigte Wiederverfestigung der Schaltstrecke zu gewähr­ leisten. Auf diesem Wege wird das jeweilige Kühlelement durch die Strömung des kalten Löschgases optimal von innen gekühlt und ist daher in der Lage, eine große Wärmemenge von dem im Heizgasraum befindlichen heißen Löschgas aufzunehmen.

Außerdem kann die Erfindung vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß das/die Kühlelement/e die Form eines den Heizgas­ raum durchsetzenden Rohres aufweist/en.

Solche Rohre stellen eine konstruktiv einfache, kostengün­ stige und einfach zu montierende Variante der Kühlelemente dar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrie­ ben.

Dabei zeigt die Figur schematisch die Hälfte eines Längs­ schnitts durch eine Unterbrechereinheit eines Leistungsschal­ ters.

Die Unterbrechereinheit ist in einem Zustand zwischen dem Einschaltzustand und dem Ausschaltzustand gezeigt. Zwischen dem feststehenden Kontaktstück 1 und dem antreibbaren Kon­ taktstück 2 brennt im Lichtbogenraum 3 ein Lichtbogen 4. Das antreibbare Kontaktstück 2 wird im Rahmen einer Ausschaltbe­ wegung in Richtung des Pfeiles 5 beschleunigt. Sobald die Kontaktfinger 6 des antreibbaren Kontaktstückes 2 von dem feststehenden Kontaktstück 1 ablaufen, wird zwischen den Kon­ taktstücken 1, 2 der Lichtbogen 4 gezogen.

Mit dem antreibbaren Kontaktstück 2 ist ein Kolben 7 fest verbunden, der einerseits einen Kompressionskolben für das zwischen dem Kolben 7 und dem feststehenden Zylinder 8 ange­ ordnete Kompressionsvolumen 9 darstellt und andererseits den Boden des mit konstantem Volumen versehenen Heizgasraumes 10 bildet.

Der Heizgasraum 10 ist mittels eines ersten axialen Ringka­ nals 11 und eines ersten radialen Ringkanals 12 mit dem Lichtbogenraum 3 verbunden.

Der Kompressionsraum 9 ist mittels eines zweiten axialen Ringkanals 13 und eines zweiten radialen Ringkanals 14 eben­ falls mit dem Lichtbogenraum verbunden, wobei der zweite ra­ diale Ringkanal 14 axial gegenüber dem ersten radialen Ring­ kanal 12 versetzt ist. Die beiden radialen Ringkanäle 12, 14 sind im Einschaltzustand durch das feststehende Kontaktstück 1 verschlossen und werden im Zuge einer Ausschaltbewegung zeitlich nacheinander freigegeben.

Die axialen und radialen Ringkanäle 11, 13, 12, 14 verlaufen innerhalb eines Düsenkörpers, der aus einem Isoliermaterial, beispielsweise PTFE (Polytetrafluorethylen) besteht und fest mit dem antreibbaren Kontaktstück 2 verbunden ist.

Das feststehende Kontaktstück 1 ist von einem Dauerstromkon­ taktstück 15 umgeben, das ringförmig gestaltet ist und an seinem Umfang einzelne Kontaktfinger 16 trägt. Diese wirken mit dem antreibbaren Dauerstromkontaktstück 17 im Einschalt­ zustand zusammen.

Bei einem Ausschaltvorgang des dargestellten Leistungsschal­ ters heizt der Lichtbogen 4 im Lichtbogenraum 3 das dort be­ findliche Löschgas auf und erzeugt hierdurch einen hohen Löschgasdruck.

Sobald das antreibbare Kontaktstück mit dem Düsenkörper 18 sich soweit bewegt hat, daß das feststehende Kontaktstück 1 den ersten radialen Ringkanal 12 freigibt, kann das heiße Löschgas zu dem ersten axialen Ringkanal 11 und weiter in den Heizgasraum 10 abströmen.

Dort wird das heiße Löschgas unter hohem Druck gespeichert.

Sobald bei einem Stromnulldurchgang des abzuschaltenden Wech­ selstromes der Lichtbogen 4 erlischt, sinkt der Löschgasdruck im Lichtbogenraum 3 und das heiße Löschgas kann aus dem Heiz­ gasraum 10 durch den ersten axialen Ringkanal 11 und den er­ sten radialen Ringkanal 12 hindurch zurückströmen und den Lichtbogen beblasen.

Um in der Zwischenzeit das in dem Heizgasraum 10 gespeicherte heiße Löschgas zu kühlen, sind dort Rohre 19 angeordnet, von denen nur eines in der Figur dargestellt ist, und die das an­ treibbare Kontaktstück 2 in ringförmiger Anordnung umgeben. Jedes einzelne Rohr 19 bildet ein Kühlelement und ist mit seiner Längsachse parallel zu dem antreibbaren Kontaktstück 2 ausgerichtet.

Gleichzeitig mit der Ausschaltbewegung des antreibbaren Kon­ taktstücks 2 wird der Kompressionskolben 7 in Richtung des Pfeiles 5 verschoben, wodurch sich das Kompressionsvolumen 9 in dem Kompressionszylinder 8 verringert und entsprechend der Druck des dort befindlichen Löschgases erhöht wird.

Sobald der zweite radiale Ringkanal 14 durch das feststehende Kontaktstück 1 freigegeben wird, kann das kalte, unter hohem Druck stehende Löschgas aus dem Kompressionsraum 9 durch die Kühlelemente (Rohre) 19, den zweiten axialen Ringkanal 13 bzw. mehrere am Umfang des Düsenkörpers 18 verteilte axiale Ringkanäle 13 und entsprechend einen oder mehrere zweite ra­ diale Ringkanäle 14 in den Lichtbogenraum 3 abströmen. Auf diesem Weg kühlt das kalte Löschgas die Kühlelemente 19. Der Lichtbogen 4 wird somit in einer zweiten Etappe des Aus­ schaltvorganges mit kühlem Löschgas aus dem Kompressionsvolu­ men 9 beblasen.

In dem Kompressionskolben 7 ist ein druckgesteuertes Rück­ schlagventil 20 vorgesehen, durch das bei einem im Kom­ pressionsraum 9 herrschenden Überdruck kaltes Löschgas in den Heizgasraum 10 überströmen kann. Es können auch in den Hohl­ räumen 23 der einzelnen Kühlelemente 19 Rückschlagventile in Form von beweglichen Klappen 21 vorgesehen sein, die jeweils an einem Punkt 22 schwenkbar gelagert sind. Hierdurch wird sichergestellt, daß einerseits der Überdruck in dem Kom­ pressionsraum 9 abgebaut wird, andererseits ein im Lichtbo­ genraum 3 herrschender Überdruck nicht durch die Ringkanäle 13, 14 in den Kompressionsraum 9 zurückwirken kann, um eine übermäßige Belastung des mechanischen Antriebs des Leistungs­ schalters zu vermeiden.

Die Kühlelemente 19 können vorteilhaft aus einem Material mit einem hohen Wärmeleitungskoeffizienten, etwa einem Metall be­ stehen.

In der Figur ist außerdem beispielhaft die Möglichkeit ange­ deutet, die Kühlelemente an der Außenseite mit Kühlrippen in Form von am Umfang umlaufenden Schirmen 24 zu versehen.

Claims (5)

1. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter mit zwei Kon­ taktstücken (1, 2), zwischen denen ggf. bei einem Schaltvor­ gang in einem Lichtbogenraum ein Lichtbogen (4) brennt und mit einem Heizgasraum (10), der mit dem Lichtbogenraum (3) wenigstens zeitweise in Verbindung steht, gekennzeichnet durch wenigstens ein einen Hohlraum (23) aufweisendes mit kaltem Löschgas gefülltes, von dem im Heizgasraum (10) befindlichen Löschgas umströmtes Kühlelement (19).

2. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das/die Kühlelement/e (19) Kühlrippen (24) aufweist/weisen.

3. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (23) des/der Kühlelementes/e (19) wenigstens zeitweise mit einem Kompressionsraum (9) in Verbindung steht/stehen.

4. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (23) des/der Kühlelementes/e (19) wenigstens zeitweise mit dem Lichtbogenraum (3) in Verbindung steht/stehen.

5. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das/die Kühlelement/e (19) die Form eines den Heizgasraum (10) durchsetzenden Rohres aufweist/en.