DE19701766C1 - Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Kapselungsgehäuse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungs-Leistungs­ schalter mit einem insbesondere metallischen Kapselungsge­ häuse, in dem wenigstens eine Unterbrechereinheit mit einer Lichtbogenlöscheinrichtung, von einem Löschgas umgeben, ange­ ordnet ist.

Ein derartiger Hochspannungs-Leistungsschalter ist beispiels­ weise aus der US-PS 4,442,329 bekannt. Bei dem bekannten Lei­ stungsschalter sind mehrere Unterbrechereinheiten in einem geerdeten Kapselungsgehäuse befestigt, welches mit einem Löschgas in Form von Schwefelhexafluorid gefüllt ist. Dieses Gas dient einerseits zur elektrischen Isolierung der gegebe­ nenfalls auf Hochspannung befindlichen Unterbrechereinheiten gegenüber dem geerdeten Kapselungsgehäuse, andererseits zum Betreiben der Lichtbogenlöscheinrichtung, die sich innerhalb der Unterbrechereinheit befindet und durch die ein beim Betä­ tigen der Unterbrechereinheit gegebenenfalls gezogener Licht­ bogen im Zuge der Schaltbewegung mit dem Löschgas zur Unter­ stützung der Löschung beblasen wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei gleichbleibender Löschfähigkeit des Leistungsschalters die erforderliche Menge an Schwefelhexafluorid oder einem sonsti­ gen verwendeten Löschgas möglichst zu verringern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Kapselungsgehäuse ein die Unterbrechereinheit gasdicht um­ schließendes Schaltgefäß aus einem Isolierstoff angeordnet ist, welches ein Löschgas enthält und von einem Isoliergas umgeben ist.

Da zur Isolation der Unterbrechereinheit innerhalb des Kapse­ lungsgehäuses ein Isoliergas notwendig ist, das aber nicht die Eigenschaften einer optimalen Lichtbogenlöschung aufwei­ sen muß, wie beispielsweise eine gute Wärmeleitung und eine schnelle Rekombination nach einer Ionisierung, kann zwischen dem Schaltgefäß und dem Kapselungsgehäuse ein kostengünstiges Isoliergas eingesetzt werden, während in der Unterbre­ chereinheit selbst und ihrer unmittelbaren Umgebung, nämlich innerhalb des diese umschließenden Schaltgefäßes ein für die eigentliche Lichtbogenlöschung geeigneteres Löschgas, wie beispielsweise unter Druck stehendes Schwefelhexafluorid ver­ wendet wird. Isoliergas und Löschgas können also vorteilhaft unterschiedlich sein. Sie können jedoch auch gleich sein.

Als Isoliergas kann beispielsweise eine Mischung aus Schwe­ felhexafluorid und einem getrocknetem Gemisch von anderen Ga­ sen, insbesondere Stickstoff verwendet werden. Es ist aller­ dings auch die Verwendung von reinem getrocknetem Stickstoff sowohl im Druckbereich unterhalb des Atmosphärendrucks als auch im Hochdruckbereich denkbar.

Als Löschgas innerhalb des Schaltgefäßes wird vorteilhaft an­ nähernd reines Schwefelhexafluorid unter Überdruck verwendet. Um ein Durchmischen des Löschgases mit dem Isoliergas zu ver­ hindern, ist das Schaltgefäß gasdicht ausgestaltet.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Löschgas einen höheren Druck aufweist als das Isoliergas.

Hierdurch ist einerseits die gute Löschfähigkeit des Löschga­ ses gewährleistet, andererseits ist gewährleistet, daß selbst bei kleinen Undichtigkeiten das Eindringen von Isoliergas in das Innere des Schaltgefäßes durch den dort herrschenden Überdruck verhindert ist. Somit wird die Reinheit des Lösch­ gases in dem Schaltgefäß erhalten.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Löschgas einen größeren Volumenanteil an Schwe­ felhexafluorid aufweist als das Isoliergas.

Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich der Vorteil, daß bei dem Isoliergas, welches in größeren Mengen benötigt wird als das Löschgas, eine geringere Menge des relativ teuren Schwefel­ hexafluorides verwendet wird.

Die Erfindung kann vorteilhaft auch dadurch gestaltet werden, daß das Löschgas einen größeren SF₆-Partialdruck aufweist als das Isoliergas.

Außerdem kann die Erfindung auch dadurch vorteilhaft ausge­ staltet werden, daß das Isoliergas einen größeren Anteil an N₂ enthält als das Löschgas.

Stickstoff steht auf der Erdoberfläche überall zur Verfügung und kann in getrockneter Form ohne weiteres den Hauptbestand­ teil des Isoliergases bilden.

Außerdem kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß das Schaltge­ fäß wenigstens teilweise durch ein einstückiges Rohr gebildet ist, welches mit wenigstens einem seiner Enden an dem Kapselungsgehäuse befestigt ist.

Diese Konstruktion des Schaltgefäßes ist einerseits besonders kostengünstig, da das Rohr, welches das Schaltgefäß mantel­ seitig begrenzt, gleichzeitig den Isolierstoffstützer bildet. Außerdem ist die Montage erheblich vereinfacht und verbil­ ligt, da die Unterbrechereinheit in dem Schaltgefäß vormon­ tiert werden kann und mit diesem zusammen als Ganzes in dem Kapselungsgehäuse befestigt werden kann. In diesem Fall trägt das Schaltgefäß vorteilhaft die Unterbrechereinheit. Bei die­ ser Konstruktion des Schaltgefäßes mit Stützerfunktion werden auch dann Vorteile erzielt, wenn das Schaltgefäß nicht gas­ dicht ausgebildet und Löschgas und Isoliergas identisch sind.

Das Schaltgefäß kann erfindungsgemäß beispielsweise aus einem faserverstärkten Gießharz oder aus einem gewickelten Iso­ lierstoffrohr bestehen.

In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn wenigstens ein elek­ trischer Anschluß der Unterbrechereinheit mantelseitig gas­ dicht durch die Wand des Schaltgefäßes durchgeführt ist.

Der andere Anschluß der Unterbrechereinheit kann axial durch die Stirnseite des Schaltgefäßes, die beispielsweise aus ei­ nem Metalldeckel bestehen kann, durchgeführt sein.

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

Dabei zeigt die Figur schematisch in einem Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Leistungsschalter.

Innerhalb eines metallischen Kapselungsgehäuses 1 eines Hoch­ spannungs-Leistungsschalters ist in einem gasdichten Schalt­ gefäß 2 eine Unterbrechereinheit 3 angeordnet. Das Kapse­ lungsgehäuse ist zylindrisch und als Guß- oder Schweißteil mit zwei Anschlußstutzen 4, 5 ausgebildet, durch die Leiter 6, 7 mittels Isolierstoffstützern 8, 9 gasdicht und elek­ trisch isoliert herausgeführt werden, die als Zuleitungen für die Unterbrechereinheit 3 dienen.

Das Schaltgefäß 2 ist als faserverstärktes Gießharzbauteil in Form eines Rohres ausgeführt, das an seinem einen Ende in ei­ nem Metallflansch 10 gefaßt ist.

Der Metallflansch 10 ist mittels einer Verschraubung an dem Deckelteil 11 des Leistungsschalters befestigt, welches das Kapselungsgehäuse 1 an einem Ende abschließt und eine Durch­ führung 12 für eine Welle 13 aufweist, die dem Antrieb der Unterbrechereinheit 3 dient.

Die Welle 13 weist eine Kurbel 14 auf, die eine Schaltstange 15 zur Durchführung einer Schaltbewegung in axiale Bewegung versetzt.

Die Durchführung 12 der Welle ist gasdicht ausgeführt.

Der Antrieb der Welle liegt außerhalb des Kapselungsgehäuses und ist nicht dargestellt.

Das Schaltgefäß 2 ist an seinem ersten Ende mittels eines Deckels 16, an seinem zweiten Ende durch ein Tragteil 17 der Unterbrechereinheit abgeschlossen.

Der Deckel 16 weist auf seiner Außenseite einen elektrischen Anschluß für den Leiter 6 auf, während das Tragteil 17 einen radialen Anschluß für den Leiter 7 aufweist. Im Bereich des Anschlusses für den Leiter 7 weist das Schaltgefäß 2 eine mantelseitige Öffnung 18 auf, die mittels einer Dichtung an dem Tragteil 17 gasdicht abgedichtet ist.

Das Schaltgefäß 2 ist an seinem zweiten Ende, wo die axial bewegliche Schaltstange 15 angeordnet ist, mittels eines Fal­ tenbalges 19 abgedichtet, der die Axialbewegung der Schalt­ stange 15 bei absoluter Gasdichtigkeit erlaubt.

Somit sind der Innenraum des Schaltgefäßes 2 und der Zwi­ schenraum zwischen der Wand des Kapselungsgehäuses 1 und dem Schaltgefäß 2 voneinander gasdicht getrennte Gasräume.

Im Innenraum des Schaltgefäßes 2 ist die Unterbrechereinheit 3 angeordnet, die aus zwei Lichtbogenkontaktstücken 20, 21 und Dauerstromkontaktstücken 22, 23 sowie einer Löschvorrich­ tung für die Beblasung eines Lichtbogens besteht. Diese Löschvorrichtung weist eine Isolierstoffdüse 24, einen Heizraum 25 und einen Kompressionsraum 26 auf, welche radial innerhalb des Dauerstromkontaktstückes 23 angeordnet sind.

Der Heizraum 25 weist ein konstantes Volumen auf und ist mit­ tels eines Kanals 27 mit dem Lichtbogenraum zwischen den Kon­ taktstücken 20, 21 verbunden, so daß bei Vorhandensein eines Lichtbogens heißes Löschgas im Heizraum 25 für eine nachfol­ gende Beblasung des Lichtbogens beim Stromnulldurchgang des zu schaltenden Stromes gespeichert werden kann.

Der Kompressionsraum 26 ist zwischen einem feststehenden und mit dem Dauerstromkontaktstück 23 verbundenen Kompressions­ kolben 28 und dem mit dem den Heizraum 25 begrenzenden an­ treibbaren Kompressionskolben 29 gebildet.

In dem Schaltrohr 30, das das Kontaktstück 21 trägt, sind Ausströmöffnungen 31 für heißes Löschgas vorgesehen.

Für die Zwecke der Lichtbogenlöschung in dem Schaltgefäß 2 ist dort eine Füllung mit einem Löschgas sinnvoll, das einen hohen Anteil an Schwefelhexafluorid (SF₆) unter hohem Druck (einige Atmosphären über Normaldruck) enthält. Als Beimi­ schungen können beispielsweise Stickstoff oder Edelgase zuge­ fügt sein.

Der Zwischenraum zwischen dem Schaltgefäß 2 und der Wand des Kapselungsgehäuses wird im Normalfall nicht durch Lichtbogen belastet und muß lediglich dielektrisch spannungsfest sein, d. h. es muß dort ein Gas als Isoliergas angeordnet sein, das dem entsprechenden Potentialunterschied zwischen dem Schalt­ gefäß und der Wand des Kapselungsgehäuses 1, der einige 100 kV betragen kann, standhält. Als Löschgas kann hier getrock­ netes Stickstoffgas, gegebenenfalls mit Beimengungen von Schwefelhexafluorid verwendet werden.

Hierdurch wird einerseits bei der Füllung Schwefelhexafluorid gespart, andererseits ist das Entweichen von Schwefelhexaflu­ orid praktisch ausgeschlossen, da dies bei einem Schaden des Schaltgefäßes 2 durch das Kapselungsgehäuse 1 aufgefangen wird.

Claims (8)

1. Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem insbesondere me­ tallischen Kapselungsgehäuse (1), in dem wenigstens eine Un­ terbrechereinheit (3) mit einer Lichtbogenlöscheinrichtung, von einem Löschgas umgeben, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kapselungsgehäuse (1) ein die Unterbrechereinheit (3) gasdicht umschließendes Schaltgefäß (2) aus einem Isolier­ stoff angeordnet ist, welches ein Löschgas enthält und von einem Isoliergas umgeben ist.

2. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Löschgas einen höheren Druck aufweist als das Isoliergas.

3. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Löschgas einen größeren Volumenanteil an Schwefelhexaflu­ orid aufweist als das Isoliergas.

4. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Löschgas einen größeren SF₆-Partialdruck aufweist als das Isoliergas.

5. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliergas einen größeren Anteil an N₂ enthält als das Löschgas.

6. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgefäß (2) wenigstens teilweise durch ein einstücki­ ges Rohr gebildet ist, welches mit wenigstens einem seiner Enden an dem Kapselungsgehäuse befestigt ist.

7. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgefäß (2) die Unterbrechereinheit (3) trägt.

8. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein elektrischer Anschluß der Unterbrechereinheit mantelseitig gasdicht durch die Wand des Schaltgefäßes (2) durchgeführt ist.