DE19936987C1 - Hochspannungsschalter mit Lichtbogenkontakten und einer Elektrode - Google Patents

Abstract

An einem Hochspannungsschalter mit Nennstromkontakten und Lichtbogenkontakten ist eine Elektrode (6) an einem Lichtbogenkontaktstück (3) beweglich so angeordnet, daß sie während des Einschaltvorganges einen Lichtbogen gezielt einleitet und damit den Heizkanal (5) vor Lichtbogeneinschlägen schützt. Im Einschaltzustand beeinflußt die Elektrode (6) das elektrische Feld kaum.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungsschalter mit Nennstromkontaktstücken und Lichtbogenkontaktstücken, die sich relativ zueinander längs einer Hauptachse bewegen, sowie mit einer Elektrode zur Einleitung eines Vorüberschlages.

Ein derartiges Schaltgerät ist beispielsweise aus der DE 32 42 012 C2 bekannt. Dort soll mittels einer Vorrichtung die Bewegung bzw. Schaltgeschwindigkeit eines Lichtbogenkon­ taktes einstellbar gestaltet werden.

Bei dem bekannten Schaltgerät wird das Lichtbogenkontaktstück dazu genutzt, während des Ausschaltvorganges den auftretenden Lichtbogen zu steuern. Hierzu wird dort eine isolierte Anord­ nung des Lichtbogenkontaktes mit mehreren in Reihe geschalte­ ten Lichtbogenstrecken gewählt.

Aus der EP 0 348 645 A2 ist ein weiteres derartiges Schaltge­ rät bekannt. Dort soll die Trennstrecke sowohl bei der Aus­ schaltung wie bei der Einschaltung so rasch geöffnet bzw. überbrückt werden, daß jeweils höchstens ein Spannungsdurch­ schlag erfolgt.

Innerhalb eines Schaltstiftes ist dort ein Schnellschaltstift angeordnet. Dieser Schnellschaltstift ist verschiebbar gela­ gert. Durch jeweils eine Einschaltfeder und eine Ausschaltfe­ der wird der Schnellschaltstift angetrieben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungsschalter der eingangs genannten Art so zu ge­ stalten, daß der beim Einschalten auftretende Vorüberschlag kontrollierbar ist.

Bei den bekannten Schaltern besteht das Problem, daß ein wäh­ rend des Einschaltvorganges auftretender Vorüberschlag nicht mit ausreichend hoher Wahrscheinlichkeit zwischen den vorge­ sehenen Punkten zündet. Vielmehr ist es möglich, daß der Lichtbogen sich zwischen unerwünschten Fußpunkten ausbreitet. Das kann zu einer Gefährdung von Bauteilen führen, welche um die Schaltstrecke herum angeordnet sind. Zu diesen Bauteilen kann, soweit vorhanden, beispielsweise ein Heizkanal oder ein Heizvolumen gehören.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektrode an einem Lichtbogenkontaktstück so angeordnet ist, daß das Lichtbogenkontaktstück die Elektrode konzentrisch um­ gibt, daß das Lichtbogenkontaktstück und die Elektrode zumin­ dest zeitweise während des Einschaltvorganges ein gleiches Potential aufweisen und die Elektrode in der Ausschaltstel­ lung das Lichtbogenkontaktstück überragt.

Durch die Anordnung der Elektrode an einem Lichtbogenkontakt­ stück wird gewährleistet, daß die Elektrode sich während des Einschaltvorganges stets an der für ihre Funktion notwendigen exponierten Position befindet. Die Elektrode überragt das sie umgebende Lichtbogenkontaktstück während des Einschaltvorgan­ ges stirnseitig in Richtung der Schaltstrecke. Da die Elek­ trode und das sie umgebende Lichtbogenkontaktstück zumindest zeitweise während des Einschaltvorganges das gleiche Potenti­ al aufweisen sollen, erweist sich die Anordnung der Elektrode innerhalb des Lichtbogenkontaktstückes als elektrisch funkti­ onssicher und die Gesamtanordnung als konstruktiv einfach.

Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß der Krümmungsradius der Elektrode kleiner ist als der Krümmungsradius des ihr ge­ genüberliegenden Lichtbogenkontaktstückes.

Dadurch wird gewährleistet, daß die elektrische Feldstärke an der Elektrode im relevanten Zeitbereich während des Ein­ schaltvorganges so hoch ist, daß der Vorüberschlag von dieser ausgeht und sich zum gegenüberliegenden Lichtbogenkontakt­ stück ausbreitet.

Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, daß die Elek­ trode relativ zu dem sie umgebenden Lichtbogenkontaktstück längs der Hauptachse beweglich angeordnet ist.

Durch die bewegliche Ausführung kann die Elektrode in Abhän­ gigkeit von der Schalterstellung in unterschiedliche Positio­ nen bewegt werden. Somit kann die Elektrode das im Schalter bestehende elektrische Feld, nach Bedarf, mehr oder weniger stark beeinflussen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht außerdem vor, daß die Elektrode in der Einschaltstellung hinter die Stirnfläche des sie umgebenden Lichtbogenkontaktstückes zu­ rückgezogen ist.

In dieser Position ist die Elektrode von elektrisch leitendem Material umgeben, welches die Elektrode abschirmt. Die die­ lektrische Stabilität des Schalters wird im eingeschalteten Zustand kaum beeinflußt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Elektrode durch eine Schraubenfeder in Richtung der Schaltstrecke belastet ist.

Während des Einschaltvorganges wird die Elektrode durch das ihr gegenüberliegende Lichtbogenkontaktstück zurückgeschoben und die Schraubenfeder gespannt. Im Ausschaltmoment erfolgt die Bewegung der Lichtbogenkontaktstücke in entgegengesetzter Richtung. Die Schraubenfeder wird freigegeben und bewegt die Elektrode. Durch eine entsprechend gewählte Charakteristik der Schraubenfeder kann die Bewegung der Elektrode gegenüber der Bewegung der Lichtbogenkontakte verzögert werden, so daß die Schaltstrecke während des Auschaltens dielektrisch nicht geschwächt wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Schraubenfeder innerhalb einer Hülse geführt ist, durch deren Wandung die Elektrode kontaktiert ist.

So ist es beispielsweise möglich, die notwendige Kontaktie­ rung der Elektrode durch Gleitkontakte, die sich zwischen Wandung und Elektrode befinden, vorzunehmen. Diese Lösung stellt eine technisch einfache und zuverlässige Lösung dar.

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

Dabei zeigt

Fig. 1 eine Unterbrechereinheit schematisch im Längs­ schnitt

Fig. 1 zeigt die beiden Nennstromkontaktstücke 1, 2 sowie die Lichtbogenkontaktstücke 3, 4. Am ersten Lichtbogenkon­ taktstück 3 ist die Elektrode 6 angeordnet. Das erste Licht­ bogenkontaktstück 3 umgibt die Elektrode 6 koaxial. Schema­ tisch dargestellt sind die Hülse 7, welche aus elektrisch leitendem Material besteht und die Schraubenfeder 8 hält und führt. Während des Ausschaltens trennen sich die Lichtbogen­ kontaktstücke 3, 4 und zwischen ihnen brennt ein Ausschalt­ lichtbogen. Der Heizkanal 5 dient der Weiterleitung der hei­ ßen Lichtbogengase in ein Heizvolumen 9 das hier schematisch dargestellt ist. Die im Heizvolumen 9 gespeicherten Gase wer­ den zum Ausblasen des Plasmas aus der Schaltstrecke 13 zwi­ schen den Lichtbogenkontaktstücken 3, 4 bei Ausschaltvorgän­ gen genutzt. Zur Lenkung des aus dem Heizvolumen 9 austreten­ den Gasstromes sind Isolierdüsen 10, 11 vorgesehen.

Fig. 1 zeigt die Lage der einzelnen Bauteile im ausgeschal­ teten Zustand. Mit dem Einschalten bewegen sich die Lichtbo­ genkontaktstücke 3, 4 sowie die Nennstromkontaktstücke 1, 2 relativ zueinander.

Die Elektrode ragt über die Stirnfläche 12 des ersten Licht­ bogenkontaktes 3 in Richtung der zwischen den beiden Lichtbo­ genkontakten 3, 4 befindlichen Schaltstrecke 13. Der Abstand zwischen dem ersten Lichtbogenkontaktstück 3 mit der Elektro­ de 6 und dem zweiten Lichtbogenkontaktstück 4 verringert sich kontinuierlich.

Während der Bewegung der beiden Lichtbogenkontaktstücke 3, 4 aufeinander zu kommt es zu einem Zustand, in dem die elektri­ sche Feldstärke zwischen den beiden Lichtbogenkontaktstücken 3, 4 so groß ist, daß die bestehende Isoliergasstrecke ioni­ siert wird und sich ein Lichtbogen zwischen den Lichtbogen­ kontaktstücken 4, 3 ausbildet.

Typischerweise liegt bei dem Stand der Technik der Ausgangs­ punkt für den Lichtbogen am zweiten Lichtbogenkontaktstück 4, da hier im relevanten Zeitbereich die höchste elektrische Feldstärke herrscht.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Elektrode am ersten Lichtbogenkontaktstück 3 wird diese Feldverteilung entschei­ dend beeinflußt. Im relevanten Zeitbereich herrscht die höch­ ste elektrische Feldstärke jetzt an der Spitze der Elektrode 6. Der Lichtbogen bildet sich somit von Elektrode 6 ausge­ hend, zu dem dieser gegenüberliegenden zweiten Lichtbogenkon­ taktstück 4 aus. Der Heizkanal 5 ist vor dem Einschlag eines Lichtbogens während des Einschaltvorganges geschützt.

Durch die weitere Bewegung des ersten Lichtbogenkontaktstüc­ kes 3 in Richtung des zweiten Lichtbogenkontaktstückes 4 kommt es zu einer Kontaktierung der Elektrode 6 und des zwei­ ten Lichtbogenkontaktstückes 4. Da der Einschaltvorgang noch nicht abgeschlossen ist, wird diese Bewegung in gleicher Richtung fortgesetzt. Die Elektrode 6 wird durch das zweite Lichtbogenkontaktstück 4 in die Hülse 7 bewegt. Dabei wird die in der Hülse 7 befindliche Schraubenfeder 8 gespannt. Mit dem Erreichen der Endposition der Lichtbogenkontaktstücke 3, 4 und der Nennstromkontaktstücke 1, 2 ist der Einschaltvor­ gang abgeschlossen.

Während des Ausschaltvorganges öffnen sich zuerst die Nenn­ stromkontaktstücke 1, 2. Mit einem konstruktiv bedingten zeitlichen Abstand öffnen sich dann die Lichtbogenkontakt­ stücke 3, 4. Zwischen den Lichtbogenkontaktstücken 3, 4 zün­ det der Ausschaltlichtbogen, der gelöscht werden muß. Zum Lö­ schen werden die technisch bekannten Verfahren genutzt, die hier nicht näher beschrieben werden.

Durch die entsprechend schwache Auslegung der Schraubenfeder 8, erfolgt die Streckung dieser mit einer derartigen Verzöge­ rung, daß die Elektrode 6 erst dann das erste Lichtbogenkon­ taktstück 3 stirnseitig in Richtung Schaltstrecke 13 über­ ragt, wenn die Schaltstrecke 13 ausreichend elektrisch stabil ist. Dadurch wird gewährleistet, daß die Elektrode 6 nur im Ausschaltzustand und während des Einschaltvorganges dielek­ trisch aktiv ist. Die Elektrode 6 überragt das erste Lichtbo­ genkontaktstück 3 nur im Ausschaltzustand und während des Einschaltvorganges und nicht während des Ausschaltvorganges.

Claims (6)

1. Hochspannungsschalter mit Nennstromkontaktstücken (1, 2) und Lichtbogenkontaktstücken (3, 4), die sich relativ zuein­ ander längs einer Hauptachse bewegen, sowie mit einer Elek­ trode (6) zur Einleitung eines Vorüberschlages, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (6) an einem Lichtbogenkontaktstück (3) so angeordnet ist, daß das Lichtbogenkontaktstück (3) die Elek­ trode (6) konzentrisch umgibt, daß das Lichtbogenkontaktstück (3) und die Elektrode (6) zumindest zeitweise während des Einschaltvorganges ein gleiches Potential aufweisen und die Elektrode (6) in der Ausschaltstellung das Lichtbogenkontakt­ stück (3) überragt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Elektrode (6) kleiner ist, als der Krümmungsradius des ihr gegenüberliegenden Lichtbogenkon­ taktstückes (4).

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (6) relativ zu dem sie umgebenden Lichtbo­ genkontaktstück (3) längs der Hauptachse beweglich angeordnet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (6) in der Einschaltstellung hinter die Stirnfläche (12) des sie umgebenden Lichtbogenkontaktstückes (3) zurückgezogen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (6) durch eine Schraubenfeder (8) in Rich­ tung der Schaltstrecke (13) belastet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (8) innerhalb einer Hülse (7) geführt ist, durch deren Wandung (14) die Elektrode (6) kontaktiert ist.