DE2339652A1

DE2339652A1 - Loeschkammer fuer mittel- und hochspannungsschaltgeraete

Info

Publication number: DE2339652A1
Application number: DE19732339652
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Ing Hermann; Gerhard Koerner; Klaus Dr Ing Ragaller; Wolfgang Dipl Ing Schmitz
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1973-08-04
Filing date: 1973-08-04
Publication date: 1975-02-20
Also published as: CH571271A5; NL7410328A; FR2239750A1; FR2239750B1

Description

BROWN, F5OVL.ni & CiE · AKTIENGESELLSCHAFT " .

; MANNHEIM BKGWN CG. ^l

Mp.-Nr. 603/73 Mannheim, den 3. August 1973

j PAT/Ft/M-B

Löschkammer für Mittel- und Hochspannungschaltgeräte

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schalter mit einem geschlossenen Löschkammersystem, das mit Druckgas, insbesondere SFg gefüllt ist, mit mindestens einem festen und mindestens einem beweglichen Schaltstift, wobei der Lichtbogen bei einer Ausschalthandlung zwischen dem festen und beweglichen Schaltstift gezogen wird.

Bei Druckgasschaltern mit Lichtbogenlöschung durch strömende elektronegative Gase, insbesondere SFg, ist es bekannt, die Löschgasströmung von außen an den Lichtbogen heranzuführen. Hierzu wird ein geschlossener Gaskreislauf, bestehend aus Hoch- und Nieder-druckraum, benutzt. Derartige Bauformen sind aber wegen der erforderlichen Zusatzeinrichtungen, wie Schalt- und Steuerventile, Kompressor und zugehörige Steuereinrichtungen verhältnismäßig kompliziert und teuer.

Ferner sind sogenannte Kompressionsschalter bekannt, bei denen die Löschgasströmung durch beim Schaltvorgang bewegte Blaskolben entsteht. Aber auch hier ist der Aufwand an bewegten Teilen und Antriebsmitteln noch relativ hoch.

Schließlich ist aus der DT-PS 1 285 594 eine Vorrichtung für elektrische Schalter bekannt, bei welcher in einem Teil der Löschkammer elektronegative Gase abgebende Stoffe nichtmetallischer Art in die Lichtbogenelektroden eingelagert sind. Hierbei werden durch den Ausschaltlichtbogen Gase freigesetzt, die infolge einer gewissen Drucksteigerung in dem Kammerteil eine Löschmittelströmung erzeugen. Dadurch wird der Lichtbogen an einer Nebenunterbrechungsstelle beblasen, die eine Hohlelektro-

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de besitzt, welche zu einem weiteren Teil der Löschkammer führt, Ein derartiger Schalter besitzt jedoch kein nennenwertes Schaltvermögen,

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrischen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem einerseits die Nachteile bekannter Schalter vermieden sind und bei welchem besondere Blaseinrichtungen nicht erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Lösch-; kammersystem wenigstens zwei durch je eine isolierende Zwischen- S

wand getrennte Räume aufweist, von denen wenigstens ein erster j Raum die Löschkontaktstellen aufnimmt und mit den anderen, be- | nachbarten Räumen über je eine düsenähnlich sich erweiternde Öffnung in Verbindung steht, wobei durch jede Öffnung jeweils j ein beweglicher Schaltstift in eingeschaltetem Zustand hindurch- ι greift und bei einer Ausschalthandlung die beweglichen Schaltstifte durch die Öffnungen aus dem jeweils ersten Raum herausziehbar sind, so daß der zu löschende Lichtbogen von den festen Kontaktstücken im jeweils ersten Raum durch die Öffnungen hindurch zu den beweglichen Schaltstiften in die benachbarten Räume verläuft und dabei den Druck und die Temperatur im jeweils ersten Raum erhöht und so eine Löschgasströmung vom ersten Raum in die benachbarten Räume erzeugt.

Vorteilhaft ist das feste Kontaktstück zusätzlich mit einer Elektrode versehen, welche Mittel aufweist, die den Lichtbogen in Rotation versetzen. Dabei sind als Mittel zur Erzeugung der Rotation des Lichtbogens eine mit mindestens einer Windung versehene Wicklung vorgesehen. Eine andere Ausführung besteht darin,

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daß als Mittel zur Erzeugung der Rotation des Lichtbogens eine mit spiralförmig vom Mittelpunkt aus verlaufenden Schlitzen versehene Platte vorgesehen ist.

Aufgrund der die Rotation des Lichtbogens erzeugenden Elektrodenaßbildung wird in dem einen Raum, in dem sich das feste Kontaktstück befindet, sowohl Druck als auch Temperatur stark und plötzlich erhöht. Auf diese Weise wird eine Druckgasströmung aus dem Raum mit den festen Kontaktstücken in den jeweils benachbarten Raum über die düsenähnlich sich erweiternde Öffnung erzeugt, welche den durch die Öffnung hindurch verlaufenden Lichtbogen axial bebläst und dadurch löscht.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausführung des Löschkammersystems sind zumindest bei hohen Strömen besondere Maßnahmen zur Lichtbogenbeblasung nicht mehr erforderlich.

Vorteilhaft ist an dem festen Kontaktstück ein mit dem beweglichen Schaltstift zusammenwirkender Kontaktfinger angebracht. !Andererseits ist es auch möglich, den mit dem beweglichen Schalt-

stift zusammenwirkenden Kontaktfinger als Tulpenkontakt auszubilden.

Vorteilhaft ist die düsenähnliche Öffnung und der bewegliche Schaltstift auf der Mittelache des elektrischen Schalters angeordnet. Eine weitere Ausbildung besteht darin, daß die Öffnung und der bewegliche Schaltstift außermittig angeordnet sind.

Eine weitere Ausführungsform besteht darin, daß die düsenähnliche öffnung aus Metall hergestellt ist, so daß ein zwischen dem festen Kontaktstück und dem beweglichen Schaltstift gezogener Lichtbogen vom festen Kontaktstück zur Düse und von der Düse fcum beweglichen Schaltstift verläuft.

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!Eine weitere Verbesserung der Erfindung liegt darin, daß bei jVorsehen von flüssigem Löschmittel, insbesondere SFg, in dem Raum mit den festen Kontaktstücken die den beweglichen Schaltstift zugekehrten Oberflächen der festen Kontaktstücke jeweils über den Flüssigkeitsspiegel herausragen. ,

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Wenn insgesamt zwei Blasstrecken vorgesehen werden sollen, dann sind die elektrisch miteinander verbundenen festen Kontaktstücke in Abstand zueinander angeordnet und gegebenenfalls mittels einer Zwischenwand voneinander getrennt. Dabei sind die als · Wicklungen ausgebildeten festen Kontaktstücke gegensinnig gewickelt und elektrisch in Reihe geschaltet.

Sofern die festen Kontaktstücke als Platten ausgeführt sind, sind die Schlitze dieser Platten gegensinnig spiralförmig angeordnet; die Platten selbst sind in ihrem Mittelpunkt mitein- : ander elektrisch verbunden. ι

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Die Wirkungsweise sei nun im folgenden kurz erläutert: ^; Der bewegliche Schaltstift, welcher in eingeschaltetem Zustand durch die düsenähnliche Öffnung hindurchgreift und mit dem festen Kontaktstück in Kontakt steht, wird bei einer Ausschalthandlung durch die öffnung hindurch in den benachbarten Raum gezogen. Aufgrund der Ausbildung des festen Kontaktstückes entsteht ein magnetisches Feld, welches den Lichtbogen nach außen treibt und in Rotation versetzt. Dabei erhitzt sich die in diesem Raum befindliche Gasmenge; es erhöht sich ebenfalls der Druck und die Gase beginnen in den benachbarten Raum durch die düsenähnliche öffnung hindurch abzuströmen. Dabei entsteht innerhalb dieser !öffnung eine Strömung, welche Schallgeschwindigkeit erreicht, per durch die Öffnung hindurchgreifende Lichtbogen wird dabei intensiv axial beblasen.

tfenn die düsenähnliche öffnung als Metalldüse ausgebildet ist,

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j dann brennt der Lichtbogen zunächst zwischen dem beweglichen ! Schaltstift und dem festen Kontaktstück und nach Herausziehen ¹ aus der Öffnung zwischen Kontaktstück und der aus Metall bestei henden düsenähnlichen Öffnung und zwischen dieser und dem Schaltstift. Aufgrund des zwischen dem festen Kontaktstück und der dü-, senähnlichen Öffnung rotierenden Lichtbogens wird das in diesem ^l Raum befindliche Gas aufgeheizt; der zwischen der düsenähnlichen ; öffnung und dem beweglichen Schaltstift verlaufende Lichtbogen ; wird dann axial stark beblasen und zur Löschung gebracht.

Vorteilhaft ist dann der Raum, in dem der Lichtbogen das Gas erhitzt, welches dann durch die Öffnung ausströmt, mit kleinerem Volumen ausgebildet. Dadurch wird ein höherer Druck einerseits bei gleicher Lichtbogenleistung und gegebenenfalls eine bessere Beblasung erreicht.

Weitere Verbesserungen der Erfindung und besondere Vorteile sollen an zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung schematisch erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt

Fig. 1 eine Löschkammeranordnung mit zwei Räumen und Fig. 2 eine Löschkammeranordnung mit drei Räumen.

Der erfindungsgemäße Schalter 1 ist zylinderförmig ausgebildet, !wobei innerhalb eines zylindrischen Außenmantels 2 mittels einer Zwischenwand 3 zwei Räume 4 und 5 gebildet sind. Dabei ist der Raum 4 der kleinere und der Raum 5 der größere. Das Volumenverhältnis der beiden Räume beträgt im beschriebenen Ausführungsbeispiel etwa 1:5, d. h. der größere Raum ist etwa fünfmal so groß wie der kleinere. Selbstverständlich können in einer anderen Ausführungsform die Volumina beider Räume gleich groß sein. Ebenso ist es denkbar, das Volumen des Raumes, aus dem das Gas ausströmt, größer zu IaLten als das Volumen des Raumes,

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in den das Gas einströmt. Thermodynamisch günstiger ist es, das Volumen des Gasausströmraumes, hier also des Raumes 4, kleiner i zu halten als das des Raumes 5. Die beiden Räume 4 und 5 sind , über eine sich in den Raum 5 erweiternde düsenähnliche Öffnung 6, im folgenden kurz Düse 6 genannt, aus Isolierstoff, deren eng- :ster Querschnitt mit 6a bezeichnet ist, miteinander verbunden. Dabei ist die Düse 6 als Formstück ausgebildet, welches in eine ' Bohrung 3a in der Zwischenwand 3 eingesetzt ist. In einer hier ,nicht dargestellten Ausführungsform kann dieses die Düse 6 bi de Formstück aus Metall hergestellt sein. Innerhalb des kleinen Raumes 4 befindet sich, der Düse 6 gegenüberliegend, ein festes ■Kontaktstück 7. Dieses feste Kontaktstück 7 besteht im wesentlichen aus einem tulpenförmig ausgebildeten Kontakt 9, der mit ei- ;nem beweglichen Schaltstift 10 zusammenwirkt, einer den Kontakt 9 !konzentrisch umgebenden, mit zwei voneinander isolierten Windungen versehener Wicklung, welche als Laufschiene 8 für den Licht- !bogen dient, und einem Verbindungsleiter 14, welcher den Kontakt9 mit der Laufschiene 8 elektrisch leitend verbindet. Die Stromzu-

!fuhr geschieht über einen koaxial zum Kontakt 9 geführten Stromanschluß. Anstatt die Laufschiene 8 mit zwei Windungen zu verse-Ihen, können auch drei oder mehr Windungen vorgesehen werden. Daß j eine Wicklung vorgesehen wird hat folgenden Grund: !Wenn der durch die Düse 6 im eingeschalteten Zustand hindurch !greifende bewegliche Schaltstift 10 vom Kontakt 9 weggezogen wird, dann wird zwischen dem Kontakt 9 und dem Schaltstift 10 jein Lichtbogen 15 gezogen. Der Fußpunkt des Lichtbogens 15 auf dem K ntakt 9 wird, da er nicht zentral auf dem Kontakt 9 steht, sondern außermittig, aufgrund seines eigenen Feldes über den Verbindungsleiter 14 nach außen auf die Laufschiene 8 wandern. Da !diese als Wicklung ausgebildet ist, beginnt der Lichtbogen 15 iauf der Laufschiene 8 zu rotieren. Die Laufrichtung des Lichtbogens 15 wird durch die Drehrichtung der Wicklung beeinflußt.

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Durch die Rotation des Lichtbogens 15 wird die im kleineren Raum 4 befindliche Gasmenge intensiv aufgeheizt, so daß sich der Gasdruck stark erhöht. Nachdem der Schaltstift 10 durch die Düse 6 hindurchgezogen ist, strömt das Gas zwecks Druckausgleich von dem kleineren Raum 4 in den größeren Raum 5 in Pfeilrichtung 16. Dabei tritt innerhalb des engsten Querschnittes 6a der Düse 6 Schallgeschwindigkeit auf; der durch die Düse verlaufende Lichtbogen wird stark axial beblasen. Durch die heftige Bewegung des Lichtbogens im Räume 4 nimmt dieser helixförmige Formen an, die ihn außerdem in Raumteile bringen, in denen vorwiegend noch kaltes Füllgas liegt.

Zusätzlich kann dann, wenn der Raum 4 mit dem kleinen Volumen unten liegt, flüssiges SFg eingefüllt werden, so daß die dem Schaltstift 10 zugewandte Oberfläche der Laufschiene 8 gerade nicht mehr unterhalb des Flüssigkeitsniveaus liegt.

j Wenn man anstatt nur einer Kontaktstelle eine sogenannte Doppelbeblasung vorsehen will, so wird der Raum, der die Kontaktstellen aufnimmt, hier der mit dem kleineren der Volumen, in der Mitte angeordnet (siehe Fig. 2). Dieser Raum trägt die Bezugsziffer Beidseitig zu dem Raum 21 sind, mittels Zwischenwände 27 und

28 jeweils von diesem getrennt, zwei Räume 29 und 30 angeordnet, in welche das Gas aus dem Raum 21 bei einer Schalthandlung strömt, Düsen 25 bzw. 26, welche in den Zwischenwänden 27 und 28 angeordnet sind und mit denen der Raum 21 mit den beiden benachbarten großen Räumen 29 und 30 in Verbindung steht, erweitern sich in Richtung der Räume 29 und 30. Innerhalb der beiden Räume

29 und 30 verläuft je ein beweglicher Schaltstift 31 und 32, welche im eingeschalteten Zustand durch die Düsen 25 bzw. 26 :bis hin zu den festen Kontaktstellen hindurchgreifen. Der Raum 21 besitzt zwei gegensinnig gewickelte, spiralförmig angeordnete Laufschienen 22 und 23. Diese Laufschienen 22 und 23 umfassen

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'einen hohlzylindrischen Kontakt 35» welcher mit den beweglichen I Schaltstiften 31 und 32 zusammenwirkt. Zwischen dem Kontakt

^:und den Laufschienen 22 bzw. 23 laufen Verbindungsleiter 24 bzw. 24a, so daß die beiden Laufschienen 22 und 23 in Reihenschaltung miteinander elektrisch leitend verbunden sind.

Bei einer Ausschalthandlung werden die beiden Schaltstifte 31 und 32 durch die Öffnungen hindurchgezogen; der Lichtbogen läuft dann vom Schaltstift 31 durch die Düse 25 hindurch zur Laufschiene 22 und von der Laufschiene 23 durch die Düse 26 hindurch zum Schaltstift 32. Durch die gegensinnige Wicklung und die spiralförmige Ausbildung der Laufschienen 22 und 23 rotieren die Lichtbogenabschnitte 33 und 34 und heizen dadurch ,den Raum 21 auf, so daß das darin befindliche Löschgas in die

beiden Räume mit dem größeren Volumen ausströmt. Dadurch wird der Lichtbogen innerhalb der Düsen axial beblasen.

Es ist selbstverständlich, daß die Düsen auch aus Metall herge- !stellt sein können, so daß dann der Lichtbogen von den festen SchäLtstiften zur Düse und von dort zu den jeweils festen Konitaktstücken verläuft.

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Claims

Mp.-Nr. 605/73 -9 . Patentansprüche

1.JE1

1. !Elektrischer Schalter mit einem geschlossenen Löschkammersystem, das mit Druckgas, insbesondere SFg gefüllt ist, mit mindestens einem festen Kontaktstück und mindestens einem beweglichen SchäLtstift, wobei der Lichtbogen bei einer Ausschalthandlung zwischen den festen Kontaktstücken und den beweglichen Schaltstiften gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Löschkammersystem wenigstens zwei durch je eine ' isolierende Zwischenwand (3»27,28) getrennte Räume (4,5,21, ι 29»30) aufweist, von denen wenigstens ein erster Raum (4,21)

die Löschkontaktstellen aufnimmt und mit den anderen, be- ! nachbarten Räumen (5»29»30) über je eine düsenähnlich sich ! erweiternde Öffnung (6,25»26) in Verbindung steht, wobei durch jede Öffnung jeweils ein beweglicher Schaltstift (10, 31»32) in eingeschaltetem Zustand hindurchgreift und bei einer Ausschalthandlung die beweglichen Schaltstifte durch die öffnungen aus dem jeweils ersten Raum herausziehbar sind, so daß der zu löschende Lichtbogen von den festen Kontaktstücken (7) im jeweils ersten Raum durch die öffnungen hindurch zu den beweglichen Schaltstiften in die benachbarten Räume verläuft und dabei den Druck und die Temperatur

im jeweils ersten Raum erhöht und so eine Löschgasströmung ' vom ersten Raum in die benachbarten Räume erzeugt.

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2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ; feste Kontaktstück (7) als tulpenförmiger Kontakt (9) ausgebildet ist und zusätzlich mit Mitteln versehen ist, die ^: den Lichtbogen in Rotation versetzen.

3· Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als

! Mittel zur Erzeugung einer Rotation des Lichtbogens eine als j Laufschiene (8) ausgebildete Wicklung mit mindestens einer

Windung vorgesehen ist, welche den Kontakt umfaßt und mit \ diesem über einen Verbindungsleiter (14) elektrisch verbun- ; den ist.

4. Schalter nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorsehen mehrerer Windungen jede einzelne von der anderen elektrisch isoliert ist.

5· Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Erzeugung einer Rotation des Lichtbogens eine mit spiralförmig vom Mittelpunkt aus verlaufenden Schlitzen versehene Platte vorgesehen ist, welche mit dem Kontakt (9) elektrisch leitend verbunden ist.

6. Schalter einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die düsenähnliche Öffnung (6,25,26) und der bewegliche Schaltstift (10,31,32) auf der Mittelachse

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des Schalters angeordnet ist. , ι

7. Elektrischer Schalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (6,25,26) und der bewegliche Schaltstift (10,31,32) außer-

mittig angeordnet sind. \

8. Elektrischer Schaltsr nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die düsenförmige Öffnung (6,25,26) in ein Formstück eingebracht ist, welches in einer Bohrung (3a) in jeder Zwischenwand {"5ι2.Ί,2&) eingesetzt ist. '

9. Elektrischer Schalter nach dem Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Formstück aus Isolierstoff hergestellt ist.

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10. Elektrischer Schalter nach dem Anspruch 8, dadurch ge-

kennzeichnet, daß das Formstück aus Metall hergestellt ist, ! so daß der Lichtbogen im ausgeschalteten Zustand zwischen dem festen Kontaktstück (7), dem Formstück und zwischen dem Formstück und dem beweglichen Schaltstift (10,31,32) verläuft.

11. Elektrischer Schalter nach einem oder mehreren der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorsehen von

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flüssigem Löschmittel, insbesondere SFg , in dem jeweils \ ersten Raum die dem beweglichen Schaltstift (10) zugekehrte Oberfläche des festen Kontaktstücks (7) über den Flüssigkeitsspiegel herausragt. |

^:

12. Elektrischer Schalter nach einem oder mehreren der Ansprüche

^: 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorsehens einer Doppelbeblasung sich der erste, die Löschkontaktstellen ' aufnehmende Raum (21) in der Mitte zwischen zwei weiteren Räumen (29,30) befindet, daß die festen Kontaktstücke elektrisch leitend miteinander verbunden und im Abstand zueinander angeordnet und gegebenenfalls mittels einer weiteren Zwischenwand voneinander getrennt sind.

13· Elektrischer Schalter nach dem Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Schaltstiften (31,32) zu-

sammenwirkenden Kontakte (35) elektrisch leitend miteinander verbunden sind. |

14. Elektrischer Schalter nach dem Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein hohlzylindrischer Kontakt vorgesehen ist, welcher beidseitig mit den beweglichen Schaltstiften (31, 32) zusammenwirkt.

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15. Elektrischer Schalter nach den Ansprüchen 12 bis 14 dadurch gekennzeichnet, daß an den festen Kontaktstücken Mittel zur Erzeugung einer Rotation der Lichtbögen vorgesehen sind.

16. Elektrischer Schalter nach dem Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Erzeugung der Rotation ■ des Lichtbogens Wicklungen mit mindestens einer Windung

vorgesehen sind, welche gegensinnig gewickelt und elektrisch ; miteinander in Reihe geschaltet sind.

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17. Elektrischer Schalter nach dem Anspruch 15, dadurch ge-

kennzeichnet, daß als Mittel zur Erzeugung der Rotation ' des Lichtbogens Platten vorgesehen sind, welche gegensinnig spiralförmig angeordnete Schätze aufweisen, wobei die Platten in ihrem Mittelpunkt miteinander elektrisch verbunden sind.

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