DE3138216C2

DE3138216C2 - Lichtbogenschaltstück für eine Hochspannungs-Druckgasschaltkammer

Info

Publication number: DE3138216C2
Application number: DE19813138216
Authority: DE
Inventors: Ernst Prof. Dr.techn.habil. 1000 Berlin Slamecka
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-09-22
Filing date: 1981-09-22
Publication date: 1986-05-28
Also published as: DE3138216A1

Abstract

Das Kurzschlußstrom-Ausschaltvermögen einer Hochspannungs-Autokompressions-Druckgasschaltkammer soll durch Zentrieren des Ausschaltlichtbogens im Achsenraum insbesondere feststehender oder bewegbarer Doppeldüsenanordnungen erhöht werden. Zu diesem Zweck wird eine Lichtbogenzentriervorrichtung vorgeschlagen, die im wesentlichen durch die konstruktive Verbindung folgender Bauelemente charakterisiert ist: Ein Stromleit- und/oder Gasabströmrohr (7) und ein Rohr (47) aus ferromagnetischem Material sind zu einer Doppelrohranordnung verbunden ohne Abstand zwischen den Teilrohren. Eine Düse ist in die Doppelrohranordnung eingefügt. Im Bereich ihrer der Düse zugewandten Stirnseiten sind die Teilrohre der Doppelrohranordnung elektrisch leitend miteinander verbunden. Außerhalb dieses Bereiches verhindert eine Isolierschicht den Stromübergang zwischen den Teilrohren. Die isolierende Schicht besteht vorteilhaft aus Kalium- oder Natriumsilikat (Wasserglas). Das ferromagnetische Rohr ist durch ein eingefügtes Rohr aus ab brand festem Material gegen Lichtbogenerosion geschützt.

Description

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

c) die elektrisch leitende Verbindung der beiden Teilrohre (7,47) erfolgt direkt im Bereich ihrer der Düse (5) zugewandten Stirnseiten;

d) außerhalb des elektrisch leitenden Verbindungsbereichs ist zwischen den Teilrohren (7, 47) eine Feststoffschicht mit relativ zu dem Verbindungsbereich kleinerer elektrischer Leitfähigkeit angeordnet.

2. Lichtbogenschaltstück nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
die Feststoffschicht besteht aus Kaliumsilikat.

3. Lichtbogenschaltstück nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

die Feststoff schicht besteht aus Natriumsilikat (Wasserglas).

4. Lichtbogenschaltstück nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) an die Düse (5) schließt sich auf der Abströmseite ein Anschlußrohr (48) aus elektrisch leitendem Material an, dessen Außenwand mit der Innenwand des ferromagnetischen Rohres (47) elektrisch leitend verbunden ist;

b) die elektrische Leitfähigkeit von Düse (5) und Anschlußrohr (48) ist in axialer Richtung geringer als die elektrische Leitfähigkeit des ferromagnetischen Rohres (47) in derselben Richtung.

5. Lichtbogenschaltstück nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

das Anschlußrohr (48) der Düse (5) ist aus gegeneinander elektrisch isolierten Rohrstücken zusammengesetzt.

6. Lichtbogenschaltstück nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
die Düse (5) ist an der Innenwand mit ringspaltförmigen Einschnitten (50) versehen.

7. Lichtbogenschaltstück nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

auf der Abströmseite des Gasabströmrohres ist dessen ferromagnetisches Teilrohr (47) gegenüber dem nicht ferromagnetischen Teilrohr (7) in axialer Richtung verlängert.

8. Lichtbogenschaltstück nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

das Anschlußrohr (48) an die Düse (5) ist aus Graphit.

Gegenstand der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist eine an einem Lichtbogenschaltstück anzubringende Lichtbogenzentriervorrichtung insbesondere für Doppeldüsenanordnungen in Druckgasschaltern nach dem Autokompressionsverfahren.

Stand der Technik

Aus der Druckschrift DE-OS 22 34 067 ist bekannt, das Festsetzen eines zunächst axial verlaufenden Ausschaltlichtbogens im Bereich der Engstelle einer Leitstoffdüse dadurch zu verhindern, daß diese Düse in einem Kontaktrohr auf eine besondere Weise angeordnet wird. Durch diese Anordnung soll eine Lichtbogenschleife entstehen, die den Lichtbogen von der Ansatzstelle an der Düsenoberfläche in den Achsenraum treibt. Zur Verbesserung der physikalischen Wirkung dieser Düsenanordnung wurde angegeben, im Inneren des z. B. aus Kupfer hergestellten Kontaktrohres ein Stahlrohr einzufügen.

Wie in der Druckschrift DE-OS 22 34 067 auch gut zu erkennen ist, läßt das äußere Überbrückungsschaltstück

des Kontaktrohres zur Aufnahme von Düse und Stahlrohr den Ausschaltlichtbogen zwangläufig im Kompressionsraum, das heißt außerhalb der Lichtbogen-Löschdüsen entstehen. Der Lichtbogen muß also zunächst in den Düseninnenraum gebracht werden, und erst dann kann seine Zentrierung in der Düsenachse erfolgen. Bis dahin wird Lichtbogenenergie frei, ohne daß eine Möglichkeit zur Unterbrechung des Lichtbogens besteht.

Um eine stärkere Magnetisierung des Stahlrohres durch den Lichtbogen zu bewirken, wird bei einem Hoch-

Spannungsdruckgasschalter der eingangs genannten Art gemäß der Druckschrift DE-OS 27 06 470 empfohlen, dieses Stahlrohr im räumlichen Abstand zum Kontaktrohr anzuordnen und es an der Stirnseite mit der Düse zu verbinden.

Der räumliche Abstand zwischen Kontakt- und Stahlrohr beansprucht jedoch einen erheblichen Querschnitt, der entweder der Gasabströmung oder zusätzlichen verbessernden Maßnahmen, wie z. B. zur Verstärkung des Zentriereffektes, verlorengeht Nicht zu übersehen ist auch der konstruktive Aufwand für Herstellung und Sicherung des Abstandes zwischen den beiden Rohren. Verbesserungswürdig ist ferner, daß ein gemäß beiden zentrierten Druckschriften innerhalb metallischer Rohre zentrierter Lichtbogen größere Mengen von Metalidampf erzeugt, der das Abströmen des Löschgases behindert.

10 Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lichtbogenschaltstück nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzubilden, daß es mechanisch stabiler ist, daß es einen größeren Abströmquerschnitt besitzt und daß eine Überbrückung des Spaltes zwischen den beiden Teilrohren durch leitende Partikel verhindert wird.

Lösung der Aufgabe und erzieibare Vorteile

Die vorstehend gestellte Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Merkmale einer vorteilhaften Weiterbildung enthalten die Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Lichtbogenschaltstück mit einer Lichtbogenzentriervorrichtung stellt sowohl für feststehende als auch für bewegbare Dcppeldüsenanordnungen eine vorteilhafte Verbesserung dar. Diese Düsenanordnungen werden damit befähigt; Kurzschlußströrne bis in den Bereich von 100 kA rationeller und sicherer zu unterbrechen.

In den folgenden Ausführungen wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.

Fig. 1 zeigt den Teilschnitt durch eine 245-kV-Schaltkammer, die mit dem erfindungsgemäßen Lichtbogenschaltstück zur Lichtbogenzentrierung ausgerüstet ist. Der damit ausschaltbare Kurzschlußausschaltstrom reicht bis etwa 63 kA.

F i g. 2 stellt den Ersatzschaltplan dar für die an der Lichtbogenzentrierung beteiligten Strombahnen.

F i g. 3 illustriert den Stromverlauf im instatior.ärsn Lichtbogersfußpürikt an der Wand der Düsenengsielle.

Zu F i g. 1: Im Raum 34 eines Hohlisolators ist eine Schaltkammer mit Vorrichtungen zur Stromführung und Stromunterbrechung angeordnet. Diese Vorrichtungen bestehen im wesentlichen aus folgenden Bauteilen:

Aus einer feststehenden Doppeldüsenanordnung mit der Düse 6 aus elektrisch isolierendem Material und der Düse 5 aus elektrisch leitendem Material; beide Düsen stehen sich im axialen Abstand gegenüber.

Aus einem Kompressionszylinder 2, der die Düsen 5, 6 im eingeschalteten Zustand und während eines Teils des Ausschaltvorganges umgibt. Dieser Zylinder wirkt mit einem Kompressionskolben zusammen, der die Düse 6 zum größten Teil umgibt und ebenfalls aus elektrisch leitendem Material angefertigt ist.

Aus einem bewegbaren Dauerstromschaltstück 23, das an dem Kompressionszylinder außen angebracht ist und mit dem feststehenden Dauerstromschaltstück 22 zusammenarbeitet.

Für die Lichtbogenführung während einer Kurzschlußstromunterbrechung sind das bewegbare Lichtbogenschaltstück 8 und die auch als feststehendes Lichtbogenschaltstück dienende Düse 5 vorgesehen.

Im eingeschalteten Zustand überbrücken die Dauerstromschaltstücke die Lichtbogenschaltstücke.

Dann ist noch ein Gaszuführungskanal 32 mit der Ausströmöffnung 37 vorhanden. Dieser Kanal verbindet einen zweiten, nicht dargestellten Kompressionsraum mit dem ersten dargestellen Kompressionsraum 1, um die Löschgas-Vorkompression zu erhöhen.

Die Düse 5 wird von dem Stromleit- und Gasführungsrohr 7 getragen.

Innerhalb dieses Rohres ist ein Rohr 47 aus ferromagnetischem Material eingebaut. Auf seiner äußeren Oberfläche ist bis auf den Bereich der Stirnseite eine dünne elektrisch isolierende Schicht 49 aufgetragen. Diese Schicht besteht aus Natriumsilikat (Wasserglas).

Man sieht auch, daß die Leitstoffdüse 5 durch das Rohr 48 verlängert ist. Gemäß der Ausführungsvariante rechts von der Mittellinie weist die Leitstoffdüse 5 ringspaltförmige Einschnitte 50 auf, und das Düsenverlängerungsrohr 48 setzt sich aus gegeneinander elektrisch isolierten Rohrabschnitten zusammen.

Um die physikalische Wirkungsweise der Lichtbogenzentriervorrichtung erläutern zu können, ist in die Schnittzeichnung der Schaltkammer die Phase einer Kurzschlußstromunterbrechung eingezeichnet. Der Ausschaltlichtbogen 52 befindet sich zunächst im Bereich der Düsenachse. Seine Fußpunkte stehen an dem Graphitrohr 48 und an dem bewegbaren ebenfalls aus Graphit hergestellten Lichtbogenschaltstück 8. Als Folge des mit dem Strom zunehmenden Querschnitts des Ausschaltlichtbogens, der in der Löschgasströmung auch radial ausbrechen kann, 54, möge es bei einer bestimmten Stromstärke zu dem Versuch kommen, im Bereich der Düsenengstelle einen Fußpunkt 53 zu bilden. Die Vorgänge, die sich dann abspielen, werden anhand der folgenden Figuren erläutert.

Zu Fig.2: Diese Figur zeigt den Ersatzschaltplan der an der Lichtbogenzentrierung beteiligten Stromflüsse nach der Berührung der Wand der Düsenengstelle durch den Ausschaltlichtbogen:

Die beträchtlichen Unterschiede in den Werten der darin liegenden Induktivitäten und ohmschen Wiederstände — L_r, Lk, die Induktivität des Stromleitrohres 7 bzw. der Kommutierungsstrecke von 53 bis 7 sind vernachlässigbar klein gegenüber der Zentrierungsinduktivität L, des ferromagnetischen Rohres, und diese ist klein gegenüber der Kurzschlußinduktivität Ln des Netzes; Analoges gilt für die Größenverhältnisse zwischen den ohmschen Widerständen R_r, R, von Stromleitrohr bzw. Zentrierkreis auf der einen Seite und Rn des Netzes auf der anderen Seite — ermöglichen eine einfache Berechnung. Wird dann noch berücksichtigt, daß der Leistungsfak-

tor in einem kurzgeschlossenen Netz sehr klein ist, so beschreibt den Verlauf des Kommutierungsstroms die Gleichung

'a=— -T-K- (e-^>/r-cosoO- cosot,

^k ω L_n L_n+L. u)(L_n + L_:)

Γ« L_nIR_n.

Der Gegenstrom, das ist der Zentrierungsstrom in dem aus der Lichtbogenschleife (52,54) und dem ferromagnetischem Rohr (47) gebildeten Kreis, klingt ab nach der Gleichung

₌ -UN _e__l/r:

ω (L_n+ LJ
T,

dabei ist für das ferromagnetische Rohr näherungsweise eine konstante Permeabilität angenommen worden.
Im Zeitbereich des Abklingens dieses Stroms kann gesetzt werden

e-^//T= costy f = 1.

Unter diesen Gegebenheiten folgt für den resultierenden Strom im instationären Lichtbogenfußpunkt die Gleichung

<ü(L_n + L_:)

Nachdem nun alle relevanten Stromverläufe bekannt sind, können sie aufgezeichnet und daran die physikalischen Vorgänge bei der Lichtbogenzentrierung abschließend erläutert werden.

Zu Fig.3: In dieser Figur sind die Stromverhältnisse bei der versuchten Lichtbogen-Fußpunktbildung zu sehen. Entscheidend für das angestrebte Mißlingen dieses Versuchs ist ein relativ langsames Ansteigen des aus dem Kommutierungsstrom i^t) & Kurve 1 und dem Zentrierungsstrom i/t) & Kurve 2 resultierendem Fußpunktstrom iJt) = Kurve 3. was sich wieder aus dem relativ langsamen Abklingen des Zentrierungsstroms in der kurzgeschlossenen Lichtbogenschleife 54 ergibt. Von Bedeutung ist auch, daß in der Engstelle der Düse 5 das zwischen den neuen Pfaden der Ströme h(t) und i^t) verbliebene Plasma 52 während des stromlosen Intervalls eine genügende elektrische Leitfähigkeit bewahrt. Infolge der intensiven Löschgaseinwirkung auf den soeben gebildeten Lichtbogenfußpunkt wird der darin stetig einsetzende Strom ijt) instabil. Er verläuft daher nicht langer nach der Kurve 3, sondern biegt entsprechend der Kurve 4 zur Nullinie ab, wo er unterbrochen werden kann. In diesem Augenblick wechselt der Lichtbogen in seine axiale Ausgangslage 52 zurück. Damit ist die Zentrierung oder Rückkommutierung des Lichtbogenstromes abgeschlossen, und es fließt nach dem Abklingen des Ausgleichsvorganges der Kurzschlußstrom von der Größe:

UN .. U_n

ω (L_n+L.) ωLs

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. LichtbogenschaltstOck für eine Hochspannungs-Druckgasschaltkammer mit:

a) einer Düse(5) aus elektrisch leitendem Material;

b) einem die Düse (5) tragendem Gasabströmrohr, das aus zwei koaxial angeordneten miteinander mechanisch und elektrisch verbundenen Teilrohren (7, 47) besteht, wobei das äußere Teilrohr (7) aus nicht ferromagnetischem Material und das innere Teilrohr (47) aus ferromagnetischem Material angefertigt ist;