DE3140466C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Hochspannungsleistungsschalter ist etwa aus den Brown Boveri Mitt. 65 (1978) S. 234 bekannt.

Beim Ausschalten eines solchen Hochspannungsleistungsschalters wird das mit dem beweglichen Zylinder der Kompressionsvorrich­ tung verbundene Kontaktstück axial verschoben, wodurch der Druck des Löschgases in dem durch die sich nahezu gasdicht überlappenden Kontaktstücke und die Isolierstoffdüse begrenzten Volumen erhöht wird, so daß kurz nach der Kontaktstücktren­ nung, noch bevor die Engstelle der Düse von den Kontaktstücken freigegeben ist, eine Beblasung des Lichtbogens mit komprimier­ tem Löschgas einsetzen kann. Hierbei expandiert das Löschgas in das angetriebene, düsenförmig ausgebildete Kontaktstück, wo­ durch eine Beblasung des zwischen den Kontaktstücken gezogenen Lichtbogens erfolgt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei einem derartigen Hochspannungsleistungsschalter die Beblasung des Lichtbogens in der Anfangsphase nicht voll wirksam und dement­ sprechend auch die Ausschaltleistung nicht optimal ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalter zu schaffen, bei dem die Aus­ schaltleistung durch intensive Beblasung und verbesserten Gasaustausch zwischen Ausschaltlichtbogen und umgebendem Lösch­ gas mit einfachen Mitteln erhöht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Pa­ tentanspruch 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Hochspannungsleistungsschalter zeichnet sich dadurch aus, daß der Lichtbogen bereits kurz nach der Kontaktstücktrennung zu einem Zeitpunkt, in dem die Engstelle der Isolierstoffdüse noch vom zweiten Abbrandkontaktstück durchsetzt ist, wirksam doppelt beblasen wird, wodurch bereits in der Anfangsphase der Kontaktstücktrennung eine gute Verwir­ belung der heißen Lichtbogengase mit frischem Löschgas und eine hohe Ausschaltleistung erreicht wird. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalters ist darin zu sehen, daß der Abstand zwischen der Oberfläche der Isolierstoffdüse und dem Lichtbogen größer als bei dem gat­ tungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalter ist, wodurch eine thermische Belastung der Oberfläche der Isolierstoffdüse weit­ gehend vermieden wird, so daß im Stromnulldurchgang zwischen den Kontaktstücken eine sehr hohe wiederkehrende Spannung an­ liegen kann, ohne daß Überschläge aufgrund einer thermisch überlasteten Isolierstoffdüsenoberfläche zu befürchten sind.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung in vereinfachter Form dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch die Kontakt­ stückanordnung einer ersten Ausführungsform des Hoch­ spannungsleistungsschalters,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch die Kontakt­ stückanordnung einer zweiten Ausführungsform des Hochspannungsleistungsschalters und

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch die Kontakt­ stückanordnung einer dritten Ausführungsform des Hochspannungsleistungsschalters.

In allen Figuren ist die Ausführungsform des Hochspannungslei­ stungsschalters während des Ausschaltens dargestellt, wobei in der linken Hälfte jeweils diejenige Ausschaltphase dargestellt ist, in der sich die Kontaktstücke bereits so weit voneinander getrennt haben, daß zwischen ihnen der Ausschaltlichtbogen brennt, wohingegen in der rechten Hälfte jeweils diejenige Aus­ schaltphase dargestellt ist, in der die beiden Abbrandkontakt­ stücke gerade außer Eingriff kommen.

In allen Figuren sind ein bewegliches 1 und ein feststehendes Kontaktstück 2 dargestellt. Das bewegliche Schaltstück 1 weist ein Abbrandkontaktstück 3 und ein Hauptkontaktstück 4 auf, das feststehende Schaltstück 2 ein Abbrandkontaktstück 5 und ein über einen Steg 8 mit dem Abbrandkontaktstück 5 leitend verbun­ denes Hauptkontaktstück 6 auf. Das bewegliche Abbrandkontakt­ stück 5 weist einen düsenförmigen Einlaß auf, dessen Engstelle mit 7 bezeichnet ist, und ist starr mit einer Isolierstoffdüse 9, welche vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen besteht, ver­ bunden. Die Isolierstoffdüse 9 ist an dem von ihrer Engstelle 10 abgewandten Ende auf dem als Ringkolben 11 ausgebildeten be­ weglichen Teil einer Kompressionsvorrichtung befestigt. Der Ringkolben 11 ist mit dem von einem nicht dargestellten Antrieb bewegten Schaltstück 1 verbunden, und ist in einem Zylinder 12 geführt. Mit 13 ist ein Volumen bezeichnet, welches in der Ein­ schaltstellung sowie in der in der rechten Hälfte der Fig. 1 dargestellten Ausschaltphase durch die Isolierstoffdüse 9 sowie die Abbrandkontaktstücke 3 und 5 begrenzt ist. Der zwischen den sich trennenden Abbrandkontaktstücken 3 und 5 gezogene Aus­ schaltlichtbogen ist mit dem Bezugszeichen 14 markiert, während die nach der Trennung der Abbrandkontaktstücke 3 und 5 einset­ zende Löschgasströmung mit 15 bezeichnet ist.

Die Wirkungsweise des Hochspannungsleistungsschalters ist nun wie folgt:
In der nicht dargestellten Einschaltstellung des Schalters durchsetzt das feststehende Abbrandkontaktstück 5 die Engstelle 10 der Isolierstoffdüse 9. Beide Abbrandkontaktstücke 3 und 5 sind derart miteinander in Eingriff, daß das Volumen 13 gas­ dicht gegenüber dem Inneren des beweglichen Abbrandkontaktstük­ kes 3 abgeschottet ist. Die beiden Hauptkontaktstücke 4 und 6 sind miteinander in Eingriff.

Beim Ausschalten wird das bewegliche Schaltstück 1 nach unten bewegt, wodurch zunächst die beiden Hauptkontaktstücke 4 und 6 voneinander getrennt, und der abzuschaltende Strom vom Dauer­ strompfad auf den Abbrandkontaktstückpfad kommutiert wird. Gleichzeitig wird der mit dem beweglichen Kontaktstück 3 ver­ bundene Ringkolben 11 in dem Zylinder 12 nach unten geführt. Da sich die gesamte Kontaktstückanordnung in einem Isoliergas, wie beispielsweise Schwefelhexafluorid, befindet, wird hierdurch das unterhalb des Ringkolbens 11 befindliche Gas komprimiert. Da dieses Gas mit dem Volumen 13 in Verbindung steht, wird hiermit zugleich auch das im Volumen 13 vorgesehene Gas kompri­ miert. Ein Teil des komprimierten Gases strömt durch den zwi­ schen der Engstelle 10 der Isolierstoffdüse 9 und feststehendem Abbrandkontaktstück 5 befindlichen Ringspalt ab. Erreichen die Abbrandkontaktstücke 3 und 5 die in der rechten Hälfte der Fig. 1 dargestellte Lage, so beginnt das komprimierte Gas nun auch durch den zwischen den beiden Abbrandkontaktstücken 3 und 5 gebildeten Ringspalt ins Innere des Abbrandkontaktstücks 3 mit düsenförmigem Einlaß zu strömen. Wie in der linken Hälfte von Fig. 1 dargestellt ist, wird der nach Aufhebung des Kon­ taktstückeingriffes zwischen den beiden Abbrandkontaktstücken 3 und 5 gebildete Lichtbogen 14 nun durch die Gasströmung 15 dop­ pelt beblasen, wodurch eine besonders wirkungsvolle Verwirbe­ lung der heißen Lichtbogengase mit frischem Löschgas und somit eine erhöhte Ausschaltleistung erreicht wird. Um bereits kurz nach der Kontaktstücktrennung eine wirkungsvolle Doppelbebla­ sung zu erzielen, sind der Durchmesser des Abbrandkontaktstücks 5 und der Durchmesser der Engstelle 10 der Isolierstoffdüse 9 derart bemessen, daß die Fläche F₂ des Ringspaltes zwischen dem Abbrandkontaktstück 5 und der Engstelle 10 der Isolier­ stoffdüse 9 mindestens 30% der Größe der Durchtrittsfläche F₁ der Engstelle 7 des Einlasses des beweglichen Abbrandkontakt­ stücks 3 beträgt.

Bei einem Hochspannungsleistungsschalter mit einem Durchmesser des feststehenden Abbrandkontaktstücks 5 von ca. 40 mm kann bei einer Ringspaltbreite zwischen 3 und 4 mm die Ausschaltleistung erheblich gegenüber einem Hochspannungsleistungsschalter mit gleichen Abmessungen, aber mit einem erheblich schmaleren Ringspalt erhöht werden.

Die Ausführungsform des Hochspannungsleistungsschalters gemäß Fig. 2 weist zusätzlich noch das Merkmal auf, daß am festste­ henden Abbrandkontaktstück 5 eine Verdickung 16 vorgesehen ist, deren Durchmesser dem Durchmesser der Engstelle 10 der Isolier­ stoffdüse 9 entspricht. Diese Verdickung 16 durchsetzt im ein­ geschalteten Zustand die Engstelle 10 der Isolierstoffdüse 9. Dieser Hochspannungsleistungsschalter weist zusätzlich noch den Vorteil auf, daß erst nach einer Vorkompressionsphase ein Ringspalt zwischen der Engstelle 10 und dem Abbrandkontaktstück 5 gebildet wird. Dies bedingt einen geringeren Verbrauch an Löschgas und somit eine kleinere Dimensionierung der Kompressi­ onsvorrichtung 11, 12 und des Antriebes.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist am feststehenden Ab­ brandkontaktstück 5 ebenfalls eine Verdickung 16 vorgesehen, deren Durchmesser gleich dem Durchmesser der Engstelle 10 der Isolierstoffdüse 9 ist, hierbei weist jedoch die Verdickung 16 an ihrem dem beweglichen Abbrandkontaktstück 3 zugewandten Ende etwa denselben Abstand von der Engstelle 10 der Isolierstoff­ düse 9 auf, wie die einander zugewandten Enden der Abbrandkon­ taktstücke 3, 5 voneinander. Bei dieser Ausführungsform des Hochspannungsleistungsschalters ergibt sich erst bei der Kon­ takttrennung zwischen der Verdickung 16 und der Engstelle 10 der Isolierstoffdüse 9 ein Ringspalt, durch den komprimiertes Löschgas abströmen kann. Dies ist auf der rechten Seite von Fig. 3 dargestellt. Durch diese zusätzlichen Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß erst im Zeitpunkt der Kontaktstücktren­ nung komprimiertes Löschgas entweicht, was bedeutet, daß das gesamte zur Verfügung stehende komprimierte Löschgas aus­ schließlich zur Beblasung des zwischen den Abbrandkontaktstük­ ken 3, 5 gezogenen Ausschaltlichtbogens zur Verfügung steht.

Bezugszeichenliste

1 bewegliches Schaltstück
2 feststehendes Schaltstück
3 bewegliches Abbrandkontaktstück
4 bewegliches Hauptkontaktstück
5 feststehendes Abbrandkontaktstück
6 feststehendes Hauptkontaktstück
7 Engstelle des düsenförmigen Einlasses des beweglichen Abbrandkontaktstücks
8 Steg
9 Isolierstoffdüse
10 Engstelle
11 Ringkolben
12 Zylinder
13 Volumen
14 Ausschaltlichtbogen
15 Löschgasströmung
16 Verdickung.

Claims (4)

1. Hochspannungsleistungsschalter mit einem ersten und einem zweiten relativ zueinander beweglichen und koaxial ange­ ordneten Abbrandkontaktstück (3, 5) von denen das erste (3) hohl mit düsenförmigem Einlaß ausgebildet und starr mit einer Isolierstoffdüse (9) verbunden ist, und das zweite (5) in der Einschaltstellung die Engstelle (10) der Isolierstoffdüse (9) durchsetzt und ins Innere des ersten Abbrandkontaktstücks (3) eingreift, mit einer Vorrichtung zur Kompression von Löschgas, von der der bewegliche Teil (11) mit dem ersten Abbrandkontaktstück (3) starr verbun­ den ist und mit einem durch die Isolierstoffdüse (9) und die beiden Abbrandkontaktstücke (3, 5) im Einschaltzustand begrenzten Volumen (13), in dem beim Ausschalten vor dem Trennen beider Abbrandkontaktstücke (3, 5) komprimiertes Löschgas enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des zweiten Abbrandkontaktstücks (5) und der Durchmesser der Engstelle (10) der Isolierstoffdüse (9) derart bemessen sind, daß eine beim Ausschalten nach der Kontakttrennung von der Engstelle (10) der Isolierstoff­ düse (9) und dem Endbereich des zweiten Abbrandkontakt­ stücks (5) begrenzte Ringfläche (F₂) mindestens 30% der Größe der Durchtrittsfläche (F₁) der Engstelle (7) des Einlasses des ersten Abbrandkontaktstücks (3) aufweist.

2. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Engstelle (10) der Isolierstoffdüse (9) mindestens 3 mm größer als der Durchmesser des zweiten Abbrandkontaktstücks (5) ist.

3. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß anschließend an den genannten Endbereich am zweiten Abbrandkontaktstück (5) eine zylin­ derförmige Verdickung (16) vorgesehen ist, deren Durchmes­ ser gleich dem Durchmesser der Engstelle (10) der Isolier­ stoffdüse (9) ist.

4. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickung (16) von ihrem dem ersten Abbrandkontaktstück (3) zugewandten Ende etwa den­ selben Abstand von der Engstelle (10) der Isolierstoffdüse (9) aufweist, wie die einander zugewandten Enden der Ab­ brandkontaktstücke (3, 5) im Ausschaltzustand voneinander.