DE3209968A1

DE3209968A1 - Druckgasschalter

Info

Publication number: DE3209968A1
Application number: DE19823209968
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr. 8521 Bubenreuth Tiemann; Jobst 8520 Erlangen Verleger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-03-18
Filing date: 1982-03-18
Publication date: 1983-09-29
Also published as: US4490594A; ATE15296T1; JPH0618097B2; EP0089524B1; EP0089524A1; DE3360640D1; JPS58169835A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen 3erlin und München VPA 82 P 3 0 7 4 DE

Druckgasschalter

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckgasschalter, insbesondere Blaskolbenschalter, mit radialer Druckgaszufuhr zu einem Elektrodensystem mit einer Doppeldüse, deren Stirnflächen so geformt sind, daß sich bei geringem Abstand eine hohe Spannungsfestigkeit ergibt.

In Hochspannungsanlagen mit einer Nennspannung von beispielsweise mehr als 100 kV werden bekanntlich Druckgasschalter verwendet, die im allgemeinen als Blaskolbenschalter gestaltet sind oder auch nach dem Zweidrucksystem arbeiten können,, Als Druckgas dient ein fluorhaltiges elektronegatives Gas, insbesondere Schwefelhexafluorid SPg, das zugleich als Isoliergas dient.

Die einander gegenüberstehenden Elektroden sind zur Abfuhr der Schaltgase hohl ausgebildet und mit düsenförmig gestalteten Stirnseiten versehen. Wenigstens ein an die Stirnflächen angrenzender Teil der Elektroden besteht aus Kohlenstoff, insbesondere aus Graphit.

Der innere Düsendurehmesser und der Abstand der Düsen werden so gewählt, daß man eine gute Löschwirkung auf einen Lichtbogen erhält, der beim öffnen des Schalters gezogen wird.

In Schaltern mit Doppeldüsen, die in einem festen Abstand einander gegenüberstehen, wird der Lichtbogen durch ein bewegliches Überbrückungsschaltstück gezogen, das im allgemeinen am Außenmantel der Doppeldüsen angeordnet ist. Ferner kann der Lichtbogen durch ein Schaltstück innerhalb der Düsen oder auch dadurch gezogen

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werden, daß bewegliche Düsen vorgesehen sind, die zur Stromunterbrechung durch axiale Bewegung voneinander getrennt werden. Durch die im wesentlichen radial nach innen gerichtete Gasströmung werden die Lichtbogenfußpunkte in die DUsenmündungen hineingeblasen. In Hochspannungsschaltern, beispielsweise für eine Nennspannung von 245 kV und mehr, können mehrere solcher Unterbrechereinheiten hoher Abschaltleistung in Reihe geschaltet sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckgasschalter mit einer Doppeldüse anzugeben, bei dem die Schaltstrecke der Unterbrechereinheit eine hohe dielektrische Festigkeit hat, vorzugsweise gegen Stoßspannungen, insbesondere im Fall eines Blitzschlags in die Anlage sowie gegen die wiederkehrende Spannung nach einer Lichtbogenlöschung. Ferner soll die radiale Beblasung im Düsenzwischenraum während einer Lichtbogenlöschung verbessert werden. Die Kühlwirkung des Löschgases bei der Lichtbogenlöschung kann zwar dadurch erhöht werden, daß der Düsenabstand vermindert wird. Der Düsenabstand wird aber wesentlich mitbestimmt durch die geforderte Stehspannung bei geöffnetem Schalter. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine ungleichmäßige Feldverteilung an den Stirnflächen der Düsen vermieden werden muß.

Es ist bekannt, daß nach einem Löschvorgang die Schaltstrecke von Ladungsträgern gesäubert und freigehalten werden muß. Man hat deshalb den Lichtbogen mit Hilfe besonderer koaxialer beweglicher Kontakte innerhalb der Doppeldüsen und dann im Düsenzwischenraum radial beblasen. Die Einzeldüsen der Unterbrechereinheit sind an den sich gegenüberstehenden Stirnflächen elektrisch so günstig geformt, daß sich ein Minimum an Abstand

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zur Herstellung der geforderten Spannungsfestigkeit im kalten Zustand ergibt» Durch die Formgebung der Durchtrittsöffnungen der Schaltkontakte soll der Lichtbogen an einem Übertritt zu den Düsen gehindert werden. Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Stirnflächen der Doppeldüsen so geformt, daß sie einen Rotationskörper bilden, dessen erzeugende ein Kreisbogen ist (DE-AS 10 55 643).

In einem Doppeldüsensystem mit in festem Abstand einander gegenüberstehenden Düsen hat man zur Strömungsführung der radial zur Rotationsachse des Systems gerichteten Gasströmung den Stirnflächen der Doppeldüsen eine Form gegeben, deren an den Außenmantel der Elektroden angrenzender Teil eine stärkere Krümmung hat als der an die Engstelle der DüsenmUndung sich anschließende Teil der Stirnfläche (DE-AS 22 20 897).

Die erwähnte Aufgabe wird nun erfindungsgemäß gelöst mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1. Damit erhält man eine gleichmäßige Feldverteilung über der Stirnfläche und einen an die Stirnfläche angrenzenden Teil der Doppeldüsen. Die dielektrische Festigkeit der Unterbrechereinheit wird entsprechend erhöht und der Düsenabstand kann ohne Beeinträchtigung der Kaltfestigkeit erheblich vermindert werden. Ferner wird der Grenzstrom, bis zu dem eine etwa zylindrische Lichtbogenform gewahrt bleibt, wesentlich erhöht.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Druckgasschalters bildet die Erzeugende der Stirnfläche einen Teil einer derart geneigten Ellipse, daß deren große Hauptachse mit der Rotationsachse des Elektrodensystems einen spitzen Neigungswinkel einschließt, der gegen die Richtung der Düsenmündung geöffnet ist. Damit erhält man ein Profil des Querschnitts der Doppeldüsen, das

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sich in der radialen Strömungsrichtung des Druckgases nach Art einer Laval-DUse zunächst mit geringerer Krümmung verengt und in der Strömungsrichtung nach der Engstelle mit größerer Krümmung erweitert. In dieser Ausführungsform liegt die Düsenengstelle nahe der Düsenachse und die Blaswirkung auf einen Lichtbogen wird dadurch erhöht, daß das Geschwindigkeitsmaximum der radialen Gasströmung näher an den Staupunkt der Strömung verlagert wird.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel eines Druckgasschalters mit einem Elektrodensystem nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.

Die Figur zeigt den Querschnitt eines rotationssymmetrischen Elektrodensystems 2 mit koaxial zueinander angeordneten hohlzylindrischen Düsen 3 und 4 mit einem Außendurchmesser D,, von beispielsweise 60 bis 100 mm und einem Innendurchmesser D_i der Düsenmündung beispielsweise etwa 25 bis 50 mm, deren Rotationsachse mit 6 bezeichnet ist und die eine Doppeldüse einer Unterbrechereinheit bilden, von denen in einem Schalter für eine Nennspannung von 245 kV beispielsweise zwei in Reihe geschaltet sein können. Die Stirnflächen stehen in einem festen Abstand A von beispielsweise etwa 20 bis 50 mm einander gegenüber. Die Düsen 3 und 4 können beispielsweise aus Kohlenstoff, insbesondere aus Graphit, bestehen und in hohlzylindrische metallische Halterungen eingesetzt sein, von denen in der Figur lediglich eine angedeutet und mit 5 bezeichnet ist. Die Konturen der Stirnflächen der einander gegenüberstehenden Düsen 3 und 4 ilden jeweils einen Teil einer Ellipse E, deren Mittelpunkt mit M bezeichnet ist. In dieser Ausführungsform des Elektrodensystems 2 kann eine ungleichmäßige Feldver-

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teilung und eine Feldkonzentration an den Stirnflächen der Düsen 3 und 4 nicht auftreten und die dielektrische Festigkeit der Unterbrechereinheit wird somit entsprechend erhöht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Druckgasschalters werden die Stirnflächen der Düsen 3 und 4 so gestaltet, daß die Ellipse E gegen die Rotationsachse geneigt ist. Ihre große Hauptachse a schließt gegenüber der Rotationsachse 6 einen spitzen Winkel (Xq ein, der gegen die Richtung der Düsenmündung geöffnet ist und beispielsweise etwa 45 bis 75°, insbesondere etwa 55 bis 65°j betragen kann» Der Mittelpunkt M der Ellipse E wird bestimmt durch seinen Abstand FL» von der Rotationsachse 6 und seinen Abstand Z_M von der nicht näher bezeichneten und in der Figur strichpunktiert angedeuteten Mittelebene des Elektrodensystems 2. Die Lage und Größe der Ellipse E wird bestimmt durch ihre große Hauptachse a und ihre kleine Hauptachse b sowie die Koordinaten des Mittelpunktes M und die Neigung ihrer Hauptachsen gegenüber der Rotationsachse 6, die durch den Winkel (Xq festgelegt sind. Das Profil des Querschnitts der Düsen 3 und 4 ist damit in Richtung der durch einen Pfeil 8 angedeuteten radialen Gasströmung nach Art einer Laval-Düse gestaltet, die an ihrer den Abstand A bestimmenden engsten Stelle eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des Druckgases bewirkt. Durch die in der Strömungsrichtung zunächst geringe Krümmung der Stirnfläche wird die etwa durch die Pfeile für den Abstand A angedeutete Engstelle und damit das Geschwindigkeitsmaximum der Gasströmung zum Staupunkt P an der Rotationsachse 6 verlagert. Damit erhält man eine entsprechend gute Beblasung eines nach dem öffnen des Schalters an den Düsen 3 und 4 gezogenen und in der Figur nicht dargestellten Lichtbogens.

3 Patentansprüche
1 Figur

Claims

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Patentansprüche

Druckgasschalter, insbesondere Blaskolbenschalter, mit radialer Druckgaszufuhr zu einem Elektrodensystem mit einer Doppeldüse, deren Stirnflächen so geformt sind, daß sich bei geringem Abstand eine hohe Spannungs festigkeit ergibt, dadurch gekennzeichnet , daß die Konturen der Stirnflächen des Querschnitts in Achsrichtung der Düsen (3, 4) jeweils einen Teil einer Ellipse bilden.
2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Erzeugende der Stirnfläche einen Teil einer derart geneigten Ellipse (E) bildet, daß deren große Hauptachse (a) mit der Rotationsachse (6) einen spitzen Neigungswinkel (c*q einschließt, der gegen die Richtung der Düsenmündung geöffnet ist.
3. Druckgasschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil des Querschnitts der Düsen (3, 4) in radialer Richtung zur Rotationsachse (6) nach Art einer Laval-Düse gestaltet ist.