DE3242467C2 - Autopneumatischer Druckgasschalter - Google Patents

Abstract

Als Variante zu einem stationären Doppeldüsensystem symmetrisch angeordneter Leitstoff-Isolierstoff-Düsenkörper, Patentanmeldung 3240774.2, liegt nun ein physikalisch äquivalentes, mobiles Doppeldüsensystem vor. Es ist besonders geeignet für Leistungsschalter sehr hoher Nennspannungen. An dem Abschlußkörper (12c) eines bewegbaren Kompressionszylinders (12) ist ein Isolierstoffdüsenkörper (4) angeordnet und ihm axial gegenüber ein Leitstoffdüsenkörper (3) an der Stirnseite eines Gasabströmrohres (16). Das Gasabströmrohr ist mit dem Kompressionszylinder starr verbunden unter Einschluß eines feststehenden Kolbens (10) zwischen Befestigung und Düsenkörpern. Während einer Ausschaltung leitet ein Ringkanal (92) das Schaltgas aus den Kompressionsräumen A und B dem Lichtbogen-Unterbrechungsraum radialsymmetrisch zu. Der Raum zwischen den Düsen besitzt erfindungsgemäß dielektrisch die Qualität einer freien Gasstrecke. Eine damit in Reihe geschaltete zweite freie Gasstrecke liegt zwischen Isolierstoffdüsenkörper und feststehenden Schaltstücken. Während einer Ausschaltung bildet sich ein Expansionsraum (C). Das diesen Raum füllende Schaltgas drückt auf den Ringkolben (84) und unterstützt so den Antrieb des Schalters. Kompressionszylinder (12) und Kolben (10) lassen sich mit Abstufungen ausführen und auch zu einem Impulsantrieb weiterentwickeln.

Description

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

e) der Düsenkörper (4) aus elektrisch isolierendem Material durchdringt die ihn tragende Stirnwand (12c,) des Kompressionszylinders (12) und ragt in den Kompressionsraum (A) der Kompressionseinrichtung;

f) der Ringkanal (92), der die Einströmöffnungen der beiden Düsenkörper (3, 4) mit dem Kompressionsraum (A) verbindet, wird von den beiden gegenüber liegenden Stirnwänden der Düsenkörper (3,4) begrenzt,

g) die mechanische Verbindung des Kompressionszylinders (12) mit dem den Düsenkörper (3) aus elektrisch leitendem Material tragenden Abströmrohr (16) erfolgt antriebsseitig außerhalb des Kompressionsraumes (A) der Kompressionseinrichtung.

2. Druckgasschalter nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: die Stirnwand (\2c) des Kompressionszylinders (12) besteht aus elektrisch isolierendem Material.

3. Druckgasschalter nach Patentanspruch 2, gekennzeichnet durch das Merkmal:

der sich an die Stirnwand (\2c) anschließende Teil [\2h) des Kompressionszylinders (12) besieht aus elektrisch isolierendem Material.

4. Druckgasschalter nach einem der Patentansprüche 1 —3, gekennzeichnet durch das Merkmal:

die beiden Düsenkörper (3, 4) sind annähernd symmetrisch zur radialen Mittelcbcnc des Ringkanals Autopneumatischer Druckgasschalter

Gegenstand der Erfindung und
Anwendungsbereich

Die Erfindung betrifft elektrische Druckgasschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Demnach gilt diese Erfindung insbesondere solchen Druckgasschaltern, bei denen der Ausschaltlichtbogen einer Löschgasströmung ausgesetzt wird, für die eine aus Kolben und Zylinder bestehende Kompressionseinrichtung kurz vor dem Ziehen des Ausschaltlichtbogens die Druckdifferenz erzeugt.

Der Anwendungsbereich erstreckt sich auf das Öffnen und Schließen von Stromkreisen insbesondere in Hochspannungsnetzen der elektrischen Energieversorgung.

Stand der Technik und Kritik

Ein Druckgasschalter mit Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist durch die Druckschrift DE-OS 20 43 926 bekanntgeworden.

Dazu ist im wesentlichen folgendes zu vermerken:

a) Von dem kreisförmigen Isolierstoffkörper an dem auch als Gegenschaltstück dienenden zylindrischen Ansatz auf der Stirnseite des Komprcssionszylinders entwickelt sich ein Isolierstoffdüsenkörper. Seine der Leitstoffdüse zugewandte große Oberfläehe ist der Hitze des Schaltlichtbogens schutzlos ausgesetzt. Durch Lichtbogenerosion und Kontamination kann nach der Lichtbogenlöschung die dielektrische Festigkeit des Isolierstoffes in diesem dielektrisch kritischen Gebiet erheblich geschwächt werden.

b) Die beiden Düsenkörper aus Isolierstoff und Leiistoff bilden stirnseitig einen in erster Näherung radialen Ringkanal. Und dieser nur angedeutete Ringkanal ist mit dem Kompressionsraum auch nicht direkt verbunden. Vielmehr ist noch ein axialer Ringkanal vorgeschaltet; er wird gcbildei durch die Innenwand eines zylindrischen Ansatzes und die Außenwand des Leitstoffdüsenkörpcrs. Außerdem ist der Querschnitt des axialen Ringkanals eingeengt durch Rippen zur Befestigung des Leiistoffdüsenkörpers an dem bewegbaren Kompressionszylinder. Bekanntlich erleidet eine Gasströmung in einem Kanal einen Druckverlust durch Reibung, und so bewirkt der zusätzliche axiale

W) Strömungshindernisse aufweisende Ringkanal auch

zusätzliche Druckverlustc des hindurchströmenden Löscligases. Bei reduziertem Gasdruck an den Düseneinströmöffnungen strömt weniger Gasmasse durch die Düsen. Dieser liffekl verringert die Ki'ih-

b^r> lung des Schaltlichtbogcns, und in letzter Konsequenz das Lichtbogenlöschvermögen der Düsen.

c) Die Reihenschaltung eines axialen und eines radialen Ringkanals laßt keine optimale Anströmung der

Doppeldüsenanordnung mit Lichtbogen-Löschgas aus dem Kompressionsraum zu. Nur eine Doppeldiisenanordnung, die auf kürzestem Weg aus dem Kompressionsraum angeströmt wird (uruckkammerprinzip!) besitzt eine optimale, das heißt maximale Löschwirkung auf den Schaltlicntbogen. d) Wo ein axialer Ringkanal existiert für die Zuführung des Lichtbogenlöschgases zu den Düsen, und wo Verbindungsrippen angeordnet sind, dorthin lassen sicn weder Kompressions-Zylinder noch Kolben ausdehnen. Der dort fehlende Raum für eine kompakte Anordnung dieser beiden Grundbausteine jeder Unterbrechereinnchiung nach dem Autokompressionsprinzip muß daher bei allen nach dem Stand der Technik bekanntgewordenen \s Schaltkammern durch axiale Ausdehnung in Richtung Schalterantrieb ersetzt werden. Eine solche Maßnahme bedeutet eine wenig vorteilhafte Vergrößerung der Längsabmessung der Schaltkammer.

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Aufgabe der Erfindung

Die Erfindung soll einen Druckgasschalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterbilden, daß eine Erhöhung der dielektrischen Festigkeit der Lichtbogen-Löschstrecke und eine Verbesserung deren Anströmung mit Löschgas erreicht wird.

Lösung der Aufgabe und erzielbare Vorteile

Die vorstehend gestellte Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Kernstück der Lösung ist ein Düsenkörper aus elekirisch isolierendem Material, der die Abschlußkappe eines bewegbaren Kompressionszylinders durchdringt und mit dem in den Zylinderraum hineinragenden Teilkörper eine Begrenzung des Kompressionsraumes bildet.

Die dort der Innenwand des Kompressionszylinders zugekehrte Oberfläche dieses isolierstoffdüsen-Teilkörper.s ist gegen eine direkte Hitzeeinwirkung des Schaltlichtbogens geschützt.

Sie bewahrt also auch nach der Unterbrechung von Lichtbogen großer Kurzschlußströme ihre ursprüngliche hohe dielektrische Festigkeit.

[Line weitere Begrenzung des Kompressionsraumes erfolgt durch die Außenwand des Düsenkörpers aus elektrisch leitendem Material.

Dieser zweite Düsenkörper gleicht in seine Form dem ersten Düsenkörper aus elektrisch isolierendem Material. Beide stehen einander mit ihren Einströmöfinungcn in axialem Abstand koaxial gegenüber und stellcn eine vorteilhafte Doppeldüsenanordnung dar.

Die Stirnflächen der beider. Düsenkörper bilden einen radialen Ringkanal, der den Kompressionsraum — man könnte auch sagen, die bewegbare Druckkammer — auf kürzestem Weg und symmetrisch mit den Düsen- t>o einströmöffnungen verbindet.

F.s gibt also nicht mehr einen räumlich vorgeschalteten axialen Zuströmkanal, der als schädlicher Strömungswiderstand wirken, die Lichtbogenlöschwirkung der Doppeldüsenanordnung verkleinern und außerdem noch dem mechanischen Korr.pressionssystem Raum wegnehmen würde.

Im gesamten ZuNirömbereich zu den DooDeldüsen und in der Druckkammer selbst gibt es Verbindungsrippen zwischen dem Leitstoffdüsenkörper und dem Kompressionszylinder nicht mehr. Diese Verbindung erfolgt erfindungsgemäß außerhalb der Druckkammer.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.

Die Figur zeigt die Unterbrechereinrichtung 1 eines Druckgasschalters mit einer Doppeldüsenanordnung. Seine Nennspannungen reichen von 245 bis 362 kV.

Das mit Druckgas gefüllte Schaltgefäß, in das diese Unterbrechereinrichtung eingebaut ist, und das stützende Isoiierrohr sind nicht dargestellt. Beides wird für die Erläuterung von Aufbau und Funktionieren der Unterbrechereinrichtung nicht benötigt.

In der einen Bildhälfte des symmetrischen Schnittbildes sieht man die Unterbrechereinrichtung im eingeschalteten Zustand und in der anderen Bildhälfte im ausgeschalteten. Zwischen beiden Stellungen findet während einer Ausschaltung die nicht dargestellte Stromunterbrechung statt.

An der ringförmigen Grundplatte 71 sind das Tragrohr 11 sowie die Stromleitungs- und Kontakthülse 21 montiert. Die Grundplatte ist an dem schon erwähnten jedoch nicht dargestellten Isolier- und Stützrohr befestigt. Auf der entgegengesetzten Seite ist ein zweites ringförmiges Konstruktionselement 74 vorhanden zur Halterung von Bauteilen der Unterbrechereinrichtung und ihrer Befestigung an dem Schaltgefäß. So gibt dieses Konstruktionselement dem Gehäuse 77 Halt. Darin befinden sich flach bauende Kontaktfinger 78; sie werden von jeweils einer Kontaktfeder, die im Körper jedes Kontaktfingers eingebettet ist, gegen die Kontaktauflagen im Kontaktgehäuse und an dem bewegbaren Schaltstück gedrückt.

Das hülsenförmige Gehäuse 77 erweitern sich zu eiern abgeschlossenen Schaltgas-Expansionszylinder 76.

In Richtung von der Antriebs- zur Stirnseite des Kompressionszylinders 12 folgt auf einem metallischen Teilzylinder 12a ein Isolierstoff-Teilzylinder 126, dessen Isolierstoff-Abschlußkörper 12c ein Düsenkörper 4 aus Isolierstoff durchdringt.

Dabei dringt der Düsenkörper 4 so tief in den Kompressionszylinderraum ein, daß die darin befindliche Partie teilweise die Innenwand dieses Raumes A bildet.

Auf den Isolierstoffdüsenkörper 4 folgt in axialem Abstand ein ebenfalls teilweise die Innenwand des Kompressionsraumes A bildender Leitstoffdüsenkörper 3; er ist in ein bewegbares Gasabströmrohr 16 eingefügt, das sich auch an der Bildung des Kompressionsraumes A beteiligt.

Das Gasabströmrohr ist der dem Düsenkörper 3 aus elektrisch leitendem Material abgewandten Ende mit dem metallischen Teil 12a des Kompressionszylinders 12 verbunden. Zu dieser Verbindung trägt der Zapfen 85 bei, an dem ein Arm 91 eines nicht vollständig zu sehenden gabelförmigen Antriebselemenies angreift.

Zwischen den Düsenkörpern aus elektrisch isolierendem und elektrisch leitendem Material ermöglicht ein ringförmiger Kanal 92 die symmetrische Einströmung des Scl.jltgases in den Düsenraum. Im ausgeschalteten Zustand stellt der gasgefüllte Kanal eine Isolierstrecke dar. Damit weist die Unterbrechereinrichtung insgesamt zwei isolierende Gasspalte auf.

In den Düsenkörper 3 aus elektrisch leitendem Material reicht ein feststehendes Lichtboeenkontaktstück 17

hinein und gibt am Düseninnenrand Kontakt. Während einer Ausschaltung und auch nach der Vorzündung bei einer Einschaltung fungieren der Düsenkörper 3 aus elektrisch leitendem Material und das Lichtbogenkontaktstück 17 als Lichtbogenschaltstücke. Zweckmäßigerweise bestehen beide Körper aus Graphit.

Das feststehende Lichtbogenschaltrohr 17 erweitert sich konusförmig zu einem nicht mehr sichtbaren Tragrohr. Sowohl in das Lichtbogenkontaktstück als auch in den Übergangskegel sind Längsschlitze eingearbeitet, die den wirksamen Abströmquerschnitt für das Löschgas vergrößern. Im Expansionsraum 76 wird dem heißen Schaltgas soviel Wärme entzogen, daß es bei der Rückströmung in die Löschstrecke sich dielektrisch wie ein Isoliergas verhält und ihre dielektrische Festigkeit nicht beeinträchtigt.

Der metallische Teil 12a des Kompressionszylinders 12 erfüllt auch noch die Funktion eines bewegbaren Dauerstromkontaktstücks. Zu diesem Zweck ist er an seiner Stirnseite mit einer Kontaktauflage 14 versehen, die gleichzeitig und gemeinsam mit dem Düsenkörper 3 aus elektrisch leitendem Material als eine großflächige Elektrode wirkt.

Auf der entgegengesetzten Stirnseite ist die Wandstärke des Kompressionszylinders 12 örtlich verstärkt, um daran das Abströmrohr 16 sowie den Verbindungszapfen 85 befestigen zu können. An der Außenoberfläche des Kompressionszylinders 12 geben die Kontaktfinger 20 Kontakt.

Im Ablauf einer Ausschaltung wird das Schaltgas zunächst verdichtet. Sobald zuerst der Düsenkörper 3 aus elektrisch leitendem Material und kurz darauf der Düsenkörper 4 aus Isolierstoff sich von dem feststehenden Lichtbogenkontaktstück lösen, strömt das Schaltgas aus dem Kompressionsraum A durch den Ringkanal 92 in den Doppeldüsenraum, um dort den Ausschaltlichtbogen zu entionisieren.

Anschließend erreicht die Doppeldüsenanordnung die auf der einen Bildhärte dargestellte Ausschaltposition.

Hierzu ! Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentansprüche:
   1. Autopneumatischer Druckgasschalter mit:

   a) einem feststehenden Lichtbogenkontaktstück (17) und mit einem gleichachsig bewegbaren als Düsenkörper (3) ausgebildeten Lichtbogenkontaktstück;

   b) einer koaxial zu den Lichtbogenkontaktstücken angeordneten Kompressionseinrichtung für das Lichtbogen-Löschgas, die aus einem feststehenden, den Düsenkörper (3) aus elektrisch leitendem Material umgebenden Kompressionskolben (10) und aus einem diesen umgebenden bewegbaren, mit dem bewegbaren Lichtbogenkontaktstück verbundenen Kompressionszylinder (12) besteht und einen Kompressionsraum (A) bildet, der von dem Kompressionszylinder (12), dessen Stirnwand (12c/, von der Außenwand des Düsenkörpers (3) aus elektrisch leitendem Material sowie dem Kompressionskolben (10) begrenzt ist;

   c) einem in axialem Abstand zum Düsenkörper (3) aus elektrisch leitendem Material achsengleich angeordneten Düsenkörper (4) aus elektrisch isolierendem Material, der von der Stirnwand (\2c) des Kompressionszylinders (12) getragen und im Einschaltzustand sowie während eines Teils des Ausschaltvorganges vom feststehenden Lichtbogenkontaktstück (17) durchgriffen wird;

   d) einem Ringkanal (92), der die Einströmöffnungen der beiden Düsenkörper (3, 4) mit dem Kompressionsraum (A) verbindet;

   (92) ausgebildet.

   5. Druckgasschalter nach einem der Patentansprüche l —4, gekennzeichnet durch das Merkmal:
   der Düsenkörper (3) aus elektrisch leitendem Material besteht mindestens teilweise aus Graphit.