DE3323865C2

DE3323865C2 - Hochspannungsschaltkammer

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Publication number: DE3323865C2
Application number: DE19833323865
Authority: DE
Inventors: Ernst Prof. Dr.techn.habil. 1000 Berlin Slamecka
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-06-29
Filing date: 1983-06-29
Publication date: 1991-01-03
Also published as: DE3323865A1

Abstract

In einer Autokompressionsschaltkammer mit Doppeldüsen und einem diese zeitweilig überbrückenden Kontaktsystem für sowohl den Dauer- als auch den Lichtbogenstrom soll eine bei Verwendung von Leitstoff-Leitstoffdüsen im Bereich hoher Nennspannungen auftretende Wechselwirkung zwischen Düsenabstand und Düsendurchmesser eliminiert werden. Dabei soll das besonders löschwirksame System der stationären symmetrischen Doppeldüsen in optimaler Konfiguration gewahrt bleiben. Zu diesem Zweck wird eine Leitstoff-Isolierstoff-Doppeldüsenanordnung (2, 21 und 3, 31) neu eingeführt. Das Problem der Lichtbogenkommutierung auch in den Innenraum des Isolierstoff-Düsenkörpers wird durch Lichtbogen-Einlaufspalte (34, 35, 36) in diesem Körper gelöst. Durch ihre Düsenkontur tragen die Lichtbogen-Einlaufspalte auch zur Zentrierung des Ausschaltlichtbogens in der Düsenachse bei. Die bewegbaren Lichtbogenkontakte sind so geformt, daß der Ausschaltlichtbogen vorteilhaft im Bereich der Einlaufspalte gezogen wird. Die erfindungsgemäße Doppeldüsenanordnung ist thermodynamisch und dielektrisch entkoppelt und läßt sich in voneinander weitgehend unabhängigen Verfahren optimal bemessen.

Description

ordnet So kann die Radialkomponente der Gasströmung in den Zwischendüsenraum noch stärker abnehmen. Dadurch dürfte sich das Risiko des Lichtbogenausbrechens erhöhen.

Der Vorschlag, einen zwischen zwei relativ weit voneinander entfernten Düsenkörpern aus elektrisch leitendem Material gezogenen Lichtbogen mit Hilfe eines stationären Isolierstoffeinsatzes, der aus axial angeordneten Isolieratoffstäben mit dazwischenliegenden Gas-

ZuFig.l:

ke zwischen einem Düsenkörper aus elektrisch leitendem Material und einem aus elektrisch isolierendem Material. Die an letzter Stelle zitierte Düsenkörperan-

sen Düsenkörpern weist vorteilhaft eine höhere dielektrische Festigkeit auf.
Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, bei Hochin einem nicht mehr dargestellten Schaltgefäß der Hochspannungsschaltkammer befindet sich die Unter-5 brechereinrichtung 1. Sie setzt sich aus folgenden wesentlichen Bauteilen zusammen:

Zwei sich axial gegenüberstehende Düsenkörper 2 und 3:

Der Düsenkörper 2 besteht aus elektrisch leitendem durchlassen besteht, zu stabilisieren, ist aus der Druck- io Material und ist zweiteilig ausgeführt Auf ein Düsenschrift DE-OS 31 34 644 bekanntgeworden. Aber dieser einlaufteil 21 aus Graphit folgt in einem stetigen Überstationär angeordnete Isolierstofteinsatz kann ebenso- gang ein aus einem ferromagnetischen Material hergewenig wie seine mobilen Vorläufer das Problem der stelltes Düsenerweiterungsteil 22. Düseneinlaufteil und erhöhten Energie-Emission des Ausschaltlichtbogens Düsenerweiterungsteil werden durch ein Gasabströmlösen. der gezwungen wird in einem verlängerten Zwi- 15 und Kontaktrohr 4 zusammengehalten. Die Konstrukschendüsenraum zu existieren. tion erfolgt so, daß zwischen dem Kontaktrohr und dem

Hinzu tritt noch das Problem, daß die Länge der frei- ferromagnetischen Düsenerweiterungsteil ein Gasspalt en Gassirecke zwischen dem ersten Düsenkörper aus von bestimmter Länge entsteht Dieser spezielle Aufbau elektrisch leitendem Material und den Isolierstoffstäben des Dürenkörpers aus elektrisch leitendem Material an dem zweiten Düsenkörper aus elektrisch leitendem 20 stellt sicher, daß auch bei großen .-.urzschlußausschalt-Matenal grundsätzlich kleiner ist als die freie Ga?strek- strömen der Lichtbogen im Duseneir'-aufbereich keine

der Unterbrecherwirkung schadende Fußpunkte bildet Der Düsenkörper 3 ist ebenfalls zweiteilig ai-sgeführt Dem Düsenkörper aus elektrisch leitendem Material 2

Ordnung ist z. B. in der Druckschrift DE-OS 31 40 171 25 unnv.telbar gegenüber liegt ein Düseneinlaufteil 31 aus beschrieben. Die längere freie Gasstrecke zwischen die- einem Fluorpolymer. Daran schließt sich stetig ein Dü-

serierweiterungsteil 32 aus elektrisch leitendem Material an. Beide Düsenkörperteile hält ein Gasabström- und Kontaktrohr 5 zusammen. Günstig wirkt sich aus, daß spannungsschaltkammern der eingangs genannten Art 30 das Düseneinlaufteil 31 mit einem Ansatz 33 versehen den Vorteil einer thermodynamisch optimierbaren Dr- ist Damit läßt sich eine sichere Klemmverbindung einsenkonfiguration auch dann zu wahren, wenn eine fort- fach herstellen.

schrittbedingte Erhöhung der Schaltkammer-Nenn- Das aus Isolierstoff hergestellte Düseneinlaufteil 31

spannung die Erhöhung der dielektrischen Festigkeit ist mit drei Gasdurchlaßspalten versehen. Zwei dieser der Schaltstrecke verlangt. Zu diesem Zweck soll die 35 Spalte, 34 und 35 sind in der Zeichnung sichtbar. Kopplung zwischen der thermodynamischen und der Wesentlich ist auch, daß der Boden 37 der Gasdurchlaßspalte ebenfalls eine düsenförmige Kontur aufweist. Ein bewegbares Gleitschaltstück: Es überbrückt temporär die Düsenkörper 2 und 3. In bei systemfremde und nachteilige Bauelemente einzu- 40 der Zeichnung sind drei Gleitschaltstückpositionen 6a, führen, bb. 6c dargestellt, so wie sie sich bei einer Ausschaltung

ergeben. Das als Kontaktrohr ausgebildete Gleitschaltstück ist sowohl mit Dauerstrom- als auch mit Lichtbogenstromkontakten ausgerüstet.

Für das Verständnis des Erfindungsgedankens hat nur der Lichtbogenstromkontakt Bedeutung. Daher ist auch nur der L.ichtbogenkontakt 61 zu sehen. Er ist in Form eines Kontaktringes im Bereich der Stirnseite eines Tragrohres 62 angebracht. Wesentlich ist auch, daß die terhin im Kompressionsraum initiierte Ausschaltlicht- 50 stirnseitigen Kon'uren sowohl des Tragrohres als auch bogen sicher in den Innenraum des Düsenkorpers korn- des Lichtbogenkontaktringes gut gerundet sind, dcmit mutict. Diese Gasdurchlaßspalte sind über den Umfang eine übermäßige Konzentration des elektrischen Feldes des Duscnetnlaufteils in gleichen Abständen verteilt Ih- an diesen Bauelementen vermieden wird. Diese Maßrc f orni ergibt eine Spaltströmung, die den Lichtbogen nähme unterstützt das rückzündungsf^reie Un'.erbreim Dusenraum auch zentriert. Zusätzliche Einrichiun- 55 chen kapazitiver Ströme.

Zwischen dem Tragrohr und dem Lichtbogenkontaktring wird ein Isolierstoff-Kurzdüsenkörper 63 in einer Klemmverbindung gehalten. Diese Kurzdüse dient als Hauptdüseneinlaufhilfe für den Ausschaltlichtbogen sowie in den nachfolgenden Patentansprüchen definiert. 6ö in statu nascendi. Ein Ausführungsbeispiel ist anhand der Zeichnungen er- Vors^rünge am Lichtbogenkontaktring 01 im Bereich

läutert. der Gasdurchlaßspalte bewirken, daß der Ausschalt-

Fig. I zeigt einen Querschnitt durch die Unterbre- lichtbogen im Bereich der Gaseinlaßöffnungen dieser chereinrichtungder Hochspannungsschaltkammer. Spalte gezogen wird, was einer schnellen Lichtbogen-

Fig.2 zeigt die Draufsicht auf den Düseneinlaufteil 65 kommutierung aus dem Kompressionsraum in den Dünus Isolierstoff'mit den Gasdurchlaßspalten. senraum nützt.

Ein feststehender Kompressionskolben 8:

Mit diesem Kolben steht ein Komoressionszvlinder 7

dielektrischen Bemessung der Anordnung zweier Düsenkörper, wie sie bei hohen Schaltkammer-Nennspannungen auftritt, weitgehend eliminiert werden, ohne da-

Dieses Problem löst die Erfindung mi: Hilfe der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteln. Dabei wird der Düsenkörper mit dem Düseneinlaufteil aus elektrisch isolierendem Material vor- 45 teilhafi auf der Antnebsseite der Schaltkammer angeordnet.

Die Gasdurchlaßspalte im Düseneinlaufteil aus elektrisch isolierendem Ma'erial gewährleisten, daß der wei-

gen /ur Lichtbogenzentrierung werden daher bei dem Duscnkörper mit einem Düseneinlaufteil aus elektrisch isolierendem Material nicht mehr benöiigt.

Alle F.rfindungsmerkmale sind im Patentanspruch 1

im Eingriff. Sowohl auf der Seite des Kompressionszylinders als auch auf der Seite des Gleitschaltstücks sind an dem Kompressionskolben Gasdichtungen 11 angebracht. Ein Füllkörper 9 verkleinert das Totvolumen im Kompressionsraum 10.

Funktionsbeschreibung:

Ein nicht dargestellter Antrieb bewegt den Kompressionszylinder 7 und das mit diesem starr verbundene Gleitschaltstück 6 aus der Einschalt- in die Ausschaltstellung. Das bewegte Lichtbogenschaltstück 61 befindet sich schon auf dem auch als feststehendes Lichtbogenschaltstück dienenden Düseneinlaufteil 21 des Düsenkörpers 2 aus elektrisch leitendem Material. Sobald sich diese Lichtbogenschaltstücke getrennt haben, brennt zwischen beiden Schaltstücken der Ausschaltlichtbogen, und zwar vorteilhaft im Öffnungsbereich eines der drei Gasdurchlaßspalte; im Ausführungsbeispiel ist dies der Gasdurchlaßspalt 34. Gleichzeitig strömt aus dem Kompressionsraum 10 das Löschgas durch den sich öffnenden Ringspalt zwischen dem Düsenkörper 2 und dem Kurzdüsenkörper 63 in den Raum zwischen den Düsenkörpern 2 und 3. Diese Gasströmung führt den Lichtbogen mit sich, der dank dem Gasdurchlaßspalt 34 auch im Bereich des Düseneinlaufteils 31 aus elektrisch isolierendem Material dem Innenraum des Düsenkörpers 3 zustreben kann. Die entsprechende Zwischenposition des Gleitschaltstücks ist mit 6b bezeichnet und die zugehörige Schleife des einlaufenden Lichtbogens mit 12.

Kurz darauf passiert der Lichtbogen den Gasdurchlaßspalt 34, und bildet an dem Düsenerweiterungsteil 32 aus elektrisch leitendem Material bereits einen Fußpunkt. Der andere Fußpunkt bildet sich gerade an dem Düsenerweiterungsteil 22. Der Lichtbogen selbst hat die Kennzeichnung 13. Das Gleitschaltstück nimmt die Position 6c ein. Deutlich wird auch erkennbar, wie nun der Gasdurchlaßspalt 34 des Düseneinlaufteils 31 unmittelbar mit dem Kompressionsraum verbunden ist; diese Konfiguration hat eine besonders intensive Gasströmung zur Folge. Die Gasströmung treibt den Lichtbogen vollends in den Düsenraum des Düsenkörpers 3. Dort ist der mit 14 gekennzeichnete Lichtbogen der vollen Gasströmung ausgesetzt. Diese Strömung kommt einmal aus der Düsenöffnung und dann aus den drei Gasdurchlaßspalten mit Düsenkontur. Die Gasströmungen aus den Spalten wirken auf den Lichtbogen zentrierend. Eine zusätzliche Vorrichtung zu diesem Zweck erübrigt sich daher zumindest hinsichtlich des Düsenkörpers 3 mit Düseneinlaufteil aus Isolierstoff.

Rechts von der Mittellinie sieht man den Kompressionszylinder 7 in der Ausschaltstellung. Die Ausschaltstellung des Gleitschaltstücks 6 ist nicht mit dargestellt, weil davon die dielektrische Qualität der offenen Schaltstrecke nicht mehr beeinflußt wird.

Die Isolation der ausgeschalteten Hochspannungsschaitkammer ist durch die freie Gasstrecke zwischen den Düsenkörpern 2 und 3 sowie zusätzlich durch den Düseneinlaufteil 31 aus elektrisch isolierendem Material des Düsenkörpers 3 hergestellt; sie hat gegenüber dem Stand der Technik erheblich zugenommen.

Ein einschränkender Einfluß auf die thermodynamische Bemessung der Anordnung der beiden Düsenkörper 2 und 3 geht davon nicht aus: die Doppeldüsenan-Ordnung ist durch den Düseneinlaufteil 31 aus Isolierstoff thermodynamisch und dielektrisch entkoppelt.

Zu Fig.2:

In dieser Figur blickt man aus dem freien Gasraum zwischen den Düsenkörpern 2 und 3 auf den Düseneinlaufteil 31 aus Isolierstoff des Düsenkörpers 3. In diesem Düseneinlaufteil 31 sind drei Gaseinlaßspalte 34,35,36 eingearbeitet. Sie verteilen sich regelmäßig über den Düseneinlaufteil. Ihre Mittelflächen weisen auf die Düsenachse hin. Die Breite der Gasdurchlaßspalte ist außen größer als innen. Diese Gestaltung ermöglicht ein sicheres Aufnehmen eines gerade zwischen dem Düscneinlaufteil 21 und dem Lichtbogenschaltstück 61 gezogenen Ausschaltlichtbogens 12 und seinen schnellen Transport in den löschwirksamen Düsenraum. Als weitere Folge der sich zur Düsenachse hin verengenden Gasdurchlaßspalte nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Spaltgases zu und so bleibt auch die Rückwirkung des Aiisschaltlichtbogens aus dem Düsenraum in den Kompressionsraum gering.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochspannungsschal tkammer:

mit zwei in je einem auch dem Löschgasabfluß dienendem Kontaktrohr eingesetzten sich axial mit Abstand gegenüberstehenden fest angeordneten Düsenkörpern, von denen der eine aus elektrisch leitendem Material besteht;

mit einem rohrförmigen Gleitschaltstück mit Lichtbogen- und Dauerstromkontakten, das in der Einschaltstellung die Kontaktrohre elektrisch leitend überbrückt und beide Düsenkörper umgibt;
mit einem koaxial zu den Düsenkörpern angeordneten Kolben-Zylindersystem zur Komprimierung des Löschgases, das während des Ausschaltvorganges den Düsen zugeführt wird;
dadurch gekennzeichnet,
daß einer der beiden Düsenkörper (3) sich aus einem Düseneinlauüeil (31) aus elektrisch isolierendem Material und aus einem Düsenerweiterungsiei! (32) aus elektrisch leitendem Material zusammensetzt,

und daß der Düseneinlauf teil (31) aus elektrisch isolierendem Material mindestens einen seine Wand durchdringenden GasdurchlaGpalt (34) aufweist.

2. Hochspannungsschaltkammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich erweiternde Innenkontur des Düseneinlaufteils (31) aus elektrisch isolierendem Material des Düsenkörpers (3) von der Innenkontur des Düsenerweiterungsteils (32) aus e'ektrisc¹* leitendem Material fortgesetzt wird.

3. Hochspannungsschalikam :er nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gasdurchlaßspalte (34, 35,36) gleichmäßig über den Umfang des Düseneinlaufteils (31) aus elektrisch isolierendem Material verteilt sind, deren Mittelflächen sich auf die Längsachse des Düsenkörpers (3) ausrichten.

4. Hochspannungsschaltkammer nach Patentanspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Breii? der Gasdurchlaßspalte entlang des äußeren Umfangs des Düseneinlaufteils (31) größer ist als entlang dessen inneren Umfangs.

5. Hochspannungsschaltkammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (37) der Gasdurchlaßspalte (34, 35, 36) eine düsenförmige Kontur aufweist.

6. Hochspannungsschaltkammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Gleitschaltstück (6) ein Lichtbogenschaltstück (61) angebracht ist, das im Bereich der Gasdurchlaßspalte radial nach innen weisende mit einem Düseneinlaufteil /21) des Düsenkörpers (2) aus elektrisch leitendem Material in Kontakt bringbare Erweiterungen besitzt.

7. Hochspannungsschaltkammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Düseneinkufteil (21) des Düsenkörpers (2) aus elektrisch leitendem Material ein Düsenerweiterungsteil (22) aus ferromagnetischem Material anschließt, das zur Innenwand des Kontaktrohres (4) teilweise elektrisch isoliert angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft elektrische Druckgasschaltkammern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Diese Schaltkammern dienen dazu, elektrische Stromkreise in elektrischen Netzen zu schließen und geschlossen zu halten sowie zu ölfnen und offen zu halten.

Um eine Stromunterbrechung zu erreichen, wird das Gleitschaltstück aus der Überbrückungsposition gezogen. Dabei entsteht ein Initiallichtbogen zwischen dem Lichtbogenkontakt des Gleitschaltstücks und der äußeren Oberfläche des ihm zugewandten Düsenkörpers aus elektrisch leitendem Material. Etwa zur gleichen Zeit setzt die Schaltgasströmung aus dem Kompressionsraum des Kompressionszylinders in den Düsenraum ein. Der Initiallichtbogen muß zunächst aus dem Kompressionsraum in den Düsenraum kommutiert werden.

Eine derartige Schaltkammer ist aus der Druckschrift DE-PS 22 09 287 bekannt Darin sind auch Mittel beschrieben für die pneumatisch-elektrodynamische Kommutierung des Lichtbogens aus dem Enisiehungs- in den Düsenraum.

Der Durchmesser der Düsen wird im wesentlichen unter dem Gesichtspunkt der Kühlung des zu entionisierenden Ausschaltlichtbogenplasmas bemessen. Für den anschließenden Aufbau der dielektrischsn Festigkeit im Zwischendüsenraum ist der axiale Abstand zwischen den Düsenkörpern maßgebend.

Bei Hochspannungsschaltkammern nach dem Stand der Technik für hohe und sehr hohe Betriebsspannungen muß daher der Abstand der Düsenkörper vergrößert werden. Durch diese dielektrisch gebotene Maßnahme vergrößert sich der Einströmquerschnitt in den Zwischendüsenraum. Dementsprechend sinkt bei gleichbleibendem Ausschaltstrom und damit Düsendurchmesser die Geschwindigkeit des Löschgases, das in den Zwischendüsenraum einströmt. Als Folgeerscheinung kann der Schaltlichtbogen aus seiner Position entlang der Düsenachse ausbrechen.

Ferner ist zu bedenken, daß ein längerer Zwischendüsen-Lichtbogen wegen der erhöhten Bogenspannung mehr Lichtbogenleistung erzeugt und so auch mehr Wärme in den Zwischendüsenraum und von dort in den Kompressionsraum emittiert. Auch dieser Effekt kann sich nachteilig auf die Stromunterbrechung auswirken.

Man versuchte dieses Problem zu lösen durch Isolierstoffeinsätze im verlängerten Zwischendüsenraum. Damit soll in diesem Raum die Strömungsgeschwindigkeit wieder erhöht und so der Zwischendüsen-Lichtbogen stabilisiert werden. Solche Is crstoffeinsätze lassen sich mobil oder stationär anordnen.

Einen mobilen Isolierstoffeinsatz beschreibt die Druckschrift DEAS 27 59 268. Dort ist der Isolierstoffeinsatz mit dem bewegbaren Kompressionszylinder aus Isolierstoff verbunden. Während einer Ausschaltung verkleinert er den Einströmquerschnitt in den Zwischendüsenraum. Doch, weil noch im Kompressionsraum angeordnet, beeinflußt dieser Isolicrstoffeinsat/ nur wenig die Gasströmung im Zwischendüsenraum selbst; der Lichtbogen kann weiter in diesen Raum ausbrechen.

Eine Variante zu dem vorstehend diskutierten Isolierstoffeinsatz offenbart die Druckschrift DE-OS 3126 744.

Danach ist der Isolierstoffeinsatz einem sich erst bei der Ausschaltung öffnenden und in ihrem Ablauf einen Zwischendüsenraum von erheblicher Länge bildenden Düsenkörper aus elektrisch leitendem Material züge-