DE3615559A1 - Hochspannungsschalter - Google Patents

Description

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Hochspannungs­ schalter nach dem ersten Teil von Patentanspruch 1.

Hierbei nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik von Hochspannungsschaltern Bezug, wie er etwa in der US-A-31 10 791 beschrieben ist. Der bekannte Schalter weist ein gasdichtes, eine Druckkammer und einen Expan­ sionsraum enthaltendes Gehäuse auf, in welchem zwei relativ zueinander bewegliche Schaltstücke angeordnet sind. Ein bewegliches beider Schaltstücke ist hierbei durch die Öffnung einer Düse führbar, welche die mit verflüssigtem Isoliergas gefüllte Druckkammer vom teil­ weise mit verflüssigtem und teilweise mit gasförmigem Isoliergas gefüllten Expansionsraum trennt. Beim Ausschal­ ten baut der zwischen den Schaltstücken gezogene Schalt­ lichtbogen durch Vergasen von verflüssigtem Isoliergas in der Druckkammer einen Druck auf, der zur Beblasung des Schaltlichtbogens mittels des in der Druckkammer befindlichen gasförmigen oder verflüssigten Isoliergases nach Freigabe der Düsenöffnung durch das bewegliche Schaltstück ausgenutzt wird. Zur Unterbrechung grosser Ströme, beispielsweise < 50 kA, benötigt dieser Schalter jedoch Hilfseinrichtungen, wie stromdurchflossene Spulen, welche eine Rotation des Schaltlichtbogens bewirken.

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, den Hochspannungsschalter der eingangs genannten Art in einfacher Weise derart weiter­ zubilden, dass grosse und kleine Ströme mit Sicherheit geschaltet werden können.

Der Hochspannungsschalter nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass bei einem Abschaltvorgang allein durch Ausnützung der Heizleistung des Schaltlichtbogens in der Druckkammer so viel Energie gespeichert werden kann, dass der Schaltlichtbogen bei Annäherung an einen Nulldurchgang des abzuschaltenden Stromes im allgemeinen ausreichend beblasen werden kann. Zusätzliche, der Licht­ bogenlöschung dienende Hilfseinrichtungen sind praktisch entbehrlich. Darüber hinaus kann die Antriebsenergie äusserst klein gehalten werden und beeinflussen tiefe Betriebstemperaturen das Abschaltverhalten nicht.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Hierbei zeigt die einzige Figur eine Aufsicht auf einen in axialer Richtung geführten Schnitt durch eine Aus­ führungsform des Hochspannungsschalters nach der Erfindung.

In der Figur bezeichnet 1 ein von einem Isolierrohr 2 und zwei gasdicht an den Stirnseiten dieses Rohres be­ festigten Stromanschlüssen 3 und 4 gebildetes Gehäuse. Im Inneren des Gehäuses 1 befinden sich zwei längs der Achse des Isolierrohres 2 gegeneinander bewegliche Schalt­ stücke 5 und 6, von denen das Schaltstück 5 in elektrisch leitender Weise am Stromanschluss 3 befestigt ist und das Schaltstück 6 mittels eines Gleitkontaktes 7 elek­ trisch leitend durch den Stromanschluss 6 hindurchgeführt ist. Das Gehäuse 1 umschliesst ferner eine radial nach aussen im wesentlichen vom Isolierrohr 2, an der oberen Stirnseite im wesentlichen vom Schaltstück 5 und an der unteren Stirnseite im wesentlichen vom Schaltstück 6 und dem Stromanschluss 4 begrenzte und bis zu einem Niveau 8 mit Löschflüssigkeit, wie etwa verflüssigtem Schwefel­ hexafluorid, gefüllte Druckkammer 9 sowie einen Expan­ sionsraum 10, welcher mit einem Gas - wie etwa Argon, Stickstoff oder Tetrafluormethan - gefüllt ist, das in der Löschflüssigkeit nicht oder nur schwer löslich ist. Im oberen Teil der Druckkammer 9 befindet sich ein Spei­ chervolumen 11, welches über ein Rückschlagventil 12 mit dem Expansionsraum 10 kommuniziert, sofern der Druck im Expansionsraum 10 grösser als in der Druckkammer 9 ist.

Jedes der Schaltstücke 5 bzw. 6 weist einen Abbrand­ kontakt 13 bzw. 14 und einen den Abbrandkontakt 13 bzw. 14 ringförmig umgebenden Nennstromkontakt 15 bzw. 16 auf. Jeder der Abbrandkontakte 13 bzw. 14 ist gegenüber dem zugeordneten Nennstromkontakt 15 bzw. 16 zurückgezogen, so dass der Nennstromkontakt 15 bzw. 16 jeweils als elektrische Abschirmung des zugeordneten Abbrandkontaktes 13 bzw. 14 wirkt. Der Abbrandkontakt 13 und der Nennstrom­ kontakt 15 sind hohl ausgebildet und bilden eine Düse 17, in deren Öffnung in Einschaltzustand (rechte Hälfte der Figur) der Abbrandkontakt 14 eingefahren ist. Ein zylinderförmig ausgebildeter Träger 18 des Nennstrom­ kontaktes 16 ist gleitbar in einem in den Stromanschluss 4 geformten Zylinder 19 geführt und bildet den als Kolben ausgebildeten beweglichen Teil einer Kolben-Zylinder- Kompressionsvorrichtung. Ein zwischen nicht bezeichneten Verbindungsstegen des Trägers 18 ausgesparter und im wesentlichen ringförmig erstreckter Kanal 20 verbindet den zwischen dem Träger 18 und dem Zylinder 19 befindli­ chen Kompressionsraum der Kolben-Zylinder-Kompressions­ vorrichtung mit dem Druckraum 9.

Die Wirkungsweise dieses Schalters ist nun wie folgt.:

Bei dem in der rechten Hälfte der Figur dargestellten Einschaltzustand ist der Abbrandkontakt 14 des Schalt­ stückes 6 in die als Düse 17 ausgebildete Öffnung des Schaltstückes 5 eingefahren und kontaktiert der Nenn­ stromkontakt 16 des Schaltstückes 6 den Nennstromkontakt 15 des Schaltstückes 5 von aussen. Strom fliesst nun vom Stromanschluss 3 über die Nennstromkontakte 15 und 16 zum Stromanschluss 4. Löschmittel steht bis zum Niveau 8 in der Druckkammer 9. Das Rückschlagventil 12 ist geöffnet und sorgt dafür, dass das Speichervolumen 11 der Druckkam­ mer 9 mit dem im Expansionsraum vorgesehenen und in der Löschflüssigkeit nicht oder nur schwer löslichen Gas gefüllt ist.

Beim Ausschalten wird das Schaltstück 6 durch einen nicht dargestellten Antrieb in Pfeilrichtung nach unten bewegt. Dadurch werden zunächst die Nennstromkontakte 15, 16 getrennt und der abzuschaltende Strom in den vom Stromanschluss 3 über die Abbrandkontakte 13, 14 zum Stromanschluss 4 verlaufenden Löschpfad kommutiert. Im weiteren Verlauf des Abschaltvorganges werden auch die Abbrandkontakte 13, 14 voneinander getrennt und - wie in der linken Hälfte der Figur dargestellt ist - ein zwischen diesen Kontakten brennender Lichtbogen 21 gezogen. Der Lichtbogen 21 vergast einen Teil der umge­ benden Löschflüssigkeit und baut so einen Druck in der Druckkammer 9 auf. Dieser Druck bewirkt das Schliessen des Rückschlagventils 12. Ein Teil der unter Druck stehen­ den Löschflüssigkeit strömt nun durch die Düse 17 ab, während der verbleibende Teil der Löschflüssigkeit auf ein Niveau 22 ansteigt und das im Speichervolumen 11 be­ findliche Gas in Abhängigkeit von der Menge der vergasten Löschflüssigkeit und damit in Abhängigkeit von der Stärke des abzuschaltenden Stromes mehr oder weniger stark kompri­ miert. Das Gaspolster im Speicherraum 11 übernimmt damit die Funktion eines Druckspeichers, den die praktisch inkom­ pressible Löschflüssigkeit allein nicht zu liefern vermag.

Bei der Abwärtsbewegung des Schaltstückes 6 wird zugleich das vom Träger 18 und dem Zylinder 19 umschlossene Flüs­ sigkeitsvolumen der Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrich­ tung mit Druck beaufschlagt und über den Kanal 20 in die Druckkammer 9 befördert, wobei eine Strömung in Richtung der Bogenachse erzeugt wird, die beim Unter­ brechen kleiner Ströme hilft.

Nähert sich bei grösseren Strömen der abzuschaltende Strom einem Nulldurchgang, so wird der nun in seiner Heizleistung nachlassende Lichtbogen intensiv mit Lösch­ flüssigkeit und Gas beblasen und gelöscht. Hierbei strömen Löschflüssigkeit und Gas aus dem Druckraum 9 über die Düse 17 in den Expansionsraum 10. Nach der Löschung des Lichtbogens 21 und nach Druckabbau in der Druckkammer 9 füllt sich diese wieder mit Löschflüssigkeit und stellt sich im Speichervolumen 11 das im Einschaltzustand über dem Niveau 8 wirkende Gaspolster ein.

Wegen der besseren dielektrischen Eigenschaften einer Löschflüssigkeit gegenüber einem gasförmigen Löschmittel gleicher chemischer Zusammensetzung kann der beschriebene Schalter kompakter ausgebildet sein als ein vergleich­ barer Schalter mit gasförmigem Löschmittel bzw. kann er wegen seiner hohen thermischen Abschaltgrenze mit erheblich höheren Abschaltströmen beaufschlagt werden. Es ist empfehlenswert, dielektrische Belastungen der offenen Schaltstrecke, welche insbesondere etwa durch Abbrandrauhigkeiten der Abbrandkonakte 13, 14 hervorge­ rufen werden, durch entsprechend geformte Schirmelek­ troden, wie etwa durch die vorstehend beschriebene Aus­ bildung der Nennstromkontakte 15, 16, zu vermeiden.

• Bezeichnungsliste  1 Gehäuse
   2 Isolierrohr
   3, 4 Stromanschlüsse
   5, 6 Schaltstücke
   7 Gleitkontakt
   8 Niveau
   9 Druckkammer
  10 Expansionsraum
  11 Speichervolumen
  12 Rückschlagventil
  13, 14 Abbrandkontakte
  15, 16 Nennstromkontakte
  17 Düse
  18 Träger
  19 Zylinder
  20 Kanal
  21 Lichtbogen
  22 Niveau

Claims (6)

1. Hochspannungsschalter mit einem Gehäuse (1), in dem zwei relativ zueinander bewegliche Schaltstücke (5, 6) angeordnet sind, von denen ein erstes (6) im Einschalt­ zustand durch eine Düse (17) geführt ist, welche im Ausschaltzustand eine eine Löschflüssigkeit enthal­ tende Druckkammer (9) mit einem gasgefüllten Expan­ sionsraum (10) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (9) ein im Einschaltzustand mit dem Expansionsraum (10) kommunizierendes Speichervolumen (11) aufweist, welches mit einem in der Löschflüssig­ keit nicht oder nur schwer löslichen Gas gefüllt ist.

2. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zwischen Speichervolumen (11) und Expansionsraum (10) mindestens ein Rückschlagventil (12) angeordnet ist, welches während des Abschaltens das Speichervolumen (11) gegenüber dem Expansions­ raum (10) abschliesst.

3. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Löschflüssigkeit verflüssigtes Schwefelhexafluorid und als Gas mindestens eines der Gase Argon, Stickstoff oder Tetrafluormethan vorgesehen sind.

4. Hochspannungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schalt­ stück (6) mit dem beweglichen Teil einer beim Ausschal­ ten Löschflüssigkeit in die Druckkammer (9) befördern­ den Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung gekoppelt ist.

5. Hochspannungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das zweite Schaltstück (5) die vom ersten Schaltstück (6) im Einschaltzustand durchsetzte Düse (17) aufweist.

6. Hochspannungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstücke (5, 6) jeweils einen in eine Abschirmung zurückgezo­ genen Abbrandkontakt (13, 14) aufweisen.