DE3615559C2 - - Google Patents

Description

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Hochspannungsschalter 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-PS-A 31 10 791 beschrieben ist. Der bekannte Schalter weist ein gasdichtes, eine Druckkammer und einen Expansionsraum 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 teilweise mit verflüssigtem und teilweise mit gasförmigem Isoliergas gefüllten Expansionsraum trennt. Beim Ausschalten baut der zwischen den Schaltstücken gezogene Schaltlichtbogen 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 Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, den Hochspannungsschalter der eingangs genannten Art in einfacher Weise derart weiterzubilden, daß große Ströme mit Sicherheit ohne zusätzliche Hilfseinrichtungen, wie stromdurchflossene Spulen, 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. Hierbei übernimmt das im Teilraum der Druckkammer eingeschlossene Gas die Funktion eines Druckspeichers, den die praktisch inkompressible Löschflüssigkeit allein nicht zu liefern vermag. Zusätzliche, der Lichtbogenlöschung dienende Hilfseinrichtungen sind praktisch entbehrlich. Darüber hinaus kann die Antriebsenergie äußerst klein gehalten werden und beeinflussen tiefe Betriebstemperaturen das Abschaltverhalten nicht. Wegen der besseren dielektrischen Eigenschaften einer Löschflüssigkeit gegenüber einem gasförmigen Löschmittel gleicher chemischer Zusammensetzung kann der beschriebene Schalter kompakter ausgebildet sein als ein vergleichbarer Schalter mit gasförmigem Löschmittel bzw. kann er wegen seiner hohen thermischen Abschaltgrenze mit erheblich höheren Abschaltströmen beaufschlagt werden.

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

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

In der Figur bezeichnet 1 ein von einem Isolierrohr 2 und zwei gasdicht an den Stirnseiten dieses Rohres befestigten Stromanschlüssen 3 und 4 gebildetes Gehäuse. Im Inneren des Gehäuses 1 befinden sich zwei längs der Achse des Isolierrohrs 2 gegeneinander bewegliche Schaltstücke 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 elektrisch leitend durch den Stromanschluß 6 hindurch geführt 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 Schwefelhexafluorid, gefüllte Druckkammer 9 sowie einen Expansionsraum 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 Teilraum 11, welcher 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 Abbrandkontakt 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 Abbrandkontakts 13 bzw. 14 wirkt. Der Abbrandkontakt 13 und der Nennstromkontakt 15 sind hohl ausgebildet und bilden eine Düse 17, in deren Öffnung im Einschaltzustand (rechte Hälfte der Figur) der Abbrandkontakt 14 eingefahren ist. Ein zylinderförmig ausgebildeter Träger 18 des Nennstromkontakts 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 befindlichen Kompressionsraum der Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung 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 Schaltstücks 6 in die als Düse 17 ausgebildete Öffnung des Schaltstücks 5 eingefahren und kontaktiert der Nennstromkontakt 16 des Schaltstücks 6 den Nennstromkontakt 15 des Schaltstücks 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 der Teilraum 11 der Druckkammer 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 Abschaltvorgangs 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 umgebenden Löschflüssigkeit und baut so einen Druck in der Druckkammer 9 auf. Dieser Druck bewirkt das Schließen des Rückschlagventils 12. Ein Teil der unter Druck stehenden Löschflüssigkeit strömt nun durch die Düse 17 ab, während der verbleibende Teil der Löschflüssigkeit auf ein Niveau 22 ansteigt und das im Teilraum 11 befindliche Gas in Abhängigkeit von der Menge der vergasten Löschflüssigkeit und damit in Abhängigkeit von der Stärke des abzuschaltenden Stroms mehr oder weniger stark komprimiert. Das Gaspolster im Teilraum 11 übernimmt damit die Funktion eines Druckspeichers, den die praktisch inkompressible Löschflüssigkeit allein nicht zu liefern vermag.

Bei der Abwärtsbewegung des Schaltstücks 6 wird zugleich das vom Träger 18 und dem Zylinder 19 umschlossene Flüssigkeitsvolumen der Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung mit Druck beaufschlagt und über den Kanal 20 in die Druckkammer 9 befördert, wobei eine Strömung in Richtung der Bogenachse erzeugt wird, die beim Unterbrechen kleiner Ströme hilft.

Nähert sich bei größeren Strömen der abzuschaltende Strom einem Nulldurchgang, so wird der nun in seiner Heizleistung nachlassende Lichtbogen intensiv mit Löschflüssigkeit 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 Teilraum 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 vergleichbarer 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 Abbrandkontakte 13, 14 hervorgerufen werden, durch entsprechend geformte Schirmelektroden, wie etwa durch die vorstehend beschriebene Ausbildung der Nennstromkontakte 15, 16, zu vermeiden.

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 Einschaltzustand durch eine Düse (17) geführt ist, welche im Ausschaltzustand eine eine Löschflüssigkeit enthaltende, die Unterbrechungsstelle für den Lichtbogen umgebende Druckkammer (9) mit einem gasgefüllten Expansionsraum (10) verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (9) einen gegenüber der Unterbrechungsstelle durch die Löschflüssigkeit abgeschlossenen Teilraum (11) aufweist, welcher mit demselben Gas wie der Expansionsraum (10) gefüllt ist, daß dieses Gas in der Löschflüssigkeit nicht oder nur schwer löslich ist und daß der Teilraum (11) mit dem Expansionsraum (10) über mindestens einen während des Ausschaltvorgangs verschließbaren Durchlaß verbunden ist.

2. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Durchlaß zwischen dem Teilraum (11) und dem Expansionsraum (10) ein Rückschlagventil (12) angeordnet ist, welches während des Ausschaltvorgangs den Teilraum (11) gegenüber dem Expansionsraum (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 Schaltstück (6) mit dem beweglichen Teil einer beim Ausschalten Löschflüssigkeit in die Druckkammer (9) befördernden Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung gekoppelt ist.

5. Hochspannungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, 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 zurückgezogenen Abbrandkontakt (13, 14) aufweisen.