DE3789656T2

DE3789656T2 - Isolierdüse für einen Unterbrecher.

Info

Publication number: DE3789656T2
Application number: DE3789656T
Authority: DE
Inventors: Mamoru C O Itami Seisak Hosomi; Akiyoshi C O Itami Seisa Onuma; Ichiro C O Itami Seis Yamasaki; Takashi C O Itami Sei Yonezawa; Toshiaki C O Itami S Yoshizumi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-11-07
Filing date: 1987-11-05
Publication date: 1994-08-11
Anticipated expiration: 2007-11-06
Also published as: EP0268156A1; JPS63119121A; CN1008956B; JPH0472335B2; DE3789656D1; US4791256A; CN87105280A; EP0268156B1

Description

Die Erfindung betrifft eine isolierte Düse zur Verwendung in einem Leistungsschalter.
Bei einem Leistungsschalter vom Blaskolbentyp ist eine isolierte Düse in dem Bereich zwischen einem bewegbaren und einem feststehenden Lichtbogenkontakt angeordnet, wo ein Lichtbogen gezogen wird, wenn der Leistungsschalter einen Strom unterbricht. Die isolierte Düse ist ausgebildet, um SF&sub6;-Gas auf den Lichtbogen zu blasen, um dadurch die zum Löschen des Lichtbogens erforderliche Zeitdauer zu verkürzen.
Wenn bei dieser Art von Leistungsschalter der Strom unterbrochen wird, wird ein Lichtbogen in Form eines Hochtemperatur-Plasmas zwischen der bewegbaren und der feststehenden Elektrode gezogen. Zum Löschen dieses Lichtbogens wird herkömmlich ein Gasstrom wie etwa Luft oder SF&sub6;-Gas aus einer Düse geblasen, die aus einem Fluorkunststoff mit Isoliereigenschaften besteht. Dabei tritt jedoch das Problem auf, daß, wenn ein die Düsenoberfläche bedeckender Isolierstoff dem Lichtbogen in Form eines Hochtemperatur-Plasmas ausgesetzt wird, die Isoliereigenschaft des Isolierstoffs durch Energielinien stark herabgesetzt wird, die von dem Lichtbogen erzeugt werden und nicht nur die Oberfläche des Isolators erreichen, sondern auch in ihn eindringen, um in der Oberfläche oder im Inneren der Düse Hohlräume oder Kohlenstoffablagerungen zu erzeugen.
Im Hinblick auf die Beseitigung dieses Problems wurde ein Leistungsschalter vorgeschlagen, der einen Fluorkunststoff- Isolator hat, in den ein anorganischer Füllstoff in Form eines Pulvers mit einer Teilchengröße von 3-20 um bis zu einem Volumprozentsatz von 10-80 eingemischt ist. Beispielsweise besteht ein solcher Füllstoff aus Metall wie Bronze oder einem Metalloxid wie Siliziumoxid, Titaniumoxid oder Aluminiumoxid. Der in diesem Leistungsschalter verwendete Harzisolator ist in bezug auf die inneren Lichtbogenfestigkeits-Eigenschaften verbessert, die durch Einmischen eines hohen Anteils eines anorganischen Füllstoffs in das Harz realisiert sind, um eine Abschirmung gegen die Energielinien des Lichtbogens zu bieten. Dieser Isolator ist daher wirksam, um das Stehspannungs-Betriebsverhalten nach wiederholten Stromunterbrechungen zu verbessern. Verschiedene Materialien werden als anorganische Füllstoffe zum Einmischen in Fluorkunststoffe verwendet. Es wurde gefunden, daß Bornitrid vom Gesichtspunkt der Isoliereigenschaften und der Wärmeleitfähigkeit einer der bestgeeigneten Füllstoffe ist, um in das Material einer isolierten Düse eingemischt zu werden, die zur Verwendung in einem Leistungsschalter für ultrahohe Nennspannungen vorgesehen ist. Beispielsweise zeigt die JP- OS 58-178931, daß, wenn ein Volumenverhältnis von 1-30% Bornitrid in den Harzisolator eingemischt ist, das Stehspannungs-Betriebsverhalten nach wiederholten Stromunterbrechungen verbessert ist.
Die vorstehend beschriebene isolierte Düse zur Verwendung in einem Leistungsschalter besteht aus einem Fluorkunststoff, in den ein anorganischer Füllstoff mit einem vergleichsweise hohen Mischungsverhältnis eingemischt ist, um das Stehspannungs-Betriebsverhalten nach wiederholten Stromunterbrechungen zu verbessern. Wenn jedoch, was wohlbekannt ist, der Anteil des zugefügten anorganischen Füllstoffs höher wird, erhöht sich die Rate, mit der die isolierte Düse verbraucht wird, was in einer Verschlechterung des Stromunterbrechungs- Betriebsverhaltens resultiert. Wenn daher der Anteil des zugegebenen anorganischen Füllstoffs erhöht wird, um das Stehspannungs-Betriebsverhalten zu verbessern, wird das unterbrechungs-Betriebsverhalten nach wiederholten Stromunterbrechungen verschlechtert, und es ist daher schwierig, sowohl das Stehspannungs-Betriebsverhalten als auch das Unterbrechungs-Betriebsverhalten zu verbessern und sie gleichzeitig im Gleichgewicht zu halten.
Die veröffentlichte EP-Patentanmeldung EP-A-0 066 298 zeigt einen SF&sub6;-gasisolierten Leistungsschalter, der ein Metallgehäuse hat, das mit SF&sub6;-Gas gefüllt und in ihn eingebaut ist, sowie ein Paar von Kontakten und eine Einrichtung zum Verdichten des SF&sub6;-Isoliergases und eine Lichtbogenlöschdüse aufweist. Der Oberflächenbereich der Lichtbogenlöschdüse besteht aus einem Harzisolator, der aus einem Stickstoffatome enthaltenden Polymer und einem Polyolefinharz erhalten ist. Der Harzisolator weist außerdem fakultativ ein anorganisches Füllstoffpulver auf, das Bornitrid sein kann. Wenn das anorganische Füllstoffpulver verwendet wird, ist es bevorzugt in einer Menge von 0,1-20 Gewichtsteilen anwesend.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung soll die vorgenannten Probleme lösen. Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer isolierten Düse zur Verwendung in einem Leistungsschalter, wobei das Stehspannungs-Betriebsverhalten und das Stromunterbrechungs-Betriebsverhalten nach wiederholten Stromunterbrechungen auf eine ausgeglichene Weise verbessert werden können, und die für häufige Stromunterbrechungen am besten geeignet ist.
Gemäß der Erfindung wird eine isolierte Düse zur Verwendung in einem Leistungsschalter gemäß der Definition in den Patentansprüchen angegeben. Im Gebrauch ist die Düse zwischen einem Paar von Kontakten angeordnet, wo ein Lichtbogen auftritt, und ist ausgebildet, um den Lichtbogen durch Aufblasen eines Isoliergases auf den Lichtbogen zu löschen. Die isolierte Düse besteht aus einem Fluorkunststoff und einem Bornitrid, das in den Fluorkunststoff mit einem Gewichtsprozentsatz im Bereich von 0,3-1,0 eingemischt ist.
Gemäß der Erfindung wird das Stehspannungs-Betriebsverhalten nach wiederholten Stromunterbrechungen verbessert, während die Rate, mit der das Unterbrechungs-Betriebsverhalten nach wiederholten Stromunterbrechungen herabgesetzt wird, aufgrund eines kleinen Anteils von beigemischtem Bornitrid sehr begrenzt ist, wodurch beide Betriebsverhalten verbessert und gleichzeitig gut im Gleichgewicht sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Anteil von Bornitrid, das in einen eine isolierte Düse bildenden Fluorkunststoff eingemischt ist, und dem Stehspannungs-Betriebsverhalten dieser Düse zeigt;
Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Anteil an Bornitrid und der mechanischen Festigkeit zeigt;
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Anteil an eingemischtem Bornitrid und dem Unterbrechungs-Betriebsverhalten zeigt; und
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Anteil an eingemischtem Bornitrid und dem Gesamtbetriebsverhalten zeigt, das aus dem Stehspannungs-Betriebsverhalten gemäß Fig. 1 und dem Unterbrechungs-Betriebsverhalten gemäß Fig. 3 abgeleitet ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Bei einer isolierten Düse aus einem Fluorkunststoff, in den Bornitrid als ein Füllstoff eingemischt ist, ist der Grad der Erzeugung von Hohlräumen (inneren Fehlern) oder einer Kohlenstoffablagerung infolge der Stromunterbrechung gering im Vergleich mit einer Fluorkunststoffdüse, die keinen Bornitridgehalt aufweist. Die Isoliereigenschaften sind durch Einmischen von Bornitrid in einer geeigneten Menge verbessert. Die Erfinder haben jedoch durch Experimente ermittelt, daß eine Erhöhung des Anteils an eingemischtem Bornitrid die dielektrische Leitfähigkeit der isolierten Düse und die Zahl der Hohlräume erhöht, was in einer Verschlechterung des Stehspannungs-Betriebsverhaltens resultiert. Diese Verschlechterung des Stehspannungs-Betriebsverhaltens trat auf, wenn der Anteil an eingemischtem Bornitrid höher als 1 Gew.-% war.
Das Diagramm von Fig. 1 zeigt die obige Beziehung, die durch Experimente bestätigt ist, zwischen dem Anteil an Bornitrid, das in einen Fluorkunststoff eingemischt ist, der eine isolierte Düse bildet, und dem Stehspannungs-Betriebsverhalten dieser Düse nach zehn Stromunterbrechungen bei 50 kA für 17 ms. Der relative Wert auf der Ordinate basiert auf einem Fluorkunststoff ohne Bornitridanteil (die gleiche Beziehung ist in den Fig. 2-4 gezeigt). Wie Fig. 1 zeigt, hat die Kurve der Stehspannung einen Höchstwert, wenn der Anteil oder die eingemischte Menge von Bornitrid-Füllstoff ein Gewichtsprozentsatz von ca. 1-3 ist.
Andererseits nimmt, wie Fig. 2 zeigt, mit steigendem Anteil an eingemischtem Bornitrid die mechanische Festigkeit stetig ab. Es wird daher bevorzugt, den Anteil an eingemischtem Bornitrid in bezug auf die mechanische Festigkeit zu verringern.
Es ist ferner bekannt, daß mit zunehmendem Anteil an eingemischtem Bornitrid das Unterbrechungs-Betriebsverhalten sich verschlechtert, nachdem der Unterbrechungsvorgang häufig wiederholt worden ist. Diese Erscheinung kann wie folgt erklärt werden: Wenn die isolierte Düse Bornitrid enthält, werden Energielinien, die von einem bei Stromunterbrechung gezogenen Lichtbogen erzeugt werden, durch den Abschirmeffekt behindert, der durch in die isolierte Düse diffundiertes Bornitrid erzielt wird, so daß die Energielinien innere Bereiche der isolierten Düse nicht erreichen. Der innere Lichtbogen-Widerstand der isolierten Düse wird dadurch erhöht. In einem Oberflächenschichtbereich der isolierten Düse, der dem Lichtbogen ausgesetzt ist, nimmt andererseits die Energielinien-Absorptionsdichte zu, so daß die isolierte Düse von der Oberflächenschicht ausgehend rasch verbraucht wird. Durch den Verbrauch der isolierten Düse wird der Gasdurchflußkanal erweitert (der Innendurchmesser der isolierten Düse vergrößert), und die Speicherung des Blaszylinderdrucks, der zur Stromunterbrechung notwendig ist, wird unzureichend, wodurch das Unterbrechungs-Betriebsverhalten verschlechtert wird. Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Anteil an eingemischtem Bornitrid und dem Unterbrechungs-Betriebsverhalten nach elf Stromunterbrechungen bei 50 kA für 17 ms. Aus diesen Gründen gewährleistet ein herabgesetzter Anteil an eingemischtem Bornitrid ein besseres unterbrechungs-Betriebsverhalten.
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Anteil an eingemischtem Bornitrid und dem Gesamtbetriebsverhalten, das aus dem stehspannungs-Betriebsverhalten gemäß Fig. 1 und dem Unterbrechungs-Betriebsverhalten gemäß Fig. 3 erhalten wird. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird das Gesamtbetriebsverhalten maximiert, wenn das eingemischte Bornitrid in einem Gewichtsprozentsatz von ca. 0,5-0,8 vorhanden ist, und ist höher als dasjenige, das mit einem Fluorkunststoff ohne Bornitrid erzielt wird, wenn der Anteil an eingemischtem Bornitrid in einem Gewichtsprozentsatzbereich von 0,3-1,0 liegt.
Vom Standpunkt der mechanischen Festigkeit, die in dem in Fig. 4 gezeigten Fall nicht berücksichtigt ist, wird es bevorzugt, den Anteil an eingemischtem Bornitrid zu verringern. Im Hinblick auf die Herstellungskosten wird es außerdem bevorzugt, den Anteil an eingemischtem Bornitrid zu verringern, weil Bornitrid teurer als Fluorkunststoff ist. Die isolierte Düse gemäß der Erfindung, die Bornitrid in einem Gewichtsprozentsatzbereich von 0,3-1,0 enthält, ist daher der herkömmlichen isolierten Düse, die Bornitrid in einem Volumprozentsatz im Bereich von 1-30 enthält, hinsichtlich der mechanischen Festigkeit und der Kosten überlegen.
Es wurden zwar derzeit bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben, für den Fachmann ist jedoch ersichtlich, daß verschiedene Änderungen und/oder Modifikationen vorgenommen werden können, ohne daß dies eine Abweichung von der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen bedeutet.

Claims

1. Isolierte Düse zur Verwendung in einem Leistungsschalter, wobei die Düse zwischen einem Paar von Kontakten angeordnet ist, wo ein Lichtbogen auftritt, und ausgebildet ist, um den Lichtbogen durch Blasen eines Isoliergases auf den Lichtbogen zu löschen, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierte Düse aus einem Fluorkunststoff und Bornitrid, das in einem Gewichtsprozentsatz im Bereich von 0,3-1,0 in den Fluorkunststoff eingemischt ist, besteht.

2. Isolierte Düse zur Verwendung in einem Leistungsschalter nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis des in den Fluorkunststoff eingemischten Bornitrids ein Gewichtsprozentsatz im Bereich von 0,5-0,8 ist.