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Die Erfindung betrifft eine isolierte Düse zur Verwendung in
einem Leistungsschalter.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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
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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;
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Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem
Anteil an Bornitrid und der mechanischen
Festigkeit zeigt;
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Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem
Anteil an eingemischtem Bornitrid und dem
Unterbrechungs-Betriebsverhalten zeigt; und
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.