DE3816811C2

DE3816811C2 -

Info

Publication number: DE3816811C2
Application number: DE19883816811
Authority: DE
Inventors: Ernst Prof. Dr.Techn. Habil. 1000 Berlin De Slamecka
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-05-14
Filing date: 1988-05-14
Publication date: 1990-07-19
Also published as: DE3816811A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungs-Druckgasschaltkammer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Diese Schaltkammer dient dazu, elektrische Stromkreise in Hochspannungsnetzen gesteuert zu schließen und geschlossen zu halten sowie zu öffnen und dann offen zu halten.

Stand der Technik

Eine Schaltkammer, die dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 am nächsten kommt, ist durch die DE 35 40 474 A1 bekannt. Die dort dargestellte Schaltkammer soll im Vergleich zu einer früheren Ausführungsform gemäß DE-PS 19 66 672 es ermöglichen, den Durchmesser der Schaltkammer dadurch erheblich zu verkleinern, daß diese partiell als Kompressionszylinder benutzt wird, an dem ein Ringkolben entlanggleitet; somit entfällt der Kompressionszylinder als eigenes, Raum beanspruchendes Bauteil. Der Ringkolben ist mit dem bewegbaren Schaltstück durch ein Isolierstoff-Rohr verbunden. die Verbindung des Isolierstoffrohres mit dem Ringkolben erfolgt an seinem inneren Rand, was diese Verbindung einer erheblichen Momentbeanspruchung aussetzt. Durch die notwendigen Löschgasdurchlaßöffnungen im Rohrmantel können während der Unterbrechung großer Kurzschlußströme Lichtbogenstrahlung und heiße Gase die ungeschützte innere Oberfläche des Kompressionszylinders aus Isolierstoff erreichen und thermisch erodieren; dies beeinträchtigt auch seine dielektrische Festigkeit. Die vielen Gasdurchlässe unterteilen das aus dem Kompressionsraum in den Düsenzwischenraum einströmende Gas in einzelne Gasstrahlen. Dabei entstehen Turbulenzen. Eine turbulente Gasströmung im Raum zwischen den Düsen wirkt sich auf die wiederkehrende dielektrische Festigkeit nach einer Stromunterbrechung ungünstig aus.

Unmittelbar nach der Lichtbogenlöschung ist auch noch der Schaltraum zwischen den Düsen durch das Isolierstoffrohr mit seiner durch den Lichtbogen ungünstig beeinflußten inneren Oberfläche großflächig eingehüllt, was ebenfalls die wiederkehrende dielektrische Festigkeit schwächt. Hinzu kommt, daß die vorliegende Befestigungsart des Isolierstoffrohres an der Stirn des bewegbaren Kontaktstücks die Kommutierung des Ausschaltlichtbogens von diesem Kontakt auf die Düsenkörper erschwert.

Bei Schaltkammern für sehr hohe Betriebsspannungen muß der axiale Abstand der elektrisch leitenden Düsenkörper angemessen vergrößert werden. Durch diese Maßnahme vergrößert sich der radiale Anströmquerschnitt in den Zwischendüsenraum. Wenn der maximale Ausschaltstrom und damit auch der Doppeldüsenquerschnitt unverändert bleiben, sinkt zur Erhaltung der Kontinuität der strömenden Gasmasse deren Einströmgeschwindigkeit in den Düsenzwischenraum ab. Wegen der geringeren Zentrierwirkung des radial langsamer strömenden Löschgases kann der Ausschaltlichtbogen aus seiner axialen Lage ausbrechen und die Unterbrecherwirkung der Doppeldüsenanordnung aus elektrisch leitendem Material schwächen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochspannungs-Druckgasschaltkammer der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine bessere mechanische Verbindung zwischen dem Ringkolben und dem bewegbaren Gleitkontaktstück, eine bessere Führung der Löschgasströmung und dadurch auch eine günstigere Kommutierung des Lichtbogens vom bewegbaren Gleitkontaktstück auf die feststehenden Kontaktstücke erzielt wird.

Lösung der Aufgabe und erzielbare Vorteile

Die vorstehend gestellte Erfindungsaufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 angegebene kennzeichnende Merkmal gelöst. Weiterbildende Merkmale enthalten die Unteransprüche. Kernstück der Aufgabenlösung sind einzelne Längskörper aus Isolierstoff als in etwa gleichen Bogenabständen auf einem Kreis um die Kontaktstück-Längsachse angeordnete Verbindungskörper zwischen dem Gleitkontaktstück und dem Ringkolben. In der Form von Längswänden erweisen sie sich als besonders vorteilhaft, weil diese Wände neben der besseren mechanischen Verbindung des bewegbaren Gleitkontaktstücks mit dem Ringkolben auch zur günstigen Beeinflussung der Löschgasströmung und der Lichtbogenkommutierung beitragen.

Gegenüber einem Rohr als Verbindungselement ermöglicht die Verbindung des Ringkolbens mit dem bewegbaren Gleichkontaktstück besonders durch Längswände, die Zug- und Druckkräfte auf den Ringkolben über seine Oberfläche radial, also mechanisch ausgewogen zu verteilen, und als Ergebnis kann die Wandstärke verkleinert werden.

Durch die Längswände wird die Löschgasströmung so beeinflußt, daß sie den Ausschaltlichtbogen selbst bei großen Düsenabständen zunächst sofort nach seiner Entstehung auf die feststehenden Düsenkontaktstücke kommutiert und dann im Raum zwischen den Düsen stabilisiert.

Die Längswände lassen sich vorteilhaft derart anordnen und ausbilden, daß sie selbst die innere Oberfläche des Kompressionszylinders gegen die Einwirkung von Lichtbogenstrahlung und Strahlen heißen Gases schützen. Zu diesem Zweck weichen die Längswände bei ihrer Erstreckung von der innenseitigen Begrenzung zur außenseitigen von der ursprünglich jeweils durch die Längsachse der Kontaktstücke verlaufenden radialen Ebene so stark ab, daß vom Schaltlichtbogen zwischen den Düsen ausgehende Wärme- und Gasstrahlen die Oberfläche der Längswände und nicht die des Kompressionszylinders treffen.

Längswände als solche sind schon aus der DE 34 30 306 C2 bekannt. Dort haben sie in einer grundsätzlich verschiedenen Anordnung allein eine strömungstechnische Aufgabe. Durch die Anwendung des Erfindungsgegenstandes läßt sich nicht nur die Anzahl der Schaltkammern pro Schalterpol sondern auch deren äußere Abmessung erheblich verkleinern; z. B. kann ein 362 kV, 40 kA SF6-Autokompressionsschalter mit nur einer Schaltkammer pro Schalterpol gebaut werden oder ein 525 kV, 50 kA SF6-Autokompressionsschalter mit nur zwei Schaltkammern pro Schalterpol.

Ausführungsbeispiel

Die zugehörigen Figuren zeigen folgendes:

Fig. 1 Längsschnitt durch die Schaltkammer;

links der Mittellinie:
Kompressionseinrichtung und Gleitkontaktstück im ausgeschalteten Zustand

rechts der Mittellinie:
Kompressionseinrichtung und Gleitkontaktstück im eingeschalteten Zustand

gestrichelt angedeutet:
Ringkolben in Lichtbogen-Löschstellung

Fig. 2 Querschnitt durch die Schaltkammer: die geschnittene Anordnung der Kompressionseinrichtung und des Gleitkontaktstücks befindet sich in der Position, die in Fig. 1 durch den gestrichelt eingezeichneten Ringkolben angedeutet ist.

Gemäß Fig. 1 befindet sich in der partiell auch als Kompressionszylinder 6 verwendeten Schaltkammer 1 aus Isolierstoff ein bewegbarer Ringkolben 5 zur Kompression des Lichtbogenlöschgases im Kompressionsraum 8.

Dieser Raum wird bis zur Freigabe der Gaseinströmung in die Düsen 2, 3 an den sie tragenden Gasabström- und Kontaktrohrohren 21, 31 durch folgende Bauteile begrenzt: Innenseite des bewegbaren Ringkolbens 5, Außenwand eines bewegbaren Kontaktzylinders 20 des bewegbaren Gleitkontaktstücks 4, Innenwand des Kompressionszylinders 6, feststehender Gegenkolben 10 mit Spalten 11.

Als mechanische Verbindung des bewegbaren Ringkolbens 5 mit dem bewegbaren Gleitkontaktstück 4 und über dieses mit dem nicht mehr dargestellten Schalterantrieb, dienen Längswände aus Isolierstoff 7. Diese Längswände 7 sowie der Ringkolben 5 und eine zylindrische Abschirmung 9 der inneren Oberfläche des Kompressionszylinders 6 gegen die Hitzeeinwirkung durch den Schaltlichtbogen sind aus einem Stück Isolierstoff hergestellt. Dann brauchen nur mehr die offenen Schmalseiten der Längswände mit dem bewegbaren Gleitkontaktstück 4 verbunden zu werden. Im einzelnen sieht diese Verbindung wie folgt aus:

Die Wand des Kontaktzylinders 20, die zur Aufnahme von Kontaktfinger 13, 14 dient, ist an der dem Ringkolben zugewandten Seite verstärkt. In die Wandverstärkung sind Längsnuten 12 eingelassen und in diese Längsnuten 12 sind die Längswände 7 - drei Stück symmetrisch über den Umfang verteilt, siehe Fig. 2 - eingefügt und durch Klebung befestigt. Zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen Zug- und Druckkräfte haben die Längswände 7 an den Enden einen Ansatz, der mit einer entsprechenden Vertiefung in der Wand des Kontaktzylinders 20 verzahnt ist.

Gegen die Lichtbogenhitze sind die Längswände 7 durch an den Schmalseiten aufgesetzte Blenden 15 aus einem besonders lichtbogenresistenten Material, wie etwa PTFE, geschützt. Ebenfalls aus besonders lichtbogenrestistentem Isolierstoff besteht der Abschlußring 16 an dem Kontaktzylinder 20. Die äußere Oberfläche des Abschlußringes 16 ist so geformt, daß während des Ablaufens von der Düse 2 eine zum Düsenzwischenraum ausgerichtete Ringspaltströmung einsetzt. Diese Strömung zwingt den zuerst an einer Kontaktfingerspitze entstehenden Lichtbogenfußpunkt, auf die Düse 3 zu kommutieren.

Die Längswände ermöglichen über ihre Funktion als Mittel zur Verbindung des Ringkolbens 5 mit dem bewegbaren Gleitkontaktstück 4 hinausgehend, auch das Problem der Lichtbogenstabilisierung bei betriebsspannungsbedingten großen aixalen Düsenabständen allein oder in Kombination zu lösen. In Kombination mit einer für hohe Betriebsspannungen besonders gut geeigneten Düsenausführung sind die Längswände 7 so angeordnet, daß sie zusammen mit anderen Bauteilen die Kommutierung des Ausschaltlichtbogens in die Düse sicherstellen. Hierbei kommt es nicht zu einer kritischen Abnahme der radialen Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Düsenzwischenraum, weil der Abstand zwischen den Düsen 2, 3 . . . das durch die Kontinuitätsgleichung für die Löschgasströmung bestimmte Maß nicht überschreitet.

Die antriebsseitig angeordnete Düse 3 setzt sich aus einem Düseneinlaufteil 3 a aus elektrisch isolierendem Material und aus einem Düsenerweiterungsteil 3 b aus elektrisch leitendem Material zusammen. Zur Erleichterung der Lichtbogenkommutierung von einer Kontaktfingerspitze auf dem elektrisch leitenden Düsenerweiterungsteil 3 b weist das elektrisch isolierende Düseneinlaufteil 3 a drei seine Wand durchdringende Gas- und Lichtbogendurchlaßspalte 3 c auf; siehe dazu auch Fig. 2. Soll der Ausschaltlichtbogen noch im statu nascendi einen dieser Lichtbogendurchlaßspalte 3 c erreichen und sich hindurchbewegen, muß er unmittelbar davor gezogen werden. Zu diesem Zweck sind in dem Kontaktzylinder 20 drei besonders ausgebildete Kontaktfinger 13 so angeordnet, daß bei dem Ausschaltvorgang jeweils ein Kontaktfinger vor jedem der drei Gasdurchlaßspalte 3 c vorbeiläuft. Der Lichtbogenkontaktkörper 13 a seiner Spitze besteht aus einem schwer schmelzbaren elektrisch leitenden Material (Wolframverbindung oder Graphit) zur Aufnahme des Lichtbogenfußpunkts.

Der daran anschließende Kontaktkörperteil 13 b ist aus Kupfer hergestellt und nur zur Führung des Dauer- und Kurzzeitstromes vorgesehen. Somit hebt der Lichtbogenkontaktfinger 13 bei einer Ausschaltung als letzter von der elektrisch leitenden Düse 2 ab und zieht dabei den Ausschaltlichtbogen unmittelbar vor einem der Lichtbogenspalte 3 c.

Für die Unterstützung dieser Lichtbogenkommutierung muß die Gasströmung wenigstens teilweise auf den Initiallichtbogen und einen der Lichtbogendurchlaßspalte 3 c ausgerichtet sein. Um dies zu bewirken, schließen jeweils zwei Längswände 7 jeweils eine Lichtbogenkontaktfingerspitze 13 a, 13 b und einen Lichtbogendurchlaßspalt 3 c ein. Die Fig. 2 läßt dies erkennen.

Zur Verkleinerung der Toträume des Kompressionsraums 8 ist der in die Schaltkammer 1 eingesetzte und mit dem diese partiell bildenden Kompressionszylinder 6 fest verbundene Gegenkolben 10 mit entsprechenden Spalten 11 versehen, in die die Längswände eintauchen können.

Für den Antrieb der bewegbaren Ringkolben-Gleitkontaktstückanordnung 5, 4 ist der Kontaktzylinder 20 in seinem antriebsseitigen Bereich von einer überstehenden Metallhülse 17 umfaßt. Im überstehenden Hülsenteil sind innen zwei einander gegenüberstehenden Zapfen 18 angebracht, die als Lager für die gabelförmigen Betätigungsstangen 19 dienen.

Sowohl der innere als auch der äußere Rand des Ringkolbens 5 sind mit je einer umlaufenden Gasdichtung versehen. In der Einschaltstellung ist der Innendurchmesser der sie umgebenden Wand der Schaltkammer 1 etwas größer als der Außendurchmesser der äußeren Ringkolbendichtung. Durch den so entstandenen Ringspalt kann nach einer Einschaltung frisches Löschgas in den Kompressionsraum einströmen. Ein zweiter Gaszuführungsspalt ist im eingeschalteten Zustand zwischen der Dichtung an der Innenwand des Gegenkolbens 10 und der unteren Stirnseite der Hülse 17 vorhanden. Während des Einschalthubs kann Löschgas durch ein im Gegenkolben angeordnetes, nicht sichtbares Einlaßventil in den Kompressionsraum einströmen.

Claims

1. Hochspannungs-Druckgasschaltkammer mit:

a) zwei koaxial zueinander im axialen Abstand angeordneten, als Düsen (2, 3) ausgebildeten feststehenden Kontaktstücken;
b) einem beide Düsen (2, 3) im Einschaltzustand und zu Beginn des Ausschaltvorgangs umgebenden und elektrisch miteinander verbindenden, bewegbaren, rohrförmigen Gleitkontaktstück (4);
c) einer koaxial zu den Düsen (2, 3) angeordneten Kompressionseinrichtung für das Löschgas, die aus einem feststehenden Kompressionszylinder (6), der an der einen, der Schaltstelle abgewandten Seite und einem feststehenden Gegenkolben (10) verschlossen ist, und aus einem der Stirn des bewegbaren Gleitkontaktstücks (4) vorgelagerten Ringkolben (5), der mit dem bewegbaren Gleitkontaktstück (4) über eine Durchlässe für das Löschgas aufweisende Verbindungsanordnung aus Isolierstoff mechanisch fest verbunden ist, besteht, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
d) die Verbindungsanordnung besteht aus einzelnen auf einem Kreis um die Längsachse der Kontaktstücke angeordneten und diese Kontaktstücke während des Ausschaltvorganges umgebenden Längskörpern.

2. Schaltkammer nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: die Längskörper sind als bolzenförmige Körper ausgebildet.

3. Schaltkammer nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: die Längskörper sind als rippenförmige Längswände (7) ausgebildet, deren Breitenerstreckung nach innen maximal bis zur äußeren Oberfläche der Düsenkörper (2, 3) und nach außen maximal bis zur inneren Oberfläche des feststehenden Kompressionszylinders (6) reicht.

4. Schaltkammer nach Patentanspruch 1 oder 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: die Längswände (7) sind radial zur Längsachse der Schaltstücke angeordnet.

5. Schaltkammer nach Patentanspruch 1 oder 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: die Längswände (7) weichen im Verlauf ihrer Erstreckung von der innenseitigen zur außenseitigen Begrenzung von der ursprünglichen jeweils durch die Längsachse der Kontaktstücke verlaufenden radialen Ebene ab.

6. Schaltkammer nach einem der Patentansprüche 1, 3 bis 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: die den Düsenkörpern (2, 3) zugewandten Schmalseiten der Längswände (7) sind durch Blenden (15) aus elektrisch isolierendem Material hoher Widerstandsfähigkeit gegen die Einwirkung des Schaltlichtbogens und der heißen Gase aus dem Schaltraum zwischen den Düsenkörpern (2, 3) abgedeckt.

7. Schaltkammer nach einem der Patentansprüche 1, 3 bis 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: das bewegbare Gleitkontaktstück (4) weist einen Kontaktzylinder (20) auf, in dessen Außenwand nutenförmige Vertiefungen (12) zur mechanischen Verbindung der Längswände (7) vorgesehen sind.

8. Schaltkammer nach einem der Patentansprüche 1, 3 bis 7, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: der Gesamtquerschnitt der Durchlässe zwischen den Längswänden für das Löschgas ist etwa gleich groß wie die Summe der Einströmquerschnitte der beiden Düsen (2, 3).

9. Schaltkammer nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: der Gegenkolben (10) der Kompressionseinrichtung weist für das Einlaufen der Längskörper vorgesehene Spalte (11) auf.

10. Schaltkammer nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: an der dem Kompressionsraum (8) zugewandten Seite des Ringkolbens (5) ist ein Schirmkörper (9) angeordnet für den Schutz der inneren Oberfläche des Kompressionszylinders (6) gegen die Einwirkung von Lichtbogen und heißen Gasen.

11. Schaltkammer nach Patentanspruch 10, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: in dem Gegenkolben (10) ist für das Einlaufen des Schirmkörpers (9) ein Ringspalt vorgesehen.