DE4402123C2 - Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Heizraum - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungs-Lei­ stungsschalter mit zwei einander koaxial gegenüberstehenden, zur Abfuhr von Löschgas hohl ausgebildeten Schaltkon­ taktstücken, zwischen denen ein Lichtbogenraum gebildet ist und mit einem diese koaxial umgebenden antreibbaren Über­ brückungskontaktstück sowie mit einem das Überbrückungskon­ taktstück in dessen Einschaltstellung koaxial umgebenden er­ sten Heizraum für das Löschgas, der im Ausschaltzustand mit­ tels eines ersten, im Einschaltzustand von dem Über­ brückungskontaktstück verschlossenen Kanals mit dem Lichtbo­ genraum verbunden ist.

Ein solcher Hochspannungs-Leistungsschalter ist beispiels­ weise aus der DE-OS 41 03 119 bekannt.

Aus der DE-PS 28 12 945 ist ein Hochspannungs-Leistungsschal­ ter mit mehreren in Axialrichtung hintereinanderliegenden Druckräumen bekannt, der jedoch wegen der Größe und Lage der Druckräume eine große Baulänge erfordert. Das anzutreibende Kontaktstück muß entsprechend lang sein und dadurch ergibt sich eine vergrößerte Masse dieses zu beschleunigenden Bau­ teils. Dies führt zu einer Vergrößerung der benötigten An­ triebsenergie.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Hoch­ spannungs-Leistungsschalter der eingangs genannten Art das Löschverhalten weiter zu verbessern und dabei die notwendigen Antriebsenergien möglichst gering zu halten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein zweiter Heizraum vorgesehen ist, der im Ausschaltzustand mittels eines zweiten, im Einschaltzustand von dem Über­ brückungskontaktstück verschlossenen Kanals mit dem Lichtbo­ genraum verbunden ist und daß der zweite und der erste Kanal beim Ausschaltvorgang von dem Überbrückungskontaktstück zu unterschiedlichen Zeitpunkten freigegeben werden und daß das Überbrückungskontaktstück im Einschaltzustand im wesentlichen innerhalb des zweiten Heizraums angeordnet ist.

Durch das Vorhandensein zweier verschiedener Heizräume, die nacheinander im Laufe des Ausschaltsvorganges mit dem Licht­ bogenraum verbunden werden, kann das Beblasungsverhalten ge­ nauer als bisher kontrolliert und eingestellt werden. Es kön­ nen beispielsweise beim Ausschalten zwei nacheinander erfol­ gende Druckstöße aus dem ersten und zweiten Heizraum in Rich­ tung des Lichtbogenraums verwirklicht werden. Diese Druck­ stöße können je nach der Größe des jeweiligen Heizraums und seiner Entfernung vom Lichtbogenraum auch unterschiedlich in­ tensiv gestaltet werden. Die Kanäle können auch derart nach­ einander freigegeben werden, daß der Gasstrom aus einem Heizraum durch den später nachströmenden Gasstrom aus dem an­ deren Heizraum verlängert wird.

Die Kanäle können beispielsweise besonders einfach durch den Lichtbogenraum und zeitweilig das Überbrückungskontaktstück koaxial umgebende Ringkanäle gebildet sein.

Da das Überbrückungskontaktstück im Einschaltzustand beide Schaltkontaktstücke koaxial umgibt, muß um diese herum ein freier Raum angeordnet sein, der dem Überbrückungskon­ taktstück Platz bietet. Beim Ausschalten wird das Über­ brückungskontaktstück zurückgezogen und gibt wenigstens einen Teil dieses Raumes frei, der dann als zweiter Heizraum genutzt werden kann. Sobald das Überbrückungskontaktstück von einem der Schaltkontaktstücke abgelaufen ist, wird ein Lichtbogen gezogen und gleichzeitig wird ein Kanal zwischen dem Lichtbogenraum und dem von dem Überbrückungskontaktstück freigegebenen Raum freigegeben. Dieser zweite Lichtbogenraum ist naturgemäß dem Lichtbogen sehr nahe, so daß es sich als vorteilhaft erweisen kann, daß zuerst der zweite Kanal und danach der erste Kanal von dem Überbrückungskontaktstück freigegeben werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der erste Heizraum den zweiten Heizraum umgibt und im wesentlichen von aus Isolierstoff bestehenden Elementen begrenzt ist.

Insbesondere dann, wenn die Kanäle, die die Heizräume mit dem Lichtbogenraum verbinden, als Ringkanäle ausgebildet sind, ergibt sich für den ersten und den zweiten Heizraum beim Ein­ strömen des heißen Löschgases in den Lichtbogenraum zum Teil derselbe radial nach innen verlaufende Gasströmungsweg, so daß sich die Gasströmung aus dem ersten Heizraum und die aus dem zweiten Heizraum besonders günstig zu einem Gesamt­ löschgasstrom zusammensetzen.

Vorteilhafterweise kann auch wenigstens eines der Schaltkon­ taktstücke an seinem dem anderen Schaltkontaktstück zuge­ wandten Ende einen Aufsatz aus Isolierstoff tragen.

Hierdurch wird während des Brennens des Lichtbogens zwischen den Schaltkontaktstücken oder allgemein im Lichtbogenraum durch die Hitze des Lichtbogens und elektromagnetische Strahlung aus dem Isolierstoff zusätzliches Löschgas freige­ setzt, was zu einem verbesserten Löschverhalten beiträgt.

Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet sein, daß der erste Heizraum über einen Kanal mit einem Kom­ pressionsraum verbunden ist, in dem das Löschgas mechanisch komprimiert wird.

Hierdurch kann in an sich bekannter Weise durch eine mecha­ nische Kompressionsvorrichtung Löschgas auch in dem Fall be­ reitgestellt werden, in dem lediglich ein stromschwacher Lichtbogen vorhanden ist, so daß die Aufheizung des Löschga­ ses nicht für das Zustandekommen einer ausreichenden Lösch­ gasströmung ausreicht. Aber auch bei stromstärkeren Lichtbö­ gen kann das mechanisch komprimierte Löschgas das durch Lichtbogenheizung bereitgestellte unter hohem Druck stehende Löschgas bei der Löschung des Lichtbogens unterstützen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrie­ ben.

Dabei zeigt die Figur einen Teil einer Unterbrechereinheit eines Hochspannungs-Leistungsschalters schematisch in einem Längsschnitt.

Die Figur zeigt einen Teil eines Hochspannungs-Leistungs­ schalters mit zwei einander gegenüberstehenden, hohl ausge­ bildeten Schaltkontaktstücken 1, 2, die im Einschaltzustand durch das Überbrückungskontaktstück 3 überbrückt sind. Im un­ teren Halbschnitt zeigt die Figur diesen Einschaltzustand, im oberen Halbschnitt den Ausschaltzustand. Zwischen den Schaltkontaktstücken 1, 2 ist ein Lichtbogenraum 13 gebildet, in dem beim Ausschalten des Schalters zeitweise ein Lichtbo­ gen zwischen den Schaltkontaktstücken 1, 2 brennt. Ein erster Heizraum 4 umgibt koaxial die Schaltkontaktstücke 1, 2 und den Lichtbogenraum 3. Er ist von einem ersten Isolier­ stoffelement 5, einem zweiten Isolierstoffelement 6 und einem Zylindermantel 7 begrenzt und weist einen Ringkanal 8 zum Austritt des Löschgases in den Lichtbogenraum 3 auf.

Zwischen dem Isolierstoffelement 6, das das Schaltkon­ taktstück 2 umgibt und diesem Schaltkontaktstück 2 ist ein Zwischenraum 9 gebildet, den das Überbrückungskontaktstück 3 im Einschaltzustand im wesentlichen ausfüllt. Während des Ausschaltvorganges gibt das Überbrückungskontaktstück 3 die­ sen Raum 9 frei. Nachdem die Kontaktfinger 10 des Über­ brückungskontaktstücks 3 von dem Schaltkontaktstück 2 abge­ laufen sind und der Lichtbogenkontakt 11 des Überbrückungs­ kontaktstücks 3 einen Abstand zu dem Schaltkontaktstück 2 aufweist, wird dort ein Lichtbogen gezogen und gleichzeitig ein Ringkanal 20 freigegeben, der den Raum 9 mit dem Lichtbo­ genraum 3 verbindet. Der im Einschaltzustand von dem Über­ brückungskontaktstück 3 ausgefüllte Raum 9 steht somit als zweiter Heizraum für das vom Lichtbogen aufgeheizte Löschgas zur Verfügung.

Das zweite Isolierstoffelement 6 ist so geformt, daß der Ringkanal 8 zwischen dem ersten Heizraum und dem Lichtbogen­ raum 3 von dem Überbrückungskontaktstück 3 erst freigegeben wird, nachdem das Überbrückungskontaktstück 3 von dem Schalt­ kontaktstück 2 abgelaufen ist, d. h. nachdem der Verbindungs­ kanal 20 zwischen dem zweiten Heizraum 9 und dem Lichtbogen­ raum 3 durch das Überbrückungskontaktstück 3 wenigstens teilweise freigegeben worden ist.

Das zweite Isolierstoffelement 6 weist zu diesem Zweck einen umlaufenden Steg 12 auf, dessen Höhe so gestaltet ist, daß der Ringkanal 8 im geeigneten Zeitpunkt von dem Über­ brückungskontaktstück 3 freigegeben wird.

Es ist außerdem ein Kompressionsraum 14 vorgesehen, in dem Löschgas mechanisch komprimiert wird. Zu diesem Zweck ist ein beweglicher Kompressionskolben 15 mechanisch über eine An­ triebsstange 16 mit dem Schalterantrieb verbunden, der auch das Überbrückungskontaktstück 3 antreibt. Der Kompressions­ raum 14 ist auf der Antriebsseite des Schalters angeordnet, so daß sich der Kompressionsraum 14 auf der dem Antrieb zu­ gewandten Seite des beweglichen Kompressionskolbens 15 be­ findet. Von dort aus wird das komprimierte Löschgas über ei­ nen axial verlaufenden Kanal 17 zum ersten Heizraum 4 gelei­ tet, in den es über ein Rückschlagventil 18 eingeleitet wird. Hierdurch ist gewährleistet, daß in dem Fall, daß ein starker Lichtbogen im Lichtbogenraum 13 einen hohen Löschgasdruck im Heizraum 4 bewirkt, kein Löschgas aus dem Heizraum 4 in den Kompressionsraum 14 gedrückt wird. Hierdurch wird eine übermäßige Belastung des Schalterantriebs bei großen zu schaltenden Stromstärken vermieden. Erst zu dem Zeitpunkt, zu dem das heiße Löschgas aus dem Heizraum 4 in den Lichtbo­ genraum 13 ausgeströmt und der Gasdruck im Heizraum entspre­ chend abgesunken ist, kann mechanisch komprimiertes Löschgas aus dem Kompressionsraum 14 in den Heizraum 4 nachströmen.

Durch die Schalterkonstruktion, wie sie in der Figur gezeigt ist, wird folgende Funktion erreicht:
Zunächst wird das Überbrückungskontaktstück 3 soweit ange­ trieben, daß es von dem Schaltkontaktstück 2 abläuft. Von diesem Zeitpunkt an beginnt, abhängig von der zu schaltenden Stromstärke ein Lichtbogen zwischen dem Lichtbogenkon­ taktstück 11 und dem Schaltkontaktstück 2 zu brennen, der durch das Überbrückungskontaktstück 3 gezogen wird und auf das Schaltkontaktstück 1 kommutiert. Sobald ein Ringkanal 20 zwischen dem Lichtbogenkontaktstück 11 des Überbrückungskon­ taktstücks 3 und dem Schaltkontaktstück 2 geöffnet ist, heizt der Lichtbogen das in dem Volumen 9 befindliche Löschgas auf und erhöht dessen Druck. Während des Stromnulldurchgangs des zu schaltenden Stroms kann das in dem zweiten Heizraum 9 be­ findliche Löschgas in den Lichtbogenraum 13 strömen und dort den Lichtbogen löschen. Hierbei wird es, sobald der Ringkanal 8 durch das Überbrückungskontaktstück 3 freigegeben ist, von dem Löschgas aus dem ersten Heizraum 4 unterstützt, sobald dieses ebenfalls durch die Wirkung des Lichtbogens aufgeheizt ist. Durch die Position des Ringkanals 8 kann somit bestimmt werden, in welcher zeitlichen Abfolge der Löschgasstrom aus dem zweiten Heizraum 9 und der Löschgasstrom aus dem ersten Heizraum 4 auf den Lichtbogen einwirken. Hierdurch kann eine effektive und zuverlässige Löschung des Lichtbogens in dem Lichtbogenraum 13 erreicht werden. Außerdem ist das Schaltkontaktstück 1 mit einem Aufsatz 19 aus einem Isolier­ stoff, beispielsweise Polytetrafluoräthylen versehen, wodurch der Lichtbogen dort weiteres Löschgas freisetzt, das eben­ falls der Verbesserung der Löschwirkung dient.

Claims (5)

1. Hochspannungs-Leistungsschalter mit zwei einander koaxial gegenüberstehenden, zur Abfuhr von Löschgas hohl ausgebil­ deten Schaltkontaktstücken (1, 2), zwischen denen ein Licht­ bogenraum (13) gebildet ist und mit einem diese koaxial um­ gebenden antreibbaren Überbrückungskontaktstück (3) sowie mit einem das Überbrückungskontaktstück (3) in dessen Einschalt­ stellung koaxial umgebenden ersten Heizraum (4) für das Löschgas der im Ausschaltzustand mittels eines ersten, im Einschaltzustand von dem Überbrückungskontaktstück (3) ver­ schlossenen Kanals (8) mit dem Lichtbogenraum (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Heizraum (9) vorgesehen ist, der im Aus­ schaltzustand mittels eines zweiten, im Einschaltzustand von dem Überbrückungskontaktstück (3) verschlossenen Kanals (20) mit dem Lichtbogenraum (3) verbunden ist und daß der zweite (20) und der erste Kanal (8) beim Ausschaltvorgang von dem Überbrückungskontaktstück (3) zu unterschiedlichen Zeitpunk­ ten freigegeben werden und daß das Überbrückungskontaktstück (3) im Einschaltzustand im wesentlichen innerhalb des zweiten Heizraums (9) angeordnet ist.

2. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst der zweite Kanal (20) und danach der erste Kanal (8) von dem Überbrückungskontaktstück (3) freigegeben werden.

3. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Heizraum (4) den zweiten Heizraum (9) umgibt und im wesentlichen von aus Isolierstoff bestehenden Elemen­ ten (5, 6, 7) begrenzt ist.

4. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Schaltkontaktstücke (1, 2) an seinem dem anderen Schaltkontaktstück zugewandten Ende einen Aufsatz (19) aus Isolierstoff trägt.

5. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Heizraum (4) über einen Kanal (17) mit einem Kompressionsraum (14) verbunden ist, in dem das Löschgas me­ chanisch komprimiert wird.