DE68911440T2

DE68911440T2 - Hochspannungsschalter mit gasförmigem Dielektrikum zum Beblasen.

Info

Publication number: DE68911440T2
Application number: DE89116944T
Authority: DE
Inventors: Denis Dufournet; Michel Perret; Edmond Thuries
Original assignee: GEC Alsthom SA
Current assignee: Alstom Holdings SA
Priority date: 1988-09-16
Filing date: 1989-09-13
Publication date: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2009-09-14
Also published as: JP2837188B2; EP0359224A1; ES2047078T3; JPH02121219A; CN1041239A; US4945197A; CA1317619C; DE68911440D1; ATE98811T1; FR2639147A1; FR2639147B1; EP0359224B1; BR8904656A; CN1018683B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungstrennschalter, bei dem die Trennkammer mit einem dielektrischen Gas, wie etwa Schwefelhexafluorid, gefüllt ist, und bei dem die Energie des Lichtbogens aufgrund der Steigerung des Druckes, den sie dem Gas erteilt, dazu benutzt wird, die zur Unterbrechung benötigte Energie zu verringern.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen Trennschalter mit einem Blaszylinder und einer zweiten Kammer, in der zwei Sekundärkontakte beim Öffnen des Schalters in der Lage sind, einen sekundären Lichtbogen zu erzeugen, der einen Beitrag zu der für das Trennmanöver benötigten Energie liefern soll.
Ein solcher Trennschalter ist an sich bekannt, beispielsweise durch das französische Patent Nr. 2 610 763.
Ein bei diesem Trennschaltertyp zu lösendes Problem besteht darin, daß der Druck im Blaszylinder zum Abschalten schwacher Ströme niedrig bleibt (geringe Betätigungsenergie) und daß der Druck beim Abschalten starker Ströme hoch ist, ohne daß die Betätigungsenergie entsprechend gesteigert wird.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Trennschalter anzugeben, bei dem die Betätigungsenergie auch beim Abschalten von Strömen geringer Stärke klein bleibt. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Trennschalters, bei dem der Blasdruck beim Abschalten von Kurzschlußströmen erheblich gesteigert wird.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein mit dielektrischem Gas unter Druck gefüllter Hochspannungs-Trennschalter mit mindestens einer Trennkammer, die eine mit dem Gas gefüllte isolierende Hülle aufweist, in der eine ortsfeste Einheit mit einem ortsfesten Hauptkontakt und einen ortsfesten Lichtbogenkontakt und eine bewegliche Einheit mit insbesondere einem beweglichen Hauptkontakt und einem beweglichen Lichtbogenkontakt angeordnet sind, wobei die Trennkammer weiter einen in die Blasdüse mündenden Blaszylinder und ein Paar Sekundärkontakte aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Blaszylinder begrenzt wird durch einen ersten Zylinder, der den beweglichen Lichtbogenkontakt bildet, einen zweiten Zylinder, der den beweglichen Hauptkontakt bildet, und einen ersten Kolben, der zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinder gleitet, wobei der erste Kolben durch eine Feder vorgespannt wird, die gegen ein mit der ortsfesten Einheit fest verbundenes Teil anliegt, wobei der erste Zylinder den beweglichen Lichtbogenkontakt bildet und ein Rohr, das mit der ortsfesten Einheit verbunden und koaxial zum zweiten Zylinder angeordnet ist, an der anderen Seite des Kolbens, der den Blaszylinder verschließt, ein veränderliches Volumen begrenzt, das einerseits durch den ersten Kolben, und andererseits durch einen ringförmigen Endkolben geschlossen wird, der mit dem ersten Zylinder verbunden ist und entlang des Rohres gleitet, wobei das Volumen die Sekundärkontakte umschließt, von denen der erste mit dem Rohr fest verbunden ist, während der zweite vom ersten Zylinder mitgenommen wird.
Durch die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des Trennschalters gemäß der Erfindung wird die Erfindung verdeutlicht.
Fig. 1 ist ein halber Axialschnitt der Trennkammer eines Trennschalters in geschlossener Schalterstellung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ist eine entsprechende Ansicht während des Öffnens des Trennschalters beim Abschalten eines Stromes geringer Stärke;
Fig. 3 ist eine entsprechende Ansicht, die das Ende des Öffnungsvorgangs darstellt; und
Fig. 4 ist eine entsprechende Ansicht, die das Öffnen des Trennschalters bei einem starken Strom darstellt.
Fig. 1 zeigt eine Trennkammer mit einer Hülle 1 aus isolierendem Material, wie etwa Keramik, die mit einem dielektrischen Gas, wie Schwefelhexafluorid, unter einem Druck von einigen Bar gefüllt ist. Im Inneren den Hülle befindet sich eine Einheit, die einen feststehenden Hauptkontakt aus Kontaktfingern 2, welche durch eine Glimmentladungsschutzkappe 3 geschützt sind, und einen Lichtbogenkontakt aufweist, der aus einem Metallrohr 4 besteht, das in einem Endstück 4A aus einer gegen Lichtbogeneinwirkungen beständigen Legierung endet.
Die bewegliche Einheit enthält einen Zylinder bzw. ein Rohr 5 aus Metall, das als beweglicher Lichtbogenkontakt dient und in einem Endstück 5A endet, das aus einer gegen die Lichtbogenwirkungen widerstandsfähigen Legierung besteht.
Der Zylinder 5 wird durch ein Metallrohr 6, beispielsweise aus Aluminium, mitgenommen, das an einer nicht dargestellten Betätigungsstange befestigt ist. Die Rohre 5 und 6 sind nicht miteinander verbunden; vielmehr ist eine geringe Verschiebung zwischen ihnen möglich. Die Verschiebung erfolgt über zwei Ansätzen 5B und 6B der Rohre 5 und 6. Sie ist durch einen Anschlag 6C begrenzt.
Ein Metallrohr 7, das konzentrisch um den Zylinder 5 angeordnet ist, dient als beweglicher Hauptkontakt.
Es trägt eine Blasdüse 8 aus Isoliermaterial. Es steht über die Kontaktfinger 10 mit einem metallischen Block 9, beispielsweise aus Aluminium, in elektrischer Berührung, der mit der ortsfesten Einheit fest verbunden ist. Der Zylinder 5 und das Rohr 7 sind durch einen Isolierkranz 12 fest miteinander verbunden, der von Löchern 12A durchbohrt ist.
Das durch die Rohre 5 und 7 begrenzte Volumen 20 wird durch einen Kolben 14 aus Isoliermaterial, beispielsweise Polytetrafluoräthylen, abgeschlossen.
Der Kolben 14 ist relativ zur ortsfesten Einheit halbbeweglich ausgeführt. Hierzu ist der Kolben 14 mit einem Zylinderabschnitt 15 fest verbunden, der in einem Absatz 15A endet, und kann entlang der Innenwand des Zylinders 7 gleiten.
Der Hub des Zylinders ist durch einen Anschlag am Ende 16A begrenzt, der den Absatz eines am Block 9 befestigten Zylinders 16 bildet.
Eine Feder 17, die zwischen den Absätzen 15A und 16A angeordnet ist, drückt den Kolben 14 gegen den Anschlag 16A.
Der Kolben 14 enthält ggf. ein Ventil 14A, das den Durchtritt des Gases nur vom Inneren des Raums 20 nach außen gestattet. Der Kolben 14 weist eine Dichtung 18 und eine Führung 19 auf.
Ein Paar von Hilfskontakten besitzt:
- einen ortsfesten, rohrförmigen Kontakt 30, der mit einem Ende 30A aus lichtbogenbeständigem Material versehen und am Rohr 16 befestigt ist,
- einem rohrförmigen Kontakt 31, der mit einem Verschleißende 31A versehen und an einem Führungsblock aus Isoliermaterial 32 befestigt und mit Gleitkontakten 31B versehen ist, welche mit dem Rohr 5 zusammenwirken.
Der Isolierblock wird im Ringraum zwischen den Rohren 5 und 16 durch einen Abschnitt 32A geführt, der am Rohr 16 anliegt.
Dieser Abschnitt ist mit Durchtrittsöffnungen 33 versehen, um den freien Durchtritt des Gases in den ringförmigen Raum 35 zwischen dem Rohr 16 und den Teilen 31 und 32 zu ermöglichen.
Das Isolierstück 32 ist mit einem Einrastsystem, beispielsweise Kugeln 36 und Federn 37, versehen, die mit Kehlen 38 und 39 zusammenwirken, welche in das Rohr 5 eingearbeitet sind. Ein Anschlag 40 des Rohres 16 begrenzt den Hub der Teile 31 und 32.
Der ringförmige Raum 35 wird von einem isolierenden Kolben 42 verschlossen, der am Rohr 5 befestigt ist und ein Führungssegment 43 sowie ein Ventil 44 besitzt, das den Durchtritt des Gases nur von außen in das Innere des Raumes 35 gestattet.
Das Rohr 5 weist an seinem Ende Löcher 46 auf. Desgleichen besitzt das Rohr 6 Löcher 47.
Das Teil 9 trägt einen Kontakt 48, der mit einem Ende 49 des Rohres 5 zusammenwirkt, um das Rohr 5 auf das gleiche Potential zu bringen wie das des Restes der beweglichen Einheit am Ende des Öffnungshubes.
Die Wirkungsweise des Trennschalters ist folgende: Wenn der Trennschalter geschlossen ist (Stellung in Fig. 1), fließt der Strom durch die Finger 2, das Rohr 7, die Finger 10 und das Teil 9.

Auftrennen von schwachen Ströme

Es handelt sich um Ströme höchstens in Höhe des Nennstroms der Anlage. Beim Öffnen des Trennschalters (Fig. 2) wird die bewegliche Einheit durch das Rohr 6 mitgenommen. Beim Trennen der Kontakte bildet sich ein Lichtbogen 50 zwischen den Lichtbogenkontakten 4 und 5. Durch die Erhöhung des Drukkes in der Kammer 20 wird der Kolben 14 mit Unterstützung durch die Feder 17 im Anschlag gegen das Teil 16 gehalten. Der Druck in der Kammer 20 bleibt konstant und niedrig, denn jeder Überdruck wird durch das Öffnen des Ventils 14A beseitigt.
Der in der Kammer 35 erzeugte Unterdruck verursacht das Öffnen des Ventils 44 und die Beibehaltung des Druckes im Raum 35. Es entsteht also kein Verlust pneumatischer Energie durch Saugwirkung.
Der Lichtbogen 60, der sich zwischen den Kontakten 30 und 31 entweder gleichzeitig wie der Lichtbogen 50, oder etwas vorher oder nachher bildet, erzeugt einen Überdruck, der so schwach ist, daß er den Kolben 14 relativ zum Anschlag 16A nicht verschieben kann.
Bevor der Strom durch die Wirkung der sich trennenden Kontakte unterbrochen wird, fließt er über den Kontakt 4, den Lichtbogen 50, das Rohr 5, die Kontakte 31B, den Kontakt 31, den Lichtbogen 60, den Kontakt 30, das Rohr 16 und das Teil 9.
Am Ende eines bestimmten Hubs trifft das Teil 32A auf den Anschlag 40. Das Rohr 5 setzt seine Bewegung fort, wobei die Kugeln 36 aus der Kehle 39 austreten und am Ende des Öffnungsmanövers in der Kehle 38 (Fig. 3) einrasten.
Der Kontakt 48 bringt das Ende 49 des Rohres 5 und somit den Kontakt 31 auf das Potential des Teils 9, des Rohres 16 und somit des Kontaktes 30.

Schließen des Trennschalters

Das Rohr 6 wird in der Figur nach links verschoben. Der Anschlag 6C nimmt das Rohr 5 mit, und die Kontakte 30 und 31 kommen ohne Lichtbogenerzeugung miteinander in Berührung, da sie durch den Kontakt der Teile 48 und 49 auf gleichem Potential sind. Der leichte Überdruck im Raum 35 wird durch die Löcher 46 und 47, die in Überdeckungsstellung gelangen, in den Innenraum 70 des Rohres 5 abgeleitet. Wenn der Kontakt 30 gegen den den Kontakt 31 tragenden Block stößt, verlassen die Kugeln 36 die Kehle 38, um am Ende des Einschaltvorgangs wieder in der Kehle 39 einzurasten.
Am Ende des Schließvorgangs ergibt sich wieder die Konfiguration der Fig. 1.

Auftrennen starker Ströme

Es handelt sich um Kurzschlußströme.
Fig. 4 zeigt den Trennschalter beim Öffnen durch Verschieben des Rohres 6 nach rechts in der Figur.
Der Lichtbogen 60 sehr großer Stromstärke verursacht ein rasches Aufheizen des Raumes 35 und des Raumes 35B, der von den Kontakten 30, 31, dem Kolben 32 und dem Rohr 5 umgeben ist.
Daraus folgt ein sehr rasche Anstieg des Druckes in den Räumen 35 und 35B, was eine Verschiebung des Kolbens 14 gegen die Wirkung der Feder 17 herbeiführt.
Die Verdichtung des Volumens 20 ist somit nicht nur die Folge der Verschiebung des Kolbens durch die Bewegung der beweglichen Einheit der Trennkammer, sondern auch der Verschiebung des Kolbens 14 relativ zur beweglichen Einheit.
Der Überdruck in der Kammer 35 verursacht das Schließen der Ventile 14A und 44.
Das so in der Kammer 20 doppelt verdichtete Gas erzeugt beim Austritt durch die Düse 8 einen extrem starken Blasstrahl.
Eine zweite Wirkung des Anstiegs des Druckes in den Räumen 35 und 35B besteht darin, daß eine Kraft auf den isolierenden Kolben 42 ausgeübt und so ein Beitrag zur Betätigungsenergie geliefert wird.
Hierzu tritt das heiße Gas des Raumes 35 durch die Löcher 33 des Teils 32A.
Das erneute Schließen des Trennschalters nach einem solchen Öffnungsvorgang zur Unterbrechung eines Stromes großer Stärke geschieht in der weiter oben im Kapitel "Schließen des Trennschalters" beschriebenen Weise. Die Löcher 46 und 47 stehen sich erneut gegenüber, so daß der Überdruck des Raumes 35 in den Raum 70 entweicht.
Der Trennschalter gemäß der Erfindung benötigt bei allen abzuschaltenden Stromstärken nur eine geringe Betätigungsenergie. Bei Kurzschlußströmen ist die Blaswirkung extrem stark.

Claims

1. Mit einem dielektrischen Gas unter Druck gefüllter Hochspannungs-Trennschalter mit mindestens einer Trennkammer, die eine mit dem Gas gefüllte isolierende Hülle (1) aufweist, in der eine ortsfeste Einheit mit einem ortsfesten Hauptkontakt (2) und einen ortsfesten Lichtbogenkontakt (4) und eine bewegliche Einheit mit insbesondere einem beweglichen Hauptkontakt (7) und einen beweglichen Lichtbogenkontakt (5) angeordnet sind, wobei die Trennkammer weiter einen in die Blasdüse (8) mündenden Blaszylinder (20) und ein Paar Sekundärkontakte (30, 31) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Blaszylinder begrenzt wird durch einen ersten Zylinder (5), der den beweglichen Lichtbogenkontakt bildet, einen zweiten Zylinder (7), der den beweglichen Hauptkontakt bildet, und einen ersten Kolben (14), der zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinder gleitet, wobei der erste Kolben durch eine Feder (17) vorgespannt wird, die gegen ein mit der ortsfesten Einheit fest verbundenes Teil (16A) anliegt, wobei der erste Zylinder (5) den beweglichen Lichtbogenkontakt bildet und ein Rohr (16), das mit der ortsfesten Einheit verbunden und koaxial zum zweiten Zylinder angeordnet ist, an der anderen Seite des Kolbens (14), der den Blaszylinder verschließt, ein veränderliches Volumen (35, 35B) begrenzt, das einerseits durch den ersten Kolben (14) und andererseits durch einen ringförmigen Endkolben (42) geschlossen wird, der mit dem ersten Zylinder (5) verbunden ist und entlang des Rohres (16) gleitet, wobei das Volumen die Sekundärkontakte umschließt, von denen der erste (30) mit dem Rohr (16) fest verbunden ist, während der zweite (31) vom ersten Zylinder (5) mitgenommen wird.

2. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der zweite Sekundärkontakt (31) zwischen einer ersten und einer zweiten festen Position entlang des ersten Zylinders (5) verschieben kann, der den beweglichen Lichtbogenkontakt bildet.

3. Trennschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Sekundärkontakt (31) mit einer Raste (36, 37) versehen ist, die mit Kehlen (38, 39), die in den den beweglichen Lichtbogenkontakt bildenden ersten Zylinder (5) eingearbeitet sind, zusammenwirkt, um den zweiten Sekundärkontakt in den festen Positionen zu blockieren.

4. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste Einheit einen Kontakt (48) trägt, der in Berührung mit dem den beweglichen Lichtbogenkontakt bildenden ersten Zylinder (5) gelangt, wenn der Trennschalter geöffnet ist.

5. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Blaszylinder (20) ein Ventil (14A) aufweist, das den Durchtritt des Gases nur vom Inneren des Zylinders nach außen erlaubt.

6. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Endkolben (42) ein Ventil (44) aufweist, das den Durchtritt des Gases nur von außen in das Innere des die Sekundärkontakte (30, 31) enthaltenden Raumes (35, 35B) erlaubt.

7. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, den beweglichen Lichtbogenkontakt bildende Zylinder (5) mit einem Mitnehmerrohr (6), unter Belassung eines gewissen Spiels, verbunden ist, derart, daß beim Schließen des Trennschalters Löcher (46), die in den den beweglichen Lichtbogenkontakt bildenden Zylinder eingearbeitet sind, mit Löchern (47), die in das Mitnehmerrohr (6) eingearbeitet sind, zur Deckung gebracht werden, um den Überdruck des die Sekundärkontakte (30, 31) enthaltenden Raumes (35) abzubauen.