DE69007136T2

DE69007136T2 - Druckgasschalter für Hoch- und Mittelspannung.

Info

Publication number: DE69007136T2
Application number: DE69007136T
Authority: DE
Inventors: Edmund F-69330 Meyzieu Thuries
Original assignee: GEC Alsthom SA
Current assignee: Alstom Holdings SA
Priority date: 1989-01-02
Filing date: 1990-01-02
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2010-01-03
Also published as: BR9000007A; FR2641409B1; JP2655733B2; FR2641409A1; CA2006934A1; CN1016548B; EP0380907B2; EP0380907A1; EP0380907B1; DE69007136D1; DE69007136T3; ATE102741T1; CA2006934C; CN1044008A; JPH02230625A; US4983789A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochspannungstrennschalter, der mit einem dielektrischen Gas, wie etwa Schwefelhexafluorid, unter einem Druck von einigen Bar betrieben wird.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen Trennschalter des genannten Typs, bei dem im Moment des Abschaltens die Zunahme des Druckes aufgrund des Auftretens eines elektrischen Lichtbogens zwischen den Lichtbogenkontakten dazu genutzt wird, um eine Antriebskraft auf die beweglichen Organe auszuüben. Diese bekannte Anordnung, siehe beispielsweise das französische Patent Nr. 85 00610, angemeldet am 16. Januar 1985 und veröffentlicht am 18. Juli 1986 unter der Nummer 2 576 142, ermöglicht die Lichtbogenunterbrechung, ohne dazu den Einsatz einer Betätigungsvorrichtung mit zu großer Leistung zu benötigen.
Bei solchen Trennschaltern mit geringer Betätigungsenergie breitet sich der in der Nähe des Lichtbogens entstehende Druck bis zu einem mit den beweglichen Organen verbundenen Kolben aus.
Die Leichtigkeit und die Schnelligkeit, mit der sich der Druck ausbreitet, hängt einerseits von den Hindernissen ab, die sich im Gaskanal zwischen der Lichtbogenzone und dem Kolben befinden, und andererseits von der Entwicklung des Druckgradienten zwischen der Lichtbogenzone und der Fläche des Kolbens.
Bei den bekannten Anordnungen, wie beispielsweise bei der in der veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE-31 32 825 A1 oder im amerikanischen Patent 2 957 063 beschriebenen Anordnung, strömt das Gas durch Kanäle, deren enger Querschnitt für eine rasche Strömung ungünstig ist. Darüber hinaus nimmt der Druckgradient zwischen der Lichtbogenzone und der Fläche des Kolbens schnell ab, derart, daß sich die mechanische Wirkung des Gases nach dem Auftreten des Lichtbogens sehr rasch verringert.
Die Druckschrift DE-A-3 132 825 beschreibt einen Trennschalter entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, einen Trennschalter zu schaffen, bei dem der Druck schnell auf den mit dem Betätigungsorgan verbundenen Kolben übertragen wird und bei dem die Gasströmung aus der Lichtbogenzone rasch und ohne Störungen abfließt.
Gegenstand der Erfindung ist ein mit Blasgas betriebener Hochspannungstrennschalter, wie er in Anspruch 1 definiert ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Lichtbogenkontakt aus einem ersten Ende eines koaxial zum Schalter verlaufenden Metallrohres, wobei das zweite Ende des Rohres mit dem Betätigungsorgan verbunden und der zweite Kolben ein das Rohr ringförmig umgebender und fest mit ihm verbundener Kolben ist, wobei die Mittel zur Herstellung einer Verbindung mit geringen Druckverlusten aus dem Rohr bestehen, das an seinem Umfang von großen Öffnungen durchquert wird, wobei das Innere des Rohres im wesentlichen in Höhe des Kolbens durch ein Bauteil verschlossen ist.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
Fig. 1 ist eine Teilansicht in Form eines halben Axialschnittes eines Trennschalters gemäß der Erfindung in der Schließstellung;
Fig. 2 ist eine Teilansicht in Form eines halben Axialschnittes des gleichen Trennschalters während des Öffnungsvorganges (Abschalten), und
Fig. 3 ist eine Teilansicht in Form eines halben Axialschnittes des gleichen Trennschalters während des Schließens (Einschalten).
Der in Fig. 1 in der Teilansicht dargestellte Trennschalter enthält eine Hülle 1 aus isolierendem Material, z.B. Keramik, mit allgemein zylindrischer Form um die Achse XX, wobei die Hülle ein inneres Volumen Vo umgrenzt, das mit einem unter Druck von einigen Bar stehenden dielektrischen Gas gefüllt ist.
Der Trennschalter weist einen festen Hauptkontakt 2, der mit einem nicht dargestellten ersten Stromanschluß verbunden ist, und einen festen Lichtbogenkontakt 2 mit einem Ende 3A auf, das aus einer gegen die Wirkungen des Lichtbogens beständigen Legierung, z.B. einer Wolframlegierung, besteht.
Die beweglichen Organe des Trennschalters enthalten ein Rohr 4, dessen eines Ende 4A, bestehend aus einer gegen den Lichtbogen beständigen Legierung, den beweglichen Lichtbogenkontakt bildet. Das Rohr 4 ist mit seinem anderen Ende 4B an eine nicht dargestellte Betätigungsvorrichtung angeschlossen. Das Rohr 4 ist fest mit einem Rohr 5 verbunden, dessen eines Ende 5A den beweglichen Hauptkontakt des Trennschalters bildet.
Am Ende 5A ist eine isolierende Düse 6 befestigt, deren Kragen durch den Lichtbogenkontakt 4 verdeckt wird, wenn der Trennschalter geschlossen ist.
Löcher 7 sind in den die Rohre 4 und 5 verbindenden Ring eingearbeitet, derart, daß die Rohre ein gemeinsames Volumen V1 definieren, das durch die Düse 6 auf der einen Seite verschlossen ist.
Das Rohr 5 wird durch einen ersten rohrförmigen Abschnitt 8A eines feststehenden Metallteils 8 geführt, das einen zweiten rohrförmigen Abschnitt 8B besitzt, dessen Durchmesser deutlich größer als der des Abschnittes 8A ist.
Das Teil ist mit einem zweiten nicht dargestellten Stromanschluß verbunden.
Das Rohr 5 trägt einen elektrischen Gleitkontakt 5C, der mit dem Rohr 8A zusammenwirkt.
In der eingeschalteten Stellung des Trennschalters fließt der Strom durch die Bauteile 2, 5, 8. Eine Dichtung 9 bildet die Abdichtung zwischen dem Rohr 5 und dem Rohr 8A.
Die Verbindung zwischen den Rohren 8A und 8B erfolgt über einen massiven Abschnitt des Teils 8, in den Öffnungen in Form radialer Durchlässe 10 eingearbeitet sind. Die Durchlässe sind normalerweise durch einen Schieber 11 verschlossen, dessen eines ringförmige Ende 11A mit einer ringförmigen Dichtung 8C an der Basis der Durchlässe zusammenwirkt. Das Ende 11A dient außerdem zur Begrenzung des Hubs des Schiebers, indem es gegen die Basis der Durchlässe gegenüber der Dichtung 8C anstößt. Der Schieber 11 besitzt die allgemeine Form eines Rohres. Er ist fest mit einem rohrförmigen Abschnitt 11B verbunden, der auf dem Rohr 4 gleiten kann, das ihm als Führung dient.
Die Abdichtung erfolgt durch eine Dichtung 12. Der Schieber 11 wird auch durch das feststehende Teil 8A geführt, das einen entsprechenden Ansatz aufweist.
Der Ringraum zwischen den Rohren 11 und 11B kann durch ein ringförmiges Ventil 13 verschlossen werden, dessen Hub durch einen vorspringenden Kragen 11C des Teils 11B begrenzt wird.
Das Rohr 5, das den Blaszylinder des Trennschalters bildet, ist fest mit einem Kolben 14 im Inneren des Rohres 8B verbunden und kann aufgrund einer Dichtung 14D dicht im Rohr gleiten. Der Kolben 14 begrenzt mit den Rohren 8A und 8B ein Volumen V2. Der Kolben besitzt Öffnungen 14A, die durch eine ringförmige Ventilklappe 16 geschlossen werden können, deren Hub durch einen vorspringenden Kragen 14B begrenzt wird.
Gemäß einem Grundmerkmal der Erfindung ist der Querschnitt des Kolbens gegenüber dem Querschnitt des Blaszylinders groß. Beispielsweise beträgt das Verhältnis der Durchmesser mindestens 2:1.
Der Kolben 14 besitzt weiter kalibrierte Öffnungen 14C, deren Aufgabe später erläutert wird.
Das Rohr 4 besitzt an seiner Oberfläche sehr große Öffnungen 15, die das Volumen V2 durch weite Durchgänge mit dem Volumen V3 im Inneren des Rohres 4 verbinden. Wie ersichtlich, ist das Volumen V3 auf Seiten des Betätigungsorgans durch eine, mit dem Rohr 4 fest verbundene Scheibe 17 geschlossen.
Die Wirkungsweise des Trennschalters ist folgende:

1) Unterbrechung starker Ströme (Kurzschlüsse)

Bei Erfassung eines Kurzschlusses bewegt die Betätigungseinrichtung des Trennschalters die beweglichen Organe (Rohre 4 und 5, Düse 6, Kolben 14) in der Figur nach rechts.
Die Hauptkontakte trennen sich voneinander und der Strom fließt dann über die Lichtbogenkontakte 3 und 4.
Bei der Trennung der Lichtbogenkontakte bildet sich ein Lichtbogen 20 (Fig. 2). Er heizt das umgebende Gas stark auf, so daß der Druck erheblich zunimmt. Das Volumen V1 schließt sich durch das Anlegen der Ventilklappe 13. Das heiße Gas entweicht durch das die Achse umgebende Volumen V3 und strömt durch die Öffnungen 15 in das Volumen V2.
Da die Oberfläche des Kolbens sehr groß ist, ist die auf den Kolben wirkende Kraft, die den Öffnungsvorgang unterstützt, groß.
Das Abfließen des aus der Lichtbogenzone kommenden heißen Gases wird erleichtert:
a) durch die großen Öffnungen 15, die die Druckverluste auf null reduzieren,
b) durch die kalibrierten Öffnungen 14C, die die Höhe des Druckes im Volumen V2 begrenzen und so das Bestehen eines Druckgradienten zwischen der Lichtbogenzone und der Zone des Kolbens 14 bewirken.
Der im Volumen V1 herrschende Druck erzeugt beim ersten Nulldurchgang des Stromes eine Entspannung des Gases durch die Düse 6, die die Löschung des Lichtbogens herbeiführt.

2) Unterbrechung schwacher Ströme (Nennstrom, kapazitive Ströme bzw. schwache induktive Ströme)

Bei der Trennung der Lichtbogenkontakte reicht die Druckerhöhung durch den Lichtbogen nicht aus, um die Ventilklappe 16 auf ihren Sitz zu drücken. Sie bleibt offen, was im Volumen V2 jede Druckminderung verhindert, die die beweglichen Organe abbremsen würde.
Der Druck im Volumen V1 reicht aus, um die Ventilklappe 13 gegen ihren Sitz zu drücken. Die Entspannung des Volumens V1 beim Nulldurchgang des Stromes genügt, um den Lichtbogen zu unterbrechen.

3) Schließen des Trennschalters (Einschalten)

Es wird auf Fig. 3 Bezug genommen.
Das Betätigungsorgan verschiebt die beweglichen Organe in der Figur nach rechts. Ein leichter Überdruck im Volumen V2 verursacht zum einen das Schließen des Ventils 16, und zum anderen, in Verbindung mit einer leichten Druckverminderung im Volumen V1, eine Bewegung des Schiebers 11 nach links.
Letzterer gibt die Basis der Durchlässe 10 frei, wodurch das Gas aus dem Volumen V2 in das Volumen Vo entweichen kann und ein Energieverlust durch die Verdichtung des Gases verhindert wird.
Die Ventilklappe 13 öffnet sich, was ein Wiederauffüllen des Volumens V1 ermöglicht, ohne daß dazu wegen einer erheblichen Druckabsenkung im Volumen V1 ein besonderer Kraftaufwand erforderlich wäre.
Der beschriebene Trennschalter benötigt im Vergleich zu Trennschaltern des Standes der Technik nur eine sehr geringe Schaltenergie.
Die Erfindung findet bei Trennschaltern im Hoch- und Mittelspannungsbereich Anwendung.

Claims

1. Hoch- und Mittelspannungstrennschalter mit Blasgas, der eine mit einem unter Druck stehenden dielektrischen Gas gefüllte zylindrische, isolierende Hülle, einen ortsfesten Hauptkontakt (2), einen ortsfesten Lichtbogenkontakt (3) und mit einem Betätigungsorgan verbundene bewegliche Schaltorgane aufweist, die einen beweglichen Hauptkontakt (5A), einen beweglichen Lichtbogenkontakt (4A), einen Blaszylinder (5), der einer Blasdüse (6) zugeordnet ist und mit einem ersten Kolben (13) zusammenwirkt, und einen zweiten fest mit den beweglichen Schaltorganen verbundenen Kolben (14) aufweisen, der in einem zweiten ortsfesten Zylinder (8B) gleitet und durch einen rohrförmigen Abschnitt (8A) fest mit dem ersten Kolben (13) verbunden ist und der mit Mitteln (15) zur Herstellung einer Verbindung mit der Lichtbogenzone bei geringen Druckverlusten zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zylinder (8B) einen größeren Durchmesser als der rohrförmige Abschnitt (8A) besitzt, derart, daß der Querschnitt des zweiten Kolbens (14) wesentlich größer als der des ersten Kolbens (13) ist, wobei der zweite Kolben von kalibrierten Öffnungen (14C) zur Begrenzung des auf die Fläche des Kolbens einwirkenden Druck durchquert wird, die die durch den Lichtbogen aufgeheizten Gase empfängt.

2. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogenkontakt von einem ersten Ende (4A) eines koaxial zum Trennschalter verlaufenden Metallrohres (4) gebildet wird, während das zweite Ende (4B) des Rohres mit dem Betätigungsorgang verbunden ist, wobei der zweite Kolben (14) ein das Rohr umgebender und fest mit ihm verbundener ringförmiger Kolben ist und die Mittel zur Herstellung einer Verbindung mit geringen Druckverlusten aus dem Rohr (4) bestehen, das an seinem Umfang große Öffnungen (15) besitzt, wobei das Innere des Rohres im wesentlichen in Höhe des Kolbens durch ein Bauteil (17) verschlossen ist.

3. Trennschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kolben eine ringförmige Ventilklappe (13) aufweist, die einen zylindrischen, das Rohr (4) umgebenden und koaxial zu diesem verlaufenden zylindrischen Schieber schließt, wobei der Schieber zwei Stellungen einnehmen kann, in denen er Durchlässe (10) im zweiten Zylinder (8B) schließen oder öffnen kann, die in das Volumen der angrenzenden Hülle (1) einmünden.

4. Trennschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe (10) radiale Schächte sind.

5. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben eine Ventilklappe (16) trägt, die sich schließt, wenn der Druck auf der auf der der Lichtbogenzone näheren Seite des zweiten Kolbens (14) größer als der Druck auf der anderen Seite ist.