DE69115635T2

DE69115635T2 - SF6-Lastschalter mit eingebautem Kondensator

Info

Publication number: DE69115635T2
Application number: DE69115635T
Authority: DE
Inventors: Joseph Martin; F- Meyzieu Van Pham; Edmond Thuries
Original assignee: GEC Alsthom SA
Current assignee: Alstom Holdings SA
Priority date: 1990-10-24
Filing date: 1991-10-21
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2011-10-22
Also published as: CA2053951A1; FR2668648B1; US5266758A; FR2668648A1; DE69115635D1; ES2081415T3; CA2053951C; EP0482555A1; ATE131956T1; EP0482555B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lastschalter mit dielektrischem Gas und mit einem eingebauten Kondensator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Schalter ist bekannt, zum Beispiel aus der Druckschrift US-A-4 383 150.
Die Schalter mit Schwefelhexafluorid (SF&sub6;) für die Unterbrechung großer Fehlerströme in der Leitung erfordern oft an ihren Klemmen einen Kondensator großen Werts, zum Beispiel von mehreren tausend Picofarad. In der Technik der konventionellen Schalter (d.h. nicht abgeschirmt) befindet sich dieser Kondensator in einem Porzellan, das aus Gründen der Isolationsfestigkeit notwendigerweise große Abmessungen aufweist. Gemäß der Technik der oben erwähnten Druckschrift ist der Kondensator neben dem eigentlichen Schalter in einem gemeinsamen Isolatorgehäuse angeordnet.
Es ist ein Ziel der Erfindung, einen Schalter mit Kondensator herzustellen, bei dem das Gesamtvolumen stark verringert ist.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß wie in Anspruch 1 definiert erreicht. Hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen dieses Schalters wird auf die abhängigen Ansprüche verwiesen.
Der Kondensator kann im Inneren der Kammer angeordnet werden, auch wenn sich dort bereits ein Varistor befindet, der zum Schutz gegen Überspannungen dient.
Die Erfindung wird nun anhand von verschiedenen Ausführungsbeispielen in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine Teilansicht einer Trennkammer im Axialschnitt mit Kondensator und Varistor, die im Inneren der Kammer angeordnet sind, gemäß einer ersten Ausführungsform.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform eines Mechanismus zum Einfügen des Varistors und der Kondensatoren.
Figur 3 zeigt eine Teilansicht im Axialschnitt eines Schalters mit Kondensatoren und Varistoren gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Figur 4 ist eine Schnittansicht gemäß der Linie V-V in Figur 3.
Figur 5 zeigt einen Einfügungsmechanismus für die Kondensatoren und den Varistor gemäß einer weiteren Variante.
Gemäß Figur 1 umschließt eine isolierende Hülle 1, vorzugsweise aus Porzellan, ein Volumen 2, das die Trennelemente des Schalters enthält. Die isolierende Hülle wird an einem Ende von einer Metallplatte 3 verschlossen, die an einem Metallkranz 4 befestigt ist, der einen ersten Stromanschluß bildet und innerhalb der Hülle von Armen 5 verlängert wird, an denen ein erstes Metallrohr 6, das den festen Hauptkontakt bildet, und ein zweites Rohr 7, das den festen Lichtbogenkontakt koaxial zum ersten Rohr bildet, befestigt sind.
Das Volumen 2 ist mit einem Gas mit guten dielektrischen Eigenschaften, wie z.B. Schwefelhexafluorid, unter einem Druck von einigen Bar gefüllt.
Die bewegliche Einheit des Schalters enthält ein Metallrohr 9, das von einer Glimmentladungs-Schutzhaube 10 verlängert wird und mit einer querliegenden metallischen Trennwand 11 versehen ist, die Kontaktfinger 12 trägt, welche den beweglichen Hauptkontakt bilden. Ein Blasrohr 13, das von Kontaktfingern 14 verlängert wird, bildet den beweglichen Lichtbogenkontakt. Die Trennwand, die Löcher 15 für den Durchlaß des Blasgases aufweist, trägt eine Blasdüse 17 aus isolierendem Material. Die Blaswirkung wird von einem festen Kolben gewährleistet, der innerhalb des Rohrs 9 angeordnet und in Figur 1 nicht dargestellt ist. Das Rohr 9 ist über nicht dargestellte gleitende Kontakte mit einem zweiten Stromanschluß des Schalters verbunden.
Erfindungsgemäß ist der der Trennkammer zugeordnete Kondensator im Inneren dieser Kammer angeordnet. Er besteht aus der Stapelung einer bestimmten Anzahl von Kondensatorelementen 30, die in einer isolierenden zylindrischen Hülle 31 angeordnet sind, welche mit einem Ende an der Platte 3 befestigt ist und am anderen Ende von einem Metallblock 36 verschlossen wird.
Das Einfügen des Kondensators parallel zu den Kontakten des Schalters wird von metallischen Armen 37 gewährleistet, die am Block 36 befestigt sind und an ihrem Ende einen Kontaktring 22, zum Beispiel aus Kupfer, tragen. Dieser Ring steht mit einer metallischen rohrförmigen Elektrode 23 in Kontakt, die am Rohr 9 befestigt ist.
Wenn der Schalter sich in der eingeschalteten Stellung befindet (dies ist die in Figur 1 dargestellte Stellung), steht der Ring 22 mit der Elektrode 23 in Kontakt, so daß der aus den Elementen 30 bestehende Kondensator parallel an die Klemmen des Schalters angeschlossen ist.
Während des Ausschaltens hebt der Ring 22 von der Elektrode 23 ab, die sich mit dem beweglichen element nach unten in der Figur bewegt, so daß der Kondensator abgetrennt ist, wenn der Schalter sich in der ausgeschalteten Stellung befindet.
Der Schalter ist in der Figur 1 in der ausgeschalteten Stellung dargestellt, und man sieht den Blaskolben 25.
Die Platte 3 besitzt ein zentrales Loch, um die Serienanordnung eines aus Elementen 30 bestehenden Varistors und eines aus Elementen 38 bestehenden Widerstands zu erlauben, wobei die Elemente 30 und 38 im isolierenden Rohr 31 gestapelt sind.
Die Varistorelemente können auf der Basis von Zinkoxid (ZnO) oder Siliziumkarbid (CSi) hergestellt sein. Die Widerstandselemente sind auf der Basis von Kohlenstoff ausgebildet.
Das Rohr 31 ist am oberen Teil einer metallischen Haube 32 befestigt, die die Trennkammer in ihrem oberen Bereich schließt und in elektrischem Kontakt mit der Metallplatte 3 steht. Die Stapelung von Elementen wird von einer Metallplatte 33 bedeckt, die über eine Litze 34 mit der Haube 32 verbunden ist und von einer Feder 35 gegen den Boden der Haube gedrückt wird.
Das Rohr 31 wird in seinem unteren Bereich vom Metallblock 36 verschlossen, der die Arme 37 trägt, an deren Ende der Metallring 22 befestigt ist, zum Beispiel aus Kupfer, der mit der Elektrode 23 für die Einfügung des Varistors zusammenwirkt.
Der Kondensator 45 ist kegelstumpfförmig und ist mechanisch und elektrisch einerseits mit der Platte 3 und andererseits mit dem Metallblock 36 verbunden. Der Kondensator 45, der koaxial zum Varistor liegt und ihn teilweise umgibt, ist zum Varistor parallelgeschaltet, wobei diese Einheit aus Kondensator und Varistor zu den Kontakten des Schalters parallel liegt.
Aufgabe des Varistors ist es, die Überspannungen zu begrenzen, und Aufgabe des Kondensators mit großer Kapazität ist es, die Verzögerungszeit (td gemäß den Normen CEI) Übergangsspannung beim Einschalten zu verlängern und die der Oszillationsfrequenz der Leitungsspannung bei der Unterbrechung des Fehlerstroms aus kurzer Entfernung zu verringern (Kilometerfehler).
Figur 2 zeigt eine Ausführungsvariante, in der der Stab 37 mit einer rohrförmigen Elektrode 46 zusammenwirkt, die mechanisch und elektrisch mit dem Rohr 9 verbunden ist. Ein fest mit dem Stab 37 verbundener Glimmentladungs-Schutz ring 47 ist vor dem Ende der Elektrode angeordnet. Aus Gründen der Symmetrie und des mechanischen Gleichgewichts des Geräts kann der Schalter eine zweite rohrförmige Elektrode aufweisen, die mit einem anderen Arm zusammenwirkt und symmetrisch in Bezug auf die Achse des Rohrs 9 angeordnet ist.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Schalters; die den Figuren 1, 3 und 4 gemeinsamen Elemente tragen die gleichen Bezugszeichen.
Der Kondensator wird aus mehreren zylindrischen Kondensatorelemente 45A hergestellt, die parallel angeordnet sind, vorzugsweise aus vier Elementen; sie sind mechanisch und elektrisch einerseits mit der Platte 3 (die vorteilhafterweise mit der Platte 4 ein gemeinsames Teil bildet) und andererseits mit dem Block 36 verbunden, der Schultern 36A aufweist.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil im Vergleich mit der der Figur 2, daß sie die Verwendung handelsüblicher zylindrischer Kondensatoren erlaubt.
Der Einfügungsmechanismus der Figur 2 ist auf die Ausführungsform der Figur 3 anwendbar.
Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Einfügungsmechanismus für den Varistor und die Kondensatoren.
Der Arm 37 trägt eine Elektrode 22, die mit einem Metallrohr 70 zusammenwirkt, das ein Volumen 77 begrenzt und mit einem ein Loch aufweisenden oberen Deckel 71 versehen ist. Ein Metallteil 72, das einen Kopf 72A, einen Stab 72B und einen Anschlag 72C aufweist, kann sich gegenüber dem Rohr über eine Länge d bewegen.
Die Höhe des Kopfes 72A wird so gewählt, daß er nicht über die Haube 10 vorsteht, wenn der Schalter sich in der eingeschalteten Stellung befindet (Figur 5); die Breite des Rohrs 72 wird so gewählt, daß die Elektrode 22 mit dem Rohr und dem Kopf 72A während des Öffnungsmanövers des Schalters in elektrischen Kontakt gerät. Löcher 80 im Rohr 70 vermeiden eine zu schnelle Komprimierung des Gases im Volumen 77 am Hubanfang.
Das Teil 72 ist elektrisch über eine Litze 73 mit dem Rohr 70 verbunden. Das Rohr 70 ist am Rohr 9 mechanisch befestigt und elektrisch mit ihm verbunden, zum Beispiel über Lötstellen 74.
Der Kopf 72A trägt einen Magneten 75, der, wenn der Schalter in der eingeschalteten Stellung ist, sich vor einem Magneten 76 befindet, der vom Arm 37 getragen wird. Der Kopf 72A kann einfach aus Weichstahl sein. Es ist möglich, die Magneten 75 und 76 durch die Magneten 75A und 76A zu ersetzen.
Die Betriebsweise ist wie folgt:
- In der eingeschalteten Stellung werden der Varistor und die Kondensatoren von den Kontakten des Schalters kurzgeschlossen.
- Beim Ausschalten wird das bewegliche Element nach unten in der Figur bewegt.
Aufgrund der Trägheit und der Anziehungskraft der Magneten bleibt das Teil 72 unbeweglich, so daß die Dauer des Kontakts zwischen der Elektrode 22 und dem Rohr 9 über das Rohr 70, das Teil 72 und die Litze 73 in Bezug auf die Dauer der Ausführungsform gemäß Figur 3 um eine Dauer verlängert ist, die der Verschiebung des Rohrs 9 entspricht. Zwischen dem Zeitpunkt, in dem die Lichtbogenkontakte 7 und 14 sich trennen, und dem Zeitpunkt, wo die Elektrode 22 vom Kopf 72A abhebt, werden der Varistor und die Kondensatoren parallel zum Öffnungslichtbogen eingefügt. Am Ende des Ausschaltvorgangs fällt der Kopf 72A auf den Deckel 71 zurück. Es ist möglich, zwischen dem Deckel 71 und dem Anschlag 72C eine Feder geringer Steifigkeit anzuordnen, um die Rückkehr des Teils 72 zum Deckel 71 am Hubende zu erleichtern.
Beim Schließen des Schalters zieht das Rohr 70 den Kopf 72A mit, der sich wieder aufgrund der Magnete, wie in Figur 5 gezeigt, genau in Stellung bringt und den Varistor einfügt, ehe die Lichtbogenkontakte 14 und 7 in Kontakt gelangen.
Aus Gründen des Gleichgewichts der Vorrichtung ordnet man vorteilhafterweise ein zweites Einfügungssystem gleich dem soeben beschriebenen symmetrisch in Bezug auf die Achse des Rohrs 9 an.
Der Schalter, von dem verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurden, ist ein Schalter der fünften Generation von SF&sub6;-Schaltern, nach den Schaltern mit doppeltem Druck der 60er Jahre (erste Generation), den Selbstblas-Schaltern (zweite Generation), den Schaltern mit Wärmevolumen (dritte Generation) und den Schaltern mit Wärmeausdehnung und mit beweglichem Element, dessen Verschiebung unterstützt wird.
Dieser Schalter der fünften Generation erlaubt eine bessere Unterbrechung und schützt sich selbst gegen Überspannungen. Die Maßnahmen der vorliegenden Erfindung sind auf abgeschirmte Schalter anwendbar, deren Hülle geerdet ist (Schalter in Metallhülle).

Claims

1. Hochspannungsschalter, der für jede Phase mindestens eine Trennkammer aufweist, die eine zylindrische dichte isolierende Hülle (1) besitzt, die mit einem Gas mit guten dielektrischen Eigenschaften gefüllt ist und einen festen Lichtbogenkontakt (7) und eine bewegliche Einheit mit Lichtbogenkontakten (14) enthält, wobei die Kammer weiter einen Zylinder (9), einen Blaskolben (25) und eine Blasdüse (17) sowie einen Kondensator (45, 45A) in Verbindung mit einem Mechanismus (37; 23, 46, 55, 70-72) aufweist, der seine vorübergehende Einfügung parallel zu den Lichtbogenkontakten (7, 14) und zu Dauerkontakten (6, 12) bei einem Ausschalt- oder Einschaltvorgang des Schalters erlaubt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Serienanordnung eines Varistors (30) aus einem Material auf der Basis von Zinkoxid oder Siliziumkarbid mit einem Widerstand (38) mit dem Kondensator elektrisch parallelgeschaltet ist, wobei die Einheit aus dem Kondensator, dem Varistor und dem Widerstand innerhalb der Hülle angeordnet und dem Einfügungsmechanismus zugeordnet ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Varistor und der Widerstand aus einem Stapel von Elementen (30, 38) bestehen, der in einem isolierenden Rohr (31) angeordnet ist, wobei der Kondensator in Form eines Kegelstumpfs (45) ausgebildet ist, der koaxial zum Rohr (31) liegt und es mindestens teilweise umgibt.

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Varistor aus einem Stapel von Elementen (30) besteht, die in einem isolierenden Rohr (31) angeordnet sind, während der Kondensator in Form von zylindrischen Elementen (45A) ausgebildet ist, die elektrisch parallelgeschaltet und parallel zur Achse der Hülle (1) angeordnet sind.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfügungsmechanismus mindestens einen metallischen Arm (37) aufweist, der mit einem der dem Varistor und dem Kondensator gemeinsamen Punkte verbunden ist und mit einer Elektrode (46, 72) zusammenwirkt, die in elektrischer Verbindung mit dem zweiten Stromanschluß steht.

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode ein Rohr (46) ist, das an einem Teil (9) des beweglichen Elements befestigt ist.

6. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode ein metallisches Teil (72) aufweist, von dem ein Kopf (72A) in elektrischem Kontakt mit dem Arm (37) steht, wenn der Schalter sich in der eingeschalteten Stellung befindet, und von dem ein Fuß (72C) in einem metallischen rohrförmigen Teil (70) gleiten kann, das mechanisch und elektrisch mit einem Teil (9) des beweglichen Elements verbunden ist, das mit dem zweiten Stromanschluß verbunden ist, wobei der Fuß elektrisch mit dem rohrförmigen Teil über eine Metallitze (73) verbunden ist und der Kopf (72A) einen Magneten (75) trägt, der vor einem Magneten (76) des Arms (37) angeordnet ist, wenn der Schalter sich in der eingeschalteten Stellung befindet, wobei das Metallteil (72) eine Trägheit und eine Anziehungskraft aufweist, die ausreichen, um ihm zu erlauben, einen Moment in Kontakt mit der Elektrode (22) zu bleiben, trotz der Verschiebung des beweglichen Elements bei einem Ausschaltvorgang des Schalters.