EP0664553B1 - Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Heizraum - Google Patents

Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Heizraum Download PDF

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EP0664553B1
EP0664553B1 EP94250299A EP94250299A EP0664553B1 EP 0664553 B1 EP0664553 B1 EP 0664553B1 EP 94250299 A EP94250299 A EP 94250299A EP 94250299 A EP94250299 A EP 94250299A EP 0664553 B1 EP0664553 B1 EP 0664553B1
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channel
heating chamber
bridging contact
arc
space
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EP94250299A
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Hold Dr. Dienemann
Hartmut Dr. Knobloch
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H33/901—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism making use of the energy of the arc or an auxiliary arc

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage circuit breaker with two mutually coaxially opposed, hollow for the discharge of extinguishing gas switching contact pieces, between which an arc space is formed and with this coaxially drivable bridging contact piece and with the bridging contact piece in its switch-on position coaxially surrounding the first heating chamber for the extinguishing gas, which is connected to the arc chamber in the switched-off state by means of a first channel which is closed by the bridging contact piece in the switched-on state.
  • Such a high-voltage circuit breaker is known for example from DE-OS 41 03 119.
  • a switch is known with a plurality of heating rooms, some of which are connected to one another and which are successively connected to the arc room.
  • the arrangement of these boiler rooms axially one behind the other requires a large length of the switch and a long switching distance of the drivable contact piece.
  • the invention has for its object that in a high-voltage circuit breaker of the type mentioned To further improve extinguishing behavior while keeping the necessary drive energies as low as possible.
  • a second heating chamber is provided which is connected to the arc chamber in the switched-off state by means of a second channel closed by the bridging contact piece in the switched-on state, in that the second and the first channel are released by the bridging contact piece at different times during the switching-off process be that the bridging contact piece is arranged in the switched-on state substantially within the second heating space and that the first heating space surrounds the second heating space and is essentially limited by elements made of insulating material.
  • the channels can, for example, be formed particularly simply by the arc space and temporarily ring channels coaxially surrounding the bridging contact piece.
  • the invention can also be advantageously configured in that the first heating chamber is connected via a channel to a compression chamber in which the extinguishing gas is mechanically compressed.
  • extinguishing gas can be provided in a manner known per se by a mechanical compression device even in the case in which only a low-current arc is present, so that the heating of the extinguishing gas is not sufficient for a sufficient extinguishing gas flow to occur.
  • the mechanically compressed quenching gas can assist the quenching gas provided by high-pressure arc heating to extinguish the arc.
  • the figure shows a part of a high-voltage circuit breaker with two mutually opposite, hollow switching contact pieces 1, 2 which are bridged by the bridging contact piece 3 in the switched-on state.
  • the figure shows this switch-on state in the lower half-section and the switch-off state in the upper half-section.
  • An arc space 13 is formed between the switch contact pieces 1, 2, in which an arc burns temporarily between the switch contact pieces 1, 2 when the switch is switched off.
  • a first heating space 4 coaxially surrounds the switching contact pieces 1, 2 and the arc space 3. It is delimited by a first insulating element 5, a second insulating element 6 and a cylinder jacket 7 and has an annular channel 8 for the discharge of the quenching gas into the arc space 3.
  • an intermediate space 9 is formed, which the bridging contact piece 3 essentially fills in the switched-on state.
  • the bridging contact piece 3 releases this space 9.
  • the contact fingers 10 of the bridging contact piece 3 have expired from the switching contact piece 2 and the arcing contact 11 of the bridging contact piece 3 is at a distance from the switching contact piece 2, an arc is drawn there and at the same time an annular channel 20 is released, which connects the space 9 with the arcing space 3 .
  • the space 9 filled by the bridging contact piece 3 when it is switched on is thus available as a second heating space for the quenching gas heated by the arc.
  • the second insulating material element 6 is shaped so that the ring channel 8 between the first heating space and the arc space 3 is only released by the bridging contact piece 3 after the bridging contact piece 3 has expired from the switching contact piece 2, i. H. after the connecting channel 20 between the second heating chamber 9 and the arc chamber 3 has been at least partially released by the bridging contact piece 3.
  • the second insulating element 6 has a circumferential web 12, the height of which is designed such that the ring channel 8 is released by the bridging contact piece 3 at a suitable time.
  • a compression space 14 is also provided, in which the extinguishing gas is mechanically compressed.
  • a movable compression piston 15 is mechanically connected to the switch drive via a drive rod 16, which also drives the bridging contact piece 3.
  • the compression space 14 is arranged on the drive side of the switch, so that the compression space 14 is located on the side of the movable compression piston 15 facing the drive. From there, the compressed extinguishing gas is passed via an axially extending channel 17 to the first heating chamber 4, into which it is introduced via a check valve 18.
  • the switch construction as shown in the figure, achieves the following function:
  • the bridging contact piece 3 is driven so far that it runs from the switching contact piece 2. From this point on, depending on the current to be switched, an arc begins to burn between the arcing contact piece 11 and the switching contact piece 2, which is pulled through the bridging contact piece 3 and commutates on the switching contact piece 1. As soon as an annular channel 20 between the arcing contact piece 11 of the bridging contact piece 3 and the switching contact piece 2 is opened, the arc heats up the quenching gas located in the volume 9 and increases its pressure. During the current zero crossing of the current to be switched, the quenching gas located in the second heating chamber 9 can flow into the arc chamber 13 and extinguish the arc there.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungs-Leistungsschalter mit zwei einander koaxial gegenüberstehenden, zur Abfuhr von Löschgas hohl ausgebildeten Schaltkontaktstücken, zwischen denen ein Lichtbogenraum gebildet ist und mit einem diese koaxial umgebenden antreibbaren Überbrückungskontaktstück sowie mit einem das Überbrückungskontakt stück in dessen Einschaltstellung koaxial umgebenden ersten Heizraum für das Löschgas, der im Ausschaltzustand mittels eines ersten, im Einschaltzustand von dem Überbrückungskontaktstück verschlossenen Kanals mit dem Lichtbogenraum verbunden ist.
  • Ein solcher Hochspannungs-Leistungsschalter ist beispielsweise aus der DE-OS 41 03 119 bekannt.
  • Aus der DE-PS 28 12 945 ist ein Hochspannungs-Leistungsschalter 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 Bauteils. Dies führt zu einer Vergrößerung der benötigten Antriebsenergie.
  • Aus der FR-A-2 520 928 ist ein Schalter mit mehreren teilweise untereinander verbundenen Heizräumen bekannt, die nacheinander mit dem Lichtbogenraum verbunden werden. Die Anordnung dieser Heizräume axial hintereinander erfordert jedoch eine große Baulänge des Schalters und einen langen Schaltweg des antreibbaren Kontaktstückes.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Hochspannungs-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 Überbrückungskontaktstück verschlossenen Kanals mit dem Lichtbogenraum verbunden ist, daß der zweite und der erste Kanal beim Ausschaltvorgang von dem Überbrückungskontaktstück zu unterschiedlichen Zeitpunkten freigegeben werden, daß das Überbrückungskontaktstück im Einschaltzustand im wesentlichen innerhalb des zweiten Heizraums angeordnet ist und daß der erste Heizraum den zweiten Heizraum umgibt und im wesentlichen von aus Isolierstoff bestehenden Elementen begrenzt ist.
  • Durch das Vorhandensein zweier verschiedener Heizräume, die nacheinander im Laufe des Ausschaltsvorganges mit dem Lichtbogenraum verbunden werden, kann das Beblasungsverhalten genauer als bisher kontrolliert und eingestellt werden. Es können beispielsweise beim Ausschalten zwei nacheinander erfolgende Druckstöße aus dem ersten und zweiten Heizraum in Richtung des Lichtbogenraums verwirklicht werden. Diese Druckstöße können je nach der Größe des jeweiligen Heizraums und seiner Entfernung vom Lichtbogenraum auch unterschiedlich intensiv gestaltet werden. Die Kanäle können auch derart nacheinander freigegeben werden, daß der Gasstrom aus einem Heizraum durch den später nachströmenden Gasstrom aus dem anderen Heizraum verlängert wird.
  • Die Kanäle können beispielsweise besonders einfach durch den Lichtbogenraum und zeitweilig das Überbrückungskontaktstück koaxial umgebende Ringkanäle gebildet sein.
  • 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 Einströmen 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 Gesamtlöschgasstrom zusammensetzen.
  • Da das Überbrückungskontaktstück im Einschaltzustand beide Schaltkontaktstücke koaxial umgibt, muß um diese herum ein freier Raum angeordnet sein, der dem Überbrückungskontaktstück Platz bietet. Beim Ausschalten wird das Überbrückungskontaktstück 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.
  • Vorteilhafterweise kann auch wenigstens eines der Schaltkontaktstücke an seinem dem anderen Schaltkontaktstück zugewandten 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 freigesetzt, was zu einem verbesserten Löschverhalten beiträgt.
  • Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet sein, daß der erste Heizraum über einen Kanal mit einem Kompressionsraum verbunden ist, in dem das Löschgas mechanisch komprimiert wird.
  • Hierdurch kann in an sich bekannter Weise durch eine mechanische Kompressionsvorrichtung Löschgas auch in dem Fall bereitgestellt werden, in dem lediglich ein stromschwacher Lichtbogen vorhanden ist, so daß die Aufheizung des Löschgases nicht für das Zustandekommen einer ausreichenden Löschgasströmung ausreicht. Aber auch bei stromstärkeren Lichtbogen 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 Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben.
  • Dabei zeigt die Figur einen Teil einer Unterbrechereinheit eines Hochspannungs-Leistungsschalters schematisch in einem Längsschnitt.
  • Die Figur zeigt einen Teil eines Hochspannungs-Leistungsschalters mit zwei einander gegenüberstehenden, hohl ausgebildeten Schaltkontaktstücken 1, 2, die im Einschaltzustand durch das Überbrückungskontaktstück 3 überbrückt sind. Im unteren 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 Lichtbogen 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 Isolierstoffelement 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 Schaltkontaktstück 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 diesen Raum 9 frei. Nachdem die Kontaktfinger 10 des Überbrückungskontaktstücks 3 von dem Schaltkontaktstück 2 abgelaufen sind und der Lichtbogenkontakt 11 des Überbrückungskontakt stücks 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 Lichtbogenraum 3 verbindet. Der im Einschaltzustand von dem Überbrückungskontaktstück 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 Lichtbogenraum 3 von dem Überbrückungskontaktstück 3 erst freigegeben wird, nachdem das Überbrückungskontaktstück 3 von dem Schaltkontaktstück 2 abgelaufen ist, d. h. nachdem der Verbindungskanal 20 zwischen dem zweiten Heizraum 9 und dem Lichtbogenraum 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 Überbrückungskontaktstück 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 Antriebsstange 16 mit dem Schalterantrieb verbunden, der auch das Überbrückungskontaktstück 3 antreibt. Der Kompressionsraum 14 ist auf der Antriebsseite des Schalters angeordnet, so daß sich der Kompressionsraum 14 auf der dem Antrieb zugewandten Seite des beweglichen Kompressionskolbens 15 befindet. Von dort aus wird das komprimierte Löschgas über einen axial verlaufenden Kanal 17 zum ersten Heizraum 4 geleitet, 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 Lichtbogenraum 13 ausgeströmt und der Gasdruck im Heizraum entsprechend 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 angetrieben, daß es von dem Schaltkontaktstück 2 abläuft. Von diesem Zeitpunkt an beginnt, abhängig von der zu schaltenden Stromstärke ein Lichtbogen zwischen dem Lichtbogenkontaktstück 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 Überbrückungskontaktstücks 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 befindliche 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 Isolierstoff, beispielsweise Polytetrafluoräthylen versehen, wodurch der Lichtbogen dort weiteres Löschgas freisetzt, das ebenfalls der Verbesserung der Löschwirkung dient.

Claims (4)

  1. Hochspannungs-Leistungsschalter mit zwei einander koaxial gegenüberstehenden, zur Abfuhr von Löschgas hohl ausgebildeten Schaltkontaktstücken (1, 2), zwischen denen ein Lichtbogenraum (13) gebildet ist und mit einem diese koaxial umgebenden antreibbaren Überbrückungskontaktstück (3) sowie mit einem das Überbrückungskontaktstück (3) in dessen Einschaltstellung koaxial umgebenden ersten Heizraum (4) für das Löschgas der im Ausschaltzustand mittels eines ersten, im Einschaltzustand von dem Überbrückungskontaktstück (3) verschlossenen Kanals (8) mit dem Lichtbogenraum (3) verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein zweiter Heizraum (9) vorgesehen ist, der im Ausschaltzustand mittels eines zweiten, im Einschaltzustand von dem Überbrückungskontaktstück (3) verschlossenen Kanals (20) mit dem Lichtbogenraum (3) verbunden ist, daß der zweite (20) und der erste Kanal (8) beim Ausschaltvorgang von dem Überbrückungskontaktstück (3) zu unterschiedlichen Zeitpunkten freigegeben werden, daß das Überbrückungskontaktstück (3) im Einschaltzustand im wesentlichen innerhalb des zweiten Heizraums (9) angeordnet ist, und daß der erste Heizraum (4) den zweiten Heizraum (9) umgibt und im wesentlichen von aus Isolierstoff bestehenden Elementen (5, 6, 7) begrenzt 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 wenigstens eines der Schaltkontaktstücke (1, 2) an seinem dem anderen Schaltkontaktstück zugewandten Ende einen Aufsatz (19) aus Isolierstoff trägt.
  4. 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 mechanisch komprimiert wird.
EP94250299A 1994-01-21 1994-12-21 Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Heizraum Expired - Lifetime EP0664553B1 (de)

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EP0664553A1 (de) 1995-07-26
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