EP0744759A1 - Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem feststehenden Heizvolumen - Google Patents

Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem feststehenden Heizvolumen Download PDF

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EP0744759A1
EP0744759A1 EP96250107A EP96250107A EP0744759A1 EP 0744759 A1 EP0744759 A1 EP 0744759A1 EP 96250107 A EP96250107 A EP 96250107A EP 96250107 A EP96250107 A EP 96250107A EP 0744759 A1 EP0744759 A1 EP 0744759A1
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    • H01H33/24—Means for preventing discharge to non-current-carrying parts, e.g. using corona ring
    • H01H33/245—Means for preventing discharge to non-current-carrying parts, e.g. using corona ring using movable field electrodes

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage circuit breaker with a pair of opposing arcing contact pieces, which delimits a separating distance when switched off, and a pair of continuous current contact pieces arranged coaxially to the arcing contact pieces, of which at least one of the contact pieces can be driven from a drive side, and with one in Compression device which can be actuated in the course of the switching movement and has a compression piston and a drivable compression cylinder and a heating volume which is arranged on the drive side of the compression piston and is stationary during the switching movement.
  • Such a high-voltage circuit breaker is already known from DE-OS 41 03 119.
  • two arcing contacts are coaxially surrounded by continuous current contacts and a fixed heating volume is provided, in which the quenching gas heated by an arcing during the switching process can be stored and made available for subsequent blowing of the arcing.
  • there is a mechanical compression device for the quenching gas which on the one hand provides sufficiently high quenching gas pressure at low currents, if the heating of the quenching gas by the arc is insufficient, and on the other hand supports the blowing of the arc at medium-sized amperages.
  • a major advantage of the known circuit breaker described before other known designs is that the heating volume and the components delimiting it do not need to be accelerated during the switching movement.
  • the compression cylinder carries the drivable continuous current contact on its outside, that the compression piston is arranged on the side of the circuit breaker facing the drive in such a way that the compression cylinder with the continuous current contact can be moved out of the isolating section and that Continuous current contacts are separated from the arcing contacts in a gas-tight manner by an insulating material body that coaxially surrounds them.
  • the switch is structurally simplified overall and the masses to be accelerated are reduced. As a result, it is necessary to withdraw the compression cylinder, which now carries electrically conductive elements, from the isolating section when it is switched off.
  • the heating volume stores the heated extinguishing gas and makes it available for subsequent blowing of the arc. Contamination of the continuous current contacts with hot extinguishing gas is prevented by the insulating material body.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the compression piston is pierced by a check valve that allows gas to flow only in the direction from the compression space to the heating volume.
  • the quenching gas compressed in the compression chamber can thus enter the heating chamber through the check valve, while an overflow of pressurized quenching gas from the heating chamber into the compression chamber is not possible. This prevents the extinguishing gas pressure in the compression chamber from rising so much that it hinders or slows down the opening movement.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the continuous current contact carried by the compression cylinder forms a field electrode in the switched-off state to make the electrical field more uniform in the region of the isolating path.
  • the compression cylinder Since the compression cylinder carries the continuous current contact anyway, it makes sense to design it in the form of a field electrode or to conductively connect it to a field electrode. As a result, in the retracted state of the compression cylinder, i. H. When the circuit breaker is switched off, a field equalization in the area between the contacts is guaranteed.
  • the fixed counter contact to the movable continuous current contact can also be designed as a field electrode. It is also conceivable to arrange a known, retractable field electrode on the side opposite the drive side of the switch, which is acted upon by a spring force in the axial direction of the switch, can be pushed back by the compression cylinder when the switch is switched on, and the compression cylinder when it is switched off follows a stop and remains there as a field electrode.
  • the figure shows schematically part of an interrupter unit of a circuit breaker without the housing, in the upper half in the switched-off state and in the lower half in the switched-on state.
  • two arcing contacts 1, 2 coaxially face each other in the switched-off state in the upper half of the figure.
  • the drivable arcing contact 1 When switched on, i.e. H.
  • the drivable continuous current contact 3 is brought into contact with the fixed continuous current contact 4 in the switched-on state.
  • the drivable continuous current contact 3 consists of an electrically conductive, metallic coating on the outside of the compression cylinder 5, which forms the drivable part of a mechanical compression device for the extinguishing gas.
  • the drivable compression cylinder 5 is pulled over a stationary compression piston 6 and the compression volume 7 formed between them is compressed.
  • the arcing contacts 1, 2 and the continuous current contacts 3, 4 are separated from one another, an arc being drawn between the arcing contacts 1, 2.
  • the extinguishing gas present in the arc space 8 is heated and flows through the gas channel 9 within the nozzle-shaped insulating material body 10 into a heating space 11.
  • This boiler room 11 is fixed and does not move when the switch is actuated. Expanded quenching gas is provided in the boiler room by the heat of the arc, which flows back to the arc space 8 to extinguish the arc in the zero current passage through the gas channel 9.
  • a check valve 12 is provided in the compression piston 6, which is formed by part of the insulating body 10 and part of the wall delimiting the heating chamber 11, which overflows hot extinguishing gas from the heating chamber 11 into the compression chamber 7 prevented.
  • Such an overflow of hot, pressurized extinguishing gas into the compression space 7 would namely slow down the switch drive, which causes the compression cylinder 5 on the one hand and the arcing contact 1 on the other hand and the continuous current contact 3 in the figure to be moved to the left toward the drive side.
  • the mechanically compressed extinguishing gas can flow from the compression space 7 via the check valve 12 into the heating space 11 in order to support the blowing of the arc.
  • the continuous current contact 3 consists only of a conductive coating, for example in the form of a sheet on the compression cylinder 5, and no individually stable construction is necessary for the continuous current contact, the entirety of the masses to be accelerated during the switching movement is reduced.
  • the compression cylinder 5 is connected to the drivable arcing contact piece 1 via a linkage 13 and is driven by the latter.
  • the compression cylinder can also consist entirely of metal, for example aluminum.
  • the heating chamber 11 is moved so far away from the arc chamber 8 toward the drive side that the compression cylinder 5 during the switch-off movement up to the stationary compression piston 6 can be moved back and forth from the separation distance.
  • the electrically conductive coating 3 of the compression cylinder 5 is drawn over the end face of the compression cylinder 5 and forms a field electrode in the switched-off state for uniformizing the electrical field between the arcing contacts or the continuous current contacts.
  • the insulating material nozzle 10, which has the gas flow channel 9, is arranged in a fixed manner in the region of the separating path and separates the region of the arc space 8 from the outer space of the interrupter unit, which in turn is enclosed, for example, by a porcelain housing (not shown). Only hot extinguishing gas is passed through the gas flow channel 9 into the heating volume 11.

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Abstract

Bei einem Isolierdüsenschalter mit innerhalb der Düse (10) angeordneten Lichtbogenkontakten (1, 2) und diese koaxial umgebenden Dauerstromkontakten (3, 4) sowie einer mechanischen Kompressionsvorrichtung für das Löschgas mit einem Kompressionszylinder (5) ist ein Heizvolumen (11) feststehend antriebsseitig außerhalb der Trennstrecke angeordnet und der antreibbare Kompressionszylinder (5) trägt einen Dauerstromkontakt (3).

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Paar einander gegenüberstehender, im Ausschaltzustand eine Trennstrecke begrenzender Lichtbogenkontaktstücke sowie einem Paar von koaxial zu den Lichtbogenkontaktstücken angeordneten Dauerstromkontaktstücken, von denen jeweils mindestens eines der Kontaktstücke von einer Antriebsseite her antreibbar ist, sowie mit einer im Zuge der Schaltbewegung betätigbaren, einen Kompressionskolben und einen antreibbaren Kompressionszylinder aufweisenden Kompressionsvorrichtung und einem auf der Antriebsseite des Kompressionskolbens angeordneten, während der Schaltbewegung feststehenden Heizvolumen.
  • Ein derartiger Hochspannungs-Leistungsschalter ist bereits aus der DE-OS 41 03 119 bekannt. Bei dem bekannten Schalter sind zwei Lichtbogenkontakte koaxial von Dauerstromkontakten umgeben und es ist ein feststehendes Heizvolumen vorgesehen, in dem das durch einen Lichtbogen beim Schaltvorgang erhitzte Löschgas gespeichert und für eine nachfolgende Beblasung des Lichtbogens bereitgestellt werden kann. Zusätzlich ist dort eine mechanische Kompressionsvorrichtung für das Löschgas vorgesehen, die einerseits bei geringen Stromstärken, wenn die Beheizung des Löschgases durch den Lichtbogen nicht ausreicht, genügend hohen Löschgasdruck bereitstellt und andererseits bei mittelgroßen Stromstärken die Beblasung des Lichtbogens unterstützt.
  • Ein wesentlicher Vorteil des beschriebenen bekannten Leistungsschalters vor anderen bekannten Bauformen ist der, daß das Heizvolumen und die dieses begrenzenden Bauteile während der Schaltbewegung nicht beschleunigt zu werden brauchen.
  • Hierdurch wird Antriebsenergie und entsprechend der Aufwand für den Schalterantrieb verringert.
  • Dieser Vorteil soll bei der der Erfindung zugrundeliegenden Konstruktion beibehalten werden, wobei die zu beschleunigenden Bauteile noch weiter reduziert werden sollen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Kompressionszylinder den antreibbaren Dauerstromkontakt an seiner Außenseite trägt, daß der Kompressionskolben derart auf der dem Antrieb zugewandten Seite des Leistungsschalters angeordnet ist, daß der Kompressionszylinder mit dem Dauerstromkontakt aus der Trennstrecke herausbewegt werden kann und daß die Dauerstromkontakte von den Lichtbogenkontakten durch einen diese koaxial umgebenden Isolierstoffkörper gasdicht abgetrennt sind.
  • Dadurch, daß der Kompressionszylinder mit dem Dauerstromkontakt konstruktiv verbunden ist, wird der Schalter insgesamt baulich vereinfacht und die zu beschleunigenden Massen werden verringert. Hierdurch bedingt ist es notwendig, den Kompressionszylinder, der nun elektrisch leitende Elemente trägt, im Ausschaltzustand aus der Trennstrecke zurückzuziehen.
  • Dies wird durch eine Verlegung des Heizraumes zur Antriebsseite des Schalters hin ermöglicht. Das Heizvolumen speichert das erhitzte Löschgas und stellt es für eine nachfolgende Beblasung des Lichtbogens bereit. Durch den Isolierstoffkörper wird eine Kontaminierung der Dauerstromkontakte mit heißem Löschgas verhindert.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Kompressionskolben von einem Rückschlagventil durchbrochen ist, das nur in der Richtung vom Kompressionsraum zum Heizvolumen Gas durchströmen läßt.
  • Das in dem Kompressionsraum komprimierte Löschgas kann somit durch das Rückschlagventil in den Heizraum gelangen, während ein Überströmen von unter Druck stehendem Löschgas aus dem Heizraum in den Kompressionsraum nicht möglich ist. Hierdurch wird verhindert, daß der Löschgasdruck im Kompressionsraum so stark ansteigt, daß er die Ausschaltbewegung behindert bzw. verlangsamt.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der von dem Kompressionszylinder getragene Dauerstromkontakt im Ausschaltzustand eine Feldelektrode zur Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes im Bereich der Trennstrecke bildet.
  • Da der Kompressionszylinder ohnehin den Dauerstromkontakt trägt, bietet es sich an, diesen in Form einer Feldelektrode auszubilden oder mit einer Feldelektrode leitend zu verbinden. Hierdurch ist im zurückgezogenen Zustand des Kompressionszylinders, d. h. im Ausschaltzustand des Leistungsschalters eine Feld-Vergleichmäßigung im Bereich zwischen den Kontakten gewährleistet.
  • Der feststehende Gegenkontakt zu dem beweglichen Dauerstromkontakt kann ebenfalls als Feldelektrode ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, auf der der Antriebsseite des Schalters gegenüberliegenden Seite eine an sich bekannte, zurückschiebbare Feldelektrode anzuordnen, die in axialer Richtung des Schalters mit einer Federkraft beaufschlagt ist, beim Einschalten des Schalters durch den Kompressionszylinder zurückschiebbar ist und beim Ausschalten dem Kompressionszylinder bis zu einem Anschlag folgt und dort als Feldelektrode stehen bleibt.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben.
  • Dabei zeigt die Figur schematisch einen Teil einer Unterbrechereinheit eines Leistungsschalters ohne das Gehäuse, und zwar in der oberen Hälfte im Ausschaltzustand und in der unteren Hälfte im Einschaltzustand.
  • Bei dem dargestellten Hochspannungs-Leistungsschalter stehen einander zwei Lichtbogenkontakte 1, 2 im Ausschaltzustand in der oberen Hälfte der Figur koaxial gegenüber. Im Einschaltzustand, d. h. im unteren Teil der Figur ist der antreibbare Lichtbogenkontakt 1 in den feststehenden Gegenkontakt 2 eingefahren. Gleichzeitig ist im Einschaltzustand auch der antreibbare Dauerstromkontakt 3 in Kontakt mit dem feststehenden Dauerstromkontakt 4 gebracht. Der antreibbare Dauerstromkontakt 3 besteht aus einem elektrisch leitenden, metallischen Belag auf der Außenseite des Kompressionszylinders 5, der den antreibbaren Teil einer mechanischen Kompressionsvorrichtung für das Löschgas bildet.
  • Im Zuge der Ausschaltbewegung wird der antreibbare Kompressionszylinder 5 über einen feststehenden Kompressionskolben 6 gezogen und so wird das zwischen diesen gebildete Kompressionsvolumen 7 komprimiert.
  • Außerdem werden die Lichtbogenkontakte 1, 2 und die Dauerstromkontakte 3, 4 voneinander getrennt, wobei zwischen den Lichtbogenkontakten 1, 2 ein Lichtbogen gezogen wird.
  • Durch den Einfluß dieses Lichtbogens wird das in dem Lichtbogenraum 8 vorhandene Löschgas erhitzt und strömt durch den Gaskanal 9 innerhalb des düsenförmigen Isolierstoffkörpers 10 in einen Heizraum 11.
  • Dieser Heizraum 11 ist feststehend angeordnet und bewegt sich bei der Schalterbetätigung nicht. Im Heizraum wird durch die Wärme des Lichtbogens expandiertes Löschgas bereitgestellt, das zur Löschung des Lichbogens im Stromnulldurchgang durch den Gaskanal 9 zum Lichtbogenraum 8 zurückströmt.
  • Zwischen dem Heizraum 11 und dem Kompressionsraum 7 ist in dem Kompressionskolben 6, der durch einen Teil des Isolierstoffkörpers 10 und einen Teil der den Heizraum 11 begrenzenden Wand gebildet ist, ein Rückschlagventil 12 vorgesehen, das ein Überströmen heißen Löschgases aus dem Heizraum 11 in den Kompressionsraum 7 verhindert. Durch ein solches Überströmen heißen, unter Druck stehenden Löschgases in den Kompressionsraum 7 würde nämlich der Schalterantrieb, der bewirkt, daß einerseits der Kompressionszylinder 5 und andererseits der Lichtbogenkontakt 1 sowie der Dauerstromkontakt 3 in der Figur nach links zur Antriebsseite hin bewegt werden, abgebremst.
  • Andererseits kann aber, wenn bei niedrigen zu schaltenden Stromstärken der Lichtbogen das Löschgas nur ungenügend erhitzt, mechanisch komprimiertes Löschgas aus dem Kompressionsraum 7 über das Rückschlagventil 12 in den Heizraum 11 strömen, um die Beblasung des Lichtbogens zu unterstützen.
  • Da der Dauerstromkontakt 3 lediglich aus einem leitenden Belag, beispielsweise in Form eines Bleches auf dem Kompressionszylinder 5 besteht, und für den Dauerstromkontakt keine einzeln für sich tragfähige Konstruktion notwendig ist, wird die Gesamtheit der bei der Schaltbewegung zu beschleunigenden Massen reduziert. Der Kompressionszylinder 5 ist über ein Gestänge 13 mit dem antreibbaren Lichtbogenkontaktstück 1 verbunden und wird mit diesem angetrieben. Der Kompressionszylinder kann auch vollständig aus Metall, beispielsweise Aluminium bestehen.
  • Der Heizraum 11 ist so weit vom Lichtbogenraum 8 weg zur Antriebsseite hin verschoben, daß der Kompressionszylinder 5 bei der Ausschaltbewegung bis zu dem feststehenden Kompressionskolben 6 hin und aus der Trennstrecke wegbewegt werden kann. Der elektrisch leitende Belag 3 des Kompressionszylinders 5 ist bis über die Stirnfläche des Kompressionszylinders 5 gezogen und bildet im Ausschaltzustand eine Feldelektrode zur Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes zwischen den Lichtbogenkontakten bzw. den Dauerstromkontakten.
  • Die Isolierstoffdüse 10, die den Gasströmungskanal 9 aufweist, ist im Bereich der Trennstrecke feststehend angeordnet und trennt den Bereich des Lichtbogenraumes 8 vom Außenraum der Unterbrechereinheit, die ihrerseits beispielsweise von einem nicht dargestellten Porzellangehäuse eingeschlossen wird. Es wird lediglich heißes Löschgas über den Gasströmungskanal 9 in das Heizvolumen 11 geleitet.
  • Auf diese Weise wird auch verhindert, daß heißes Löschgas, das einerseits durch Zersetzungsprodukte des Löschgases, andererseits durch verdampfte Materialien verunreinigt ist, an die Innenwand des Schaltergehäuses gelangt, wo es auf Dauer die Isolationsfestigkeit beeinträchtigen kann.

Claims (3)

  1. Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Paar einander gegenüberstehender, im Ausschaltzustand eine Trennstrecke begrenzender Lichtbogenkontaktstücke (1, 2) sowie einem Paar von koaxial zu den Lichtbogenkontaktstücken angeordneten Dauerstromkontaktstücken (3, 4), von denen jeweils mindestens eines der Kontaktstücke von einer Antriebsseite her antreibbar ist, sowie mit einer im Zuge der Schaltbewegung betätigbaren, einen Kompressionskolben (6) und einen antreibbaren Kompressionszylinder (5) aufweisenden Kompressionsvorrichtung und einem auf der dem Antrieb zugewandten Seite des Kompressionskolbens (6) angeordneten, während der Schaltbewegung feststehenden Heizvolumen (11),
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Kompressionszylinder (5) den antreibbaren Dauerstromkontakt (3) an seiner Außenseite trägt, daß der Kompressionskolben (6) derart auf der Antriebsseite des Leistungsschalters angeordnet ist, daß der Kompressionszylinder (3) mit dem Dauerstromkontakt aus der Trennstrecke herausbewegt werden kann und daß die Dauerstromkontakte von den Lichtbogenkontakten durch einen diese koaxial umgebenden Isolierstoffkörper gasdicht abgetrennt sind.
  2. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Kompressionskolben (6) von einem Rückschlagventil (12) durchbrochen ist, das nur in der Richtung vom Kompressionsraum (7) zum Heizvolumen (11) Gas durchströmen läßt.
  3. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der von dem Kompressionszylinder (5) getragene Dauerstromkontakt (3) im Ausschaltzustand eine Feldelektrode zur Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes im Bereich der Trennstrecke bildet.
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