EP0753873A1 - Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Isolierstoffkörper - Google Patents

Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Isolierstoffkörper Download PDF

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EP0753873A1
EP0753873A1 EP96250153A EP96250153A EP0753873A1 EP 0753873 A1 EP0753873 A1 EP 0753873A1 EP 96250153 A EP96250153 A EP 96250153A EP 96250153 A EP96250153 A EP 96250153A EP 0753873 A1 EP0753873 A1 EP 0753873A1
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EP
European Patent Office
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circuit breaker
voltage circuit
arc
insulating body
switched
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EP96250153A
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Inventor
Manfred Meinherz
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Siemens AG
Original Assignee
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
    • H01H33/7015—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts
    • H01H33/7023—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts characterised by an insulating tubular gas flow enhancing nozzle
    • H01H33/703—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts characterised by an insulating tubular gas flow enhancing nozzle having special gas flow directing elements, e.g. grooves, extensions

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage circuit breaker with two mutually coaxial contact pieces, at least the first of which is surrounded by an insulating body when switched on, and with a compressed gas chamber in which, in the course of a switch-off process, quenching gas under high pressure for subsequent blowing of an arc is stored, the first, in particular solid contact piece being movable during the switching process relative to the insulating body and wherein an outflow channel is provided between the insulating body and the first contact piece in the switched-off state, which connects an arcing space with an expansion space.
  • Such a high-voltage circuit breaker is known, for example, from E-0 175 954 B1 and from E-0 296 363 A2.
  • a mating contact piece temporarily closes a nozzle constriction of the insulating body during the switch-off movement and at the end of the switch movement opens an opening through which the extinguishing gas then can flow into an expansion space.
  • the extinguishing gas flowing out should cool the arc and the vicinity of the contacts as well as all areas in which high dielectric loads occur. It is therefore necessary to ensure optimal control of the extinguishing gas flow.
  • the present invention is therefore based on the object of improving the control of the extinguishing gas flow and thus the switching performance in a high-voltage circuit breaker of the type mentioned at the outset.
  • Both the first contact piece and the insulating material body can be drivable, because for the function it is only a matter of a relative movement between these components.
  • the object is achieved in that in the outflow channel is provided with a plurality of openings for the extinguishing gas, made of insulating material blow grille body.
  • the arc is guided centrally by the blow grille body in the area between the arcing contact pieces and does not form any loops.
  • the arc can be limited by the blow grille and the quenching gas can be let through.
  • a further embodiment of the invention provides that the insulating body has a constriction, which is closed in a gas-tight manner by the first contact piece in the switched-on state and that the blow grille body is arranged downstream of the constriction in the course of the extinguishing gas flow.
  • an additional blow grille body is also provided in the inflow path of the quenching gas, for example between the arc space and a compression space or between the arc space and a heating space.
  • a blow grille body can also be formed by an insulating material body arranged between the compressed gas space and the arc space and provided with radial bores.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the blow grille body has a plurality of passage openings which are axially spaced apart with respect to the longitudinal axis of the contact pieces.
  • blow grille body results in a particularly favorable distribution of the outflow of the quenching gas from the arc space and thus a particularly good enforcement of the arc space by the quenching gas flow.
  • the invention can advantageously be formed in that the blow grille body is rotationally symmetrical.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the blow grille body is coaxially surrounded by a funnel-shaped extension of the insulating material body.
  • the funnel-shaped expansion of the insulating material body is used to form a nozzle, which accelerates the flow of extinguishing gas after passing through the narrow point in the funnel-shaped expansion.
  • the combination of the blow grille body with the surrounding, funnel-shaped insulating body results in front of the blow grille body, the above-described beneficial effect on the extinguishing gas flow and behind the insulating body, the nozzle action results in a rapid removal of the hot extinguishing gas.
  • the funnel-shaped expansion of the insulating body can protect the switch housing, which surrounds the actual interrupter unit, from the direct influence of the hot extinguishing gases.
  • the invention can be carried out particularly inexpensively in that the blow grille body is connected in one piece with the insulating material body.
  • the figure shows in longitudinal section part of an interrupter unit of a circuit breaker without a housing in a schematic form.
  • the arcing contact pieces 1, 2 are coaxially opposite one another, the drivable contact piece 2 having an insulating body 3 is firmly connected.
  • the drivable contact piece 2 is also connected to a coaxially surrounding drivable continuous current contact piece 4 which engages in the fixed continuous current contact 5 when switched on.
  • the insulating body 3 is also connected to the continuous current contact 4, for example by means of a clamp connection.
  • a heating chamber 6, partially delimited by the insulating material body 3, is provided, into which extinguishing gas can flow from the arc chamber 7 between the arcing contact pieces 1, 2 through the openings 8, 9 and which is heated and expanded by the action of an arcing.
  • a compression space 19 is arranged behind the heating space 6, in which cool quenching gas is compressed by a mechanical compression device, not shown, which, like the quenching gas stored in the heating space 6, is used for subsequent blowing of the arc.
  • the quenching gas flows through the openings 8, 9 of the insulating material body 3 back into the arc space.
  • the fixed, pin-shaped contact piece 1 has already passed the nozzle constriction 10, so that the extinguishing gas can flow past the nozzle constriction 10 and through the through openings 11, 12, 13 of the blow grille body 14 into the expansion space 15.
  • the blow grille body 14 is glued into the insulating body 3.
  • a funnel-shaped extension 16 of the insulating body surrounds the blow grille body 14 and allows the quenching gas to flow out accelerated.
  • the blow grille body 14 has at its end facing the contact piece 1 a seal 17, which on the one hand ensures that no quenching gas can escape at this point and that there are also no dielectrically highly stressed gaps between this part of the blow grille body 14 and the contact piece 1.
  • the seal 17 ensures a mechanically accurate and stable guidance of the insulating body and the drivable contact piece 2, 4 during the axial switching movement.

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Abstract

Bei einem Hochspannungs-Leistungsschalter mit zwei Kontaktstücken (1, 2) und einem Isolierstoffkörper (3) der eines der Kontaktstücke im Einschaltzustand umgibt und einen Druckgasraum (6) begrenzt, gibt bei der Schaltbewegung das gegenüber dem Isolierstoffkörper (3) bewegte Kontaktstück eine Düsenengstelle (10) frei, so daß das durch den Lichtbogen aufgeheizte Löschgas in einen Expansionsraum (15) abströmen kann. Erfindungsgemäß ist in diesem Abströmkanal ein Blasgitterkörper (14) mit Durchtrittsöffnungen (11, 12, 13) vorgesehen. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungs-Leistungsschalter mit zwei einander koaxial gegenüberstehenden Kontaktstücken, von denen wenigstens das erste im Einschaltzustand von einem Isolierstoffkörper umgeben ist, und mit einem Druckgasraum, in dem im Zuge eines Ausschaltvorgangs Löschgas unter hohem Druck für eine nachfolgende Beblasung eines Lichtbogens gespeichert wird, wobei das erste, insbesondere massiv ausgebildete Kontaktstuck beim Schaltvorgang relativ zum Isolierstoffkörper bewegbar ist und wobei zwischen dem Isolierstoffkörper und dem ersten Kontaktstück im Ausschaltzustand ein Abströmkanal vorgesehen ist, der einen Lichtbogenraum mit einem Expansionsraum verbindet.
  • Ein solcher Hochspannungs-Leistungsschalter ist beispielsweise aus der E-0 175 954 B1 und aus der E-0 296 363 A2 bekannt.
  • Bei einem derartigen Leistungsschalter werden im Zuge einer Schaltbewegung zwei Kontaktstücke voneinander getrennt und gleichzeitig wird Löschgas durch Beheizung in Folge eines Lichtbogens und/oder durch mechanische Kompression unter Druck gesetzt. Dieses Löschgas dient zur Beblasung eines auftretenden Schaltlichtbogens. Die Löschgasströmung wird durch einen Isolierstoffkörper, insbesondere in Form einer Düse geführt, der mit einem der Kontaktstücke verbunden ist und im Ausschaltzustand in die Trennstrecke zwischen den Kontaktstücken hineinragt.
  • Bei den bekannten Konstruktionen verschließt ein Gegenkontaktstück eine Düsenengstelle des Isolierstoffkörpers zeitweise während der Ausschaltbewegung und gibt zum Ende der Schaltbewegung eine Öffnung frei, durch die das Löschgas dann in einen Expansionsraum abströmen kann. Dabei soll das abströmende Löschgas den Lichtbogen und die Umgebung der Kontakte sowie alle Bereiche, in denen hohe dielektrische Belastungen auftreten, kühlen. Es ist daher für eine optimale Steuerung der Löschgasströmung zu sorgen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Hochspannungs-Leistungsschalter der eingangs genannten Art die Steuerung der Löschgasströmung und somit die Schaltleistung zu verbessern.
  • Dabei kann sowohl das erste Kontaktstück als auch der Isolierstoffkörper antreibbar sein, denn für die Funktion kommt es nur auf eine Relativbewegung zwischen diesen Bauteilen an.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Abströmkanal ein mit mehreren Durchtrittsöffnungen für das Löschgas versehener, aus Isolierstoff bestehender Blasgitterkörper angeordnet ist.
  • Dadurch daß das Löschgas nicht ungehindert in den Expansionsraum strömen kann, entsteht vor dem Blasgitterkörper ein Rückstau und eine Verwirbelung, die für eine optimale Kühlung des Lichtbogenraumes sorgt. Es bildet sich keine stationäre Löschgasströmung im Lichtbogenraum aus, so daß sowohl die Löschgasströmung gebremst wird als auch durch Verwirbelung jeder Punkt des Lichtbogenraumes gleichmäßig mit dem durchströmenden Löschgas durchsetzt wird. Hierdurch ergibt sich eine optimale Kühlung der dielektrisch hochbelasteten Bereiche.
  • Der Lichtbogen wird durch den Blasgitterkörper im Bereich zwischen den Lichtbogenkontaktstücken zentrisch geführt und bildet keine Schleifen. Somit kann durch das Blasgitter gleichzeitig der Lichtbogen eingegrenzt und das Löschgas durchgelassen werden.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Isolierstoffkörper eine Engstelle aufweist, die im Einschaltzustand von dem ersten Kontaktstück im wesentlichen gasdicht verschlossen ist und daß der Blasgitterkörper im Verlauf der Löschgasströmung stromabwärts der Engstelle angeordnet ist.
  • Durch diese Konstruktion kann erst nach der Freigabe der Engstelle, d. h. nachdem sich im Lichtbogenraum ein hoher Gasdruck aufgebaut hat, das Löschgas durch die Öffnungen des Blasgitterkörpers hindurch abströmen. Die Ausbildung eines hohen Löschgasdrucks vor der Freigabe der Engstelle durch ein Gegenkontaktstück kann notwendig sein, um das Löschgas durch einen Schaltlichtbogen genügend zu erhitzen, um einen ausreichenden Druckgasvorrat für eine Beblasung des Lichtbogens zur Verfügung zu haben.
  • Es kann außerdem vorgesehen sein, daß auch im Zuströmweg des Löschgases ein zusätzlicher Blasgitterkörper, beispielsweise zwischen dem Lichtbogenraum und einem Kompressionsraum oder zwischen dem Lichtbogenraum und einem Heizraum vorgesehen ist. Ein solcher Blasgitterkörper kann auch durch einen zwischen dem Druckgasraum und dem Lichtbogenraum angeordneten, mit radialen Bohrungen versehenen Isolierstoffkörper gebildet sein.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Blasgitterkörper mehrere in bezug auf die Längsachse der Kontaktstücke axial voneinander beabstandete Durchtrittsöffnungen aufweist.
  • Durch diese Konstruktion des Blasgitterkörpers ergibt sich eine besonders günstige Verteilung der Abströmung des Löschgases aus dem Lichtbogenraum und somit eine besonders gute Durchsetzung des Lichtbogenraumes durch die Löschgasströmung.
  • Außerdem kann die Erfindung vorteilhaft dadurch ausgebildet sein, daß der Blasgitterkörper rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Blasgitterkörper von einer trichterförmigen Erweiterung des Isolierstoffkörpers koaxial umgeben ist.
  • Die trichterförmige Erweiterung des Isolierstoffkörpers dient der Formung einer Düse, wodurch die Löschgasstromung nach Passieren der Engstelle in der trichterförmigen Erweiterung beschleunigt wird. Durch die Kombination des Blasgitterkörpers mit dem diesen umgebenden, trichterförmig erweiterten Isolierstoffkörper ergibt sich vor dem Blasgitterkörper die oben beschriebene günstige Wirkung auf die Löschgasströmung und hinter dem Isolierstoffkörper ergibt sich durch die Düsenwirkung ein schneller Abtransport des heißen Löschgases. Außerdem kann die trichterförmige Erweiterung des Isolierstoffkörpers das Schaltergehäuse, das die eigentliche Unterbrechereinheit umgibt, vor dem direkten Einfluß der heißen Löschgase schützen.
  • Besonders kostengünstig kann die Erfindung dadurch ausgeführt werden, daß der Blasgitterkörper mit dem Isolierstoffkörper einstückig zusammenhängt.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend beschrieben.
  • Dabei zeigt die Figur im Längsschnitt einen Teil einer Unterbrechereinheit eines Leistungsschalters ohne ein Gehäuse in schematischer Form.
  • Die Lichtbogenkontaktstücke 1, 2 stehen einander koaxial gegenüber, wobei das antreibbare Kontaktstück 2 mit einem Isolierstoffkörper 3 fest verbunden ist. Das antreibbare Kontaktstück 2 ist außerdem mit einem dieses koaxial umgebenden antreibbaren Dauerstromkontaktstück 4 verbunden, das im Einschaltzustand in den feststehenden Dauerstromkontakt 5 eingreift.
  • Der Isolierstoffkörper 3 ist ebenfalls mit dem Dauerstromkontakt 4, beispielsweise mittels einer Klemmverbindung verbunden.
  • Es ist ein teilweise von dem Isolierstoffkörper 3 begrenzter Heizraum 6 vorgesehen, in den von dem Lichtbogenraum 7 zwischen den Lichtbogenkontaktstücken 1, 2 aus durch die Öffnungen 8, 9 Löschgas einströmen kann, das durch die Wirkung eines Lichtbogens erhitzt und expandiert ist.
  • Außerdem ist hinter dem Heizraum 6 ein Kompressionsraum 19 angeordnet, in dem kühles Löschgas durch eine nicht näher dargestellte mechanische Kompressionsvorrichtung komprimiert wird, welches, ebenso wie das in dem Heizraum 6 gespeicherte Löschgas zu einer nachfolgenden Beblasung des Lichtbogens dient.
  • Beim Beblasen des Lichtbogens strömt das Löschgas durch die Öffnungen 8, 9 des Isolierstoffkörpers 3 zurück in den Lichtbogenraum.
  • Zu diesem Zeitpunkt hat das feststehende, stiftförmige Kontaktstück 1 bereits die Düsenengstelle 10 passiert, so daß das Löschgas an der Düsenengstelle 10 vorbei und durch die Durchtrittsöffnungen 11, 12, 13 des Blasgitterkörpers 14 hindurch in den Expansionsraum 15 abströmen kann.
  • Der Blasgitterkörper 14 ist in den Isolierstoffkörper 3 eingeklebt. Eine trichterförmige Erweiterung 16 des Isolierstoffkörpers umgibt den Blasgitterkörper 14 und läßt das Löschgas beschleunigt abströmen.
  • Der Blasgitterkörper 14 weist an seinem dem Kontaktstück 1 zugewandten Ende eine Dichtung 17 auf, die einerseits dafür sorgt, daß an dieser Stelle kein Löschgas austreten kann und daß auch keine dielektrisch hochbelasteten Spalte zwischen diesem Teil des Blasgitterkörpers 14 und dem Kontaktstück 1 bestehen. Außerdem sorgt die Dichtung 17 für eine mechanisch genaue und stabile Führung des Isolierstoffkörpers und des antreibbaren Kontaktstückes 2, 4 bei der axialen Schaltbewegung.

Claims (6)

  1. Hochspannungs-Leistungsschalter mit zwei einander koaxial gegenüberstehenden Kontaktstücken (1, 2), von denen wenigstens das erste (1) im Einschaltzustand von einem Isolierstoffkörper (3) umgeben ist, und mit einem Druckgasraum (6), in dem im Zuge eines Ausschaltvorgangs Löschgas unter hohem Druck für eine nachfolgende Beblasung eines Lichtbogens gespeichert wird, wobei das erste, insbesondere massiv ausgebildete Kontaktstück (1) beim Schaltvorgang relativ zum Isolierstoffkörper (3) bewegbar ist und wobei zwischen dem Isolierstoffkörper (3) und dem ersten Kontaktstück (1) im Ausschaltzustand ein Abströmkanal vorgesehen ist, der den Lichtbogenraum (7) mit einem Expansionsraum (15) verbindet,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    in dem Abströmkanal ein mit mehreren Durchtrittsöffnungen (11, 12, 13) für das Löschgas versehener, aus Isolierstoff bestehender Blasgitterkörper (14) angeordnet ist.
  2. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Isolierstoffkörper (3) eine Engstelle (10) aufweist, die im Einschaltzustand von dem ersten Kontaktstück (1) im wesentlichen gasdicht verschlossen ist und daß der Blasgitterkörper (14) im Verlauf der Löschgasströmung stromabwärts der Engstelle (10) angeordnet ist.
  3. Hochspannungs-Leistungsschalter,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Blasgitterkörper (14) mehrere in bezug auf die Längsachse der Kontaktstücke (1, 2) axial voneinander beabstandete Durchtritts-Öffnungen (11, 12, 13) aufweist.
  4. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Blasgitterkörper (14) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
  5. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Blasgitterkörper (14) von einer trichterförmigen Erweiterung (16) des Isolierstoffkörpers (3) koaxial umgeben ist.
  6. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Blasgitterkörper (14) mit dem Isolierstoffkörper (3) einstückig zusammenhängt.
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