EP0783173A1 - Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Gasspeicherraum - Google Patents

Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Gasspeicherraum Download PDF

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EP0783173A1
EP0783173A1 EP96250284A EP96250284A EP0783173A1 EP 0783173 A1 EP0783173 A1 EP 0783173A1 EP 96250284 A EP96250284 A EP 96250284A EP 96250284 A EP96250284 A EP 96250284A EP 0783173 A1 EP0783173 A1 EP 0783173A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
space
arc
gas
circuit breaker
voltage circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP96250284A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Lorenz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0783173A1 publication Critical patent/EP0783173A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • 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
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    • 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
    • H01H2033/902—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 with the gases from hot space and compression volume following different paths to arc space or nozzle, i.e. the compressed gases do not pass through hot volume

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage circuit breaker with a first, drivable contact piece, a second contact piece and with a gas storage space, into which quenching gas heated by a switching arc can flow in an arc space between the contact pieces, the gas storage space being passed through a first partition into a heating space and a cold gas space is divided, which are connected to one another in such a way that an increase in pressure in the heating space results in an increase in pressure in the cold gas space, and at least one first connecting channel between the arc space and the heating space and at least one second connecting channel between the cold gas space and the arc space are provided are and wherein the or the first and the or the second connecting channel (channels) are closed in the switched-on state by one of the contact pieces and opened one after the other by the switching movement when switching off.
  • Such a high-voltage circuit breaker is, for example, from the French patent address 23 85 214 known.
  • a drivable hollow contact piece surrounds a stationary, likewise hollow contact piece in the switched-on state and, in the course of the switching-off movement, first releases an axial channel which is connected to a heating chamber. Later, the drivable contact piece then releases another channel, which is connected to a further gas storage space coaxially surrounding the heating space.
  • the disadvantage of this construction is that the connection channel to the boiler room that is initially released during the switch-off operation runs essentially parallel to the fixed contact piece.
  • the present invention has for its object to provide a high-voltage circuit breaker of the type mentioned, in which the largest possible quantities of the coldest possible quenching gas for quenching the arc can be made available with the least effort for a switch-off process.
  • the object is achieved in that the first (s) and the second (s) connecting channel (channels) separate from each other in the arc space in the form of a first and second ring channel or holes in a substantially radial direction, and that the first (s) from the / the second (n) channel (s) are spaced in the axial direction of the contact pieces.
  • first and the second connecting channel separate the arc space with the heating gas space and the cold gas space with the arc space prevents the extinguishing gas flowing from the cold gas space to the arc space from being contaminated by hot extinguishing gas from the heating space.
  • both the first connection channel and the second connection channel open into the arc space in the radial direction prevents the arc from clogging the mouth region of a connection channel and from the arc possibly being extended into the heating gas space by an extinguishing gas flow.
  • Radial ring channels which open into the arc space offer the advantage over axially running channels that large inlet cross-sectional areas can be easily realized.
  • the radial inflow direction of the quenching gas is advantageous when blowing the arc.
  • the invention can advantageously be designed in that the gas storage space is moved together with the drivable contact piece when switching.
  • the gas storage space can be connected in a structurally simple manner to a mechanical compression device for the extinguishing gas.
  • the floor of the gas storage room can form the piston of a system consisting of compression cylinder and piston.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the heating space and the cold gas space adjoin one another at least in one area and that they are separated from one another at least in a partial area of the area only by a movable second partition.
  • a movable second partition ensures that the hot extinguishing gas from the boiler room does not come into direct contact with the cold extinguishing gas from the cold gas room.
  • the mobility of the partition wall enables it to be displaced by an expansion of the gas in the boiler room and thus compresses the cold gas in the cold gas room without bringing it into contact with hot extinguishing gas.
  • cold quenching gas is made available under high pressure for blowing the switching arc in the cold gas space.
  • the movable second partition can be realized, for example, in the form of a flying piston that can be moved in the cold gas space.
  • the movable partition can also be realized by an elastic membrane.
  • heating space and the cold gas space are arranged concentrically to one another.
  • the invention offers the possibility of connecting the individual gas spaces to one another by means of ring channels with a large cross section and thus, if desired, of realizing large gas flow rates.
  • the invention can also be advantageously configured in that the movable partition is formed by an annular piston.
  • This ring piston can advantageously be provided with a return spring, which normally transfers it to a neutral position after a switching operation.
  • the cold gas chamber and the heating chamber can also be connected to one another by a check valve in the area facing away from the connecting channels, which quenching gas can only flow into the cold gas chamber from the heating chamber.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the cross-sectional area of the contact piece closing the ring channels in the switched-on state increases continuously or in several stages from its free end.
  • the ring channels can no longer be released suddenly, but in several steps or continuously.
  • the invention can be advantageously configured in such a way that at least one further connection channel is provided between the cold gas space and the arc space, which opens out offset in the radial direction into the arc space axially to the other connection channels.
  • the gas storage space is connected to a compression space of a mechanical extinguishing gas compression device by means of a check valve.
  • a mechanical extinguishing gas compression device is provided, which is connected to the arc space independently of the gas storage space by means of its own connecting channel.
  • At least the connecting channels are designed as axially running bores and the radially running channels are essentially radially running and penetrating the connecting channels.
  • the channels narrow towards the arc space.
  • the channels are aligned conically towards the second contact piece.
  • the bores can be made from the outside in the nozzle body, the openings of the radial bores on the outside being closed, for example, by means of a sleeve arranged around the nozzle body.
  • the high-voltage circuit breaker shown in FIG. 1 has a first, drivable contact piece 2 and a second, fixed contact piece 1, which are each designed as arcing contact pieces.
  • the switch also has two continuous current contact pieces 3, 4. The switch is shown in an intermediate position during the switch-off movement, the drivable contact piece 2 having already moved away from the fixed contact piece 1 and an arc 5 having been drawn between these contact pieces. Only one half of the circuit breaker is shown in the figure.
  • an insulating nozzle body 6 is connected, which has an opening 7 for the fixed contact piece 1.
  • the contact piece 1 In the switched-on state, the contact piece 1 is moved into the contact piece 2, which has the shape of a tulip contact and closes a first ring channel 8 and a second ring channel 9 tightly.
  • the fixed contact piece 1 initially releases the first ring channel 8, which is connected to the heating chamber 11 via the first connecting channel 10.
  • the contact piece 1 then releases the second ring channel 9, which is connected to the cold gas space 13 by means of the second connecting channel 12.
  • the first connecting duct 8 opens into the inflow opening 15 into the heating chamber 11, while the second connecting duct 12 opens into the cold gas chamber 13 in the outflow opening 16.
  • the heating chamber 11 and the cold gas chamber 13 are connected to one another by means of an opening 26.
  • the opening 26 can be closed by a check valve 17 which is held in the closed position by springs 19 and is opened only in the event that a higher pressure prevails in the heating chamber 11 than in the cold gas chamber 13.
  • the circuit breaker described works as follows: As soon as the drivable contact piece 2 has run off the fixed contact piece 1, an arc 5 is formed between the contact pieces and immediately thereafter the ring channel 8 is released by the drivable contact piece 1, so that the quenching gas heated in the arc chamber 18 between the contact pieces 1, 2 can flow through the first ring channel 8 and the first connecting channel 10 and the inflow opening 15 into the heating chamber 11. An increased extinguishing gas pressure builds up there, which leads to an overflow of extinguishing gas into the cold gas space 13.
  • the quenching gas pressure in the arc chamber 18 drops and the hot quenching gas can flow into the arc chamber 18 both from the heating chamber 11 via the first connecting duct 10 and from the cold gas chamber 13 through the second connecting duct 12 in order to blow the arc 5 there and to dielectrically solidify the separating distance between the contact pieces 1, 2.
  • the second ring channel 9 can still be blocked by the drivable contact piece 1 at this point in time, so that extinguishing gas can flow into the arc chamber 18 only through the first ring channel 8 and additional, cold quenching gas flows from the cold gas chamber 13 through the second connecting channel 12 and the second ring channel 9 into the arc chamber 18. In this way it is achieved that the blowing of the arc is extended. In addition, it is achieved that particularly in the critical time interval before the switching voltage rises, particularly cold extinguishing gas flows from the cold gas space 13 into the arc space 18, as a result of which a high dielectric strength of the isolating path is quickly achieved.
  • FIG. 2 shows a circuit breaker which differs in some features from the switch from FIG. 1. The same components are provided with the same reference numerals.
  • the gas storage space is also divided here by a partition 14 into a heating space 11 and a cold gas space 13.
  • no check valve is provided for the temporary gas-tight separation of the two rooms, so that the hot extinguishing gas can flow continuously from the heating room 11 into the cold gas room 13.
  • the extinguishing gas can then flow from the cold gas chamber 13 through the outflow opening 16 and the second connecting channel 12 into the second annular channel 9 and from there, depending on the position of the drivable contact piece 2 and the corresponding position of the fixed contact piece 20, into the arc chamber 18.
  • a third ring channel 27 is provided, into which the quenching gas can flow from the second connecting channel 12 and from which it can also flow into the arc chamber 18. Since the second ring channel 9 and the third ring channel 27 are offset from one another in the axial direction of the contact pieces 2, 20, when the drivable contact piece 2 is switched off, first the third ring channel 21 and then the second ring channel 9 are released. As a result, the blowing of the arc is gradually increased in the course of the switching movement. The arc is particularly strongly blown in a late phase, when a certain distance between the contact pieces 2, 20 is reached and the arc is easier to extinguish than with a smaller distance between the contact pieces.
  • the fixed contact piece 20 has a smaller cross-sectional area in its end region 21 than in the rest Area.
  • the ring channels 9, 21, which are completely closed by the contact piece 20 at the start of the opening movement are initially partially released.
  • the drivable contact piece 20 assumes this valve function in cooperation with the insulating nozzle body 6 or the ring channels 8, 9, 27.
  • a mechanical compression device 22, 23, which consists of a drivable compression piston 22 connected to the drivable contact piece 2 and a fixed compression cylinder 23, also acts in the switch shown, as already indicated in FIG. 1, which together include the compression volume 24 in which extinguishing gas is compressed during the switch-off process.
  • the compressed extinguishing gas can reach the cold gas chamber 13 through the check valve 25 during the switch-off movement if the extinguishing gas pressure there is lower than in the compression volume 24. It can also result that the check valve 25 is only opened when the extinguishing gas pressure is in the cold gas chamber 13 has already partially broken down in the course of blowing the arc 18. The extinguishing gas is already there partially flowed out of the arc space through the interior of the hollow drivable contact piece 2.
  • the mechanical compression device for the quenching gas thus extends the arc blowing.
  • the compression device can also be connected to the arc space independently of the gas storage space by means of its own connecting channel, as shown in broken lines in FIG. 2.
  • the connecting channels shown can all be designed as bores, but also as segments of ring channels.

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  • Circuit Breakers (AREA)

Abstract

Bei einem Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Gasspeicherraum (11, 13) in den in einem Lichtbogenraum (18) durch einen Schaltlichtbogen (5) aufgeheiztes Löschgas einströmen kann, ist der Gasspeicherraum durch eine Trennwand (14) in einen Heizraum (11) und einen Kaltgasraum (13) unterteilt. Jeder dieser Teilräume ist durch einen eigenen Verbindungskanal (10, 12) mit dem Lichtbogenraum verbunden, wobei die Verbindungskanäle radial in diesen einmünden und axial voneinander beabstandet sind und von einem Kontaktstück (1) zeitweise verschlossen sind. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem ersten, antreibbaren Kontaktstück, einem zweiten Kontaktstück und mit einem Gasspeicherraum, in den in einem Lichtbogenraum zwischen den Kontaktstücken durch einen Schaltlichtbogen aufgeheiztes Löschgas einströmen kann, wobei der Gasspeicherraum durch eine erste Trennwand in einen Heizraum und einen Kaltgasraum unterteilt ist, die derart miteinander in Verbindung stehen, daß eine Druckerhöhung im Heizraum eine Druckerhöhung im Kaltgasraum zur Folge hat, und wobei mindestens ein erster Verbindungskanal zwischen dem Lichtbogenraum und dem Heizraum und mindestens ein zweiter Verbindungskanal zwischen dem Kaltgasraum und dem Lichtbogenraum vorgesehen sind und wobei der oder die erste und der oder die zweite Verbindungskanal(kanäle) im Einschaltzustand durch eines der Kontaktstücke verschlossen sind und durch die Schaltbewegung beim Ausschalten nacheinander geöffnet werden.
  • Ein derartiger Hochspannungs-Leistungsschalter ist beispielsweise aus der französischen Patentanschrift
    23 85 214 bekannt. Dort umgibt ein antreibbares hohles Kontaktstück ein festehendes, ebenfalls hohles Kontaktstück im Einschaltzustand und gibt im Zuge der Ausschaltbewegung zunächst einen axialen Kanal frei, der mit einem Heizraum verbunden ist. Später gibt das antreibbare Kontaktstück dann einen weiteren Kanal frei, der mit einem weiteren, den Heizraum koaxial umgebenden Gasspeicherraum verbunden ist. Der Nachteil bei dieser Konstruktion besteht darin, daß der bei der Ausschalthandlung zunächst freigegebene Verbindungskanal zum Heizraum im wesentlichen parallel zu dem feststehenden Kontaktstück verläuft. Wenn in dieser Richtung das vom Schaltlichtbogen aufgeheizte Löschgas abströmt, besteht die Gefahr, daß der Lichtbogen zum Heizraum hin mitgerissen wird und dort die Wände des Heizraumes bzw. andere dort befindliche Bauteile beschädigt werden. Der Fußpunkt des Lichtbogens würde auf dem feststehenden Kontaktstück (vgl. Figur 10 der FR 23 85 214) in den Heizraum hineinwandern.
  • Aus der DE 38 10 091 Al ist ein Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem geteilten Gasspeicherraum bekannt, bei dem Löschgas zunächst in einen Heizraum, danach in einen Gasspeicherraum und aus diesem zurück in den Lichtbogenraum strömt, sobald dort der Löschgasdruck nachgelassen hat.
  • Der Nachteil des dort beschriebenen Leistungsschalters besteht darin, daß nach dem Absinken des Löschgasdrucks im Lichtbogenraum sowohl aus dem gerade erst mit heißem Löschgas gefüllten Heizraum als auch aus dem diesen umgebenden Kaltgasraum über einen gemeinsamen Verbindungskanal Löschgas in den Lichtbogenraum einströmen kann.
  • Somit besteht die Gefahr, daß in dem Verbindungskanal oder im Lichtbogenraum das heiße Löschgas mit kaltem Löschgas vermischt wird und somit ein Gasgemisch entsteht, das für die Wiederverfestigung der Trennstrecke des Leistungsschalters nicht optimal geeignet ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungs-Leistungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem mit geringstem Aufwand für einen Ausschaltvorgang möglichst große Mengen von möglichst kaltem Löschgas zur Löschung des Lichtbogens zur Verfügung gestellt werden können.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der/die erste(n) und der/die zweite(n) Verbindungskanal(kanäle) in den Lichtbogenraum getrennt voneinander in Form eines ersten und zweiten Ringkanals oder von Bohrungen in im wesentlichen radialer Richtung einmünden, und daß der/die erste(n) von dem/den zweite(n) Kanal(Kanälen) in axialer Richtung der Kontaktstücke beabstandet sind.
  • Dadurch, daß der erste und der zweite Verbindungskanal getrennt voneinander den Lichtbogenraum mit dem Heizgasraum und dem Kaltgasraum mit dem Lichtbogenraum verbinden, wird verhindert, daß das aus dem Kaltgasraum zum Lichtbogenraum strömende Löschgas durch heißes Löschgas aus dem Heizraum kontaminiert wird. Dadurch daß sowohl der erste Verbindungskanal als auch der zweite Verbindungskanal in radialer Richtung in den Lichtbogenraum einmündet, wird verhindert, daß der Lichtbogen den Mündungsbereich eines Verbindungskanals verstopft und daß der Lichtbogen ggf. durch eine Löschgasströmung in den Heizgasraum hinein verlängert wird.
  • Radiale Ringkanäle, die in den Lichtbogenraum einmünden, bieten gegenüber axial verlaufenden Kanälen den Vorteil, daß sich ohne weiteres große Eintrittsquerschnittsflächen verwirklichen lassen. Außerdem ist die radiale Einströmrichtung des Löschgases bei der Beblasung des Lichtbogens vorteilhaft.
  • Die Erfindung kann vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß der Gasspeicherraum gemeinsam mit dem antreibbaren Kontaktstück im Schaltfall bewegt wird.
  • In diesem Fall kann der Gasspeicherraum konstruktiv einfach mit einer mechanischen Kompressionsvorrichtung für das Löschgas verbunden werden. Der Boden des Gasspeicherraumes kann den Kolben eines aus Kompressionszylinder und Kolben bestehenden Systems bilden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Heizraum und der Kaltgasraum wenigstens in einem Bereich aneinander angrenzen und daß sie wenigstens in einem Teilbereich des Bereiches nur durch eine bewegliche zweite Trennwand voneinander getrennt sind.
  • Eine bewegliche zweite Trennwand stellt sicher, daß das heiße Löschgas aus dem Heizraum nicht in direkte Berührung mit dem kalten Löschgas aus dem Kaltgasraum kommt. Durch die Beweglichkeit der Trennwand wird ermöglicht, daß diese durch eine Expansion des Gases im Heizraum verschoben wird und somit das kalte Gas im Kaltgasraum komprimiert ohne mit heißem Löschgas in Berührung zu bringen. Hierdurch wird kaltes Löschgas unter hohem Druck zur Beblasung des Schaltlichtbogens im Kaltgasraum zur Verfügung gestellt.
  • Die bewegliche zweite Trennwand kann beispielsweise in Form eines fliegenden Kolbens, der in dem Kaltgasraum verschiebbar ist, realisiert sein. Die bewegliche Trennwand kann aber auch durch eine elastische Membran realisiert sein.
  • Es kann außerdem vorteilhaft vorgesehen sein, daß der Heizraum und der Kaltgasraum konzentrisch zueinander angeordnet sind.
  • Hierdurch ergibt sich eine platzsparende Anordnung und die Möglichkeit, den Heizraum und den Kaltgasraum an ihrem einen Ende jeweils getrennt voneinander mittels je eines Verbindungskanals mit dem Lichtbogenraum zu verbinden und den Heizgasraum an seinem anderen Ende, in axialer Richtung gesehen mit dem Kaltgasraum zu verbinden. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich die Möglichkeit, die einzelnen Gasräume durch Ringkanäle mit großem Querschnitt miteinander zu verbinden und somit, soweit gewünscht, große Gasdurchflußmengen zu realisieren.
  • Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß die bewegliche Trennwand durch einen Ringkolben gebildet ist.
  • Dieser Ringkolben kann vorteilhaft mit einer Rückstellfeder versehen sein, die ihm im Normalfall nach einer Schalthandlung in eine neutrale Lage überführt.
  • Anstelle der beweglichen Trennwand können der Kaltgasraum und der Heizraum auch durch ein Rückschlagventil in dem von den Verbindungskanälen abgewandten Bereich miteinander verbunden sein, welches Löschgas nur vom Heizraum in den Kaltgasraum strömen läßt.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Querschnittsfläche des die Ringkanäle im Einschaltzustand verschließenden Kontaktstückes ausgehend von seinem freien Ende kontinuierlich oder in mehreren Stufen zunimmt.
  • Durch diese Konstruktion ist das Freigeben der Ringkanäle nicht mehr nur schlagartig sondern in mehreren Schritten oder kontinuierlich möglich.
  • Außerdem kann die Erfindung noch vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß zwischen dem Kaltgasraum und dem Lichtbogenraum wenigstens ein weiterer Verbindungskanal vorgesehen ist, der in radialer Richtung in den Lichtbogenraum axial zu den übrigen Verbindungskanälen versetzt einmündet.
  • Hierdurch ist eine zeitliche Steuerung, insbesondere eine stufenweise Verstärkung des Löschgasstromes während der Ausschaltbewegung möglich.
  • Es kann außerdem vorteilhaft vorgesehen sein, daß der Gasspeicherraum mittels eines Rückschlagventiles mit einem Kompressionsraum einer mechanischen Löschgaskompressionsvorrichtung in Verbindung steht. Hierdurch strömt nach Abfallen des Löschgasdrucks im Gasspeicherraum komprimiertes Löschgas aus der Löschgaskompressionsvorrichtung nach.
  • Außerdem kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß eine mechanische Löschgaskompressionsvorrichtung vorgesehen ist, die unabhängig von dem Gasspeicherraum mittels eines eigenen Verbindungskanals mit dem Lichtbogenraum verbunden ist.
  • Hierdurch wird ermöglicht, daß während des Schaltvorganges unabhängig von der Heizwirkung des Lichtbogens kaltes komprimiertes Löschgas aus der Kompressionsvorrichtung zum Lichtbogen gelangt.
  • Außerdem kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß wenigstens die Verbindungskanäle als axial verlaufende Bohrungen und die radial verlaufenden Kanäle als im wesentlichen radial verlaufende und die Verbindungskanäle durchsetzende Bohrungen ausgebildet sind.
  • Außerdem kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß die Kanäle sich zum Lichtbogenraum hin verengen.
  • Außerdem kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß die Kanäle zu dem zweiten Kontaktstück hin konisch aufeinander zulaufend ausgerichtet sind.
  • Die Bohrungen können von außen in dem Düsenkörper eingebracht werden, wobei die Öffnungen der radialen Bohrungen an der Außenseite beispielsweise mittels einer um den Düsenkörper herum angeordneten Hülse verschlossen werden.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben.
  • Dabei zeigt
    • Figur 1 einen erfindungsgemäßen Leistungsschalter schematisch im Querschnitt,
    • Figur 2 einen erfindungsgemäßen Leistungsschalter mit einem abgestuften stiftförmigen Kontaktstück im Querschnitt.
  • Der in der Figur 1 dargestellte Hochspannungs-Leistungsschalter weist ein erstes, antreibbares Kontaktstück 2 und ein zweites, feststehendes Kontaktstück 1 auf, die jeweils als Lichtbogenkontaktstücke ausgebildet sind. Außerdem weist der Schalter auch zwei Dauerstromkontaktstücke 3, 4 auf. Der Schalter ist in einer Zwischenstellung während der Ausschaltbewegung dargestellt, wobei das antreibbare Kontaktstück 2 sich bereits von dem feststehenden Kontaktstück 1 entfernt hat und ein Lichtbogen 5 zwischen diesen Kontaktstücken gezogen worden ist. In der Abbildung ist nur eine Hälfte des Leistungsschalters dargestellt.
  • Mit dem antreibbaren Kontaktstück 2 ist ein Isolierdüsenkörper 6 verbunden, der eine Öffnung 7 für das feststehende Kontaktstück 1 aufweist.
  • Im Einschaltzustand ist das Kontaktstück 1 in das Kontaktstück 2, das die Form eines Tulpenkontaktes aufweist, eingefahren und schließt einen ersten Ringkanal 8 und einen zweiten Ringkanal 9 dicht ab.
  • Im Zuge einer Ausschaltbewegung gibt das feststehende Kontaktstück 1 zunächst den ersten Ringkanal 8 frei, der über den ersten Verbindungskanal 10 mit dem Heizraum 11 verbunden ist.
  • Später gibt das Kontaktstück 1 dann den zweiten Ringkanal 9 frei, der mittels des zweiten Verbindungskanals 12 mit dem Kaltgasraum 13 verbunden ist.
  • Der Heizraum 11 und der konzentrisch zu diesem angeordnete Kaltgasraum 13 bilden zusammen einen Gasspeicherraum, der durch die ringförmige erste Trennwand 14 aufgeteilt ist.
  • Der erste Verbindungskanal 8 mündet in der Einströmöffnung 15 in den Heizraum 11, während der zweite Verbindungskanal 12 in der Ausströmöffnung 16 in den Kaltgasraum 13 einmündet.
  • An ihrem der Einströmöffnung 15 und der Ausströmöffnung 16 entgegengesetzten Ende sind der Heizraum 11 und der Kaltgasraum 13 mittels einer Öffnung 26 miteinander verbunden. Die Öffnung 26 ist durch ein Rückschlagventil 17 verschließbar, das durch Federn 19 in der Verschlußstellung gehalten wird und nur in dem Fall geöffnet wird, daß in dem Heizraum 11 ein höherer Druck herrscht als in dem Kaltgasraum 13.
  • Der beschriebene Leistungsschalter funktioniert folgendermaßen:
    Sobald das antreibbare Kontaktstück 2 von dem festehenden Kontaktstück 1 abgelaufen ist, bildet sich ein Lichtbogen 5 zwischen den Kontaktstücken aus und gleich darauf wird der Ringkanal 8 von dem antreibbaren Kontaktstück 1 freigegeben, so daß das in dem Lichtbogenraum 18 zwischen den Kontaktstükken 1, 2 aufgeheizte Löschgas durch den ersten Ringkanal 8 und den ersten Verbindungskanal 10 sowie die Einströmöffnung 15 in den Heizraum 11 einströmen kann. Dort baut sich ein erhöhter Löschgasdruck auf, der zu einem Überströmen von Löschgas in den Kaltgasraum 13 führt.
  • Wenn im Stromnulldurchgang des zu schaltenden Stroms der Lichtbogen 5 erlischt, sinkt der Löschgasdruck im Lichtbogenraum 18 ab und das heiße Löschgas kann sowohl aus dem Heizraum 11 über den ersten Verbindungskanal 10 als auch aus dem Kaltgasraum 13 durch den zweiten Verbindungskanal 12 in den Lichtbogenraum 18 einströmen, um dort den Lichtbogen 5 zu beblasen und die Trennstrecke zwischen den Kontaktstücken 1, 2 dielektrisch zu verfestigen.
  • Je nach dem Zeitpunkt des Stromnulldurchganges und der Anordnung des zweiten Ringkanals 9 kann zu diesem Zeitpunkt der zweite Ringkanal 9 noch durch das antreibbare Kontaktstück 1 versperrt sein, so daß nur durch den ersten Ringkanal 8 Löschgas in den Lichtbogenraum 18 einströmen kann und erst später zusätzliches, kaltes Löschgas aus dem Kaltgasraum 13 durch den zweiten Verbindungskanal 12 und den zweiten Ringkanal 9 in den Lichtbogenraum 18 einströmt. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Beblasung des Lichtbogens verlängert wird. Außerdem wird erreicht, daß gerade in dem kritischen Zeitintervall vor dem Wiederanstieg der Schaltspannung besonders kaltes Löschgas aus dem Kaltgasraum 13 in den Lichtbogenraum 18 strömt, wodurch schnell eine hohe Spannungsfestigkeit der Trennstrecke erreicht wird.
  • Die Figur 2 zeigt einen Leistungsschalter, der sich in einigen Merkmalen von dem Schalter aus der Figur 1 unterscheidet. Gleiche Bauteile sind hierbei mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Der Gasspeicherraum ist hier ebenfalls durch eine Trennwand 14 in einen Heizraum 11 und einen Kaltgasraum 13 unterteilt. Jedoch ist kein Rückschlagventil zur zeitweiligen gasdichten Trennung der beiden Räume vorgesehen, so daß das heiße Löschgas ständig vom Heizraum 11 in den Kaltgasraum 13 hineinströmen kann.
  • Aus dem Kaltgasraum 13 kann das Löschgas dann durch die Ausströmöffnung 16 und den zweiten Verbindungskanal 12 in den zweiten Ringkanal 9 und von dort aus ggf. je nach der Stellung des antreibbaren Kontaktstücks 2 und der entsprechenden Position des feststehenden Kontaktstücks 20 in den Lichtbogenraum 18 einströmen.
  • Außerdem ist ein dritter Ringkanal 27 vorgesehen, in den das Löschgas aus dem zweiten Verbindungskanal 12 einströmen kann und aus dem es ebenfalls in den Lichtbogenraum 18 einströmen kann. Da der zweite Ringkanal 9 und der dritte Ringkanal 27 in axialer Richtung der Kontaktstücke 2, 20 gegeneinander versetzt sind, wird bei einer Ausschaltbewegung des antreibbaren Kontaktstücks 2 zunächst der dritte Ringkanal 21 und danach der zweite Ringkanal 9 freigegeben. Hierdurch wird im Zuge der Schaltbewegung die Beblasung des Lichtbogens allmählich verstärkt. Der Lichtbogen wird in einer späten Phase, wenn ein bestimmter Abstand zwischen den Kontaktstücken 2, 20 erreicht ist und der Lichtbogen leichter zu löschen ist als bei einem geringeren Abstand der Kontaktstücke, besonders stark beblasen.
  • Das feststehende Kontaktstück 20 weist in seinem Endbereich 21 eine geringere Querschnittsfläche auf als in dem übrigen Bereich. Hierdurch werden die Ringkanäle 9, 21, die zu Anfang der Ausschaltbewegung durch das Kontaktstück 20 vollständig verschlossen sind, zunächst teilweise freigegeben. Es entsteht zunächst ein Ringspalt zwischen dem Endbereich 21 des Kontaktstücks 20 und dem Isolierdüsenkörper 6. Erst später, wenn das antreibbare Kontaktstück 2 einen genügend langen Weg zurückgelegt hat, werden die Ringkanäle 9, 27 vollständig freigegeben und es kann sich die Gasströmung zur Beblasung des Lichtbogens 18 vollständig ausbilden. Durch diese Maßnahme kann der Durchsatz des Löschgasstroms in Abhängigkeit von der Schaltbewegung präzise gesteuert werden. Dies ist besonders wichtig, da diese Schalterkonstruktion ohne gesonderte Steuerventile zur Steuerung der Löschgasströmung auskommt. Das antreibbare Kontaktstück 20 übernimmt diese Ventilfunktion im Zusammenwirken mit dem Isolierdusenkörper 6 bzw. den Ringkanälen 8, 9, 27.
  • Unabhängig von dem bisher beschriebenen Beblasungsmechanismus wirkt in dem dargestellten Schalter, wie auch schon in der Figur 1 angedeutet, außerdem eine mechanische Kompressionsvorrichtung 22, 23, die aus einem antreibbaren, mit dem antreibbaren Kontaktstück 2 verbundenen Kompressionskolben 22 und aus dem feststehenden Kompressionszylinder 23 besteht, die gemeinsam das Kompressionsvolumen 24 einschließen, in dem während des Ausschaltvorganges Löschgas komprimiert wird.
  • Das komprimierte Löschgas kann während der Ausschaltbewegung durch das Rückschlagventil 25 in den Kaltgasraum 13 gelangen, wenn dort der Löschgasdruck geringer ist als im Kompressionsvolumen 24. Es kann sich auch ergeben, daß das Rückschlagventil 25 erst geöffnet wird, wenn sich der Löschgasdruck in dem Kaltgasraum 13 im Zuge einer Beblasung des Lichtbogens 18 bereits zum Teil abgebaut hat. Das Löschgas ist dann schon teilweise durch das Innere des hohlen antreibbaren Kontaktstücks 2 aus dem Lichtbogenraum abgeströmt.
  • Durch die mechanische Kompressionsvorrichtung für das Löschgas wird somit eine Verlängerung der Lichtbogenbeblasung erreicht.
  • Außerdem kann auch bei geringen zu schaltenden Stromstärken, bei denen die Aufheizung des Löschgases durch den Lichtbogen nicht stark genug ist, durch die Kompressionsvorrichtung eine Beblasung des Lichtbogens 18 garantiert werden.
  • Die Kompressionseinrichtung kann auch, wie in der Figur 2 strichpunktiert dargestellt, mittels eines eigenen Verbindungskanals unabhängig von dem Gasspeicherraum mit dem Lichtbogenraum verbunden sein.
  • Die dargestellten Verbindungskanäle können sämtlich als Bohrungen, aber auch als Segmente von Ringkanälen ausgeführt sein.

Claims (12)

  1. Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem ersten, antreibbaren Kontaktstück (2), einem zweiten Kontaktstück (1, 20) und mit einem Gasspeicherraum (11, 13), in den in einem Lichtbogenraum (18) zwischen den Kontaktstücken (1, 2, 20) durch einen Schaltlichtbogen (5) aufgeheiztes Löschgas einströmen kann, wobei der Gasspeicherraum (11, 13) durch eine erste Trennwand (14) in einen Heizraum (11) und einen Kaltgasraum (13) unterteilt ist, die derart miteinander in Verbindung stehen, daß eine Druckerhöhung im Heizraum (11) eine Druckerhöhung im Kaltgasraum (13) zur Folge hat, und wobei mindestens ein erster Verbindungskanal (10) zwischen dem Lichtbogenraum (18) und dem Heizraum (11) und mindestens ein zweiter Verbindungskanal (12) zwischen dem Kaltgasraum (13) und dem Lichtbogenraum (18) vorgesehen sind und wobei der oder die erste und der oder die zweite Verbindungskanal(kanäle) (10, 12) im Einschaltzustand durch eines der Kontaktstücke (1, 20) verschlossen sind und durch die Schaltbewegung beim Ausschalten nacheinander geöffnet werden,
    dadurch gekennzeichnet, daß der/die erste(n) und der/die zweite(n) Verbindungskanal(kanäle) (10, 12) in den Lichtbogenraum (18) getrennt voneinander in Form eines ersten und zweiten Ringkanals (8, 9) oder von Bohrungen in im wesentlichen radialer Richtung einmünden, und daß der/die erste(n) von dem/den zweite(n) Kanal(Kanälen) (8, 9) in axialer Richtung der Kontaktstücke (1, 2) beabstandet sind.
  2. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Gasspeicherraum (11, 13) gemeinsam mit dem antreibbaren Kontaktstück (2) im Schaltfall bewegt wird.
  3. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Heizraum (11) und der Kaltgasraum (13) wenigstens in einem Bereich aneinander angrenzen und daß sie wenigstens in einem Teilbereich des Bereiches nur durch eine bewegliche zweite Trennwand (17) voneinander getrennt sind.
  4. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Heizraum (11) und der Kaltgasraum (13) konzentrisch zueinander angeordnet sind.
  5. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Trennwand (17) durch einen Ringkolben gebildet ist.
  6. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des die Ringkanäle (8, 9) im Einschaltzustand verschließenden Kontaktstückes (1, 20) ausgehend von seinem freien Ende (21) kontinuierlich oder in mehreren Stufen zunimmt.
  7. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1, oder einem der folgenden,
    dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kaltgasraum (13) und dem Lichtbogenraum (18) wenigstens ein weiterer Verbindungskanal (21) vorgesehen ist, der in radialer Richtung in den Lichtbogenraum (18) axial zu den übrigen Verbindungskanälen versetzt einmündet.
  8. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Gasspeicherraum (11, 13) mittels eines Rückschlagventiles (25) mit einem Kompressionsraum (24) einer mechanischen Löschgaskompressionsvorrichtung (22, 23) in Verbindung steht.
  9. Hochspannungs-Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische Löschgaskompressionsvorrichtung vorgesehen ist, die unabhängig von dem Gasspeicherraum (11, 13) mittels eines eigenen Verbindungskanals mit dem Lichtbogenraum (18) verbunden ist.
  10. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
    dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Verbindungskanäle (12) als axial verlaufende Bohrungen und die radial verlaufenden Kanäle (9) als im wesentlichen radial verlaufende und die Verbindungskanäle (12) durchsetzende Bohrungen ausgebildet sind.
  11. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 10
    dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (9) sich zum Lichtbogenraum (18) hin verengen.
  12. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (9) zu dem zweiten Kontaktstück (1,20) hin konisch aufeinander zulaufend ausgerichtet sind.
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