EP0809269A2 - Hochspannungs-Leistungsschalter mit zwei antreibbaren Schaltkontaktstücken - Google Patents

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EP0809269A2
EP0809269A2 EP97250161A EP97250161A EP0809269A2 EP 0809269 A2 EP0809269 A2 EP 0809269A2 EP 97250161 A EP97250161 A EP 97250161A EP 97250161 A EP97250161 A EP 97250161A EP 0809269 A2 EP0809269 A2 EP 0809269A2
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arcing contact
contact piece
contact pieces
drive element
circuit breaker
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Siemens AG
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    • 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
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage circuit breaker with a first and a second, coaxially opposing arcing contact piece, between which, if necessary, a switching arc burns during a switch-off process and which can be driven in opposite directions in the course of a switch-off process by a common drive, the drive movement being effected by a first drive element is transmitted to the first arcing contact piece and by a second drive element by means of a deflecting gear to the second arcing contact piece and with two continuous current contact pieces which coaxially surround the arcing contact pieces and with an insulating nozzle which is fixedly connected to the first arcing contact piece and which blows the switching arc Extinguishing gas is used.
  • the present invention has for its object to provide a high-voltage circuit breaker of the type mentioned, which is structurally simple and inexpensive and requires the smallest possible housing size.
  • the second drive element is fastened to the insulating material nozzle and is driven by means of it, and is arranged radially within the continuous current contact pieces.
  • the second drive element is fastened to the insulating material nozzle and the insulating material nozzle itself thus transmits the driving force to the second arcing contact
  • the second drive element can be kept relatively short.
  • the first drive element is driven by a force accumulator (not shown in detail) and in turn drives the first arcing contact piece with the insulating material nozzle.
  • the insulating material in turn drives the second drive element, which transmits the drive movement to the reversing gear arranged behind the second arcing contact piece.
  • the drive movement is then transmitted to the second arcing contact piece by means of the deflection gear.
  • the second drive element is arranged radially within the continuous current contact pieces, and not, as in the prior art parallel to the first drive element or the insulating nozzle radially outside, the size of the interrupter unit of the high-voltage circuit breaker according to the invention is kept small in the radial direction.
  • the second drive element for example in the form of a drive rod, is coupled directly to the insulating nozzle and not to the first drive element, the necessary overall length of the second drive element and thus also the mass to be accelerated during the switching process is reduced.
  • the size of such a high-voltage circuit breaker is exactly the same as the size of a corresponding switch in which only one of the arcing contact pieces can be driven and in which the second drive element and the deflection gear are missing.
  • the same insulating material housing for example porcelain housing, can thus be used for both variants of the switch.
  • the second drive element can come into contact with the arc or with hot quenching gas, it should be made of an arc-resistant material, for example PTFE.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that a field electrode surrounding the second arcing contact piece is coupled to the deflecting gear and can be moved in the opposite direction to the second arcing contact piece in the course of a switching movement.
  • the field electrode can be coupled to the deflection gear without major additional mechanical outlay are pushed forward during the switch-off process, when both arcing contact pieces are pulled apart, in order to achieve an equalization of the electrical field in the region of the separation distance between the arcing contact pieces. It can be provided that the deflection gear is designed so that the movement of the field electrode only begins shortly before the end of the switch-off movement.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the deflection gear has a fixedly pivotable two-armed lever to which the second drive element, the second arcing contact piece and the field electrode are coupled.
  • the reversing gear can be implemented in the simplest and most reliable manner.
  • the fact that the deflection gear is arranged from the first arcing contact piece behind the second arcing contact piece ensures that both arcing contact pieces are driven by means of a pulling motion during the switching-off process, in which extremely high acceleration is important.
  • a suitable acceleration profile of the second arcing contact piece can be realized during the switch-off movement.
  • the second drive element and the second arcing contact piece are advantageously coupled to the lever by means of link guides, so that the radial deflection of these elements is kept as low as possible during the pivoting movement of the lever. An overstroke of the drive can also be compensated for by the link guides.
  • the figure shows schematically in a longitudinal section an interrupter unit of a high-voltage circuit breaker.
  • the high-voltage circuit breaker shown has two arcing contact pieces 1, 2 which are coaxially opposed to one another.
  • the illustration shows a state during the switching movement shortly before the switch-off state is reached.
  • the arcing contact pieces 1, 2 are already separated from one another and an arc is burning between them.
  • the first arcing contact piece 1 is moved in the direction of the arrow 12, the second arcing contact piece 2 in the direction of the arrow 13.
  • the first arcing contact piece 1 is hollow and receives the pin-shaped second arcing contact piece 2 in the switched-on state.
  • the first arcing contact piece 1 is coupled to a contact tube 4, which also serves as the first drive element and transmits the drive movement from an energy store, not shown.
  • the first arcing contact 1 carries a multi-part insulating nozzle 9, which surrounds the second arcing contact 2 in the switched-on state and conducts the quenching gas heated by the arc 3 during the switch-off process.
  • hot quenching gas can flow through a channel 14 into a heating chamber 15, from which it then flows back through the same channel 14 at a suitable time, shortly after the zero current crossing of the alternating current, in order to blow the arc 3 and accelerate the reconsolidation of the switching path .
  • the free end of the insulating nozzle 9 is guided in a tube 10 which simultaneously forms a field electrode.
  • a drive element 5 is attached in the form of a rod made of PTFE.
  • a ring 16 is first attached to the nozzle, with which one end of the second drive element 5 is screwed.
  • the two-armed lever 11 is actuated by the second drive element 5.
  • the rod 5 is pulled in the direction of the arrow 17, as a result of which the lever 11 is pivoted clockwise.
  • a pulling movement in the direction of arrow 13 is transmitted to the second arcing contact piece 2.
  • the field electrode 10 is moved in the direction of the arrow 19 via a rod 18 which is likewise coupled to the lever 11.
  • the second arcing contact piece 2 is guided and contacted in the axial direction within the field electrode 10 by means of a sliding contact guide 20.
  • the field electrode 10 is in turn guided and contacted in circumferential sliding contacts 21, 22 of the continuous current contact piece 8.
  • the lever 11 of the deflection gear 6 is pivotally mounted in a schematically illustrated manner about the stationary axis 23.
  • the axis 23 can for example be fastened in the support tube 24 which carries the continuous current contact piece 8.

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  • Circuit Breakers (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Abstract

Bei einem Hochspannungs-Leistungsschalter mit zwei gegensinnig antreibbaren Lichtbogenkontaktstücken (1, 2), bei dem das erste Lichtbogenkontaktstück (1) direkt angetrieben ist und vom ersten Lichtbogenkontaktstück aus gesehen hinter dem zweiten Lichtbogenkontaktstück (2) ein Umlenkgetriebe (6) angeordnet ist, soll das zweite Übertragungselement (5), welches die Antriebsbewegung von der Antriebsseite zum Umlenkgetriebe (6) übertragt, platzsparend und massearm ausgebildet werden. Zu diesem Zweck wird das zweite Übertragungselement (5) an der Isolierstoffdüse (9) befestigt und ist radial innerhalb der Dauerstromkontaktstücke (7, 8) angeordnet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem ersten und einem zweiten, einander koaxial gegenüberstehenden Lichtbogenkontaktstück, zwischen denen bei einem Ausschaltvorgang gegebenenfalls ein Schaltlichtbogen brennt und die im Zuge eines Ausschaltvorganges durch einen gemeinsamen Antrieb in entgegengesetzten Richtungen antreibbar sind, wobei die Antriebsbewegung durch ein erstes Antriebselement auf das erste Lichtbogenkontaktstück und durch ein zweites Antriebselement mittels eines Umlenkgetriebes auf das zweite Lichtbogenkontaktstück übertragen wird und mit zwei die Lichtbogenkontaktstücke koaxial umgebenden Dauerstromkontaktstücken sowie mit einer Isolierstoffdüse, die mit dem ersten Lichtbogenkontaktstück fest verbunden ist und die der Beblasung des Schaltlichtbogens mit einem Löschgas dient.
  • Ein derartiger Hochspannungs-Leistungsschalter ist beispielsweise in der französischen Patentanmeldung FR 2 491 675 beschrieben. Dort ist auch ausgeführt, daß durch die Aufteilung der Schaltbewegung auf zwei angetriebene Schaltkontaktstücke bei gleicher Antriebsenergie eine höhere Kontakttrennungsgeschwindigkeit erreicht wird, als wenn nur ein einziger Kontakt angetrieben wäre.
  • Auch aus dem Fachartikel IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 8, No 3, July 1993, "DEVELOPMENT OF 550 kV1-BREAK GCB (PART II)" ist ein Hochspannungs-Leistungsschalter mit zwei antreibbaren Schaltkontaktstücken bekannt, wobei die Antriebsbewegung auf eines der Schaltkontaktstücke direkt und auf das andere Schaltkontaktstück mittels eines Umlenkgetriebes übertragen wird.
  • Beim Stand der Technik ergibt sich, wie insbesondere aus der genannten französischen Patentanmeldung hervorgeht, daß die Antriebselemente zum Antrieb beider Schaltkontaktstücke sowie das Umlenkgetriebe regelmäßig viel Platz beanspruchen. Insbesondere bei der Konstruktion gemäß FR 2 491 675 wird deutlich, daß durch diese Konstruktion der Durchmesser der Unterbrechereinheit groß wird, so daß ein entsprechend großes Isolierstoffgehause zur Aufnahme der Unterbrechereinheit notwendig ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungs-Leistungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der konstruktiv einfach aufgebaut und kostengünstig ist und eine möglichst geringe Gehäusegröße beansprucht.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß das zweite Antriebselement an der Isolierstoffdüse befestigt und mittels dieser angetrieben sowie radial innerhalb der Dauerstromkontakstücke angeordnet ist.
  • Dadurch, daß das zweite Antriebselement an der Isolierstoffdüse befestigt ist, und die Isolierstoffdüse somit selbst die Antriebskraft auf das zweite Lichtbogenkopntaktstück überträgt, kann das zweite Antriebselement relativ kurz gehalten werden. In der mechanischen Kette der die Antriebsbewegung übertragenden Elemente wird das erste Antriebselement von einem nicht im einzelnen dargestellten Kraftspeicher angetrieben und treibt seinerseits das erste Lichtbogenkontaktstück mit der Isolierstoffdüse an. Die Isolierstoffdüse treibt ihrerseits das zweite Antriebselement an, welches die Antriebsbewegung auf das hinter dem zweiten Lichtbogenkontaktstück angeordnete Umlenkgetriebe übertragt. Mittels des Umlenkgetriebes wird die Antriebsbewegung dann auf das zweite Lichtbogenkontaktstück übertragen.
  • Dadurch, daß das zweite Antriebselement radial innerhalb der Dauerstromkontaktstücke angeordnet ist, und nicht, wie beim Stand der Technik parallel zu dem ersten Antriebselement bzw. der Isolierstoffdüse radial außerhalb verläuft, wird die Baugröße der Unterbrechereinheit des erfindungsgemäßen Hochspannungs-Leistungsschalters in radialer Richtung kleingehalten. Dadurch, daß das zweite Antriebselement, beispielsweise in Form einer Antriebsstange, direkt an die Isolierstoffdüse und nicht an das erste Antriebselement angekoppelt ist, wird die notwendige Baulange des zweiten Antriebselements und somit auch die beim Schaltvorgang zu beschleunigende Masse verringert.
  • Die Baugröße eines solchen Hochspannungs-Leistungsschalters ist genau gleich der Baugröße eines entsprechenden Schalters, bei dem nur eines der Lichtbogenkontaktstücke antreibbar ist und bei dem das zweite Antriebselement und das Umlenkgetriebe fehlen. Für beide Varianten des Schalters können somit gleiche Isolierstoffgehäuse, beispielsweise Porzellangehäuse verwendet werden.
  • Da das zweite Antriebselement mit dem Lichtbogen bzw. mit heißem Löschgas in Kontakt kommen kann, sollte es aus einem lichtbogenresistenten Material, beispielsweise PTFE, hergestellt werden.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß an das Umlenkgetriebe eine das zweite Lichtbogenkontaktstück umgebende Feldelektrode angekoppelt ist, die im Zuge einer Schaltbewegung gegensinnig zu dem zweiten Lichtbogenkontaktstück bewegbar ist.
  • Durch diese Konstruktion kann an dem Umlenkgetriebe ohne größeren zusätzlichen mechanischen Aufwand die Feldelektrode angekoppelt werden, die beim Ausschaltvorgang, wenn beide Lichtbogenkontaktstücke auseinandergezogen werden, vorgeschoben wird, um eine Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes im Bereich der Trennstrecke zwischen den Lichtbogenkontaktstücken zu erreichen. Es kann vorgesehen sein, das Umlenkgetriebe so auszulegen, daß die Bewegung der Feldelektrode erst kurz vor dem Ende der Ausschaltbewegung beginnt.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Umlenkgetriebe einen ortsfest schwenkbar gelagerten zweiarmigen Hebel aufweist, an den das zweite Antriebselement, das zweite Lichtbogenkontaktstück und die Feldelektrode angekoppelt sind.
  • Durch einen solchen Hebel ist das Umlenkgetriebe in einfachster und funktionssicherster Weise realisierbar. Dadurch, daß das Umlenkgetriebe von dem ersten Lichtbogenkontaktstück aus hinter dem zweiten Lichtbogenkontaktstück angeordnet ist, ist erreicht, daß beide Lichtbogenkontaktstücke beim Ausschaltvorgang, bei dem es auf eine extrem hohe Beschleunigung ankommt, mittels einer Zugbewegung angetrieben werden. Je nach der Ruhestellung des zweiarmigen Hebels kann ein passendes Beschleunigungsprofil des zweiten Lichtbogenkontaktstückes während der Ausschaltbewegung verwirklicht werden. Vorteilhaft geschieht die Ankopplung des zweiten Antriebselementes und des zweiten Lichtbogenkontaktstückes an den Hebel mittels Kulissenführungen, so daß die radiale Auslenkung dieser Elemente während der Schwenkbewegung des Hebels möglichst gering gehalten wird. Außerdem kann durch die Kulissenführungen ein Überhub des Antriebs kompensiert werden.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend beschrieben.
  • Dabei zeigt die Figur schematisch in einem Langsschnitt eine Unterbrechereinheit eines Hochspannungs-Leistungsschalters.
  • Der dargestellte Hochspannungs-Leistungsschalter weist zwei Lichtbogenkontaktstücke 1, 2 auf, die einander koaxial gegenüberstehen. Die Darstellung zeigt einen Zustand wahrend der Schaltbewegung kurz vor Erreichen des Ausschaltzustandes. Die Lichtbogenkontaktstücke 1, 2 sind bereits voneinander getrennt und zwischen ihnen brennt ein Lichtbogen 3. Das erste Lichtbogenkontaktstück 1 wird in Richtung des Pfeils 12, das zweite Lichtbogenkontaktstück 2 in Richtung des Pfeils 13 bewegt. Das erste Lichtbogenkontaktstück 1 ist hohl ausgebildet und nimmt im Einschaltzustand das stiftförmige zweite Lichtbogenkontaktstück 2 auf. Das erste Lichtbogenkontaktstück 1 ist an ein Kontaktrohr 4 angekoppelt, das auch als erstes Antriebselement dient und die Antriebsbewegung von einem nicht dargestellten Kraftspeicher überträgt.
  • Das erste Lichtbogenkontaktstück 1 trägt eine mehrteilige Isolierstoffdüse 9, die im Einschaltzustand das zweite Lichtbogenkontaktstück 2 umgibt und während des Ausschaltvorganges das durch den Lichtbogen 3 erhitzte Löschgas leitet. Zunächst kann durch einen Kanal 14 heißes Löschgas in einen Heizraum 15 strömen, aus dem es dann zu geeigneter Zeit, kurz nach dem Stromnulldurchgang des zu schaltenden Wechselstromes durch denselben Kanal 14 wieder zurückströmt, um den Lichtbogen 3 zu beblasen und die Wiederverfestigung der Schaltstrecke zu beschleunigen.
  • Das freie Ende der Isolierdüse 9 ist in einem Rohr 10 geführt, das gleichzeitig eine Feldelektrode bildet.
  • An dem freien Ende der Isolierstoffdüse 9 ist ein Antriebselement 5 in Form einer aus PTFE bestehenden Stange befestigt.
  • In dem Ausführungsbeispiel ist zunächst an der Düse ein Ring 16 befestigt, mit dem ein Ende des zweiten Antriebselementes 5 verschraubt ist. Durch das zweite Antriebselement 5 wird der zweiarmige Hebel 11 betätigt. Während des Ausschaltvorganges wird die Stange 5 in Richtung des Pfeils 17 gezogen, wodurch der Hebel 11 im Uhrzeigersinn geschwenkt wird. Hierdurch wird eine Zugbewegung in Richtung des Pfeils 13 auf das zweite Lichtbogenkontaktstück 2 übertragen.
  • Gleichzeitig wird über eine ebenfalls an den Hebel 11 angekoppelte Stange 18 die Feldelektrode 10 in Richtung des Pfeils 19 bewegt.
  • Beim Einschaltvorgang finden die beschriebenen Vorgänge in umgekehrtem Richtungssinn statt.
  • Das zweite Lichtbogenkontaktstück 2 ist mittels einer Gleitkontakt führung 20 in axialer Richtung innerhalb der Feldelektrode 10 geführt und kontaktiert. Die Feldelektrode 10 ist ihrerseits in umlaufenden Gleitkontakten 21, 22 des Dauerstromkontaktstücks 8 geführt und kontaktiert.
  • Der Hebel 11 des Umlenkgetriebes 6 ist in schematisch dargestellter Weise um die ortsfeste Achse 23 schwenkbar gelagert. Die Achse 23 kann beispielsweise in dem Tragrohr 24 befestigt sein, das das Dauerstromkontaktstück 8 trägt.

Claims (3)

  1. Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem ersten und einem zweiten, einander koaxial gegenüberstehenden Lichtbogenkontaktstücken (1, 2), zwischen denen bei einem Ausschaltvorgang gegebenenfalls ein Schaltlichtbogen (3) brennt und die im Zuge eines Ausschaltvorganges durch einen gemeinsamen Antrieb in entgegengesetzten Richtungen antreibbar sind, wobei die Antriebsbewegung durch ein erstes Antriebselement (4) auf das erste Lichtbogenkontaktstück (1) und durch ein zweites Antriebselement (5) mittels eines Umlenkgetriebes (6) auf das zweite Lichtbogenkontaktstück übertragen wird und mit zwei die Lichtbogenkontaktstücke (1, 2) koaxial umgebenden Dauerstromkontaktstücken (7, 8) sowie mit einer Isolierstoffdüse (9), die mit dem ersten Lichtbogenkontaktstück (1) fest verbunden ist und die der Beblasung des Schaltlichtbogens (3) mit einem Löschgas dient,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das zweite Antriebselement (5) an der Isolierstoffdüse (9) befestigt und mittels dieser angetrieben sowie radial innerhalb der Dauerstromkontakstücke (7, 8) angeordnet ist.
  2. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    an das Umlenkgetriebe (6) eine das zweite Lichtbogenkontaktstück (2) umgebende Feldelektrode (10) angekoppelt ist, die im Zuge einer Schaltbewegung gegensinnig zu dem zweiten Lichtbogenkontaktstück (2) bewegbar ist.
  3. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Umlenkgetriebe (6) einen ortsfest schwenkbar gelagerten zweiarmigen Hebel (11) aufweist, an den das zweite Antriebselement (5), das zweite Lichtbogenkontaktstück (2) und die Feldelektrode (10) angekoppelt sind.
EP97250161A 1996-05-24 1997-05-23 Hochspannungs-Leistungsschalter mit zwei antreibbaren Schaltkontaktstücken Revoked EP0809269B1 (de)

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