EP1105898B1 - Hochspannungsleistungsschalter mit einer unterbrechereinheit - Google Patents

Hochspannungsleistungsschalter mit einer unterbrechereinheit Download PDF

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EP1105898B1
EP1105898B1 EP99945882A EP99945882A EP1105898B1 EP 1105898 B1 EP1105898 B1 EP 1105898B1 EP 99945882 A EP99945882 A EP 99945882A EP 99945882 A EP99945882 A EP 99945882A EP 1105898 B1 EP1105898 B1 EP 1105898B1
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voltage power
power breaker
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    • H01H33/91—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 the arc-extinguishing fluid being air or gas

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage circuit breaker according to the preamble of claim 1, such as e.g. known from DE-A-3211272.
  • Another high voltage circuit breaker is for example from the German utility model G 93 14 779.1 and from the German patent application DE 29 47 957 known.
  • the quenching gas flowing through the arc is in the arc area strongly heated and then flows at least partially in the axial direction of the arcing contacts in one Expansion space.
  • the expansion space is through the housing of the switch that for example made of porcelain or a composite insulation material exists, limited.
  • the present invention is therefore based on the object to create a switch of the type mentioned at which the quenching gas after blowing the arc before Outflow into the expansion space is sufficiently cooled.
  • the extinguishing gas By redirecting the extinguishing gas according to the invention by more than 90 ° the extinguishing gas is not directly radially outwards the inner wall of the housing is directed, but flows towards the At least flow into the flow deflection device a backward component partially axially this out. This will make the flow path until it hits extended considerably to the inner wall of the housing. It is therefore sufficient cooling of the extinguishing gas until Impact on the inside wall of the housing.
  • the invention provides that a nozzle body integrated into the flow deflection device is.
  • the extinguishing gas flows out of the flow deflection device out at high speed and thus can distribute effectively in the expansion space.
  • the nozzle body targeted control of the extinguishing gas flow is achieved causing turbulence or backflow of the extinguishing gas in the flow deflector is prevented.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides before that the flow deflection device is cylinder symmetrical trained and arranged coaxially to the arcing contacts are.
  • a cylinder-symmetrical design of the flow deflection device is both manufacturing technology and construction particularly advantageous.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides before that the nozzle body attached to a cylindrical partition which is the extinguishing gas flow before the redirection of separates the extinguishing gas flow after the deflection.
  • Such a partition prevents the Extinguishing gas flow before the deflection with the extinguishing gas flow after the redirection comes into contact, which leads to turbulence, Mixing and subsequent heating of the Guide the extinguishing gas behind the flow deflector could. It should be the total amount of extinguishing gas through the Flow deflector are forced.
  • the invention can also be advantageously configured in this way that the nozzle body has a convex area, which faces a concave region of the flow deflection device and that between these areas there is an annular gap Nozzle is formed.
  • This construction forms a simple and effective Nozzle to accelerate the flow of extinguishing gas.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides before that the deflection in the sense of the extinguishing gas flow an extinguishing gas cooling device in the form of a passage openings having subordinate body.
  • the extinguishing gas flow is by such an extinguishing gas cooling device cooled further. Cooling is said to be related deionization of the present application of the extinguishing gas can be understood.
  • An extinguishing gas cooling device can, for example, by a sponge-like metallic body can be realized that special can be advantageously designed cylindrical symmetrical. It can also be provided that the quenching gas cooling device a further deflection device for the extinguishing gas is arranged downstream is.
  • the Flow deflection device and / or the nozzle body from one Insulating material, especially PTFE or PVDF.
  • the insulating material can, especially if it is PTFE (Polytetrafluoroethylene), also add additional gas, that cools the extinguishing gas.
  • PTFE Polytetrafluoroethylene
  • the figure shows the breaker unit schematically in longitudinal section a high-voltage circuit breaker.
  • FIG. 1 In the figure is an interrupter unit of a high voltage circuit breaker shown with a first, drivable Arcing contact 1, which is a second, fixed Arcing contact 2 faces.
  • the first arcing contact 1 is coaxial from a likewise drivable first one
  • the channel 6 in the form of an annular gap having.
  • a mechanical compression device can also be used be provided for the extinguishing gas, in particular in the case of low-current arcs, an extinguishing gas blast of the Arc ensures.
  • Extinguishing gas flow leads the extinguishing gas to one Flow deflecting device 9, which has a first PTFE body 10 and has a nozzle body 11 also made of PTFE.
  • the nozzle body is attached to a partition 12, which coaxially surrounds the fixed arcing contact 2.
  • the extinguishing gas cooling device 13 is formed by a hollow cylindrical metal braid, which Has openings for the extinguishing gas.
  • the extinguishing gas cooling device can advantageously be made of copper, for example consist.
  • the Flow deflection device 9 deflection of the extinguishing gas flow by about 180 °.
  • the extinguishing gas then flows tangentially past the extinguishing gas cooling device and partly through it therethrough.
  • the passage through the quenching gas cooling device takes place with reduced radial speed instead, so that effective cooling is guaranteed.
  • a further deflection device is located behind the extinguishing gas cooling device 13 14 provided in the form of a cylindrical partition, which a direct discharge of the extinguishing gas from the Extinguishing gas cooling device 13 to the inner wall 15 of the housing 16 prevented.
  • the extinguishing gas can thus enter the expansion space 17 in pre-cooled condition and with reduced radial speed enter.

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Abstract

Bei einem Hochspannungsleistungsschalter mit einer Unterbrechereinheit, die von einem gasdichten, löschgasgefüllten Gehäuse (16) mit Abstand umschlossen ist, weist die Unterbrechereinheit zwei Lichtbogenkontakte (1, 2) auf, zwischen denen ein im Ausschaltfall entstehender Lichtbogen mittels einer Blaseinrichtung (5) mit einem Löschgas beblasen wird, welches danach wenigstens teilweise in axialer Richtung der Lichtbogenkontakte (1, 2) abströmt. Hierbei ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß im Abströmbereich des Löschgases eine von der Blaseinrichtung (5) verschiedene Strömungsumlenkeinrichtung (9, 10, 11) vorgesehen ist, die die Löschgasströmung um mehr als 90° radial nach außen umlenkt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungsleistungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie z.B. aus der DE-A-3211272 bekannt.
Ein anderer Hochspannungsleistungsschalter ist beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 93 14 779.1 und aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 29 47 957 bekannt.
Bei einem derartigen Hochspannungsleistungsschalter wird üblicherweise ein zwischen den Lichtbogenkontakten entstehender Lichtbogen mit einem Löschgas, beispielsweise Schwefelhexafluorid, das üblicherweise auch als Löschgas verwendet wird, beblasen. Dadurch wird der Lichtbogenbereich gekühlt, so daß ein beim Stromnulldurchgang eines zu schaltenden Stromes erlöschender Lichtbogen bei der Spannungswiederkehr nicht rückzündet.
Das dabei den Lichtbogen beströmende Löschgas wird im Lichtbogenbereich stark erhitzt und strömt danach wenigstens teilweise in axialer Richtung der Lichtbogenkontakte in einen Expansionsraum ab.
Der Expansionsraum ist durch das Gehäuse des Schalters, das beispielsweise aus einem Porzellan oder einem Verbundisolationswerkstoff besteht, begrenzt.
Da das abströmende Löschgas durch den Einfluß des Lichtbogens stark ionisiert ist, muß eine Kontamination der Innenwand des Gehäuses mit dem heißen Löschgas verhindert bzw. reduziert werden. Aus diesem Grunde ist es bereits üblich, Kühleinrichtungen für das Löschgas in Form von Durchtrittsöffnungen aufweisenden Körpern (Mesh Cooler) vorzusehen.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß das Löschgas auch nach dem Durchlaufen einer solchen Kühleinrichtung die Gehäuseinnenwand noch kontaminieren kann, beispielsweise dadurch, daß sich leitende Schichten auf der Gehäuseinnenwand absetzen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das Löschgas nach der Beblasung des Lichtbogens vor dem Abströmen in den Expansionsraum ausreichend gekühlt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Strömungsumlenkeinrichtungen für derartige Hochspannungsleistungsschalter sind an sich bereits bekannt und werden für den Zweck eingesetzt, im Abströmbereich des Löschgases liegende Bauteile vor dem direkten Einfluß des aggressiven aufgeheizten Löschgases zu schützen. Dabei wurde bislang der Kontamination der Innenwand des Schaltergehäuses geringere Beachtung geschenkt, da das Löschgas auf dem Weg durch den Expansionsraum im Normalfall ausreichend abkühlte.
Da die Entwicklung der Hochspannungsleistungsschalter in der Zwischenzeit zu höheren Schaltleistungen und damit zu größeren Kühlleistungen und entsprechend stärker aufgeheizter Löschgasströmung geführt hat, reicht eine solche einfache Umlenkung des Löschgases bei hohen Schaltleistungen nicht mehr aus.
Durch die erfindungsgemäße Umlenkung des Löschgases um mehr als 90° wird das Löschgas nicht direkt radial nach außen auf die Innenwand des Gehäuses gerichtet, sondern strömt nach dem Einströmen in die Strömungsumlenkeinrichtung wenigstens mit einer rückwärts gerichteten Komponente teilweise axial aus dieser heraus. Dadurch wird der Strömungsweg bis zum Auftreffen auf die Innenwand des Gehäuses erheblich verlängert. Es ist somit eine ausreichende Abkühlung des Löschgases bis zum Auftreffen auf die Gehäuseinnenwand gegeben.
Die Erfindung sieht vor, daß in die Strömungsumlenkeinrichtung ein Düsenkörper integriert ist.
Durch die Integration eines Düsenkörpers in die Strömungsumlenkeinrichtung wird eine Beschleunigung der Löschgasströmung erreicht. Hierdurch wird einerseits erreicht, daß das Löschgas schnell aus dem Lichtbogenraum abgeführt wird und daß kein Rückstau an der Strömungsumlenkeinrichtung entsteht.
Andererseits strömt das Löschgas aus der Strömungsumlenkeinrichtung mit hoher Geschwindigkeit aus und kann sich somit effektiv im Expansionsraum verteilen. Durch den Düsenkörper wird eine gezielte Lenkung der Löschgasströmung erreicht, wodurch eine Verwirbelung oder ein Rückstau des Löschgases in der Strömungsumlenkeinrichtung verhindert wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Strömungsumlenkeinrichtung zylindersymmetrisch ausgebildet und koaxial zu den Lichtbogenkontakten angeordnet sind.
Eine zylindersymmetrische Ausbildung der Strömungsumlenkeinrichtung ist sowohl fertigungstechnisch als auch konstruktiv besonders vorteilhaft.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Düsenkörper an einer zylindrischen Trennwand befestigt ist, die die Löschgasströmung vor der Umlenkung von der Löschgasströmung nach der Umlenkung trennt.
Durch eine derartige Trennwand wird verhindert, daß die Löschgasströmung vor der Umlenkung mit der Löschgasströmung nach der Umlenkung in Berührung kommt, was zu Verwirbelungen, Vermischungen und zu einer nachträglichen Aufheizung des Löschgases hinter der Strömungsumlenkeinrichtung führen könnte. Es soll die gesamte Löschgasmenge durch die Strömungsumlenkeinrichtung gezwungen werden.
Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß der Düsenkörper einen konvexen Bereich aufweist, der einem konkaven Bereich der Strömungsumlenkeinrichtung zugewandt ist und daß zwischen diesen Bereichen eine ringspaltförmige Düsenengstelle gebildet ist.
Diese Konstruktion bildet eine einfache und wirkungsvolle Düse, um den Löschgasstrom zu beschleunigen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Umlenkeinrichtung im Sinne der Löschgasströmung eine Löschgaskühleinrichtung in Form eines Durchtrittöffnungen aufweisenden Körpers nachgeordnet ist.
Durch eine derartige Löschgaskühleinrichtung wird der Löschgasstrom weiter abgekühlt. Unter einer Abkühlung soll im Zusammenhang der vorliegenden Anmeldung auch eine Entionisierung des Löschgases verstanden werden.
Eine Löschgaskühleinrichtung kann beispielsweise durch einen schwammartigen metallischen Körper realisiert sein, der besonders vorteilhaft zylindersymmetrisch gestaltet sein kann. Außerdem kann vorgesehen sein, daß der Löschgaskühleinrichtung eine weitere Umlenkeinrichtung für das Löschgas nachgeordnet ist.
Hierdurch wird eine weitere Abkühlung des Löschgases vor dem Auftreffen auf die Innenwand des Gehäuses bewirkt.
Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, daß die Strömungsumlenkeinrichtung und/oder der Düsenkörper aus einem Isolierstoff, insbesondere PTFE oder aus PVDF besteht.
Bei dem Auftreffen des ionisierten Löschgases auf den Isolierstoff kann dieser, insbesondere, wenn es sich um PTFE (Polytetrafluoräthylen) handelt, auch zusätzliches Gas beisetzen, das eine Kühlung des Löschgases bewirkt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben:
Dabei zeigt die Figur schematisch im Längsschnitt die Unterbrechereinheit eines Hochspannungsleistungsschalters.
In der Figur ist eine Unterbrechereinheit eines Hochspannungsleistungsschalters dargestellt mit einem ersten, antreibbaren Lichtbogenkontakt 1, dem ein zweiter, feststehender Lichtbogenkontakt 2 gegenübersteht. Der erste Lichtbogenkontakt 1 ist koaxial von einem ebenfalls antreibbaren ersten Nennstromkontakt 3 umgeben, während der zweite Lichtbogenkontakt 2 koaxial von einem feststehenden zweiten Nennstromkontakt 4 umgeben ist.
Mit dem ersten Lichtbogenkontakt 1 ist eine Isolierstoffdüse 5 fest verbunden, die einen Kanal 6 in Form eines Ringspaltes aufweist.
Im Ausschaltfall wird zwischen den Lichtbogenkontakten 1,2 im Lichtbogenraum 7 ein Lichtbogen gezogen, der das dort befindliche Löschgas aufheizt. Solange die Düsenengstelle 8 der Isolierstoffdüse 5 noch durch den feststehenden Lichtbogenkontakt 2 verdämmt ist, baut sich ein hoher Löschgasdruck im Lichtbogenraum 7 auf, wodurch das Löschgas in den Kanal 6 hinein und durch diesen in einen nicht dargestellten Heizraum gedrückt wird.
Beim Stromnulldurchgang des zu schaltenden Stromes erlischt der Lichtbogen für kurze Zeit, und das in dem Heizraum gespeicherte Löschgas kann durch den Kanal 6 zum Lichtbogenraum 7 zurückströmen, um dort den Lichtbogen zu beblasen.
Außerdem kann zusätzlich eine mechanische Kompressionsvorrichtung für das Löschgas vorgesehen sein, die insbesondere im Falle stromschwacher Lichtbögen eine Löschgasbeblasung des Lichtbogens sicherstellt.
Sobald der antreibbare Lichtbogenkontakt 1 gemeinsam mit der Isolierstoffdüse 5 soweit von dem feststehenden Lichtbogenkontakt 2 wegbewegt ist, daß die Düsenengstelle 8 nicht mehr von dem zweiten Lichtbogenkontakt verdämmt ist, beginnt das Löschgas in Richtung des zweiten Lichtbogenkontaktes aus der Isolierstoffdüse 5 in axialer Richtung herauszuströmen. Ein Teil des Löschgases strömt durch den hohlen ersten Lichtbogenkontakt in entgegengesetzter Richtung ab.
Die in Richtung des feststehenden Lichtbogenkontaktes 2 erfolgende Löschgasströmung führt das Löschgas zu einer Strömungsumlenkeinrichtung 9, die einen ersten PTFE-Körper 10 und einen ebenfalls aus PTFE bestehenden Düsenkörper 11 aufweist. Der Düsenkörper ist an einer Trennwand 12 befestigt, die den feststehenden Lichtbogenkontakt 2 koaxial umgibt.
Zwischen dem Düsenkörper 11 und dem Körper 10 ist eine ringspaltförmige Düsenengstelle 12 gebildet. Dort weist die Löschgasströmung die höchste Geschwindigkeit auf, um danach bei der Erweiterung des Düsenquerschnitts zu expandieren, was dort zu einer Reduktion der Geschwindigkeit und zu einem Auftreffen auf der Löschgaskühleinrichtung 13 mit reduzierter Geschwindigkeit führt. Die Löschgaskühleinrichtung 13 ist durch ein hohlzylindrisches Metallgeflecht gebildet, welches Durchtrittsöffnungen für das Löschgas aufweist. Die Löschgaskühleinrichtung kann vorteilhaft beispielsweise aus Kupfer bestehen.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bewirkt die Strömungsumlenkeinrichtung 9 eine Umlenkung der Löschgasströmung um etwa 180°. Das Löschgas strömt dann tangential an der Löschgaskühleinrichtung vorbei und teilweise durch diese hindurch. Somit findet der Durchtritt durch die Löschgaskühleinrichtung mit verminderter Radialgeschwindigkeit statt, so daß eine effektive Kühlung gewährleistet ist.
Hinter der Löschgaskühleinrichtung 13 ist eine weitere Umlenkeinrichtung 14 in Form einer zylindrischen Trennwand vorgesehen, die ein direktes Abströmen des Löschgases aus der Löschgaskühleinrichtung 13 zur Innenwand 15 des Gehäuses 16 verhindert. Das Löschgas kann somit in den Expansionsraum 17 in vorgekühltem Zustand und mit reduzierter Radialgeschwindigkeit eintreten.

Claims (7)

  1. Hochspannungsleistungsschalter mit einer Unterbrechereinheit, die von einem gasdichten, löschgasgefüllten Gehäuse (16) mit Abstand umschlossen ist, wobei die Unterbrechereinheit zwei Lichtbogenkontakte (1, 2) aufweist, von denen wenigstens einer im Schaltfall antreibbar ist und wobei ein ggf. im Ausschaltfall zwischen den Lichtbogenkontakten (1, 2) entstehender Lichtbogen mittels einer Blaseinrichtung (5, 6) mit dem Löschgas beblasen wird, welches danach wenigstens teilweise in axialer Richtung der Lichtbogenkontakte (1, 2) abströmt, wobei im Abströmbereich des Löschgases eine von der Blaseinrichtung (5, 6) verschiedene Strömungsumlenkeinrichtung (9, 10, 11) zur Umlenkung der Löschgasströmung um mehr als 90° radial nach außen und zur Trennung der Löschgasströmung vor der Umlenkung von der Löschgasströmung nach der Umlenkung eine Trennwand (18) vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass an der Trennwand (18) ein Düsenkörper (11) angeordnet ist, der zusammen mit der Strömungsumlenkeinrichtung (9, 10, 11) eine Düsenengstelle (12) bildet.
  2. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (11) einen konvexen Bereich aufweist, der einem konkaven Bereich der Strömungsumlenkeinrichtung (9, 10, 11) zugewandt ist.
  3. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsumlenkeinrichtung (9, 10, 11) und die Trennwand (18) zylindersymmetrisch ausgebildet und koaxial zu den Lichtbogenkontakten (1, 2) angeordnet sind.
  4. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Umlenkeinrichtung (9,10,11) im Sinne der Löschgasströmung eine Löschgaskühleinrichtung (13) in Form eines Durchtrittöffnungen aufweisenden Körpers nachgeordnet ist.
  5. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Löschgaskühleinrichtung (13) zylindersymmetrisch gestaltet ist.
  6. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Löschgaskühleinrichtung (13) eine weitere Umlenkeinrichtung für das Löschgas nachgeordnet ist.
  7. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Strömungsumlenkeinrichtung (9,10,11) und/oder der Düsenkörper (11) aus einem Isolierstoff, insbesondere PTFE oder aus PVDF (Polyvinyldenfluorid) besteht.
EP99945882A 1998-07-14 1999-06-30 Hochspannungsleistungsschalter mit einer unterbrechereinheit Expired - Lifetime EP1105898B1 (de)

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