EP1141984A1 - Elektrischer leistungsschalter - Google Patents

Elektrischer leistungsschalter

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Publication number
EP1141984A1
EP1141984A1 EP99964427A EP99964427A EP1141984A1 EP 1141984 A1 EP1141984 A1 EP 1141984A1 EP 99964427 A EP99964427 A EP 99964427A EP 99964427 A EP99964427 A EP 99964427A EP 1141984 A1 EP1141984 A1 EP 1141984A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit breaker
chamber
electrical circuit
extinguishing gas
gas
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.)
Ceased
Application number
EP99964427A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ingolf Reiher
Hold Dienemann
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 EP1141984A1 publication Critical patent/EP1141984A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/53—Cases; Reservoirs, tanks, piping or valves, for arc-extinguishing fluid; Accessories therefor, e.g. safety arrangements, pressure relief devices
    • H01H33/56—Gas reservoirs
    • 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
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/53—Cases; Reservoirs, tanks, piping or valves, for arc-extinguishing fluid; Accessories therefor, e.g. safety arrangements, pressure relief devices
    • H01H33/58—Silencers for suppressing noise of switch operation

Definitions

  • the invention relates to an electrical circuit breaker, in particular for high or medium voltage, with two switching contacts located opposite one another in an extinguishing gas-filled housing, between which an arc is drawn in the event of a switch, with the quenching gas heated by the arc on at least one outflow path from the
  • Switch contacts is carried away and a damping device is provided in the outflow path.
  • Such a circuit breaker is known for example from DE 197 07 320 Cl.
  • a second housing part is coupled to a first part of a switch housing containing an interrupter unit by means of an overpressure relief device.
  • the overpressure relief device which has a flying piston which, as a movable body, intercepts at least part of the pressure wave and then releases outflow openings for the extinguishing gas.
  • the present invention has for its object to provide a damping device for an electrical circuit breaker of the type mentioned that cools the extinguishing gas as effectively as possible, deionizes and absorbs the dynamic energy of the extinguishing gas at least in part.
  • the object is achieved in that the damping device has a chamber through which the extinguishing gas can flow, which is only partially filled with a plurality of damping bodies which can be moved by the extinguishing gas.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the chamber is delimited on at least one side by a passage opening for the chamber wall having the extinguishing gas.
  • the invention can also be implemented in that the chamber is delimited on two opposite sides by a chamber wall each having through openings for the extinguishing gas.
  • the chamber walls consist of a metal.
  • the chamber With such a construction of the chamber, it is structurally simple and allows an effective flow of the extinguishing gas.
  • the damping bodies can move freely without damaging the chamber walls.
  • the chamber walls themselves are mechanically and thermally so stably constructed so that they cannot be damaged by the hot extinguishing gas flow.
  • Another advantageous embodiment of the invention provides that the chamber is filled to less than 70 percent of its volume with damping bodies.
  • the invention can advantageously be designed in that the damping bodies are designed as balls.
  • damping bodies are designed as balls, they can be moved particularly well against one another and are particularly easy to produce. In addition, in the resting state, even in the densest packing of the balls, there is a finite one
  • the invention can also be advantageously designed in that the damping body consist of an insulating material, in particular a plastic.
  • the invention can be advantageously designed in that the damping body from one under action of hot extinguishing gas which gives off gas, especially polytetrafluoroethylene (PTFE;).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • FIG. 1 shows schematically in a longitudinal section a breaker unit of a high-voltage circuit breaker with a damping device in a vertical position
  • FIG. 2 shows a breaker unit in a horizontal position schematically in a longitudinal section.
  • FIG. 1 shows an interrupter unit with a first arcing contact 1, a second pin-shaped arcing contact 2, a first drivable nominal current contact 3 with a second stationary nominal current contact 4.
  • the first arcing contact 1 is firmly connected to the first rated current contact 3 and to a drive (not shown) by means of the switching tube 5.
  • Arcing contact 2 protrudes into the tulip-shaped arcing contact 1 and there is galvanic contact between the arcing contacts and also between the nominal current contacts 3, 4.
  • the switching tube 5 is moved in the direction of arrow 6 by the drive, and first the nominal current contacts 3, 4, and then the arcing contacts 1, 2 are separated from one another.
  • the nozzle 7 is connected to the drivable contact pieces 1, 3 and has an annular channel 10 through which the quenching gas heated by means of the arc can flow out into a heating chamber 11, where it is initially stored.
  • the quenching gas stored in the heating chamber 11 flows back to the arc chamber 8 and blows the switching path there in order to prevent the arc 8 from re-igniting.
  • the extinguishing gas can flow out through the hollow first arcing contact piece 1 on the one hand and past the pin-shaped arcing contact piece 2 on the other hand.
  • the tubular nominal current contact piece 4 has
  • Pressure relief in its end region has openings 12 for the outflow of the extinguishing gas into the housing space of the housing 9.
  • the steaming device 13 which has a first chamber wall 14, a second chamber wall 15 and a chamber 16 delimited by these.
  • the chamber walls 14, 15 have passage openings 17 for the extinguishing gas, through which the extinguishing gas can first enter the chamber 16 and then exit it again.
  • the chamber 16 is filled with damping bodies 18 in the form of PTFE balls about half the volume.
  • the quenching gas can also be different, for example
  • the cooled and braked quenching gas can then escape through the passage openings of the second chamber wall 15 and then through the opening 12.
  • the PTFE bodies preferably have a diameter of 10 to 15 millimeters.
  • FIG. 2 A further embodiment of the invention is shown in FIG. 2 for a horizontally installed interrupter unit.
  • Such an arrangement of an interrupter unit can be found not only in the case of outdoor switches but also in metal-enclosed switchgear or. in dead-tank counters with metal housings.
  • Chamber wall 19 strikes and through the passage openings 23 and m the partial volume filled by vaporization bodies 24 occurs.
  • the steaming bodies 24 move chaotically, so that they are distributed approximately uniformly in the volume of the steaming device 21 and the subsequent stream of extinguishing gas flows uniformly between the steaming bodies 24.
  • the cooled and braked extinguishing gas stream can then flow out through an opening 25 in the tubular stationary second nominal current contact piece 26. Contamination of the inner wall of the housing, which can consist of a composite insulator or porcelain, or corrosion of other parts is thus prevented.

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

Abstract

Bei einem elektrischen Leistungsschalter, insbesondere für Hoch- oder Mittelspannung, ist in die Löschgasströmung eine Dämpfungseinrichtung (13, 21) eingebracht, die ein nur teilweise mit Dämpfungskörpern (18, 24) gefülltes Volumen aufweist. Die Dämpfungskörper bewegen sich dissipativ und kühlen und bremsen somit den Löschgasstrom.

Description

Beschreibung
Elektrischer Leistungsschalter
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Leistungsschalter, insbesondere für Hoch- oder Mittelspannung, mit zwei einander in einem löschgasgefüllten Gehäuse gegenüberstehenden Schaltkontakten, zwischen denen im Schaltfall ein Lichtbogen gezogen wird, wobei durch den Lichtbogen aufge- heiztes Löschgas auf wenigstens einem Abströmweg von den
Schaltkontakten weggeführt wird und in dem Abströmweg eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist.
Ein derartiger Leistungsschalter ist beispielsweise aus der DE 197 07 320 Cl bekannt.
Dort ist beschrieben, daß an einen ersten, eine Unterbrechereinheit enthaltenden Teil eines Schaltergehäuses ein zweiter Gehäuseteil mittels einer Oberdruckentlastungsvor- richtung angekoppelt ist.
Beim Entstehen eines Lichtbogens in der Unterbrechereinheit des Leistungsschalters entsteht ein momentaner Überdruck, der sich als Druckwelle durch das Löschgas in dem Gehäuse aus- breitet.
Um hohe Druckspitzen abzufangen, ist die Überdruckentlastungsvorrichtung vorgesehen, die einen fliegenden Kolben aufweist, der als beweglicher Körper wenigstens einen Teil der Druckwelle abfängt und danach Abströmöffnungen für das Löschgas freigibt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen elektrischen Leistungsschalter der eingangs genannten Art eine Dämpfungseinrichtung zu schaffen, die das Löschgas möglichst effektiv abkühlt, entionisiert und die dynamische Energie des Löschgases wenigstens zum Teil aufnimmt. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dämpfungseinrichtung eine vom Löschgas durchströmbare Kammer aufweist, die nur zum Teil mit mehreren, durch das Löschgas bewegbaren Dämpfungskörpern gefüllt ist.
Wenn das Löschgas durch die Dämpfungseinrichtung, das heißt durch die Kammer hindurchströmt, kommen die einzelnen Moleküle des Löschgases mit den Dämpfungskörpern in Berührung und werden hierdurch gekühlt und abgebremst sowie ggf. entionisiert. Die Gasströmung gibt einen Teil ihrer dynamischen Energie durch eine Beschleunigung der Dämpfungskörper in der Dämpfungseinrichtung ab, worauf die Dämpfungskörper sich dissipativ bewegen.
Hierdurch wird ein wesentlicher Teil der Energie und Anregung des Löschgases effektiv, einfach und platzsparend abgebaut.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Kammer auf wenigstens einer Seite durch eine Durchtrittsöffnungen für das Löschgas aufweisende Kamπterwand begrenzt ist.
Vorteilhaft kann die Erfindung auch dadurch realisiert wer- den, daß die Kammer auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten durch je eine Durchtrittsöffnungen für das Löschgas aufweisende Kammerwand begrenzt ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Kammerwände aus einem Metall bestehen.
Bei einer derartigen Konstruktion der Kammer ist diese konstruktiv einfach aufgebaut und erlaubt eine effektive Durchströmung mit dem Löschgas. Außerdem können die Dämpfungskör- per sich frei bewegen, ohne die Kammerwände zu beschädigen. Die Kammerwände selbst sind mechanisch und thermisch so stabil aufgebaut, daß sie durch die heiße Löschgasströmung nicht beschädigt werden können .
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erf indung sieht vor, daß die Kammer zu weniger als 70 Prozent ihres Volumens mit Dämpfungskörpern gefüllt ist .
Hierdurch wird sichergestellt, daß eine dissipative und chaotische Bewegung der Dämpfungskörper in der Kammer erreicht werden kann, durch die besonders wirkungsvoll die kinetische Energie des Löschgases an die Dämpf ungskörper abgegeben bzw . in Wärme umgewandelt werden kann .
Außerdem kann die Erfindung vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß die Dämpfungskörper als Kugeln ausgebildet sind.
Bei einer Ausbildung der Dämpfungskörper als Kugeln sind diese besonders gut gegeneinander beweglich und besonders einfach herzustellen . Außerdem ergibt sich im Ruhezustand auch in der dichtesten Packung der Kugeln ein endlicher
Strömungswiderstand für das einströmende Löschgas, so daß das Löschgas nicht zu Beginn am Einströmen in die Kammer gehindert ist .
Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch gestaltet werden, daß die Dämpfungskörper aus einem Isolierstoff , insbesondere einem Kunststoff bestehen .
Hierdurch sind elektrische Effekte, wie zum Beispiel Über- schlage zwischen den Dämpfungskörpern, innerhalb der Kammer weitgehend ausgeschlossen .
Außerdem kann die Erfindung vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß die Dämpfungskörper aus einem unter Einwirkung von heißem Löschgas gasabgebenden Stoff, insbesondere Poly- tetrafluorethylen (PTFE; bestehen.
In diesem Fall wird durch die Einwirkung des heißen Löschgases auf die Dämpfungskörper zusätzliches Kaltgas freigesetzt, das das heiße Löschgas zusätzlich entionisiert und kühlt, so daß beim Ausströmen des Löschgases aus der Dämpfungseinrichtung das Potential für die Rückzündung eines Lichtbogens gering ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend beschrieben.
Dabei zeigt
Figur 1 schematisch in einem Längsschnitt eine Unterbrechereinheit eines Hochspannungsleistungsschalters mit einer Dämpfungseinrichtung in vertikaler Aufstellung, Figur 2 eine Unterbrechereinheit in horizontaler Aufstellung schematisch im Längsschnitt.
Die Figur 1 zeigt eine Unterbrechereinheit mit einem ersten Lichtbogenkontaktstück 1, einem zweiten, pinförmigen Lichtbo- genkontaktstück 2, einem ersten antreibbaren Nennstromkontakt 3 mit einem zweiten ortsfesten Nennstromkontakt 4.
Der erste Lichtbogenkontakt 1 ist fest mit dem ersten Nennstromkontakt 3 und mit einem nicht dargestellten Antrieb mit- tels des Schaltrohres 5 verbunden.
Zischen den als Lichtbogenkontakten ausgebildeten Schaltkontakten 1,2 tritt während eines Schaltvorganges ein Lichtbogen 8 auf. Im Einschaltzustand sind der erste Lichtbogenkontakt 1 und der erste Nennstromkontakt 3 gegenüber der dargestellten Anordnung nach oben so weit verschoben, daß der pmformige
Lichtbogenkontakt 2 in den tulpenformigen Lichtbogenkontakt 1 hineinragt und ein galvanischer Kontakt zwischen den Lichtbogenkontakten und auch zwischen den Nennstromkontakten 3 , 4 be- steht .
Beim Ausschaltvorgang wird durch den Antrieb das Schaltrohr 5 in Richtung des Pfeiles 6 bewegt, und zunächst werden die Nennstromkontakte 3, 4 , darauf die Lichtbogenkontakte 1 , 2 von- einander getrennt .
In dem Lichtbogenraum, der von einer Isolierstof fduse 7 umgeben ist , wird ein Lichtbogen 8 gezogen, der das in dem Iso- liergehause 9 befindliche Loschgas aufheizt .
Die Düse 7 ist mit den antreibbaren Kontaktstücken 1,3 verbunden und weist einen ringförmigen Kanal 10 auf, durch den das mittels des Lichtbogens aufgeheizte Löschgas in einen Heizraum 11 abströmen kann, wo es zunächst gespeichert wird.
Beim Nulldurchgang des zu schaltenden Stromes strömt das in dem Heizraum 11 gespeicherte Löschgas zur ck zum Lichtbogenraum 8 und bebläst dort die Schaltstrecke, um eine Wiederzündung des Lichtbogens 8 zu verhindern.
Während der Aufheizung des Loschgases durch den Lichtbogen 8 und der Beblasung aus dem Heizraum 11 herrscht ein hoher Löschgasdruck im Lichtbogenraum durch das expandierte und hochionisierte Loschgas in diesem Bereich.
Das Loschgas kann durch das hohle erste Lichtbogenkontaktstück 1 einerseits und an dem pinformigen Lichtbogenkontaktstück 2 vorbei andererseits abströmen. Das rohrformige Nennstro kontaktstück 4 weist zur
Druckentlastung in seinem Endbereich Öffnungen 12 zum Ausstromen des Loschgases in den Gehauseraum des Gehäuses 9 auf.
Da das Lόschgas bei hohen Schaltleistungen oft auch beim Austreten aus den Offnungen 12 noch zu heiß oder zu stark ionisiert ist, macht sich die korosive Wirkung des Loschgases in diesem Bereich und an den Innenwänden des Gehäuses 9 störend bemerkbar. Aus diesem Grund ist die Dampfungseinrichtung 13 vorgesehen, die eine erste Kammerwand 14, eine zweite Kammerwand 15 und eine von diesen begrenzte Kammer 16 aufweist. Die Kammerwände 14,15 weisen Durchtrittsöffnungen 17 für das Löschgas auf, durch die das Löschgas zunächst in die Kammer 16 hinein und dann aus dieser wieder austreten kann.
Die Kammer 16 ist mit Dämpfungskörpern 18 in Form von PTFE- Kugeln etwa zur Hälfte des Volumens gefüllt.
Im Ruhezustand des Schalters liegen diese auf der unteren Dämpfungskammerwand 14.
Strömt heißes Löschgas aus dem Lichtbogenraum 8 an dem pinförmigen Lichtbogenkontaktstück 2 vorbei, so tritt dies in die Kammer 16 durch die Durchtrittsöffnungen 17 ein und streicht an den Dämpfungskörpern 18 vorbei. Dabei werden einerseits die Dämpfungskörper 18 durcheinandergewirbelt, so daß sie viel von der kinetischen Energie der Löschgasstromung aufnehmen. Andererseits findet an der PTFE-Oberfl che eine Entionisierung des Löschgases und außerdem eine lokale
Freisetzung von Gas durch den Einfluß des heißen Löschgases aus dem PTFE-Werkstoff statt. Dieses zusatzliche Gas fuhrt zu einer weiteren Kühlung und Entionisierung des Loschgases, das im Normalfall aus Schwefelhexafluorid besteht. Das Loschgas kann jedoch auch anders beschaffen sein und beispielsweise
Stickstoff enthalten.
Daraufhin kann das abgekühlte und gebremste Loschgas durch die Durchtrittsoffnungen der zweiten Kammerwand 15 und danach durch die Öffnung 12 austreten.
Die PTFE-Korper haben vorzugsweise einen Durchmesser von 10 bis 15 Millimetern.
Eine weitere Ausgestaltungsform der Erfindung ist für eine horizontal aufgestellte Unterbrechereinheit in der Figur 2 dargestellt . Eine solche Aufstellung einer Unterbrecherem- heit findet sich außer bei Freiluftschaltern auch in metallgekapselten Schaltanlagen bzw . in dead-tank-Schaltern mit Metallgehause . Hierbei besteht gegenüber der oben beschriebenen Aus fuhrungs form das Problem, einerseits die Kammern nur teilweise mit Dampfungskorpern zu füllen, andererseits möglichst den gesamten Loschgasstrom zwischen den Dampfungskorpern hindurchzuleiten .
Dieses Problem wird gemäß der m Figur 2 dargestellten Konstruktion dadurch gelost, daß die Kammerwande 19, 20 der Dampfungseinrichtung 21 gegenüber der Horizontalen schragge- stellt sind, so daß der Loschgasstrom schräg auf die erste
Kammerwand 19 auftrifft und durch die Durchtrittsof fnungen 23 hindurch und m das von Dampfungskorpern 24 angef llte Teilvolumen eintritt . Ist der Loschgasstrom erst einmal in die Dampfungseinrichtung 21 eingetreten, so findet eine chaoti- sehe Bewegung der Dampfungskorper 24 statt, so daß diese sich annähernd gleichmaßig m dem Volumen der Dampfungseinrichtung 21 verteilen und der nachfolgende Loschgasstro gleichmaßig zwischen den Dampfungskorpern 24 hmdurchstromt . Der gekühlte und abgebremste Löschgasstrom kann dann durch eine Öffnung 25 in dem rohrförmigen stationären zweiten Nenn- stromkontaktstück 26 abströmen. Eine Kontaminierung der Innenwand des Gehäuses, das aus einem Verbundisolator oder Porzellan bestehen kann, oder Korrosion anderer Teile ist somit verhindert.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrischer Leistungsschalter, insbesondere für Hochoder Mittelspannung, mit zwei einander in einem loschgasge- füllten Gehäuse gegenüberstehenden Schaltkontakten (1,2), zwischen denen im Schaltfall ein Lichtbogen (8) gezogen wird, wobei durch den Lichtbogen (8) aufgeheiztes Loschgas auf wenigstens einem Abstro weg von den Schaltkontakten (1,2) weggeführt wird und in dem Abstromweg eine Dampfungsemrich- tung (13,21) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfungsemrichtung (13,21) eine vom Loschgas durch- strombare Kammer (16) aufweist, die nur zum Teil mit mehreren, durch das Loschgas bewegbaren Dampfungskorpern (18,24) gefüllt ist.
2. Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (16,27) auf wenigstens einer Seite durch eine Durchtrittsoffnungen (17,23) für das Loschgas aufweisende Kammerwand (14,15,19,20) begrenzt ist.
3. Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (16,27) auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten durch j e eine Durchtrittsoffnungen (17,23) für das Loschgas aufweisende Kammerwand (14,15,19,20) begrenzt ist.
4. Elektrischer Leistungsschalter nach einem der vorangehen- den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerwande (14,15,19,20) aus einem Metall bestehen.
5. Elektrischer Leistungsschalter nach einem der vorangehen- den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (16,27) zu weniger als 70 Prozent ihres Volumens mit Dampfungskorpern (18,24) gefüllt ist.
6. Elektrischer Leistungsschalter nach einem der vorangehen- den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfungskorper (18,24) als Kugeln ausgebildet sind.
7. Elektrischer Leistungsschalter nach einem der vorangehen- den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfungskorper (18,24) aus einem Isolierstoff, insbesondere einem Kunststoff bestehen.
8. Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungskörper (18,24) aus einem unter Einwirkung von heißem Löschgas gasabgebenden Stoff, insbesondere Poly- tetrafluorethylen (PTFE) bestehen.
EP99964427A 1998-12-10 1999-12-07 Elektrischer leistungsschalter Ceased EP1141984A1 (de)

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