EP1218906A1 - Hochspannungsleistungsschalter - Google Patents

Hochspannungsleistungsschalter

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EP1218906A1
EP1218906A1 EP00982936A EP00982936A EP1218906A1 EP 1218906 A1 EP1218906 A1 EP 1218906A1 EP 00982936 A EP00982936 A EP 00982936A EP 00982936 A EP00982936 A EP 00982936A EP 1218906 A1 EP1218906 A1 EP 1218906A1
Authority
EP
European Patent Office
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arcing contact
contact piece
region
nozzle arrangement
circuit breaker
Prior art date
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Granted
Application number
EP00982936A
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English (en)
French (fr)
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EP1218906B1 (de
Inventor
Heiner Marin
Volker Lehmann
Ralf Bergmann
Hold Dienemann
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1218906A1 publication Critical patent/EP1218906A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1218906B1 publication Critical patent/EP1218906B1/de
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Revoked 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
    • H01H33/7015—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts
    • H01H33/7023—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts characterised by an insulating tubular gas flow enhancing nozzle
    • 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
    • H01H33/98—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being initiated by an auxiliary arc or a section of the arc, without any moving parts for producing or increasing the flow

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage circuit breaker with a first arcing contact piece and a second arcing contact piece, which face each other, of which at least the first arcing contact piece can be driven, and with an insulating nozzle arrangement which is connected to the first drivable arcing contact piece and has an axial outflow channel for guiding a quenching gas, and with a boiler room in which quenching gas heated by an arc between the two arcing contact pieces can be stored and which is connected to the outflow duct of the insulating nozzle arrangement by means of an annular duct, the outflow duct being blocked by the second arcing contact piece in the switched-on state, the outflow duct of the insulating nozzle arrangement having a first, the free end of the first arcing contact piece facing substantially cylindrical region and adjacent one, in diameter compared to the e rsten area has expanded second area.
  • Such a high-voltage circuit breaker is known, for example, from WO 99/44213.
  • an arc is drawn between the arcing contact pieces in the arcing space surrounded by the insulating nozzle arrangement during the switching-off process and the quenching gas SF6 located there is heated by the arcing.
  • the heated and thereby expanded quenching gas is diverted through a heating duct into a boiler room, where it is available for subsequent blowing of the arc. If the current to be switched passes zero, the arc extinguishes and the quenching gas pressure in the arc chamber drops, so that at this point the high-pressure quenching gas flows from the heating chamber via the ring channel to the arc chamber between the arcing contact pieces and can successfully prevent the arc from reigniting there ,
  • the attenuation of the opening of the insulating nozzle arrangement by the second arcing contact piece means that the quenching gas heated by the arc cannot initially flow out through the outflow opening, but rather flows as completely as possible to the boiler room.
  • the essential portion of the energy required for blowing the arc is provided by the arc itself, ie by the arc gas generated by the arc.
  • a large arc room has so far been viewed as cheap for blowing the arc.
  • the diameter of the second arcing contact piece was dimensioned large, in particular for higher voltages, in order to be able to carry out peaks and edges there with a large radius of curvature, so that dielectric problems could be avoided at this point.
  • the present invention is therefore based on the object of improving the switching capacity in the case of a high-voltage circuit breaker of the type mentioned at the outset, in particular at high currents, such as occur, for example, in the event of a terminal short circuit.
  • the object is achieved in that the distance between the first arcing contact piece and the second area minus the width, which the ring channel has at its confluence with the outflow channel of the insulating nozzle arrangement, is greater than twice the diameter of the outflow channel in its first area, whereby the diameter of the outflow channel in the first region is less than 30 mm, in particular less than 25 mm.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the second arcing contact piece is assigned a field electrode for shielding the electrical field, which can be driven at a speed different from the speed of the insulating nozzle arrangement.
  • the second arcing contact piece is additionally dielectrically shielded and, in particular, because the field electrode can be driven at a different speed than the insulating nozzle arrangement, an optimum dielectric configuration is made possible at all times during the switching process.
  • the speed profile of the field electrode can be optimally matched to the movement of the insulating nozzle arrangement.
  • the field electrode can be moved either by means of its own drive, for example by means of an electrodynamic drive, or by means of a gear through the switch drive.
  • a further advantageous embodiment provides that the second arcing contact piece is designed as a cylindrical pin, which is rounded at its end facing the first arcing contact piece.
  • the arcing contact piece is designed as a cylindrical pin which, at its end facing the first arcing contact piece, has a first section with a reduced diameter compared to the other sections.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the second arcing contact piece can be driven by means of a transmission element coupled to the insulating nozzle arrangement and a gear connected to it.
  • the second arcing contact piece can be driven by means of the switch drive via the transmission element and a transmission, and the speed profile of the second arcing contact piece can also be determined via the design of the transmission.
  • the arc time during which the first region of the outflow opening is still blocked by the second arcing contact piece can also be determined by means of the movement profile of the second arcing contact piece.
  • Field electrode is drivable.
  • the gear unit can be designed in such a way that the field electrode can be driven together with the second arcing contact piece or with a movement profile other than this.
  • an optimal dielectric arrangement can be generated at any time during the switching process.
  • the invention can also be advantageously configured in that the insulating nozzle arrangement consists of PTFE.
  • the insulating nozzle arrangement is made of PTFE (polytetrafluoroethylene)
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the insulating nozzle arrangement consists of a main nozzle and an auxiliary nozzle directly surrounding the first arcing contact piece, the annular channel being formed between the main nozzle and the auxiliary nozzle.
  • the invention also relates to a high-voltage circuit breaker with a first arcing contact piece and a second arcing contact piece, which face each other, at least the first arcing contact piece being drivable, and with an insulating nozzle arrangement which is connected to the drivable first arcing contact piece and which has an axial outflow channel for guiding a quenching gas.
  • Extinguishing gas heated between the arcing contact pieces can be stored and is connected to the outflow duct of the insulating nozzle arrangement by means of at least one duct, the outflow duct of the insulating nozzle arrangement having a first, essentially cylindrical region, at its end opposite the first arcing contact piece with respect to the diameter the second region is expanded by the second region, the first region being blocked by the second arcing contact piece in the switched-on state, the length of the first region being greater than twice the diameter of the first region and the diameter of the first region being less than 30 mm, in particular is less than 25 mm.
  • Such an embodiment of the invention can provide, for example, that the channel which connects the heating chamber and the outflow channel of the insulating nozzle arrangement is designed in the form of a plurality of partial channels which open out on the circumferential surface of the outflow opening and over its circumference.
  • the length of the first cylindrical region of the outflow opening of the insulating nozzle arrangement is equal to the distance between the first arcing contact piece and the first region of the outflow opening, since in this case it is not necessary to deduct the width of an annular duct opening into the outflow duct.
  • FIG. 1 shows the interrupter unit of a high-voltage circuit breaker, partly schematically in section, with a second arcing contact piece tapered in its front area
  • FIG. 2 shows an arrangement with a non-tapered second one
  • Arcing contact piece which is drivable and with a drivable field electrode
  • FIG. 3 shows the arrangement from FIG. 1 with an outflow channel which is connected to the boiler room by means of a plurality of channels distributed over its circumference.
  • two arcing contact pieces 1, 2 coaxially face each other in an insulating circuit breaker housing 18, which is made, for example, of porcelain or a composite material.
  • the first arcing contact piece 1 can be driven by means of a switch drive (not shown), which can be designed, for example, as a hydraulic drive or as a spring-loaded drive, or also as an electrodynamic drive, while the second arcing contact piece 2, which has the shape of a contact pin, is designed to be stationary.
  • a main nozzle 3a is firmly connected as part of an insulating nozzle arrangement 3, which consists of polytetraflurethylene.
  • the insulating nozzle arrangement 3 has an outflow channel 6, which in the switched-on state when the two arcing contact pieces 1, 2 are in contact with one another stand handle, is penetrated by the second arcing contact piece 2 and blocked.
  • the insulating nozzle arrangement in the region of the main nozzle 3a has a first, essentially cylindrical region 6a, which extends from the end face of the first arcing contact piece 1 through the first nozzle 3b to the beginning of a second region 6b, which has an enlarged diameter compared to the first region 6a extends.
  • the outflow channel has an insignificantly larger diameter than the second arcing contact piece 2 in its second section.
  • the end of the second arcing contact piece can have a first section 7 with a reduced diameter compared to the second section 8.
  • This first section 7 of the second arcing contact piece 2 serves, on the one hand, to partially dam the outflow channel 6 at the end of the switch-off movement, after which the complete dam is given up by the second section 8, and thus an extinguishing gas flow through the outflow channel 6 in several steps on the other hand, to create a design that is as dielectric as possible at the end of the second arcing contact piece 2 that faces the first arcing contact piece 1.
  • a first continuous current contact piece 12 and a second continuous current contact piece 13 are arranged radially outside of the insulating nozzle arrangement 3 and surrounding it, which are also in contact with one another in the switched-on state and carry the nominal current.
  • a heating chamber 16 is formed, which is connected via an annular channel 15 to the outflow channel 6 of the nozzle or between the Arc contact pieces 1, 2 formed arc space is connected.
  • An arcing 4 can occur between the arcing contact pieces 1, 2 during the stopping movement, which in the
  • the quenching gas can then flow out through the annular duct 15 into the heating chamber 16 and is temporarily stored there until the arc 4 extinguishes due to a current zero crossing of the current to be switched and the quenching gas flows out of the heating chamber 16 through the annular duct 15 into the arc chamber 5, in order to be there bring about rapid cooling and thus prevent the back ignition of an arc 4.
  • the outflow channel 6 is still blocked by the second arcing contact 2.
  • the diameter of the first region 6a of the outflow channel 6 corresponds essentially to the outer diameter of the second region 8 of the second arcing contact piece 2.
  • the length of the first area 6a of the outflow channel 6, measured from the end face of the first arcing contact piece 1 to the beginning of the enlarged area 6b of the outflow channel 6 of the insulating nozzle arrangement 3, corresponds to at least twice the diameter of the first area 6a of the outflow opening 6.
  • the outflow opening 6 is blocked for a sufficiently long time by the second section 8 of the second arcing contact piece 2 in order to adequately heat extinguishing gas by the arc 4 before the outflow opening is opened. Opening 6 and thus allow sufficient storage of extinguishing gas in the boiler room 16.
  • Ring channel 15 measured in the axial direction of the outflow channel 6, the less PTFE surface is available for the action of the arc 4. This width of the arc is therefore taken into account when dimensioning the length of the first region 6a of the outflow opening 6.
  • a second phase of the switch-off movement begins with the separation of the second section 8 of the second arcing contact piece 2 from the first region 6a of the outflow duct 6.
  • the first section 7 with a reduced diameter of the second arcing contact piece 2 is still located in the first region 6a of the outflow channel 6, so that the outflow opening is only partially blocked and an extinguishing gas flow through the outflow channel 6 is started.
  • the diameter of the first section 6a of the outflow channel 6 is chosen to be less than 30 mm, a particularly strong pressure increase in the arc space or in the outflow channel 6 is achieved, which has a positive effect on the switching capacity at high currents.
  • the dimensioning of the diameter ⁇ 25 mm has proven to be particularly advantageous.
  • FIG. 2 Another embodiment of the invention is shown in FIG. 2, the main focus being that the second arcing contact piece 2a does not have several sections with different diameters, but is only rounded at its end facing the first arcing contact piece 1, and that second arcing contact piece 2a can be driven separately by means of a gear 22, the gear 22 being driven by means of a transmission element 21 in the form of a rod fastened to the insulating nozzle arrangement 3.
  • a field electrode 20 is provided which surrounds the second arcing contact piece 2a and shields it dielectrically and which can also be driven by means of the gear 22.
  • the gear mechanism 22 has various levers 23, 24, which allow different movement profiles for the electrode 20 and the second arcing contact piece 2a. Because of the more precise description of the transmission 22, reference is made to the German utility model 299 01 205.0.
  • FIG. 3 shows an embodiment which essentially corresponds to that shown in FIG. 1, but with the second arcing contact piece 2a without an Most, reduced diameter section 7, but is only formed with an end rounding.
  • the channels or an annular channel run between the insulating nozzle arrangement and the first arcing contact piece.

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  • Circuit Breakers (AREA)

Abstract

Bei einem Hochspannungsleistungsschalter mit zwei Lichtbogenkontaktstücken (1, 2, 2a), von denen wenigstens ein antreibbar ist, wird mit dem antreibbaren Lichtbogenkontaktstück eine Isolierdüsenanordnung (3) bewegt, die einen Abströmkanal (6) aufweist, der im Einschaltzustand durch das zweite Lichtbogenkontaktstück (2, 2a) verdämmt ist. Länge und Durchmesser des Abströmkanals (6) sowie gegebenenfalls die Bewegung des zweiten Lichtbogenkontaktstücks (2, 2a) sind so aufeinander abgestimmt, dass die Selbstblaswirkung zur Löschung des Lichtbogens optimiert ist.

Description

Beschreibung
Hochspannungsleistungsschalter
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungsleistungsschalter mit einem ersten Lichtbogenkontaktstück und einem zweiten Lichtbogenkontaktstück, die einander gegenüberstehen, von denen wenigstens das erste Lichtbogenkontaktstück antreibbar ist, sowie mit einer mit dem ersten antreibbaren Lichtbogenkontaktstück verbundenen Isolierdüsenanordnung, die zur Führung eines Löschgases einen axialen Abströmkanal aufweist und mit einem Heizraum, in dem durch einen Lichtbogen zwischen den beiden Lichtbogenkontaktstücken aufgeheiztes Löschgas speicherbar ist und der mit dem Abströmkanal der Isolierdüsenanordnung mittels eines Ringkanals verbunden ist, wobei im Einschaltzustand der Abströmkanal durch das zweite Lichtbogenkontaktstück verdämmt ist, wobei der Abstrδmkanal der Isolierdüsenanordnung einen ersten, dem freien Ende des ersten Lichtbogenkontaktstücks zugewandten im wesentlichen zylindrischen Bereich und diesem benachbart einen, in seinem Durchmesser gegenüber dem ersten Bereich erweiterten zweiten Bereich aufweist.
Ein derartiger Hochspannungsleistungsschalter ist beispiels- weise aus der WO 99/44213 bekannt. Bei dem bekannten Schalter wird während des Ausschaltvorgangs zwischen den Lichtbogenkontaktstücken ein Lichtbogen in dem von der Isolierdüsenanordnung umgebenen Lichtbogenraum gezogen und durch den Lichtbogen das dort befindliche Löschgas, SF6, erhitzt.
Das aufgeheizte und hierdurch expandierte Löschgas wird durch einen Heizkanal in einen Heizraum umgeleitet, wo es für eine nachfolgende Beblasung des Lichtbogens zur Verfügung steht . Bei einem Stromnulldurchgang des zu schaltenden Stromes erlischt der Lichtbogen und der Löschgasdruck im Lichtbogenraum sinkt ab, so daß zu diesem Zeitpunkt das unter hohem Druck stehende Löschgas aus dem Heizraum über den Ringkanal zum Lichtbogenraum zwischen den Lichtbogenkontaktstücken strömen und dort das Rückzünden des Lichtbogens erfolgreich verhindern kann.
Die Verd mmung des Abs rδmöffnung der Isolierdüsenanordnung durch das zweite Lichtbogenkontaktstück führt zu Beginn des AusschaltVorgangs dazu, daß das durch den Lichtbogen aufgeheizte Löschgas zunächst nicht durch die Abströmöffnung abströmen kann, sondern möglichst vollständig zum Heizraum strömt.
Erst nach Freigabe der Abströmöffnung durch das zweite Lichtbogenkontaktstück wird eine Gasströmung vom Lichtbogenraum durch die Abströmöffnung ermöglicht, die eine effektive Be- blasung des Lichtbogens bewirkt.
Daher ist, um eine genügend lange Lichtbogenbrenndauer zu erreichen, eine entsprechende Mindestlänge des ersten zylindrischen Bereichs der Abstrδmöffnung, der von dem zweiten Lichtbogenkontaktstück verdämmt werden kann, notwendig.
Hat sich das zweite Lichtbogenkontaktstück aus diesem ersten Bereich fortbewegt, so ist in dem zweiten erweiterten Bereich keine Verdammung der Abströmöffnung mehr gegeben.
Bei der Konstruktion derartiger Schalter ist anzustreben, daß der wesentliche Anteil der für die Beblasung des Lichtbogens notwendigen Energie durch den Lichtbogen selbst, d. h. durch den Lichtbogen erzeugten Löschgasdruck bereitgestellt wird. Ein großer Lichtbogenraum wurde bislang für eine Beblasung des Lichtbogens als günstig angesehen. Außerdem wurde insbesondere für höhere Spannungen das zweite Lichtbogenkontaktstück in seinem Durchmesser groß bemessen, um dort auftretende Spitzen und Kanten mit einem großen Krüm- mungsradius ausführen zu können, so daß dielektrische Probleme an dieser Stelle vermieden werden konnten.
Es ergibt sich jedoch hierbei das Problem, daß die Schaltfähigkeit solcher Schalter für hohe Stromstärken, insbesondere in der Größenordnung von 50 kA, unbefriedigend ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Hochspannungsleistungsschalter der eingangs genannten Art die Schaltleistung insbesondere bei hohen Stromstär- ken zu verbessern, wie sie beispielsweise bei einem Klemmenkurzschluß auftreten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abstand zwischen dem ersten Lichtbogenkontaktstück und dem zweiten Bereich abzüglich der Breite, die der Ringkanal an seiner Einmündung in den Abströmkanal der Isolierdüsenanordnung aufweist, größer ist als das doppelte des Durchmessers des Abströmkanals in seinem ersten Bereich, wobei der Durchmesser des Abströmkanals in dem ersten Bereich kleiner als 30 mm, insbesondere kleiner als 25 mm ist.
Es wurde gefunden, daß bei einem Hochspannungsleistungsschalter der eingangs genannten Art insbesondere mit einem genügend langen zylindrischen ersten Bereich der Isolierdüsenan- Ordnung die Schaltfähigkeit für hohe Ströme dadurch verbessert wird, daß ein im Vergleich zu den bisher bekannten Schaltern mit einem geringeren Durchmesser versehener Abströmkanal eingesetzt wurde. Hierdurch werden die Bedingungen der Aufheizung des Löschgases sowie der sich einstellenden Abströmung nach der Freigabe des ersten zylindrischen Be- reichs der Abströmöffnung durch das zweite Lichtbogenkontakt- stück derart positiv beeinflußt, daß der Schalter einen Lichtbogen auch bei einem zu schaltenden Strom von 50 kA noch sicher löscht. Dabei wird überraschenderweise die dielektri- sehe Sicherheit durch den geringeren Durchmesser des zweiten Lichtbogenkontaktstücks nur unwesentlich beeinflußt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß dem zweiten Lichtbogenkontaktstück eine Feldelektrode zur Ab- schirmung des elektrischen Feldes zugeordnet ist, die mit einer von der Geschwindigkeit der Isolierdüsenanordnung verschiedenen Geschwindigkeit antreibbar ist.
Durch diese Feldelektrode wird das zweite Lichtbogenkontakt- stück zusätzlich dielektrisch abgeschirmt und insbesondere wird dadurch, daß die Feldelektrode mit einer anderen Geschwindigkeit als die Isolierdüsenanordnung antreibbar ist, zu jedem Zeitpunkt des Schaltvorgangs eine optimale dielektrische Konfiguration ermöglicht. Das Geschwindigkeitsprofil der Feldelektrode kann auf die Bewegung der Isolierdüsenanordnung optimal abgestimmt werden. Dabei kann die Feldelektrode entweder mittels eines eigenen Antriebs, beispielsweise mittels eines elektrodynamischen Antriebs, oder mittels eines Getriebes durch den Schalterantrieb bewegt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß das zweite Lichtbogenkontaktstück als zylindrischer Stift ausgebildet ist, der an seinem dem ersten Lichtbogenkontaktstück zugewandten Ende abgerundet ist.
Bei einem derartigen zylindrischen Stift ist die Freigabe des ersten zylindrischen Bereiches der Abströmöffnung in einem einzigen Schritt zu einem definierten Zeitpunkt möglich. Es kann aber auch vorteilhaft vorgesehen sein, daß das zweite
Lichtbogenkontaktstück als zylindrischer Stift ausgebildet ist, der an seinem dem ersten Lichtbogenkontaktstück zugewandten Ende einen ersten Abschnitt mit gegenüber den übrigen Abschnitten verringerten Durchmesser aufweist.
In diesem Fall wird zunächst, bevor der Abstrδmkanal durch das zweite Lichtbogenkontaktstück ganz freigegeben wird, ein Randbereich der Abströmöffnung um den ersten Abschnitt des Lichtbogenkontaktstücks mit verringertem Durchmesser herum freigegeben, so daß die Gasströmung in diesem ersten Abschnitt sich zuerst ausbilden kann, bevor der Abströmkanal ganz freigegeben wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das zweite Lichtbogenkontaktstück mittels eines an die Isolierdüsenanordnung angekoppelten Transmissionselementes und eines mit diesem verbundenen Getriebes antreibbar ist .
In diesem Fall ist das zweite Lichtbogenkontaktstück mittels des Schalterantriebes über das Transmissionselement und ein Getriebe antreibbar, und das Geschwindigkeitsprofil des zweiten Lichtbogenkontaktstücks ist über die Auslegung des Ge- triebes ebenfalls bestimmbar.
Dadurch kann auch die Lichtbogenzeit, während deren der erste Bereich der Abströmöffnung durch das zweite Lichtbogenkontaktstück noch verdämmt ist, mittels des Bewegungsprofils des zweiten Lichtbogenkontaktstücks bestimmt werden.
Zusätzlich kann bei einem Hochspannungsleistungsschalter mit einer dem zweiten Lichtbogenkontaktstück zugeordneten Feldelektrode zur Abschirmung des elektrischen Feldes vorteilhaft vorgesehen sein, daß mittels des Getriebes zusätzlich die
Feldelektrode antreibbar ist.
Das Getriebe kann so ausgelegte sein, daß die Feldelektrode gemeinsam mit dem zweiten Lichtbogenkontaktstück oder auch mit einem anderen Bewegungsprofil als dieses antreibbar ist.
Dadurch kann zu jedem Zeitpunkt des Schaltvorgangs eine optimale dielektrische Anordnung erzeugt werden.
Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß die Isolierdüsenanordnung aus PTFE besteht.
Dadurch, daß die Isolierdüsenanordnung aus PTFE (Polyte- trafluoräthylen) besteht, wird durch den Einfluß des Lichtbogens auf die innere Oberfläche der Isolierdüsenanordnung PTFE verdampft, das zur Löschung des Lichtbogens bzw. zur dielektrischen Wiederverfestigung der Schaltstrecke geeignet ist, wodurch eine Löschung des Lichtbogens erleichtert und die Rückzündung erschwert wird.
Vorteilhaft kann außerdem vorgesehen sein, daß die Isolierdüsenanordnung aus einer Hauptdüse und einer das erste Lichtbogenkontaktstück unmittelbar umgebenden Hilfsdüse besteht, wo- bei zwischen der Hauptdüse und der Hilfsdüse der Ringkanal gebildet ist.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf einen Hochspannungsleistungsschalter mit einem ersten Lichtbogenkontaktstück und einem zweiten Lichtbogenkontaktstück, die einander gegenüberstehen, wobei wenigstens das erste Lichtbogenkontaktstück antreibbar ist, sowie mit einer mit dem antreibbaren ersten Lichtbogenkontaktstück verbundenen Isolierdüsenanordnung, die zur Führung eines Löschgases einen axialen Abströmkanal auf- weist und mit einem Heizraum in dem durch einen Lichtbogen zwischen den Lichtbogenkontaktstücken aufgeheiztes Löschgas speicherbar ist und der mit dem Abstrό kanal der Isolierdüsenanordnung mittels wenigstens eines Kanals verbunden ist, wobei der Abströmkanal der Isolierdüsenanordnung einen ersten im wesentlichen zylindrischen Bereich aufweist, an den sich an seinem dem ersten Lichtbogenkontaktstück abgewandten Ende ein bezüglich des Durchmessers gegenüber dem ersten Bereich erweiteter zweiter Bereich anschließt, wobei der erste Bereich im Einschaltzustand durch das zweite Lichtbogenkontakt- stück verdämmt ist, die Länge des ersten Bereichs größer als das Doppelte des Durchmessers des ersten Bereichs ist und der Durchmesser des ersten Bereichs kleiner als 30 mm, insbesondere kleiner als 25 mm ist.
Eine derartige Ausfuhrungsform der Erfindung kann beispielsweise vorsehen, daß der Kanal, der den Heizraum und den Ab- strδmkanal der Isolierdüsenanordnung verbindet, in Form von mehreren, an der Mantelfläche der Abströmöffnung über deren Umfang verteilt mündenden Teilkanälen ausgebildet ist. In diesem Fall ist die Länge des ersten zylindrischen Bereichs der Abströmöffnung der Isolierdüsenanordnung gleich dem Abstand zwischen dem ersten Lichtbogenkontaktstück und dem ersten Bereich der Abströmöffnung, da in diesem Fall nicht die Breite eines in den Abströmkanal mündenden Ringkanals abzu- ziehen ist.
Im wesentlichen maßgeblich für die benötigte Länge des ersten zylindrischen Bereichs des Abstrδmkanals ist nämlich für das Löschvermδgen die dem Lichtbogen ausgesetzte zylindrische Mantelfläche der Isolierdüsenanordnung, aus der durch die Wirkung des Lichtbogens PTFE zur Löschung des Lichtbogens, verdampft werden kann. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend beschrieben.
Dabei zeigt die
Figur 1 die Unterbrechereinheit eines Hochspannungsleistungs- schalters teilweise schematisch im Schnitt mit einem in seinem vorderen Bereich verjüngten zweiten Lichtbogenkontakt- stück, Figur 2 eine Anordnung mit einem nicht verjüngten zweiten
Lichtbogenkontaktstück, welches antreibbar ist sowie mit einer antreibbaren Feldelektrode und
Figur 3 die Anordnung aus der Figur 1 mit einem Abströmkanal, der mittels mehrerer an seinem Umfang verteilt mündender Ka- näle mit dem Heizraum verbunden ist.
Gemäß Figur 1 stehen einander in einem isolierenden Leistungsschaltergehäuse 18, das beispielsweise aus Porzellan oder einem Verbundwerkstoff besteht, zwei Lichtbogenkontakt- stücke 1, 2 koaxial gegenüber. Das erste Lichtbogenkontakt- stück 1 ist mittels eines nicht dargestellten Schalterantriebes antreibbar, der beispielsweise als Hydraulikantrieb oder als Federspeicherantrieb ausgebildet sein kann, oder auch als elektrodynamischer Antrieb, Während das zweite Lichtbogenkon- taktstück 2, das die Form eines Kontaktpins aufweist, feststehend ausgebildet ist.
Im Ausschaltfall wird das erste Lichtbogenkontaktstück 1 in Richtung des Pfeils 14 bewegt.
Mit dem ersten Lichtbogenkontaktstück 1 ist eine Hauptdüse 3a als Teil einer Isolierdüsenanordnung 3 fest verbunden, die aus Polytetrafluräthylen besteht. Die Isolierdüsenanordnung 3 weist einen Abströmkanal 6 auf, der im Einschaltzustand, wenn die beiden Lichtbogenkontaktstücke 1, 2 miteinander im Ein- griff stehen, von dem zweiten Lichtbogenkontaktstück 2 durchsetzt und verdämmt ist. Hierzu weist die Isolierdüsenanordnung im Bereich der Hauptdüse 3a einen ersten im wesentlichen zylindrischen Bereich 6a auf, der sich von der Stirnfläche des ersten Lichtbogenkontaktstücks 1 durch die erste Düse 3b hindurch bis zum Beginn eines zweiten, in seinem Durchmesser gegenüber dem ersten Bereich 6a erweiterten Bereich 6b erstreckt .
In diesem ersten Bereich 6a weist der Abstrδmkanal einen unwesentlich größeren Durchmesser auf als das zweite Lichtbogenkontaktstück 2 in seinem zweiten Abschnitt. Das zweite Lichtbogenkontaktstück kann an seinem Ende einen ersten Abschnitt 7 mit gegenüber dem zweiten Abschnitt 8 verringertem Durchmesser aufweisen.
Dieser erste Abschnitt 7 des zweiten LichtbogenkontaktStücks 2 dient einerseits dazu, den Abströmkanal 6 zum Ende der Aus- schaltbewegung, nach dem die vollständige Verdammung durch den zweiten Abschnitt 8 aufgegeben ist, noch teilweise zu verdammen und somit eine LöschgasStrömung durch den Abströmkanal 6 in mehreren Schritten in Gang zu bringen, andererseits dazu, ein dielektrisch möglichst günstige Konstruktion an dem Ende des zweiten LichtbogenkontaktStücks 2 zu schaf- fen, das dem ersten Lichtbogenkontaktstück 1 zugewandt ist.
Radial außerhalb der Isolierdüsenanordnung 3 und dies umgebend sind ein erstes Dauerstromkontaktstück 12 und ein zweites Dauerstromkontaktstück 13 angeordnet, die im Einschaltzu- stand ebenfalls miteinander in Kontakt stehen und den Nennstrom tragen.
Außerdem ist ein Heizraum 16 gebildet, der über einen Ringkanal 15 mit dem Abströmkanal 6 der Düse bzw. dem zwischen den Lichtbogenkontaktstücken 1, 2 gebildeten Lichtbogenraum verbunden ist .
Während der Aussehaltbewegung kann ein Lichtbogen 4 zwischen den Lichtbogenkontaktstücken 1, 2 entstehen, der das im
Lichtbogenkontaktraum 5 befindliche Löschgas, beispielsweise SF6, aufheizt und damit zur Expansion bringt. Das Löschgas kann dann durch den Ringkanal 15 in den Heizraum 16 abströmen und wird dort vorübergehend gespeichert, bis wegen eines Stromnulldurchgangs des zu schaltenden Stromes der Lichtbogen 4 erlischt und das Löschgas aus dem Heizraum 16 durch den Ringkanal 15 in den Lichtbogenraum 5 zurückströmt, um dort eine rasche Kühlung herbeizuführen und somit die Rückzündung eines Lichtbogens 4 zu verhindern.
In der ersten Phase der Ausschaltbewegung, wenn das erste Lichtbogenkontaktstück 1 noch mit dem zweiten Lichtbogenkontaktstück 2 in elektrisch leitender Verbindung steht, ist der Abströmkanal 6 noch durch das zweite Lichtbogenkontaktstück 2 verdämmt . Der Durchmesser des ersten Bereichs 6a des Abströmkanals 6 entspricht dem Außendurchmesser des zweiten Bereichs 8 des zweiten Lichtbogenkontaktstücks 2 im wesentlichen.
Die Länge des ersten Bereichs 6a des Abströmkanals 6, gemes- sen von der Stirnfläche des ersten Lichtbogenkontaktstücks 1 bis zum Beginn des erweiterten Bereichs 6b des Abstrδmkanals 6 der Isolierdüsenanordnung 3 entspricht mindestens dem Doppelten des Durchmessers des ersten Bereichs 6a der Abströmöffnung 6.
Auf diese Weise wird einerseits die Abströmöffnung 6 genügend lange durch den zweiten Abschnitt 8 des zweiten Lichtbogenkontaktstücks 2 verdämmt, um eine ausreichende Aufheizung von Löschgas durch den Lichtbogen 4 vor dem Öffnen der Abström- Öffnung 6 und somit eine ausreichende Speicherung von Löschgas im Heizraum 16 zu ermöglichen.
Andererseits steht während des Brennens des Lichtbogens eine genügend große innere zylindrische Mantelfläche der Abströmöffnung 6, und zwar teilweise in Form der Hilfsdüse 3b, teilweise in Form der Hauptdüse 3a unter dem Einfluß des Lichtbogens, das dort unter dem Einfluß des Lichtbogens PTFE verdampft werden kann, das die Lichtbogenlöschung begünstigt. Je größer die Breite des in die Abströmöffnung 6 einmündenden
Ringkanals 15, gemessen in Axialrichtung des Abströmkanals 6 ist, umso weniger PTFE-Oberflache steht zur Einwirkung des Lichtbogens 4 zur Verfügung. Daher wird diese Breite des Lichtbogens bei der Bemessung der Länge des ersten Bereichs 6a der Abströmöffnung 6 berücksichtigt.
Eine zweite Phase der Ausschaltbewegung beginnt mit der Trennung des zweiten Abschnitts 8 des zweiten Lichtbogenkontakt- Stücks 2 von dem ersten Bereich 6a des Abstrδmkanals 6.
Zu diesem Zeitpunkt befindet sich noch der erste Abschnitt 7 mit verringertem Durchmesser des zweiten Lichtbogenkontakt - Stücks 2 in dem ersten Bereich 6a des Abstrδmkanals 6 , so daß die Abströmöffnung nur noch teilweise verdämmt ist und eine Löschgasstrδmung durch den Abströmkanal 6 in Gang gesetzt wird .
Nach der vollständigen Freigabe des Abströmkanals 6 durch das zweite Lichtbogenkontaktstücks 2 kann sich die Löschgasströ- mung vollständig frei ausbilden .
Dadurch, daß zum Zeitpunkt der Trennung des ersten Abschnitts 7 des zweiten Lichtbogenkontaktstücks 2 von dem ersten Abschnitt 6a des Abströmkanals 6 bereits eine Löschgasströmung um das Ende des zweiten Lichtbogenkontakt Stücks 2 herum ein- gesetzt hat, wird zu diesem Zeitpunkt die Wahrscheinlichkeit von unerwünschten Überschlägen in diesem Bereich verringert.
Dadurch, daß der Durchmesser des ersten Abschnitts 6a des Abströmkanals 6 kleiner als 30 mm gewählt wird, ist ein besonders starker Druckanstieg im Lichtbogenraum bzw. im Abströmkanal 6 erreicht, der sich positiv auf die Schaltleistung bei hohen Stromstärken auswirkt. Als besonders vorteilhaft hat die Bemessung des Durchmessers < als 25 mm erwiesen.
In der Figur 2 ist eine andere Ausfuhrungsform der Erfindung dargestellt, wobei im wesentlichen darauf abgestellt ist, daß das zweite Lichtbogenkontaktstück 2a nicht mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist, sondern ledig- lieh an seinem dem ersten Lichtbogenkontaktstück 1 zugewandten Ende abgerundet ist, und daß das zweite Lichtbogenkontaktstück 2a mittels eines Getriebes 22 gesondert antreibbar ist, wobei das Getriebe 22 mittels eines Transmissionselementes 21 in Form einer an der Isolierdüsenanordnung 3 befestig- ten Stange antreibbar ist.
Außerdem ist eine Feldelektrode 20 vorgesehen, die das zweite Lichtbogenkontaktstück 2a umgibt und dielektrisch abschirmt und die ebenfalls mittels des Getriebes 22 antreibbar ist.
Das Getriebe 22 weist hierzu verschiedene Hebel 23, 24 auf, die für die Elektrode 20 und das zweite Lichtbogenkontakt- stück 2a unterschiedliche Bewegungsprofile ermöglichen. Wegen der genaueren Beschreibung des Getriebes 22 wird auf das deutsche Gebrauchsmuster 299 01 205.0 Bezug genommen.
In der Figur 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, die im wesentlichen der in Figur 1 dargestellten entspricht, wobei jedoch das zweite Lichtbogenkontaktstück 2a ohne einen er- sten, im Durchmesser verringerten Abschnitt 7, sondern lediglich mit einer endseitigen Abrundung ausgebildet ist.
Außerdem ist kein umlaufender Ringkanal zur Verbindung des Heizraums 16 mit dem Lichtbogenraum 5 vorgesehen, sondern ein durch mehrere Teilkanäle 19 gebildeter Kanal, wobei die Teil- kanäle 19 am Umfang der inneren Mantelfläche des Abströmkanals 6 verteilt in diesen einmünden. Schließlich wird dem Lichtbogen 4 zwischen den Lichtbogenkontaktstücken 1, 2a eine vergrößerte innere Mantelfläche 17 des Abstrδmkanals 6 zur Verdampfung von PTFE zur Verfügung gestellt.
Es kann außerdem vorteilhaft vorgesehen sein, daß die Kanäle oder ein Ringkanal zwischen der Isolierdüsenanordnung und dem ersten Lichtbogenkontaktstück verlaufen.

Claims

Patentansprüche
1. Hochspannungsleistungsschalter mit einem ersten Lichtbogenkontaktstück (1) und einem zweiten Lichtbogenkontaktstück (2,2a), die einander gegenüberstehen, von denen wenigstens das erste Lichtbogenkontaktstück (1) antreibbar ist, sowie mit einer mit dem ersten antreibbaren Lichtbogenkontaktstück (1) verbundenen Isolierdüsenanordnung (3) , die zur Führung eines Löschgases einen axialen Abströmkanal (6) aufweist und mit einem Heizraum (16) , in dem durch einen Lichtbogen (4) zwischen den beiden Lichtbogenkontaktstücken (1,2) aufgeheiztes Lδschgas speicherbar ist und der mit dem Abstrδmkanal (6) der Isolierdüsenanordnung (3) mittels eines Ringkanals (15) verbunden ist, wobei im Einschaltzustand der Abströmkanal (6) durch das zweite Lichtbogenkontaktstück (2,, 2a) verdämmt ist, wobei der Abströmkanal (6) der Isolierdüsenanordnung (3) ei- nen ersten, dem freien Ende des ersten Lichtbogenkontakt-
Stücks (1) zugewandten im wesentlichen zylindrischen Bereich (6a) und diesem benachbart einen, in seinem Durchmesser gegenüber dem ersten Bereich erweiterten zweiten Bereich (6b) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand zwischen dem ersten Lichtbogenkontaktstück (1) und dem zweiten Bereich abzüglich der Breite, die der Ringkanal (15) an seiner Einmündung in den Abströmkanal (6) der Isolierdüsenanordnung (3) aufweist, größer ist als das doppelte des Durchmessers des Abströmkanals (6) in seinem ersten Bereich (6a) , wobei der Durchmesser des Abstrδmkanals (6) in dem ersten Bereich (6a) kleiner als 30 mm, insbesondere kleiner als 25 mm ist.
2. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem zweiten Lichtbogenkontaktstück (2,2a) eine Feldelektrode (20) zur Abschirmung des elektrischen Feldes zugeordnet ist, die mit einer von der Geschwindigkeit der Isolierdüsenanordnung (3) verschiedenen Geschwindigkeit antreibbar ist.
3. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das zweite Lichtbogenkontaktstück (2a) als zylindrischer Stift ausgebildet ist, der an seinem dem ersten Lichtbogenkontaktstück zugewandten Ende abgerundet ist .
4. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das zweite Lichtbogenkontaktstück (2) als zylindrischer Stift ausgebildet ist, der an seinem dem ersten Lichtbogenkontaktstück zugewandten Ende einen ersten Abschnitt (7) mit gegenüber den übrigen Abschnitten (8) verringerten Durchmes- ser aufweist.
5. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das zweite Lichtbogenkontaktstück (2,2a) mittels eines an die Isolierdüsenanordnung (3) angekoppelten Transmissionselementes (21) und eines mit diesem verbundenen Getriebes (22) antreibbar ist.
6. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 5 mit einer dem zweiten Lichtbogenkontaktstück zugeordneten Feldelektrode (20) zur Abschirmung des elektrischen Feldes, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mittels des Getriebes (22) zusätzlich die Feldelektrode (20) antreibbar ist.
7. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Isolierdüsenanordnung (3) aus PTFE besteht.
8. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Isolierdüsenanordnung (3) aus einer Hauptdüse (3a) und einer das erste Lichtbogenkontaktstück (1) unmittelbar umgebenden Hilfsdüse (3b) besteht, wobei zwischen der Haupt- düse (3a) und der Hilfsdüse (3b) der Ringkanal (15) gebildet ist.
9. Hochspannungsleistungsschalter mit einem ersten Lichtbogenkontaktstück (1) und einem zweiten Lichtbogenkontaktstück
(2,2a), die einander gegenüberstehen, wobei wenigstens das erste Lichtbogenkontaktstück (1) an- treibbar ist, sowie mit einer mit dem antreibbaren ersten Lichtbogenkontaktstück (1) verbundenen Isolierdüsenanordnung (3) , die zur Führung eines Löschgases einen axialen Abstromkanal (6) aufweist und mit einem Heizraum (16) in dem durch einen Lichtbogen (4) zwischen den Lichtbogenkontaktstücken (1,2,2a) aufgeheiztes Lδschgas speicherbar ist und der mit dem Abstromkanal (6) der Isolierdüsenanordnung (3) mittels wenigstens eines Kanals (19) verbunden ist wobei der Abströmkanal (6) der Isolierdüsenanordnung (3) einen ersten im wesentlichen zylindrischen Bereich (6a aufweist, an den sich an seinem dem ersten Lichtbogenkontakt- stück (1) abgewandten Ende ein bezüglich des Durchmessers gegenüber dem ersten Bereich erweiteter zweiter Bereich (6b) anschließt, wobei der erste Bereich (6a) im Einschaltzustand durch das zweite Lichtbogenkontaktstück (2,2a) verdämmt ist, die Länge des ersten Bereichs (6a) größer als das Doppelte des Durchmessers des ersten Bereichs (6a) ist und der Durchmesser des ersten Bereichs (6a) kleiner als 30 mm, insbesondere kleiner als 25 mm ist.
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