EP1218906B1 - Hochspannungsleistungsschalter - Google Patents

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EP1218906B1
EP1218906B1 EP00982936A EP00982936A EP1218906B1 EP 1218906 B1 EP1218906 B1 EP 1218906B1 EP 00982936 A EP00982936 A EP 00982936A EP 00982936 A EP00982936 A EP 00982936A EP 1218906 B1 EP1218906 B1 EP 1218906B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
arcing contact
region
circuit breaker
nozzle arrangement
voltage circuit
Prior art date
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Revoked
Application number
EP00982936A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1218906A1 (de
Inventor
Heiner Marin
Volker Lehmann
Ralf Bergmann
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
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Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=7925066&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP1218906(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
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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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/7015Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts
    • H01H33/7023Switches 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/98Switches 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 and one second arcing contact piece, which face each other, at least of which the first arcing contact piece can be driven is, as well as with one that can be driven with the first Arcing contact piece connected insulating nozzle assembly, the has an axial outflow channel for guiding an extinguishing gas and with a boiler room in which by an arc heated between the two arcing contact pieces Extinguishing gas can be stored and that with the outflow channel Insulating nozzle arrangement is connected by means of an annular channel, with the outflow channel through the second when switched on Arcing contact piece is blocked, the outflow channel the insulating nozzle assembly a first, the free end of essentially facing first arcing contact piece cylindrical region and one adjacent to it, in its Diameter expanded from the first area to the second Area.
  • Such a high-voltage circuit breaker is, for example known from WO 99/44213.
  • a high-voltage circuit breaker is, for example known from WO 99/44213.
  • an arc in that of the isolation nozzle assembly drawn around the arc room and through the arc the extinguishing gas there, SF6, is heated.
  • the heated and thereby expanded extinguishing gas is through a heating duct is diverted to a boiler room, where there is a subsequent blowing of the arc is available.
  • the aim should be that the essential part of that for blowing the arc necessary energy through the arc itself, d. H. by the arc generated quenching gas pressure is provided.
  • a large arc room has so far been used for blowing of the arc considered favorable.
  • the arcing contact piece has a large diameter, around peaks and edges with a large radius of curvature to be able to perform, so that dielectric problems could be avoided at this point.
  • the present invention is therefore based on the object in a high-voltage circuit breaker of the type mentioned Type the switching power especially at high currents to improve, such as in a terminal short circuit occur.
  • the object is achieved in that the distance between the first arcing contact and the second area minus the width that the ring channel is at its confluence with the outflow channel of the insulating nozzle arrangement has, is greater than twice the diameter of the outflow channel in its first area, the Diameter of the outflow channel is smaller in the first area than 30 mm, in particular less than 25 mm.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the second arcing contact piece has a field electrode for shielding of the electrical field is associated with a different from the speed of the insulating nozzle arrangement Speed is drivable.
  • the second arcing contact piece becomes through this field electrode additionally dielectrically shielded and in particular is that the field electrode at a different speed than the insulating nozzle arrangement can be driven, optimum dielectric at all times during the switching process Configuration allows.
  • the field electrode can either by means of its own drive, for example by means of an electrodynamic drive, or by means of a Gear can be moved by the switch drive.
  • second arcing contact piece designed as a cylindrical pin is that at its the first arcing contact facing end is rounded.
  • the second Arcing contact piece designed as a cylindrical pin is the one facing the first arcing contact piece End a first section with the others Sections of reduced diameter.
  • the first step is through the outflow channel the second arcing contact piece is fully released Edge region of the outflow opening around the first section of the Arcing contact piece with reduced diameter around released so that the gas flow in this first section can form first before the outflow channel is released entirely.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides before that the second arcing contact piece by means of a the insulating nozzle arrangement coupled transmission element and a gear connected to it is.
  • the second arcing contact piece is by means of of the switch drive via the transmission element and a Gearbox drivable, and the speed profile of the second Arcing contact piece is about the design of the gearbox also determinable.
  • a field electrode assigned to the second arcing contact piece advantageous for shielding the electrical field be provided that additionally by means of the gear Field electrode is drivable.
  • the gearbox can be designed so that the field electrode together with the second arcing contact or can be driven with a different movement profile than this.
  • the invention can also be advantageously configured in this way that the insulating nozzle assembly is made of PTFE.
  • the insulating nozzle arrangement made of PTFE (polytetrafluoroethylene) exists due to the influence of the arc on the inner surface of the insulating nozzle assembly PTFE evaporates that to extinguish the arc or dielectric Re-consolidation of the switching path is suitable which makes it easier to extinguish the arc and the Flashback is difficult.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the insulating nozzle arrangement from a main nozzle and one the first arcing contact piece immediately surrounding auxiliary nozzle, wherein the ring channel between the main nozzle and the auxiliary nozzle is formed.
  • 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, wherein at least the first arcing contact piece can be driven is, as well as with a drivable first Arcing contact piece connected insulating nozzle assembly, the has an axial outflow channel for guiding an extinguishing gas and with a boiler room in which by an arc Extinguishing gas heated between the arcing contact pieces is storable and that with the outflow channel of the insulating nozzle arrangement is connected by means of at least one channel, wherein the outflow channel of the insulating nozzle arrangement has a first has a substantially cylindrical region to which at its end facing away from the first arcing contact piece one with respect to the diameter compared to the first area expanded second area connects, the first area in the on state by the second arcing contact is insulated, the length of the first area is greater than is twice the diameter of the first area and the Diameter of the first area less than 30
  • Such an embodiment of the invention can for example provide that the duct that connects the boiler room and the outflow duct the insulating nozzle assembly connects in the form of several, on the outer surface of the outflow opening on the Circumferentially distributed sub-channels is formed.
  • the length of the first cylindrical region the outflow opening of the insulating nozzle arrangement is equal to the distance between the first arcing contact and the first Area of the outflow opening, since in this case not the Subtract the width of an annular channel opening into the outflow channel is.
  • the shows 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
  • Figure 2 shows an arrangement with a non-tapered second arcing contact piece which is drivable and with a drivable field electrode
  • 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.
  • FIG. 1 are each other in an insulating circuit breaker housing 18, for example made of porcelain or a composite material, two arcing contact pieces 1, 2 coaxially opposite.
  • the first arcing contact 1 is by means of a switch drive, not shown drivable, for example as a hydraulic drive or can be designed as a spring-loaded drive, or as electrodynamic drive, while the second arcing contact 2, which has the shape of a contact pin, fixed is trained.
  • the insulating nozzle arrangement 3 has an outflow channel 6 which, when in the on state the two arcing contact pieces 1, 2 are engaged with one another stand, penetrated by the second arcing contact 2 and is damned.
  • the insulating nozzle arrangement essentially a first one in the area of the main nozzle 3a cylindrical region 6a, which extends from the end face of the first arcing contact 1 through the first nozzle 3b through to the beginning of a second, in diameter extends over the first area 6a expanded area 6b.
  • the outflow channel has an insignificant larger diameter than the second arcing contact 2 in its second section.
  • the second Arcing contact piece can have a first section at its end 7 with reduced compared to the second section 8 Have diameter.
  • This first section 7 of the second arcing contact 2 serves on the one hand to discharge the discharge channel 6 at the end of the switch-off movement, after which the complete dam the second section 8 is still abandoned dam and thus an extinguishing gas flow through the outflow channel 6 to get started in several steps, on the other hand in addition, a structurally favorable construction to create at the end of the second arcing contact piece 2 which faces the first arcing contact 1.
  • a first continuous current contact piece 12 and a second Continuous current contact piece 13 arranged in the on state are also in contact with each other and the nominal current wear.
  • a boiler room 16 is formed, which is via an annular channel 15 with the outlet channel 6 of the nozzle or between the Arc contact pieces 1, 2 formed arc space connected is.
  • an arc 4 between the arcing contact pieces 1, 2 arise, which in Arcing contact space 5 extinguishing gas, for example SF6, heats up and thus expands.
  • the extinguishing gas can then flow through the annular duct 15 into the boiler room 16 and is temporarily stored there until because of a Zero current crossing of the current to be switched by the arcs 4 goes out and the extinguishing gas from the boiler room 16 through the Ring channel 15 flows back into the arc chamber 5 to there bring about rapid cooling and thus reignition to prevent an arc 4.
  • the length of the first region 6a of the outflow channel 6, measured from the end face of the first arcing contact piece 1 to the beginning of the expanded area 6b of the outflow channel 6 of the insulating nozzle arrangement 3 corresponds to at least twice of the diameter of the first region 6a of the outflow opening 6th
  • the outflow opening 6 is sufficient on the one hand long through the second section 8 of the second arcing contact 2 insulated to a sufficient heating of Extinguishing gas through the arc 4 before opening the outflow opening 6 and thus sufficient storage of extinguishing gas to allow in the boiler room 16.
  • a second phase of the switch-off movement begins with the separation of the second section 8 of the second arcing contact 2 from the first region 6a of the outflow channel 6.
  • the first section 7 is still at this time with a reduced diameter of the second arcing contact 2 in the first area 6a of the outflow channel 6, so that the outflow opening is only partially blocked and one Extinguishing gas flow through the discharge channel 6 started becomes.
  • the diameter of the first section 6a of the outflow channel 6 smaller than 30 mm is a special one strong pressure increase in the arc space or in the outflow channel 6 reached, which has a positive effect on the switching capacity high currents.
  • FIG. 1 Another embodiment of the invention is shown in FIG shown, the main aim being that the second arcing contact 2a does not have multiple sections with different diameters, but only on the one facing the first arcing contact 1 End is rounded and that the second arcing contact piece 2a separately driven by a gear 22 is, the transmission 22 by means of a transmission element 21 in the form of an attached to the insulating nozzle assembly 3 Rod is drivable.
  • a field electrode 20 is provided, which is the second Arc contact piece 2a surrounds and dielectrically shielded and which can also be driven by means of the gear 22.
  • the gear 22 has various levers 23, 24 for this purpose, that for the electrode 20 and the second arcing contact 2a allow different movement profiles. Because of the more detailed description of the transmission 22 is based on the German utility model 299 01 205.0 referenced.
  • FIG. 3 shows an embodiment which is shown in FIG essentially corresponds to that shown in Figure 1, wherein however, the second arcing contact piece 2a without a first one, section 7 reduced in diameter, but only is formed with a rounded end.
  • the channels or an annular channel between the insulating nozzle arrangement and the first arcing contact piece can also be advantageously provided that the channels or an annular channel between the insulating nozzle arrangement and the first arcing contact piece.

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  • Circuit Breakers (AREA)

Description

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 Abströmkanal 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 beispielsweise 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 Verdämmung des Abströmöffnung 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 Beblasung des Lichtbogens bewirkt.
Daher ist, um eine genügend lange Lichtbogenbrenndauer zu erreichen, eine entsprechende Mindestlänge des ersten zylindrischen Bereichs der Abströmöffnung, 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 Verdämmung 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 Krümmungsradius 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 Stromstärken 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 Isolierdüsenanordnung 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 Bereichs der Abströmöffnung durch das zweite Lichtbogenkontaktstück derart positiv beeinflußt, daß der Schalter einen Lichtbogen auch bei einem zu schaltenden Strom von 50 kA noch sicher löscht. Dabei wird überraschenderweise die dielektrische 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 Abschirmung des elektrischen Feldes zugeordnet ist, die mit einer von der Geschwindigkeit der Isolierdüsenanordnung verschiedenen Geschwindigkeit antreibbar ist.
Durch diese Feldelektrode wird das zweite Lichtbogenkontaktstück 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 Abströmkanal 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 Getriebes 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 (Polytetrafluoräthylen) 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, wobei 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 aufweist und mit einem Heizraum in dem durch einen Lichtbogen zwischen den Lichtbogenkontaktstücken aufgeheiztes Löschgas speicherbar ist und der mit dem Abströmkanal 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 Lichtbogenkontaktstück 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 Ausführungsform der Erfindung kann beispielsweise vorsehen, daß der Kanal, der den Heizraum und den Abströmkanal 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 abzuziehen ist.
Im wesentlichen maßgeblich für die benötigte Länge des ersten zylindrischen Bereichs des Abströmkanals ist nämlich für das Löschvermögen 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 Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend beschrieben.
Dabei zeigt die
Figur 1 die Unterbrechereinheit eines Hochspannungsleistungsschalters teilweise schematisch im Schnitt mit einem in seinem vorderen Bereich verjüngten zweiten Lichtbogenkontaktstück,
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 Kanäle mit dem Heizraum verbunden ist.
Gemäß Figur 1 stehen einander in einem isolierenden Leistungsschaltergehäuse 18, das beispielsweise aus Porzellan oder einem Verbundwerkstoff besteht, zwei Lichtbogenkontaktstücke 1, 2 koaxial gegenüber. Das erste Lichtbogenkontaktstück 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 Lichtbogenkontaktstück 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 Eingriff 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 Abströmkanal 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 Ausschaltbewegung, nach dem die vollständige Verdämmung durch den zweiten Abschnitt 8 aufgegeben ist, noch teilweise zu verdämmen 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 schaffen, 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 Einschaltzustand 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 Ausschaltbewegung 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, gemessen von der Stirnfläche des ersten Lichtbogenkontaktstücks 1 bis zum Beginn des erweiterten Bereichs 6b des Abströmkanals 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 AbströmÖffnung 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-Oberfläche 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 Lichtbogenkontaktstücks 2 von dem ersten Bereich 6a des Abströmkanals 6.
Zu diesem Zeitpunkt befindet sich noch der erste Abschnitt 7 mit verringertem Durchmesser des zweiten Lichtbogenkontaktstücks 2 in dem ersten Bereich 6a des Abströmkanals 6, so daß die Abströmöffnung nur noch teilweise verdämmt ist und eine Löschgasströmung durch den Abströmkanal 6 in Gang gesetzt wird.
Nach der vollständigen Freigabe des Abströmkanals 6 durch das zweite Lichtbogenkontaktstücks 2 kann sich die Löschgasströmung 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 Lichtbogenkontaktstücks 2 herum eingesetzt 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 Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei im wesentlichen darauf abgestellt ist, daß das zweite Lichtbogenkontaktstück 2a nicht mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist, sondern lediglich 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 befestigten 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 Lichtbogenkontaktstück 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 ersten, 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 Teilkanäle 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 Abströmkanals 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 (9)

  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 Löschgas speicherbar ist und der mit dem Abströmkanal (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) einen ersten, dem freien Ende des ersten Lichtbogenkontaktstücks (1) zugewandten im wesentlichen zylindrischen Bereich (6a) und diesem benachbart einen, in seinem Durchmesser gegenüber dem ersten Bereich erweiterten zweiten Bereich (6b) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, 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 Abströmkanals (6) in dem ersten Bereich (6a) kleiner als 30 mm, insbesondere kleiner als 25 mm ist.
  2. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, 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,
    dadurch gekennzeichnet, 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,
    dadurch gekennzeichnet, 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 Durchmesser aufweist.
  5. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, 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,
    dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Getriebes (22) zusätzlich die Feldelektrode (20) antreibbar ist.
  7. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierdüsenanordnung (3) aus PTFE besteht.
  8. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierdüsenanordnung (3) aus einer Hauptdüse (3a) und einer das erste Lichtbogenkontaktstück (1) unmittelbar umgebenden Hilfsdüse (3b) besteht, wobei zwischen der Hauptdüse (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) antreibbar ist,
    sowie mit einer mit dem antreibbaren ersten 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 Lichtbogenkontaktstücken (1,2,2a) aufgeheiztes Löschgas speicherbar ist und der mit dem Abströmkanal (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 Lichtbogenkontaktstück (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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