EP1811537A1 - Schaltkammer für einen gasisolierten Hochspannungsschalter - Google Patents

Schaltkammer für einen gasisolierten Hochspannungsschalter Download PDF

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EP1811537A1
EP1811537A1 EP06405027A EP06405027A EP1811537A1 EP 1811537 A1 EP1811537 A1 EP 1811537A1 EP 06405027 A EP06405027 A EP 06405027A EP 06405027 A EP06405027 A EP 06405027A EP 1811537 A1 EP1811537 A1 EP 1811537A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching chamber
piston
mounting unit
wall
chamber according
Prior art date
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Granted
Application number
EP06405027A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1811537B1 (de
Inventor
Martin Kriegel
Markus Vestner
Olaf Hunger
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ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
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Publication date
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Priority to DE502006006325T priority patent/DE502006006325D1/de
Priority to EP06405027A priority patent/EP1811537B1/de
Priority to PCT/CH2007/000012 priority patent/WO2007082399A1/de
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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
    • H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H33/91—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism the arc-extinguishing fluid being air or gas

Definitions

  • the present invention relates to a switching chamber for a gas-insulated high-voltage switch according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a switch with such a switching chamber.
  • a switching chamber of the aforementioned type is generally used in gas-insulated circuit breakers in the voltage range of about 70 kV and for turn-off of more than 10 kA and is with an arc extinguishing properties having insulating gas, such as based on sulfur hexafluoride and / or nitrogen and / or carbon dioxide, in the generally filled up to a few bar pressure. If these circuit breakers cause a large short-circuit current, then a considerable amount of hot arc gas is released explosively by the forming switching arc, which can be used to extinguish the switching arc. If this gas exits the switching chamber, a gas chamber surrounding the switching chamber as well as insulators involved in the construction and in the mounting of the chamber can be subjected to excessive dielectric stress.
  • insulating gas such as based on sulfur hexafluoride and / or nitrogen and / or carbon dioxide
  • the hot arc gases are previously cooled in dielectrically uncritical spaces of the switching chamber.
  • the accumulating amount of arc gas to extinguish the switching arc is generally not sufficient. Therefore, a Blashne is provided for generating extinguishing gas, which is generally designed as a piston-cylinder compression device.
  • a switching chamber of the type mentioned is described in EP1 403 891 A1 ,
  • This switching chamber has a discharge space, which has an open Pipe section of a tubular arc-shaped contact of the switching chamber surrounds can explode explosively through the hot arc gas formed when switching off a large short-circuit current from the switching arc.
  • the exhaust gas arc is calmed. This improves the dielectric properties of the gas.
  • the dielectric properties of the gas flowing out of the outflow space are further improved.
  • the gas can then be safely guided into a gas space which is highly dielectrically loaded and which surrounds the switching chamber.
  • this switching chamber contains a piston-cylinder compression device. In this compression device, compressed quenching gas is formed, with which a low-energy switching arc formed when a small current is switched off can be successfully blown.
  • the object is to provide a switching chamber of the type mentioned, which is characterized by a simple structure and can be manufactured inexpensively.
  • the piston of the compression device is held on the wall of the outflow space and the wall and the piston are part of a mounting unit attached to the housing of the switching chamber.
  • the mounting unit and the function of conducting current with the aid of then acting as electrical contact between the mounting unit and arcing contact guide element of the sliding can be achieved. Since all these functions are brought together in a single assembly unit, the manufacture of the switching chamber according to the invention is much easier.
  • the mounting unit can be easily prefabricated outside the switching chamber and subsequently easily fixed in the housing of the switching chamber with low assembly costs.
  • the piston is held on a tapered portion of the wall of the outflow space. It can then be arranged on a direct action of the hot exhaust gas withdrawn portion of the piston, a control valve, which favors the circulation of the provided in the switching chamber insulating gas when closing the switching chamber.
  • the mounting unit can be easily and inexpensively prefabricated when the piston is molded into the mounting unit.
  • the mounting unit With the mounting unit additional functions are achieved when it carries two guide elements of the sliding guide for the tubular arcing contact, of which a first may possibly also serve the power transmission from the mounting unit to the tubular arcing contact.
  • the mounting unit can carry at least one seal shielding the outflow space.
  • at least one seal of a compression volume of the compression device can be provided on the jacket surface of the piston and the second guide element can be provided on an inner side of the piston facing the tubular arc contact.
  • the mounting unit on two releasably interconnected moldings, of which the first forms the wall of the Anströmraums and the piston of the compression device and the second is formed electrically conductive and carries the first guide element.
  • a secure mounting of such a mounting unit in the switching chamber is ensured if one of the two molded parts is mounted on a molded-on switching chamber housing the switching chamber or rigidly connected thereto flange and connected non-positively with the flange.
  • the second mold part is clamped by means of a screw connection between the flange and the first mold part.
  • the single figure shows a plan view of a guided along an axis section through a portion of a switching chamber according to the invention, in which the above half of the axis of an axially symmetric contact arrangement of the switching chamber is closed and the half located below the axis opened during a turn-off becomes.
  • the switching chamber shown in the single figure is part of a high voltage circuit breaker and can be used for example in a high voltage network with a rated voltage of 250 kV.
  • This chamber contains a filled with a compressed insulating gas, such as based on sulfur hexafluoride or a sulfur hexafluoride gas mixture filled and largely tubular housing 1 and a received from the switching chamber housing 1 and largely axially symmetrical contact arrangement 2.
  • the contact assembly 2 has two arcing contacts 3, 4 of which the arcing contact 3 is arranged to be movable along the axis of symmetry 5 and the arcing contact 4 is held stationary in the housing 1.
  • the contact 4 does not have to necessarily fixed, it may also be designed to be movable.
  • the two arcing contacts are coaxially covered by an insulating nozzle 6.
  • the reference numerals 7 and 8 designate two tubular rated current contacts, one of which, namely 7, is rigidly and electrically conductively connected to the arcing contact 3 by means of a cylinder bottom 9.
  • the other rated current contact, namely 8, is electrically conductively connected to the arcing contact 4 via an unillustrated connecting element.
  • the rated current contact 7 forms the outer jacket of an insulating gas filled, hollow cylinder-shaped volume, the inner wall of the arc contact 3, the right end wall of the insulating 6 and the left end wall of a fixed, annular piston 10 of a compression device 11 is formed.
  • the volume is divided by the cylinder bottom 9 in a constant volume containing heating volume 12 and a variable volume containing compression volume 13.
  • the heating volume 12 communicates with a switching arc receiving arc zone 14 (lower half of the figure).
  • the compression volume 13 communicates via a non-illustrated in the cylinder bottom 9, not shown check valve with the heating volume 12 as soon as the pressure in the compression volume 13 is higher than in the heating volume 12.
  • the piston 10 is held on an outer wall 15 of a toroidal outflow chamber 16.
  • the holding force is obviously achieved in that the piston 10 and the wall 15 are integrated into a production-technically advantageous molding 17.
  • the holding force can also be achieved by a connecting element, such as a screw or press connection.
  • the piston 10 carries in coaxial arrangement on its inner side at least one annular guide member 18 and on its lateral surface at least one annular seal 19.
  • the outflow chamber 16 has constant volume and is through the wall 15 to the outside and through the arcing contact 3 and a molding 20 of electrically conductive material bounded inside.
  • the outflow space 16 is largely limited by the mold parts 17, 20 and to the right by a tapered portion 21 of the wall 15 and a guide member 18 holding portion of the piston 10.
  • the outflow chamber 16 surrounds the tubular arcing contact 3 in a contact tube section, in the at least one gas passage 22 is formed in the pipe wall.
  • at least one opening 23 is formed, through which the outflow chamber 16 communicates with an exhaust space 24.
  • the exhaust space is limited by the switching chamber housing 1 to the outside and includes the outflow chamber 16 completely. To the outside, it communicates via openings 34 with a volume of gas filled with insulating gas, which is heavily loaded with dielectric during operation of a switch containing the switching chamber and contains dielectrically highly stressed insulators.
  • To the right of the exhaust space 24 is limited by one of the leadership of the rated current contact 7 annular approach to the switching chamber housing 1 and to the left by a molded on Heidelberggephase 1 or rigidly attached to this with not shown connecting means flange 25.
  • the flange is on a the switching chamber housing 1 supporting Insulator 26 supported and carries on the side facing away from the support insulator 26 side of a mounting unit 27, which is fixed by means of a screw 28 on the flange 25.
  • the mounting unit 27 includes the two mold parts 17 and 20 in a coaxial arrangement, wherein the molded part 20 is arranged inside and the molded part 17 outside.
  • the molded part 20 carries an annular guide element 29, which is optionally formed from a highly electrically conductive bearing metal.
  • the guide element 29 forms with the arcing contact 3 a sliding guide. If the guide element 29 is designed to conduct current, then it can also ensure the current transition from the molded part 20 or the mounting unit 27 to the arcing contact 3.
  • the molded part 20 also carries a seal 30, which prevents hot exhaust gas located in the outflow chamber 16 from being able to act directly on the guide element 29 through a narrow annular gap which is always present between the arcing contact 3 and the molded part 20.
  • the molded part 20 includes an outer flange 31 and the molded part 17 has an inner flange 32 which is offset in the axial direction to the right with respect to its end face facing the flange 25.
  • the molded part 17 also has at its left end side female thread, which are intended to receive unspecified screws of the screw 28.
  • the path of a large short-circuit current conducted in the switching chamber generally extends from a first power connection, not shown, via an electrically conductive section of the switch housing 1, a sliding contact 1 'held inside this section. which at the same time as a guide element of a sliding guide for the cylinder of the compression device 11, respectively.
  • the rated current contact 7 acts, and the rated current contact 8 to a likewise not apparent second power connection.
  • the current commutates from the rated current contacts in a current path containing the two arcing contacts 3, 4, which now runs from the rated current contact 7, the cylinder bottom 9, the arcing contact 3 and the arcing contact 4 to the second power connection.
  • a switching arc is formed, which generates hot arc gas of high pressure in the arc zone 14 (lower half of the figure).
  • Part of the hot arc gas escapes as exhaust gas into the hollow arcing contact 3 and flows through the gas passage 22 into the outflow space 16 where pressure, temperature, flow velocity and / or flow direction of the exhaust gas are changed by appropriately guiding and holding the gas flow. Gas exiting via the opening 23 into the exhaust space 24 then already has improved dielectric properties.
  • the escaping gas further regenerates and then after leaving the exhaust space 24 via the openings 34 in the surrounding gas space to a quality sufficient to the dielectrically heavily loaded gas space and provided in the gas space and the action of the gas and the action strong electrical fields exposed parts, such as the support insulator 26 or an integrated into the switching chamber housing quenching chamber insulator to avoid electrical flashovers.
  • the extinguishing gas formed in the heating volume 12 may not be sufficient for successful blowing of the switching arc.
  • extinguishing gas from the compression volume 13 is used, which was generated by compression in the compression device 11 when turned off.
  • valve 33 Another function is performed by the mounting unit by the support of a control valve 33 which is arranged on the piston 10 and controls the supply of insulating gas into the compression volume 13 when the contact arrangement 2 is closed. Because the wall 15 has a tapered section 21, the valve 33 can be arranged in an outer section of the piston 10 adjacent to the exhaust space 24 and not to the discharge space 16 become. The valve 33 is then no longer exposed to the direct action of flowing from the arcing contact 3, hot exhaust gas.
  • the two mold parts 17 and 20 are plugged together and fixed as a mounting unit 27 on the housing flange 25 by means of the screw 28.
  • the thickness of the outer flange 31 is slightly larger than the distance of the inner flange 32 generated by the displacement of the end face of the molding 20. Therefore, the outer flange 31 is clamped in the manufacture of the screw 28 between the flange 25 and inner flange 32 and so is a rigid attachment of the mounting unit 27 reaches the switching chamber housing 1.
  • a likewise designed as a mounting unit part of the contact assembly 2, which comprises the arcing contact 3, the cylinder base 9, acting as a cylinder wall rated current contact 7 and the insulating 6, inserted from the right into the switching chamber housing 1 and in the from the Figur apparent position can be brought.
  • the switching chamber can be completed.
  • the production of the switching chamber can be simplified.
  • the assembly unit 27 can be prefabricated in production engineering advantageous manner and subsequently arranged in the assembly of the switching chamber in a single assembly step on the flange 25 and fixed after installation and adjustment of a movable parts of the contact arrangement, such as arcing contact 3 and rated current contact 7, comprehensive assembly unit on the flange 25 ,
  • the assembly unit 27 has two plug-in mold parts 17 and 20, certain functional parts, such as the piston 10, can be molded into the assembly unit 27 in a cost-efficient casting process. In principle, this is also possible if the mounting unit 27 only contains a shaped body. But then it may be necessary to rework this shaped body by machining.

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

Abstract

Die Schaltkammer ist für einen gasisolierten Hochspannungsschalter bestimmt enthält ein isoliergasgefülltes Gehäuse (1), in dem eine Kontaktanordnung (2) angeordnet ist mit zwei längs einer Achse (5) relativ zueinander verschiebbaren Lichtbogenkontakten (3, 4), von denen einer (3) rohrförmig ausgebildet ist. Die Kontaktanordnung weist ferner einen um den rohrförmigen Lichtbogenkontakt (3) geführten Abströmraum (16) mit einer feststehend gehaltenen Wand (15) auf sowie eine Kompressionsvorrichtung (11) mit einem feststehenden Kolben (10). Der Kolben (10) ist an der Wand (15) des Abströmraums (16) gehalten. Die Wand (15) und der Kolben (10) sind Teil einer am Schaltkammergehäuse (1) befestigten Montageeinheit (27). Durch das Zusammenführen von Bauteilen des Abströmraums (16) und der Kompressionsvorrichtung (11) in der Montageeinheit (27) werden unterschiedliche Funktionen von Abströmraum (16) und Kompressionsvorrichtung (11) mit einfachen Mitteln realisiert und kann die Schaltkammer zugleich kostengünstig gefertigt werden.

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltkammer für einen gasisolierten Hochspannungsschalter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft auch einen Schalter mit einer solchen Schaltkammer.
  • Eine Schaltkammer der vorgenannten Art wird im allgemeinen in gasisolierten Leistungsschaltern im Spannungsbereich von über 70 kV und für Ausschaltströme von über 10 kA eingesetzt und ist mit einem Lichtbogenlöscheigenschaften aufweisenden Isoliergas, etwa auf der Basis von Schwefelhexafluorid und/oder Stickstoff und/oder Kohlendioxid, von im allgemeinen bis zu einigen bar Druck gefüllt. Schalten diese Leistungsschalter einen grossen Kurzschlussstrom, so wird durch den sich bildenden Schaltlichtbogen explosionsartig eine erhebliche Menge an heissem Lichtbogengas freigesetzt, welches zur Löschung des Schaltlichtbogens verwendet werden kann. Tritt dieses Gas aus der Schaltkammer aus, so können ein die Schaltkammer umgebender Gasraum sowie am Aufbau und an der Halterung der Kammer beteiligte Isolatoren dielektrisch unzulässig hoch beansprucht werden. Daher werden die heissen Lichtbogengase zuvor in dielektrisch unkritischen Räumen der Schaltkammer gekühlt. Beim Schalten kleiner Ströme reicht die anfallende Menge an Lichtbogengas zur Löschung des Schaltlichtbogens im allgemeinen nicht aus. Daher ist eine Blashilfe zur Erzeugung von Löschgas vorgesehen, welche im allgemeinen als Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung ausgebildet ist.
    • STAND DER TECHNIK
  • Eine Schaltkammer der eingangs genannten Art ist beschrieben in EP1 403 891 A1 . Diese Schaltkammer weist einen Abströmraum auf, welcher einen offenen Rohrabschnitt eines rohrförmig ausgebildeten Lichtbogenkontakts der Schaltkammer umgibt, durch den beim Ausschalten eines grossen Kurzschlussstroms vom Schaltlichtbogen gebildetes heisses Lichtbogengas explosionsartig auspuffen kann. Im Abströmraum wird das auspuffende Lichtbogengas beruhigt. Hierbei verbessern sich die dielektrischen Eigenschaften des Gases. In einem den Abströmraum umgebenden Auspuffraum werden die dielektrischen Eigenschaften des aus dem Abströmraum abströmenden Gases weiter verbessert. Nach Austritt aus dem Auspuffraum kann dann das Gas bedenkenlos in einen die Schaltkammer umgebenden, dielektrisch hoch belasteten Gasraum geführt werden. Mit einer solchen Schaltkammer können bei geringen Abmessungen grosse Ausschaltleistungen erreicht werden. Zum Schalten kleiner Ströme enthält diese Schaltkammer eine Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung. In dieser Kompressionsvorrichtung wird komprimiertes Löschgas gebildet, mit dem ein beim Ausschalten eines kleinen Stroms gebildeter, energieschwacher Schaltlichtbogen erfolgreich beblasen werden kann.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltkammer der eingangs genannten Art zu schaffen, welche sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet und kostengünstig gefertigt werden kann.
  • Bei der Schaltkammer nach der Erfindung ist der Kolben der Kompressionsvorrichtung an der Wand des Abströmraums gehalten und sind die Wand und der Kolben Teil einer am Gehäuse der Schaltkammer befestigten Montageeinheit. Durch das Zusammenführen von Bauteilen des Abströmraums und der Kompressionsvorrichtung in der Montageeinheit werden die unterschiedlichen Funktionen von Abströmraum und Kompressionsvorrichtung, wie insbesondere das geeignete Führen und Halten des aus dem rohrförmigen Lichtbogenkontakt ausströmenden Auspuffgases, das Abgrenzen und Abdichten eines Kompressionsvolumens der Kompressionsvorrichtung gegen einen Auspuffraum der Schaltkammer und das Führen des rohrförmigen Lichtbogenkontakts in einer Gleitführung mit einfachen Mitteln realisiert. Zugleich kann der Schutz eines Führungselements der Gleitführung vor dem heissen Auspuffgas erreicht werden. Gegebenenfalls kann mit der Montageeinheit auch die Funktion des Führens von Strom mit Hilfe des dann als elektrischer Kontakt zwischen Montageeinheit und Lichtbogenkontakt wirkenden Führungselements der Gleitführung erreicht werden. Da alle diese Funktionen in einer einzigen Montageeinheit zusammengeführt sind, ist die Fertigung der Schaltkammer nach der Erfindung wesentlich erleichtert. Die Montageeinheit kann nämlich leicht ausserhalb der Schaltkammer vorgefertigt und nachfolgend mit geringem Montageaufwand leicht im Gehäuse der Schaltkammer festgesetzt werden.
  • Mit Vorteil ist der Kolben an einem verjüngt ausgeführten Abschnitt der Wand des Abströmraums gehalten. Es kann dann an einem der unmittelbaren Wirkung des heissen Auspuffgases entzogenen Abschnitt des Kolben ein Steuerventil angeordnet werden, welches beim Schliessen der Schaltkammer die Zirkulation des in der Schaltkammer vorgesehenen Isoliergases begünstigt.
  • Die Montageeinheit kann einfach und kostengünstig vorgefertigt werden, wenn der Kolben in die Montageeinheit eingeformt ist.
  • Mit der Montageeinheit werden zusätzliche Funktionen erreicht, wenn sie zwei Führungselemente der Gleitführung für den rohrförmigen Lichtbogenkontakt trägt, von denen ein erstes gegebenenfalls auch der Stromübertragung von der Montageeinheit auf den rohrförmigen Lichtbogenkontakt dienen kann. Zum Schutz des ersten Führungselements gegenüber heissen Gasen kann die Montageeinheit mindestens eine den Abströmraum abschirmende Dichtung tragen. Zum Erreichen weiterer Funktionen kann auf der Mantelfläche des Kolbens mindestens eine Dichtung eines Kompressionsvolumens der Kompressionsvorrichtung vorgesehen sein und auf einer dem rohrförmigen Lichtbogenkontakt zugewandten Innenseite des Kolbens das zweite Führungselement.
  • In einer fertigungstechnisch im allgemeinen vorteilhaften Ausführungsform der Schaltkammer nach der Erfindung weist die Montageinheit zwei lösbar miteinander verbundene Formteile auf, von denen das erste die Wand des Anströmraums und den Kolben der Kompressionsvorrichtung bildet und das zweite stromleitend ausgebildet ist und das erste Führungselement trägt. Eine sichere Halterung einer solchen Montageeinheit in der Schaltkammer ist gewährleistet, wenn eines beider Formteile auf einem ans Schaltkammergehäuse der Schaltkammer angeformten oder mit diesem starr verbundenen Flansch aufgesetzt und mit dem Flansch kraftschlüssig verbunden ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung mit einem besonders guten Kraftschluss ist das zweite Formteil mit Hilfe einer Schraubverbindung zwischen dem Flansch und dem ersten Formteil verklemmt.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Anhand von Zeichnungen wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigt die einzige Figur eine Aufsicht auf einen längs einer Achse geführten Schnitt durch einen Teil einer Schaltkammer nach der Erfindung, bei dem die oberhalb der Achse gelegene Hälfte einer axialsymmetrisch ausgeführten Kontaktanordnung der Schaltkammer geschlossen ist und die unterhalb der Achse gelegene Hälfte während eines Ausschaltvorganges geöffnet wird.
    • WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Die in der einzigen Figur dargestellte Schaltkammer ist Teil eines Hochspannungsleistungsschalters und kann beispielsweise in einem Hochspannungsnetz mit einer Nennspannung von 250 kV eingesetzt werden. Diese Kammer enthält ein mit einem komprimierten Isoliergas, etwa auf der Basis Schwefelhexafluorid oder eines Schwefelhexafluorid enthaltenden Gasgemischs, gefülltes und weitgehend rohrförmig gestaltetes Gehäuse 1 sowie eine vom Schaltkammergehäuse 1 aufgenommene und weitgehend axialsymmetrisch gestaltete Kontaktanordnung 2. Die Kontaktanordnung 2 weist zwei Lichtbogenkontakte 3, 4 auf, von denen der Lichtbogenkontakt 3 längs der Symmetrieachse 5 bewegbar angeordnet und der Lichtbogenkontakt 4 feststehend im Gehäuse 1 gehalten ist. Der Kontakt 4 muss nicht notwendigerweise feststehend, er kann auch beweglich ausgebildet sein. Die beiden Lichtbogenkontakte sind von einer Isolierdüse 6 koaxial umfasst. Mit den Bezugszeichen 7 und 8 sind zwei rohrförmige Nennstromkontakte bezeichnet, von denen der eine, nämlich 7, mit Hilfe eines Zylinderbodens 9 starr und elektrisch leitend mit dem Lichtbogenkontakt 3 verbunden ist. Der andere Nennstromkontakt, nämlich 8, ist über ein nicht dargestelltes Verbindungselement mit dem Lichtbogenkontakt 4 elektrisch leitend verbunden.
  • Der Nennstromkontakt 7 bildet den Aussenmantel eines mit Isoliergas gefüllten, hohlzylinderförmig ausgebildeten Volumens, dessen Innenwand vom Lichtbogenkontakt 3, dessen rechte Stirnwand von der Isolierdüse 6 und dessen linke Stirnwand von einem feststehenden, ringförmig ausgebildeten Kolben 10 einer Kompressionsvorrichtung 11 gebildet ist. Das Volumen ist durch den Zylinderboden 9 in ein konstanten Rauminhalt aufweisendes Heizvolumen 12 und ein veränderlichen Rauminhalt aufweisendes Kompressionsvolumen 13 unterteilt. Beim Ausschalten kommuniziert das Heizvolumen 12 mit einer einen Schaltlichtbogen aufnehmenden Lichtbogenzone 14 (untere Hälfte der Figur). Das Kompressionsvolumen 13 kommuniziert über ein im Zylinderboden 9 vorgesehenes, nicht dargestelltes Rückschlagventil mit dem Heizvolumen 12 sobald der Druck im Kompressionsvolumen 13 höher als im Heizvolumen 12 ist.
  • Der Kolben 10 ist an einer Aussenwand 15 eines torusförmigen Abströmraums 16 gehalten. Die Haltekraft wird ersichtlich dadurch erreicht, dass der Kolben 10 und die Wand 15 in ein fertigungstechnisch vorteilhaftes Formteil 17 integriert sind. Die Haltekraft kann aber auch durch ein Verbindungselement, etwa eine Schraub- oder Pressverbindung, erreicht werden. In jedem Fall trägt der Kolben 10 in koaxialer Anordnung auf seiner Innenseite mindestens ein ringförmig ausgebildetes Führungselement 18 und auf seiner Mantelfläche mindestens eine ringförmige Dichtung 19. Der Abströmraum 16 weist konstanten Rauminhalt auf und ist durch die Wand 15 nach aussen und durch den Lichtbogenkontakt 3 sowie ein Formteil 20 aus elektrisch leitendem Material nach innen begrenzt. Nach links ist der Abströmraum 16 weitgehend durch die Formteile 17, 20 begrenzt und nach rechts durch einen sich verjüngenden Abschnitt 21 der Wand 15 sowie einen das Führungselement 18 haltenden Abschnitt des Kolbens 10. Der Abströmraum 16 umgibt den rohrförmigen Lichtbogenkontakt 3 in einem Kontaktrohrabschnitt, in dem mindestens ein Gasdurchlass 22 in die Rohrwand eingeformt ist. In die Wand 15 ist mindestens eine Öffnung 23 eingeformt, durch welche der Abströmraum 16 mit einem Auspuffraum 24 kommuniziert.
  • Der Auspuffraum ist durch das Schaltkammergehäuse 1 nach aussen begrenzt und schliesst den Abströmraum 16 vollständig ein. Nach aussen kommuniziert er über Öffnungen 34 mit einem isoliergasgefüllten Gasvolumen, welches bei Betrieb eines die Schaltkammer enthaltenden Schalters dielektrisch stark belastet ist und dielektrisch hoch beanspruchte Isolatoren enthält. Nach rechts ist der Auspuffraum 24 durch einen der Führung des Nennstromkontakts 7 dienenden ringförmigen Ansatz am Schaltkammergehäuse 1 begrenzt und nach links durch einen ans Schaltkammergehäuse 1 angeformten oder an diesem mit nicht dargestellten Verbindungsmitteln starr befestigten Flansch 25. Der Flansch ist auf einem das Schaltkammergehäuse 1 tragenden Isolator 26 abgestützt und trägt auf der vom Stützisolator 26 abgewandten Seite eine Montageeinheit 27, welche mit Hilfe einer Schraubverbindung 28 am Flansch 25 festgesetzt ist.
  • Die Montageeinheit 27 enthält in koaxialer Anordnung die beiden Formteile 17 und 20, wobei das Formteil 20 innen und das Formteil 17 aussen angeordnet ist. Das Formteil 20 trägt ein ringförmiges Führungselement 29, welches gegebenenfalls aus einem elektrisch gut leitendem Lagermetall gebildet ist. Das Führungselement 29 bildet mit dem Lichtbogenkontakt 3 eine Gleitführung. Ist das Führungselement 29 stromleitend ausgebildet, so kann es auch den Stromübergang vom Formteil 20 bzw. der Montageeinheit 27 zum Lichtbogenkontakt 3 sicherstellen. Das Formteil 20 trägt auch eine Dichtung 30, welche verhindert, dass im Abströmraum 16 befindliches heisses Auspuffgas durch einen zwischen Lichtbogenkontakt 3 und dem Formteil 20 stets vorhandenen, schmalen Ringspalt direkt am Führungselement 29 wirksam werden kann. Gegebenenfalls kann eine ähnliche Dichtung zum Schutz des Führungselements 18 auch an der Innenseite des Kolbens 10 angebracht werden. Ersichtlich enthält das Formteil 20 einen Aussenflansch 31 und das Formteil 17 einen Innenflansch 32, welcher gegenüber seiner dem Flansch 25 zugewandten Stirnfläche in axialer Richtung nach rechts versetzt ist. Das Formteil 17 weist ferner an seiner linken Stirnseite Muttergewinde auf, welche zur Aufnahme nicht bezeichneter Schrauben der Schraubverbindung 28 bestimmt sind.
  • Bei geschlossener Kontaktanordnung 2 der Schaltkammer (obere Hälfte der Figur) verläuft der Pfad eines in der Schaltkammer geführten grossen Kurzschlussstroms im allgemeinen von einem nicht dargestellten ersten Stromanschluss über einen elektrisch leitend ausgeführten Abschnitt des Schaltergehäuses 1, einen im Inneren dieses Abschnitts gehaltenen Gleitkontakt 1', welcher zugleich als Führungselement einer Gleitführung für den Zylinder der Kompressionsvorrichtung 11 resp. den Nennstromkontakt 7 wirkt, und den Nennstromkontakt 8 zu einem ebenfalls nicht ersichtlichen zweiten Stromanschluss. Beim Abschalten des Stroms wird der Lichtbogenkontakt 3 durch einen nicht dargestellten Schalterantrieb nach links bewegt und werden zunächst die Nennstromkontakte 7, 8 geöffnet. Der Strom kommutiert von den Nennstromkontakten in einen die beiden Lichtbogenkontakte 3, 4 enthaltenden Strompfad, welcher nun vom Nennstromkontakt 7, den Zylinderboden 9, den Lichtbogenkontakt 3 und den Lichtbogenkontakt 4 zum zweiten Stromanschluss verläuft. Nach dem Trennen der Lichtbogenkontakte bildet sich ein Schaltlichtbogen, welcher in der Lichtbogenzone 14 heisses Lichtbogengas hohen Drucks erzeugt (untere Hälfte der Figur). Ein Teil des heissen Lichtbogengases entweicht als Auspuffgas in den hohlen Lichtbogenkontakt 3 und strömt durch den Gasdurchlass 22 in den Abströmraum 16, in dem Druck, Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit und/oder Strömungsrichtung des Auspuffgases durch geeignetes Führen und Halten der Gasströmung geändert werden. Über die Öffnung 23 in den Auspuffraum 24 austretendes Gas weist dann bereits verbesserte dielektrische Eigenschaften auf. Im Auspuffraum 24 regeneriert das austretende Gas weiter und weist dann nach Verlassen des Auspuffraums 24 über die Öffnungen 34 in den umgebenden Gasraum eine Qualität auf, die ausreicht, um im dielektrisch stark belasteten Gasraum und den im Gasraum vorgesehenen und der Einwirkung des Gases sowie der Einwirkung starker elektrischer Felder ausgesetzter Teile, wie dem Stützisolator 26 oder einem ins Schaltkammergehäuse integrierten Löschkammerisolator, elektrische Überschläge zu vermeiden.
  • Alternativ kann der Strompfad bei geschlossener Kontaktanordnung 2 vom nicht dargestellten ersten Stromanschluss über den Flansch 25, die Montageeinheit 27, das nun als Gleitkontakt ausgebildete Führungselement 29, den Lichtbogenkontakt 3, den Zylinderboden 9 und die Nennstromkontakte 7, 8 zum zweiten Stromanschluss verlaufen.
  • Beim Abschalten eines kleinen Kurzschlussstroms reicht das im Heizvolumen 12 gebildete Löschgas zur erfolgreichen Beblasung des Schaltlichtbogens gegebenenfalls nicht aus. Zur Beblasung wird dann Löschgas aus dem Kompressionsvolumen 13 verwendet, welches beim Ausschalten durch Komprimieren in der Kompressionsvorrichtung 11 erzeugt wurde.
  • Dadurch, dass der Kolben 10 an der Wand 15 gehalten ist, kann eine einzige Montageeinheit 27 mehrere der bei Betrieb der Schaltkammer anfallenden Funktionen übernehmen, für die sonst mehrere Montageeinheiten benötigt werden. Zu diesen Funktionen rechnen insbesondere:
    • das geeignete Führen und Halten des aus dem Lichtbogenkontakt 3 ausströmenden Auspuffgases durch die den Auspuffraum 16 begrenzende Wand 15,
    • das Abgrenzen und Abdichten des Kompressionsvolumens 13 gegen den Auspuffraum 24 durch den Kolben 10 und die am Kolben gehaltene Dichtung 19,
    • das Führen des Lichtbogenkontakts 3 mit Hilfe der Führungselemente 18 und 29,
    • der Schutz des Führungselements 29 vor dem heissen Auspuffgas durch die Dichtung 30, und
    • gegebenenfalls das Führen von Strom mit Hilfe des gegebenenfalls als elektrischer Gleitkontakt ausgeführten, zwischen Montageeinheit 27 und Lichtbogenkontakt 3 angeordneten Führungselements 29.
  • Eine weitere Funktion übernimmt die Montageeinheit durch die Halterung eines Steuerventils 33, welches am Kolben 10 angeordnet ist und die Zufuhr von Isoliergas ins Kompressionsvolumen 13 beim Schliessen der Kontaktanordnung 2 steuert. Dadurch dass, die Wand 15 einen verjüngt ausgebildeten Abschnitt 21 aufweist, kann das Ventil 33 in einem an den Auspuffraum 24 und nicht an den Abströmraum 16 angrenzenden äusseren Abschnitt des Kolbens 10 angeordnet werden. Das Ventil 33 ist dann nicht mehr der direkten Einwirkung des aus dem Lichtbogenkontakt 3 strömenden, heissen Auspuffgases ausgesetzt.
  • Bei der Montage der Schaltkammer werden die beiden Formteile 17 und 20 zusammengesteckt und als Montageeinheit 27 am Gehäuseflansch 25 mit Hilfe der Schraubverbindung 28 festgesetzt. Die Dicke des Aussenflanschs 31 ist etwas grösser als der durch das Versetzen erzeugte Abstand des Innenflanschs 32 von der Stirnfläche des Formteils 20. Daher wird der Aussenflansch 31 beim Herstellen der Schraubverbindung 28 zwischen Flansch 25 und Innenflansch 32 festgeklemmt und wird so eine starre Befestigung der Montageeinheit 27 am Schaltkammergehäuse 1 erreicht. Vor den definitiven Festsetzen des Montageteils 27 kann ein ebenfalls als Montageeinheit ausgebildetes Teil der Kontaktanordnung 2, welches den Lichtbogenkontakt 3, den Zylinderboden 9, den als Zylinderwand wirkenden Nennstromkontakt 7 und die Isolierdüse 6 umfasst, von rechts ins Schaltkammergehäuse 1 eingeschoben und in die aus der Figur ersichtliche Position gebracht werden. Nach dem Einbau der feststehenden Kontakte 4 und 8 sowie weiterer nach rechts sich anschliessender Elemente, wie etwa eines weiteren Auspuffraums, und nach Anbringen zweier Stromanschlüsse am Gehäuse, von denen der eine mit dem aus der Figur ersichtlichen Abschnitt des Schaltkammergehäuses 1 und der andere mit einem von diesem Abschnitt elektrisch isolierten Gehäuseabschnitt verbunden ist, kann dann die Schaltkammer fertiggestellt werden.
  • Dadurch, dass feststehende Teile der Kontaktanordnung 2, wie der Kolben 10, der Abströmraum 16, die beiden Führungselemente 18 und 29 sowie die Dichtungen 19 und 30 und eine gegebenenfalls an der Innenseite des Kolbens 10 vorgesehene weitere Dichtung, in eine Montageeinheit 27 integriert sind, kann die Fertigung der Schaltkammer vereinfacht werden. Die Montageeinheit 27 kann in fertigungstechnisch vorteilhafter Weise vorgefertigt und nachfolgend bei der Montage der Schaltkammer in einem einzigen Montageschritt am Flansch 25 angeordnet und nach Montage und Justierung einer bewegliche Teile der Kontaktanordnung, wie Lichtbogenkontakt 3 und Nennstromkontakt 7, umfassenden Montageeinheit definitiv am Flansch 25 festgesetzt werden.
  • Dadurch, dass die Montageeinheit 27 zwei zusammensteckbare Formteile 17 und 20 aufweist, können bestimmte funktionelle Teile, wie etwa der Kolben 10, in einem kostengunstigen Giessverfahren in die Montageeinheit 27 eingeformt werden. Grundsätzlich ist dies auch möglich, wenn die Montageeinheit 27 lediglich einen Formkörper enthält. Es ist dann aber gegebenenfalls notwendig, diesen Formkörper spanabhebend nachzubearbeiten.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Gehäuse
    1'
    Gleitkontakt
    2
    Kontaktanordnung
    3, 4
    Lichtbogenkontakte
    5
    Achse
    6
    Isolierdüse
    7, 8
    Nennstromkontakte
    9
    Zylinderboden
    10
    Kolben
    11
    Kompressionsvorrichtung
    12
    Heizvolumen
    13
    Kompressionsvolumen
    14
    Lichtbogenzone
    15
    Wand
    16
    Abströmraum
    17
    Formteil
    18
    Führungselement
    19
    Dichtungsring
    20
    Formteil
    21
    Wandabschnitt
    22
    Gasdurchlass
    23
    Öffnung
    24
    Auspuffraum
    25
    Flansch
    26
    Stützisolator
    27
    Montageteil
    28
    Schraubverbindung
    29
    Führungselement
    30
    Dichtung
    31
    Aussenflansch
    32
    Innenflansch
    33
    Steuerventil
    34
    Öffnungen

Claims (11)

  1. Schaltkammer für einen gasisolierten Hochspannungsschalter mit
    einem isoliergasgefüllten Gehäuse (1),
    einer im Gehäuse (1) gehaltenen Kontaktanordnung (2) mit zwei längs einer Achse (5) relativ zueinander verschiebbaren Lichtbogenkontakten (3, 4), von denen einer (3) rohrförmig ausgebildet ist,
    einem in die Wand des rohrförmigen Lichtbogenkontakts (3) eingeformten Gasdurchlass (22),
    einem um den rohrförmigen Lichtbogenkontakt (3) geführten Abströmraum (16) mit einer feststehend gehaltenen Wand (15),
    einem den Abströmraum (16) einschliessenden Auspuffraum (24), der über eine in der Wand (15) des Abströmraums (16) vorgesehene Öffnung (23) mit dem Abströmraum (16) kommuniziert,
    einer Gleitführung für den rohrförmigen Lichtbogenkontakt (3), und
    einer Kompressionsvorrichtung (11) mit einem feststehenden, ringförmig ausgebildeten Kolben (10), durch den der rohrförmige Kontakt (3) geführt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) der Kompressionsvorrichtung (11) an der Wand (15) des Abströmraums (16) gehalten ist, und dass die Wand (15) und der Kolben (10) Teil einer am Schaltkammergehäuse (1) befestigten Montageeinheit (27) sind.
  2. Schaltkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) an einem verjüngt ausgeführten Abschnitt (21) der Wand (15) gehalten ist.
  3. Schaltkammer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) in die Montageeinheit (27) eingeformt ist.
  4. Schaltkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageeinheit (27) zwei Führungselemente (18, 29) der Gleitführung für den rohrförmigen Lichtbogenkontakt (3) trägt, von denen ein erstes (29) gegebenenfalls auch der Stromübertragung von der Montageeinheit (27) auf den rohrförmigen Lichtbogenkontakt (3) dient.
  5. Schaltkammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageeinheit (27) ein das erste Führungselement (29) gegenüber dem Abströmraum (16) abschirmende Dichtung (30) trägt.
  6. Schaltkammer nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) auf seiner Mantelfläche mindestens eine Dichtung (19) eines Kompressionsvolumens (13) der Kompressionsvorrichtung (11) und auf einer dem rohrförmigen Lichtbogenkontakt (3) zugewandten Innenseite das zweite Führungselement (18) trägt.
  7. Schaltkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageeinheit (27) zwei lösbar miteinander verbundene Formteile (17, 20) aufweist, von denen das erste (17) die Wand (15) des Abströmraums (16) und den Kolben (10) der Kompressionsvorrichtung (11) bildet und das zweite (20) das gegebenenfalls stromleitend ausgeführte erste Führungselement (29) trägt.
  8. Schaltkammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erstes beider Formteile (17, 20) auf einem ans Gehäuse (1) der Schaltkammer angeformten oder mit diesem starr verbundenen Flansch (25) aufgesetzt und mit dem Flansch kraftschlüssig verbunden ist.
  9. Schaltkammer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Formteil (20) mit Hilfe einer Schraubverbindung (28) zwischen dem Flansch (25) und dem ersten Formteil (17) verklemmt ist.
  10. Schaltkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageeinheit (27) als Formteil ausgebildet ist.
  11. Schalter mit einer Schaltkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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