EP1835520A1 - Schaltkammer für einen gasisolierten Hochspannungsschalter - Google Patents

Schaltkammer für einen gasisolierten Hochspannungsschalter Download PDF

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EP1835520A1
EP1835520A1 EP06405112A EP06405112A EP1835520A1 EP 1835520 A1 EP1835520 A1 EP 1835520A1 EP 06405112 A EP06405112 A EP 06405112A EP 06405112 A EP06405112 A EP 06405112A EP 1835520 A1 EP1835520 A1 EP 1835520A1
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EP
European Patent Office
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switching chamber
pot
exhaust
housing
chamber according
Prior art date
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EP06405112A
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English (en)
French (fr)
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EP1835520B2 (de
EP1835520B1 (de
Inventor
Nicola Gariboldi
Markus Vestner
Stephan Grob
Joachim Stechbarth
Max Claessens
Xiangyang Ye
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ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
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Priority to EP06405112.1A priority patent/EP1835520B2/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
    • H01H33/72—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid having stationary parts for directing the flow of arc-extinguishing fluid, e.g. arc-extinguishing chamber
    • H01H33/74—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid having stationary parts for directing the flow of arc-extinguishing fluid, e.g. arc-extinguishing chamber wherein the break is in gas
    • 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
    • H01H2033/888—Deflection of hot gasses and arcing products

Definitions

  • the present invention relates to a switching chamber for a gas-insulated high-voltage switch according to the preamble of claim 1.
  • a switching chamber includes an axis aligned along, axially symmetrical housing formed and held in the housing arcing contact arrangement.
  • An exhaust unit is integrated into the housing with an exhaust volume limited by the housing and an outlet for exhaust gases guided through the housing.
  • This switching chamber is inserted into a contact-protected, insulating gas-filled metal container of a high-voltage switch. When operating the switch, the switching chamber is at high voltage potential. When switching off a short-circuit current hot exhaust gases generated by the switching arc through the outlet of the exhaust unit in the metal container and thus locally reduce temporarily the quality of the existing in the metal container insulating gas.
  • a switching chamber of the type mentioned is described in US Pat. No. 6,495,785 B1 ,
  • This switching chamber is disposed in an insulating gas-filled metal container and has a supported by a support insulator axially symmetric housing in which an arcing contact arrangement is arranged.
  • the switching chamber housing is formed by an insulating tube and two, attached to both ends of the insulating, electrically conductive hollow bodies. Each of the two hollow bodies is connected to one of two guided through the metal container conductors and one of two contacts of the arcing contact arrangement electrically conductive and limits an exhaust volume for receiving hot switching arc gases, which can pass through an outlet in the metal container.
  • the object is to provide a switching chamber of the type mentioned and a high-voltage switch containing this switching chamber, which are characterized by high reliability.
  • a designed in the manner of a pot exhaust module in a coaxial arrangement is placed over the exhaust unit and limit the housing and the pot a flow path for the exhaust gases with an electrically shielded, axially aligned discharge opening.
  • Exhaust gases formed when switching off a high-power short-circuit current through the switching arc thus occur predominantly flowing in the axial direction and guided along the housing of the switching chamber in the container containing fresh insulating gas.
  • the exhaust gases can therefore mix over a long way and a large period of time with the fresh insulating gas. It is thus avoided that comparatively poorly insulating, hot exhaust gases reach the vessel wall directly, in particular in the radial direction.
  • An exhaust unit which is dimensioned only for a comparatively low arc work of the switch can therefore be subsequently adapted with the aid of the module designed as a pot to a switch dimensioned for a higher arc work.
  • Higher arc work can be caused by higher short-circuit currents or by a longer arc duration up to the current zero crossing, as they occur with a frequency change of, for example, 60 Hz to 50 Hz or even 16 2/3 Hz.
  • the outflow opening is designed as an annular gap, in addition to the emission of the exhaust gases in the axial direction, a uniform distribution of the exhaust gases in the container is achieved at the same time. Because of the predetermined by the annular gap cylinder symmetry provided for electrical shielding of the annular gap means can be produced with little effort and with good shielding effect.
  • An annular end portion of the pot wall which delimits the annular gap to the outside, advantageously tapers towards the edge of the pot and then has an outer surface which, without forming edges, merges into the inner surface of the end section.
  • a strong electric field thus acts only in the dielectrically uncritical region between the container wall and a portion of the pot wall remote from the mouth of the annular gap. Since there is fresh insulating gas in this area, this strong electric field is not critical. Starting from this area, the electric field strength on the way to the pot edge is considerably reduced because of the tapered end section of the pot wall. The reduced there by admixing comparatively small amounts of exhaust gases dielectric strength of the insulating gas is therefore also sufficiently large in this area. Because of the edge-free held surfaces of the annular gap in the region of its mouth into the metal container unwanted high local electric field strengths are avoided there and achieved a good dielectric strength despite the presence of hot exhaust gases of low density.
  • the limited by the housing and the pot flow path may contain an additional volume.
  • the exhaust volume of the inventive switching chamber then has a particularly large volume. For a given outflow of the resulting exhaust gases, the exhaust unit is then relieved pressure and can be such a further developed switching chamber switch containing even then safely switch off when a very large arc work is implemented in the switching arc.
  • the pot can be made by casting, sheet metal or sheet metal welding and releasably connected to the exhaust unit.
  • the maximum arc work which can still be controlled in the case of a switching chamber with a predetermined nominal data during a switch-off process can thus be increased considerably considerably by retrofitting with the pot acting as an exhaust module.
  • At least two openings are provided in the bottom of the pot, of which a first of the implementation of a guided along the axis conductor and the second opening of the implementation of means for releasably connecting the pot to the Exhaust unit is used.
  • the thus realized embodiment of the switching chamber can be charged after installation in the metal container because of axially guided and mainly centrally arranged components, such as conductors and connecting means, advantageously with a high electric field.
  • the releasable connection can be formed by screwing, clamping or pressing.
  • the single figure shows a plan view of a guided along an axis section through a portion of a gas-insulated high-voltage switch with a switching chamber according to the invention.
  • the switch pole shown in the single figure includes one with an insulating gas, such as sulfur hexafluoride, nitrogen, oxygen or carbon dioxide, or mixtures of these gases, such as air, with a pressure of up to several gases, such as sulfur hexafluoride, nitrogen, oxygen or carbon dioxide, or mixtures of these gases, such as air, with a pressure of up to several gases, such as sulfur hexafluoride, nitrogen, oxygen or carbon dioxide, or mixtures of these gases, such as air, with a pressure of up to several gases, such as sulfur hexafluoride, nitrogen, oxygen or carbon dioxide, or mixtures of these gases, such as air, with a pressure of up to several gases, such as nitrogen, oxygen or carbon dioxide, or mixtures of these gases, such as air, with a pressure of up to several gases, such as nitrogen, oxygen or carbon dioxide, or mixtures of these gases, such as air, with a pressure of up to several gases, such as nitrogen, oxygen or carbon dioxide, or mixtures of these gases, such as air, with
  • the switching chamber 2 Bar filled and largely tubular shaped metal container 1, in which a switching chamber 2 is arranged.
  • the switching chamber is held electrically isolated in the metal container 1 by means of a not visible from the figure support insulator.
  • the switching chamber 2 includes a housing 3 which is substantially symmetrical with respect to an axis A, and inside the housing holds an arcing contact assembly 4 with two relatively movable arcing contacts 5, 6.
  • the switching chamber housing also accommodates a rated current contact arrangement provided for guiding the continuous current and connected in parallel with the arcing contacts 5, 6, but this is not shown for reasons of clarity.
  • the switching chamber housing is formed by an insulating tube 7 and two at the ends gas-tight fastened metal hollow bodies, of which only the upper end of the housing 3 forming the first hollow body 8 is shown.
  • the second hollow body, not shown, forms the lower end of the housing 1 and is mounted on the also not apparent support insulator.
  • the two hollow bodies are generally made of cast metal, for example based on steel or aluminum, and are used to hold hot exhaust gases 24 which are formed in a switching operation in the contact assembly 4 and the leadership of the switch current and the shielding of parts of the switching chamber 2, the short-circuit currents which occur during operation of the switch, ie when subjected to high voltages up to a hundred kV and when carrying 50 and more kA, are exposed to strong electric fields.
  • the hollow body 8 is part of an exhaust unit 9.
  • This exhaust unit has an exhaust volume 10 delimited by the hollow body 8, a gas mixing device 11 arranged in the exhaust volume and an outlet 12 realized through openings in the hollow body 8 through which the exhaust gases 24 are expelled radially outward from the exhaust volume 10 can be dissipated.
  • the switch current is fed from above through a current-conducting bolt 13, which is electrically connected in a cup-shaped sleeve 14.
  • the bottom of the cup resp. the sleeve 14 carries the gas mixing device 11.
  • the edge of the cup is guided radially outward and fixed by means of screw 15 to a border which limits an axially aligned opening of the hollow body 8, through which the pin 13 is guided to the outside.
  • a trained in the manner of a pot 16 exhaust module is placed in a coaxial arrangement.
  • the bottom of the pot 16 is seated on an upwardly facing end face of the hollow body 8 and has an axially aligned opening 17, through which the bolt 13 is guided. In the bottom not designated further openings are provided through which screws of the screw 15 are guided.
  • the pot is so releasably fixed to the exhaust unit 9.
  • the axially oriented wall 18 of the pot 16 is arranged at a distance from the hollow body 8 and extends over the outlet 12 away down. It is so formed by the hollow body 8 and the pot wall 18 additional volume 19 is formed, which communicates via the outlet 12 with the exhaust volume 10 and a designed as an annular gap 20 discharge opening with the interior of the metal container 1.
  • the annular gap 20 is limited to the outside by an annular end portion 21 of the pot wall 18.
  • the end portion 21 tapers towards the downwardly facing edge of the pot 16 and has an outer surface 22 which merges into the inner surface of the end portion 21 free of edges to form the pot edge.
  • the annular gap 20 is effectively shielded against a strong electric field, which acts during operation of the switch between the then at ground potential metal container 1 and then lying at high voltage potential switching chamber 2.
  • An appropriately acting pot can also be arranged on the non-illustrated, the lower end of the switching chamber housing 3 forming hollow body.
  • the arcing contact 5 When a short-circuit current is switched off, the arcing contact 5 is moved downwards by a drive 23 acting in the direction of the arrow. Between the opening contacts 5, 6 of the arcing contact arrangement 4, a switching arc S fed by the current to be disconnected is drawn. This arc heats surrounding insulating gas and can be extinguished at the zero crossing of the current. Hot gases formed by the switching arc S reach the exhaust unit 9 as exhaust gases 24 and are there precooled at the gas mixing device 11 and subsequently removed via the outlet 12 from the exhaust unit.
  • annular gap 20 opens into an electrically well-shielded area in the interior of the metal container 1, and since the exhaust gases 24 also leaving the annular gap 20 flowing in the axial direction and kept along the switching chamber housing 3 maintain a large distance to the wall of the metal container 1, can the initially unfavorable insulating properties of the exiting exhaust gases 24 reduce the gas insulation between grounded metal container 1 and lying at high voltage potential switching chamber 2 only slightly. At the same time, the exhaust gases 24 can mix over a long way and a long time with the fresh insulating gas.
  • exhaust module By trained as a pot 16 and suitably arranged on the exhaust unit 9 exhaust module is therefore avoided that comparatively poorly insulating, hot exhaust gases 24 directly, especially in the radial direction, reach the grounded wall of the metal container 1, and that by shielding the annular gap as the 20th formed outflow opening at points where due to the high flow velocity of the exhaust gases, the gas density is relatively small and thus the insulating properties of the gas are rather low, the effect of prevailing in the metal container 1 strong electric field is suppressed. Therefore, an exhaust unit dimensioned only for a comparatively low arc work of the switch can be subsequently adapted to a switch dimensioned for a higher arc work. Such higher arc work can be caused by higher short-circuit currents and / or by a longer arc length to zero current, as they occur at a frequency change of, for example 60 Hz to 50 Hz or even 16 2/3 Hz.
  • annular gap 20 outwardly bounding annular end portion 21 of the pot wall 18 tapers towards the edge of the pot 16, the outer surface 22 of the end portion to form the pot edge edges and with a relatively large distance from the metal container 1 in the inner surface of the end portion 21 pass over.
  • the electric field thus acts only in a dielectrically uncritical region between the metal container 1 and a region 26 of the end section 21 displaced downstream from the mouth of the annular gap 20. Starting from this region, the electric field strength reduces on the way to the pot edge because of the tapered end section 21 considerably. Since only comparatively small amounts of exhaust gases 24 are added to the wall region 26, the dielectric strength of the insulating gas is only marginally reduced there. Because of the edge-free held surfaces of the annular gap 20 in the region of its mouth in the metal container 1 undesirably high local electric field strengths are avoided at this point and a good dielectric strength despite the presence of hot exhaust gases 24 low gas density.
  • the additional volume 19 increases the volume of the exhaust volume 10 and thus reduces the high pressure caused by the large arc work high pressure of the exhaust gases in the exhaust unit.

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

Abstract

Die Schaltkammer (2) ist zum Einbau in einen isoliergasgefüllten Metallbehälter (1) eines Hochspannungsschalters vorgesehen. Sie weist ein längs einer Achse (A) ausgerichtetes, axialsymmetrisch ausgebildetes Gehäuse (3) auf sowie eine im Gehäuse gehaltene Lichtbogenkontaktanordnung (4) und eine ins Gehäuse (3) integrierte Auspuffeinheit (9) mit einem vom Gehäuse (1) begrenzten Auspuffvolumen (10) und einem durch das Gehäuse geführten Auslass (12) für Auspuffgase (24). Über die Auspuffeinheit (9) ist in koaxialer Anordnung ein nach Art eines Topfs (16) ausgebildetes Auspuffmodul gestülpt. Das Gehäuse (1) und der Topf (16) begrenzen einen Strömungsweg (25) für die Auspuffgase (24) mit einer elektrisch abgeschirmten, axial ausgerichteten Ausströmöffnung (20). Die Auspuffgase (24) beeinträchtigen daher nach Einbau der Schaltkammer (2) in den Metallbehälter (1) die Güte einer Gasisolation zwischen Metallbehälter (1) und Schaltkammer (2) nur unwesentlich. Die Schaltkammer (2) kann daher auch mit leistungsstarken Schaltlichtbögen (S) langer Periodendauer belastet werden, wie dies eine Reduktion der Frequenz der Hochspannung von beispielsweise 50 auf 16 2/3 Hz zur Folge hat.

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltkammer für einen gasisolierten Hochspannungsschalter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Eine solche Schaltkammer enthält ein längs einer Achse ausgerichtetes, axialsymmetrisch ausgebildetes Gehäuse und eine im Gehäuse gehaltene Lichtbogenkontaktanordnung auf. Ins Gehäuse ist eine Auspuffeinheit integriert mit einem vom Gehäuse begrenzten Auspuffvolumen und einem durch das Gehäuse geführten Auslass für Auspuffgase. Diese Schaltkammer ist in einen berührungsgeschützten, isoliergasgefüllten Metallbehälter eines Hochspannungsschalters eingesetzt. Bei Betrieb des Schalters befindet sich die Schaltkammer auf Hochspannungspotential. Beim Abschalten eines Kurzschlussstroms treten vom Schaltlichtbogen erzeugte heisse Auspuffgase durch den Auslass der Auspuffeinheit in den Metallbehälter und reduzieren so lokal vorübergehend die Qualität des im Metallbehälter vorhandenen Isoliergases.
    • STAND DER TECHNIK
  • Eine Schaltkammer der eingangs genannten Art ist beschrieben in US 6,495,785 B1 . Diese Schaltkammer ist in einem isoliergasgefüllten Metallbehälter angeordnet und weist ein von einem Stützisolator getragenes axialsymmetrisches Gehäuse auf, in dem eine Lichtbogenkontaktanordnung angeordnet ist. Das Schaltkammergehäuse ist gebildet von einem Isolierrohr und von zwei an beiden Enden des Isolierrohrs befestigten, elektrisch leitenden Hohlkörpern. Jeder der beiden Hohlkörper ist mit einem von zwei durch den Metallbehälter geführten Stromleitern sowie mit einem von zwei Kontakten der Lichtbogenkontaktanordnung elektrisch leitenden verbunden und begrenzt ein Auspuffvolumen zur Aufnahme heisser Schaltlichtbogengase, welche über einen Auslass in den Metallbehälter treten können.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltkammer der eingangs genannten Art und einen diese Schaltkammer enthaltenden Hochspannungsschalter zu schaffen, welche sich durch grosse Betriebssicherheit auszeichnen.
  • Bei der Schaltkammer nach der Erfindung ist ein nach Art eines Topfs ausgebildetes Auspuffmodul in koaxialer Anordnung über die Auspuffeinheit gestülpt und begrenzen das Gehäuse und der Topf einen Strömungsweg für die Auspuffgase mit einer elektrisch abgeschirmten, axial ausgerichteten Ausströmöffnung.
  • Beim Abschalten eines leistungsstarken Kurzschlussstroms durch den Schaltlichtbogen gebildete Auspuffgase treten daher überwiegend in axialer Richtung strömend und entlang dem Gehäuse der Schaltkammer geführt in den frisches Isoliergas enthaltenden Behälter aus. Die Auspuffgase können sich daher über einen langen Weg und einen grossen Zeitraum mit dem frischen Isoliergas mischen. Es wird so vermieden, dass vergleichsweise schlecht isolierende, heisse Auspuffgase direkt, insbesondere in radialer Richtung, an die Behälterwand gelangen. Zudem wird durch die elektrische Abschirmung der Ausströmöffnung erreicht, dass an Stellen, an denen wegen der hohen Strömungsgeschwindigkeit der Auspuffgase die Gasdichte relativ klein und damit die Isoliereigenschaften des Gases gering sind, die Wirkung des im Behälter herrschenden starken elektrischen Felds weitgehend ausgeschaltet ist. Eine lediglich für eine vergleichsweise geringe Lichtbogenarbeit des Schalters bemessene Auspuffeinheit kann daher mit Hilfe des als Topf ausgebildeten Moduls nachträglich an einen für eine höhere Lichtbogenarbeit bemessenen Schalter angepasst werden. Höhere Lichtbogenarbeit kann durch höhere Kurzschlussströme oder durch eine längere Lichtbogendauer bis zum Stromnulldurchgang, wie sie bei einem Frequenzwechsel von beispielsweise 60 Hz auf 50 Hz oder gar 16 2/3 Hz auftreten, hervorgerufen werden.
  • Da der Topf einfach gefertigt und montiert werden kann, und da die bereits vorhandene Auspuffeinheit weiterverwendbar ist, erfolgt die Anpassung des Auspuffs an eine höhere Lichtbogenarbeit rasch und mit geringem Aufwand. Sonst vorgesehene teure Speziallösungen können daher entfallen.
  • Ist die Ausströmöffnung als Ringspalt ausgebildet, so wird neben dem Ausstoss der Auspuffgase in axialer Richtung zugleich auch eine gleichmässige Verteilung der Auspuffgase im Behälter erreicht. Wegen der durch den Ringspalt vorgegebenen Zylindersymmetrie können zum elektrischen Abschirmen des Ringspalts vorgesehene Mittel mit geringem Aufwand und mit guter Schirmwirkung hergestellt werden.
  • Ein den Ringspalt nach aussen begrenzender ringförmiger Endabschnitt der Topfwand verjüngt sich mit Vorteil zum Rand des Topfes hin und weist dann eine Aussenfläche auf, welche unter Bildung des Topfrands kantenfrei in die Innenfläche des Endabschnitts übergeht. Ein starkes elektrisches Feld wirkt so lediglich im dielektrisch unkritischen Bereich zwischen der Behälterwand und einem von der Mündung des Ringspalts abgelegenen Abschnitt der Topfwand. Da sich in diesem Bereich frisches Isoliergas befindet, ist dieses starke elektrische Feld unkritisch. Ausgehend von diesem Bereich reduziert sich die elektrische Feldstärke auf dem Weg zum Topfrand wegen des sich verjüngenden Endabschnitts der Topfwand erheblich. Die dort durch Zumischen vergleichsweise geringer Mengen an Auspuffgasen herabgesetzte dielektrische Festigkeit des Isoliergases ist daher in diesem Bereich ebenfalls ausreichend gross. Wegen der kantenfrei gehaltenen Oberflächen des Ringspalts im Bereich seiner Mündung in den Metallbehälter werden dort unerwünscht hohe lokale elektrische Feldstärken vermieden und eine gute dielektrische Festigkeit trotz des Vorhandenseins heisser Auspuffgase geringer Dichte erreicht.
  • Der durch das Gehäuse und den Topf begrenzte Strömungsweg kann ein Zusatzvolumen enthalten. Das Auspuffvolumen der erfindungsgemässen Schaltkammer weist dann einen besonders grossen Rauminhalt auf. Bei vorgegebener Abströmung der anfallenden Auspuffgase wird die Auspuffeinheit dann druckmässig entlastet und kann ein die derart weitergebildete Schaltkammer enthaltender Schalter auch dann noch sicher abschalten, wenn im Schaltlichtbogen eine sehr grosse Lichtbogenarbeit umgesetzt wird.
  • In einfacher und kostengünstiger Weise kann der Topf durch Giessen, Blechverformen oder Blechschweissen hergestellt und lösbar mit der Auspuffeinheit verbunden werden. Die bei einer Schaltkammer mit einer durch vorgegebene Nenndaten bei einem Abschaltvorgang noch beherrschbare maximale Lichtbogenarbeit kann so durch Nachrüsten mit dem als Auspuffmodul wirkenden Topf ganz erheblich erhöht werden.
  • Um die Montage des Topfs an der Auspuffeinheit der Schaltkammer zu erleichtern, sind im Boden des Topfs mindestens zwei Öffnungen vorgesehen, von denen eine erste der Durchführung eines längs der Achse geführten Stromleiters und die zweite Öffnung der Durchführung von Mittel zum lösbaren Verbinden des Topfs an der Auspuffeinheit dient. Die so realisierte Ausführungsform der Schaltkammer kann nach dem Einbau in den Metallbehälter wegen axial geführter und vorwiegend zentral angeordneter Komponenten, wie Stromleiter und Verbindungsmittel, in vorteilhafter Weise mit einem hohen elektrischen Feld belastet werden. Die lösbare Verbindung kann durch Verschrauben, Klemmen oder Pressen gebildet werden.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 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 eines gasisolierten Hochspannungsschalters mit einer Schaltkammer nach der Erfindung.
    • WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Der in der einzigen Figur dargestellte Schalterpol weist ein mit einem Isoliergas, etwa auf der Basis Schwefelhexafluorid, Stickstoff, Sauerstoff oder Kohlendioxid oder von Mischungen dieser Gase, wie etwa Luft, mit einem Druck bis zu einigen
  • Bar gefüllten und weitgehend rohrförmig gestalteten Metallbehälter 1 auf, in dem eine Schaltkammer 2 angeordnet ist. Die Schaltkammer ist mit Hilfe eines aus der Figur nicht ersichtlichen Stützisolators elektrisch isoliert im Metallbehälter 1 gehalten. Die Schaltkammer 2 enthält ein Gehäuse 3, das hinsichtlich einer Achse A weitgehend symmetrisch ausgebildet ist, und im Gehäuseinneren eine Lichtbogenkontaktanordnung 4 mit zwei relativ zueinander beweglichen Lichtbogenkontakten 5, 6 hält. Im allgemeinen nimmt das Schaltkammergehäuse auch eine zur Führung des Dauerstroms vorgesehene und parallel zu den Lichtbogenkontakten 5, 6 geschaltete Nennstromkontaktanordnung auf, die aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nicht dargestellt ist. Das Schaltkammergehäuse wird von einem Isolierrohr 7 und zwei an dessen Enden gasdicht befestigten metallenen Hohlkörpern gebildet, von denen nur der das obere Ende des Gehäuses 3 bildende erste Hohlkörper 8 dargestellt ist. Der nicht dargestellte zweite Hohlkörper bildet das untere Ende des Gehäuses 1 und ist auf dem ebenfalls nicht ersichtlichen Stützisolator befestigt.
  • Die beiden Hohlkörper sind im allgemeinen aus Gussmetall, etwa auf der Basis Stahl oder Aluminium, gefertigt und dienen der Aufnahme heisser Auspuffgase 24, die bei einem Schaltvorgang in der Kontaktanordnung 4 gebildet werden sowie der Führung des Schalterstroms und der Abschirmung von Teilen der Schaltkammer 2, die im Betrieb des Schalters, d.h. beim Belasten mit Hochspannungen bis zu hundert kV und beim Führen von 50 und mehr kA betragenden Kurzschlussströmen, starken elektrischen Feldern ausgesetzt sind. Der Hohlkörper 8 ist Teil einer Auspuffeinheit 9. Diese Auspuffeinheit weist ein vom Hohlkörper 8 begrenztes Auspuffvolumen 10 auf, eine im Auspuffvolumen angeordnete Gasmischvorrichtung 11 und einen durch Öffnungen im Hohlkörper 8 realisierten Auslass 12, durch den die Auspuffgase 24 aus dem Auspuffvolumen 10 radial nach aussen abgeführt werden können. Der Schalterstrom wird von oben durch einen stromleitenden Bolzen 13 eingespeist, der elektrisch leitend in eine becherförmige Hülse 14 eingesteckt ist. Der Boden des Bechers resp. der Hülse 14 trägt die Gasmischvorrichtung 11. Der Rand des Bechers ist radial nach aussen geführt und mit Hilfe von Schraubverbindungen 15 an einer Umrandung festgesetzt, welche eine axial ausgerichtete Öffnung des Hohlkörpers 8 begrenzt, durch die der Bolzen 13 nach aussen geführt ist.
  • Auf die Auspuffeinheit 9 ist in koaxialer Anordnung ein nach Art eines Topfs 16 ausgebildetes Auspuffmodul gestülpt. Der Boden des Topfs 16 sitzt auf einer nach oben weisenden Stirnfläche des Hohlkörpers 8 auf und weist eine axial ausgerichtete Öffnung 17 auf, durch die der Bolzen 13 geführt ist. In Boden sind nicht bezeichnete weitere Öffnungen vorgesehen, durch welche Schrauben der Schraubverbindungen 15 geführt sind. Der Topf ist so lösbar an der Auspuffeinheit 9 festgesetzt. Die axial ausgerichtete Wand 18 des Topfs 16 ist mit Abstand zum Hohlkörper 8 angeordnet und erstreckt sich über den Auslass 12 hinweg nach unten. Es wird so ein vom Hohlkörper 8 und der Topfwand 18 begrenztes Zusatzvolumen 19 gebildet, welches über den Auslass 12 mit dem Auspuffvolumen 10 und über eine als Ringspalt 20 ausgeführte Abströmöffnung mit dem Inneren des Metallbehälters 1 kommuniziert.
  • Der Ringspalt 20 ist nach aussen durch einen ringförmigen Endabschnitt 21 der Topfwand 18 begrenzt. Der Endabschnitt 21 verjüngt sich zu dem nach unten weisenden Rand des Topfs 16 hin und weist eine Aussenfläche 22 auf, die unter Bildung des Topfrandes kantenfrei in die Innenfläche des Endabschnitts 21 übergeht. Hierdurch wird der Ringspalt 20 wirksam gegen ein starkes elektrisches Feld abgeschirmt, das bei Betrieb des Schalters zwischen dem dann auf Erdpotential befindlichen Metallbehälter 1 und der dann auf Hochspannungspotential liegenden Schaltkammer 2 wirkt.
  • Ein entsprechend wirkender Topf kann auch am nicht dargestellten, das untere Ende des Schaltkammergehäuses 3 bildenden Hohlkörpers angeordnet sein.
  • Beim Abschalten eines Kurzschlussstroms wird der Lichtbogenkontakt 5 durch einen in Pfeilrichtung wirkenden Antrieb 23 nach unten bewegt. Zwischen den sich öffnenden Kontakten 5, 6 der Lichtbogenkontaktanordnung 4 wird ein vom abzuschaltenden Strom gespeister Schaltlichtbogen S gezogen. Dieser Lichtbogen heizt umgebendes Isoliergas auf und kann im Nulldurchgang des Stroms gelöscht werden. Durch den Schaltlichtbogen S gebildete heisse Gase gelangen als Auspuffgase 24 in die Auspuffeinheit 9 und werden dort an der Gasmischvorrichtung 11 vorgekühlt und anschliessend über den Auslass 12 aus der Auspuffeinheit entfernt.
  • Den aus der Auspuffeinheit 9 in radialer Richtung austretenden Auspuffgasen 24 wird durch den Topf 16 ein axial ausgerichteter Strömungsweg 25 aufgezwungen. Die Auspuffgase 24 treten dann überwiegend in axialer Richtung strömend über den Ringspalt 20 in den frisches Isoliergas enthaltenden Metallbehälter 1. Die aus dem Ringspalt 20 austretenden Auspuffgase 24 weisen trotz des Vorkühlens in der Auspuffeinheit 9 relativ hohe Temperatur und relativ niedrigen Druck und somit eine für deren Isolierfestigkeit ungünstig kleine Gasdichte auf. Da der Ringsspalt 20 jedoch in einem elektrisch gut abgeschirmten Bereich in den Innenraum des Metallbehälters 1 einmündet, und da die Auspuffgase 24 zudem den Ringspalt 20 in axialer Richtung strömend verlassen und entlang dem Schaltkammergehäuse 3 geführt einen grossen Abstand zur Wand des Metallbehälters 1 einhalten, können die zunächst ungünstigen Isoliereigenschaften der austretenden Auspuffgase 24 die Gasisolation zwischen geerdetem Metallbehälter 1 und der auf Hochspannungspotential liegenden Schaltkammer 2 nur unwesentlich reduzieren. Zugleich können sich die Auspuffgase 24 über einen langen Weg und einen grossen Zeitraum mit dem frischen Isoliergas mischen.
  • Durch das als Topf 16 ausgebildete und geeignet an der Auspuffeinheit 9 angeordnete Auspuffmodul wird daher vermieden, dass vergleichsweise schlecht isolierenden, heissen Auspuffgase 24 direkt, insbesondere in radialer Richtung, an die geerdete Wand des Metallbehälters 1 gelangen, und dass durch Abschirmung der als Ringspalt 20 ausgebildeten Ausströmöffnung an Stellen, an denen wegen der hohen Strömungsgeschwindigkeit der Auspuffgase die Gasdichte relativ klein und damit die Isoliereigenschaften des Gases eher gering sind, die Wirkung des im Metallbehälter 1 herrschenden starken elektrischen Felds unterdrückt wird. Eine lediglich für eine vergleichsweise geringe Lichtbogenarbeit des Schalters bemessene Auspuffeinheit kann daher nachträglich an einen für eine höhere Lichtbogenarbeit bemessenen Schalter angepasst werden. Solche höhere Lichtbogenarbeit kann durch höhere Kurzschlussströme und/oder durch eine längere Lichtbogendauer bis zum Stromnulldurchgang, wie sie bei einem Frequenzwechsel von beispielsweise 60 Hz auf 50 Hz oder gar 16 2/3 Hz auftreten, hervorgerufen werden.
  • Dadurch, dass der den Ringspalt 20 nach aussen begrenzende ringförmige Endabschnitt 21 der Topfwand 18 sich zum Rand des Topfes 16 hin verjüngt, kann die Aussenfläche 22 des Endabschnitts unter Bildung des Topfrands kantenfrei und mit einem relativ grossen Abstand zum Metallbehälter 1 in die Innenfläche des Endabschnitts 21 übergehen. Das elektrische Feld wirkt so lediglich in dielektrisch unkritischen Bereich zwischen dem Metallbehälter 1 und einem von der Mündung des Ringspalts 20 stromabwärts verschobenen Bereich 26 des Endabschnitts 21. Ausgehend von diesem Bereich reduziert sich die elektrische Feldstärke auf dem Weg zum Topfrand wegen des sich verjüngenden Endabschnitts 21 erheblich. Da am Wandbereich 26 nur vergleichsweise geringe Mengen an Auspuffgasen 24 zugemischt werden, reduziert sich dort die dielektrische Festigkeit des Isoliergases nur unwesentlich. Wegen der kantenfrei gehaltenen Oberflächen des Ringspalts 20 im Bereich seiner Mündung in den Metallbehälter 1 werden an dieser Stelle unerwünscht hohe lokale elektrische Feldstärken vermieden und eine gute dielektrische Festigkeit trotz des Vorhandenseins heisser Auspuffgase 24 geringer Gasdichte erreicht.
  • Das Zusatzvolumen 19 vergrössert den Rauminhalt des Auspuffvolumens 10 und reduziert so den durch grosse Lichtbogenarbeit verursachten hohen Druck der Auspuffgase in der Auspuffeinheit 9
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Metallbehälter
    2
    Schaltkammer
    3
    Schaltkammergehäuse
    4
    Lichtbogenkontaktanordnung
    5, 6
    Lichtbogenkontakte
    7
    Isollerrohr
    8
    Hohlkörper
    9
    Auspuffeinheit
    10
    Auspuffvolumen
    11
    Gasmischvorrichtung
    12
    Auslass
    13
    Stromleiter, Bolzen
    14
    Hülse
    15
    Schraubverbindungen
    16
    Topf
    17
    Öffnung
    18
    Topfwand
    19
    Zusatzvolumen
    20
    Ringspalt
    21
    Endabschnitt
    22
    Aussenfläche
    23
    Antrieb
    24
    Auspuffgase
    25
    Strömungsweg
    26
    Wandbereich
    A
    Achse
    S
    Schaltlichtbogen

Claims (10)

  1. Schaltkammer (2) zum Einbau in einen isoliergasgefüllten Metallbehälter (1) eines Hochspannungsschalters mit
    einem längs einer Achse (A) ausgerichteten, axialsymmetrisch ausgebildeten Gehäuse (3), einer im Gehäuse gehaltenen Lichtbogenkontaktanordnung (4) und einer ins Gehäuse integrierten Auspuffeinheit (9), welche ein vom Gehäuse (1) begrenztes Auspuffvolumen (10) und einen durch das Gehäuse geführten Auslass (12) für Auspuffgase (24) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein nach Art eines Topfs (16) ausgebildetes Auspuffmodul in koaxialer Anordnung über die Auspuffeinheit (9) gestülpt ist, und dass das Gehäuse (1) und der Topf (16) einen Strömungsweg (25) für die Auspuffgase (24) mit einer elektrisch abgeschirmten, axial ausgerichteten Ausströmöffnung begrenzen.
  2. Schaltkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmöffnung als Ringspalt (20) ausgebildet ist.
  3. Schaltkammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Ringspalt (20) nach aussen begrenzender ringförmiger Endabschnitt (21) der Topfwand (18) sich zum Rand des Topfes (16) hin verjüngt und eine Aussenfläche (22) aufweist, welche unter Bildung des Topfrands kantenfrei in die Innenfläche des Endabschnitts (21) übergeht.
  4. Schaltkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg (25) ein Zusatzvolumen (19) enthält.
  5. Schaltkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Topf (16) durch Giessen, Blechverformen oder Blechschweissen hergestellt ist.
  6. Schaltkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Topf (16) lösbar mit der Auspuffeinheit (9) verbunden ist.
  7. Schaltkammer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Boden des Topfs (16) eine erste Öffnung (17) vorgesehen ist, welche der Durchführung eines längs der Achse (A) geführten Stromleiters (13) dient.
  8. Schaltkammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Boden des Topfs (16) mindestens eine zweite Öffnung vorgesehen ist, welcher der Durchführung eines Mittels zum lösbaren Verbinden des Topfs (16) mit der Auspuffeinheit (9) dient.
  9. Schaltkammer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Verbindung durch Verschrauben, Klemmen oder Pressen gebildet ist.
  10. Hochspannungsschalter mit einer in einem isoliergasgefüllten, rohrförmigen Metallbehälter angeordneten Schaltkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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