EP1930929B2 - High-tension circuit breaker with a metal tank filled with dielectric gas - Google Patents
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- H01H2033/888—Deflection of hot gasses and arcing products
Definitions
- the exhaust gases therefore affect the quality of a gas insulation between the Löschschbergerbergermonden, insulator gas filled metal container and the housing in general only slightly, so that the switch can be loaded with high-power switching arcs long period, as a reduction in the frequency of the high voltage of, for example, 50 to 16 2/3 Hz results.
- a flow ring 24 is formed with an annularly guided around the axis tear-off edge 25.
- the edge 25 is arranged offset radially outwards relative to the surrounding outer wall of the housing 3 or of the housing section 17.
- the flow ring 24 has a profile designed in the manner of a sawtooth with a counter to the flow direction of the exhaust gases 9 arranged steep flank 26.
- a conically widening housing portion 27 At the flow ring 24 includes in the flow direction of the exhaust gases, a conically widening housing portion 27 at.
- flat flank 28 of the flow ring 24 has a greater slope than the flared housing portion 27 to which a tubular housing portion 29 connects with a matched to the housing extension 18 diameter.
- the boundary layer adhering to the inner surface 22 could extend to the convexly curved end face 20 and the adjoining surface section, and thus the hot exhaust gases could be guided into areas which are electrically comparatively highly loaded.
Landscapes
- Circuit Breakers (AREA)
- Gas-Insulated Switchgears (AREA)
- Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
- Insulators (AREA)
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungsschalter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Dieser Schalter weist einen isoliergasgefüllten Metallbehälter und eine in den Behälter eingebaute Löschkammer auf. Die Löschkammer enthält ein längs einer Achse ausgerichtetes Gehäuse, eine im Gehäuse gehaltene Lichtbogenkontaktanordnung, ein vom Gehäuse begrenztes Auspuffvolumen und einen durch die Wand des Gehäuses geführten Auslasskanal für Auspuffgase. Der Auslasskanal mündet mit einem vorwiegend in Richtung der Achse ausgerichteten Abschnitt in den Behälter. Bei Betrieb des Schalters befindet sich die Schaltkammer auf Hochspannungspotential und treten beim Abschalten eines Kurzschlussstroms vom Schaltlichtbogen erzeugte heisse Auspuffgase durch den Auslasskanal in den auf Erdpotential befindlichen Metallbehälter. Die heissen Auspuffgase weisen eine geringe Dichte auf und reduzieren daher lokal vorübergehend die dielektrischen Eigenschaften des im Metallbehälter vorhandenen Isoliergases.The present invention relates to a high-voltage switch according to the preamble of
Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher sich durch eine grosse Betriebssicherheit auszeichnet.The invention, as indicated in the claims, has the object to provide a high voltage switch of the type mentioned, which is characterized by a high level of reliability.
Beim Schalter nach der Erfindung ist an einer Stirnseite eines den Mündungsabschnitt nach aussen begrenzenden Gehäuseansatzes eine ringförmig um die Achse geführte, elektrisch abgeschirmte Kante angeordnet. An dieser Kante löst sich eine im Mündungsabschnitt geführte Auspuffgasströmung vom Gehäuseansatz und kann nun als nach aussen radial begrenzter Gasstrahl in den Metallbehälter eintreten. Der eine geringe Dichte und daher nur vergleichsweise schwache dielektrische Eigenschaften aufweisende heisse Gasstrahl wird wegen des Strömungsabrisses an der Kante von elektrisch stark belasteten Bereichen an der Stirnseite des Gehäuseansatzes weggeführt. Dadurch wird vermieden, dass heisse Auspuffgase aufgrund des Coanda-Effekts von der Innenfläche des Gehäuseansatzes über eine konvex gekrümmte Oberfläche der Stirnseite auf die ebenfalls konvex gekrümmte Aussenfläche des Gehäuseansatzes geführt werden und hierbei dielektrisch stark belastete Bereiche durchströmen. Solche dielektrisch stark belasteten Bereiche befinden sich vor allem an der Stirnseite und einem an die Stirnseite anschliessenden Abschnitt der Aussenseite des Gehäuseansatzes, also in Bereichen, in denen die Krümmungsradien derfeldbelasteten Flächen des Gehäuseansatzes verhältnismässig klein sind. Durch Unterdrücken des Coanda-Effekts kann die dielektrische Festigkeit des Schalters an der Austrittsstelle der Auspuffgase in den isoliergasgefüllten und auf Erdpotential befindlichen Metallbehälter um bis zu 30% erhöht und dementsprechend die Betriebssicherheit des Schalters erheblich verbessert werden.In the switch according to the invention an annularly guided around the axis, electrically shielded edge is arranged on an end face of the mouth portion outwardly limiting housing approach. At this edge, a guided in the mouth section exhaust gas flow from the housing approach and can now enter as radially outwardly limited gas jet into the metal container. The hot gas jet, which has a low density and therefore only comparatively weak dielectric properties, is carried away at the edge of electrically heavily loaded areas on the front side of the housing projection because of the stall. This avoids that hot exhaust gases are due to the Coanda effect of the inner surface of the housing approach over a convex curved surface of the front side on the also convex curved outer surface of the housing approach are guided and this flow through dielectrically heavily loaded areas. Such dielectrically heavily loaded areas are located above all on the front side and a section of the outside of the housing projection adjoining the front side, that is to say in regions in which the radii of curvature of the surfaces of the housing projection subjected to the field are relatively small. By suppressing the Coanda effect, the dielectric strength of the switch at the exit point of the exhaust gas into the insulating gas-filled and earth-potential metal container can be increased by up to 30%, and accordingly the reliability of the switch can be significantly improved.
Im allgemeinen weist die Kante gegenüber den Krümmungsradien der feldbelasteten Oberflächen des Gehäuseansatzes einen kleinen Krümmungsradius auf. Begrenzt die Kante eine Innenfläche des Gehäuseansatzes in Strömungsrichtung der Auspuffgase, so löst sich die Strömung definiert an einer leicht zu positionierenden, dielektrisch entlasteten Stelle ab. Um gute dielektrische Eigenschaften zu erreichen, ist hierbei die Kante gegenüber einer die elektrische Abschirmung bewirkenden, konvex gekrümmten Oberfläche der Stirnseite radial nach innen und/oder gegenüber einem die Stirnseite in Strömungsrichtung begrenzenden Rand entgegen der Strömungsrichtung axial versetzt angeordnet. Ist in der Stirnseite eine vom Rand auf die Kante erstreckte Stufe vorgesehen, so können sich die Auspuffgase beim Eintreten in den Metallbehälter auch bei einer geringen Strömungsgeschwindigkeit vom Gehäuseansatz ablösen und ist die Kante zugleich besonders wirksam elektrisch abgeschirmt.In general, the edge has a small radius of curvature relative to the radii of curvature of the field-loaded surfaces of the housing projection. If the edge delimits an inner surface of the housing projection in the direction of flow of the exhaust gases, the flow separates in a defined manner from an easily positioned, dielectrically relieved point. In order to achieve good dielectric properties, in this case the edge is offset axially relative to a convexly curved surface of the front side causing the electrical shield, radially inward and / or opposite to an edge delimiting the end side in the flow direction against the flow direction. If a step is provided in the end face extending from the edge to the edge, then the exhaust gases can come off the housing projection even when the flow rate is low, and the edge is at the same time particularly electrically shielded.
Um zu verhindern, dass die aus dem Mündungsabschnitt in den Metallbehälter tretenden heissen Auspuffgase entlang einem Abschnitt des Gehäuses geführt werden, welcher an einen den Mündungsabschnitt nach innen begrenzenden Gehäuseabschnitt anschliesst, ist an einer Aussenfläche des dem Mündungsabschnitt zugeordneten Gehäusesabschnitts ein um die Achse geführter Strömungsring mit einer elektrisch abgeschirmten zweiten Kante angeordnet. Diese Kante ist gegenüber der Aussenfläche radial nach aussen versetzt. Der Strömungsring weist mit Vorteil ein nach Art eines Sägezahns ausgeführtes Profil auf mit einer entgegen der Strömungsrichtung der Auspuffgase angeordneten steilen Flanke. Eine solche Flanke bewirkt ein sicheres Ablösen der Strömung an der die Spitze des Sägezahns bildenden zweiten Kante und ermöglicht so zusammen mit der am Gehäuseansatz vorgesehen Kante die Bildung eines dielektrisch günstigen Freistrahls mit ringförmigem Querschnitt.In order to prevent the hot exhaust gases passing from the mouth section into the metal container being guided along a section of the housing which adjoins a housing section delimiting the mouth section, a flow ring guided around the axis is provided on an outer surface of the housing section associated with the mouth section an electrically shielded second edge arranged. This edge is offset radially outwards relative to the outer surface. The flow ring advantageously has a profile designed in the manner of a sawtooth with a steep flank arranged counter to the flow direction of the exhaust gases. Such a flank causes a secure separation of the flow at the second edge forming the tip of the sawtooth and thus enables, together with the edge provided on the housing projection, the formation of a dielectrically favorable free jet with an annular cross-section.
Im allgemeinen erweitert sich ein an den vorgenannten Gehäuseabschnitt resp. den Strömungsring anschliessender Abschnitt des Gehäuses konisch. Der aus dem Mündungsabschnitt austretenden Freistrahl bleibt dann mit Sicherheit erhalten, wenn eine in Strömungsrichtung der Auspuffgase angeordnete flache Flanke des Strömungsrings eine grössere Steigung aufweist als der sich konisch erweiternde Gehäuseabschnitt.In general, one extends to the aforementioned housing section resp. the flow ring subsequent section of the housing conical. The free jet emerging from the mouth section then remains with certainty if a flat flank of the flow ring arranged in the flow direction of the exhaust gases has a greater pitch than the conically widening housing section.
Die durch die geometrischen Abmessungen des Metallbehälters vorgegebenenThe predetermined by the geometric dimensions of the metal container
Isolationsabstände lassen sich einhalten, wenn sich an den konisch erweiterten Gehäuseabschnitt ein rohrförmig ausgebildeter Gehäuseabschnitt mit einem an den Gehäuseansatz angepassten Durchmesser anschliesst.Insulation distances can be maintained if a tubular housing section with a diameter adapted to the housing projection adjoins the conically widened housing section.
Anhand von Zeichnungen wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigt die
- Fig.1
- eine Aufsicht auf einen längs einer Achse geführten Schnitt durch einen Teil eines gasisolierten Hochspannungsschalters nach der Erfindung, und
- Fig.2
- eine Vergrösserung eines umrandet dargestellten Teils des Schalters nach
Fig.1 .
- Fig.1
- a plan view of a guided along an axis section through a portion of a gas-insulated high-voltage switch according to the invention, and
- Fig.2
- an enlargement of an outlined portion of the switch after
Fig.1 ,
In beiden Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Teile. Der in
Die beiden Hohlkörper sind im allgemeinen aus Gussmetall, etwa auf der Basis Stahl oder Aluminium, gefertigt und dienen der Aufnahme heisser Auspuffgase 9, die bei einem Schaltvorgang in der Kontaktanordnung 4 gebildet werden sowie der Führung des Schalterstroms und der Abschirmung von Teilen der Löschkammer 2, die im Betrieb des Schalters, d.h. beim Belasten mit Hochspannungen bis zu hundert und mehr kV und beim Führen von 50 und mehr kA betragenden Kurzschlussströmen, starken elektrischen Feldern ausgesetzt sind. Der Hohlkörper 8 begrenzt ein Auspuffvolumen 10 und nimmt eine im Auspuffvolumen angeordnete Gasmischvorrichtung 11 auf. Über einen durch das Gehäuse 3 geführten Auslasskanal 12 werden die Auspuffgase 9 aus dem Auspuffvolumen 10 nach aussen in den isoliergasgefüllten Metallbehälter 1 abgeführt. Der Schalterstrom wird von rechts 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.The two hollow bodies are generally made of cast metal, for example based on steel or aluminum, and serve to hold
Ersichtlich mündet der Auslasskanal 12 mit einem axial erstreckten und als Hohlzylinder ausgebildeten Mündungsabschnitt 16 in den Metallbehälter 1. Der Mündungsabschnitt 16 ist nach innen durch einen rohrförmigen Abschnitt 17 des Gehäuses 1 und nach aussen durch einen den Gehäuseabschnitt 17 mit Abstand umgebenden, rohrförmigen Gehäuseansatz 18 begrenzt. Der Gehäuseansatz 18 ist Teil eines die Hülse 14 haltenden und mit dieser durch die Schraubverbindung 15 verbundenen, topfförmigen Abschlusselements 19 des Hohlkörpers 8, an dem das Element 19 über nicht dargestellte, radial geführte Stege oder Schrauben befestigt ist.The
Aus
In die Aussenwand des Gehäuseabschnitts 17 ist ein Strömungsring 24 mit einer ringförmig um die Achse geführten Abrisskante 25 eingeformt. Die Kante 25 ist gegenüber der umgebenden Aussenwand des Gehäuses 3 bzw. des Gehäuseabschnitts 17 radial nach aussen versetzt angeordnet. Der Strömungsring 24 weist ein nach Art eines Sägezahns ausgeführtes Profil auf mit einer entgegen der Strömungsrichtung der Auspuffgase 9 angeordneten steilen Flanke 26. An den Strömungsring 24 schliesst in Strömungsrichtung der Auspuffgase ein sich konisch erweiternder Gehäuseabschnitt 27 an. Eine in Strömungsrichtung der Auspuffgase angeordnete flache Flanke 28 des Strömungsringes 24 weist eine grössere Steigung auf als der sich konisch erweiternde Gehäuseabschnitt 27, an den sich ein rohrförmig ausgebildeter Gehäuseabschnitt 29 anschliesst mit einem an den Gehäuseansatz 18 angepassten Durchmesser.In the outer wall of the
Beim Abschalten eines Kurzschlussstroms wird der Lichtbogenkontakt 6 durch einen in Pfeilrichtung wirkenden Antrieb nach links 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 9 ins Auspuffvolumen 10, werden dort an der Gasmischvorrichtung 11 vorgekühlt, im Auslasskanal 12 durch die Wand des Löschkammergehäuses 3 geführt und nach Verlassen des vorwiegend axial ausgerichteten Mündungsabschnitts 16 als ringförmiger Freistrahl 30 ins Metallgehäuse 3 ausgestossen.When a short-circuit current is switched off, the
Die Auspuffgase 9 werden im Mündungsabschnitt 16 in axialer Richtung von rechts nach links geführt und strömen entlang der Innenfläche 22 des Gehäuseansatzes 18 und der Aussenfläche des Gehäuseabschnitts 17. An der Abrisskante 21 endet eine auf der Innenfläche 22 haftende Grenzschicht der Auspuffgase, so dass sich die Auspuffgase daher vom Gehäuseansatz 18 lösen und als Strahl in elektrisch gering belastete Bereiche in den Metallbehälter 1 eintreten können. Es wird so vermieden, dass die wegen ihrer geringen Dichte vergleichsweise schwache dielektrische Eigenschaften aufweisenden heissen Auspuffgase in elektrisch stark belastete Bereiche gelangen, wie insbesondere an eine konvex gekrümmte Oberfläche der Stirnseite 20 und einen sich daran anschliessenden, ebenfalls konvex gekrümmten Abschnitt der Aussenfläche des Gehäuseansatzes 18. Die konvexe Ausbildung der vorgenannten Flächen ist notwendig, um das zwischen dem geerdeten Metallbehälter 1 und der auf Hochspannungspotential befindlichen Löschkammer 2 herrschende elektrische Feld zu steuern, d.h., um starke lokale elektrische Felder an der Stirnseite 20 zu reduzieren und an der scharfen Abrisskante 21 zu vermeiden.The
Beim Fehlen der Abrisskante 21 könnte sich aufgrund des Coanda-Effekts die auf der Innenfläche 22 haftende Grenzschicht auf die konvex gekrümmte Stirnseite 20 und den sich anschliessenden Oberflächenabschnitt erstrecken und könnten so die heissen Auspuffgase in elektrisch vergleichsweise hoch belastete Bereiche geführt werden.In the absence of the tear-
Das Ablösen der aus dem Mündungabschnitt 16 tretenden Auspuffgase 9 vom Gehäuseansatz 18 wird dadurch begünstigt, dass der Krümmungsradius der Abrisskante 21 ist gegenüber den Krümmungsradien der Oberfläche der Stirnseite 20 wesentlich kleiner bemessen. Ein solch kleiner Krümmungsradius kann daher gegebenenfalls lokal zu unerwünscht hoher elektrischer Feldbelastung führen. Die Abrisskante 21 ist gegenüber der die elektrische Abschirmung bewirkenden, gekrümmten Oberfläche der Stirnseite 20 unter Bildung der Stufe 23 radial nach innen, ersichtlich aber auch gegenüber der Stirnseite 20 axial entgegen der Strömungsrichtung der Auspuffgase 9, versetzt angeordnet. Es ist so gewährleistet, dass sich die Auspuffgasströmung 9 vom Gehäuseansatz 18 nicht nursicher ablöst, sondern dass zugleich die Abrisskante 21 besonders wirksam gegen dem im Metallbehälter herrschenden elektrischen Feld abgeschirmt ist.The detachment of the exiting from the
Der in die Aussenwand des Gehäuseabschnitts 17 eingeformte Strömungsring 24 verhindert, dass die aus dem Mündungsabschnitt 16 in den Metallbehälter 1 tretenden heissen Auspuffgase 9 entlang dem Gehäuseabschnitt 27 geführt werden, da die Auspuffgasströmung sich an der Abrisskante 25 von der Aussenwand des Gehäuseabschnitts 17 lösen kann. Beide Abrisskanten 21 und 25 können so die Bildung des Freistrahls 30 bewirken, derin dielektrisch besonders vorteilhafter Weise aus dem Mündungsabschnitt 16 ohne weiteren Gehäusekontakt direkt in das im Behälter 1 vorgesehene, kühle und daher dielektrisch hochwertige Isoliergas geführt wird. Die steile Flanke 26 erleichtert das Ablösen der Auspuffgasströmung 9 vom Gehäuse 3.The
Um ein Ablösen der Auspuffgasströmung auch vom sich konisch erweiternden Gehäuseabschnitt 27 zu erleichtern, ist es von Vorteil, wenn die flachere Flanke 28 des Strömungsrings eine grössere Steigung aufweist als der sich konisch erweiternde Gehäuseabschnitt 27.In order to facilitate a detachment of the exhaust gas flow from the conically widening
Dadurch, dass der Gehäuseabschnitt 29 einen weitgehend mit dem Gehäuseansatz 18 übereinstimmenden Durchmesser aufweist, können die durch die geometrischen Abmessungen des Metallbehälters 1 vorgegebenen Isolationsabstände zwischen der geerdeten Behälterwand und dem auf Hochspannungspotential Gehäuseansatz 17 eingehalten werden.Characterized in that the
- 11
- Metallbehältermetal containers
- 22
- Schaltkammerswitching chamber
- 33
- SchaltkammergehäuseSwitching chamber housing
- 44
- LichtbogenkontaktanordnungArcing contact arrangement
- 5, 65, 6
- LichtbogenkontakteArcing contacts
- 77
- Isolierrohrinsulating
- 88th
- Hohlkörperhollow body
- 99
- Auspuffgaseexhaust gases
- 1010
- Auspuffvolumenexhaust volume
- 1111
- GasmischvorrichtungGas mixing device
- 1212
- Auslasskanalexhaust port
- 1313
- Stromleiter, BolzenElectricity conductor, bolts
- 1414
- Hülseshell
- 1515
- Schraubverbindungenscrew
- 1616
- Mündungsabschnittmouth portion
- 1717
- Gehäuseabschnitthousing section
- 1818
- Gehäuseansatzhousing extension
- 1919
- Abschlusselementtermination element
- 2020
- Stirnflächeface
- 2121
- Abrisskantetear-off edge
- 2222
- Innenflächepalm
- 2323
- Stufestep
- 2424
- Strömungsringflow ring
- 2525
- Abrisskantetear-off edge
- 26,2826.28
- Flankenflanks
- 27,2927.29
- Gehäuseabschnittehousing sections
- 3030
- Freistrahlfree jet
- AA
- Achseaxis
- SS
- SchaltlichtbogenSwitching arc
Claims (9)
- High-voltage switch having a metal container (1) filled with insulating gas and having a quenching chamber (2) installed in the container, containing a housing (3) which is aligned along an axis (A), an arcing contact arrangement (4) which is held in the housing, an exhaust volume (10) which is bounded by the housing (3), and an outlet channel (12) which is passed through the wall of the housing for exhaust gases (9) in which the outlet channel (12) opens with a section (16) which is aligned predominantly axially into the container (1) and the mouth section (16) is bounded on the inside by a tubular first section (17) of the housing (3) and on the outside by a tubular housing attachment (18) which surrounds the housing section (17) at a distance from it,
characterized in that an electrically shielded first edge (21) is arranged on one end face (20) of the housing attachment (18), is passed in an annular shape around the axis (A) and is used for detachment of a flow emergent from the outlet channel (16) of the exhaust gases (9) from the housing attachment (18), the edge (21) being arranged offset radially inwards with respect to a convex-curved surface, which acts as the electrical shield of the end face (20). - Switch according to Claim 1, characterized in that the first edge (21) bounds an inner surface (22) of the housing attachment (18) in the flow direction of the exhaust gases (9).
- Switch according to either of Claims 1 and 2, characterized in that the edge (21) is arranged axially offset in the opposite direction to the flow direction with respect to a rim which bounds the end face in the flow direction.
- Switch according to Claim 3, characterized in that a step (23) which extends from the rim to the edge (21) is provided in the end face.
- Switch according to one of Claims 1 to 4, characterized in that a flow ring (24) which is passed around the axis (A) and has an electrically shielded second edge (25) which is offset radially outwards with respect to the outer surface is arranged on an outer surface of the housing section (17).
- Switch according to Claim 5, characterized in that the flow ring (24) has a profile in the form of a sawtooth with a steep flank (26) arranged in the opposite direction to the flow direction of the exhaust gases (9).
- Switch according to either of Claims 5 and 6, characterized in that a conically widening second housing section (27) is adjacent to the flow ring (24).
- Switch according to Claim 7, characterized in that a flat flank (28), which is arranged in the flow direction of the exhaust gases (9) of the flow ring (24) has a greater gradient than the conically widening second housing section (27).
- Switch according to either of Claims 7 and 8, characterized in that a tubular third housing section (29) with a diameter matched to the housing attachment (18) is adjacent to the conically widening second housing section (27).
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