EP2325859A1

EP2325859A1 - Gasisolierter Hochspannungsschalter

Info

Publication number: EP2325859A1
Application number: EP09176813A
Authority: EP
Inventors: Jürg Nufer; Martin Kriegel; Olaf Hunger; Peter Diggelmann
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2009-11-24
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2029-11-24
Also published as: US8263892B2; EP2325859B1; CN102074406B; CN102074406A; US20110120975A1

Abstract

Der Hochspannungsschalter enthält zwei längs einer Achse (A) relativ zueinander verschiebbare Schaltstücken (20, 30), eine an einem ersten (20) der beiden Schaltstücke befestigte Düse (50) zur Beblasung eines Schaltlichtbogens mit Löschgas und ein feststehend gelagertes Umlenkgetriebe (80), das zum einem mit der Düse (50) und zum anderen mit dem zweiten Schaltstück (30) verbunden ist. Die Düse (50) weist einen hohlen Isolierkörper (51) auf, der eine Engstelle (53) und zumindest einen an die Engstelle sich anschliessenden Abschnitt eines Diffusors (54) bildet. Die Düse (50) enthält ferner einen an einem Ausblasende der Düse (50) angeordneten metallenen Ringkörper (70), der formschlüssig mit dem ein Aussenprofil (55) aufweisenden Isolierkörper (51) verbunden ist und ein Antriebs- oder Abtriebselements (84) des Umlenkgetriebes (80) trägt. Dieser Schalter kann einfach und kostengünstig gefertigt werden und zeichnet sich zugleich durch gute mechanische und elektrische Eigenschaften aus, wenn der Ringkörper (70) in konzentrischer Anordnung einen den Formschluss zum Isolierkörper (51) herstellenden Zwischenring (90) aufweist sowie einen auf den Zwischenring (90) aufgeschobenen und am Zwischenring (90) befestigten Ring (100) zum Tragen des Antriebs- oder Abtriebselements (84).

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen gasisolierten Hochspannungsschalter nach den Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein Schalter der vorgenannten Art ist im allgemeinen ein Leistungsschalter, der im Spannungsbereich von über 70 kV Ausschaltströme von über 10 kA beherrscht. Ein solcher Schalter weist ein Schaltergehäuse auf, das 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 ist. Um beim Ausschalten eines Stroms eine rasche dielektrische Verfestigung einer zwischen den sich öffnenden Schaltstücken bildenden Schaltstrecke zu erreichen, werden die Schaltstücke gegenläufig zueinander angetrieben. Die dafür erforderliche Kraft wird von einem einzigen Antrieb des Schalters aufgebracht. Daher ist an einer an einem ersten beider Schaltstücke befestigten Isolierdüse des Schalters ein Umlenkgetriebe angebracht. Dieses Getriebe überträgt vom Antrieb in das erste Schaltstück eingeleitete Kraft auf das zweite Schaltstück oder aber umgekehrt vom Antrieb in das zweite Schaltstück eingeleitete Kraft auf das erste Schaltstück. Die hierbei auftretende Kraft ist beträchtlich. Das Befestigen der Düse am ersten Schaltstück ist verhältnismässig einfach, da das Schaltstück einen zentral geführten Lichtbogenkontakt und einen diesen koaxial umgebenden hohlen Nennstromkontakt aufweist, in dem die Düse mit einem ersten ihrer beiden Enden in dielektrisch unbedenklicher Weise befestigt werden kann. Da die Düse gegenüber dem zweiten Schaltstück verschiebbar angeordnet ist, ist das Ankoppeln des Umlenkgetriebes am dem Ausblasen von Löschgas dienenden zweite Ende der Düse aufwendiger, zumal hierbei auch die Gasdichtigkeit und die Steuerung des elektrischen Felds im Bereich der Koppelstelle zu beachten sind.

STAND DER TECHNIK

Ein Schalter der eingangs genannten Art ist beschrieben in EP 0 809 268 A2 und US 6,271,494 B1 . Bei diesem Schalter wird die Kraft des Schalterantriebs in ein eine Isolierdüse tragendes ersten Schaltstück eingeleitet und über ein Umlenkgetriebe auf das gegenläufig zum ersten Schaltstück angetriebene zweite Schaltstück übertragen. Wie in EP 0 809 268 A2 dargestellt, weist die Isolierdüse einen am Ausblasende der Düse angeordneten Aussenwulst auf, hinter dem ein erster Spannring eingerastet ist. Vorm Wulst ist ein zweiter Spannring angeordnet, der den ersten Spannring und/oder das Ende der Düse stützt, um so eine Entriegelung des ersten Spannrings zu verhindern. An wenigstens einem beider Spannringe kann ein Antriebselement des Umlenkgetriebes angekoppelt werden. Um das Einrasten des ersten Spannrings zu ermöglichen, müssen er oder das Ende der Düse elastisch verformbar sein. Dies bedingt jedoch im allgemeinen längs der Schalterachse geführte, die Gasdichtigkeit und die dielektrische Festigkeit beeinträchtigende Schlitze im Düsenende oder im ersten Spannring. Daher werden zusätzliche Mittel, wie eine das elektrische Feld im Bereich der Ankopplung steuernde Feldelektrode, benötigt.
Bei einem im EP 1 983 538 A1 beschriebenen Schalter der eingangs genannten Art wird die Kraft des Schalterantriebs in das zweite Schaltstück eingeleitet und über ein Umlenkgetriebe und eine Isolierdüse auf das die Düse tragende, gegenläufig zum zweiten Schaltstück angetriebene erste Schaltstück übertragen. Am Ausblasende der Isolierdüse ist ein Ringkörper 80 angeordnet, der ein Antriebselement 51 des Umlenkgetriebes trägt und mit Hilfe einer Schraubverbindung an einer Aussenwulst der Düse befestigt ist.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der einfach und kostengünstig gefertigt werden kann und sich zugleich durch gute mechanische und elektrische Eigenschaften auszeichnet.
Gemäss der im Patentanspruch 1 definierten Erfindung wird ein gasisolierter Hochspannungsschalter bereitgestellt mit zwei längs einer Achse relativ zueinander verschiebbaren Schaltstücken, einer an einem ersten der beiden Schaltstücke befestigten Düse zur Beblasung eines Schaltlichtbogens mit Löschgas und einem feststehend gelagerten Umlenkgetriebe, das zum einem mit der Düse und zum anderen mit dem zweiten Schaltstück verbunden ist, wobei die Düse einen hohlen Isolierkörper aufweist, der eine Engstelle und zumindest einen an die Engstelle sich anschliessenden Abschnitt eines Diffusors bildet, sowie einen an einem Ausblasende der Düse angeordneten metallenen Ringkörper enthält, der formschlüssig mit dem ein Aussenprofil aufweisenden Isolierkörper verbunden ist und ein Antriebs- oder Abtriebselements des Umlenkgetriebes trägt, wobei der Ringkörper in konzentrischer Anordnung einen den Formschluss zum Isolierkörper herstellenden Zwischenring aufweist sowie einen auf den Zwischenring aufgeschobenen und am Zwischenring befestigten Ring zum Tragen des Antriebs- oder Abtriebselements.
In die Aussenfläche des Zwischenrings kann eine um die Achse geführte, ringförmige Aussennut und in eine auf der Aussenfläche des Zwischenrings nahezu spielfrei aufliegenden Innenfläche des Tragrings kann eine um die Achse geführte, ringförmige Innennut eingeformt sein, wobei die beiden Nuten derart angeordnet und ausgebildet sind, dass bei einer während der Fertigung des Schalters erfolgenden Relativverschiebung von Tragring und Zwischenring entlang der Achse ein in der Aussen- oder in der Innennut angeordneter Sprengring unter Bildung einer gegen Axialverschiebungen gesicherten Verbindung von Trag- und Zwischenring in die Innen- oder in die Aussennut einspreizt.
Die Innenfläche des Tragrings kann an seinem dem ersten Schaltstück zugewandten Ende in ein sich konisch erweiterndes Einführprofil auslaufen, welches bei der Relativverschiebung infolge elastischer Verformung den Durchmesser des Sprengrings vor dessen Einspreizen reduziert.
In die Innenfläche des Tragrings kann eine radial nach innen erstreckte Ringstufe eingeformt sein, die mit einer die Stufenhöhe bildenden Ringfläche auf einer am Ausblasende der Düse vorgesehenen Stirnfläche des Isolierkörpers aufsitzt. Die Ringstufe kann einen Abschnitt des Diffusors bilden und eine zum Ausblasende der Düse hin sich konisch erweiternde Innenfläche aufweisen.
Der Zwischenring kann geschlitzt ausgebildet sein und eine vorwiegend axial ausgerichtete, bei der Fertigung des Schalters ein Aufspreizen des Zwischenrings ermöglichende Längsfuge aufweisen. Der Zwischenring kann mehrteilig ausgebildet sein und mindestens zwei durch vorwiegend axial erstreckte Längsfugen voneinander getrennte Ringteile aufweisen. Das Aussenprofil des Isolierkörpers kann mindestens eine ringförmig um die Achse geführte Erhöhung oder Vertiefung aufweisen, in die eine weitgehend kongruent ausgebildete Vertiefung oder Erhöhung des Zwischenrings eingepasst ist. Die mindestens eine ringförmig um die Achse geführte Erhöhung des Isolierkörpers kann sich längs der Achse über mindestens die Hälfte der Axialausdehnung des Zwischenrings erstrecken.
Alternativ kann der Zwischenring auch fugenfrei ausgebildet und mit dem Isolierkörper verschraubt sein, wobei die Verschraubung ein in die Innenfläche des Zwischenrings eingeformtes Innengewinde und ein in die Mantelfläche des Isolierkörpers eingeformtes Aussengewinde aufweist. In einen sich an das Aussengewinde anschliessenden Abschnitt der Mantelfläche des Isolierkörpers kann eine ringförmig um die Achse geführte Wulst eingeformt sein, die in eine in die Innenfläche des Zwischenrings eingeformte Innennut eingeschnappt ist.
Eine den Zwischenring umfassende fugenfreie Feldelektrode kann in den Tragring eingeformt oder an den Tragring angesetzt sein.
Auf der Aussenfläche des Tragrings kann eine den Tragring umfassende Dichtung angebracht sein zum Schutz von Nennstromkontakten der beiden Schaltstücke vor der Einwirkung von Lichtbogengasen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig.1: eine Aufsicht auf einen längs einer Achse A geführten Schnitt durch eine Ausführungsform des geöffneten Hochspannungsschalters nach der Erfindung,
Fig.2: in Explosionsdarstellung eine erste Ausführungsform eines Kraftübertragungselements des Hochspannungsschalters nach Fig.1,
Fig.3: eine gegenüber der ersten Ausführungsform abgewandelte zweite Ausführungsform des Kraftübertragungselements,
Fig.4: eine gegenüber der ersten und zweiten Ausführungsform abgewandelte dritte Ausführungsform des Kraftübertragungselement, und
Fig.5: eine Ausführungsform eines im Kraftübertragungselement nach den Figuren 2 bis 4 einsetzbaren Tragrings.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleichwirkende Teile. Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Hochspannungsschalter ist als Leistungsschalter ausgeführt und enthält ein mit einem komprimierten Isoliergas, etwa auf der Basis Schwefelhexafluorid oder eines Schwefelhexafluorid enthaltenden Gasgemischs, gefülltes und weitgehend rohrförmig gestaltetes Gehäuse 10 sowie eine vom Gehäuse 10 aufgenommene, weitgehend axialsymmetrisch gestaltete Kontaktanordnung mit zwei längs einer Achse A relativ zueinander verschiebbaren Schaltstücken 20 und 30.
Das Schaltstück 20 weist in koaxialer Anordnung einen hohlen Lichtbogenkontakt 21 und einen den hohlen Lichtbogenkontakt umgebenden hohlen Nennstromkontakt 22 auf, wohingegen das Schaltstück 30 in koaxialer Anordnung einen als Stift ausgeführten Lichtbogenkontakt 31 und einen den Lichtbogenkontakt 31 umgebenden hohlen Nennstromkontakt 32 enthält.
Das Schaltstück 20 ist längs der Achse A gasdicht gleitend in einem feststehenden, metallenen Hohlkörper 40 geführt und ist über einen hohlen Kontaktträger 23 des Lichtbogenkontakts 21 mit einem nicht dargestellten Isolator eines auf Erdpotential befindlichen Antriebs D des Schalters verbunden.
Der Hohlkörper 40 enthält einen axial ausgerichteten, den Nennstromkontakt 22 koaxial umfassenden, feststehenden Hohlzylinder 41, der durch einen feststehenden Zylinderboden 42 längs der Achse A nach links begrenzt ist. Im Zylinderboden ist eine Öffnung vorgesehen, in der der hohle Kontaktträger 23 des Lichtbogenkontakts 21 unter Beibehalt seiner axialen Verschiebbarkeit gasdicht gelagert ist.
Auf der Aussenfläche des Kontaktträgers 23 ist eine Hülse 24 befestigt, die an ihrem dem Schaltstück 30 zugewandten Ende eine Isoliermaterial, wie PTFE, enthaltende und den Lichtbogenkontakt 21 umgebende Hilfsdüse 52 trägt. An ihrem dem Antrieb D zugewandten Ende befindet sich eine radial nach aussen geführte Wand 25, auf deren Aussenrand der Nennstromkontakt 22 fixiert ist. Das dem Schaltstück 30 zugewandte Ende des Nennstromkontakts 22 trägt auf seiner Innenseite einen hohlen, typischerweise PTFE enthaltenden Isolierkörper 51, der eine Engstelle 53 und mindestens einen an die Engstelle sich anschliessenden Abschnitt eines Diffusors 54 einer Düse 50 aufweist. Die Hülse 24, die Wand 25, der Nennstromkontakt 22 und das im Nennstromkontakt 22 gehaltene Ende des Isolierkörpers 51 begrenzen ein Heizvolumen 60 zur Aufnahme von heissem, ionisiertem Gas, welches von einem beim Öffnen des Schalters entstehenden Schaltlichtbogen gebildet wird. Das Heizvolumen 60 kommuniziert über einen vom Isolierkörper 51 und der Hilfsdüse 52 begrenzten Heizkanal 61 mit einer von der Engstelle und dem Diffusor der Düse 50 radial und den beiden geöffneten Lichtbogenkontakten 21 und 31 axial begrenzten, den Schaltlichtbogen aufnehmenden Lichtbogenzone 62. An einem vom Diffusor 54 gebildeten Ausblasende der Düse 50 ist ein metallener Ringkörper 70 angeordnet, welcher formschlüssig mit dem ein Aussenprofil 55 aufweisenden Isolierkörper 51 verbunden ist.
Der Hohlzylinder 41, der Zylinderboden 42, der Kontaktträger 23 und die Wand 25 der Hülse 24 begrenzen einen Kompressionsraum 43 einer Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung mit einem von den Teilen 23, 41 und 42 gebildeten feststehenden Hohlzylinder und einem von der Wand 25 gebildeten und vom Antrieb D bewegten Kolben. Der Kompressionsraum 43 kommuniziert über ein in der Wand 25 angeordnetes Rückschlagventil 26 mit dem Heizvolumen 60, falls der Druck im Kompressionsraum 43 geringer als im Heizvolumen 60 ist. Falls der Druck im Kompressionsraum 43 beim Schliessen des Schalters geringer ist als der Fülldruck des Isoliergases im Schaltergehäuse 10, wird über ein nicht dargestelltes, im Zylinderboden 42 angeordnetes Rückschlagventil frisches Isoliergas aus dem Schaltergehäuse 10 in den Kompressionsraum 43 geführt.
Im Heizvolumen 60 und im Kompressionsraum 43 gespeichertes Gas wird beim Öffnen des Schalters durch den Heizkanal 61 in die Lichtbogenzone 62 geführt und bebläst den Schaltlichtbogen, so dass bei Annäherung des abzuschaltenden Stroms an einen Nulldurchgang ionisiertes Lichtbogengas durch die Ausblasöffnung der Düse 50 und durch den hohlen Kontaktträger 23 aus der Lichtbogenzone 62 entfernt wird.
Mit dem Bezugszeichen 80 ist ein feststehend gelagertes Umlenkgetriebe des Schalters bezeichnet. Dieses Getriebe enthält zwei feststehend gelagerte Zahnräder 81, die zum einen jeweils in eine von zwei Zahnstangen 82 eingreifen. Die Zahnstangen 82 sind jeweils auf einer von zwei entgegengesetzt angeordneten Flächen in ein als Stange 83 ausgebildetes und mit dem Lichtbogenkontakt 31 starr verbundenen Abtriebselement des Umlenkgetriebes 80 integriert. Zum anderen greifen die Zahnräder 81 jeweils aber auch in eine von zwei Zahnstangen 84 ein, die entgegengesetzt zur Stange 83 axial verschiebbar angeordnet sind. Die Zahnstangen 84 sind starr mit dem Ringkörper 70 verbunden. Da der Ringkörper 70 formschlüssig mit dem Isolierkörper 51 verbunden ist, und da der Antrieb D des Schalters über das Schaltstück 20, den Isolierkörper 51 und den Ringkörper 70 Kraft auf die Zahnstangen 84 überträgt, wirken diese als Antriebselement des Umlenkgetriebes 80.
Das Umlenkgetriebe kann auch als Hebelgetriebe ausgebildet sein. Die Kraftumlenkung wird dann durch einen feststehend gelagerten, zweiarmigen Hebel erreicht, an dessen einem Arm typischerweise eine als Antriebselement und an dessen anderen Arm typischerweise eine als Abtriebselement des Umlenkgetriebes wirkende Stange angelenkt ist.
Anstelle über das Schaltstück 20 kann Antriebskraft auch über das Umlenkgetriebe 80 in die Kontaktanordnung des Schalters eingeleitet werden. Ist das Umlenkgetriebe 80 beispielsweise als Zahnstangengetriebe ausgebildet, dann wird die Stange 83 von einem in Fig.1 mit D' bezeichneten Antrieb angetrieben und wirkt dann nicht mehr als Ab- sondern als Antriebselement des Umlenkgetriebes 80. Entsprechend wirken die Zahnstangen 84 dann nicht als An-, sondern als Abtriebselement des Umlenkgetriebes 80 und übertragen Antriebskraft über die Düse 50 auf das Schaltstück 20. Beim Öffnen des Schalters muss der Antrieb D resp. D' die Kraft zum Beschleunigen der Schaltstücke 20, 30, der Düsen 50 und 52 und des Umlenkgetriebes 80 sowie zur Kompression des im Kompressionsraum 43 befindlichen Isoliergases aufbringen. Da hierbei erhebliche Kräfte über die Düse 50 übertragen werden, sollte die formschlüssige Verbindung des Isolierkörpers 51 mit dem Ringkörper 70 äusserst stabil sein.
Daher ist der aus Fig. 2 ersichtliche Ringkörper 70 mehrteilig ausgebildet und weist - bezogen auf die Achse A - in konzentrischer Anordnung einen den Formschluss zum Isolierkörper 51 herstellenden Zwischenring 90 auf sowie einen auf den Zwischenring 90 aufgeschobenen und den Formschluss sichernden Tragring 100 zum Anbringen der als An- oder als Abtriebselement des Umlenkgetriebes 80 wirkenden Zahnstangen 84. Der Zwischenring 90 ist aus einem harten und elastisch gut verformbarem Material, typischerweise einem Stahl, wie beispielsweise einem Federstahl, gefertigt. Der Formschluss zum Isolierkörper 51 wird durch ein in die Innenseite des Zwischenrings 90 eingeformtes Innenprofil 91 erreicht, welches in das Aussenprofil 55 eingreift und so durch Formschluss eine gegen axiales Verschieben gesicherte Verbindung von Isolierkörper 51 und Zwischenring 90 ermöglicht. Um den Formschluss sicherzustellen, ist auf den Zwischenring 90 der starre, vorzugsweise aus Stahl bestehende, Tragring 100 aufgeschoben. Der Tragring 100 kann wesentlich einfacher mit dem Zwischenring 90 als der Zwischenring mit dem Isolierkörper 51 verbunden werden und kann unter Beibehaltung einer guten Kraftübertragung in axialer Richtung auch um die Achse A schwenkbar auf dem Zwischenring 90 gelagert werden. Durch diese schwenkbare Lagerung können bei der Fertigung des Schalters Schalterteile leichter justiert und leichter miteinander verbunden werden. Zudem kann die von den Zahnstangen 84 abgewandte Fläche des Tragrings 100 als fugenfreie Feldelektrode gestaltet werden, welche den von Isolierkörper 51, Ringkörper 70 und Isoliergas gebildeten Tripelpunkt elektrisch besonders wirksam abschirmt und unerwünschte Überhöhungen des elektrischen Feldes auf der Oberfläche des Isolierkörpers 51 verhindert. Zugleich stützt der Tragring 100 den Zwischenring 90 radial nach aussen ab und verhindert so ein Aufweiten des Zwischenrings 90 und damit auch eine Reduktion oder ein Aufheben des Formschlusses.
Aus Fig.2 ist ersichtlich, dass in die Aussenfläche des Zwischenrings 90 eine um die Achse A geführte, ringförmige Aussennut 92 eingeformt ist. Diese Nut dient der Aufnahme eines Sprengringes 110. Der Sprengring spreizt nach dem Einbringen in die Nut 92 auf und ist dann in axialer Richtung in der Nut 92 festgesetzt. In eine auf der Aussenfläche des Zwischenrings 90 aufliegenden Innenfläche des Tragrings 100 ist eine um die Achse A geführte, ringförmige Innennut 101 eingeformt.
Beim Fertigen des Schalters wird der Tragring 100 mit seinem vom Ausblasende der Düse 50 abgewandten Ende auf den bereits am Isolierkörper 51 angeordneten Zwischenring 90 aufgeschoben. Die Innenfläche des Tragrings 100 läuft an dessen aufzuschiebenden Ende in ein sich konisch erweiterndes Einführprofil 102 aus. Der Durchmesser des Sprengrings 110 verringert sich daher beim Aufschieben durch elastische Verformung. Sobald der Sprengring über der Innennut 101 liegt, schnappt er unter Vergrösserung seines Durchmessers in diese Nut ein und sichert hierbei den Tragring 100 gegen axiales Verschieben. Alternativ kann der Sprengring 110 zuerst in die Innennut 101 eingespreizt werden und danach der Tragring 100 mit dem in die Nut 101 eingespreizten Sprengring 110 über den bereits am Isolierkörper 51 angeordneten Zwischenring 90 geschoben werden, wobei der in der Innennut 101 axial fixierte Sprengring 110 in die Aussennut 92 einschnappt und dabei den Tagring gegen axiales Verschieben sichert.
In die Innenfläche des Tragrings 100 ist eine radial nach innen erstreckte Ringstufe 103 eingeformt, die eine die Höhe dieser Stufe bestimmende Ringfläche 104 aufweist. Diese Stufe ist so angeordnet, dass eine am Ausblasende der Düse 50 vorgesehenen Stirnfläche 56 des Isolierkörpers 51 beim Einschnappen des Sprengrings 110 in die Innennut 101 auf der Ringfläche 104 der Ringstufe 103 aufsitzt. Durch dieses Aufsitzen wird die formschlüssige Verbindung des Isolierkörpers 51 mit dem Ringkörper 70 bei Schaltvorgängen entlastet, bei denen der Isolierkörper 51 durch die vom Antrieb eingeleitete Kraft auf Druck beansprucht wird. Bei einem Schalter, bei dem der Antrieb D unmittelbar auf den Kontaktträger 23 einwirkt, tritt diese Entlastung beim Schliessen auf, bei einem Schalter, bei dem die Kraft des Antriebs D' unmittelbar in das Antriebselement des Umlenkgetriebes (Stange 83) eingeleitet wird, hingegen beim Öffnen. Da der Antrieb beim Öffnen die zum Verdichten des im Kompressionsraum 43 befindlichen Isoliergases notwendige Kraft übertragen muss, ist die Entlastung der formschlüssigen Verbindung des Isolierkörpers 51 mit den Ringkörper 70 bei einem den Antrieb D' aufweisenden Schalter besonders vorteilhaft.
Aus Fig.1 ist ersichtlich, dass die Ringstufe 103 in vorteilhafter Weise zugleich einen Abschnitt des Diffusors 54 bildet und eine zum Ausblasende der Düse 50 hin sich konisch erweiternde Innenfläche 105 aufweist.
Um das Anordnen des Zwischenrings 90 auf dem Isolierkörper 51 zu erleichtern, ist der Zwischenring 90 geschlitzt ausgebildet und weist eine vorwiegend axial ausgerichtete, aus Fig.2 ersichtliche Längsfuge 93 auf. Bei der Fertigung des Schalters wird der Zwischenring quer zur Längsfuge 93 aufgespreizt und nachfolgend in das Aussenprofil 55 eingespreizt. Der Spreizvorgang kann entfallen, wenn der Zwischenring 90 zwei- oder mehrteilig ausgebildet ist und eine der Anzahl der Ringteile entsprechend Anzahl an Längsfugen aufweist, die ein unmittelbares Einfügen der Ringteile ins Aussenprofil 55 ermöglichen.
Um eine gute Kraftübertragung zu realisieren, weist das Aussenprofil 55 des Isolierkörpers 51 mindestens eine ringförmig um die Achse A geführte Erhöhung 57 oder Vertiefung 58 auf, in die eine weitgehend kongruent ausgebildete Vertiefung 94 oder Erhöhung 95 des Zwischenrings 90 eingepasst ist. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, weist das Aussenprofil 55 eine durch mehrere Erhöhungen 57 und Vertiefungen 58 hervorgerufene kammartige Struktur auf. Wegen dieser Struktur wird die zu übertragende Kraft gleichmässig über das Aussenprofil 55 verteilt in den Isolierkörper 51 eingeleitet.
Aus der Ausführungsform gemäss Fig.3 ist zu erkennen, dass es ausreicht, wenn der Isolierkörper 51 lediglich eine ringförmig um die Achse A geführte Erhöhung 57 aufweist, die in den lediglich eine Vertiefung 94 aufweisenden Zwischenring 90 eingreift. Erstreckt sich, wie in Fig.3 dargestellt, die Erhöhung 57 längs der Achse A über mindestens die Hälfte der Axialausdehnung des Zwischenrings 90, so wird eine grosse wirksame Scherfläche des Isolierkörpers 51 und damit auch eine grosse Festigkeit der formschlüssigen Verbindung zwischen Isolierkörper 51 und Ringkörper 70 erreicht.
Im Unterschied zu den aus den Figuren 2 und 3 ersichtlichen Ausführungsformen des Ringkörpers 70 kann der Zwischenring 90 auch fugenfrei ausgebildet sein. Wie Fig.4 entnommen werden kann, ist der Zwischenring dann mit dem Isolierkörper 51 verschraubt. Die Verschraubung weist hierbei ein dem Innenprofil 91 entsprechendes und ebenfalls in die Innenfläche des Zwischenrings 90 eingeformtes Innengewinde 91' auf. In dieses Innengewinde ist ein Aussengewinde 55' eingeschraubt, welches entsprechend dem Aussenprofil 55 in die Mantelfläche des Isolierkörpers 51 eingeformt ist. Ein sonst entsprechend den Ausführungsformen nach den Figuren 2 und 3 ausgebildeter Tragring 100 kann dann wie zuvor beschrieben mit Hilfe des in die Nuten 92 und 101 eingespreizten Sprengrings 110 axial fixiert werden. In einen an das Aussengewinde 55' anschliessenden Abschnitt der Mantelfläche des Isolierkörpers 51 ist eine ringförmig um die Achse A geführte Wulst 59 eingeformt, welche gegenüber einem beim Aufschrauben des Zwischenrings 90 an die Wulst geführten Ende 96 des Zwischenrings 90 Übermass aufweist. Beim weiteren Aufschrauben wird das Ende 96 über die Wulst 59 geführt und verformt dabei die Wulst elastisch. Gegen Ende des Aufschraubvorgangs entspannt sich die Wulst 59 wieder und schnappt in eine Innennut 97 ein, die sich an das Ende 96 anschliesst und in die Innenseite des Zwischenrings 90 eingeformt ist. Zugleich schlägt das Ende 96 des Zwischenrings an einem in die Mantelfläche des Isolierkörpers 51 eingeformten und den Aufschraubvorgang beendenden Anschlag 59' an. Durch das Ausdehnen der Wulst 59 in die Innennut 97 wird ein Lösen des durch Aufschrauben am Isolierkörper 51 festgesetzten Zwischenrings 90 verhindert. Hingegen bleibt der Tragring 100 um die Achse A schwenkbar auf dem Zwischenring 90 gelagert.
Bei allen Ausführungsformen umfasst der Tragring 100 den Zwischenring 90, ist der Tragring fugenfrei ausgebildet und ist zudem mit einer als Feldelektrode wirkenden, glatten Oberfläche versehen. Der Tragring 100 verhindert daher ein Ausdehnen des geschlitzt ausgebildeten Zwischenring und hält daher auch den mehrteilig ausgebildeten Zwischenring fest zusammen. Zugleich überdeckt er alle Längsfugen des Zwischenrings, wodurch ein Einfluss des Zwischenrings 90 auf die Steuerung des im Schalter wirkenden elektrischen Feldes unterbunden wird. Die Feldsteuerung wird - wie in den Figuren 2 bis 4 dargestellt - durch eine direkt in den Tragring eingeformte Feldelektrode 106 erreicht, kann aber auch durch eine aus Fig.5 ersichtliche, an den Tragring 100 angesetzte hohle Feldelektrode 106' erreicht werden. Die Verwendung einer solchen Feldelektrode reduziert die bewegte Masse bei einem Schaltvorgang und reduziert dementsprechend die Grösse des Antriebs D resp. D'.
Um zu verhindern, dass bei einem Schaltvorgang in der Lichtbogenzone 62 durch den Schaltlichtbogen gebildetes heisses Gas zu den Nennstromkontakten 22, 32 gelangt, ist auf die Aussenfläche des Tragrings 100 eine den Tragring umfassende aus Fig.1 ersichtliche Dichtung 107 aufgebracht. Diese Dichtung gleitet bei einem Schaltvorgang auf einem in Nennstromkontakt 32 angeordneten und mit diesem starr verbundenen hohlzylindrischen Schirm 33. Aus der Lichtbogenzone 62 austretendes heisses Gas wird dann durch den hohlen Kontaktträger 23 und durch die Düse 50 und den gasdicht an die Düse 50 anschliessenden Schirm 33 lediglich in Bereiche das Schaltergehäuses 10 geführt, die von den Nennstromkontakten 22, 32 weit entfernt liegen.

BEZUGSZEICHENLISTE

10: Schaltergehäuse
20: Schaltstück
21: Lichtbogenkontakt
22: Nennstromkontakt
23: Kontaktträger des Lichtbogenkontakts 21
24: Hülse
25: Wand
26: Rückschlagventil
30: Schaltstück
31: Lichtbogenkontakt
32: Nennstromkontakt
33: Schirm
40: Hohlkörper
41: Hohlzylinder
42: Zylinderboden
43: Kompressionsraum
50: Düse
51: Isolierkörper
52: Hilfsdüse
53: Engstelle der Düse 50
54: Diffusor der Düse 50
55: Aussenprofil
55': Aussengewinde
56: Stirnfläche
57: Erhöhung
58: Vertiefung
59: Wulst
59': Anschlag
60: Heizvolumen
61: Heizkanal
62: Lichtbogenzone
70: Ringkörper
80: Umlenkgetriebe
81: Zahnräder
82, 84: Zahnstangen
83: Stange
90: Zwischenring
91: Innenprofil
91': Innengewinde
92: Aussennut
93: Längsfuge
94: Vertiefung
95: Erhöhung
96: Ende des Zwischenrings 90
97: Innennut
100: Tragring
101: Innennut
102: Einführprofil
103: Ringstufe
104: Ringfläche
105: Innenfläche
106, 106': Feldelektrode
107: Dichtung
110: Sprengring
A: Achse
D, D': Schalterantriebe

Claims

Gasisolierter Hochspannungsschalter mit zwei längs einer Achse (A) relativ zueinander verschiebbaren Schaltstücken (20, 30), einer an einem ersten (20) der beiden Schaltstücke befestigten Düse (50) zur Beblasung eines Schaltlichtbogens mit Löschgas und einem feststehend gelagerten Umlenkgetriebe (80), das zum einem mit der Düse (50) und zum anderen mit dem zweiten Schaltstück (30) verbunden ist, wobei die Düse (50) einen hohlen Isolierkörper (51) aufweist, der eine Engstelle (53) und zumindest einen an die Engstelle sich anschliessenden Abschnitt eines Diffusors (54) bildet, sowie einen an einem Ausblasende der Düse (50) angeordneten metallenen Ringkörper (70) enthält, der formschlüssig mit dem ein Aussenprofil (55) aufweisenden Isolierkörper (51) verbunden ist und ein Antriebs- oder Abtriebselements (84) des Umlenkgetriebes (80) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (70) in konzentrischer Anordnung einen den Formschluss zum Isolierkörper (51) herstellenden Zwischenring (90) aufweist sowie einen auf den Zwischenring (90) aufgeschobenen und am Zwischenring (90) befestigten Ring (100) zum Tragen des Antriebs- oder Abtriebselements (84).
Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Aussenfläche des Zwischenrings (90) eine um die Achse (A) geführte, ringförmige Aussennut (92) und in eine auf der Aussenfläche des Zwischenrings (90) nahezu spielfrei aufliegenden Innenfläche des Tragrings (100) eine um die Achse (A) geführte, ringförmige Innennut (101) eingeformt ist, und dass die beiden Nuten (92, 101) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass bei einer während der Fertigung des Schalters erfolgenden Relativverschiebung von Tragring (100) und Zwischenring (90) entlang der Achse (A) ein in der Aussen- (92) oder in der Innennut (101) angeordneter Sprengring (110) unter Bildung einer gegen Axialverschiebungen gesicherten Verbindung von Trag- (100) und Zwischenring (90) in die Innen- (101) oder in die Aussennut (92) einspreizt.
Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Tragrings (100) an seinem dem ersten Schaltstück (30) zugewandten Ende in ein sich konisch erweiterndes Einführprofil (102) ausläuft, welches bei der Relativverschiebung (100) infolge elastischer Verformung den Durchmesser des Sprengrings (110) vor dessen Einspreizen reduziert.
Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Innenfläche des Tragrings (100) eine radial nach innen erstreckte Ringstufe (103) eingeformt ist, die mit einer die Stufenhöhe bildenden Ringfläche (104) auf einer am Ausblasende der Düse (50) vorgesehenen Stirnfläche (56) des Isolierkörpers (51) aufsitzt.
Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringstufe (103) einen Abschnitt des Diffusors (54) bildet und eine zum Ausblasende der Düse (50) hin sich konisch erweiternde Innenfläche (105) aufweist.
Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenring (90) geschlitzt ausgebildet ist und eine vorwiegend axial ausgerichtete, bei der Fertigung des Schalters ein Aufspreizen des Zwischenrings (90) ermöglichende Längsfuge (93) aufweist.
Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenring (90) mehrteilig ausgebildet ist und mindestens zwei durch vorwiegend axial erstreckte Längsfugen voneinander getrennte Ringteile aufweist.
Schalter nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aussenprofil (55) des Isolierkörpers (51) mindestens eine ringförmig um die Achse (A) geführte Erhöhung (57) oder Vertiefung (58) aufweist, in die eine weitgehend kongruent ausgebildete Vertiefung (94) oder Erhöhung (95) des Zwischenrings (90) eingepasst ist.
Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine ringförmig um die Achse (A) geführte Erhöhung (57) des Isolierkörpers (51) sich längs der Achse (A) über mindestens die Hälfte der Axialausdehnung des Zwischenrings (90) erstreckt.
Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenring (90) fugenfrei ausgebildet und mit dem Isolierkörper (51) verschraubt ist, wobei die Verschraubung ein in die Innenfläche des Zwischenrings (90) eingeformtes Innengewinde und ein in die Mantelfläche des Isolierkörpers (51) eingeformtes Aussengewinde aufweist.
Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einen sich an das Aussengewinde (55') anschliessenden Abschnitt der Mantelfläche des Isolierkörpers (51) eine ringförmig um die Achse (A) geführte Wulst (59) eingeformt ist, die in eine in die Innenfläche des Zwischenrings (90) eingeformte Innennut (97) eingeschnappt ist.
Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Zwischenring (90) umfassende fugenfreie Feldelektrode (106, 106') in den Tragring (100) eingeformt oder an den Tragring (100) angesetzt ist.
Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Aussenfläche des Tragrings (100) eine den Tragring umfassende Dichtung (107) angebracht ist zum Schutz von Nennstromkontakten (22, 32) der beiden Schaltstücke (20, 30) vor der Einwirkung von Lichtbogengasen.