EP3576125A1 - Hochspannungsleistungsschalter - Google Patents

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EP3576125A1
EP3576125A1 EP18175210.6A EP18175210A EP3576125A1 EP 3576125 A1 EP3576125 A1 EP 3576125A1 EP 18175210 A EP18175210 A EP 18175210A EP 3576125 A1 EP3576125 A1 EP 3576125A1
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EP
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circuit breaker
voltage circuit
channel
tulip
region
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EP18175210.6A
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English (en)
French (fr)
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Martin Seeger
Bernardo Galletti
Mahesh DHOTRE
Reto Karrer
Rijo-Jude Raphael
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Hitachi Energy Ltd
Original Assignee
ABB Schweiz AG
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Priority to CN201910456332.3A priority patent/CN110556262B/zh
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/7015—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H33/22—Selection of fluids for arc-extinguishing
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    • H01H33/901—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism making use of the energy of the arc or an auxiliary arc
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    • H01H33/91—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism the arc-extinguishing fluid being air or gas

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage circuit breaker.
  • High voltage circuit breakers have been known for a long time. They have two contact elements which are movable relative to each other along a central axis of the high-voltage circuit breaker. Between the two contact elements, an arc region is present, in which an arc is produced when the high-voltage circuit breaker is switched, which must be extinguished, for example, using an extinguishing gas.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a portion of a known high-voltage circuit breaker.
  • This high-voltage circuit breaker 1 has two mutually opposite, along a central axis 2 of the high-voltage circuit breaker by means of a drive relative to each other movable contact elements 3, 4.
  • the contact element 3 is a metallic contact tulip
  • the contact element 4 is a metallic contact pin.
  • an arc region 5 is provided, in which, for example, when turning off the high-voltage circuit breaker, in which the two contact elements are removed from each other, an arc is formed.
  • the in the FIG. 1 shown high-voltage circuit breaker 1 has a substantially cylindrically shaped auxiliary nozzle 6, which surrounds the contact element 3 at least partially.
  • the inner jacket 6a of the auxiliary nozzle faces the arc region 5.
  • the illustrated high-voltage circuit breaker 1 has a main nozzle 7, which surrounds the auxiliary nozzle 6 at least partially.
  • a channel 10 is formed, which connects the arc region 5 with a blowing volume 8, in particular heating volume and / or blow piston volume 8.
  • the blowing volume 8 is arranged in the radial direction 9 outside the auxiliary nozzle 6.
  • the channel 10 is angled and has a first channel region 10a and a second channel region 10b.
  • the first channel region 10a opens into the arc region 5 and extends at right angles to the central axis 2, i. in the radial direction 9.
  • the second channel region 10b opens into the blowing volume 8 and extends between the auxiliary nozzle 6 and the main nozzle 7 parallel to the central axis 2, i. in the axial direction 11.
  • a switchgear arrangement which has a switching gas buffer device and a projecting into this flow deflecting device.
  • the flow-deflecting device is formed at least in sections as a venturi nozzle with a removal opening.
  • this switchgear assembly on arcing contact pieces, a Lichtbogenschdüse and an auxiliary nozzle.
  • One of the arcing contact pieces is tubular and has a socket at its end facing the other arcing contact piece.
  • This second arcing contact piece is formed counter-bolt-shaped, so that it is retractable into the socket of the first arcing contact piece and allows a galvanic contacting between the two arcing contact pieces.
  • Between the Lichtbogenschdüse and the auxiliary nozzle a switching gas outlet channel is formed.
  • the tube-shaped arc contact piece lies in its radial outer region directly to the auxiliary nozzle.
  • the object of the invention is to provide a high-voltage circuit breaker whose Stromabschaltrich is improved. This object is achieved by a high-voltage circuit breaker having the features specified in claim 1. Advantageous embodiments and further developments are specified in the dependent claims, in claim combinations and in the description together with the figures.
  • the specified in claim 1 high-voltage circuit breaker comprises: two opposing, along a central axis of the high-voltage circuit breaker relative to each other movable contact elements, provided between the two contact elements arc region, an auxiliary nozzle which surrounds one of the contact elements at least partially, a main nozzle, which the auxiliary nozzle encloses at least partially, a the arc region with a blowing volume, in particular heating volume and / or Blaskolbenvolumen, connecting channel having a first channel region, wherein the first channel region opens into the arc region and there in the mouth region (in particular at blowing of the arc) a stagnation point forms, and extending between the auxiliary nozzle and a first of the two contact elements further channel, wherein the extending between the auxiliary nozzle and the first of the two contact elements further channel is closed at the end t and wherein the distance between the stagnation point and a narrowest point of the first contact element is in a range between 5 mm and 20 mm.
  • the distance on the central axis between the stagnation point and the narrowest point of the first contact element is measured.
  • the first contact element surrounds a volume and has a minimum cross-sectional area perpendicular to the central axis through the volume, wherein the intersection of the minimum cross-sectional area with the central axis defines the narrowest point of the first contact element.
  • Such a designed high-voltage circuit breaker has the advantage that even when using a (very) small distance between the stagnation point and the narrowest point of the first contact element, a (very) steep pressure profile can be formed, which largely independent of the shape or Design of the auxiliary nozzle is. Consequently, even in the case of wear and thus a surface change or erosion of the auxiliary nozzle occurs almost no change in the pressure profile.
  • a small acceleration section whose length according to the invention is in the range between 5 mm and 20 mm leads Together with a tulip channel closed at the end (or closed at the other end) to improve the current cut-off capability of the high-voltage circuit breaker.
  • this Stromabschaltrich is further improved by the fact that in the formed as a contact tulip contact tulip slots are also dimensioned as small as possible, in particular less than or equal to 1 mm or less than or equal to 0.8 mm or less than or equal to 0.6 mm ,
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a portion of a high-voltage circuit breaker according to the prior art.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a portion of a high voltage circuit breaker according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a portion of a high voltage circuit breaker according to an embodiment of the invention.
  • This high-voltage circuit breaker 1 has two mutually opposite, along a central axis 2 of the high-voltage circuit breaker by means of a drive relative to each other movable contact elements 3, 4.
  • the contact element 3 is a metallic contact tulip
  • the contact element 4 is a metallic contact pin.
  • an arc region 5 is present, in which, for example, when turning off the high-voltage circuit breaker, in which the two contact elements are removed from each other, an arc is formed.
  • the contact tulip mentioned has tulip fingers and from the FIG. 2 not visible, provided between the tulip fingers tulip slots, which allow deformation of the tulip fingers for receiving the contact pin 4.
  • FIG. 2 shown high-voltage circuit breaker 1 a cylindrically shaped auxiliary nozzle 6, which surrounds the contact tulip formed as a contact element 3 at least partially.
  • the region of the inner jacket 6a of the auxiliary nozzle 6 situated in the arc region 5 faces the arc region 5.
  • the inner jacket 6c of the auxiliary nozzle 6 adjacent to the radial outer jacket 3b of the contact element 3 extends (substantially) in the axial direction 11.
  • a tulip channel 13 is formed of the FIG.
  • Left end portion has a closure point 13a and in its other end, the tulip fingers engages at a distance or the Tulpenfinger partially enveloped or adjacent to the Tulpenfinger.
  • this effect is further improved in that the tulip slots present in the contact tulip 3, which allow deformation of the fingers of the contact tulip, are also dimensioned small, preferably smaller than or equal to 1 mm.
  • This effect is further enhanced if the tulip slots are chosen to be less than or equal to 0.8 mm.
  • a particularly preferred embodiment is to select the tulip slots less than or equal to 0.6 mm.
  • the illustrated high-voltage circuit breaker 1 has a main nozzle 7, which surrounds the auxiliary nozzle 6 at least partially.
  • the lying in the arc region of the inner shell 7a of the main nozzle 7 faces the arc region 5.
  • a channel 10 (also called heating channel 10) is formed, which connects the arc region 5 with a blowing volume 8, in particular heating volume 8 and / or blow piston volume 8.
  • This blowing volume is arranged in the radial direction 9 outside the auxiliary nozzle 6.
  • the channel 10 is typically angled and has a first channel region 10a and a second channel region 10b.
  • the first channel region 10a is at right angles or at approximately right angles to the central axis 2 of the high voltage circuit breaker, i. (substantially) in the radial direction 9.
  • the second channel region 10b extends between the auxiliary nozzle 6 and the main nozzle 7 parallel or nearly parallel to the central axis 2, i. (substantially) in the axial direction 11.
  • a stagnation point 12 located, which is located on the central axis 2.
  • the flow velocity of the gas is zero when the arc is blown (essentially) in the radial direction by the extinguishing gas flowing back from the blowing volume 8, in particular from the heating volume 8 and / or the blow piston volume 8.
  • This stagnation point 12 is provided at an axial position on the center axis of the high-voltage circuit breaker 1, which is located between an end portion 7b of the main nozzle 7 delimiting the channel portion 10a and an end portion 6b of the auxiliary nozzle 6 delimiting the channel portion 10a on the other side thereof.
  • the axial position of said end portion 7b of the main nozzle 7 is illustrated with a broken line indicated by the letter g.
  • the axial position of said end portion 6b of the auxiliary nozzle 6 (or the axial end surface 6b of the auxiliary nozzle 6 delimiting the channel portion 10a) is illustrated by a dashed line indicated by the letter f.
  • the throat (throat) of the contact tulip 3 is illustrated with a dashed line indicated by the letter e.
  • the stagnation point 12 is located in the axial region at the junction of the first channel region 10a in the arc region 5, i. in the axial region between the dashed lines f and g. In the axial region of the narrowest point (throat) of the contact tulip 3, which is indicated by the dashed line e, the Machl plane is located in supersonic flow conditions.
  • the distance L1 of the stagnation point 12 from the narrowest point of the contact tulip 3 is chosen to be very small and lies in a range between 5 mm and 20 mm. This range is chosen so that on the one hand, the axial acceleration section is not too short to to avoid the generation of turbulence on the arc jacket, and on the other hand, the axial Bescheun Trentsumble is long enough to ensure the increase of the pressure profile.
  • a preferred embodiment is to select the distance L1 of the stagnation point 12 from the narrowest point of the contact tulip 3 greater than 8 mm.
  • a particularly preferred embodiment is to select the distance L1 of the stagnation point 12 from the narrowest point of the contact tulip 3 greater than 10 mm.
  • a preferred embodiment is to select the distance L1 of the stagnation point 12 from the narrowest point of the contact tulip smaller than 18 mm.
  • a particularly preferred embodiment is to select the distance L1 of the stagnation point 12 from the narrowest point of the contact tulip smaller than 16 mm, in particular that the distance L1 of the stagnation point 12 is selected from the narrowest point of the contact tulip in the range of 12 mm to 16 mm ,
  • the gas flow through the tulip channel which is prevented by the end closure of the tulip channel 13, ensures that the Mach1 plane (in the case of arc loading) can be positioned only in the narrowest point of the contact tulip 3 and not, for example, in the region of the narrowest point of the auxiliary nozzle 6.
  • the axial position of the stagnation point 12 is - as already stated above - in the axial region between the two boundary lines f and g, which characterize the width of the first channel region 10a.
  • the selected short distance L1 between the stagnation point 12 and the narrowest point of the first contact element allows the already mentioned steep rise of the pressure profile, which is almost independent of the shape of the auxiliary nozzle 6. Consequently, even in the case of a worn auxiliary nozzle 6, almost no change in the pressure profile occurs. Furthermore, the selected short distance L1, which is in the range between 5 mm and 20 mm, leads to an improved current breaking capacity of the high-voltage circuit breaker 1.
  • a network interface for connecting a high-voltage circuit breaker 1 according to the invention with a data network.
  • the high voltage power switch is connectable to the data network via the network interface to execute a command received from the data network and / or to transmit information to the data network. For example, in this way, turn-on and turn-off commands can be transmitted to the high-voltage power switch and / or status information can be transmitted from the high-voltage power switch 1 to the data network.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungs-Leistungsschalter (1) mit einer Hauptdüse (7), einer Hilfsdüse (6) und einem dazwischen angeordneten Heizkanal (10), der zu einem Heizvolumen (8) führt. Zusätzlich ist ein weiterer Kanal (13) zwischen der Hilfsdüse (6) und dem ersten der beiden Kontaktelemente (3) vorhanden. Erfindungsgemäss ist der weitere Kanal (13) endseitig verschlossen, und der Abstand (L1), gemessen in Richtung der Mittelachse (2), zwischen dem Staupunkt (12) und einer engsten Stelle des ersten Kontaktelements (3) liegt im Bereich zwischen 5 mm und 20 mm.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen Hochspannungs-Leistungsschalter.
    • Stand der Technik
  • Hochspannungs-Leistungsschalter sind seit langer Zeit bekannt. Sie weisen zwei Kontaktelemente auf, die längs einer Mittelachse des Hochspannungs-Leistungsschalters relativ zueinander beweglich sind. Zwischen den beiden Kontaktelementen liegt ein Lichtbogenbereich vor, in welchem bei einem Schalten des Hochspannungs-Leistungsschalters ein Lichtbogen entsteht, der beispielsweise unter Verwendung eines Löschgases gelöscht werden muss.
  • Die Figur 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Teils eines bekannten Hochspannungs-Leistungsschalters. Dieser Hochspannungs-Leistungsschalter 1 weist zwei einander gegenüberstehende, längs einer Mittelachse 2 des Hochspannungs-Leistungsschalters mittels eines Antriebs relativ zueinander bewegliche Kontaktelemente 3, 4 auf. Bei dem Kontaktelement 3 handelt es sich um eine metallische Kontakttulpe, beim Kontaktelement 4 um einen metallischen Kontaktstift. Zwischen den beiden Kontaktstücken 3, 4 ist ein Lichtbogenbereich 5 vorgesehen, in welchem beispielsweise bei einem Ausschalten des Hochspannungs-Leistungsschalters, bei welchem die beiden Kontaktelemente voneinander entfernt werden, ein Lichtbogen gebildet wird.
  • Des Weiteren weist der in der Figur 1 gezeigte Hochspannungs-Leistungsschalter 1 eine im wesentlichen zylindrisch ausgebildete Hilfsdüse 6 auf, die das Kontaktelement 3 zumindest teilweise umschließt. Der Innenmantel 6a der Hilfsdüse ist dem Lichtbogenbereich 5 zugewandt.
  • Ferner weist der dargestellte Hochspannungs-Leistungsschalter 1 eine Hauptdüse 7 auf, welche die Hilfsdüse 6 zumindest teilweise umschließt.
  • Zwischen der Hilfsdüse 6 und der Hauptdüse 7 ist ein Kanal 10 gebildet, der den Lichtbogenbereich 5 mit einem Blasvolumen 8, insbesondere Heizvolumen und/oder Blaskolbenvolumen 8, verbindet. Das Blasvolumen 8 ist in Radialrichtung 9 außerhalb der Hilfsdüse 6 angeordnet. Der Kanal 10 ist abgewinkelt ausgebildet und weist einen ersten Kanalbereich 10a und einen zweiten Kanalbereich 10b auf. Der erste Kanalbereich 10a mündet in den Lichtbogenbereich 5 und verläuft im rechten Winkel zur Mittelachse 2, d.h. in Radialrichtung 9. Der zweite Kanalbereich 10b mündet in das Blasvolumen 8 und verläuft zwischen der Hilfsdüse 6 und der Hauptdüse 7 parallel zur Mittelachse 2, d.h. in Axialrichtung 11.
  • Zwischen der metallischen Kontakttulpe 3 und der Hilfsdüse 6 ist ein zusätzlicher Kanal 13 gebildet. Dies hat zur Folge, dass sich im Bereich zwischen der Hilfsdüse 6 und der metallischen Kontakttulpe 3 in den Ausschaltphasen des Hochspannungs-Leistungsschalters ein Gasfluss einstellt.
  • Aus der DE 10 2009 009 450 A1 ist eine Schaltgeräteanordnung bekannt, die eine Schaltgaszwischenspeichereinrichtung und eine in diese hineinragende Strömungslenkeinrichtung aufweist. Die Strömungslenkeinrichtung ist zumindest abschnittsweise als Venturidüse mit einer Abnahmeöffnung ausgebildet. Des Weiteren weist diese Schaltgeräteanordnung Lichtbogenkontaktstücke, eine Lichtbogenlenkdüse und eine Hilfsdüse auf. Eines der Lichtbogenkontaktstücke ist rohrförmig ausgebildet und weist an seinem dem anderen Lichtbogenkontaktstück zugewandten Ende eine Buchse auf. Dieses zweite Lichtbogenkontaktstück ist gegengleich bolzenförmig ausgebildet, so dass es in die Buchse des ersten Lichtbogenkontaktstücks einfahrbar ist und eine galvanische Kontaktierung zwischen den beiden Lichtbogenkontaktstücken ermöglicht. Zwischen der Lichtbogenlenkdüse und der Hilfsdüse ist ein Schaltgasaustrittskanal gebildet. Das rohrförmig ausgebildete Lichtbogenkontaktstück liegt in seinem radialen Außenbereich unmittelbar an der Hilfsdüse an.
    • Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hochspannungs-Leistungsschalter anzugeben, dessen Stromabschaltvermögen verbessert ist. Diese Aufgabe wird durch einen Hochspannungs-Leistungsschalter mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen, in Anspruchskombinationen und in der Beschreibung zusammen mit den Figuren angegeben.
  • Der im Anspruch 1 angegebene Hochspannungs-Leistungsschalter weist auf: zwei einander gegenüberstehende, längs einer Mittelachse des Hochspannungs-Leistungsschalters relativ zueinander bewegliche Kontaktelemente, einen zwischen den beiden Kontaktelementen vorgesehenen Lichtbogenbereich, eine Hilfsdüse, die eines der Kontaktelemente zumindest teilweise umschließt, eine Hauptdüse, welche die Hilfsdüse zumindest teilweise umschließt, einen den Lichtbogenbereich mit einem Blasvolumen, insbesondere Heizvolumen und/oder Blaskolbenvolumen, verbindenden Kanal, der einen ersten Kanalbereich aufweist, wobei der erste Kanalbereich in den Lichtbogenbereich mündet und dort im Mündungsbereich (insbesondere bei Beblasung des Lichtbogens) einen Staupunkt bildet, und einen zwischen der Hilfsdüse und einem ersten der beiden Kontaktelemente verlaufenden weiteren Kanal, wobei der zwischen der Hilfsdüse und dem ersten der beiden Kontaktelemente verlaufende weitere Kanal endseitig verschlossen ist und wobei der Abstand zwischen dem Staupunkt und einer engsten Stelle des ersten Kontaktelements in einem Bereich zwischen 5 mm und 20 mm liegt.
  • Hierbei wird der Abstand auf der Mittelachse zwischen dem Staupunkt und der engsten Stelle des ersten Kontaktelements gemessen. Insbesondere umschliesst das erste Kontaktelement ein Volumen und weist eine senkrecht zur Mittelachse stehende, minimale Querschnittsfläche durch das Volumen auf, wobei der Schnittpunkt der minimalen Querschnittsfläche mit der Mittelachse die engste Stelle des ersten Kontaktelements definiert.
  • Ein derart ausgestalteter Hochspannungs-Leistungsschalter weist den Vorteil auf, dass auch bei einer Verwendung eines (sehr) kleinen Abstandes zwischen dem Staupunkt und der engsten Stelle des ersten Kontaktelements ein (sehr) steiles Druckprofil gebildet werden kann, das weitestgehend unabhängig von der Form bzw. Gestaltung der Hilfsdüse ist. Folglich tritt auch im Falle eines Verschleisses und damit einer Oberflächenveränderung bzw. eines Abbrands der Hilfsdüse nahezu keine Änderung des Druckprofils auf. Eine kleine Beschleunigungsstrecke, deren Länge erfindungsgemäss im Bereich zwischen 5 mm und 20 mm liegt, führt gemeinsam mit einem endseitig geschlossenen Tulpenkanal (bzw. endseitig verschlossenen weiteren Kanal) zu einer Verbesserung des Stromabschaltvermögens des Hochspannungs-Leistungsschalters.
  • In Ausführungsbeispielen wird dieses Stromabschaltvermögen dadurch weiter verbessert, dass in dem als Kontakttulpe ausgebildeten Kontaktelement vorhandene Tulpenschlitze ebenfalls möglichst klein dimensioniert werden, insbesondere kleiner als oder gleich 1 mm oder kleiner als oder gleich 0,8 mm oder kleiner als oder gleich 0,6 mm sind.
  • Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Zeichnungen.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die Figur 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Teils eines Hochspannungs-Leistungsschalters nach dem Stand der Technik.
  • Die Figur 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Teils eines Hochspannungs-Leistungsschalters gemäß einem Ausführungsbeispiel für die Erfindung.
    • Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen
  • Die Figur 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Teils eines Hochspannungs-Leistungsschalters gemäß einem Ausführungsbeispiel für die Erfindung. Dieser Hochspannungs-Leistungsschalter 1 weist zwei einander gegenüberstehende, längs einer Mittelachse 2 des Hochspannungs-Leistungsschalters mittels eines Antriebs relativ zueinander bewegliche Kontaktelemente 3, 4 auf. Bei dem Kontaktelement 3 handelt es sich um eine metallische Kontakttulpe, beim Kontaktelement 4 um einen metallischen Kontaktstift. Zwischen den beiden Kontaktstücken 3, 4 ist ein Lichtbogenbereich 5 vorhanden, in welchem beispielsweise bei einem Ausschalten des Hochspannungs-Leistungsschalters, bei welchem die beiden Kontaktelemente voneinander entfernt werden, ein Lichtbogen gebildet wird. Die genannte Kontakttulpe weist Tulpenfinger und aus der Figur 2 nicht ersichtliche, zwischen den Tulpenfingern vorgesehene Tulpenschlitze auf, die eine Verformung der Tulpenfinger zur Aufnahme des Kontaktstiftes 4 ermöglichen.
  • Des Weiteren weist der in der Figur 2 gezeigte Hochspannungs-Leistungsschalter 1 eine zylindrisch ausgebildete Hilfsdüse 6 auf, die das als Kontakttulpe ausgebildete Kontaktelement 3 zumindest teilweise umschließt. Der im Lichtbogenbereich 5 gelegene Bereich des Innenmantels 6a der Hilfsdüse 6 ist dem Lichtbogenbereich 5 zugewandt. Der dem radialen Außenmantel 3b des Kontaktelements 3 benachbarte Innenmantel 6c der Hilfsdüse 6 erstreckt sich (im wesentlichen) in Axialrichtung 11. Zwischen dem radialen Außenmantel 3b des Kontaktelements 3 und dem Innenmantel 6c des Hilfsdüse 6 ist ein Tulpenkanal 13 gebildet, der erfindungsgemäss in seinem in der Figur 2 linksseitigen Endbereich eine Verschlussstelle 13a aufweist und in seinem anderen Endbereich die Tulpenfinger mit Abstand umgreift bzw. die Tulpenfinger teilweise umhüllt oder an die Tulpenfinger angrenzt. Durch das Verschließen des Tulpenkanals 13 in seinem erstgenannten (linksseitigen) Endbereich wird erreicht, dass im Tulpenkanal 13 oder durch den Tulpenkanal in den Ausschaltphasen des Hochspannungs-Leistungsschalters kein Gasfluss oder kein wesentlicher Gasfluss auftritt.
  • Vorzugsweise wird dieser Effekt dadurch weiter verbessert, dass die in der Kontakttulpe 3 vorhandenen Tulpenschlitze, die eine Verformung der Finger der Kontakttulpe ermöglichen, ebenfalls klein dimensioniert werden, vorzugsweise kleiner als oder gleich 1 mm. Dieser Effekt wird noch weiter verbessert, wenn die Tulpenschlitze kleiner als oder gleich 0,8 mm gewählt werden. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform besteht darin, die Tulpenschlitze kleiner als oder gleich 0,6 mm zu wählen.
  • Ferner weist der dargestellte Hochspannungs-Leistungsschalter 1 eine Hauptdüse 7 auf, welche die Hilfsdüse 6 zumindest teilweise umschließt. Der im Lichtbogenbereich liegende Teil des Innenmantels 7a der Hauptdüse 7 ist dem Lichtbogenbereich 5 zugewandt.
  • Zwischen der Hilfsdüse 6 und der Hauptdüse 7 ist ein Kanal 10 (auch Heizkanal 10 genannt) gebildet, der den Lichtbogenbereich 5 mit einem Blasvolumen 8, insbesondere Heizvolumen 8 und/oder Blaskolbenvolumen 8, verbindet. Dieses Blasvolumen ist in Radialrichtung 9 außerhalb der Hilfsdüse 6 angeordnet. Der Kanal 10 ist typischerweise abgewinkelt ausgebildet und weist einen ersten Kanalbereich 10a und einen zweiten Kanalbereich 10b auf. Der erste Kanalbereich 10a verläuft im rechten Winkel oder nahezu im rechten Winkel zur Mittelachse 2 des Hochspannungs-Leistungsschalters, d.h. (im wesentlichen) in Radialrichtung 9. Der zweite Kanalbereich 10b verläuft zwischen der Hilfsdüse 6 und der Hauptdüse 7 parallel oder nahezu parallel zur Mittelachse 2, d.h. (im wesentlichen) in Axialrichtung 11.
  • Des Weiteren ist in der Figur 2 ein Staupunkt 12 eingezeichnet, der sich auf der Mittelachse 2 befindet. An diesem Staupunkt 12 ist die Strömungsgeschwindigkeit des Gases gleich Null, wenn der Lichtbogen von dem aus dem Blasvolumen 8, insbesondere aus dem Heizvolumen 8 und/oder Blaskolbenvolumen 8, durch den Heizkanal 10 zurückströmenden Löschgas (im wesentlichen) in radialer Richtung beblasen wird.
  • Dieser Staupunkt 12 ist an einer Axialposition auf der Mittelachse des Hochspannungs-leistungsschalters 1 vorhanden ist, welche zwischen einem den Kanalbereich 10a begrenzenden Endbereich 7b der Hauptdüse 7 und einem den Kanalbereich 10a auf dessen anderer Seite begrenzenden Endbereich 6b der Hilfsdüse 6 liegt. In Figur 2 ist die Axialposition des genannten Endbereiches 7b der Hauptdüse 7 mit einer gestrichelten Linie veranschaulicht, die mit dem Buchstaben g bezeichnet ist. In Figur 2 ist die Axialposition des genannten Endbereiches 6b der Hilfsdüse 6 (bzw. der den Kanalbereich 10a begrenzenden axialen Endfläche 6b der Hilfsdüse 6) mit einer gestrichelten Linie veranschaulicht, die mit dem Buchstaben f bezeichnet ist. Ferner ist in der Figur 2 die engste Stelle (throat) der Kontakttulpe 3 mit einer gestrichelten Linie veranschaulicht, die mit dem Buchstaben e bezeichnet ist.
  • Der Staupunkt 12 ist im axialen Bereich an der Einmündung des ersten Kanalbereichs 10a in den Lichtbogenbereich 5 angeordnet, d.h. im axialen Bereich zwischen den gestrichelten Linien f und g. Im axialen Bereich der engsten Stelle (throat) der Kontakttulpe 3, die durch die gestrichelte Linie e gekennzeichnet ist, befindet sich bei supersonischen Strömungsverhältnissen die Machl-Ebene.
  • Erfindungsgemäss ist der Abstand L1 des Staupunkt 12 von der engsten Stelle der Kontakttulpe 3 sehr klein gewählt und liegt in einem Bereich zwischen 5 mm und 20 mm. Dieser Bereich ist so gewählt, dass einerseits die axiale Beschleunigungsstrecke nicht zu kurz ist, um die Entstehung von Turbulenzen am Lichtbogenmantel zu vermeiden, und dass andererseits die axiale Bescheunigungsstrecke lang genug ist, um den Anstieg des Druckprofils zu gewährleisten. Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, den Abstand L1 des Staupunkts 12 von der engsten Stelle der Kontakttulpe 3 größer als 8 mm zu wählen. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, den Abstand L1 des Staupunkts 12 von der engsten Stelle der Kontakttulpe 3 größer als 10 mm zu wählen. Des Weiteren besteht eine bevorzugte Ausgestaltung darin, den Abstand L1 des Staupunkts 12 von der engsten Stelle der Kontakttulpe kleiner als 18 mm zu wählen. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, den Abstand L1 des Staupunkts 12 von der engsten Stelle der Kontakttulpe kleiner als 16 mm zu wählen, inbesondere dass der Abstand L1 des Staupunkts 12 von der engsten Stelle der Kontakttulpe im Bereich von 12 mm bis 16 mm gewählt ist.
  • Der durch das endseitige Verschließen des Tulpenkanals 13 verhinderte Gasfluss durch den Tulpenkanal stellt dabei sicher, dass die Mach1-Ebene (bei Lichtbogenbelasung) nur im Bereich der engsten Stelle der Kontakttulpe 3 positioniert sein kann und nicht beispielsweise im Bereich der engsten Stelle der Hilfsdüse 6. Die axiale Position des Staupunkts 12 liegt - wie bereits oben ausgeführt wurde - im axialen Bereich zwischen den beiden Begrenzungslinien f und g, welche die Breite des ersten Kanalbereichs 10a charakterisieren.
  • Die gewählte kurze Distanz L1 zwischen dem Staupunkt 12 und der engsten Stelle des ersten Kontaktelements ermöglicht den bereits genannten steilen Anstieg des Druckprofils, welcher nahezu unabhängig von der Form der Hilfsdüse 6 ist. Folglich tritt selbst im Falle einer abgenutzten Hilfsdüse 6 nahezu keine Änderung des Druckprofils auf. Ferner führt die gewählte kurze Distanz L1, die im Bereich zwischen 5 mm und 20 mm liegt, zu einem verbesserten Stromabschaltvermögen des Hochspannungs-Leistungsschalters 1.
  • Zu einer Verbesserung des Stromabschaltvermögens des Hochspannungs-Leistugsschalters wäre es nicht zwingend notwendig, den Tulpenkanal endseitig vollständig zu verschließen. Eine starke Verengung des Tulpenkanals an dieser Stelle wäre grundsätzlich ausreichend, um eine Verbesserung des Stromabschaltvermögens zu erreichen. Da aber der sich aufbauende Druck dann am größten ist, wenn der Tulpenkanal endseitig vollständig verschlossen ist, wird ein vollständiges Verschließen des Tulpenkanals an einer Verschlussstelle bevorzugt. Würde im Tulpenkanal Gasfluss auftreten, dann würde die axiale Position der Mach1-Ebene in Abhängigkeit vom Verschleiss der Hilfsdüse variieren und das Druckprofil würde sich verändern. Dies ist jedoch nicht gewünscht, da das Stromabschaltvermögen des Hochspannungs-Leistungsschalters unabhängig vom Verschleiss der Hilfsdüse sein soll. Folglich wird bei der vorliegenden Erfindung sowohl eine kurze Beschleunigungslänge L1 gewählt als auch ein endseitiger Verschluss des Tulpenkanals vorgenommen, wobei die Beschleunigungslänge L1 im Bereich zwischen 5 mm und 20 mm liegt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zur Verbindung eines erfindungsgemäßen Hochspannungs-Leistungsschalters 1 mit einem Datennetzwerk ein Netzwerk-Interface vorgesehen. Der Hochspannungs-Leistungsschalter ist über das Netzwerk-Interface mit dem Datennetzwerk verbindbar, um einen vom Datennetzwerk empfangenen Befehl auszuführen und/oder um Informationen an das Datennetzwerk zu übertragen. Beispielsweise können auf diese Weise Einschalt- und Ausschaltbefehle an den Hochspannungs-Leistungsschalter übertragen werden und/oder Statusinformationen vom Hochspannungs-Leistungsschalter 1 an das Datennetzwerk übertragen werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hochspannungs-Leistungsschalter
    2
    Mittelachse des Hochspannungs-Leistungsschalters
    3
    Erstes Kontaktelement; Kontakttulpe
    3a
    Innenmantel des ersten Kontaktelements
    3b
    Außenmantel des ersten Kontaktelements im Tulpenkanal
    4
    Zweites Kontaktelement; Kontaktstift
    5
    Lichtbogenbereich
    6
    Hilfsdüse
    6a
    Innenmantel der Hilfsdüse 6 im Lichtbogenbereich
    6b
    axialer Endbereich der Hilfsdüse 6
    6c
    Innenmantel der Hilfsdüse 6 im Tulpenkanal
    7
    Hauptdüse
    7a
    Innenmantel der Hauptdüse 7 im Lichtbogenbereich
    7b
    axialer Endbereich der Hauptdüse 7
    8
    Heizvolumen, Blaskolbenvolumen; Blasvolumen
    9
    Radialrichtung
    10
    Kanal, Heizkanal
    10a
    erster Kanalbereich
    10b
    zweiter Kanalbereich
    11
    Axialrichtung
    12
    Staupunkt
    13
    weiterer Kanal, Tulpenkanal
    13a
    Verschlussstelle
    e
    axiale Position der Mach1-Ebene
    f
    axiale Position einer ersten Begrenzung des ersten Kanalbereichs 10a
    g
    axiale Position einer zweiten Begrenzung des Kanalbereichs 10a

Claims (15)

  1. Hochspannungs-Leistungsschalter (1) mit
    - zwei einander gegenüberstehenden, längs einer Mittelachse (2) des Hochspannungs-Leistungsschalters relativ zueinander beweglichen Kontaktelementen (3, 4),
    - einem zwischen den beiden Kontaktelementen vorgesehenen Lichtbogenbereich (5),
    - einer Hilfsdüse (6), die eines der Kontaktelemente (3) zumindest teilweise umschließt,
    - einer Hauptdüse (7), die die Hilfsdüse zumindest teilweise umschließt,
    - einem den Lichtbogenbereich mit einem Blasvolumen (8) verbindenden Kanal (10), der einen ersten Kanalbereich (10a) aufweist, wobei der erste Kanalbereich (10a) in den Lichtbogenbereich (5) mündet und dort im Mündungsbereich einen Staupunkt (12) bildet, und
    - einem zwischen der Hilfsdüse (6) und einem ersten der beiden Kontaktelemente (3) verlaufenden weiteren Kanal (13),
    wobei der zwischen der Hilfsdüse (6) und dem ersten der beiden Kontaktelemente (3) verlaufende weitere Kanal (13) endseitig verschlossen ist und
    der Abstand (L1), gemessen in Richtung der Mittelachse (2), zwischen dem Staupunkt (12) und einer engsten Stelle des ersten Kontaktelements (3) im Bereich zwischen 5 mm und 20 mm liegt.
  2. Hochspannungs-Leistungsschalter (1) nach Anspruch 1, bei welchem das erste Kontaktelement eine Kontakttulpe (3) und das zweite Kontaktelement ein Kontaktstift (4) ist und wobei der weitere Kanal (13) ein Tulpenkanal ist.
  3. Hochspannungs-Leistungsschalter (1) nach Anspruch 2, bei welchem der Tulpenkanal (13) an einer endseitigen Verschlussstelle (13a) verschlossen ist und in seinem anderen Endbereich an Tulpenfinger angrenzt, zwischen denen Tulpenschlitze vorgesehen sind.
  4. Hochspannungs-Leistungsschalter (1) nach Anspruch 3, bei welchem die Tulpenschlitze jeweils kleiner als oder gleich 1 mm sind.
  5. Hochspannungs-Leistungsschalter (1) nach Anspruch 3, bei welchem die Tulpenschlitze jeweils kleiner kleiner als oder gleich 0,8 mm sind.
  6. Hochspannungs-Leistungsschalter (1) nach Anspruch 3, bei welchem die Tulpenschlitze jeweils kleiner als oder gleich 0,6 mm sind.
  7. Hochspannungs-Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem im Bereich der engsten Stelle des ersten Kontaktelements (3), insbesondere in einem Querschnittsbereich der engsten Stelle, bei supersonischen Strömungsverhältnissen eine Machl-Ebene gebildet ist.
  8. Hochspannungs-Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Abstand (L1) zwischen dem Staupunkt (12) und der engsten Stelle des ersten Kontaktelements größer ist als 8 mm.
  9. Hochspannungs-Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Abstand (L1) zwischen dem Staupunkt (12) und der engsten Stelle des ersten Kontaktelements größer ist als 10 mm.
  10. Hochspannungs-Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Abstand (L1) zwischen dem Staupunkt (12) und der engsten Stelle des ersten Kontaktelements kleiner ist als 18 mm.
  11. Hochspannungs-Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Abstand (L1) zwischen dem Staupunkt (12) und der engsten Stelle des ersten ersten Kontaktelements kleiner ist als 16 mm.
  12. Hochspannungs-Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der den Lichtbogenbereich (5) mit dem Blasvolumen (8) verbindende Kanal (10) abgewinkelt ausgebildet ist und den ersten Kanalbereich (10a) und einen zweiten Kanalbereich (10b) aufweist, wobei der erste Kanalbereich (10a) rechtwinklig oder im Wesentlichen rechtwinklig zu der Mittelachse (2) verläuft und der zweite Kanalbereich (10b) in das Blasvolumen (8) mündet und zwischen der Hilfsdüse (6) und der Hauptdüse (7) parallel oder im Wesentlichen parallel zur Mittelachse (2) verläuft.
  13. Hochspannungs-Leistungsschalter (1) nach Anspruch 13, wobei der Staupunkt (12) an einer Axialposition auf der Mittelachse (2) des Hochspannungsleistungsschalters (1) vorhanden ist, welche zwischen einem den ersten Kanalbereich (10a) begrenzenden Endbereich (7b) der Hauptdüse (7) und einem den ersten Kanalbereich (10a) auf dessen anderer Seite begrenzenden Endbereich (6b) der Hilfsdüse (6) liegt.
  14. Hochspannungs-Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstand (L1) auf der Mittelachse (2) zwischen dem Staupunkt (12) und der engsten Stelle des ersten Kontaktelements (3) gemessen ist, insbesondere dass das erste Kontaktelement (3) ein Volumen umschliesst und eine senkrecht zur Mittelachse (2) stehende, minimale Querschnittsfläche durch das Volumen aufweist, wobei der Schnittpunkt der minimalen Querschnittsfläche mit der Mittelachse (2) die engste Stelle des ersten Kontaktelements (3) definiert.
  15. Hochspannungs-Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Blasvolumen (8) ein Heizvolumen (8) oder ein Blaskolbenvolumen (8) oder ein kombiniertes Heizvolumen (8) und Blaskolbenvolumen (8) ist.
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