EP3576125B1 - Hochspannungsleistungsschalter - Google Patents

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EP3576125B1
EP3576125B1 EP18175210.6A EP18175210A EP3576125B1 EP 3576125 B1 EP3576125 B1 EP 3576125B1 EP 18175210 A EP18175210 A EP 18175210A EP 3576125 B1 EP3576125 B1 EP 3576125B1
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EP
European Patent Office
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circuit breaker
voltage circuit
channel
tulip
region
Prior art date
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Active
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EP18175210.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3576125A1 (de
Inventor
Martin Seeger
Bernardo Galletti
Mahesh DHOTRE
Reto Karrer
Rijo-Jude Raphael
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Energy Ltd
Original Assignee
ABB Power Grids Switzerland AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to CN201910456332.3A priority patent/CN110556262B/zh
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/7015—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts
    • H01H33/7023—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts characterised by an insulating tubular gas flow enhancing nozzle
    • H01H33/703—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts characterised by an insulating tubular gas flow enhancing nozzle having special gas flow directing elements, e.g. grooves, extensions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/22—Selection of fluids for arc-extinguishing
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H33/901—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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    • H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H33/91—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism the arc-extinguishing fluid being air or gas

Definitions

  • the 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 one another along a central axis of the high-voltage circuit breaker. Between the two contact elements there is an arc area in which an arc arises when the high-voltage circuit breaker is switched, which arc must be extinguished, for example, using an extinguishing gas.
  • the Figure 1 shows a cross-sectional view of part of a known high-voltage circuit breaker.
  • This high-voltage circuit breaker 1 has two opposing contact elements 3, 4 which can be moved relative to one another along a central axis 2 of the high-voltage circuit breaker by means of a drive.
  • the contact element 3 is a metallic contact tulip
  • the contact element 4 is a metallic contact pin.
  • An arc region 5 is provided between the two contact pieces 3, 4, in which an arc is formed, for example when the high-voltage circuit breaker is switched off, in which the two contact elements are removed from one another.
  • the high-voltage circuit breaker 1 shown has an essentially cylindrical auxiliary nozzle 6 which at least partially encloses the contact element 3.
  • the inner jacket 6a of the auxiliary nozzle faces the arc region 5.
  • the high-voltage circuit breaker 1 shown has a main nozzle 7 which at least partially encloses the auxiliary nozzle 6.
  • a channel 10 is formed between the auxiliary nozzle 6 and the main nozzle 7 and connects the arc region 5 to a blowing volume 8, in particular a heating volume and / or a blowing piston volume 8.
  • the blowing volume 8 is arranged outside the auxiliary nozzle 6 in the radial direction 9.
  • the channel 10 is angled and has a first channel area 10a and a second channel area 10b.
  • the first channel area 10a opens into the arc area 5 and runs at right angles to the central axis 2, ie in the radial direction 9.
  • the second channel area 10b opens into the blowing volume 8 and runs between the auxiliary nozzle 6 and the main nozzle 7 parallel to the central axis 2, ie in the axial direction 11.
  • An additional channel 13 is formed between the metallic contact tulip 3 and the auxiliary nozzle 6. As a result, a gas flow occurs in the area between the auxiliary nozzle 6 and the metallic contact tulip 3 in the switch-off phases of the high-voltage circuit breaker.
  • a switching device arrangement which has a switching gas intermediate storage device and a flow deflection device projecting into this.
  • the flow deflection device is designed at least in sections as a Venturi nozzle with a take-off opening.
  • this switching device arrangement has arcing contact pieces, an arcing nozzle 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 designed in the shape of a bolt opposite the same, so that it can be moved into the socket of the first arcing contact piece and enables galvanic contact between the two arcing contact pieces.
  • a switching gas outlet channel is formed between the arc steering nozzle and the auxiliary nozzle.
  • the tubular arcing contact piece rests directly on the auxiliary nozzle in its radial outer area.
  • WO 2009/124582 A1 and DE 195 12 652 C1 each disclose a high-voltage circuit breaker according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to provide a high-voltage circuit breaker whose current breaking capacity is improved. This object is achieved by a high-voltage circuit breaker with the features specified in claim 1.
  • the high-voltage circuit breaker specified in claim 1 has: two opposing contact elements that can move relative to one another along a central axis of the high-voltage circuit breaker, an arc area provided between the two contact elements, an auxiliary nozzle which at least partially encloses one of the contact elements, a main nozzle which the auxiliary nozzle at least partially encloses a channel connecting the arc area with a blowing volume, in particular heating volume and / or blowing piston volume, which has a first channel area, the first channel area opening into the arc area and there a stagnation point in the opening area (especially when blowing the arc) forms, and a further channel running between the auxiliary nozzle and a first of the two contact elements, the further channel running between the auxiliary nozzle and the first of the two contact elements being closed at the end 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 encloses a volume and has a minimum cross-sectional area perpendicular to the central axis through the volume, the intersection of the minimum cross-sectional area with the central axis defining the narrowest point of the first contact element.
  • a high-voltage circuit breaker designed in this way 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 is largely independent of the shape or shape. Design of the auxiliary nozzle is. Consequently, almost no change in the pressure profile occurs even in the event of wear and thus a surface change or a burn-off of the auxiliary nozzle.
  • a small acceleration path the length of which, 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 further channel closed at the end) to improve the current breaking capacity of the high-voltage circuit breaker.
  • this current disconnection capacity is further improved in that the tulip slots present in the contact element designed as a contact tulip are also made 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 .
  • the Figure 2 shows a cross-sectional representation of part of a high-voltage circuit breaker according to an embodiment of the invention.
  • This high-voltage circuit breaker 1 has two opposing contact elements 3, 4 which can be moved relative to one another along a central axis 2 of the high-voltage circuit breaker by means of a drive.
  • the contact element 3 is a metallic contact tulip
  • the contact element 4 is a metallic contact pin.
  • the said contact tulip has tulip fingers and from the Figure 2 not visible, provided between the tulip fingers tulip slits, which allow a deformation of the tulip fingers for receiving the contact pin 4.
  • the high-voltage circuit breaker 1 shown has a cylindrically designed auxiliary nozzle 6 which at least partially encloses the contact element 3 designed as a contact tulip.
  • the area of the inner jacket 6a of the auxiliary nozzle 6 located in the arc area 5 faces the arc area 5.
  • the inner jacket 6c of the auxiliary nozzle 6, which is adjacent to the radial outer jacket 3b of the contact element 3, extends (essentially) in the axial direction 11.
  • a tulip channel 13 is formed which, according to the invention, in its in of the Figure 2 has a closure point 13a on the left-hand end region and in its other end region it encompasses the tulip fingers at a distance or partially envelops the tulip fingers or adjoins the tulip fingers.
  • the tulip slits present in the contact tulip 3, which allow the fingers of the contact tulip to be deformed are also dimensioned small, preferably smaller than or equal to 1 mm.
  • This effect is further improved if the tulip slits are chosen to be smaller than or equal to 0.8 mm.
  • a particularly preferred embodiment consists in choosing the tulip slits smaller than or equal to 0.6 mm.
  • the high-voltage circuit breaker 1 shown has a main nozzle 7 which at least partially encloses the auxiliary nozzle 6.
  • the part of the inner jacket 7a of the main nozzle 7 that is in the arc region faces the arc region 5.
  • a channel 10 (also called a heating channel 10) is formed between the auxiliary nozzle 6 and the main nozzle 7 and connects the arc region 5 with a blowing volume 8, in particular a heating volume 8 and / or a blowing piston volume 8.
  • This blowing volume is arranged outside the auxiliary nozzle 6 in the radial direction 9.
  • the channel 10 is typically angled and has a first channel area 10a and a second channel area 10b.
  • the first channel area 10a runs at right angles or almost at right angles to the central axis 2 of the high-voltage circuit breaker, ie (essentially) in the radial direction 9.
  • the second channel area 10b runs between the auxiliary nozzle 6 and the main nozzle 7 parallel or almost parallel to the central axis 2 , ie (essentially) in the axial direction 11.
  • a stagnation point 12 is shown, which is located on the central axis 2.
  • the flow velocity of the gas is zero when the arc is blown (essentially) in a radial direction by the extinguishing gas flowing back through the heating channel 10 from the blowing volume 8, in particular from the heating volume 8 and / or blowing piston volume 8.
  • This stagnation point 12 is present at an axial position on the central axis of the high-voltage circuit breaker 1, which lies between an end region 7b of the main nozzle 7 delimiting the channel region 10a and an end region 6b of the auxiliary nozzle 6 delimiting the channel region 10a on its other side.
  • the axial position of said end portion 7b of the main nozzle 7 is illustrated with a dashed line denoted by the letter g.
  • the axial position of said end region 6b of auxiliary nozzle 6 (or the axial end surface 6b of auxiliary nozzle 6 delimiting channel region 10a) is illustrated with a dashed line denoted by the letter f.
  • the narrowest point (throat) of the contact tulip 3 illustrated with a dashed line, which is denoted by the letter e.
  • the stagnation point 12 is arranged in the axial area at the confluence of the first channel area 10a into the arc area 5, i.e. in the axial area between the dashed lines f and g.
  • the Mach1 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 selected 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 distance is not too short to to avoid the creation of turbulence on the arc jacket and that, on the other hand, the axial acceleration path is long enough to ensure the rise in the pressure profile.
  • a preferred embodiment consists in choosing the distance L1 of the stagnation point 12 from the narrowest point of the contact tulip 3 to be greater than 8 mm.
  • a particularly preferred embodiment consists in choosing the distance L1 of the stagnation point 12 from the narrowest point of the contact tulip 3 to be greater than 10 mm.
  • a preferred embodiment consists in choosing the distance L1 of the stagnation point 12 from the narrowest point of the contact tulip to be less than 18 mm.
  • a particularly preferred embodiment consists in choosing the distance L1 of the stagnation point 12 from the narrowest point of the contact tulip to be less than 16 mm, in particular that the distance L1 of the stagnation point 12 from the narrowest point of the contact tulip is selected in the range of 12 mm to 16 mm .
  • the gas flow through the tulip channel prevented by the closing of the tulip channel 13 at the end ensures that the Mach1 plane (in the event of an arc load) can only be positioned in the area of the narrowest point of the contact tulip 3 and not, for example, in the area of the narrowest point of the auxiliary nozzle 6.
  • the axial position of the stagnation point 12 lies - as already explained above - in the axial area between the two boundary lines f and g, which characterize the width of the first channel area 10a.
  • the selected short distance L1 between the stagnation point 12 and the narrowest point of the first contact element enables the already mentioned steep increase in the pressure profile, which is almost independent of the shape of the auxiliary nozzle 6. As a result, almost no change in the pressure profile occurs even if the auxiliary nozzle 6 is worn. 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 to a data network.
  • the high-voltage circuit breaker can be connected to the data network via the network interface in order to execute a command received from the data network and / or to transmit information to the data network.
  • switch-on and switch-off commands can be transmitted to the high-voltage circuit breaker in this way and / or status information can be transmitted from the high-voltage circuit breaker 1 to the data network.

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  • Circuit Breakers (AREA)

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.
  • WO 2009/124582 A1 und DE 195 12 652 C1 offenbaren jeweils einen Hochspannungs-Leistungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
    • 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 Mach1-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 Beschleunigungsstrecke 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,
    dadurch gekennzeichnet, dass 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 Mach1-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 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 einem der vorhergehenden Ansprüche, 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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