EP3803931A1 - Gasisolierter schalter - Google Patents

Gasisolierter schalter

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EP3803931A1
EP3803931A1 EP19745978.7A EP19745978A EP3803931A1 EP 3803931 A1 EP3803931 A1 EP 3803931A1 EP 19745978 A EP19745978 A EP 19745978A EP 3803931 A1 EP3803931 A1 EP 3803931A1
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EP
European Patent Office
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contact
gas
insulated switch
contact unit
stamp
Prior art date
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EP19745978.7A
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EP3803931B1 (de
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Ivana Mladenovic
Paul Gregor Nikolic
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP3803931B1 publication Critical patent/EP3803931B1/de
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Definitions

  • the invention relates to a gas-insulated switch according to claim 1 and a high-voltage switching arrangement according to claim
  • circuit breaker in particular in the form of a gas-insulated switch, which can be opened under an electrical load, that is to say in particular in the event of a short circuit, and relieves the vacuum interrupter dielectrically.
  • the object of the invention is to provide a disconnector in the form of a gas-insulated switch which has a higher opening speed of the contacts in the event of a short circuit compared to conventional gas-insulated switches. Furthermore, the object is to provide a high-voltage switching arrangement with a vacuum interrupter, which can carry a higher voltage per construction space compared to the prior art.
  • the solution to the problem consists in a gas-insulated scarf ter according to claim 1 and in a high-voltage scarf teranssen according to claim 9.
  • the gas-insulated switch according to claim 1 has a first contact and a second contact, which are each part of a contact unit. At least one contact unit is connected to the first contact as a moving contact unit with a drive unit. The moving contact unit is movably mounted along a switching axis. Furthermore, the gas-insulated switch comprises a multi-part insulating material nozzle system which has a main nozzle and an auxiliary nozzle, a heating channel being formed between the main nozzle and the auxiliary nozzle, which starts from an arc chamber and which opens into a gas reservoir. This gas reservoir is limited on one side by a stamp.
  • the invention is characterized in that the gas reservoir is at least partially delimited radially with respect to the switching axis by a wall, the moving contact unit being movably mounted with respect to this wall along the switching axis and in that the stamp is part of the moving contact unit and thereby together with it is movably mounted in relation to the second contact such that the stamp moves away from the second contact along the switching axis during the opening process of the two contact units in order to enlarge the gas reservoir.
  • the construction of the gas-insulated switch of the invention resembles a so-called auto-blow switch, but it differs in that the conventional auto-blow switch has a self-blowing volume that is reduced in volume when a contact is opened by a plunger so that an extinguishing gas is generated the heating duct is pressed back into the arc space and thereby extinguishes the arc.
  • the wall which limits the self-blowing volume ra dial is part of the moving contact system and remains open when the switch is opened with respect to the self-blowing lumens or the gas reservoir unmoved.
  • the wall is movably mounted with respect to the first contact unit and is therefore not part of this first contact unit.
  • the gas reservoir that enlarges during the opening process moves along the wall of the reservoir described.
  • the insulating material nozzle system is a functionally interacting system in which the individual components can each be part of the contact units. This means that the components such as the main nozzle and the auxiliary nozzle do not have to be arranged rigidly to one another, but can move towards and away from each other during the opening and closing processes.
  • the wall that at least partially delimits the gas reservoir is an integral part of the contact unit of the second contact.
  • the said wall is expediently constructively attached to the second contact system with little effort.
  • a fastening of the wall to the housing of the vacuum interrupter can also be expedient.
  • the plunger is arranged in the first contact system in such a way that it is configured substantially perpendicularly with respect to a switching axis. This essentially means that an angled position with respect to the switching axis does not exceed 15 °.
  • the stamp is rotationally symmetrical with respect to the switching axis. This leads to a rotationally symmetrical gas cylinder-shaped reservoir around the switching contact.
  • the stamp is attached in a before geous embodiment to a bracket of the auxiliary nozzle, and thus fixed to the moving contact system a related party.
  • the two contacts In a gas-insulated switch after the construction of the self-blowing principle, the two contacts have different shapes, it is a tulip contact, which is preferably the first contact, and a pin contact, which is preferably designed as a second contact.
  • the pin contact is preferably part of a fixed contact unit.
  • the tulip contact is preferably part of the moving contact unit, it being possible in principle for both contact units to be movable via a corresponding coupled drive.
  • the wall of the gas reservoir described is part of the main nozzle.
  • Another embodiment of the invention is a high-voltage switching arrangement according to claim 9, which comprises a gas-insulated switch according to one of claims 1 to 8 and a vacuum interrupter.
  • the gas-insulated switch and the vacuum interrupter which in turn can be part of a circuit breaker, are connected in series. Because the gas-insulated switch described can be switched under load, the vacuum interrupter connected in series or in series manages with a lower electrical strength with respect to the rated voltage. This requires less technical effort in the construction of the vacuum interrupter and it is fundamentally possible to achieve higher rated voltages by means of a specified design.
  • the gas-insulated switch and the vacuum interrupter or a circuit breaker in which the vacuum interrupter is integrated may be expedient for the gas-insulated switch and the vacuum interrupter or a circuit breaker in which the vacuum interrupter is integrated to be operated by a common drive. This enables a simple technical structure and, on the other hand, a safe chronological sequence of the switching operations.
  • the high-voltage switching arrangement is designed in such a way that the voltage distribution via the gas-insulated switch and the vacuum interrupter is controlled by a control device.
  • a control device can for example be a capacitor or a resistor or a coupling of a capacitor and a resistor.
  • FIG. 1 shows a cross section through a gas-insulated switch with a moving contact unit and a fixed contact unit and with a gas reservoir
  • FIG. 2 shows a gas-insulated switch analogous to FIG. 1 with an additional arc extinguishing volume
  • FIG. 3 shows a gas-insulated switch analogous to FIG. 1, with an arc quenching volume in the main insulating material nozzle and
  • Figure 4 shows a series connection of the gas-insulated switch described with a vacuum interrupter and control devices connected in parallel therewith.
  • FIG. 1 shows a cross section through a gas-insulated switch which has a first contact 4 which is designed in the form of a tulip contact 30 and which has a second contact 6 which is designed in the form of a pin contact 32.
  • Both contacts 30, 32 are each integrated in a contact unit 8, 9, a first contact unit 8 and a second contact unit 9.
  • the two contacts 30 and 32 are translationally movable along a switching axis 10 during an opening or closing process of the gas-insulated switch 2 stored together.
  • the pin contact 32 is generally not designed as a fixed contact, however, the tulip contact 30 is designed as a moving contact.
  • the first contact unit 8 with the tulip contact 30 can also be referred to as a way contact unit.
  • the gas-insulated switch 2 has an insulating material nozzle system 12, which in particular comprises a main nozzle 14 and an auxiliary nozzle 16 and a heating duct 18 formed thereby.
  • the heating duct 18 leads from an arc space 20 to a gas reservoir 22.
  • the arc space 20 is the space which forms when contacts 30, 32 open and in which a switching arc 21 occurs during the opening process.
  • the gas reservoir 22 is delimited on the one hand on a radial inside in this embodiment by the auxiliary nozzle 16 and radially on the outside by the switching axis 10 by a wall 26. These two limits through the auxiliary nozzle 16 and the wall 26 extend radially umlau fend, but parallel to the switching axis 10. Furthermore, a stem 24 is provided which axially limits the gas reservoir 22.
  • the stamp 24 is essentially perpendicular, but rotationally symmetrical to the switching axis 10 and the stamp 24 is at least movable with respect to the wall 26.
  • the stamp 24 is an integral part of the moving contact unit 8
  • the wall 26 is not part of the moving contact unit 8.
  • the wall 26 can be part of the second contact unit 9, it can be designed as an extension of the main insulating material nozzle 14.
  • the wall 26 can also be mechanically decoupled from the fixed contact unit 9 and, for example, be arranged on the (not shown) housing of the switch 2.
  • the switch 2 opens, the tulip contact 30 and the pin contact 32 move apart along the switching axis 10, driven by a drive device, which is not shown here.
  • a switching arc 21 is created.
  • the switching medium 21 heats the insulating medium present in the arc space, which is essentially gaseous, and presses it into the gas reservoir 22 via the heating channel 18.
  • the movement of the gas along the heating channel 18 takes place in particular through the temperature increase and the volume expansion resulting therefrom.
  • This volume expansion in turn means that the insulating medium 23 is pressed against the plunger 24 with such high energy that the translational movement of the first contact unit 8, which in the Essentially includes the tulip contact 30, the auxiliary nozzle 16 and the stamp 24, so quickly that the speed of the movement caused by the drive is exceeded. It is therefore an additional acceleration of the moving contact unit 8 away from the fixed contact 32. As a result, the gas reservoir 22 is enlarged and the plunger 24 moves in the direction of the arrow 25.
  • the energy of the arc 21 is thus used to accelerate the opening of the switch 2 and thus also to increase the separation distance between the two contacts 30, 32. In this way, the arc 21 is also extinguished. This can be particularly relevant if the switch 2 is connected in series with a vacuum interrupter 48, as shown in FIG. 4. This series connection will be discussed further below.
  • a self-blowing volume known as an auto-blowing switch for extinguishing the switching arc 21 is dispensed with.
  • Arc energy is thus used for the accelerated opening of the contact units 8, 9.
  • the energy present by the arc is divided up and, on the one hand, is used for the accelerated opening of the switch 2 or the contact units 8 and 9, and another part of the arc energy is directed into an arc extinguishing volume 34 analogously to the auto-blow switch, similar to the known self-blowing switch, a compression volume 38 is also present here, which opens at a specific counterpressure and increases the pressure in the arc extinguishing volume 34, so that a return flow of the heated insulating medium 23 takes place through a branched heating channel 18 'into the arc space 20 and a Quenching the switching arc 21 occurs. This is shown in FIG.
  • the device according to FIG. 1 also aligns a second one radially with respect to the switching axis 10 Wall 36 which is part of the second contact unit 9 and which in turn surrounds the gas reservoir 22 and the first contact unit 18 at least partially radially.
  • the speed of the opening movement is increased with the same drive energy and, in parallel, a further part of the energy of the switching arc 21 is used for arc quenching.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of the prior illustration according to FIG. 2, in which the switch 2 according to FIG. 1 is used again, but this is designed in such a way that the arc extinguishing volume 34 is fitted in the main nozzle 14, where the flow control is optionally ensured by a hot gas channel 44 and a cold gas channel 42 and a corre sponding arrangement of flow control elements 40.
  • a compression volume 38 can also be provided, via which the insulating medium 23 can additionally be pressed into the arc extinguishing volume 34 through a compression channel 46.
  • FIG. 4 shows a circuit breaker 52 which comprises a gas-insulated switch 2 and a vacuum interrupter 48.
  • Parts of the circuit breaker 52 are one or two control devices 50 which are connected in parallel to the respective switching units, the gas-insulated switch 2 and the vacuum interrupter 48.
  • the control device 50 is, for example, a serial or parallel circuit of a capacitor with a resistor or only a resistor.
  • This arrangement has the effect that, for example, a vacuum interrupter 48, which is designed for a rated voltage level of 145 kV or 245 kV, in conjunction with the gas-insulated switch 2 which can be switched under load, also an isolating switch in several hundred kilovolt higher rated levels than the nominally provided voltage levels can be used. In this way the technical effort for producing the vacuum interrupter tube 48 is significantly reduced, which leads to smaller installation spaces and lower manufacturing costs. An important prerequisite for achieving this is the described gas-insulated switch 2, which uses the technology of a conventional one
  • Auto blow switch is based, but is modified compared to this in such a way that it can be opened under load, especially in the event of a short circuit, and rapid dielectric re-consolidation takes place.

Landscapes

  • Circuit Breakers (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen gasisolierten Schalter mit - einem ersten Kontakt (4, 30) und einem zweiten Kontakt (6, 32) die jeweils Bestandteil einer Kontakteinheit (8, 9) sind, wobei mindestens eine Kontakteinheit (8) mit dem ersten Kontakt (4) als Bewegkontakteinheit (8) mit einer Antriebseinheit verbunden ist und entlang einer Schaltachse (10) bewegbar gelagert ist und - einem mehrteiligen Isolierstoffdüsensystem (12), das eine Hauptdüse (14) und eine Hilfsdüse (16) aufweist, wobei zwischen der Hauptdüse (14) und der Hilfsdüse (16) ein Heizkanal (18) ausgebildet ist, der von einem Lichtbogenraum (20) ausgeht und der in einem Gasreservoir (22) mündet, wobei das Gasreservoir (22) an einer Seite durch einen Stempel (24) begrenzt ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Gasreservoir (22) bezüglich der Schaltachse (10) radial zumindest teilweise von einer Wand (26) begrenzt ist, die kein Bestandteil der Bewegkontakteinheit (8) ist und dass der Stempel (24) Teil der Bewegkontakteinheit (8) ist und dabei in der Art bewegbar gelagert ist, dass sich der Stempel (24) bei einem Öffnungsvorgang der beiden Kontakteinheiten (8, 9) zur Vergrößerung des Gasreservoirs (22) entlang der Schaltachse (10) vom zweiten Kontakt entfernt.

Description

Beschreibung
Gasisolierter Schalter
Die Erfindung betrifft einen gasisolierten Schalter nach An spruch 1 und eine Hochspannungsschaltanordnung nach Anspruch
9.
Im Bereich von Hoch- und Mittelspannungsschaltanlagen wird derzeit als Isoliergas und als Löschgas das Schwefelhexafluo rid SF6 eingesetzt. Dieses Gas eignet sich für die genannten Anwendungen hervorragend, es weist jedoch den Nachteil auf, dass es ein sehr hohes Treibhauspotenzial aufweist. Als Al ternative werden hierzu derzeit verschiedene Verbindungen, insbesondere fluorierte Verbindungen als Isoliermedien disku tiert. Andererseits ist es auch zweckmäßig, Vakuumschaltröh ren in Leistungsschalter zu integrieren. Mit einer steigenden Bemessungsspannung wächst jedoch der technische Aufwand, der für die Bereitstellung von Vakuumschaltröhren notwendig ist, um eine ausreichende Spannungsfestigkeit der Schaltstrecke nach der Stromunterbrechung zu gewährleisten, überproportio nal an. Um diesen Aufwand zu reduzieren, wäre es zweckmäßig, einen Trennschalter, insbesondere ausgestaltet in Form eines gasisolierten Schalters bereitzustellen, der unter elektri scher Last, das heißt insbesondere im Kurzschlussfall geöff net werden kann und die Vakuumschaltröhre dielektrisch ent lastet .
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Trennschalter in Form eines gasisolierten Schalters bereitzustellen, der gegenüber herkömmlichen gasisolierten Schaltern eine höhere Öffnungsgeschwindigkeit der Kontakte im Kurzschlussfall auf weist. Ferner besteht die Aufgabe in der Bereitstellung einer Hochspannungsschaltanordnung mit einer Vakuumschaltröhre, die gegenüber dem Stand der Technik eine höhere Spannung pro Bau raum tragen kann. Die Lösung der Aufgabe besteht in einem gasisolierten Schal ter gemäß Patentanspruch 1 und in einer Hochspannungsschal teranordnung nach Patentanspruch 9.
Der gasisolierte Schalter gemäß Anspruch 1 weist einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt auf, die jeweils Bestand teil einer Kontakteinheit sind. Dabei ist mindestens eine Kontakteinheit mit dem ersten Kontakt als Bewegkontakteinheit mit einer Antriebseinheit verbunden. Die Bewegkontakteinheit ist entlang einer Schaltachse bewegbar gelagert. Ferner um fasst der gasisolierte Schalter ein mehrteiliges Isolier stoffdüsensystem, das eine Hauptdüse und eine Hilfsdüse auf weist, wobei zwischen der Hauptdüse und der Hilfsdüse ein Heizkanal ausgebildet ist, der von einem Lichtbogenraum aus geht und der in einem Gasreservoir mündet. Dieses Gasreser voir ist an einer Seite durch einen Stempel begrenzt. Die Er findung zeichnet sich dadurch aus, dass das Gasreservoir be züglich der Schaltachse radial zumindest teilweise von einer Wand begrenzt ist, wobei die Bewegkontakteinheit bezüglich dieser Wand bewegbar entlang der Schaltachse gelagert ist und dass der Stempel Teil der Bewegkontakteinheit ist und dabei gemeinsam mit dieser in der Art bewegbar bezüglich des zwei ten Kontaktes gelagert ist, dass sich der Stempel bei einem Öffnungsvorgang der beiden Kontakteinheiten zur Vergrößerung des Gasreservoirs entlang der Schaltachse vom zweiten Kontakt entfernt .
Vom Aufbau ähnelt der gasisolierte Schalter der Erfindung ei nem sogenannten Selbstblasschalter, er unterscheidet sich je doch darin, dass der herkömmliche Selbstblasschalter ein Selbstblasvolumen aufweist, das beim Öffnen der beiden Kon taktsysteme durch einen Stempel in seinem Volumen so redu ziert wird, dass ein Löschgas durch den Heizkanal zurück in den Lichtbogenraum gepresst wird und dabei den Lichtbogen löscht. In diesem herkömmlichen Selbstblasschalter nach dem Stand der Technik ist die Wand, die das Selbstblasvolumen ra dial begrenzt allerdings Teil des Bewegkontaktsystems und bleibt beim Öffnen des Schalters bezüglich des Selbstblasvo- lumens bzw. des Gasreservoirs unbewegt. In der vorliegenden Erfindung ist die Wand bezüglich der ersten Kontakteinheit beweglich gelagert und somit kein Bestandteil dieser ersten Kontakteinheit. In der vorliegenden Erfindung bewegt sich das sich beim Öffnungsvorgang vergrößernde Gasreservoir entlang der beschriebenen Wand des Reservoirs.
Es ist noch anzumerken, dass das Isolierstoffdüsensystem ein funktional zusammen wirkendes System darstellt, in dem die einzelnen Komponenten für sich genommen jeweils Teil der Kon takteinheiten sein können. Das bedeutet, dass die Komponenten wie die Hauptdüse und die Hilfsdüse nicht starr zueinander angeordnet sein müssen, sondern sich während der Öffnungs und Schließvorgänge aufeinander zu und voneinander weg bewe gen können.
Durch die bewegliche Lagerung des Kontaktes der Bewegkontakt einheit, üblicherweise ein Tulpenkontakt, und die darum ange ordnete Hilfsdüse in der Schaltkammer ermöglicht die Erfin dung im Gegensatz zur heute eingesetzten Selbstblasleistungs schaltern eine Vergrößerung des Gasreservoirs, das in der vorliegenden Erfindung nicht als Selbstblasvolumen dient. Vielmehr wird durch das durch den Heizkanal einströmende hei ße Gas auf den Stempel eine Kraft ausgeübt, die eine Be schleunigung des Bewegkontaktsystems in Zugrichtung des An triebs bewirkt und somit die Antriebsbewegung unterstützt bzw. die Antriebsgeschwindigkeit erhöht. Dadurch ist bei gleicher Antriebsenergie eine Erhöhung der Kontaktöffnungsge schwindigkeit oder bei konstanter Kontaktöffnungsgeschwindig keit eine Reduktion der Antriebsenergie möglich.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist die das Gasreservoir zumindest teilweise begrenzende Wand ein Be standteil der Kontakteinheit des zweiten Kontaktes. Das be deutet, Teile des zweiten Kontaktsystems also zumindest die beschriebene Wand umgeben bevorzugt radial Teile des ersten Kontaktsystems und tragen dabei zur Bildung eines Hohlraums, nämlich des Gasreservoirs bei, das bei der Öffnung des Schal- ters, hervorgerufen durch das einströmende Heißgas, eine Ver größerung erfährt. Die genannte Wand ist dabei zweckmäßiger weise konstruktiv mit wenig Aufwand umsetzbar am zweiten Kon taktsystem befestigt. Grundsätzlich kann auch eine Befesti gung der Wand am Gehäuse der Vakuumschaltröhre zweckmäßig sein .
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Stempel im ersten Kontaktsystem so angeordnet, dass er bezüg lich einer Schaltachse im Wesentlichen senkrecht ausgestaltet ist. Dabei bedeutet im Wesentlichen, dass eine winklige An stellung gegenüber der Schaltachse nicht mehr als 15° be trägt .
Der Stempel ist dabei bezüglich der Schaltachse rotationssym metrisch ausgestaltet. Dies führt zu einem rotationssymmetri schen im Wesentlichen zylinderwandförmigen Gasreservoir um den Schaltkontakt herum. Der Stempel ist dabei in einer vor teilhaften Ausgestaltungsform an einer Halterung der Hilfsdü se angebracht, und somit fix mit dem Bewegkontaktsystem ver bunden .
Bei einem gasisolierten Schalter nach dem Aufbau des Selbst blasprinzips weisen die beiden Kontakte unterschiedliche For men auf, dabei handelt es sich einmal um einen Tulpenkontakt, der bevorzugt der erste Kontakt ist und um einen Stiftkon takt, der bevorzugt als zweiter Kontakt ausgestaltet ist. Da bei ist der Stiftkontakt bevorzugt Teil einer Festkontaktein- heit. Der Tulpenkontakt ist dabei bevorzugt Teil der Beweg kontakteinheit, wobei grundsätzlich über einen entsprechenden gekoppelten Antrieb auch beide Kontakteinheiten beweglich ge staltet sein können.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist die beschriebene Wand des Gasreservoirs Teil der Hauptdüse. Dies würde eine kostengünstige konstruktionstechnische Umsetzung ermöglichen . Eine weitere Ausgestaltungsform der Erfindung ist eine Hoch- spannungsschaltanordnung gemäß des Patentanspruchs 9, die ei nen gasisolierten Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8 sowie eine Vakuumschaltröhre umfasst. Dabei sind der gasiso lierte Schalter und die Vakuumschaltröhre, die wiederum Be standteil eines Leistungsschalters sein kann, in Reihe ge schaltet. Dadurch, dass der beschriebene gasisolierte Schal ter unter Last geschaltet werden kann, kommt die in Serie bzw. in Reihe geschaltete Vakuumschaltröhre mit einer gerin geren elektrischen Festigkeit bezüglich der Bemessungsspan nung aus. Dies erfordert einen geringeren technischen Aufwand bei der Konstruktion der Vakuumschaltröhre und es können grundsätzlich höhere Bemessungsspannungen durch eine vorgege bene Bauart erzielt werden.
Dabei kann es zweckmäßig sein, dass der gasisolierte Schalter und die Vakuumschaltröhre bzw. ein Leistungsschalter, in dem die Vakuumschaltröhre integriert ist, durch einen gemeinsamen Antrieb betrieben werden. Dies ermöglicht einen einfachen technischen Aufbau und andererseits eine sichere zeitliche Abfolge der Schaltvorgänge.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Hochspannungsschaltanordnung derart ausgestaltet, dass die Spannungsaufteilung über den gasisolierten Schalter und die Vakuumschaltröhre durch eine Steuereinrichtung gesteuert wird. Eine Steuereinrichtung kann beispielsweise ein Konden sator oder ein Widerstand oder eine Kopplung aus einem Kon densator und einem Widerstand sein.
Weitere Ausgestaltungsformen und weitere Merkmale der Erfin dung werden anhand der folgenden Zeichnungen näher erläutert. Merkmale in unterschiedlicher Ausgestaltungsform, aber mit derselben Benennung werden dabei mit denselben Bezugszeichen versehen. Es handelt sich grundsätzlich dabei um schematische Ausgestaltungsformen, die rein exemplarischer Natur sind und keine Einschränkung des Schutzbereichs darstellen. Dabei zeigen :
Figur 1 einen Querschnitt durch einen gasisolierten Schal ter mit einer Bewegkontakteinheit und einer Fest kontakteinheit sowie mit einem Gasreservoir,
Figur 2 einen gasisolierten Schalter analog zu Figur 1 mit einem zusätzlichen Lichtbogenlöschvolumen,
Figur 3 einen gasisolierten Schalter analog zu Figur 1, mit einem Lichtbogenlöschvolumen in der Hauptisolier- stoffdüse und
Figur 4 eine Reihenschaltung des beschriebenen gasisolier ten Schalters mit einer Vakuumschaltröhre und pa rallel dazu geschalteten Steuereinrichtungen.
In Figur 1 ist ein Querschnitt durch einen gasisolierten Schalter dargestellt, der einen ersten Kontakt 4 aufweist, der in Form eines Tulpenkontaktes 30 ausgestaltet ist und der einen zweiten Kontakt 6 aufweist, der in Form eines Stiftkon taktes 32 ausgestaltet ist. Beide Kontakte 30, 32 sind dabei jeweils in eine Kontakteinheit 8, 9 integriert, eine erste Kontakteinheit 8 und eine zweite Kontakteinheit 9. Die beiden Kontakte 30 und 32 sind dabei während eines Öffnungsvorgangs bzw. Schließvorgangs des gasisolierten Schalters 2 entlang einer Schaltachse 10 translatorisch beweglich zueinander ge lagert. Dabei ist der Stiftkontakt 32 in der Regel aber nicht zwingend als ein Festkontakt ausgestaltet, der Tulpenkontakt 30 hingegen ist als Bewegkontakt ausgestaltet. Somit ist die erste Kontakteinheit 8 mit dem Tulpenkontakt 30 auch als Be wegkontakteinheit zu bezeichnen.
Ferner weist der gasisolierte Schalter 2 ein Isolierstoffdü- sensystem 12 auf, das insbesondere eine Hauptdüse 14 und eine Hilfsdüse 16 sowie einen hierdurch gebildeten Heizkanal 18 umfasst. Der Heizkanal 18 führt von einem Lichtbogenraum 20 zu einem Gasreservoir 22. Der Lichtbogenraum 20 ist der Raum, der sich beim Öffnen der Kontakte 30, 32 bildet und in dem während des Öffnungsvorgangs ein Schaltlichtbogen 21 auf- tritt .
Das Gasreservoir 22 wird dabei zum einen auf einer radialen Innenseite in dieser Ausgestaltungsform von der Hilfsdüse 16 begrenzt und radial von der Schaltachse 10 nach außen hin von einer Wand 26 begrenzt. Diese beiden Begrenzungen durch die Hilfsdüse 16 und die Wand 26 erstrecken sich radial umlau fend, aber parallel zur Schaltachse 10. Ferner ist ein Stem pel 24 vorgesehen, der das Gasreservoir 22 axial begrenzt.
Das bedeutet, der Stempel 24 steht im Wesentlichen senkrecht, aber rotationssymmetrisch zur Schaltachse 10 und der Stempel 24 ist dabei zumindest bezüglich der Wand 26 beweglich gela gert. Das bedeutet, der Stempel 24 ist ein fester Bestandteil der Bewegkontakteinheit 8, wogegen die Wand 26 kein Teil die ser Bewegkontakteinheit 8 ist. Die Wand 26 kann in einer be vorzugten Ausgestaltung, wie dies in Figur 1 dargestellt ist, Bestandteil der zweiten Kontakteinheit 9 sein, sie kann als Verlängerung der Hauptisolierstoffdüse 14 ausgestaltet sein. Die Wand 26 kann jedoch auch von der Festkontakteinheit 9 me chanisch entkoppelt sein und beispielsweise am (nicht darge stellten) Gehäuse des Schalters 2 angeordnet sein.
Bei einer Öffnungsbewegung des Schalters 2 bewegen sich der Tulpenkontakt 30 und der Stiftkontakt 32 angetrieben durch eine Antriebsvorrichtung, die hier nicht dargestellt ist, entlang der Schaltachse 10 auseinander. Beim Öffnen der Kon takte 30, 32 entsteht ein Schaltlichtbogen 21. Durch den Schaltlichtbogen 21 wird das im Lichtbogenraum vorliegende Isoliermedium, das im Wesentlichen gasförmig ausgestaltet ist, erhitzt und über den Heizkanal 18 in das Gasreservoir 22 gedrückt. Die Bewegung des Gases entlang des Heizkanales 18 erfolgt insbesondere durch die Temperaturerhöhung und die da raus erfolgende Volumenausdehnung. Diese Volumenausdehnung führt wiederum dazu, dass das Isoliermedium 23 mit einer so hohen Energie gegen den Stempel 24 gepresst wird, dass die translatorische Bewegung der ersten Kontakteinheit 8, die im Wesentlichen den Tulpenkontakt 30, die Hilfsdüse 16 und den Stempel 24 umfasst, so schnell erfolgt, dass die Geschwindig keit der Bewegung , die durch den Antrieb hervorgerufen wird, überschritten wird. Es handelt sich dabei somit um eine zu sätzliche Beschleunigung der Bewegkontakteinheit 8 von dem Festkontakt 32 weg. Dadurch wird das Gasreservoir 22 vergrö ßert und der Stempel 24 bewegt sich in Richtung des Pfeiles 25.
Bei dem beschriebenen Öffnungsmechanismus des Schalters 2 wird somit die Energie des Lichtbogens 21 ausgenutzt, um die Öffnung des Schalters 2 zu beschleunigen und somit auch die Trennentfernung zwischen den beiden Kontakten 30, 32 zu erhö hen. Auf diese Weise kommt es ebenfalls zu einer Löschung des Lichtbogens 21. Dies kann insbesondere dann relevant sein, wenn der Schalter 2 in Reihe mit einer Vakuumschaltröhre 48 geschaltet ist, wie dies in Figur 4 dargestellt ist. Auf die se Reihenschaltung wird noch im Weiteren eingegangen werden.
Bei der in Figur 1 beschriebenen Anordnung wird auf ein als einen Selbstblasschalter bekanntes Selbstblasvolumen zur Lö schung des Schaltlichtbogens 21 verzichtet. Die gesamte
Lichtbogenenergie wird somit zur beschleunigten Öffnung der Kontakteinheiten 8, 9 verwandt. Es kann aber auch zweckmäßig sein, dass die durch den Lichtbogen vorhandene Energie aufge teilt wird und einerseits zur beschleunigten Öffnung des Schalters 2 bzw. der Kontakteinheiten 8 und 9 herangezogen wird und ein anderer Teil der Lichtbogenenergie analog des Selbstblasschalters in ein Lichtbogenlöschvolumen 34 gelenkt wird, wobei hier ebenfalls analog des bekannten Selbstblas schalters ferner ein Kompressionsvolumen 38 vorhanden ist, das sich bei einem bestimmten Gegendruck öffnet und den Druck im Lichtbogenlöschvolumen 34 erhöht, sodass eine Rückströmung des erhitzten Isoliermediums 23 durch einen abgezweigten Heizkanal 18' in den Lichtbogenraum 20 erfolgt und ein Lö schen des Schaltlichtbogens 21 auftritt. Dies ist in Figur 2 insofern dargestellt, dass die Vorrichtung gemäß Figur 1 noch eine zweite radial bezüglich der Schaltachse 10 ausgerichtete Wand 36 aufweist, die Bestandteil der zweiten Kontakteinheit 9 ist und die wiederum das Gasreservoir 22 und die erste Kon takteinheit 18 zumindest teilweise radial umgibt. In dieser Ausgestaltungsform ist es möglich, dass einerseits die Ge schwindigkeit der Öffnungsbewegung bei gleicher Antriebsener gie erhöht wird und parallel dazu ein weiterer Teil der Ener gie des Schaltlichtbogens 21 zur Lichtbogenlöschung genutzt wird .
In Figur 3 ist eine alternative Ausgestaltungsform der vor teilhaften Darstellung gemäß Figur 2 abgebildet, in der eben falls wieder auf den Schalter 2 gemäß Figur 1 zurückgegriffen wird, dieser jedoch in der Form ausgestaltet ist, dass das Lichtbogenlöschvolumen 34 in der Hauptdüse 14 angebracht ist, wobei hier die Strömungsführung gegebenenfalls durch einen Heißgaskanal 44 und einen Kaltgaskanal 42 sowie eine entspre chende Anordnung von Strömungssteuerelementen 40 konstruktiv gewährleistet ist. Ferner kann auch ein hier nicht darge stelltes Kompressionsvolumen 38 vorgesehen sein, über das durch einen Kompressionskanal 46 entsprechend Isoliermedium 23 in das Lichtbogenlöschvolumen 34 zusätzlich eingepresst werden kann.
In Figur 4 ist ein Leistungsschalter 52 dargestellt, der ei nen gasisolierten Schalter 2 und eine Vakuumschaltröhre 48 umfasst. Teile des Leistungsschalters 52 sind eine oder zwei Steuereinrichtungen 50, die zu den jeweiligen Schalteinhei ten, dem gasisolierten Schalter 2 und der Vakuumschaltröhre 48, parallel geschaltet sind. Dabei handelt es sich bei der Steuereinrichtung 50 beispielsweise um eine serielle oder pa rallele Schaltung eines Kondensators mit einem Widerstand oder lediglich um einen Widerstand. Diese Anordnung bewirkt, dass beispielsweise eine Vakuumschaltröhre 48, die für eine Bemessungsspannungsebene von 145 kV oder 245 kV ausgelegt ist, in Verbindung mit dem unter Last schaltbaren gasisolier ten Schalter 2, auch einem Trennschalter in mehreren hundert Kilovolt höheren Bemessungsebenen als die nominell vorgesehe nen Spannungsebenen eingesetzt werden kann. Auf diese Weise wird der technische Aufwand zur Herstellung der Vakuumschalt röhre 48 deutlich verringert, was zu geringeren Bauräumen und zu niedrigeren Herstellungskosten führt. Eine wichtige Vo raussetzung um dies zu erzielen ist der beschriebene gasiso- lierte Schalter 2, der auf der Technologie eines üblichen
Selbstblasschalters basiert, der aber gegenüber diesem derart abgewandelt ist, dass er unter Last, insbesondere auch im Kurzschlussfall geöffnet werden kann und eine zügige dielekt rische Wiederverfestigung erfolgt.
Bezugszeichenliste
2 gasisolierter Schalter
4 erster Kontakt
6 zweiter Kontakt
8 Kontakteinheit erster Kontakt
9 Kontakteinheit zweiter Kontakt
10 Schaltachse
12 Isolierstoffdüsensystem
14 Hauptdüse
16 Hilfsdüse
18 Heizkanal
20 Lichtbogenraum
21 Schaltlichtbogen
22 Gasreservoir
23 Isoliermedium
24 Stempel
25 Bewegungsrichtung Stempel
26 Wand
28 Halterung
30 Tulpenkontakt
32 Stiftkontakt
34 Lichtbogenlöschvolumen
36 zweite Wand
38 Kompressionsvolumen
40 Strömungssteuerelement
42 Kaltgaskanal
44 Heißgaskanal
46 Kompressionskanal
48 Vakuumschaltröhre
50 Steuereinrichtung
52 Leistungsschalter

Claims

Patentansprüche
1. Gasisolierter Schalter mit
- einem ersten Kontakt (4, 30) und einem zweiten Kontakt (6, 32) die jeweils Bestandteil einer Kontakteinheit (8, 9) sind, wobei mindestens eine Kontakteinheit (8) mit dem ersten Kon takt (4) als Bewegkontakteinheit (8) mit einer Antriebsein heit verbunden ist und entlang einer Schaltachse (10) beweg bar gelagert ist und
- einem mehrteiligen Isolierstoffdüsensystem (12), das eine Hauptdüse (14) und eine Hilfsdüse (16) aufweist, wobei zwi schen der Hauptdüse (14) und der Hilfsdüse (16) ein Heizkanal (18) ausgebildet ist, der von einem Lichtbogenraum (20) aus geht und der in einem Gasreservoir (22) mündet, wobei das Gasreservoir (22) an einer Seite durch einen Stempel (24) be grenzt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gasreservoir (22) bezüglich der Schaltachse (10) radial zumindest teilweise von einer Wand (26) begrenzt ist, wobei die Bewegkontakteinheit (8) be züglich dieser Wand bewegbar entlang der Schaltachse gelagert ist und dass der Stempel (24) Teil der Bewegkontakteinheit (8) ist und dabei gemeinsam mit dieser in der Art bewegbar bezüglich des zweiten Kontaktes gelagert ist, dass sich der Stempel (24) bei einem Öffnungsvorgang der beiden Kontaktein heiten (8, 9) zur Vergrößerung des Gasreservoirs (22) entlang der Schaltachse (10) vom zweiten Kontakt entfernt.
2. Gasisolierter Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die das Gasreservoir (22) zumindest teilweise begrenzende Wand (26) Bestandteil der Kontakteinheit (9) des zweiten Kontaktes (6, 32) ist.
3. Gasisolierter Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass der Stempel (24) im Wesentlichen senkrecht bezüglich der Schaltachse (10) ausgerichtet ist.
4. Gasisolierter Schalter nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (24) bezüg- lieh der Schaltachse (10) rotationssymmetrisch ausgestaltet ist .
5. Gasisolierter Schalter nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (24) an ei ner Halterung (28) der Hilfsdüse (16) angebracht ist.
6. Gasisolierter Schalter nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontakt ein Tulpenkontakt (30) und der zweite Kontakt ein Stiftkontakt (32) ist.
7. Gasisolierter Schalter nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stiftkontakt Teil einer Festkontakteinheit ist.
8. Gasisolierter Schalter nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (26) Teil der Hauptdüse (14) ist.
9. Hochspannungsschaltanordnung umfassend einen gasisolierten Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, und mindestens ei ner Vakuumschaltröhre (32), wobei der gasisolierte Schalter (2) und die Vakuumschaltröhre (32) in Reihe geschaltet sind.
10. Hochspannungsschaltanordnung nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, dass der gasisolierte Schalter (2) und die Va- kuumschaltröhre (32) durch einen gemeinsamen Antriebsmecha nismus betrieben werden.
11. Hochspannungsschaltanordnung nach Anspruch 9 und 10, da durch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung zur Span nungsaufteilung zwischen gasisoliertem Schalter (2) und Vaku- umschaltröhre (32) vorgesehen ist.
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