EP3803931B1 - Gasisolierter schalter - Google Patents

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EP3803931B1
EP3803931B1 EP19745978.7A EP19745978A EP3803931B1 EP 3803931 B1 EP3803931 B1 EP 3803931B1 EP 19745978 A EP19745978 A EP 19745978A EP 3803931 B1 EP3803931 B1 EP 3803931B1
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EP
European Patent Office
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gas
contact
insulated switch
contact unit
switch according
Prior art date
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EP3803931A1 (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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Definitions

  • the invention relates to a gas-insulated switch according to claim 1 and a high-voltage switching arrangement according to claim 9.
  • sulfur hexafluoride SF 6 is currently used as an insulating gas and as an extinguishing gas. This gas is excellent for the applications mentioned, but it has the disadvantage that it has a very high global warming potential.
  • various compounds, in particular fluorinated compounds are currently being discussed as insulating media.
  • a circuit breaker in particular designed in the form of a gas-insulated switch, which can be opened under electrical load, ie in particular in the event of a short circuit, and dielectrically relieves the vacuum interrupter.
  • Gas-insulated switches are e.g. B. from the EP 1 079 404 A2 known.
  • the object of the invention is to provide a circuit breaker in the form of a gas-insulated switch which, compared to conventional gas-insulated switches, has a higher opening speed of the contacts in the event of a short circuit. Furthermore, the object is to provide a high-voltage switching arrangement with a vacuum interrupter which, compared to the prior art, can carry a higher voltage per installation space.
  • the gas-insulated switch according to claim 1 has a first contact and a second contact, each of which is 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.
  • the gas-insulated switch also includes a multi-part insulating material nozzle system that has a main nozzle and an auxiliary nozzle, with a heating channel being formed between the main nozzle and the auxiliary nozzle, which starts from an arc chamber and 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, with the moving contact unit being mounted so that it can move along the switching axis with respect to this wall, and that the plunger is part of the moving contact unit and, together with this, in the manner of is movably mounted with respect to the second contact, that the plunger moves away from the second contact during an opening process of the two contact units to enlarge the gas reservoir along the switching axis.
  • the gas-insulated switch of the invention is similar to a so-called self-inflating switch, but it differs in that the conventional self-inflating switch has a self-inflating volume, the volume of which is reduced by a stamp when the two contact systems are opened so that an extinguishing gas can flow back through the heating channel into is pressed into the arc space, thereby extinguishing the arc.
  • the wall radially delimiting the self-inflating volume is part of the moving contact system and remains within the self-inflating volume when the switch is opened or the gas reservoir is motionless.
  • 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 which increases in size during the opening process, moves along the described wall of the reservoir.
  • the insulating material nozzle system represents 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 rigidly arranged in relation to one another, but can move towards and away from one another during the opening and closing processes.
  • the invention Due to the movable mounting of the contact of the moving contact unit, usually a tulip contact, and the auxiliary nozzle arranged around it in the switching chamber, the invention enables the gas reservoir to be enlarged in contrast to the self-blast circuit breakers used today, which in the present invention does not serve as a self-blast volume. Rather, the hot gas flowing through the heating channel exerts a force on the plunger, which causes an acceleration of the moving contact system in the pulling direction of the drive and thus supports the drive movement or increases the drive speed. This makes it possible to increase the contact opening speed with the same drive energy or to reduce the drive energy with a constant contact opening speed.
  • the wall at least partially delimiting the gas reservoir is a component of the contact unit of the second contact.
  • parts of the second contact system i.e. at least the wall described, preferably radially surround parts of the first contact system and thereby contribute to the formation of a cavity, namely the gas reservoir, which, when the switch is opened, caused by the inflowing hot gas, is enlarged.
  • the wall mentioned is expediently fastened to the second contact system so that it can be implemented with little structural effort. In principle, fastening 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 essentially vertical with respect to a switching axis. Essentially means that an angular position in relation to the indexing axis is no more than 15°.
  • the plunger is designed to be rotationally symmetrical with respect to the switching axis. This leads to a rotationally symmetrical, essentially cylinder-wall-shaped gas reservoir around the switching contact.
  • the plunger is attached to a holder of the auxiliary nozzle and is thus permanently connected to the moving contact system.
  • the two contacts have different shapes.
  • a tulip contact which is preferably the first contact
  • a pin contact which is preferably designed as the 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 also being possible in principle for both contact units to be designed to be movable via a corresponding coupled drive.
  • the described wall of the gas reservoir is part of the main nozzle. This would enable a cost-effective structural implementation.
  • a further embodiment of the invention is a high-voltage switching arrangement according to patent 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 described gas-insulated switch can be switched under load, the vacuum interrupter connected in series or in series manages with a lower electrical strength with regard to the rated voltage. This requires less technical effort in the construction of the vacuum interrupter and, in principle, higher rated voltages can be achieved with a given design.
  • the gas-insulated switch and the vacuum interrupter or a circuit breaker in which the vacuum interrupter is integrated can be operated by a common drive. This enables a simple technical structure and, on the other hand, a reliable chronological sequence of the switching processes.
  • the high-voltage switching arrangement is designed in such a way that the voltage distribution across the gas-insulated switch and the vacuum interrupter is controlled by a control device.
  • a control device can be, for example, a capacitor or a resistor or a coupling of a capacitor and a resistor.
  • FIG 1 a cross section through a gas-insulated switch is shown 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 into a contact unit 8, 9, a first contact unit 8 and a second contact unit 9.
  • the two contacts 30 and 32 can be moved in translation along a switching axis 10 during an opening or closing process of the gas-insulated switch 2 stored to each other.
  • the pin contact 32 is generally but not necessarily designed as a fixed contact
  • 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 moving 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 as well as a heating duct 18 formed thereby.
  • the heating channel 18 leads from an arcing space 20 to a gas reservoir 22.
  • the arcing space 20 is the space which forms when the 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 inner side in this embodiment by the auxiliary nozzle 16 and on the other hand delimited radially outwards from the switching axis 10 by a wall 26 .
  • These two delimitations by the auxiliary nozzle 16 and the wall 26 extend radially around the circumference, but parallel to the switching axis 10.
  • a stamp 24 is also provided, which delimits the gas reservoir 22 axially.
  • the plunger 24 is essentially perpendicular but rotationally symmetrical to the switching axis 10 and the plunger 24 is movably mounted at least with respect to the wall 26 .
  • the plunger 24 is an integral part of the moving contact unit 8, whereas the wall 26 is not part of this moving contact unit 8.
  • figure 1 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 can be arranged, for example, on the housing (not shown) of the switch 2 .
  • the tulip contact 30 and the pin contact 32 move apart along the switching axis 10, driven by a drive device that is not shown here.
  • a switching arc 21 occurs.
  • the switching arc 21 heats the insulating medium present in the arc chamber, which is essentially gaseous, and is pressed into the gas reservoir 22 via the heating duct 18.
  • the movement of the gas along the heating channel 18 takes place in particular as a result of the temperature increase and the resulting volume expansion.
  • This volume expansion in turn leads to the insulating medium 23 being pressed against the plunger 24 with such high energy that the translational movement of the first contact unit 8, which is im Essentially includes the tulip contact 30, the auxiliary nozzle 16 and the plunger 24, so quickly that the speed of the movement caused by the drive is exceeded. This 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 utilized in order 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 relevant in particular if the switch 2 is connected in series with a vacuum interrupter 48, as is the case in figure 4 is shown. This series connection will be discussed further below.
  • the arrangement described dispenses with a self-blowing volume, known as a self-blowing switch, for extinguishing the switching arc 21 .
  • the entire arc energy is thus used to accelerate the opening of the contact units 8, 9.
  • figure 3 is an alternative embodiment of the advantageous representation according to FIG figure 2 shown in which also referred to the switch 2 again figure 1 is used, but this is designed in such a way that the arc-extinguishing volume 34 is fitted in the main nozzle 14, with the flow guidance here being structurally guaranteed by a hot-gas duct 44 and a cold-gas duct 42, if necessary, and a corresponding arrangement of flow control elements 40.
  • a compression volume 38 (not shown here) can also be provided, via which insulating medium 23 can be additionally pressed into the arc extinguishing volume 34 through a compression channel 46 .
  • 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 series or parallel connection of a capacitor with a resistor or just a resistor.
  • This arrangement means that, for example, a vacuum interrupter 48, which is designed for a rated voltage level of 145 kV or 245 kV, can be used in conjunction with the gas-insulated switch 2 that can be switched under load, also a disconnector, in rated levels that are several hundred kilovolts higher than the nominally provided voltage levels can.
  • gas-insulated switch 2 which is based on the technology of a conventional self-blowout switch, but which 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 resolidification takes place.

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung betrifft einen gasisolierten Schalter nach Anspruch 1 und eine Hochspannungsschaltanordnung nach Anspruch 9.
  • Im Bereich von Hoch- und Mittelspannungsschaltanlagen wird derzeit als Isoliergas und als Löschgas das Schwefelhexafluorid 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 Alternative werden hierzu derzeit verschiedene Verbindungen, insbesondere fluorierte Verbindungen als Isoliermedien diskutiert. Andererseits ist es auch zweckmäßig, Vakuumschaltröhren 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, überproportional an. Um diesen Aufwand zu reduzieren, wäre es zweckmäßig, einen Trennschalter, insbesondere ausgestaltet in Form eines gasisolierten Schalters bereitzustellen, der unter elektrischer Last, das heißt insbesondere im Kurzschlussfall geöffnet werden kann und die Vakuumschaltröhre dielektrisch entlastet. Gasisolierte Schalter sind z. B. aus der EP 1 079 404 A2 bekannt.
  • 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 aufweist. Ferner besteht die Aufgabe in der Bereitstellung einer Hochspannungsschaltanordnung mit einer Vakuumschaltröhre, die gegenüber dem Stand der Technik eine höhere Spannung pro Bauraum tragen kann.
  • Die Lösung der Aufgabe besteht in einem gasisolierten Schalter gemäß Patentanspruch 1 und in einer Hochspannungsschalteranordnung nach Patentanspruch 9.
  • Der gasisolierte Schalter gemäß Anspruch 1 weist einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt auf, die jeweils Bestandteil 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 umfasst der gasisolierte Schalter ein mehrteiliges Isolierstoffdüsensystem, das eine Hauptdüse und eine Hilfsdüse aufweist, wobei zwischen der Hauptdüse und der Hilfsdüse ein Heizkanal ausgebildet ist, der von einem Lichtbogenraum ausgeht und der in einem Gasreservoir mündet. Dieses Gasreservoir ist an einer Seite durch einen Stempel begrenzt. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Gasreservoir bezüglich 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 zweiten 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 einem sogenannten Selbstblasschalter, er unterscheidet sich jedoch darin, dass der herkömmliche Selbstblasschalter ein Selbstblasvolumen aufweist, das beim Öffnen der beiden Kontaktsysteme durch einen Stempel in seinem Volumen so reduziert 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 radial begrenzt allerdings Teil des Bewegkontaktsystems und bleibt beim Öffnen des Schalters bezüglich des Selbstblasvolumens 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 Kontakteinheiten 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 bewegen können.
  • Durch die bewegliche Lagerung des Kontaktes der Bewegkontakteinheit, üblicherweise ein Tulpenkontakt, und die darum angeordnete Hilfsdüse in der Schaltkammer ermöglicht die Erfindung im Gegensatz zur heute eingesetzten Selbstblasleistungsschaltern eine Vergrößerung des Gasreservoirs, das in der vorliegenden Erfindung nicht als Selbstblasvolumen dient. Vielmehr wird durch das durch den Heizkanal einströmende heiße Gas auf den Stempel eine Kraft ausgeübt, die eine Beschleunigung des Bewegkontaktsystems in Zugrichtung des Antriebs bewirkt und somit die Antriebsbewegung unterstützt bzw. die Antriebsgeschwindigkeit erhöht. Dadurch ist bei gleicher Antriebsenergie eine Erhöhung der Kontaktöffnungsgeschwindigkeit oder bei konstanter Kontaktöffnungsgeschwindigkeit eine Reduktion der Antriebsenergie möglich.
  • In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist die das Gasreservoir zumindest teilweise begrenzende Wand ein Bestandteil der Kontakteinheit des zweiten Kontaktes. Das bedeutet, 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 Schalters, hervorgerufen durch das einströmende Heißgas, eine Vergrößerung erfährt. Die genannte Wand ist dabei zweckmäßigerweise konstruktiv mit wenig Aufwand umsetzbar am zweiten Kontaktsystem befestigt. Grundsätzlich kann auch eine Befestigung der Wand am Gehäuse der Vakuumschaltröhre zweckmäßig sein.
  • In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Stempel im ersten Kontaktsystem so angeordnet, dass er bezüglich einer Schaltachse im Wesentlichen senkrecht ausgestaltet ist. Dabei bedeutet im Wesentlichen, dass eine winklige Anstellung gegenüber der Schaltachse nicht mehr als 15° beträgt.
  • Der Stempel ist dabei bezüglich der Schaltachse rotationssymmetrisch ausgestaltet. Dies führt zu einem rotationssymmetrischen im Wesentlichen zylinderwandförmigen Gasreservoir um den Schaltkontakt herum. Der Stempel ist dabei in einer vorteilhaften Ausgestaltungsform an einer Halterung der Hilfsdüse angebracht, und somit fix mit dem Bewegkontaktsystem verbunden.
  • Bei einem gasisolierten Schalter nach dem Aufbau des Selbstblasprinzips weisen die beiden Kontakte unterschiedliche Formen auf, dabei handelt es sich einmal um einen Tulpenkontakt, der bevorzugt der erste Kontakt ist und um einen Stiftkontakt, der bevorzugt als zweiter Kontakt ausgestaltet ist. Dabei ist der Stiftkontakt bevorzugt Teil einer Festkontakteinheit. Der Tulpenkontakt ist dabei bevorzugt Teil der Bewegkontakteinheit, wobei grundsätzlich über einen entsprechenden gekoppelten Antrieb auch beide Kontakteinheiten beweglich gestaltet 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 Hochspannungsschaltanordnung gemäß des Patentanspruchs 9, die einen gasisolierten Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8 sowie eine Vakuumschaltröhre umfasst. Dabei sind der gasisolierte Schalter und die Vakuumschaltröhre, die wiederum Bestandteil eines Leistungsschalters sein kann, in Reihe geschaltet. Dadurch, dass der beschriebene gasisolierte Schalter unter Last geschaltet werden kann, kommt die in Serie bzw. in Reihe geschaltete Vakuumschaltröhre mit einer geringeren elektrischen Festigkeit bezüglich der Bemessungsspannung aus. Dies erfordert einen geringeren technischen Aufwand bei der Konstruktion der Vakuumschaltröhre und es können grundsätzlich höhere Bemessungsspannungen durch eine vorgegebene 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 Kondensator oder ein Widerstand oder eine Kopplung aus einem Kondensator und einem Widerstand sein.
  • Weitere Ausgestaltungsformen und weitere Merkmale der Erfindung 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 Schalter mit einer Bewegkontakteinheit und einer Festkontakteinheit 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 Hauptisolierstoffdüse und
    Figur 4
    eine Reihenschaltung des beschriebenen gasisolierten Schalters mit einer Vakuumschaltröhre und parallel 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 Stiftkontaktes 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 gelagert. 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 Bewegkontakteinheit zu bezeichnen.
  • Ferner weist der gasisolierte Schalter 2 ein Isolierstoffdüsensystem 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 auftritt.
  • 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 umlaufend, aber parallel zur Schaltachse 10. Ferner ist ein Stempel 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 gelagert. Das bedeutet, der Stempel 24 ist ein fester Bestandteil der Bewegkontakteinheit 8, wogegen die Wand 26 kein Teil dieser Bewegkontakteinheit 8 ist. Die Wand 26 kann in einer bevorzugten 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 mechanisch entkoppelt sein und beispielsweise am (nicht dargestellten) 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 Kontakte 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 daraus 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 Geschwindigkeit der Bewegung , die durch den Antrieb hervorgerufen wird, überschritten wird. Es handelt sich dabei somit um eine zusätzliche Beschleunigung der Bewegkontakteinheit 8 von dem Festkontakt 32 weg. Dadurch wird das Gasreservoir 22 vergrößert 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 erhöhen. 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 diese Reihenschaltung wird noch im Weiteren eingegangen werden.
  • Bei der in Figur 1 beschriebenen Anordnung wird auf ein als einen Selbstblasschalter bekanntes Selbstblasvolumen zur Löschung 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 aufgeteilt 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 Selbstblasschalters 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 Löschen 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 Kontakteinheit 18 zumindest teilweise radial umgibt. In dieser Ausgestaltungsform ist es möglich, dass einerseits die Geschwindigkeit der Öffnungsbewegung bei gleicher Antriebsenergie erhöht wird und parallel dazu ein weiterer Teil der Energie des Schaltlichtbogens 21 zur Lichtbogenlöschung genutzt wird.
  • In Figur 3 ist eine alternative Ausgestaltungsform der vorteilhaften Darstellung gemäß Figur 2 abgebildet, in der ebenfalls 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 entsprechende Anordnung von Strömungssteuerelementen 40 konstruktiv gewährleistet ist. Ferner kann auch ein hier nicht dargestelltes 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 einen gasisolierten Schalter 2 und eine Vakuumschaltröhre 48 umfasst. Teile des Leistungsschalters 52 sind eine oder zwei Steuereinrichtungen 50, die zu den jeweiligen Schalteinheiten, dem gasisolierten Schalter 2 und der Vakuumschaltröhre 48, parallel geschaltet sind. Dabei handelt es sich bei der Steuereinrichtung 50 beispielsweise um eine serielle oder parallele 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 gasisolierten Schalter 2, auch einem Trennschalter in mehreren hundert Kilovolt höheren Bemessungsebenen als die nominell vorgesehenen Spannungsebenen eingesetzt werden kann. Auf diese Weise wird der technische Aufwand zur Herstellung der Vakuumschaltröhre 48 deutlich verringert, was zu geringeren Bauräumen und zu niedrigeren Herstellungskosten führt. Eine wichtige Voraussetzung um dies zu erzielen ist der beschriebene gasisolierte 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 dielektrische 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 (11)

  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 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,
    wobei der Stempel (24) Teil der Bewegkontakteinheit (8) ist und dabei gemeinsam mit dieser in der Art bewegbar bezüglich des zweiten Kontaktes gelagert ist, und wobei 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, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasreservoir (22) bezüglich der Schaltachse (10) radial zumindest teilweise von einer Wand (26) begrenzt ist, wobei die Bewegkontakteinheit (8) bezüglich dieser Wand bewegbar entlang der Schaltachse gelagert ist.
  2. Gasisolierter Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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 gekennzeichnet, dass der Stempel (24) im Wesentlichen senkrecht bezüglich der Schaltachse (10) ausgerichtet ist.
  4. Gasisolierter Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (24) bezüglich der Schaltachse (10) rotationssymmetrisch ausgestaltet ist.
  5. Gasisolierter Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (24) an einer Halterung (28) der Hilfsdüse (16) angebracht ist.
  6. Gasisolierter Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontakt ein Tulpenkontakt (30) und der zweite Kontakt ein Stiftkontakt (32) ist.
  7. Gasisolierter Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stiftkontakt Teil einer Festkontakteinheit ist.
  8. Gasisolierter Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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 einer Vakuumschaltröhre (32), wobei der gasisolierte Schalter (2) und die Vakuumschaltröhre (32) in Reihe geschaltet sind.
  10. Hochspannungsschaltanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der gasisolierte Schalter (2) und die Vakuumschaltröhre (32) durch einen gemeinsamen Antriebsmechanismus betrieben werden.
  11. Hochspannungsschaltanordnung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung zur Spannungsaufteilung zwischen gasisoliertem Schalter (2) und Vakuumschaltröhre (32) vorgesehen ist.
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