WO1995008835A1 - Hochspannungs-leistungsschalter mit einer kühleinrichtung zur kühlung des löschgases - Google Patents

Hochspannungs-leistungsschalter mit einer kühleinrichtung zur kühlung des löschgases Download PDF

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WO1995008835A1
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Volker Lehmann
Heiner Marin
Friedrich Löbner
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • H01H33/53—Cases; Reservoirs, tanks, piping or valves, for arc-extinguishing fluid; Accessories therefor, e.g. safety arrangements, pressure relief devices
    • H01H33/57—Recuperation of liquid or gas

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage circuit breaker with two contact pieces and with at least one gas outflow channel running coaxially to the contact pieces for quenching gas heated by the arc and with a cooling device for cooling the quenching gas in the form of a hollow metal body with through-openings for the quenching gas in its outer surface.
  • Circuit breakers with a cooling device for the extinguishing gas are known for example from DE-OS 29 26 916.
  • the contact pieces for discharging extinguishing gas are hollow and are each provided at their end with a deflecting body which is intended to distribute the extinguishing gas by radial deflection in the gas space of the switch, which leads to rapid cooling of the extinguishing gas.
  • Japan Patent Abstract No. 4-47624 shows a high-voltage circuit breaker with two contact pieces and a gas outflow channel for quenching gas heated by the arc, which also has a cooling device for cooling the quenching gas.
  • DE-OS 29 47 957 discloses a circuit breaker of the type mentioned at the outset, in which the cooling device consists of a multiply folded, star-shaped cross section, which widens conically away from the contact pieces Metal sheet with jacket-side openings for the extinguishing gas.
  • the extinguishing gas emerges from the area of the switching path into the part of the cooling device with the smallest flow cross-section and can then exit laterally through the through openings. To do this, however, the extinguishing gas particles must change their flow direction, which causes an increase in the flow resistance. Only when an extinguishing gas backflow occurs within the cooling device does a significant part of the extinguishing gas flow radially through the passage openings. The known cooling device therefore does not bring about the optimally possible cooling of the extinguishing gas.
  • the present invention has for its object to provide a high-voltage circuit breaker in which the quenching gas is effectively cooled by a space-saving cooling device, the flow resistance for the quenching gas should be kept as low as possible.
  • the object is achieved in that the metal body is designed in the shape of a hollow cone and is arranged in such a way that the extinguishing gas flow passes through the passage openings without a change in direction.
  • the extinguishing gas flowing through the gas outflow channel meets the inner or outer conical outer surface of this body.
  • the extinguishing gas can flow through the passage openings of the metal body without major deflection, which leads to a relatively low flow resistance.
  • the hollow cone shape ensures that the inlet cross-section and the outlet cross-section available for the extinguishing gas are essentially the same size with a correspondingly not too large wall thickness of the metal body. An inlet cross-section that is too small as well as an outlet cross-section that is too small would unnecessarily impede the flow of the extinguishing gas.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the hollow-cone-shaped metal body is arranged within the gas outlet channel and that the cross section of the gas outlet channel on the side of the metal body facing the contact pieces is essentially the same size as on the side facing away from the contact pieces.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the cone tip of the metal body faces the contact pieces.
  • Arcing contact piece and the metal body achieved in a simple manner.
  • a radial web can then, for example, extend from a tube forming the gas outflow channel into the gas outflow channel, to which both the metal body and the arcing contact are then attached.
  • the metal body can advantageously consist of a wire mesh, in particular of copper wire. This achieves a large heat exchange surface for the quenching gas passing through, combined with a low manufacturing outlay for the metal body.
  • a copper wire mesh has a particularly high heat dissipation.
  • the metal body can also consist of several layers of a wire mesh.
  • the metal body can also advantageously consist of a perforated plate.
  • a particularly high heat exchange surface of the metal body is achieved in that it consists of a sintered material.
  • the invention can also advantageously be designed in that the end of the metal body facing away from the cone tip is surrounded by an annular shielding electrode and is connected to it.
  • a further advantageous embodiment of the invention resides in the fact that two metal bodies oriented in the same direction are partially arranged one inside the other at a distance from one another by means of the extinguishing gas.
  • a two-stage cooling device is implemented in a space-saving manner and with only a slight increase in the flow resistance.
  • the invention is shown on the basis of an exemplary embodiment in a drawing and then described.
  • the figure shows schematically in longitudinal section the interrupter unit of a circuit breaker.
  • a part of an interrupter unit of a circuit breaker with a pin-shaped arcing contact 1 and a nominal current contact 2 coaxially surrounding it as well as an arcing counter contact 3 and a nominal current counter contact 4 is shown.
  • the arcing contact 1 is fastened to a web 5, which is connected to the tubular nominal current contact piece 2 and projects radially inward from the inner wall thereof.
  • the blunted tip of a hollow-conical metal body 7 is fastened to this web 5 by means of a screw 8.
  • the blunted tip is connected on the end face to a metal plate 9 through which the screw 8 passes.
  • the screw 8 extends beyond the web 5 into a thread of the arcing contact 1.
  • the end of the metal body 7 facing away from the arc chamber 6 is contained in an annular shielding electrode 10, which in turn is connected to the tubular nominal current contact piece 2 by means of a screw connection.
  • the metal body 7 consists of several layers of a copper wire mesh. The extinguishing gas flows in the area of arrow 11 into the passage openings 14 of the metal body 7 and out of the cooling device in the area of arrow 12.

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  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Circuit Breakers (AREA)

Abstract

Bei einem Hochspannungs-Leistungsschalter mit zwei Kontaktstücken (1, 3) und mit wenigstens einem Gasabströmkanal (13) für durch den Lichtbogen erhitztes Löschgas sowie mit einer Kühleinrichtung (7) zur Kühlung des Löschgases besteht die Kühleinrichtung aus einem hohlkegelförmigen Metallkörper (7) mit Durchtrittsöffnungen für das Löschgas, dessen Symmetrieachse im wesentlichen in Längsrichtung des Gasabströmkanals (13) verläuft. Der Metallkörper besteht beispielsweise aus einem Drahtgeflecht, einem Sintermaterial oder einem Lochblech. Es wird eine effiziente Kühlung des Löschgases bei geringem Strömungswiderstand erreicht.

Description

Beschreibung
Hochspannungs-Leistungsschalter mit einer Kühleinrichtung zur Kühlung des Löschgases
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungs-Leistungs- schalter mit zwei Kontaktstücken und mit wenigstens einem koaxial zu den Kontaktstücken verlaufenden Gasabströmkanal für durch den Lichtbogen erhitztes Löschgas sowie mit einer Kühleinrichtung zur Kühlung des Löschgases in Form eines hohlen Metallkörpers mit Durchtrittsöffnungen für das Lösch- gas in seiner Mantelfläche.
Leistungsschalter mit einer Kühleinrichtung für das Löschgas sind beispielsweise aus der DE-OS 29 26 916 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Leistungsschalter sind die Kontaktstücke zur Abfuhr von Löschgas hohl ausgebildet und jeweils an ihrem Ende mit einem Ablenkkörper versehen, der das Löschgas durch radiale Ablenkung im Gasraum des Schalters verteilen soll, was zu einer schnellen Abkühlung des Löschgases führt.
Außerdem ist aus dem Fachartikel "Development of the type 145 pm seif-blast circuit breaker" bekannt, innerhalb einer Un¬ terbrechereinheit eines Leistungsschalters einen zylindri- sehen Kühlkörper aus einem Drahtgeflecht anzuordnen, der von dem Löschgas durchströmt wird.
Aus dem Japan-Patent-Abstract-Nr. 4-47624 (A) geht ein Hoch- spannungs-Leistungεschalter mit zwei Kontaktstücken und einem Gasabströmkanal für durch den Lichtbogen erhitztes Löschgas hervor, der auch eine Kühleinrichtung zur Kühlung des Lösch¬ gases aufweist.
Aus der DE-OS 29 47 957 ist ein Leistungsschalter der ein- gangs genannten Art bekannt, bei dem die Kühleinrichtung aus einem vielfach gefalteten, im Querschnitt sternförmig gestal¬ teten, sich konisch von den Kontaktstücken weg erweiternden Metallblech mit mantelseitigen Durchtrittsöffnungen für das Löschgas besteht. Das Löschgas tritt vom Bereich der Schalt¬ strecke aus in den Teil der Kühleinrichtung mit dem gering¬ sten Strömungsquerschnitt und kann von da aus seitlich durch die Durchtrittsöffnungen austreten. Dazu müssen jedoch die Löschgaspartikel ihre Strömungsrichtung ändern, wodurch eine Erhöhung des Strömungswiderstandes bewirkt wird. Erst wenn innerhalb der Kühleinrichtung ein Löschgasrückstau entsteht, fließt ein signifikanter Teil des Löschgases radial durch die Durchtrittsöffnungen ab. Die bekannte Kühleinrichtung bewirkt daher nicht die optimal mögliche Kühlung des Löschgases.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungs-Leistungsschalter zu schaffen, bei dem das Löschgas durch eine platzsparende Kühleinrichtung effektiv gekühlt wird, wobei der Strömungswiderstand für das Löschgas möglichst gering gehalten werden soll.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Me- tallkörper hohlkegelförmig gestaltet und derart angeordnet ist, daß die LöschgasStrömung die Durchrittsöffnungen ohne eine Richtungsänderung durchsetzt.
Das durch den Gasabströmkanal strömende Löschgas trifft je nach der Orientierung des hohlkegelförmigen Metallkörpers auf die innere oder äußere kegelförmige Mantelfläche dieses Kör¬ pers. Das Löschgas kann ohne größere Ablenkung durch die Durchtrittsöffnungen des Metallkörpers hindurchströmen, was zu einem relativ geringen Strömungswiderstand führt. Außerdem ist durch die Hohlkegelform gewährleistet, daß der Eintritts¬ querschnitt und der Austrittsquerschnitt, der für das Lösch- gas zur Verfügung steht, bei einer entsprechend nicht zu groß gewählten Wandstärke des Metallkörpers im wesentlichen gleich groß sind. Sowohl ein zu kleiner Eintrittsquerschnitt, als auch zu klei¬ ner Austrittsquerschnitt würde die Strömung des Löschgases unnötig behindern.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der hohlkegelförmige Metallkörper innerhalb des Gasabström¬ kanals angeordnet ist und daß der Querschnitt des Gasab¬ strömkanals auf der den Kontaktstücken zugewandten Seite des Metallkörpers im wesentlichen genauso groß ist wie auf der den Kontaktstücken abgewandten Seite.
Durch diese Ausgestaltung des Gasabströmkanals ist der für das Löschgas zur Verfügung stehende Querschnitt innerhalb des Kanals im Bereich des Metallkörpers überall im wesentlichen gleich groß, so daß keine die Strömung behindernde Engstelle entsteht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Kegelspitze des Metallkörpers den Kontaktstücken zugewandt ist.
Hierdurch ist verhindert, daß die Spitze des Kegels auf der dem Lichtbogenraum und damit den Kontaktstücken abgewandten Seite des Metallkörpers dem Erdpotential eines die Unterbre- chereinheit des Leistungsschalters enthaltenden Kapselungs- gehäuses zu nahe kommt und damit die dielektrische Festigkeit beeinträchtigt. Es ist außerdem möglich, die Spitze des Metallkörpers mit einem sich durch den Gasabströmkanal in den Lichtbogenraum erstreckenden Lichtbogenkontaktstück tragend zu verbinden. Somit wird eine Befestigung sowohl des
Lichtbogenkontaktstücks als auch des Metallkörpers auf ein¬ fache Weise erreicht. Im Bereich der Verbindung zwischen dem Metallkörper und dem Lichtbogenkontakt kann sich dann bei¬ spielsweise ein radialer Steg von einem den Gasabströ kanal bildenden Rohr in den Gasabströmkanal erstrecken, an dem dann sowohl der Metallkörper als auch der Lichtbogenkontakt befestigt sind. Der Metallkörper kann vorteilhaft aus einem Drahtgeflecht, insbesondere aus Kupferdraht bestehen. Hierdurch wird eine große Wärmeaustauschoberfläche für das durchtretende Lösch¬ gas, verbunden mit einem geringen Herstellungsaufwand für den Metallkörper erreicht. Ein Kupferdrahtgeflecht weist dabei eine besonders große Wärmeableitfähigkeit auf.
Der Metallkörper kann zur Erhöhung der Effizienz der Kühlung auch aus mehreren Lagen eines Drahtgitters bestehen.
Der Metallkörper kann auch vorteilhaft aus einem Lochblech bestehen.
Eine besonders hohe Wärmeaustauschoberfläche des Metallkör- pers wird dadurch erreicht, daß dieser aus einem Sintermate¬ rial besteht.
Die Erfindung kann vorteilhaft auch dadurch gestaltet werden, daß das der Kegelspitze abgewandte Ende des Metallkörpers von einer ringförmigen Abschirmelektrode umgeben und mit dieser verbunden ist.
Dadurch werden hohe elektrische Feldstärken am Rand des Me¬ tallkörpers und somit elektrische Überschläge vermieden. Gleichzeitig ist eine konstruktiv einfache Halterung des Me¬ tallkörpers gegeben.
Eine weitere vorteilhafte Gestaltung der Erfindung liegt darin, daß zwei gleichsinnig orientierte Metallkörper teil- weise ineinanderliegend mit Abstand zueinander im Wege des Löschgases angeordnet sind.
Hierdurch wird eine zweistufige Kühleinrichtung platzsparend und bei nur geringer Erhöhung des Strömungswiderstandes rea- lisiert. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrie¬ ben.
Dabei zeigt die Figur schematisch im Längsschnitt die Unter¬ brechereinheit eines Leistungsschalters.
In der Figur ist ein Teil einer Unterbrechereinheit eines Leistungsschalters mit einem stiftför igen Lichtbogenkontakt 1 und einem diesen koaxial umgebenden Nennstromkontakt 2 so¬ wie einem Lichtbogengegenkontakt 3 und einem Nennstromgegen- kontakt 4 dargestellt. Der Lichtbogenkontakt 1 ist an einem Steg 5 befestigt, der mit dem rohrförmigen Nennstromkon- taktstück 2 verbunden ist und von dessen Innenwand radial nach innen ragt. An diesem Steg 5 ist außer dem Lichtbogen¬ kontakt 1 auf der dem Lichtbogenraum 6 abgewandten Seite die abgestumpfte Spitze eines hohlkegelförmigen Metallkörpers 7 mittels einer Schraube 8 befestigt. Zu diesem Zweck ist die abgestumpfte Spitze stirnseitig mit einer Metallplatte 9 ver- bunden, die von der Schraube 8 durchsetzt ist. Die Schraube 8 erstreckt sich über den Steg 5 hinaus in ein Gewinde des Lichtbogenkontaktes 1.
Das dem Lichtbogenraum 6 abgewandte Ende des Metallkörpers 7 ist in einer ringförmigen Abschirmelektrode 10 gefaßt, die ihrerseits mittels einer Schraubverbindung mit dem rohrförmi¬ gen Nennstromkontaktstück 2 verbunden ist. Der Metallkörper 7 besteht aus mehreren Lagen eines Kupferdrahtgeflechtes. Das Löschgas strömt im Bereich des Pfeiles 11 in die Durch- trittsöffnungen 14 des Metallkörpers 7 ein und im Bereich des Pfeiles 12 aus der Kühleinrichtung heraus.

Claims

Patentansprüche
1. Hochspannungs-Leistungsschalter mit zwei Kontaktstücken (1,3) und mit wenigstens einem koaxial zu den Kontaktstücken verlaufenden Gasabströmkanal (13) für durch den Lichtbogen erhitztes Löschgas sowie mit einer Kühleinrichtung (7) zur Kühlung des Löschgases, in Form eines hohlen Metallkörpers (7) mit Durchtrittsöffnungen (14) für das Löschgas in seiner Mantelfläche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Metallkörper hohlkegelförmig gestaltet und derart ange¬ ordnet ist, daß die LόschgasStrömung die Durchrittsöffnungen (14) ohne eine Richtungsänderung durchsetzt.
2. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der hohlkegelförmige Metallkörper (7) innerhalb des Gasab- strömkanalε (13) angeordnet ist und daß der Querschnitt des Gasabströmkanals (13) auf der den Kontaktstücken (1,3) zuge- wandten Seite des Metallkörpers (7) im wesentlichen genauso groß ist wie auf der den Kontaktstücken abgewandten Seite.
3. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kegelspitze des Metallkörpers (7) den Kontaktstücken (1,3) zugewandt ist.
4. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Metallkörper (7) aus einem Drahtgeflecht, insbesondere aus Kupferdraht besteht.
5. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Metallkörper (7) aus mehreren Lagen eines Drahtgitters besteht.
6. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Metallkörper (7) aus einem Lochblech besteht.
7. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Metallkörper (7) aus einem Sintermaterial besteht.
8. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das der Kegelspitze abgewandte Ende des Metallkörpers (7) von einer ringförmigen Abschirmelektrode (10) umgeben und mit dieser verbunden ist.
9. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei gleichsinnig orientierte Metallkörper teilweise inein- anderliegend mit Abstand zueinander im Wege des Löεchgases angeordnet sind.
PCT/DE1994/001005 1993-09-24 1994-08-24 Hochspannungs-leistungsschalter mit einer kühleinrichtung zur kühlung des löschgases WO1995008835A1 (de)

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