WO2007112605A1 - Schaltkammer eines hochspannungsschalters mit einem heizvolumen veränderbarer grösse - Google Patents

Schaltkammer eines hochspannungsschalters mit einem heizvolumen veränderbarer grösse Download PDF

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WO2007112605A1
WO2007112605A1 PCT/CH2007/000132 CH2007000132W WO2007112605A1 WO 2007112605 A1 WO2007112605 A1 WO 2007112605A1 CH 2007000132 W CH2007000132 W CH 2007000132W WO 2007112605 A1 WO2007112605 A1 WO 2007112605A1
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WO
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piston
heating volume
switching chamber
storage space
gas
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Application number
PCT/CH2007/000132
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Franck
Martin Seeger
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Abb Research Ltd
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H33/901—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism making use of the energy of the arc or an auxiliary arc
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H2033/908—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism using valves for regulating communication between, e.g. arc space, hot volume, compression volume, surrounding volume

Definitions

  • the present invention relates to a switching chamber of a high voltage switch with a heating volume according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a switch with such a switching chamber.
  • the gas-insulated high-voltage switch is used in a high-voltage electrical network to turn on and off currents that range from very small inductive and capacitive currents through normal load currents to medium and large short-circuit currents.
  • To extinguish an arc formed when switching off an insulating gas is used with good arc extinguishing properties in this switch, which is compressed during the turn-off and subsequently as arc gas inflates the arc until it goes out at the zero crossing of the current to be interrupted.
  • a compression means operated by the switch drive and therefore drive energy required compression device and / or the switching arc itself, whose energy is used to store hot arc gases under pressure in a heating volume (so-called Adblasflam).
  • a switching chamber of the type mentioned above with a flexibly designed heating volume is described in DE 44 12 249 A1.
  • a part of the boundary wall of the heating volume is formed by a piston which is displaceably mounted counter to a restoring force in a hollow cylinder.
  • the volume of the heating volume is such that when switching off small currents in its interior, an extinguishing gas pressure is built up, which is sufficient to blow an associated low-performance switching arc in general can successfully.
  • a high quenching gas pressure is built up in the heating volume, which shifts the piston against the restoring force and increases the heating volume.
  • extinguishing gas of high pressure and high temperature is then available from an enlarged volume.
  • the hollow cylinder is connected to an expansion space of the switching chamber.
  • the object is to provide a switching chamber of the type mentioned above, which is characterized by installation in a gas-insulated high-voltage switch despite low drive power by a good switching capacity.
  • a part of the wall of a heating volume forming piston is designed as a differential piston and has on its side facing away from the heating volume on a piston step, which acts in an expansion space first working surface and in a insulating gas filled storage space acting second working surface forms.
  • a channel connecting the heating volume with the storage space is further guided, which is open when the Isoliergastik in the storage space is greater than the quenching gas pressure in the heating volume.
  • This value corresponds to a density value which is achieved with a heating volume that is greater from the beginning, but whose volume would be too great to produce an extinguishing gas pressure when switching off small to medium currents, which has a sufficient size for successful arc blowing.
  • the first working surface should be dimensioned such that, above a limit value of the extinguishing gas pressure prevailing in the heating volume, the restoring force is smaller than a counterforce formed from the difference between extinguishing gas pressure and gas pressure in the expansion space.
  • the restoring force is generated in general by a force acting on the piston compression spring, which is arranged in a simple manufacturing manner in the storage space or in the expansion space.
  • the first working surface is formed by an axially extending piston extension and contains the expansion space an axially aligned subspace in which the first working surface is slidably guided.
  • the piston extension is tubular and the subspace has a volume designed as a hollow cylinder, then the interrupter chamber is characterized by a high degree of operational reliability, since operationally important properties, in particular gas tightness, mechanical and dielectric strength and current carrying capacity, are achieved with simple means be optimized.
  • the outer surface of the hollow cylinder is formed by a metal tube bounding the heating volume to the outside and the inner surface by the insulating nozzle, it is possible to resort to already existing components for cost-effective production of the switching chamber.
  • the storage space can be filled quickly after a shutdown again with fresh insulating gas.
  • FIGURE shows a plan view of a guided along an axis section through a designated for a gas-insulated high-voltage switch switching chamber according to the invention, in which the switching chamber is shown above the axis with the switch closed and below the axis when opening the switch.
  • the switching chamber shown in the single figure of a high-voltage circuit breaker contains a with a compressed insulating gas, such as based on sulfur hexafluoride, nitrogen, oxygen or
  • the arcing contact 3 can along the Axis A are moved, whereas the arcing contact 4 is generally fixedly held in the housing 1, but optionally also can be moved along the axis.
  • the two arcing contacts 3, 4 are coaxially covered by an insulating nozzle 5 and a heating volume 6 for storing quenching gas.
  • the heating volume 6 is designed in the manner of a Toms with a rectangular cross-section in the circumferential direction.
  • the heating volume 6 can generally accommodate approximately 1 to 2 liters of pressurized extinguishing gas.
  • a heating channel 7 which connects a when opening the switch by separating the AbbrandWallete 3, 4 and formed by the insulating 5 radially bounded arc zone 8 with the heating volume 6.
  • a part of the wall of the heating volume 6 is formed by a differential piston 9, which can be displaced gas-tight in an axially symmetrical annular space 11 against a restoring force F applied by a compression spring 10.
  • the piston 9 has, on its side bounding the heating volume 6, an annular working surface designated by the reference symbol Ai with an effective cross section of the large Ai.
  • the working surface A 2 acts in an expansion space 12, in which the insulating gas po a po
  • the piston surface Ai - A 2 in a filled with fresh insulating gas storage space 13.
  • In the piston 9 is closed by a non-spring-loaded check valve 14, arranged for reasons of clarity not channel, which connects the heating volume 6 and the storage space 13 with each other ,
  • the storage space 13 is designed as an annular chamber and is bounded radially by two coaxially arranged Hohlzylindem and axially by two end bodies.
  • the internal hollow cylinder is formed by a molded into the insulating nozzle 5 tubular piston extension 51 which limits an axially guided portion of the heating channel 7 to the outside.
  • the outer hollow cylinder is formed by two telescopically displaceable, tubular extensions 52 and 91, of which the extension 52 is also formed in the insulating nozzle 5, while the extension 91 is formed in the piston 9.
  • the two end bodies provided for the axial delimitation are formed on the one hand by a radially guided section 92 of the piston 9 and on the other hand by a radially guided section 53 of the insulating nozzle 5.
  • the piston section 92 forms the working surface Ai-A 2 .
  • the compression spring 10 is disposed in the storage space 13 and is supported at one end on the portion 92 and the other end on the portion 53.
  • a check valve 15 is arranged, which is oriented such that it is locked in the storage volume 13 when an overpressure.
  • the working surface Ai is formed by the piston extension 91 and is guided displaceably in an axially aligned subspace 16 of the expansion space 12.
  • the subspace 16 is evidently a volume designed as a hollow cylinder.
  • the outer surface of the hollow cylinder is formed by a heating volume 6 to the outside limiting and generally used to guide operating currents metal tube 17, the inner surface of the parts 52, 53 of the insulating 5th
  • the left end of the arcing contact 4 is inserted in an electrically conductive manner into the right end of the tubular arc contact 3.
  • the two arc contacts 3, 4 separate from each other and this forms a footing on the two ends of the arcing contacts arc L, which generates in the arc zone 8 hot high pressure gases.
  • the temperature and pressure of the arc gases are determined by the arc work and are therefore proportional to the duration of the arc current determined by the current zero crossing and approximately the square of the current to be switched off.
  • the pressure of the arc gases in the arc zone 8 is generally greater than in the heating volume 6. In the heating channel 7, therefore, hot gas flows from the arc zone 8 into the heating volume 6. If the heating effect of the arc L decreases as it approaches the zero crossing of the current, then there is a flow reversal. Gas stored in the heating volume 6 at a pressure pi flows as extinguishing gas via the heating channel 7 into the arc zone 8 and blows there the arc L at least until it is extinguished in the current zero crossing.
  • the volume of the heating volume 6 is determined so that when switching off small to medium currents in the heating volume 6, a sufficient amount of compressed extinguishing gas is generally available for extinguishing an arc. Additional extinguishing gas can be fed from a at a small extinguishing gas pressure pi connected to the heating volume 6 compression space 18 a weakly dimensioned piston-cylinder compression device.
  • the piston 9 is then guided under the restoring action of a slightly prestressed compression spring 10 standing against a stop 19 held on the metal tube 17.
  • the biasing force Fi of the spring is set to keep the piston 9 against the stop 19 below a limit value pi G of the quenching gas pressure pi in the heating volume 6.
  • the storage space 13 is then connected to the insulating gas filled expansion space 12, in which the insulating gas is maintained at a pressure po.
  • the biasing force Fi must therefore be Ar (pi G - Po).
  • pi exceeds the threshold pressure pi G.
  • the piston 9 is now shifted to the right, so that in this case the pressure P 2 in the storage chamber 13 is increased in relation to the pressure p 0 in the expansion space and the check valve 15 is now closed.
  • the check valve 14 opens and fresh insulating gas flows from the storage space 13 into the heating volume 6.
  • the density of the gas in the heating volume 6 is maintained at a desirably high value. This value corresponds to that which is achieved with a heating volume which is larger from the beginning, but whose volume would be too great to achieve a quenching gas pressure pi sufficient for successful arc blowing at currents of small to medium height.
  • the piston is moved more or less far to the right.
  • the movement of the piston 9 to the right is limited by a stop formed by the extension 52.
  • a force applied by the piston 9 must be greater than the force applied by the compression spring 9 restoring force F.
  • the piston 9 by differential action of the pressures P 1 in the heating volume 6 and po in Partial space 12 generated force is A 2 (P 1 - Po). Therefore, the piston area A 2 should be dimensioned so that over the entire path I, the spring force F prevailing at a location of the path is smaller or highest equal to the differential force acting on the piston 9.

Landscapes

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Abstract

Die Schaltkammer ist für einen gasisolierten Hochspannungsschalter bestimmt. Sie enthält ein Heizvolumen (6) zur Aufnahme von komprimiertem Löschgas aus einer Lichtbogenzone (8). Ein Teil der Wand des Heizvolumens (6) ist von einem Kolben (9) gebildet, der entgegen einer Rückstellkraft (F) verschiebbar ist. Der Kolben (9) ist als Differentialkolben ausgeführt und weist auf der vom Heizvolumen (6) abgewandten Seite eine Kolbenstufe auf, welche eine in einem Expansionsraum (12) wirkende erste Arbeitsfläche (A2) und eine in einem isoliergasgefüllten Speicherraum (13) wirkende zweite Arbeitsfläche (A1 - A2) bildet. Durch den Kolben (9) ist ferner ein das Heizvolumen (6) mit dem Speicherraum (13) verbindender Kanal geführt, der geöffnet ist, wenn der Isoliergasdruck (p2) im Speicherraum (13) grösser ist als der Löschgasdruck (p1) im Heizvolumen (6). Beim Abschalten von Strömen mittlerer bis grosser Höhe wird der Rauminhalt des Heizvolumens (6) unter Zufuhr von frischem Löschgas aus dem Speicherraum (13) vergrössert. Die Dichte des im Heizvolumen (6) vorgesehenen Löschgases wird daher unabhängig von der Grösse des abzuschaltenden Stroms auf einem für eine gute Aussschaltleistung erforderlichen hohen Wert gehalten.

Description

Schaltkammer eines Hochspannungsschalters mit einem Heizvolumen veränderbarer Grosse
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltkammer eines Hochspannungsschalters mit einem Heizvolumen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft auch einen Schalter mit einer solchen Schaltkammer.
Der gasisolierte Hochspannungsschalter dient in einem hochspannungsführenden elektrischen Netzwerk dem Ein- und Ausschalten von Strömen, deren Stärke sich von sehr kleinen induktiven und kapazitiven Ströme über normale Lastströme bis hin zu mittleren und grossen Kurzschlussströmen erstreckt. Zur Löschung eines beim Ausschalten gebildeten Lichtbogens wird in diesem Schalter ein Isoliergas mit guten Lichtbogenlöscheigenschaften verwendet, welches beim Ausschaltvorgang komprimiert wird und nachfolgend als Löschgas den Lichtbogen solange bebläst, bis dieser im Nulldurchgang des zu unterbrechenden Stroms erlischt. Als Kompressionsmittel dienen eine vom Schalterantrieb betätigte und daher Antriebsenergie benötigende Kompressionsvorrichtung und/oder der Schaltlichtbogen selber, dessen Energie ausgenutzt wird, um in einem Heizvolumen heisse Lichtbogengase unter Druck zu speichern (sogenanntes Selbstblasprinzip).
Nach dem Selbstblasprinzip arbeitende Schalter verbrauchen keine Antriebsenergie und führen zudem in vorteilhafter Weise Abbrandmaterial einer Isolierdüse ins Heizvolumen. Der Druck wie auch die Temperatur im Heizvolumen nehmen nichtlinear und fast quadratisch mit der Stromstärke des Lichtbogens zu. Im allgemeinen sind eine vom Schaltlichtbogen ausgelöste Aufheizströmung und die Grosse des Heizvolumens auf Ströme kleiner und mittlerer Höhe optimal abgestimmt, da bei Abstimmung auf Ströme grosser Höhe die Aufheizströmung bei kleinen Strömen sonst viel zu gering wäre und keinen zur erfolgreichen Lichtbogenbeblasung ausreichend hohen Löschgasdruck im Heizvolumen aufbauen könnte.
STAND DER TECHNIK
Eine Schaltkammer der eingangs genannten Art mit einem flexibel ausgebildeten Heizvolumen ist beschrieben in DE 44 12 249 A1. Ein Teil der Begrenzungswand des Heizvolumens ist von einem Kolben gebildet, der entgegen einer Rückstellkraft in einem Hohlzylinder verschiebbar gelagert ist. Der Rauminhalt des Heizvolumens ist so bemessen, dass beim Ausschalten kleiner Ströme in seinem Inneren ein Löschgasdruck aufgebaut wird, der ausreicht, um einen zugeordneten leistungsschwachen Schaltlichtbogen im allgemeinen erfolgreich beblasen zu können. Beim Ausschalten eines starken Kurzschlussstroms wird im Heizvolumen ein hoher Löschgasdruck aufgebaut, der den Kolben entgegen der Rückstellkraft verschiebt und das Heizvolumen vergrössert. Zur Beblasung des leistungsstarken Schaltlichtbogens steht dann Löschgas hohen Drucks und hoher Temperatur aus einem vergrösserten Volumen zur Verfügung. Um beim Verschieben des Kolbens den Aufbau eines hohen Gegendrucks im Hohlzylinder zu vermeiden, ist der Hohlzylinder mit einem Expansionsraum der Schaltkammer verbunden.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltkammer der eingangs genannten Art zu schaffen, welche sich nach Einbau in einem gasisolierten Hochspannungsschalter trotz geringer Antriebsleistung durch ein gutes Schaltvermögen auszeichnet.
Bei der Schaltkammer nach der Erfindung ist ein einen Teil der Wand eines Heizvolumens bildender Kolben als Differentialkolben ausgeführt und weist auf seiner vom Heizvolumen abgewandten Seite eine Kolbenstufe auf, welche eine in einem Expansionsraum wirkende erste Arbeitsfläche und eine in einem isoliergasgefüllten Speicherraum wirkende zweite Arbeitsfläche bildet. Durch den Kolben ist ferner ein das Heizvolumen mit dem Speicherraum verbindender Kanal geführt, der geöffnet ist, wenn der Isoliergasdruck im Speicherraum grösser ist als der Löschgasdruck im Heizvolumen.
Beim Ausschalten von Strömen kleiner bis mittlerer Höhe steht daher eine im allgemeinen ausreichende Menge an lichtbogenerzeugtem Löschgas zur Verfügung und wird dann allenfalls eine geringe Antriebsleistung zur Erzeugung von zusätzlichem Löschgas in einer Kompressionsvorrichtung benötigt. Beim Ausschalten von Strömen mittlerer bis grosser Höhe wird hingegen der Rauminhalt des Heizvolumens unter Zufuhr von frischem Isoliergas aus dem Speicherraum vergrössert. Die Dichte des im Heizvolumen vorgesehenen Löschgases wird daher unabhängig von der Grosse des abzuschaltenden Stroms auf einem für eine gute Aussschaltleistung erforderlichen hohen Wert gehalten. Dieser Wert entspricht einem Dichtewert, der mit einem von Anfang an grosseren Heizvolumen erreicht wird, dessen Rauminhalt allerdings zu gross wäre, um beim Ausschalten kleinen bis mittleren Strömen einen Löschgasdruck zu erzeugen, der eine zur erfolgreichen Lichtbogenbeblasung ausreichende Grosse aufweist.
Die erste Arbeitsfläche sollte derart bemessen sein, dass oberhalb eines Grenzwerts des im Heizvolumen herrschenden Löschgasdrucks die Rückstellkraft kleiner ist als eine aus der Differenz zwischen Löschgasdruck und Gasdruck im Expansionsraum gebildeten Gegenkraft. Durch diese Bemessung ist sichergestellt, dass der Kolben unter Vergrösserung des Rauminhalts des Heizvolumens verschoben werden kann und so in der Hochstromphase des abzuschaltenden Stroms stets frisches Isoliergas aus dem Speicherraum ins Heizvolumen tritt.
Die Rückstellkraft wird in im allgemeinen durch eine auf den Kolben wirkende Druckfeder erzeugt, welche in fertigungstechnisch einfacher Weise im Speicherraum oder im Expansionsraum angeordnet ist.
Für eine stetige Frischgaszufuhr aus dem Speicherraum ins Heizvolumen und damit für eine hohe Dichte des Löschgases ist beim Schalten mittlerer bis grosser Ströme gesorgt, wenn in der Hochstrom phase des abzuschaltenden Stroms die Kraft der Druckfeder über einen durch zwei Anschläge begrenzten Verschiebungsweg des Kolbens kleiner ist als eine auf den Kolben wirkende Differenzkraft A2-(pi - Po), wobei pi der durch die Arbeit eines Schaltlichtbogens in der Heizkammer erzeugte Gasdruck ist, p0 der Gasdruck im Expansionsraum und A2 die Grosse der ersten Arbeitsfläche.
Um Platz zu sparen und um so die Abmessungen der Schaltkammer klein zu halten, ist die erste Arbeitsfläche von einem axial erstreckten Kolbenfortsatz gebildet und enthält der Expansionsraum einen axial ausgerichteten Teilraum, in dem die erste Arbeitsfläche verschiebbar geführt ist. Ist der Kolbenfortsatz rohrförmig ausgeführt und weist der Teilraum ein als Hohlzylinder ausgeführtes Volumen auf, so zeichnet sich die Schaltkammer durch eine grosse Betriebssicherheit aus, da betriebstechnisch wichtige Eigenschaften, wie insbesondere die Gasdichtigkeit, die mechanische und die dielektrische Festigkeit sowie die Stromtragfähigkeit, mit einfachen Mitteln optimiert werden. Ist die Aussenfläche des Hohlzylinders von einem das Heizvolumen nach aussen begrenzenden Metallrohr und die Innenfläche von der Isolierdüse gebildet, so kann für eine kostengünstige Fertigung der Schaltkammer auf sowieso schon vorhandene Bauteile zurückgegriffen werden.
Ist in einer zwischen Speicherraum und Expansionsraum vorgesehenen Verbindung ein Rückschlagventil angeordnet, welches bei Bildung eines
Überdrucks im Speicherraum gesperrt ist, so kann der Speicherraum nach einem Ausschaltvorgang rasch wieder mit frischem Isoliergas gefüllt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Anhand von Zeichnungen wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigt die einzige Figur eine Aufsicht auf einen längs einer Achse geführten Schnitt durch eine für einen gasisolierten Hochspannungsschalter bestimmte Schaltkammer nach der Erfindung, bei dem die Schaltkammer oberhalb der Achse bei geschlossenem Schalter dargestellt ist und unterhalb der Achse beim Öffnen des Schalters. WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die in der einzigen Figur dargestellte Schaltkammer eines Hochspannungsleistungsschalters enthält ein mit einem komprimierten Isoliergas, etwa auf der Basis von Schwefelhexafluorid, Stickstoff, Sauerstoff oder
Kohlendioxid oder von Mischungen dieser Gase untereinander, beispielsweise Luft, gefülltes Gehäuse 1 sowie eine vom Gehäuse 1 aufgenommene und vom Gehäuse gehaltene, vorwiegend axialsymmetrisch ausgebildete Kontaktanordnung 2 mit zwei längs einer Achse A relativ zueinander beweglichen Lichtbogenkontakten 3, 4. Der Lichtbogenkontakt 3 kann entlang der Achse A bewegt werden, wohingegen der Lichtbogenkontakt 4 im allgemeinen feststehend im Gehäuse 1 gehalten ist, gegebenenfalls aber auch längs der Achse verschoben werden kann. Die beiden Lichtbogenkontakte 3, 4 sind von einer Isolierdüse 5 und einem Heizvolumen 6 zum Speichern von Löschgas koaxial umfasst. Das Heizvolumen 6 ist nach Art eines Toms mit einem rechteckigen Querschnitt in Umfangsrichtung ausgeführt. Bei einem für Nennspannungen von typischerweise 200 bis 300 kV und für einen Nenn-Kurzschlussausschaltstrom von typischerweise 50 bis 70 kA bestimmten Schalter kann das Heizvolumen 6 im allgemeinen ca. 1 bis 2 Liter unter Druck stehendes Löschgas aufnehmen. Ins Heizvolumen 6 mündet ein Heizkanal 7, der eine beim Öffnen des Schalters durch Trennen der Abbrandkontakte 3, 4 gebildete und durch die Isolierdüse 5 radial begrenzte Lichtbogenzone 8 mit dem Heizvolumen 6 verbindet. Ein Teil der Wand des Heizvolumens 6 ist von einem Differentialkolben 9 gebildet, der entgegen einer von einer Druckfeder 10 aufgebrachten Rückstellkraft F gasdicht in einem axialsymmetrisch angeordneten Ringraum 11 verschoben werden kann.
Der Kolben 9 weist auf seiner das Heizvolumen 6 begrenzenden Seite eine mit dem Bezugszeichen Ai gekennzeichnete ringförmige Arbeitsfläche mit einem wirksamen Querschnitt der Grosse Ai auf. Auf der vom Heizvolumen 6 abgewandten Seite ist er stufenförmig ausgebildet und enthält eine durch einen Rohrstutzen 91 gebildete Kolbenstufe, welche zwei Arbeitsflächen A2 und Ai - A2 jeweils mit einem wirksamen Querschnitt A2 bzw.A-i - A2 bildet. Die Arbeitsfläche A2 wirkt in einem Expansionsraum 12, in dem das Isoliergas einen Druck po aufweist, die Kolbenfläche Ai - A2 hingegen in einem mit frischem Isoliergas gefülltem Speicherraum 13. Im Kolben 9 ist ein von einem nicht federbelasteten Rückschlagventil 14 verschliessbarer, aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht bezeichneter Kanal angeordnet, der das Heizvolumen 6 und den Speicherraum 13 miteinander verbindet.
Der Speicherraum 13 ist als Ringkammer ausgeführt und wird radial von zwei koaxial angeordneten Hohlzylindem und axial von zwei Stirnkörpern begrenzt. Der innenliegende Hohlzylinder wird von einem in die Isolierdüse 5 eingeformten rohrförmigen Kolbenfortsatz 51 gebildet, welcher einen axial geführten Abschnitt des Heizkanals 7 nach aussen begrenzt. Der aussenliegende Hohlzylinder ist von zwei teleskopartig verschiebbaren, rohrförmigen Fortsätzen 52 und 91 gebildet, von denen der Fortsatz 52 ebenfalls in die Isolierdüse 5 eingeformt ist, während der Fortsatz 91 in den Kolben 9 eingeformt ist. Die zur axialen Begrenzung vorgesehenen beiden Stirnkörper werden zum einen von einem radial geführten Abschnitt 92 des Kolbens 9 gebildet und zum anderen von einem radial geführten Abschnitt 53 der Isolierdüse 5. Der Kolbenabschnitt 92 bildet die Arbeitsfläche Ai - A2. Die Druckfeder 10 ist im Speicherraum 13 angeordnet und ist mit einem Ende auf dem Abschnitte 92 und dem anderen Ende auf dem Abschnitt 53 abgestützt. In einer in den Abschnitt 53 eingeformten Verbindung zwischen dem Expansionsraum 12 und dem Speicherraum 13 ist ein Rückschlagventil 15 angeordnet, welches derart ausgerichtet ist, dass es bei Bildung eines Überdrucks im Speichervolumen 13 gesperrt ist.
Die Arbeitsfläche Ai wird vom Kolbenfortsatz 91 gebildet und ist in einem axial ausgerichteten Teilraum 16 des Expansionsraums 12 verschiebbar geführt. Der Teilraum 16 weist ersichtlich ein als Hohlzylinder ausgeführtes Volumen auf. Die Aussenfläche des Hohlzylinders ist von einem das Heizvolumen 6 nach aussen begrenzenden und im allgemeinen zur Führung von Betriebsströmen verwendeten Metallrohr 17 gebildet, die Innenfläche hingegen von den Teilen 52, 53 der Isolierdüse 5.
In der in der oberen Hälfte der Figur dargestellten Einschaltposition der Kammer ist das linke Ende des Lichtbogenkontakts 4 in stromleitender Weise in das rechte Ende des rohrförmig ausgebildeten Lichtbogenkontakts 3 eingeschoben. Beim Ausschalten eines Stroms trennen sich die beiden Lichtbogenkontakte 3, 4 voneinander und bildet sich hierbei ein auf den beiden Enden der Lichtbogenkontakte fussender Lichtbogen L, der in der Lichtbogenzone 8 heisse Gase hohen Drucks erzeugt. Die Temperatur und der Druck der Lichtbogengase sind durch die Lichtbogenarbeit bestimmt und sind daher der Dauer der durch den Stromnulldurchgang bestimmten Lichtbogenzeit und annähernd dem Quadrat des auszuschaltenden Stroms proportional.
Der Druck der Lichtbogengase in der Lichtbogenzone 8 ist im allgemeinen grösser als im Heizvolumen 6. Im Heizkanal 7 strömt daher heisses Gas aus der Lichtbogenzone 8 ins Heizvolumen 6. Lässt die Heizwirkung des Lichtbogens L bei Annäherung an den Nulldurchgang des Stroms nach, so erfolgt eine Strömungsumkehr. Im Heizvolumen 6 gespeichertes Gas mit einem Druck pi strömt als Löschgas über den Heizkanal 7 in die Lichtbogenzone 8 und bebläst dort den Lichtbogen L mindestens solange bis dieser im Stromnulldurchgang gelöscht ist.
Der Rauminhalt des Heizvolumens 6 ist so bestimmt, dass beim Abschalten kleiner bis mittlerer Ströme im Heizvolumen 6 eine zur Lichtbogenlöschung im allgemeinen ausreichende Menge an komprimiertem Löschgas zur Verfügung steht. Zusätzliches Löschgas kann aus einem bei kleinem Löschgasdruck pi mit dem Heizvolumen 6 verbundenen Kompressionsraum 18 einer schwach dimensionierten Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung eingespeist werden. Der Kolben 9 ist dann unter der rückstellenden Wirkung einer geringfügig vorgespannten Druckfeder 10 stehend gegen einen am Metallrohr 17 gehaltenen Anschlag 19 geführt. Die Vorspannkraft Fi der Feder ist so eingestellt, dass sie unterhalb eines Grenzwerts piG des Löschgasdrucks pi im Heizvolumen 6 den Kolben 9 am Anschlag 19 hält. Bei unverschobenem Kolben 9 ist das Rückschlagventil 15 geöffnet. Der Speicherraum 13 ist dann mit dem isoliergasgefüllten Expansionsraum 12 verbunden, in dem das Isoliergas auf einem Druck po gehalten wird. Die Vorspannkraft Fi muss daher Ar (piG - Po) betragen. Bei Strömen mittlerer bis grosser Höhe übersteigt pi den Grenzwertdruck piG. Der Kolben 9 wird nun nach rechts verschoben, so dass sich hierbei der Druck P2 im Speicherraum 13 gegenüber dem Druck p0 im Expansionsraum erhöht und das Rückschlagventil 15 nun geschlossen wird. Sobald der Druck p2 im Speicherraum 13 den Druck pi im Heizvolumen 6 übertrifft, öffnet das Rückschlagventil 14 und strömt frisches Isoliergas aus dem Speicherraum 13 in das Heizvolumen 6. Hierdurch wird die Dichte des Gases im Heizvolumen 6 auf einem erwünscht hohen Wert gehalten. Dieser Wert entspricht demjenigen, der mit einem von Anfang an grosseren Heizvolumen erreicht wird, dessen Rauminhalt allerdings zu gross wäre, um bei Strömen kleiner bis mittlerer Höhe einen zur erfolgreichen Lichtbogenbeblasung ausreichenden Löschgasdruck pi zu erreichen.
Je nach Höhe des Drucks P1 im Heizvolumen 6 wird der Kolben mehr oder weniger weit nach rechts verschoben. Die Bewegung des Kolbens 9 nach rechts ist durch einen vom Fortsatz 52 gebildeten Anschlag begrenzt. Über den durch den Anschlag 20 und den Fortsatz 52 bestimmten Weg der Länge I muss eine vom Kolben 9 aufgebrachte Kraft grösser sein als die von der Druckfeder 9 aufgebrachte Rückstellkraft F. Die vom Kolben 9 durch Differenzwirkung der Drücke P1 im Heizvolumen 6 und po im Teilraum 12 erzeugte Kraft beträgt A2 (P1 - Po). Daher sollte die Kolbenfläche A2 so bemessen sein, dass über den ganzen Weg I die an einem Ort des Wegs herrschende Federkraft F kleiner oder höchstes gleich der am Kolben 9 wirkenden Differentialkraft ist. Es ist dann sichergestellt, dass über den ganzen Verschiebungsweg I p2 grösser P1 ist und so im Heizvolumen 6 ein Löschgas grosserer Dichte gebildet wird als bei einem Schalter nach dem Stand der Technik, bei dem der Kolben zwar durch Verschiebung den Rauminhalt des Heizvolumens vergrössert, die Qualität des Löschgases durch Reduktion des Löschgasdichte jedoch erheblich herabsetzt.
Durch Beblasen des Schaltlichtbogens L im Stromnulldurchgang sinkt der Löschgasdruck P1 im Heizvolumen 6. Die Rückstellkraft F der Druckfeder 10 überwiegt dann die Differentialkraft und führt den Kolben 9 wieder in die Ausgangslage zurück, in der er gegen den Anschlag 19 geführt ist. Frisches Isoliergas kann dann aus dem Expansionsraum 12 über das nun geöffnete . Rückschlagventil 15 in den Speicherraum 13 eintreten. BEZUGSZEICHENLISTE
1 Gehäuse
2 Kontaktanordnung 3, 4 Kontaktstücke
5 Isolierdüse
6 Heizvolumen
7 Heizkanal
8 Lichtbogenzone 9 Kolben
10 Druckfeder
11 Ringraum
12 Expansionsraum
13 Speicherraum 14, 15 Rückschlagventile
16 Teilraum
17 Metallrohr
18 Kompressionsraum
19 Anschlag 51 , 52 Fortsätze der Isolierdüse
53 Abschnitt der Isolierdüse
91 Kolbenfortsatz
92 Kolbenabschnitt A Achse Ai , A2, Ai - A2 Arbeitsflächen am Kolben
F Rückstellkraft
Fi Vorspannkraft
L Lichtbogen
Po Gasdruck im Expansionsraum P1 (Lösch)gasdruck im Heizvolumen p2 (lsolier)gasdruck im Speicherraum
I maximale Länge des Verschiebungswegs des Kolbens

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Schaltkammer für einen gasisolierten Hochspannungsschalter mit einem isoliergasgefüllten Gehäuse (1), in dem zwei längs einer Achse (A) relativ zueinander bewegliche Lichtbogenkontakte (3, 4) angeordnet sind, ein die beiden Lichtbogenkontakte koaxial umgebendes Heizvolumen (6) zur Aufnahme von komprimiertem Löschgas aus einem Lichtbogenraum (8) und ein Raum (12) zur Aufnahme von expandiertem Löschgas, wobei ein Teil der Wand des Heizvolumens (6) von einem Kolben (9) gebildet ist, der entgegen einer Rückstellkraft (F) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der
Kolben (9) als Differential kolben ausgeführt ist und auf der vom Heizvolumen (6) abgewandten Seite eine Kolbenstufe aufweist, welche eine im Expansionsraum (12) wirkende erste Arbeitsfläche (A2) und eine in einem isoliergasgefüllten Speicherraum (13) wirkende zweite Arbeitsfläche (Ai - A2) bildet, und dass durch den Kolben (9) ein das Heizvolumen (6) mit dem
Speicherraum (13) verbindender Kanal geführt ist, der geöffnet ist, wenn der Isoliergasdruck (p2) im Speicherraum (13) grösser ist als der Löschgasdruck (pi) im Heizvolumen (6).
2. Schaltkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Arbeitsfläche (A2) derart bemessen ist, dass oberhalb eines Grenzwerts des im Heizvolumen (6) herrschenden Löschgasdrucks (p-i) die Rückstellkraft (F) kleiner ist als eine aus der Differenz zwischen Löschgasdruck (p-i) und Gasdruck (po) im Expansionsraum (12) gebildeten Gegenkraft.
3. Schaltkammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Speicherraum (13) eine auf den Kolben (9) wirkende Druckfeder (10) zur
Erzeugung der Rückstellkraft (F) angeordnet ist.
4. Schaltkammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (12) anstatt im Speicherraum (13) im Expansionsraum (12) angeordnet ist.
5. Schaltkammer nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft (F) der Druckfeder (10) über einen durch zwei Anschläge (20, 52) begrenzten Verschiebungsweg (I) des Kolbens (9) kleiner ist als eine auf den Kolben (9) wirkende Differenzkraft Ar(pi - po), wobei p-i der durch die Arbeit eines Schaltlichtbogens (L) in der Heizkammer (6) erzeugte Gasdruck ist,
Po der Gasdruck im Expansionsraum (12), und A2 die Grosse der ersten Arbeitsfläche (A2).
6. Schaltkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Arbeitsfläche (A2) von einem axial erstreckten Kolbenfortsatz
(91) gebildet ist, und dass der Expansionsraum (12) einen axial ausgerichteten Teilraum (16) enthält, in dem die erste Arbeitsfläche (A2) verschiebbar geführt ist.
7. Schaltkammer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenfortsatz (91) rohrförmig ausgeführt ist, und dass der Teilraum (16) ein als Hohlzylinder ausgeführtes Volumen aufweist.
8. Schaltkammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche des Hohlzylinders von einem das Heizvolumen (6) nach aussen begrenzenden Metallrohr (17) und die Innenfläche von der Isolierdüse (5) gebildet ist.
9. Schaltkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zwischen Speicherraum (13) und Expansionsraum (12) vorgesehenen Verbindung ein Rückschlagventil (15) angeordnet ist, welches bei Bildung eines Überdrucks im Speicherraum (13) gesperrt ist.
10. Hochspannungsschalter mit einer Schaltkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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