Hochspannungsleistungsschalter

Abstract

 Bei einem Hochspannungsleistungsschalter mit einem feststehenden (21) und einem axial verschieblichen Kontakt (31), mit einer düsenförmigen Oeffnung (32), durch die Löschgas während des Ausschaltens von einem Lösch (70)-in einen Expansionsraum (60) strömt, sowie mit einer nach Kommutierung des Ausschaltlichtbogens (90) auf einen Ringkontakt (50) vom Ausschaltstrom durchflossenen Spule soll die dielektrische Festigkeit der Schaltstrecke mit einfachen Mitteln erhöht und gleichzeitig eine stets sichere Kommutierung des Ausschaltlichtbogens vom feststehenden Abbrandkontakt (23) auf den Ringkontakt (50) bewirkt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass zwischen feststehendem Kontakt (21) und Ringkontakt (50) mindestens ein Abströmkanal (85) vorgesehen ist, durch den vor Kommutierung des Ausschaltlichtbogens (90) auf den Ringkontakt (50) das durch den Ausschaltlichtbogen (90) aufgeheizte Lösch_- gas von der Schaltstrecke entfernt und in einen Entlastungsraum (81) geführt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungsschalter gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Ein derartiger Schalter ist etwa aus der europäischen Patentanmeldung 0 004 213 bekannt. Bei diesem bekannten Schalter brennt der Lichtbogen beim Ausschalten zunächst zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Kontakt. Sobald die Fusspunkte dieses Lichtbogens einen bestimmten Abstand voneinander aufweisen, wandert der am feststehenden Kontakt befindliche Fusspunkt auf einen Ringkontakt, der mit dem einen Ende einer Spule elektrisch leitend verbunden ist, deren anderes Ende mit dem feststehenden Kontakt elektrisch gekoppelt ist. Sobald der Lichtbogen auf den Ringkontakt kommutiert, wird die Spule vom Ausschaltstrom durchflossen. Das magnetische Feld der Spule versetzt den Lichtbogen in Rotation, wodurch das umgebende Druckgas aufgeheizt und die Löschung des Lichtbogens bewirkt wird. Die Rotation des Lichtbogens auf den Ringkontakt weist den grossen Vorteil auf, dass die Bildung von Metalldämpfen weitgehend vermieden wird, wodurch eine hohe dielektrische Festigkeit in der Schaltstrecke gewährleistet ist. Unmittelbar nach der Kontakttrennung vor Kommutierung auf den Ringkontakt brennt der Lichtbogen zwischen feststehendem und beweglichem Kontakt, ohne dass eine wesentliche lokale Versetzung'seiner Fusspunkte erfolgt.-Je nach Grösse des abzuschaltenden Stromes werden hierbei Abbrände und Metalle verdampft, welche die dielektrische Festigkeit der Schaltstrecke herabsetzen.

[0003] Es ist daher Aufgabe der Erfindung einen Hochspannungsleistungsschalter der gattungsgemässen Art zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln eine Erhöhung der dielektrischen Festigkeit der Schaltstrecke bewirkt und darüber hinaus stets-. mit Sicherheit die Kommutierung des Lichtbogens auf den Ringkontakt erreicht wird.

[0004] Diese Aufgabe wind durch die kennzeichnenden Merkmale von-Anspruch 1 gelöst. Der erfindungsgemässe Schalter zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass Abbrandprodukte und Metalldämpfe, welche an jedem Schaltvorgang zwischen Kontakten entstehen und die dielektrische Festigkeit der Schaltstrecke herabsetzen, aus dem aufgeheizten Kompressionsraum und damit aus der Schaltstrecke entfernt werden und in einen abgeschlossenen, gekühlten Entlastungsraum gelangen, wo sie sich auf den Wandungen als feste Körper niederschlagen. Hierdurch werden die dielektrischen Eigenschaften des zur Lichtbogenlöschung verwendeten Druckgases ganz erheblich verbessert. Darüber hinaus wird stets mit Sicherheit die Kommutierung .. des Lichtbogens vom Gegenkontakt auf den Ringkontakt erreicht, da während der gesamten Ausschaltphase eine nach aussen gerichtete radiale Druckgasströmung auftritt.

[0005] Durch die Massnahmen gemäss Anspruch 2 wird auch bei Abschalten eines sehr grossen Stromes mit Sicherheit vermieden, dass der Ausschaltlichtbogen nach Kommutierung auf den Ringkontakt wieder auf den feststehenden Kontakt zurückkehren kann, da die Löschgasströmung stets radial nach aussen gerichtet ist. Sollte daher bei der Abschaltung eines extrem grossen Stromes das Löschgas des von dem feststehenden Kontakt und dem Ringkonrakt begrenzten Teiles des Kompressionsraumes derart stark aufgeheizt sein, dass das Volumen des Entlastungsraumes das radial nach_'aussen abströmende Gas nicht vollständig aufnehmen kann, so wird dieses Gas oberhalb eines vorgegebenen Druckwertes in ein Zusatzvolumen weitergeleitet.

[0006] Es empfiehlt sich, den Entlastungsraum gemäss den Massnahmen nach Anspruch 3 auszubilden, da hierdurch die erhitzten Löschgase besser gekühlt werden können und die durch den. Schaltlichtbogen verflüchtigten Abbrand- und Metallteile rascher kondensieren.

[0007] Der durch die Merkmale der Ansprüche 4 und 5 gekennzeichnete Schalter zeichnet sich dadurch besonders aus, dass beim Schalten kleiner Ströme im Kommutierungsraum ein zur sicheren Kommutierung des Ausschaltlichtbogens vom feststehenden Kontakt auf den Ringkontakt ausreichend hoher Druck des Löschgases aufgebaut wird. Eine besonders wirkungsvolle Beblasung des Ausschaltlichtbogens wird dann erreicht, wenn der erfindungsgemässe Schalter nach Massgabe der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 6 ausgebildet ist.,

[0008] Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben.

[0009] Es zeigt

Fig.l eine Aufsicht auf einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters, wobei die linke Hälfte der Figur den Schalter in der Einschalt (ES)-und Ausschaltstellung (AS) sowie bei Beginn der Figur den Schalter zu Beginn der Kommutierung auf den Ringkontakt zeigt, und

Fig.2a und b eine Aufsicht auf einen Längsschnitt des vergrössert dargestellten Schalters gemäss Figur 1, wobei'der Schalter im linken Teil (a) der Figur während der Kommutierungsphase und im rechten Teil (b) vor und nach der Kommutierungsphase sowie bei Verwendung eines nachlaufenden Isolierzapfens dargestellt ist.

[0010] In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Mit 10 ist ein mit isolierendem Druckgas, wie SF6, gefülltes und stirnseitig mit einem Stromanschluss 20 abgedichtetes Gehäuse bezeichnet. Im Innern des Gehäuses 10 befindet sich ein feststehender 21 und ein beweglicher Kontakt 31. Der feststehende Kontakt 21 ist hohl ausgebildet und weist einen Dauerstromkontakt 22 und einen als Finger ausgebildeten Abbrandkontakt 23 auf. Im Innern des feststehenden Kontaktes 21 ist ein Isolierstoffkörper 24 vorgesehen, durch den das vom feststehenden Kontakt.21 eingeschlossene Gasvolumen verringert wird. Ezne den feststehenden Kontakt 21 zylinderförmig umgebende Spule 40 ist an ihrem einen Ende mit dem feststehenden Kontakt 21 und an ihrem anderen Ende über einen Steg 51 mit einem gegenüber dem feststehenden Kontakt 21 axial versetzten Ringkontakt 50 verbunden. Der bewegliche, über nicht gezeichnete Kontaktlamellen mit einem Stromanschluss 30 in elektrisch leitender Verbindung stehende Kontakt 31 ist hohl ausgebildet und weist an seinem Abbrandende eine Düsenöffnung 32 auf. Die Düse 32 trennt einen den beweglichen Kontakt 31 abbrandseitig umschliessenden Löschraum 70, in dem der Druck des SF₆-Gases durch Aufheizen über einen rotierenden Ausschaltlichtbogen 92 erhöht wird, von einem Expansionsraum 60, in den das aufgeheizte SF₆-Gas nach Freigabe der Oeffnung düsenförmigen Abbrandkontaktes 32 eintreten kann.

[0011] Ein vom feststehenden Kontakt 21, dem Isolierzapfen 24, dem Ringkontakt 50 und dem düsenförmigen Abbrandkontakt 32 begrenzter Kommutierungsraum 71 ist über einen als Ringspalt ausgebildeten Abströmkanal 85 mit einem von Wänden 84 umschlossenen Entlastungsraum 80 verbunden, welcher zwei über ein Rückschlagventil 82 miteinander in Verbindung stehende Kammern 81, 83 aufweist.

[0012] Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Hochspannungs- - leistungsschalters ist nun wie folgt:

[0013] In der Einschaltstellung des Schalters (vergleiche Position ES in Figur 1) durchsetzt der bewegliche Kontakt 31 den Ringkontakt 50 und bildet mit dem hohlen feststehenden Kontakt 21 eine Schaltstiftüberlappung. Beim Ausschalten werden zunächst die beiden Dauerstromkontakte 22 und 31 voneinander getrennt und der abzuschaltende Strom fliesst nun durch den Abbrandkontakt 23 zum beweglichen Kontakt 31. Sobald der Eingriff zwischen den Abbrandkontakten 23 und 31 aufgehoben ist (vgl. Position KT in Figur 1), wird zwischen diesen beiden Kontakten ein in der Figur 1 nicht dargestellter Lichtbogen gezogen. Dieser Lichtbogen heizt das im Kommutierungsraum 71 befindliche Löschgas auf und erhöht dort dessen Druck. Das aufgeheizte Löschgas strömt nun durch den Ringspalt 85 in eine erste Kammer 81 des Entlastungsraumes 80. Diese Gasströmung ist in den Figuren 1, 2a und b durch Pfeile angedeutet. In Figur 2aist darüber hinaus dargestellt, wie der zwischen den Abbrandkontakten 23 und 32 brennende Lichtbogen 90 durch diese Gasströmung vom Abbrandkontakt 23 auf den Ringkontakt 50 geblasen wird. Hierdurch wird eine Kommutierung des abzuschaltenden Stromes auf die Spule 40 bewirkt. Der Strom fliesst nun (vgl.Fig.2a) vom Stromanschluss 20 über die Spule 40, die Verbindung 51, den Ringkontakt 50, den zwischen Ringkontakt 50 und Abbrandkontakt 32 gezogenen Lichtbogen 91 und den Abbrandkontakt 32 zum (in der Fig.2a nicht dargestellten) Stromanschluss 30.

[0014] Zumindest bis zum Zeitpunkt der Kommutierung des Lichtbogens 90 vom Abbrandkontakt 23 auf den Abbrandring 50 kann das aufgeheizte Löschgas lediglich durch den Ringspalt 80 entweichen. Hierbei entfernt das Löschgas Abbrandrückstände und Metalldämpfe, die durch den zwischen den Abbrandkontakten 23 und 32 brennenden Lichtbogen 90 hervorgerufen werden. Die Wandungen 84 des Entlastungsraumes 80 enthalten vorzugsweise ein poröses, gesintertes oder mit Kühl- lamellen versehenes Material, wodurch eine gute Kühlung des Löschgases bewirkt und die Abbrandrückstände und die.;-Metalldämpfe in besonders wirkungsvoller Weise aufgenommen werden.

[0015] Bei der Abschaltung extrem hoher Kurzschlussströme ist es möglich, dass die erste Kammer 81 des Entlastungsraumes 80 das aufgeheizte Löschgas nicht mehr aufnehmen kann. Daher empfiehlt es sich, die erste Kammer 81 über ein Rückschlagventil 82 mit einer zweiten Kammer 83 zu verbinden, wodurchen überschüssiges Löschgas bei Ansprechen des Rückschlagventils 82 oberhalb eines vorgegebenen Druckwertes abgeführt werden kann.

[0016] Sobald der Lichtbogen 90 auf den Ringkontakt 50_-kommutiert ist, und der Ausschaltstrom durch die Spule 40 fliesst, beginnt der Lichtbogen 91 unter dem Einfluss des magnetischen Feldes der Spule 40 sehr schnell zu rotieren (vgl. Fig.2a). Hierdurch wird das Löschgas in noch stärkerem Masse aufgeheizt, wobei wegen der Rotation des Lichtbogens jedoch die Bildung von Abbrandrückständen und Metalldämpfen weitgehend vermieden wird. Das aufgeheizte Löschgas wird durch den Ringkanal 85 abgeleitet und entfernt dabei allfällig noch vorhandene Abbrand- und Metallrückstände.

[0017] Sobald die Oeffnung des als Düse ausgebildeten Abbrandkontaktes 32 des beweglichen Kontaktes 31, die vorher durch den Isolierstoffzapfen 24 verschlossen war, freigegeben und zusätzlich der Durchsatz des beweglichen Kontaktes 31 durch den Ringkontakt 50 aufgehoben ist, wird das Löschgas durch den rotierenden Lichtbogen 92 im Löschraum 70 auf den Löschdruck aufgeheizt und über die Düsenöffnung des Abbrandkontaktes 32 in den Expansionsraum 60 entfernt. Hierbei wird - wie in Fig.2b dargestellt ist - der Lichtbogen 92 intensiv beblasen, in die Düsenöffnung 32 des beweglichen Kontaktes 31 hineingetrieben und zum Erlöschen gebracht. Die Bewegung des beweglichen Kontaktes 31 kommt nach Erlöschen des Lichtbogens 92 in der in Fig.l, linke Hälfte, angegebenen Position AS zum Stillstand (Ausschaltstellung).

[0018] Wie in Fig.2a dargestellt ist, kann der in der Anfangsphase des Ausschaltvorganges die düsenförmig ausgestaltete Oeffnung 32 des beweglichen Kontaktes 31 verschliessende Isolierstoffzapfen 24 als Nachlaufzapfen ausgebildet werden. Der in der Einschaltstellung unter der Wirkung eines Kraftspeichers, etwa einer Feder, stehende Zapfen 24 läuft dem beweglichen Kontakt 31 so lange nach, bis der Lichtbogen auf den Ringkontakt 50 kommutiert ist (gestrichelte Position in Fig.2b). Der Isolierstoffzapfen 24 kann mit einer Bohrung (in Fig.2b ebenfalls gestrichelt dargestellt) versehen werden, wodurch nach Kommutierung des Lichtbogens auf den Ringkontakt 50 und nach Freigabe dieser Bohrung durch den beweglichen Kontakt 31 eine Doppelbeblasung des Lichtbogens 92 einsetzt.

Bezeichnungsliste

[0019] 

10 Gehäuse

20 Stromanschluss

21 feststehender Kontakt

22 feststehender Dauerstromkontakt

23 feststehender Abbrandkontakt

24 Isolierstoffkörper

30 Stromanschluss

31 beweglicher Kontakt

32 düsenförmiger Abbrandkontakt

40 Spule

50 Ringkontakt

51 elektrische Verbindung

60 Expansionsraum

70 Löschraum

71 Kommutierungsraum

80 Entlastungsraum

81 Entlastungskammer

82 Rückschlagventil

83 Entlastungskammer

84 Wand des Entlastungsraumes

85 Abströmkanal

93 Lichtbogen vor Kommutierung

91 Lichtbogen nach Kommutierung

92 Lichtbogen in Rotationsphase

Ansprüche

l. Hochspannungsleistungsschalter mit einem feststehenden und einem axial verschieblichen Kontakt mit mindestens einer Düse, durch die beim Ausschalten Druckgas von einem Lösch- in einen Expansionsraum strömt, sowie mit einer den feststehenden Kontakt zylinderförmig umgebenden Spule, deren eines Ende mit dem feststehenden Kontakt und deren anderes mit einem gegenüber dem feststehenden Kontakt axial versetzten Ringkontakt verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen feststehendem Kontakt (21) und Ringkontakt (50) mindestens ein radial nach aussen verlaufender Abströmkanal (85) vorgesehen ist, welcher einen vom feststehenden Kontakt (21) und vom Ringkontakt (50) begrenzten Kommutierungsraum (71) mit einem Entlastungsraum (80) verbindet, dessen Volumen derart bemessen ist, dass es den vor Kommutierung des Ausschaltlichtbogens (90) vom feststehenden Kontakt (21) auf den Ringkontakt (50) aus dem Kommutierungsraum.(71) ausströmenden Teil des Druckgases aufnehmen kann.

2. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlastungsraum (80) mindestens zwei über ein Rückschlagventil (82) miteinander in Verbindung stehende Kammern (81,83) aufweist.

3. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände (84) des Entlastungsraumes (80) poröses, gesintertes oder mit Kühllamellen versehenes Material aufweisen.

4. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kommutie-.. rungsraum (71) ein die Oeffnung des düsenförmigen, beweglichen Abbrandkontaktes (32) vor der Kommutierung des Ausschaltlichtbogens (90) verschliessender Isolierstoffzapfen (24) vorgesehen ist.

5. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierstoffzapfen (24) axial verschieblich ausgebildet ist, und sich unter Wirkung eines geladenen Energiespeichers in der Einschaltstellung des Schalters auf dem beweglichen Kontakt (31) abstützt.

6. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierstoffzapfen (24) als Düse ausgebildet ist.

Zeichnung