Hochspannungsleistungsschalter

Beschreibung

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

[0002] Ein derartiger Schalter ist aus der EP-A1-0 004 213 bekannt. In der Ausschaltphase wird bei diesem Schalter der Druck des in einem Kompressionsraum befindlichen Gases durch Aufheizen mittels des zwischen den Kontakten gezogenen und unter der Wirkung eines radialen magnetischen Feldes stehenden, rotierenden Lichtbogens erhöht, und der Lichtbogen durch das aufgeheizte Druckgas beblasen. Um bei einem derartigen Schalter eine hohe Ausschaltleistung zu erreichen, ist es jedoch notwendig, dass die mit dem hohlen Abbrandkontakt verbundene Spule den vollen Löschstrom aufnehmen kann. Eine entsprechend bemessene Spule erhöht die Kosten des Schalters jedoch erheblich. Darüber hinaus ist auch bei Verwendung grosser Spulen das Löschvermögen des Schalters nicht optimal, da die durch den Lichtbogen erzeugte Wärme nicht schnell genug aus dem Bogeninneren entfernt wird.

[0003] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemässen Schalter zu schaffen, bei dem die Ausschaltleistung durch einen verbesserten Gasaustausch zwischen Ausschaltlichtbogen und umgebenden Druckgas erhöht wird, und bei dem darüber hinaus die mit dem hohlen Abbrandkontakt verbundene Spule geringe Abmessungen aufweist.

[0004] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. Der erfindungsgemässe Schalter zeichnet sich dadurch aus, dass die mit dem hohlen Abbrandkontakt verbundene Spule erst kurz vor Stromnulldurchgang vom - nun geringen - Löschstrom durchflossen wird. Die Spule weist daher vergleichsweise geringe Abmessungen auf. Darüber hinaus ist der Abbrandkontakt nun so konstruiert, dass auf einen grossen Teil des Ausschaltlichtbogens ein in axialer Richtung verlaufendes Magnetfeld einwirkt. Die durch das axiale Magnetfeld hervorgerufenen Kräfte pumpen Energie in eine ungeordnete turbulente Gasbewegung und bewirken eine besonders starke Zerfetzung des Lichtbogens im Expansionsraum und damit ein hohes Löschvermögen des Schalters.

[0005] In der Ausführungsform gemäss Patentanspruch 2 wird das Magnetfeld der Spule durch die als Kurzschlussring ausgebildete Düse auf den Expansionsraum des Schalters begrenzt. Durch die im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 3 angegebenen Massnahmen kann sich das axiale Magnetfeld in besonders zweckmässiger Weise im Innern des hohlen Abbrandkontaktes ausbilden.

[0006] Die Ausführungsform des erfindungsgemässen Schalters gemäss Patentanspruch 4 zeichnet sich dadurch aus, dass die Kommutierung des Ausschaltlichtbogens vom ersten auf den zweiten Teil des Abbrandkontaktes unter Verwendung einfacher Mittel auch bei sehr kleinen Ausschaltströmen stets mit Sicherheit erreicht werden kann.

[0007] Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung in vereinfachter Form dargestellt.

[0008] Es zeigt die einzige Figur eine Aufsicht auf einen Schnitt durch die Kontaktanordnung des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters.

[0009] In der Figur sind ein beweglicher Kontakt 1 und ein feststehender Kontakt 2 während des Öffnens eines Hochspannungsleistungsschalters dargestellt. Der bewegliche Kontakt 1 weist einen Dauerstromkontakt 11 und einen Abbrandkontakt 12, der feststehende Kontakt 2 einen Dauerstromkontakt 21 und einen Abbrandkontakt 22 auf. Der feststehende Abbrandkontakt 22 besteht aus zwei Teilen 221 und 222. Der erste ringförmig ausgebildete Teil 221 ist mit einem Stromanschluss 223 versehen und ist als Düse ausgestaltet. Der zweite Teil 222 ist als hohler Stift ausgebildet und kann gegebenenfalls sich in axialer Richtung erstreckende Materialausnehmungen aufweisen. Der zweite Teil 222 des feststehenden Abbrandkontaktes 22 ist an seinem dem beweglichen Kontakt 1 zugewandten Ende von einer Spule 3 umgeben. Diese Spule 3 ist an ihrem einen Ende mit dem zweiten Teil 222 und mit ihrem anderen Ende mit dem ersten Teil 221 des Abbrandkontaktes 22 verbunden. Der erste Teil 221 bildet das Düsenengnis des Abbrandkontaktes 22 und überdeckt die dem beweglichen Kontakt 1 zugewandten Stirnflächen der Spule 3 und des zweiten Teils 222 des Abbrandkontaktes. Eine Isolierstoffdüse 4 ist in axialer Richtung gegenüber dem feststehenden Abbrandkontakt 22 versetzt angeordnet und begrenzt gemeinsam mit dem Abbrandkontakt 22 einen Blaskanal 6, durch den - wie durch die Pfeile angedeutet ist - aus einer Kompressionseinrichtung 7, welche einen mit dem beweglichen Kontakt 1 kraftschlüssig gekoppelten Kompressionskolben 71 aufweist, Druckgas in die Hochdruckzone der Schaltstrekke geblasen und durch die Engnisse der Isolierstoffdüse 4 sowie des feststehenden Abbrandkontaktes 22 in den Expansionsraum des Schalters abgeführt wird.

[0010] Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters ist nun wie folgt:

In der Einschaltstellung des Schalters durchsetzt der bewegliche Abbrandkontakt 12 die lsolierstoffdüse 4 und bildet mit dem hohlen, als Düse ausgebildeten Abbrandkontakt 22 des feststehenden Kontaktes 2 eine Schaltstiftüberlappung und sind gleichzeitig die beiden Dauerstromkontakte 11 und 21 miteinander in elektrisch leitender Berührung. Beim Ausschalten werden zunächst die beiden Dauerstromkontakte 11 und 21 voneinander getrennt und wird der Strom I vom Dauerstrompfad auf den Abbrandkontaktpfad kommutiert. Der Strom 1 fliesst nun vom Stromanschluss 223 über den ersten Teil 221 des feststehenden Abbrandkontaktes 22 zum beweglichen Abbrandkontakt 12. Sobald der Eingriff zwischen den Abbrandkontakten 12 und 22 aufgehoben ist, wird zwischen diesen beiden Kontakten ein Lichtbogen 5 gezogen. Dieser Lichtbogen wird durch eine aus dem Blaskanal 6 zugeführte Löschgasströmung schwach beblasen. Die Löschgasströmung ist nun so bemessen, ddss deI Ausschaltlichtbogen 5 in einer verglichen mit der Dauer der Halbwelle des Löschstromes geringen Zeitspanne, beispielsweise einige Millisekunden, vor dem Stromnulldurchgang vom ersten Teil 221 auf den zweiten Teil 222 des Abbrandkontaktes 22 kommutiert. Der Löschstrom 1 fliesst nun von Anschluss 223 über die Spule 3, den zweiten Teil 222 des Abbrandkontaktes 22 und den Lichtbogen 5 zum beweglichen Abbrandkontakt 12. Neben der Blaswirkung des zugeführten Löschgases wirkt auf den Lichtbogen 5 nun auch die Kraft des magnetischen Feldes der Spule 3 ein. Die magnetischen Feldlinien der Spule 3 verlaufen im unterhalb des Düsenengnisses des als Ring ausgebildeten ersten Teils 221 des Abbrandkontaktes 22 parallel zur Bogenachse und zur Strömungsrichtung des Druckgases. Der Lichtbogen 5 wird daher in diesem Bereich paralleler magnetischer Beblasung nur unwesentlich in Rotation versetzt. Hingegen wird Energie aus dem magnetischen Feld in eine ungeordnete, turbulente Gasbewegung der Lichtbogensäule des Lichtbogens 5 gepumpt. Dies führt im Unterschied zu den bekannten magnetisch quer beblasenen Lichtbögen, die als Ganzes in einem Querfeld rotieren, zu einer Zerfetzung des Lichtbogens in diesem Bereich und zu einer besonders wirkungsvollen Durchmischung des Lichtbogens 5 mit umgebendem Kaltgas.

[0011] Der erfindungsgemässe Schalter zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass sowohl die Spule 3 als auch die Kompressionseinrichtung 7 sehr klein gehalten werden können. Die Spule 3 braucht nicht für den vollen Ausschaltstrom dimensioniert zu sein, die Kompressionseinrichtung 7 soll lediglich eine derart starke Druckgasströmung erzeugen, dass der Lichtbogen 5 vom ersten Teil 221 des Abbrandkontaktes 22 auf dessen zweiten Teil 222 kommutiert.

[0012] Ein besonders hohes Löschvermögen des erfindungsgemässen Schalters wird durch eine Begrenzung des axialen magnetischen Feldes im Innern des hohlen Abbrandkontaktes 22 bewirkt. Dies kann etwa dadurch erreicht werden, dass der erste Teil 221 des Abbrandkontaktes 22 als Kurzschlussring ausgebildet ist. Im Hinblick auf ein begrenztes axiales magnetisches Feld vorteilhaft ist es, an der vom beweglichen Kontakt 1 abgewandten Stirnfläche der Spule 3 einen weiteren Kurzschlussring vorzusehen. Beide Kurzschlussringe haben zusätzlich den Vorteil, dass sie das axiale magnetische Feld zum Zeitpunkt des Nulldurchganges des Löschstromes zumindest teilweise aufrechterhalten.

Ansprüche

1. Hochspannungsieistungsschatter für Wechselströme mit einem feststehenden (22) und einem axial verschieblichen Abbrandkontakt (12), mit einer Düse (4), durch die der Ausschaltlichtbogen (5) brennt und durch die das Druckgas von einem Kompressions- in einen Expansionsraum strömt, und mit einer zylinderförmigen Spule (3), welche mit ihrem einen Ende mit einem ersten, die Spule (3), zumindest teilweise stirnseitig begrenzenden Teil (221) eines hohlen Abbrandkontaktes (22) und mit ihrem anderen Ende mit einem zweiten, die Spule (3) an ihrer inneren Mantelfläche zumindest teilweise begrenzenden Teil (222) dieses Abbrandkontaktes (22) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (221) des mit der Spule (3) verbundenen Abbrandkontaktes (22) als Düse ausgebildet ist und dass eine von den Abbrandkontakten (12, 22) betätigte Kompressionseinrichtung (7) vorgesehen ist, welche eine derart bemessene Druckgasströmung erzeugt, dass der Ausschaltlichtbogen (5) in einer verglichen mit der Dauer der Halbwelle des Löschstromes geringen Zeitspanne vor dem Stromnulldurchgang vom ersten Teil (221) auf den zweiten Teil (222) des hohlen Abbrandkontaktes (22) kommutiert.

2. Hochspannungsleistungsschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse als Kurzschlussring ausgebildet ist.

3. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (222) des hohlen Abbrandkontaktes (22) in axialer Richtung erstreckte Materialausnehmungen aufweist.

4. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionseinrichtung (7) einen gegenüber dem hohlen Abbrandkontakt (22) beweglichen Kompressionskolben. (71) und einen Ringraum aufweist, wobei der Ringraum vom hohlen Abbrandkontakt (22) und einer lsolierstoffdüse (4), deren Engnis gegenüber dem ersten Teil (221) des hohlen Abbrandkontaktes (22) axial versetzt ist, begrenzt ist.

Revendications

1. Interrupteur de puissance à haute tension pour courants alternatifs comportant un contact pare-étincelles fixe (22) et un contact pare-étincelles mobiles axialement (12), ainsi qu'un ajutage (4) à travers lequel l'arc électrique de coupure

(5) brûle et le gaz comprimé passe d'une chambre de compression dans une chambre de détente, et une bobine cylindrique (3) qui, par sa première extrémité, est reliée à une première partie (221) d'un contact pare-étincelles creux (22) couvrant au moins partiellement une face d'about de la bobine (3) et par son autre extrémité à une seconde partie (222) de ce contact pare-étincelles (22) couvrant au moins partiellement la surface périphérique interne de la bobine (3), caractérisé en ce que la première partie (221) du contact pare-étincelles (22) connectée à la bobine (3) a la forme d'un ajutage et un dispositif de compression (7) actionné par un des contacts pare-étincelles (12, 22) est prévu, ce dispositif produisant un flux de gaz comprimé mesuré d'une manière telle que l'arc électrique de coupure (5) commute de la première partie (221) vers la seconde partie (222) du contact pare-étincelles creux (22) en un court laps de temps comparé à la durée de la demi-onde du courant d'extinction, avant le passage du courant par zéro. 2. Interrupteur de puissance à haute tension suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'ajutage a la forme d'une bague de court-circuit.

3. Interrupteur de puissance à haute tension suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la seconde partie (222) du contact pare-étincelles creux (22) présente des évidements s'étendant dans le sens axial.

4. Interrupteur de puissance à haute tension suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de compression (7) comporte un piston de compression (71) mobile par rapport au contact pare-étincelles creux (22) et une chambre annulaire, la chambre annulaire étant délimitée par le contact pare-étincelles creux (22) et par une douille en matière isolante (4) dont l'étranglement est décalé axialement par rapport à la première partie (221) du contact pare-étincelles creux 22).

Claims

1. High-voltage power circuit-breaker for alternating currents, having a stationary burn-off contact (22) and an axially displaceable burn-off contact (12), a nozzle (4) through which the switch-off arc (5) burns and through which the pressurised gas flows from a compression chamber into an expansion chamber, and a cylindrical coil (3), of which one end is connected to a first part (221) of a hollow burn-off contact (22), this part at least partially delimiting the end face of the coil (3), and the other end is connected to a second part (222) of this burn-off contact (22), this part at least partially delimiting the coil (3) on the inner surface of its shell, characterised in that the first part (221) of the burn-off contact (22) connected to the coil (3) is shaped as a nozzle and that a compression device (7) is provided which is actuated by the burn-off contacts (12, 22) and which generates a flow of pressurised gas at such a rate that the switch-off arc (5) is commutated from the first part (221) to the second part (222) of the hollow burn-off contact (22) within a period, before the current passes through zero, which is short compared with the duration of the half-wave of the quenching current.

2. High-voltage power circuit-breaker according to Patent Claim 1, characterised in that the nozzle is designed as a short-circuiting ring.

3. High-voltage power circuit-breaker according to Patent Claim 1 or 2, characterised in that the second part (222) of the hollow burn-off contact (22) has recesses in the material, extending in the axial direction.

4. High-voltage power circuit-breaker according to one of Patent Claims 1 to 3, characterised in that the compression device (7) has a compression piston (71), which is movable relative to the hollow burn-off contact (22), and an annular space, the annular space being delimited by the hollow burn-off contact (22) and a nozzle (4) of insulating material, the constriction of which is axially offset relative to the first part (221 ) of the hollow burn-off contact (22).

Zeichnung