Hochspannungsleistungsschalter

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungsschalter gemäss dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

[0002] Ein derartiger Schalter ist aus der französischen Patentanmeldung FR-A-2 292 325 bekannt. Beim bekannten Schalter münden ein in einem düsenförmig ausgehöhlten Isolierstoffkörper ausgespartes Aufheizvolumen sowie der Kompressionsraum einer Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung in die zwischen den Kontaktstücken befindliche Löschstrecke. Hierdurch wird zwar erreicht, dass auch beim Schalten grosser Ströme äusserst rasch frisches Löschgas aus dem Kompressionsraum im Bereich des Düsenengnis des Isolierstoffkörpers zur Beblasung des Schaltlichtbogens zur Verfügung steht, dem vom Düsenengnis abgewandten Ende der Löschstrecke jedoch nur verhältnismässig heisses und ionenreiches Gas aus dem im Isolierstoffkörper vorgesehenen Aufheizvolumen zugeführt wird. Dieses Gas weist keine optimalen Löscheigenschaften auf, so dass ein Wiederzünden des Schaltlichtbogens nach einem Stromnulldurchgang nicht ohne weiteres auszuschliessen ist.

[0003] Aus der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 021 951 sowie der deutschen Patentanmeldung DE-A-2 404 721 sind ferner Schalter bekannt, bei denen der bei einem Schaltvorgang zwischen den Kontaktstücken gezogene Schaltlichtbogen unter der Wirkung des Magnetfeldes einer vom abzuschal-tenden Strom durchflossenen Spule um eine Achse rotiert. Hierdurch wird die Heizwirkung des Schaltlichtbogens in einer Löschkammer verstärkt und steht bei einem Nulldurchgang des abzuschaltenden Stromes aufgeheiztes Gas zur Beblasung des Schaltlichtbogens zur Verfügung. Um beim Schalten kleiner Ströme eine ausreichende Beblasung des Schaltlichtbogens zu ermöglichen, ist bei diesen Schaltern jeweils noch eine Kolben-Zylinder-KompressionsVorrichtung vorgesehen, durch welche Gas aus der Löschkammer durch die zwischen den Kontaktstükken befindliche Löschstrecke gesaugt wird. Bei diesem Schalter wird zumindest in der Anfangsphase des Löschvorganges ausschliesslich heisses Löschgas zur Beblasung des Schaltlichtbogens verwendet, so dass ein Wiederzünden des Schaltlichtbogenn nach einem Stromnulldurchgang nicht auszuschliessen ist.

[0004] In der deutschen Patentanmeldung DE-A-2 349 263 ist ferner ein Schalter mit einem Brennraum beschrieben, in dem bei einem Schaltvorgang ein mit dem Schaltlichtbogen in Reihe liegender Hilfslichtbogen gezündet wird. Dieser Hilfslichtbogen heizt das in der Brennkammer befindliche Gas auf, wodurch der Antrieb des Schalters unterstützt wird. Zur Beblasung des Schaltlichtbogens weist dieser Schalter eine Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung auf. Bei diesem Schalter steht zur Beblasung des Schaltlichtbogens vergleichsweise frisches Gas zur Verfügung, jedoch ist ein solcher Schalter relativ aufwendig.

[0005] Bei einem in der französischen Patentanmeldung FR-A-2 156 219 offenbarten Schalter wird die Beblasung des Schaltlichtbogens dadurch verbessert, dass eine Kolben-Zylinder-Vorrichtung Gas aus einer Kompressionskammer in die zwischen den Kontaktstücken befindliche Löschstrecke befördert, welches Gas nach Durchströmen der Löschstrecke sodann von einer Saugkammer der Kolben-Zylinder-Vorrichtung aufgenommen wird. Ein solcher Schalter ist vergleichsweise kompliziert aufgebaut und benötigt zur Betätigung der Kolben-Zylinder-Vorrichtung einen verhältnismässig starken Antrieb.

[0006] Bei einem aus dem schweizerischen Patent 568 649 bekannten Schalter kann zwar der Antrieb durch Ausnutzung des durch die Schaltlichtbogengase erzeugten Druckstosses verhältnismässig schwach bemessen sein und kann die Energie des Druckstosses zugleich zur Unterstützung der Beblasung herangezogen werden, jedoch weist dieser Schalter ein zur pneumatischen Umlenkung der Schaltlichtbogengase notwendiges Mehrkammersystem mit mehreren von den heissen Löschgasen beaufschlagten Ventilen auf.

[0007] Schliesslich sind aus der französischen Patentanmeldung FR-A-2 373 141 sowie der deutschen Patentanmeldung DE-A-2 741 022 Schalter bekannt, bei denen das in einer abgeschlossenen Kammer befindliche Löschgas im wesentlichen durch einen unter der Wirkung eines Magnetfeldes rotierenden Lichtbogen aufgeheizt und verdichtet wird. Bei Ausschaltströmen steigt der Gasdruck in der Aufheizkammer stark an und wird oberhalb eines vorgegebenen Druckwertes eine die Aufheizkammer begrenzende Wand in eine weitere abgeschlossene Kammer hineinbewegt. Hierdurch wird in dieser Kammer befindliches frisches Löschgas komprimiert und sodann zur Löschung des Schaltlichtbogens verwendet. Bei diesem Schalter wird zumindest in der Anfangsphase des Löschvorganges ausschliesslich heisses Löschgas zugeführt. Darüber hinaus ist die Stärke der Löschgasbeblasung von der Stärke des abzuschaltenden Stromes abhängig.

[0008] Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Schalter der gattungsgemässen Art mit einfachen Mitteln derart weiterzubilden, dass ein Wiederzünden des Schaltlichtbogens nach dem Stromnulldurchgang nahezu vermieden wird.

[0009] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.

[0010] Der erfindungsgemässe Leistungschalter zeichnet sich dadurch aus, dass in allen Schaltfällen ein verhältnismässig grosser Anteil an vergleichsweise frischem Löschgas zur Schaltlichtbogenbeblasung zur Verfügung steht. Hierdurch wird eine besonders wirkungsvolle Beblasung des Schaltlichtbogens ermöglicht und das Löschvermögen verbessert.

[0011] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Leistungsschalters sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

[0012] Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung in vereinfachter Form dargestellt.

[0013] Es zeigt:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters und

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters.

[0014] In allen Figuren ist auf der linken Seite der jeweilige Hochspannungsleistungsschalter in der Einschaltstellung angegeben, wohingegen auf der rechten Seite jeweils eine Ausschaltphase des betreffenden Hochspannungsleistungsschalters dargestellt ist. Ferner sind in allen Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

[0015] In Fig. 1 ist eine Aufsicht auf einen Schnitt durch die Kontaktanordnung eines erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters dargestellt. Ein bewegliches, als Düsenrohr ausgebildetes Kontaktstück 1 ist mit Kontaktfingern eines feststehenden Kontaktstückes 2 in Eingriff (vergleiche linke Seite). Unterhalb des feststehenden Kontaktstückes 2 ist eine ringförmige Elektrode 3 angeordnet, welche mit einem Ende einer Spule 4 elektrisch leitend verbunden ist. Das andere Ende der Spule steht mit dem Kontaktstück 2 in elektrisch leitender Verbindung. Die Spule 4 ist an einem Isolierstoffkörper 5 angebracht, in welchem Ringräume 6, 7 und 8 vorgesehen sind. Der Ringraum 6 steht über eine ringförmige Mündung 9, der Ringraum 8 über einen Ringkanal 10 und eine ringförmige Mündung 11 mit einem weiteren Ringkanal 12 in Verbindung. Die Ringräume 6 und 7 sind über eine in einer Wand 14 vorgesehene Öffnung 13 miteinander verbunden. Die Ringräume 7 und 8 werden durch einen Ringkolben 15 voneinander getrennt. Dieser Rindkolben 15 ist über Stege 16 mit dem beweglichen Kontaktstück 1 verbunden und ist Teil einer Kompressionsvorrichtung für Löschgas, welches in allen angegebenen Räumen und Kanälen vorgesehen ist. Am Ringraum 8 sind Rückschlagventile 20 vorgesehen, welche bei der Betätigung der Kompressionsvorrichtung einen Druckabfall im Ringraum 8 verhindern und beim Einschalten das Zuströmen frischen Löschgases ermöglichen.

[0016] Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters gemäss Fig. 1 ist nun wie folgt:

Beim Ausschalten wird das Kontaktstück 1 nach unten bewegt. Gleichzeitig bewegt sich auch der Ringkolben 15 der Kompressionsvorrichtung nach unten und komprimiert im Ringraum 8 befindliches Löschgas, wobei Rückschlagventile 18 einen Druckabfall in den Ringräumen 6 und 7 verhindern. Sobald sich die Kontaktstücke 1 und 2 voneinander getrennt haben, wird sich zwischen ihnen ein Lichtbogen17 bilden. Mit zunehmendem Abstand zwischen den Kontaktstücken 1 und 2 wandert der Fusspunkt des Lichtbogens 17 vom feststehenden Kontaktstück 2 zur ringförmigen Elektrode 3 und schaltet hierbei die nun vom Abschaltstrom durchflossene Spule 4 ein (vergleiche die rechte Seite von Fig. 1). Das magnetische Feld der Spule bewirkt eine Rotation des Lichtbogens 17 um eine Kontaktstückachse. Hierbei wird Löschgas in der Hochstromphase stark erhitzt, wodurch zugleich auch der Druck des Löschgases ansteigt.

[0017] Das erhitzte, unter hohem Druck stehende Löschgas wird im Ringraum 6 gespeichert. Ein Teil des in dem Ringraum 6 gespeicherten Löschgases gelangt über die Öffnung 13 in den Ringraum 7, in dem es auf den Ringkolben 15 eine in Ausschaltrichtung wirkende und somit den Schalterantrieb unterstützende Kraft ausübt. Hierdurch wird verhindert, dass der Ringkolben 15 gegen den durch Aufheizung bewirkten Druckaufbau des Löschgases arbeitet und es so zu einer Antriebsabbremsung kommt.

[0018] Gleichzeitig wird das im Ringraum 8 befindliche frische Löschgas komprimiert und strömt, wenn die Heizwirkung des Lichtbogens 17 bei Annäherung an den Stromnulldurchgang nachlässt, in der durch Pfeile angegebenen Richtung über den Ringkanal 10 zum Ringkanal 12 und mischt sich dort mit dem nun ebenfalls aus dem Ringraum 6 strömenden erhitzten Löschgas. Die Vermischung des frischen und des heissen Löschgases wird dadurch noch unterstützt, dass die Ringräume 6 und 8 durch die ringförmige Wand 14 voneinander getrennt sind, und dass die Wand 14 eine in den Ringkanal 12 hineinragende Kante 19 aufweist. Die Kante 19 verursacht eine turbulente Grenzschicht zwischen frischem und heissem Löschgas und fördert dadurch deren Vermischung.

[0019] Vom Ringkanal 12 wird das unter hohem Druck stehende, aber erheblich abgekühlte Löschgas in die zwischen dem beweglichen Kontaktstück 1 und der Ringelektrode 3 befindliche Löschstrecke geleitet, wo es den Lichtbogen bis weit über den Stromnulldurchgang hinaus besonders wirkungsvoll bebläst und anschliessend über die düsenförmige Öffnung des Kontaktstückes 1 in einen Expansionsraum gelangt.

[0020] In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Schalters dargestellt.

[0021] Im Gegensatz zur Fig. 1 ist hier eine Aufsicht auf einen Schnitt durch die Kontaktanordnung eines Schalters gezeigt, bei dem die Aufheizung des Löschgases nicht durch einen rotierenden, sondern durch einen zwischen dem beweglichen Kontaktstück 1 und einem vollzylindrisch ausgebildeten Kontaktstück 2 gezogenen Lichtbogen bewirkt wird. Hierbei ist der Isolierstoffkörper 5 als Düse ausgebildet. Verglichen mit den Abmessungen des als Aufheizvolumen wirkenden Ringraums 6 weist der Ringkolben 15 einen kleinen Querschnitt auf, so dass es bei der Kompression von frischem Löschgas im Ringraum 8 wegen des starken Druckanstieges in der Hochstromphase beim Schalten starker Ströme zu keiner Antriebsabbremsung kommt. Kurz vor dem Stromnulldurchgang kommt es zur Vermischung des frischen und des aufgeheizten Löschgases im Ringkanal 12 und, bedingt durch das Vorhandensein zweier Düsen, nämlich des düsenförmig ausgebildeten Isolierstoffkörpers 5 und des düsenförmig ausgebildeten hohlen Kontaktstückes 1, zu einer doppelten Beblasung des Lichtbogens 17.

[0022] Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters entspricht im wesentlichen der Ausführungsform gemäss Fig. 2, weist jedoch wie der Schalter gemäss Fig. 1 einen Ringkolben 15 auf, dessen vom Ringraum 8 abgewandte Fläche zur Antriebsunterstützung wieder den mit dem aufheizbaren Ringraum 6 verbundenen Ringraum 7 begrenzt. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den Ringkolben 15 so auszubilden, dass diese Fläche die grössere Fläche des Differentialkolbens ist.

Ansprüche

1. Hochspannungsleistungsschalter mit einem beweglichen Kontaktstück (1) und mindestens einem weiteren Kontaktstück (2, Elektrode 3), welche Kontaktstücke (1, 2, Elektrode 3) bei einem Schaltvorgang eine Löschstrecke begrenzen, in der ein Lichtbogen (17) brennt, mit einer Kolben-Zylinder-Kompressionvorrichtung, in deren Kompressionsraum (Ringraum 8) kaltes Löschgas verdichtet wird und deren das Volumen des Kompressionsraums (Ringraum 8) veränderndes Teil starr mit dem beweglichen Kontaktstück (1) verbunden ist, mit einem Aufheizvolumen (Ringraum 6), in dem durch den Lichtbogen (17) infolge Aufheizens komprimiertes Löschgas gespeichet ist, und mindestens einer Düse, durch deren Öffnung bei einem Schaltvorgang komprimiertes Löschgas aus der Löschstrecke in einen Expansionsraum strömt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressionsraum (Ringraum 8) und das Aufheizvolumen (Ringraum 6) in einen gemeinsamen Ringkanal (12) münden, welcher Teil einer Mischvorrichtung für heisses und kaltes Löschgas ist und den Kompressionsraum (Ringraum 8) und das Aufheizvolumen (Ringraum 6) mit der Löschstrecke verbindet, und dass die Mündungen (11,9) des Kompressionsraums (Ringraum 8) und des Aufheizvolumens (Ringraum 6) im Ringkanal (12) durch eine ringförmige Wand (14) voneinander getrennt sind, welche eine in den Ringkanal (12) hineinragende Kante (19) aufweist, durch welche sich bei Annäherung des abzuschaltenden Stromes an einen Nulldurchgang eine turbulente Grenzschicht zwischen heissem und kaltem Löschgas bildet.

2. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (12) von dem beweglichen Kontaktstück (1) und einem mit dem beweglichen Kontaktstück (1) verbundenen Isolierstoffkörper (5) begrenzt ist.

3. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressionsraum (Ringraum 8) durch einen Ringkolben (15) der Kompressionsvorrichtung in zwei Ringräume (7, 8) mit gegenläufig veränderlichen Volumina unterteilt ist, von denen der eine Ringraum (8) mit dem Ringkanal (12) und der andere Ringraum (7) mit dem Aufheizvolumen (Ringraum 6) verbunden ist.

4. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkolben (15) als Differentialkolben ausgebildet ist, dessen grössere Kolbenfläche den Ringraum (7) begrenzt, welcher mit dem Aufheizvolumen (Ringraum 6) in Verbindung steht.

Claims

1. High-voltage circuit breaker comprising moving contact member (1) and at least one further contact member (2, electrode 3), which contact members (1, 2, electrode 3) delimit during a switching process a quenching section in which an arc (17) is burning, comprising a piston-cylinder compression device in the compression space (annular space 8) of which cold quenching gas is condensed and whose part changing the volume of the compression space (annular space 8) is rigidly connected to the moving contact member (1), comprising a heating volume (annular space 6) in which quenching gas, which is compressed by the arc (17) as a result of heating, is stored and comprising at least one nozzle through the opening of which compressed quenching gas flows during a switching process from the quenching section into an expansion space, characterised in that the compression space (annular space 8) and the heating volume (annular space 6) open into a common annular duct (12) which is a part of a mixing device for hot and cold quenching gas and connects the compression space (annular space 8) and the heating volume (annular space 6) to the quenching section, and that the openings (11, 9) of the compression space (annular space 8) and of the heating volume (annular space 6) in the annular duct (12) are separated from each other by an annular wall (14) which is provided with an edge (19) which projects into the annular duct (12) and by means of which a turbulent boundary layer forms between the hot and the cold quenching gas as the current to be switched off approaches its zero transition.

2. High-voitage circuit breaker according to Ciaim 1, characterised in that the annular duct (12) is delimited by the mowing contact member (1) and a body (5) of insulating material joined to the moving contact member (1).

3. High-voltage circuit breaker according to Claim 1, characterised in that the compression space (annular space 8) is subdivided by an annular piston (15) of the compression device into two annular spaces (7, 8) having oppositely variable volumes, one annular space (8) of which is connected to the annular duct (12) and the other annular space (7) of which is connected to the heating volume (annular space 6).

4. High-voltage circuit breaker according to Claim 3, characterised inthatthe annular piston (15) is constructed as a differential piston, the larger piston area of which delimits the annular space (7) which is joined to the heating volume (annular space 6).

Revendications

1. Disjoncteur à haute tension comportant une pièce de contact (1) mobile et au moins une autre pièce de contact (2, électrode 3), pièces de contact (1, 2, électrode 3) qui, lors d'une opération de coupure, délimitent un trajet d'extinction dans lequel jaillit un arc électrique (17), comportant également un dispositif de compression à piston-cylindre, dans la chambre de compression (chambre annulaire 8) duquel du gaz d'extinction froid est comprimé et dont la partie modifiant le volume de la chambre de compression (chambre annulaire 8) est reliée de façon rigide à la pièce de contact (1) mobile, comportant encore un volume de chauffage (chambre annulaire 6) dans lequel est stocké du gaz d'extinction comprimé, par suite du chauffage, par l'arc électrique (17), ainsi qu'au moins une tuyère par l'ouverture de laquelle, lors d'une opération de coupure, du gaz d'extinction comprimé circule du trajet d'extinction jusqu'à une chambre d'expansion, caractérisé en ce que la chambre de compression (chambre annulaire 8) et le volume de chauffage (chambre annulaire 6) débouchent dans un canal annulaire (12) commun, qui fait partie d'un dispositif de mélange de gaz d'extinction froid et chaud et qui met en communication la chambre de compression (chambre annulaire 8) et le volume de chauffage (chambre annulaire 6) avec le trajet d'extinction, et en ce que les embouchures (11, 9) de la chambre de compression (chambre annulaire 8) et du volume de chauffage (chambre annulaire 6) dans le canal annulaire (12) sont séparées l'une de l'autre par une paroi annulaire (14), qui présente une arête (19) pénétrant dans le canal annulaire (12) et grâce à laquelle il se forme, lorsque le courant à couper approche de son annulation, une couche limite turbulente entre le gaz d'extinction froid et le gaz d'extinction chaud.

2. Disjoncteur à haute tension suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le canal annulaire (12) est délimité par la pièce de contact (1) mobile et par un corps en matériau isolant (5) relié à la pièce de contact (1) mobile.

3. Disjoncteur à haute tension suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de compression (chambre annulaire 8) est subdivisée, par un piston annulaire (15) du dispositif de compression, en deux chambres annulaires (7, 8) dont les volumes varient en sens contraires, l'une de ces chambres annulaires (8) étant reliée au canal annulaire (12) et l'autre chambre annulaire (7) étant reliée au volume de chauffage (chambre annulaire 6).

4. Disjoncteur à haute tension suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le piston annulaire ( 15) est réalisé sous la forme d'un piston différentiel, dont la grande face délimite la chambre annulaire (7) qui est en communication avec le volume de chauffage (chambre annulaire 6).

Zeichnung