DE3341930A1

DE3341930A1 - Druckgasschalter

Info

Publication number: DE3341930A1
Application number: DE19833341930
Authority: DE
Inventors: Heinz-Peter Dipl.-Phys. Dr. Fislisbach Kirchesch; Wilhelm Dipl.-Ing. Dielstorf Nürck; Wolfgang Dr. Glattbrugg Widl
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1983-10-28
Filing date: 1983-11-21
Publication date: 1985-05-23
Anticipated expiration: 2003-11-22
Also published as: FR2554274A1; DE3341930C2; FR2554274B1; ES537134A0; CS244831B2; US4559425A; CS709384A2; IN162055B; ES8507728A1; JPH0572690B2; CH662443A5; JPS60112216A

Description

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28.10.83 Ka/eh

DRUCKGASSCHALTER

Die Erfindung betrifft einen Druckgasschalter gemäss dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein solcher Schalter ist etwa aus der EP-Al-075341 bekannt. Der bekannte Schalter weist zwei koaxiale, relativ zueinander bewegliehe Schaltstücke mit jeweils einem Abbrandkontakt auf sowie eine vom Ausschaltstrom durchflossene Spule, welche mit einem Lichtbogenlaufring elektrisch leitend verbunden ist. Die Abbrandkontakte sind von einem Heizvolumen umgeben. Das in diesem Heizvolumen enthaltene Löschgas wird während des Ausschaltvorganges in der Hochstromphase durch den unter dem Einfluss des Magnetfeldes der stromdurchflossenen Spule rotierenden Schaltlichtbogens aufgeheizt. Insbesondere beim Schalten kleiner Ströme kann der so erzeugte Druck des im Heizvolumen gespeicherten Löschgases gegebenenfalls nicht ausreichen, um den Schaltlichtbogen ausreichend zu beblasen.

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Es ist Aufgabe der Erfindung, die Ausschaltleistung des gattungsgemässen Schalters mit einfachen Mitteln zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. Der erfindungsgemässe Schalter zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, dass durch geeignete Strömungsstabilisierung des bei einem Schaltvorgang aufgeheizten Löschgases die Heizleistung des Schaltlichtbogens äusserst wirkungsvoll zur Erzeugung von Löschgas hohen Druckes ausgenutzt wird, und dass die für die Strömungsstabilisierung des aufgeheizten Löschgases vorgesehenen Mittel zugleich zur optimalen Führung des zur Beblasung des Schaltlichtbogens in das Lichtbogenvolumen einströmenden Löschgases verwendet werden können.

Zur näheren Erläuterung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäss ausgeführten Hochspannungsleistungsschalter, bei welchem in der linken Hälfte der Figur der Schalter in der Ein- und in der rechten Hälfte in der Ausschaltstellung dargestellt ist, und

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Schnitt längs II-II durch den Schalter gemäss Fig. 1.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen hohlzylindrischen Isolierstoffkörper, welcher gasdicht zwischen zwei hohlen Stromanschlüsen 2 und 3 eingeflanscht ist.

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Der Stromanschluss 2 trägt ein feststehendes Schaltstück mit einem ringförmigen Nennstromkontakt 4 und mit einem hohl ausgebildeten Abbrandkontakt 5, in dessen Inneren ein düsenförmig ausgeführtes Isolierstoffteil 6 angeordnet ist. Dieses Teil 6 ist in der Einschaltstellung (linke Hälfte der Figur) durch einen beweglichen, düsenförmig ausgebildeten Abbrandkontakt 7 gegen die Kraft einer (nicht dargestellten) Feder ins Innere des Abbrandkontaktes 5 geschoben.

Im Inneren des Stromanschlusses 2 ist ein Isolierstoffkörper 8 befestigt. Dieser Isolierstoffkörper 8 weist einen mit ringförmigen Rippen versehenen Isolator 9 und ein daran anschliessendes rohrförmiges Isolierstoffteil 10 auf. Der Isolator stellt im Ausschaltzustand einen kriechstromsicheren Isolationsabstand zwischen dem Nennstromkontakt 4 und dem Abbrandkontakt 7 her. Das Isolierstoffteil 10 wird vom Abbrandkontakt 7 durchdrungen und begrenzt an seinem dem feststehenden Schaltstück zugewandten Ende zusammen mit einem in isolierender Weise am Stromanschluss 2 befestigten Lichtbogenlaufring 11 einen Ringspalt 12. Der Ringspalt 12 verbindet ein vom Stromanschluss 2, dem Isolierstoffkörper 8 und dem Lichtbogenlaufring 11 umschlossenes Heizvolumen 13 mit einem bei einem Schaltvorgang zwischen den geöffneten Abbrandkontakten 5 und 7 befindlichen Lichtbogenvolumen. Der Lichtbogenlaufring 11 besteht aus einem lichtbogenfesten Material und ist ebenso wie der Abbrandkontakt 5 mit dem einen Anschluss einer Spule 14 verbunden, deren anderer Anschluss mit dem Stromanschluss 2 in elektrisch leitender Verbindung steht. In das Heizvolumen 13 mündet ein längs des Abbrandkontaktes 7 erstreckter Ringkanal 15, gegen den das Heizvolumen 13 über ein Rückschlagventil 16 absperrbar ist.

Der äussere Teil des Lichtbogenlau fringes 11 ist von

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einem Isolierstoffring 17 abgedeckt. Am Isolierstoffring 17 sind radial erstreckte und bis unmittelbar an die Mündung des Ringspaltes 12 in das Heizvolumen 13 heranreichende Leitflügel 18 aus einem isolierenden und bei erhöhten Temperaturen löschgasabgebenden Material, wie etwa Polytetrafluoräthylen angebracht. Diese Leitflügel sind Teil einer zwischen dem Heizvolumen 13 und dem Lichtbogenvolumen vorgesehenen Gasleiteinrichtung.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Leitflügel 18 voneinander beabstandet auf dem Isolierstoffring 17 befestigt und begrenzen Kanäle 19. Die Kanäle 19 sind azimutal um eine zentrale Achse verteilt angeordnet und münden radial zur Achse verlaufend in- den vom Lichtbogenlaufring 11 und dem Isolierstoffteil 10 begrenzten Ringspalt 12. Sie stellen damit einen Teil der Verbindung zwischen Heizvolumen 13 und Lichtbogenvolumen her.

Der Stromanschluss 3 trägt ein koaxial zum feststehenden Schaltstück angebrachtes und längs der zentralen Achse bewegliches Schaltstück mit einem beweglichen Nennstromkontakt 20 und dem beweglichen Abbrandkontakt 7. Der bewegliche Nennstromkontakt 20 enthält Kontaktfinger, welche zueinander parallel auf der Aussenfläche eines mit dem beweglichen Abbrandkontakt 7 starr verbundenen Tragteils 21 aus elektrisch leitendem Material gelagert sind. Die Kontaktfinger sind mittels lyraförmig gebogener Blattfedern 22 in federnder Weise in einem hohlzylindrischen Käfig 23 abgestützt und weisen an ihren beiden Enden jeweils eine Kontaktfläche auf. Die eine Kontaktfläche stützt sich sowohl im Ein- als auch im Ausschaltzustand auf der Aussenfläche eines ringförmig ausgebildeten Fortsatzes 24 des Stromanschlusses 3 ab, wohingegen die andere Kontaktfläche lediglich im Einschaltzustand am feststehenden Nennstromkontakt 4 anliegt. Ein Teil 25 der Kontakt finger steht an den dem feststehen-

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' den Schaltstück zugewandten Enden über die übrigen Kontaktfinger 26 vor und ist an den vorstehenden Enden lichtbogenfest ausgebildet. Im Tragteil 21 ist ein ringförmiger Kompressionsraum 27 ausgespart, welcher von einem am Stromanschluss 3 starr befestigten Ringkolben 28 verschlossen ist. Auf der Innenfläche des Tragteiles 21 sind Schlitze 29 vorgesehen, welche den Kompressionsraum 27 über den Ringkanal 15 mit dem Heizvolumen 13 verbinden.

Das Innere des vom Isolierstoffkörper 1 und den Stromanschlüssen 2 und 3 begrenzten Gehäuses ist mit einem Isoliergas, wie etwa Schwefelhexafluorid von einigen bar Druck, gefüllt.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters ist nun wie folgt:

In der Einschaltstellung (linke Hälfte von Fig. 1) durchsetzt der bewegliche Abbrandkontakt 7 den Lichtbogenlaufring 11 und ist in den feststehenden Abbrandkontakt eingeführt. Mit seiner Stirnfläche liegt der bewegliche Abbrandkontakt 7 an der Stirnfläche des Isolierstoffteiles 6 an, wodurch das Innere der Abbrandkontakte 5 und 7 gegenüber dem Ringspalt 12 und den Kanälen 19 abgeschlossen ist. Die dem feststehenden Schaltstück zugewandten Kontaktflächen aller Kontaktfinger 25 und 26 des beweglichen Nennstromkontaktes 20 liegen am feststehenden Nennstromkonakt 4 an. Der überwiegende Teil des Stromes fliesst nun vom Stromanschluss 2 über den Nennstromkontakt 4, den Nennstromkontakt 20 und den Fortsatz 24 zum Stromanschluss 3.

Beim Ausschalten wird der mit einem nicht dargestellten Antrieb versehene Abbrandkontakt 7 und damit auch der mit dem Abbrandkontakt 7 über das Tragteil 21 kraft-

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schlüssig verbundene Nennstromkontakt 20 nach unten bewegt. Bei dieser Bewegung kommen zunächst die Kontaktfinger 26 ausser Eingriff mit dem Nennstromkontakt 4. Da lichtbogenfeste Kontaktteile 4a so am Nennstromkontakt 4 angebracht sind, dass sie in der Einschaltstellung mit den Kantaktfingern 25 zusammenwirken, fliesst der Strom nun über den Stromanschluss 2, die lichtbogenfesten Kontaktteile 4a, die Kontaktfinger 25 und den Fortsatz

24 zur Stromzuführung 3.

Sobald sich 4a und 25 trennen, wird der Strom in einen parallelen Strompfad kammutiert.und läuft nun vom Stromanschluss 2 über die Spule 14, den Abbrandkontakt 5, den Abbrandkontakt 7, das Tragteil 21, die Kontaktfinger

25 und 26 sowie den Fortsatz 24 zum Stromanschluss 3. Ein beim Schalten grosser Ströme während des Kommutierungsvorganges gegebenenfalls auftretender Lichtbogen wird zwischen den Kontaktteilen 4a und den Kontaktfingern 25 gezogen. Da diese Teile lichtbogenfest ausgebildet sind, wird eine Beschädigung der Nennstromkontakte 4 und 20 vermieden.

Nach der Kommutierung des Stromes trennen sich die beiden Abbrandkontakte 5 und 7 und wird zwischen diesen beiden Kontakten ein nicht dargestellter Lichtbogen gezogen, dessen am Abbrandkontakt 5 befindlicher Fusspunkt im Verlauf des weiteren Abschaltvorganges unter der Wirkung des nach unten laufenden Isolierstoffteils 6 auf den Lichtbogenlaufring 11 kommutiert. Der Strom fliesst nun über den Stromanschluss 2, die Spule 14, den Lichtbogenlaufring 11, den nicht dargestellten Lichtbogen, den Abbrandkontakt 7, das Tragteil 21, die Kontaktfinger 25 und 26 sowie den Fortsatz 24 zum Stromanschluss 3. Unter der Wirkung des Magnetfeldes der nun stromdurchflossenen Spule 14 beginnt der Lichtbogen um die zentrale Achse zu rotieren und das im Lichtbogenvolumen befindliche

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Isoliergas aufzuheizen. In der Hochstromphase rotiert der Lichtbogen mit hoher Geschwindigkeit um die zentrale Achse und heizt das im Lichtbogenvolumen befindliche Löschgas stark auf. Unter der Wirkung von Zentrifugalkräften wird das aufgeheizte Löschgas nach aussen befördert und an den Düsenöffnungen von Abbrandkcntakt 7 und Isolierstoffteil 6 eine Druckabsenkung, hingegen an der Peripherie der im Löschgasvolumen rotierenden Gasmasse eine Druckerhöhung bewirkt. Das erhitzte Löschgas hohen Druckes strömt durch den Ringspalt 12 und die Kanäle 19 in das Heizvolumen 13₃ io es sich mit dem dort gespeicherten kalten Löschgas vermischt.

Die Leitflügel 18 haben hierbei u.a. die Wirkung, die Rotation des durch den Lichtbogen aufgeheizten Löschgases auf das Lichtbogenvolumen zu beschränken. Der Drehimpuls des von der Peripherie des Lichtbogenvolumens abströmenden rotierenden Löschgases wird an der Einmündung des Ringspaltes 12 in die Kanäle 19 von den Leitflügeln 18 aufgenommen. Hierdurch wird verhindert, dass das im Heizvolumen 13 befindliche kalte Löschgas durch einströmendes aufgeheiztes Löschgas in Rotation versetzt wird. Ausserdem wird auch verhindert, dass entgegengesetzt strömendes kaltes Löschgas aus dem Heizvolumen 13 in das Lichtbogenvolumen einströmt. Die Rotationsgeschwindigkeit und somit der Druck an der Peripherie der Lichtbogenlöschzone können dadurch erheblich gesteigert werden. Entsprechend wird die Heizleistung im Heizvolumen 13 erhöht und im Auspuff verringert. Hierdurch wird gegenüber vergleichbaren Schaltern ohne Leitflügel die Ausschaltleistung insbesondere bei kleinen Strömen beträchtlich verbessert. Durch die verringerte Heizleistung im Auspuff kann das Auspuffvolumen kleiner gehalten werden.

Das aufgeheizte Löschgas strömt im wesentlichen in radialer Richtung durch die Kanäle 19 ins Heizvolumen 13, wo es

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mit dem bereits vorhandenen kühlen Löschgas gemischt und gespeichert wird. Die Mischung des aufgeheizten mit dem kühlen Löschgas kann dadurch gefördert werden, dass die Kanäle 19 Abschnitte aufweisen, welche in tangentialer Richtung in das Heizvolumen 13 einmünden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Leitflügel wie in der linken Hälfte von Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist, tangential gekrümmte Auslaufteile 30 au fweisen.

Kurz vor dem Stromnulldurchgang, wenn die Heizwirkung des Schaltlichtbogens erheblich nachgelassen hat, und der Druck des im Heizvolumen 13 gespeicherten Löschgases den Druck des Löschgases im Lichtbogenvolumen übertrifft, tritt das komprimierte Löschgas über die Kanäle 19 und den Ringspalt 12 aus dem Heizvolumen 13 aus und bebläst den schwächer werdenden Lichtbogen in verstärktem Masse. Wichtig ist hierbei, dass die in den Ringspalt 12 mündenden Abschnitte der Kanäle 19 radial verlaufen, da hierdurch eine besonders wirkungsvolle radiale Beblasung des Lichtbogens erreicht wird.

Die Kanäle 19 können auch durch Oeffnungen in der Wand eines Hohlzylinders aus isolierendem Material gebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass der Hohlzylinder zugleich Innenwand des Heizvolumens 13 ist und das Isolierstoffteil 10 ersetzt.

Versuche haben ergeben, dass bereits drei azimutal gleichmassig verteilte Kanäle eine Verbesserung der Beblasung des Schaltlichtbogens vergleichbarer Schalter ohne solche Kanäle bewirken, und dass eine besonders wirkungsvolle Beblasung des Schaltlichtbogens beim Vorhandensein von mehr als sechs Kanälen eintritt.

Beim Schalten extrem kleiner Ströme kann die Leistung

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des Lichtbogens gegebenenfalls nicht ausreichen, um im Heizvolumen 13 einen für die Löschung des Schaltlichtbogens ausreichenden Löschgasdruck zu erzeugen. Eine ausreichende Beblasung des bei kleinen Strömen gezogenen Schaltlichtbogens wird jedoch über Löschgas ermöglicht, welches im Kompressionsraum 27 bei einem Schal^vorgang verdichtet und über die Schlitze 29, den Ringkanal 15, das Rückschlagventil 16, das Aufheizvolumen 13, die Kanäle 19 und den Ringkanal 12 in die Löschzone geblasen wird. Die vorteilhafte Wirkung einer solchen zusätzlichen Beblasung ist entsprechend der Anordnung des Heizvolumens 13 ohne den Nachteil zusätzlichen Platzbedarfs verfügbar. Entsprechend dem im Stromanschluss 2 angeordneten Aufheizvolumen 13 ist auch für den Kompressionsraum 27 der Zusatzbeblasung kein zusätzlicher Platz notwendig, da dieser Kompressionsraum 27 bequem in dem bereits vorhandenen Tragteil untergebracht werden kann.

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Claims

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Pate ntansprüche

Druckgasschalter mit zwei koaxialen, längs einer Achse relativ zueinander beweglichen und jeweils mit einem Abbrandkontakt (5, 7) versehenen Schaltstücken, einer vom Ausschaltstrom durchflossenen und mit einem Lichtbogenlaufring (11) elektrisch leitend verbundenen Spule (14) sowie mit einem die Abbrandkontakte (5, 7) umgebenden und zur Speicherung von aufgeheiztem Löschgas vorgesehenen Heizvolumen (13), welches mit einem bei einem Äusschaltvorgang zwischen beiden Schaltstücken befindlichen Lichtbogenvolumen in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Heiz (13)- und Lichtbogenvolumen eine Gasleitvorrichtung vorgesehen ist mit mindestens drei Kanälen (19), welche azimutal um die Achse verteilt angeordnet sind und erste Abschnitte aufweisen, die im wesentlichen radial zur Achse verlaufend in das Lichtbogenvolumen einmünden.
2. Druckgasschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasleitvorrichtung die Kanäle

(19) begrenzende Leitflügel (18) enthält, welche voneinander beabstandet radial zur Achse angeordnet sind.
3. Druckgasschalter nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitflügel (18) einen löschgasabgebenden Isolierstoff enthalten.
4. Druckgasschalter nach einem der Patentansprüche 2 oder 3 mit einem zwischen Heiz (13)- und Lichtbogenvolumen befindlichen Ringspalt (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Leitflügel (18) unmittelbar an der Einmündung des Ringspaltes (12) in das Heizvolumen (13) angeordnet sind.

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5. Druckgasschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasleiteinrichtung als Hohlzylinder mit von den Kanälen durchzogener Wand ausgebildet ist.
6. Druckgasschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (19) zweite Abschnitte aufweisen, welche mit einer tangentialen Komponente in das Heizvolumen (13) einmünden.
7. Druckgasschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizvolumen (13) mit einem Kompressionsraum (27) verbindbar. ist, welcher aus einem elektrisch leitenden Tragteil (21) ausgespart ist, das zwischen einem Nennstromkontakt (20) und dem Abbrandkontakt (7) eines beweglichen beider Schaltstücke angeordnet ist.