DE4210545A1

DE4210545A1 - Trennschalter für eine metallgekapselte gasisolierte Hochspannungsanlage

Info

Publication number: DE4210545A1
Application number: DE19924210545
Authority: DE
Inventors: Daniel Bleiker; Thomas Dr Dunz; Sven Forss; Herbert Schifko; Ales Vrana
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1992-03-31
Publication date: 1993-10-07

Description

TECHNISCHES GEBIET

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Trennschalter für eine metallgekapselte gasisolierte Hochspannungsanlage mit zwei in der isoliergasgefüllten Metallkapselung angeordneten und längs einer Achse miteinander kontaktierbaren oder voneinander trennbaren Schaltstücken mit jeweils einem stiftförmigen, axial erstreckten Vorzündkontakt, welcher bei einem beider Schaltstücke als Nachlaufkontakt ausgebildet ist, und mit einem den Vorzündkontakt eines feststehenden beider Schaltstücke koaxial umgebenden Festkontakt und einem an einem beweglichen beider Schaltstücke vorgesehenen Laufkontakt, welcher in der Einschaltposition mit dem Festkontakt einen Dauerstrompfad bildet.

STAND DER TECHNIK

Die Erfindung nimmt dabei Bezug auf einen Stand der Technik, wie er sich beispielsweise aus der DE-C2-32 37 146 ergibt. In dieser Patentveröffentlichung ist ein Trennschalter für eine metallgekapselte gasisolierte Hochspannungsanlage mit zwei in einer geerdeten, gasisolierten Metallkapselung angeordneten, miteinander kontaktierbaren oder voneinander trennbaren Schaltstücken beschrieben, von denen eines längs einer Achse beweglich geführt ist. Beim Einschalten dieses Trennschalters können je nach den in der Hochspannungsanlage herrschenden Potentialverhältnissen zwischen den Schaltstücken Vorzündungen auftreten. Um zu vermeiden, daß diese Vorzündungen während des Schaltvorganges nicht zu Querdurchschlägen und damit zu Kurzschlüssen mit der geerdeten Kapselung führen, ist hierbei dafür gesorgt, daß die möglicherweise auftretenden Vorzündungen axial zentriert sind. Dies wird zum einen dadurch erreicht, daß mit dem als Stift ausgebildeten beweglichen Schaltstück bis zu einer Zwischenstellung eine Abschirmung mitbewegt wird. Zum anderen wird dies aber auch dadurch erreicht, daß am feststehenden beider Schaltstücke ein als Vorzündelektrode wirkender, stiftförmiger Nachlaufkontakt vorgesehen ist.

Dieser Trennschalter weist eine vergleichsweise große axiale Ausdehnung aus. Dies ist dadurch bedingt, daß durch den Nachlaufkontakt zusätzliche Konstruktionselemente in das feststehende Schaltstück eingebracht werden, welche in axialer Richtung eine erhebliche Ausdehnung besitzen und hochspannungsmäßig abgeschirmt werden müssen. Dies führt zu einer nicht unerheblichen Vergrößerung der bereits zu einem großen Teil durch die Isolierdistanz der offenen Trennstrecke bestimmten Trennschaltergeometrie in axialer Richtung.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 definiert ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Trennschalter für eine metallgekapselte gasisolierte Hochspannungsanlage der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem trotz geringer Abmessungen in axialer Richtung unerwünschte Querdurchschläge nahezu vollständig unterdrückt werden.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß im beweglichen Schaltstück aufgrund des von seinem Laufkontakt beim Ein- oder Ausschalten ausgeführten Schalthubes im Unterschied zum feststehenden Schaltstück in axialer Richtung ausreichend Raum zum Einbau des Nachlaufkontaktes zur Verfügung steht. Dadurch wird durch Einbau des Nachlaufkontaktes in den Laufkontakt die Trennschaltergeometrie gegenüber einem Schalter ohne Nachlaufkontakt nicht verändert, gegenüber einem Schalter mit einem im feststehenden Schaltstück angeordneten Nachlaufkontakt jedoch in axialer Richtung erheblich verkürzt. Durch geeignete Weiterbildung des den Nachlaufkontakt integrierenden Laufkontaktes kann die Trennschaltergeometrie in axialer Richtung unter Beibehalt der großen Beständigkeit gegenüber Querdurchschlägen sogar noch zusätzlich verkürzt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch Kontaktanordnung und Gehäuse einer ersten Ausführungsform des Trennschalters nach der Erfindung, bei der sich der Trennschalter in der linken Hälfte in der Einschaltposition und in der rechten Hälfte in der Ausschaltposition befindet,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung die Kontaktanordnung des Trennschalters nach Fig. 1, und

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch eine Kontaktanordnung einer zweiten Ausführungsform des Trennschalters nach der Erfindung, bei der sich entsprechend der Ausführungsform gemäß Fig. 1 der Trennschalter in der linken Hälfte in der Einschalt- und in der rechten Hälfte in der Ausschaltposition befindet.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In allen Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auch auf gleichwirkende Teile. Der in Fig. 1 dargestellte Trennschalter weist ein als geerdete Metallkapselung 1 ausgeführtes und mit einem Isoliergas, wie SF₆, von einigen Bar Druck gefülltes Gehäuse auf. Die Metallkapselung 1 enthält drei nicht bezeichnete Öffnungen, von denen zwei mit je einem von zwei Schottungsisolatoren 2, 3 gasdicht verschlossen sind und eine dritte der Durchführung einer bei einem Schaltvorgang in Richtung einer Achse 4 bewegbaren Isolierstoffstange 5 dient. Durch die Schottungsisolatoren 2, 3 ist jeweils einer von zwei auf Hochspannungspotential bringbaren und gegenüber der Metallkapselung 1 potentialmäßig abgeschirmten Stromanschlüssen 6, 7 geführt. Die Stromanschlüsse 6, 7 sind jeweils mit einem von zwei feststehenden Kontaktträgern 8, 9 elektrisch leitend verbunden.

Der Kontaktträger 8 weist eine nicht bezeichnete axial erstreckte Öffnung auf, welche der Durchführung eines mit der Isolierstoffstange 5 starr oder gelenkig verbundenen, längs der Achse 4 verschieblichen, rohrförmigen Laufkontaktes 10 eines beweglichen Schaltstückes des Trennschalters dient. Die Mantelfläche des Laufkontaktes 10 kontaktiert unter Bildung einer Gleitkontaktanordnung 11 ein beispielsweise Kontaktlamellen enthaltendes und koaxial mit den Laufkontakt 10 angeordnetes Kontaktteil des Kontaktträgers 8. Der Kontaktträger 8 ist an seinem dem Kontaktträger 9 zugewandten Ende als Abschirmung ausgebildet und trägt an seinem anderen Ende eine konzentrisch zur Achse 4 angeordnete Abschirmung 12, welche das an der Isolierstoffstange 5 befestigte Ende des Laufkontaktes 10 gegenüber der Metallkapselung 1 abschirmt. Das entgegengesetzte Ende des Laufkontaktes 10 weist einen als Hohlkontakt wirkenden Rohrabschnitt 13 auf, welcher der Gleitlagerung eines federbelasteten Nachlaufkontaktes 14 sowie der Übernahme eines gegebenenfalls vom Nachlaufkontakt 14 geführten und auf eine Vorzündung zurückzuführenden Stromes dient.

Der Kontaktträger 9 ist an seinem dem Kontaktträger 8 zugewandten Ende tulpenförmig ausgebildet und trägt auf seiner Innenseite einen vorzugsweise von Kontaktfingern gebildeten, konzentrisch zur Achse 4 angeordneten Festkontakt 15 eines feststehenden Schaltstückes des Trennschalters. Dieses Schaltstück weist noch einen im Boden des tulpenförmigen Kontaktträgers 8 befestigten, längs der Achse 4 erstreckten, stiftförmigen Vorzündkontakt 16 auf.

Genauerer Aufbau und Wirkungsweise der Kontaktanordnung des erfindungsgemäßen Trennschalters werden anhand von Fig. 2 näher erläutert. Aus dieser Figur ist zu erkennen, daß der im wesentlichen stiftförmig ausgebildete Nachlaufkontakt 14 mittels eines zumindest einen Teil seiner Mantelfläche bildenden Gleitkontaktes 17 in elektrisch leitender Weise auf der Innenwand des Rohrabschnitts 13 geführt ist und auf seinem von der Vorzündelektrode 16 des feststehenden Schaltstücks abgewandten Ende auf einer im Inneren des Laufkontaktes 10 gelagerten Druckfeder 18 abgestützt ist. Die Druckfeder 18 ist mit ihrem vom Nachlaufkontakt 14 abgewandten Ende auf einer starr mit dem Laufkontakt 10 verbundenen Abstützung 19 gelagert.

In der in Fig. 2 in der rechten Hälfte dargestellten Ausschaltposition des Trennschalters bilden die geöffneten Schaltstücke eine Trennstrecke T und ist der Nachlaufkontakt 14 von der geringfügig vorgespannten Druckfeder 18 gegen einen Anschlag 20 des Laufkontaktes 10 geführt.

Beim Einschalten des Trennschalters wird nun die Isolierstoffstange 5 unter der Wirkung eines nicht dargestellen Antriebs in Richtung eines nicht bezeichneten Pfeils nach unten geführt. Der mit der Isolierstoffstange 5 starr oder gelenkig verbundene Laufkontakt 10 und damit auch der Nachlaufkontakt 14 werden nun über den als Abschirmung der Trennstrecke T wirkenden Teil des Kontaktträgers 8 hinaus in die Trennstrecke T geführt. Eine gegebenenfalls durch Restladungen und/oder betriebsfrequente Spannung an den Kontaktträgern 8, 9 hervorgerufene Vorzündung wird durch den stiftförmigen, längs der Achse 4 erstreckten Vorzündkontakt 16 und den ebenfalls stiftförmigen, längs der Achse 4 geführten Nachlaufkontakt 14 eingeleitet. Der hierbei auftretende Strom fließt vom Kontaktträger 9 über den Vorzündkontakt 16, den nicht dargestellten Vorzündfunken, den Nachlaufkontakt 14, den Gleitkontaktes 17, den Laufkontakt 10, und die Gleitkontaktanordnung 11 zum Kontaktträger 8. Ein Querdurchschlag während der besonders kritischen Vorzündphase wird hierbei mit großer Sicherheit vermieden, da in der Vorzündphase sich ausbildende Leaderentladungen durch den Vorzündkontakt 16 und den Nachlaufkontakt 14 axial zentriert werden. Ein zu einem unerwünschten Querdurchschlag führendes Umschlagen der dominant axialen Verteilung des elektrischen Feldes des Trennschalters in eine unerwünschte dominant radiale Feldverteilung wird so vermieden.

Im Verlauf des weiteren Einschaltvorganges schlägt der Nachlaufkontakt 14 auf dem Vorzündkontakt 16 auf. Der Nachlaufkontakt 14 wird nun entgegen der Kraft der Druckfeder 18 im Rohrabschnitt 13 des Laufkontaktes 10 verschoben. Hierbei wird die Druckfeder 18 gespannt und der gegebenenfalls noch fließende Strom weiterhin über den Gleitkontakt 17 zum Laufkontakt 10 geführt. Schließlich kontaktiert der Laufkontakt 10 den Festkontakt 15 und wird so die in der linken Hälfte von Fig. 2 dargestellte Einschaltposition erreicht, in der der Festkontakt 15 und der Laufkontakt 10 einen den Vorzündkontakt 16 und den Nachlaufkontakt 14 überbrückenden Dauerstrompfad bilden.

Ersichtlich weist dieser Trennschalter eine axiale Trennschaltergeometrie auf, die vergleichbar ist mit der axialen Trennschaltergeometrie eines Trennschalters ohne einen das Risiko von Querdurchschlägen wesentlich herabsetzenden Nachlaufkontakt 14. Gegenüber einem Trennschalter mit einem gemäß dem Stand der Technik in das feststehende Schaltstück eingebauten und das Risiko von Querdurchschlägen ebenfalls wesentlich herabsetzenden Nachlaufkontakt ist die Trennschaltergeometrie in axialer Richtung erheblich reduziert. Am feststehenden Schaltstück wird nämlich lediglich ein feststehender und daher in axialer Richtung nur geringfügig erstreckter Vorzündkontakt 16 benötigt. Der in axialer Richtung vergleichsweise viel Platz beanspruchende Nachlaufkontakt 14 ist hingegen in den ausreichend Platz anbietenden Laufkontakt 10 eingebaut.

Eine zusätzliche Reduktion der Trennschaltergeometrie in axialer Richtung wird dadurch erreicht, wenn der Trennschalter keinen einstückig ausgebildeten Laufkontakt 10 aufweist, sondern - wie aus Fig. 3 ersichtlich ist - teleskopartig aufgebaut ist. Der Laufkontakt 10 weist bei dieser Ausführungsform der Erfindung mindestens zwei Kontaktrohre 21, 22 auf, von denen ein den Rohrabschnitt 13 zur Aufnahme des Nachlaufkontaktes 14 aufweisendes inneres Kontaktrohr 21 in einem äußeren Kontaktrohr 22 mittels eines Gleitkontaktes 23 in elektrisch leitender Weise geführt ist. Das äußere Kontaktrohr 22 ist in elektrisch leitender Weise in axialer Richtung gleitbar im Kontaktträger 8 gelagert und weist an seinen beiden Enden zwei nach innen gerichtete, in axialer Richtung voneinander beabstandete Anschläge 24, 25 auf. Das innere Kontaktrohr 21 weist einen mit den Anschlägen 24, 25 beim Ein- und Ausschalten zusammenwirkenden Ansatz 26 auf.

Beim Einschalten dieses Trennschalters wird entsprechend der Ausführungsform gemäß Fig. 2 die Isolierstoffstange 5 in Pfeilrichtung nach unten geführt (rechte Hälfte von Fig. 3). Das mit der Isolierstoffstange 5 starr oder gelenkig verbundene innere Kontaktrohr 21 des Laufkontaktes 10 und damit auch der durch die Druckfeder 18 geringfügig vorgespannte Nachlaufkontakt 14 werden nun über den als Abschirmung der Trennstrecke T wirkenden Teil des Kontaktträgers 8 hinaus in die Trennstrecke T geführt. Eine gegebenenfalls durch Restladungen und/oder betriebsfrequente Spannung an den Kontaktträgern 8, 9 hervorgerufene Vorzündung wird durch den Vorzündkontakt 16 und den Nachlaufkontakt 14 eingeleitet. Der hierbei auftretende Strom fließt vom Kontaktträger 9 über den Vorzündkontakt 16, den nicht dargestellten Vorzündfunken, den Nachlaufkontakt 14, den Gleitkontaktes 17, das innere Kontaktrohr 21, den Gleitkontakt 23, das äußere Kontaktrohr 22 und die Gleitkontaktanordnung 11 zum Kontaktträger 8. Hierbei wird entsprechend der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ein Querdurchschlag vermieden.

Im Verlauf des weiteren Einschaltvorganges wird der Nachlaufkontakt 14 entsprechend der Ausführungsform gemäß der Fig. 2 durch den Vorzündkontakt 16 entgegen der Kraft der Druckfeder 18 im Rohrabschnitt 13 des Kontaktrohrs 21 verschoben. Hierbei wird die Druckfeder 18 gespannt und der gegebenenfalls noch fließende Strom weiterhin über den Gleitkontakt 17 zum inneren Kontaktrohr 21 geführt. Zugleich nimmt der am inneren Kontaktrohr 21 vorgesehene Ansatz 26 22 mit. Die Abwärtsbewegung des äußeren Kontaktrohres 22 ist durch einen an seinem oberen Ende vorgesehenen und nach außen gerichteten Ansatz 27 begrenzbar. Schließlich kontaktiert das Kontaktrohr 21 des Laufkontaktes 10 den Festkontakt 15 und wird so die in der linken Hälfte von Fig. 3 dargestellte Einschaltposition erreicht, in der der Festkontakt 15 und das innere Kontaktrohr 21 einen den Vorzündkontakt 16 und den Nachlaufkontakt 14 überbrückenden Dauerstrompfad bilden.

Beim Ausschalten wird die Isolierstoffstange 5 nach oben bewegt. Im Zuge der Aufwärtsbewegung der Isolierstoffstange 5 und damit auch des Kontaktrohrs 21 entspannt sich die Druckfeder 18. Der federbelastete Nachlaufkontakt 14 kontaktiert solange den Vorzündkontakt 16 bis das innere Kontaktrohr 21 den Festkontakt 15 freigegeben hat. Der Nachlaufkontaktes 14 wird sodann vom Anschlag 20 mitgenommen. Beim Ausschalten gegebenenfalls auftretende Rückzündungen können daher lediglich zwischen den axial zentrierten Elektroden von Nachlaufkontakt 14 und Vorzündkontakt 16 auftreten. Im Verlauf der weiteren Aufwärtsbewegung führt der Ansatz 26 nach Auftreffen auf den Anschlag 24 das äußere Kontaktrohr 22 mit nach oben. Die Aufwärtsbewegung des Kontaktrohrs 22 ist durch einen am Kontaktträger 8 befestigten Anschlag 28 begrenzt.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Laufkontakt in der Ausschaltposition gegenüber dem Laufkontakt bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 entsprechend dem Hub des äußeren Kontaktrohres 22 verkürzt. Entsprechend verkürzt kann daher die Abschirmung 12 des Laufkontaktes 10 gegenüber der Metallkapselung 1 ausgebildet sein.

Bezeichnungsliste

1 Metallkapselung
2, 3 Schottungsisolatoren
4 Achse
5 Isolierstoffstange
6, 7 Stromanschlüsse
8, 9 Kontaktträger
10 Laufkontakt
11 Gleitkontaktanordnung
12 Abschirmung
13 Rohrabschnitt
14 Nachlaufkontakt
15 Festkontakt
16 Vorzündkontakt
17 Gleitkontakt
18 Druckfeder
19 Abstützung
20 Anschlag
21, 22 Kontaktrohre
23 Gleitkontakt
24, 25 Anschläge
26, 27 Ansätze
28 Anschlag
T Trennstrecke

Claims

1. Trennschalter für eine metallgekapselte gasisolierte Hochspannungsanlage mit zwei in der isoliergasgefüllten Metallkapselung (1) angeordneten und längs einer Achse (4) miteinander kontaktierbaren oder voneinander trennbaren Schaltstücken mit jeweils einem stiftförmigen, axial erstreckten Vorzündkontakt (14, 16), welcher bei einem beider Schaltstücke als Nachlaufkontakt (16) ausgebildet ist, und mit einem den Vorzündkontakt (16) eines feststehenden beider Schaltstucke koaxial umgebenden Festkontakt (15) und einem an einem beweglichen beider Schaltstücke vorgesehenen Laufkontakt (10), welcher in der Einschaltposition mit dem Festkontakt (15) einen Dauerstrompfad bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufkontakt (10) rohrförmig ausgebildet ist und einen als Hohlkontakt wirkenden Rohrabschnitt (13) aufweist, welcher der Gleitlagerung des Nachlaufkontaktes (14) sowie der Übernahme eines gegebenenfalls vom Nachlaufkontakt (14) geführten, auf eine Vorzündung zurückzuführenden Stromes dient.

2. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stiftförmige Nachlaufkontakt (14) mit seiner Hantelfläche in elektrisch leitender Weise auf der Innenwand des Rohrabschnitts (13) geführt ist und auf seinem von der Vorzündelektrode (16) des feststehenden Schaltstücks abgewandten Ende auf einer im Inneren des Laufkontaktes (10) gelagerten Druckfeder (18) abgestützt ist.

3. Trennschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (18) mit ihrem vom Nachlaufkontakt (14) abgewandten Ende auf einer starr mit dem Laufkontakt (10) verbundenen Abstützung (19) gelagert ist.

4. Trennschalter nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachlaufkontakt (14) in der Ausschaltposition von der vorgespannten Druckfeder (18) gegen einen Anschlag (20) des Laufkontaktes geführt ist.

5. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufkontakt (10) einstückig ausgebildet ist.

6. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufkontakt (10) teleskopartig ausgebildet ist.

7. Trennschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufkontakt (10) mindestens zwei Kontaktrohre (21, 22) enthält, von denen ein den Hohlkontakt bildendes erstes Kontaktrohr (21) in dem zweiten Kontaktrohr (22) in elektrisch leitender Weise geführt ist.

8. Trennschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kontaktrohr (22) mindestens zwei ins Rohrinnere gerichtete Anschläge (24, 25) aufweist, von denen ein erster Anschlag (24) beim Ausschalten und ein axial vom ersten beabstandeter zweiter Anschlag (25) beim Einschalten mit einem am ersten Kontaktrohr (21) vorgesehenen Ansatz (26) zusammenwirkt.

9. Trennschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Bewegung des zweiten Kontaktrohres (22) in axialer Richtung auf einen vorgebbaren Hub zu begrenzen.

10. Trennschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel einen am zweiten Kontaktrohr (22) angebrachten, nach außen gerichteten Ansatz (27) sowie einen feststehenden Anschlag (28) aufweisen.