DE69602200T2

DE69602200T2 - Hybrid-hochspannungsschalter

Info

Publication number: DE69602200T2
Application number: DE69602200T
Authority: DE
Inventors: Georges Bernard; Pierre Chevrier; Jean-Claude Faye; Pierre Leclercq; Joseph Maftoul
Original assignee: Schneider Electric SE
Current assignee: Schneider Electric SE
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1996-07-30
Publication date: 1999-11-18
Anticipated expiration: 2016-07-31
Also published as: FR2738389B1; US5905242A; ES2132946T3; EP0847586B1; FR2738389A1; DE69602200D1; EP0847586A1; WO1997008723A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungs-Hybridleistungsschalter, der pro Pol
- einen Hauptstromkreis mit Hauptkontakten zur Führung des Nennstroms,
- einen Lichtbogenkreis mit einem Gasleistungsschalter, der mit einem die Einschwingspannung dU/dt führenden Zusatzschalter in Reihe geschaltet ist,
- Mittel zur Betätigung des beweglichen Hauptkontakts und der beweglichen Lichtbogenkontakte zwischen einer Ausschaltstellung und einer Einschaltstellung,
- Stromzuführungsklemmen
- sowie ein mit einem Gas hoher dielektrischer Festigkeit gefülltes Gehäuse umfaßt, welches Gehäuse in ein, von einem Isolator umgebenes erstes Abteil zur Aufnahme der Hauptkontakte des Hauptstromkreises und des Gasleistungsschalters sowie in ein angrenzendes zweites Abteil mit dem darin enthaltenen Zusatzschalter unterteilt ist, wobei das genannte zweite Abteil durch eine Metallumhüllung aus einem Leitermaterial gebildet wird.
Die in der Druckschrift DE-A-44 05 206 beschriebene Abschaltvorrichtung bezieht sich auf einen SF6-Schalter mit Isolierstoffgehäuse, der mit einem, von einer Metallumhüllung umgebenen Vakuumschalter in Reihe geschaltet ist. Jeder Schalter verfügt über seine eigenen Betätigungsorgane, wobei die dem Vakuumschalter zugeordneten Organe nur dann aktiv werden, wenn der Kurzschlußstrom einen bestimmten Schwellwert überschreitet. Der Vakuumschalter besteht aus mehreren parallelgeschalteten Vakuumschaltröhren. Der Schaltzustand dieser Schaltröhren kann vom Betreiber nicht auf einfache Weise überprüft werden.
Gemäß einer weiteren bekannten Vorrichtung ist die Anordnung aus Gasleistungsschalter und Vakuumschaltröhre in ein gemeinsames Gehäuse eingebracht, und es sind zwei Schaltmechanismen zur Betätigung der Lichtbogenkontakte erforderlich. Eine solche Vorrichtung ist kompliziert und aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten und preisgünstigen Hochspannungs-Hybridleistungsschalter zu schaffen.
Der erfindungsgemäße Leistungsschalter ist dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Lichtbogenkontakt des Gasleistungsschalters zusammen mit dem beweglichen Hauptkontakt über eine, mit einem gemeinsamen Schaltmechanismus verbundene Hauptschaltstange betätigt wird, wobei die Bewegung zur Verschiebung des beweglichen Lichtbogenkontakts des Zusatzschalters aus der Translationsbewegung der Hauptschaltstange über einen, im zweiten Abteil angeordneten Zwischenübertragungshebel gewonnen wird.
Da der Zusatzschalter nicht die Netzspannung führt, kann er in ein Gehäuse ohne Isolator eingesetzt werden. Die Betätigungsmittel des Zusatzschalters sind in diesem Abteil angeordnet. Der Zusatzschalter kann entweder als Vakuumschaltröhre, als Abschaltvorrichtung mit Drehlichtbogen oder als Leistungshalbleiterschaltung ausgebildet sein.
Der Gasleistungsschalter kann als Autoexpansionsschalter oder Selbstbeblasungsschalter mit Gasverdrängung durch einen Kolben ausgeführt sein.
Zum besseren Verständnis ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen
- Fig. 1 eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Hybridleistungsschalters;
- Fig. 2 das Schaltbild des Hybridleistungsschalters;
- Fig. 3A bis 3E verschiedene Diagramme mit dem Verlauf des Stromes und der Spannung in Abhängigkeit von der Zeit.
Fig. 1 zeigt einen Pol eines insbesondere für Spannungen über 100 kV ausgelegten Hochspannungs-Hybridleistungsschalters 10, der ein in einem ersten Abteil 12 angeordnetes Mehrfachkontaktsystem sowie ein angrenzendes zweites Abteil 14 umfaßt, wobei die gesamte Anordnung auf einem Hohl-Stützisolator 16 montiert ist.
Das erste Abteil 12 enthält einen Hauptstromkreis 18, der über zwei Anschlußklemmen 20, 22 eingespeist wird und einen als Brücke ausgebildeten beweglichen Hauptkontakt 24 umfaßt, welcher mit, elektrisch mit den Klemmen 20 bzw. 22 verbundenen, feststehenden Hauptkontakten 26, 28 zusammenwirkt. Der Hauptstromkreis 18 ist koaxial um einen Gasleistungsschalter 30 geführt, der eine erste Metallkammer 31 mit einem darin enthaltenen ersten feststehenden Lichtbogenkontakt 32 sowie einen zweiten, rohrförmigen beweglichen Lichtbogenkontakt 34 umfaßt, der am Ende eines leitenden Rohres 36 angeordnet ist. Das andere Ende des Rohres 36 weist eine Mitnehmerschulter 38 auf, die mit einer Übertragungskappe 40 zusammenwirkt, um den zweiten beweglichen Lichtbogenkontakt 34 geradlinig von einer Einschaltstellung in eine Ausschaltstellung zu überführen.
Der Innenraum der Kammer 31 ist über das Rohr 36 und die radialen Öffnungen 42 der Kappe 40 mit dem übrigen Raum des ersten Abteils 12 verbunden. Eine zwischen der Kappe 40 und der Schulter 38 des Rohres 36 angeordnete Feder 44 drückt den zweiten Lichtbogenkontakt 34 gegen den ersten Lichtbogenkontakt 32.
Das erste Abteil 12 ist durch einen Isolator 46 aus einem Isolierstoff, insbesondere Keramik begrenzt, während das zweite Abteil 14 in einer, zwischen dem offenen Boden 50 des Isolators 46 und einem Ende 52 des Stützisolators 16 montierten, gasdichten Umhüllung 48 aus einem leitenden Metallwerkstoff angeordnet ist. Der Innenraum der beiden Abteile 12, 14 ist mit einem Isoliergas hoher dielektrischer Festigkeit, insbesondere Schwefelhexafluorid, gefüllt.
Im zweiten Abteil 14 ist eine Vakuumschaltröhre 54 mit einer zweiten gasdichten Kammer 56 angeordnet, die im Verhältnis zum Gasdruck einen Unterdruck aufweist. Die Vakuumschaltröhre 54 enthält einen dritten feststehenden Lichtbogenkontakt 58, der auf einem an der Metallumhüllung 48 befestigten Finger 60 montiert ist, sowie einen vierten beweglichen Lichtbogenkontakt 62, welcher über eine Betätigungsstange 64 geradling von einer Einschaltstellung in eine Ausschaltstellung verbracht wird. Die Schubstange 64 durchquert die aus Isolierstoff bestehende Frontseite 66 der Kammer 56, wobei sie durch einen Dichtungsbalg 68 geführt wird, und ist auf der anderen Seite mit einer Koppelstange 70 mechanisch verbunden, die mit einem Doppel-Mitnehmerhebel 72 zusammenwirkt.
Der Doppelhebel 72 ist begrenzt schwenkbar auf einer Achse 74 gelagert und weist einen ersten Arm 72a mit einem ersten Langloch 76 auf, in dem sich ein Zapfen 78 der Koppelstange verschiebt. Der zweite Arm 72b weist eine zweites Langloch 80 auf, in das eine fest mit der Hauptschaltstange 84 verbundene Mitnehmerachse 82 eingreift. Die Schwenkachse 74 des Doppelhebels 72 ist an der Metallumhüllung 48 befestigt, und die geradlinige Koppelstange 70 erstreckt sich senkrecht zur Hauptschaltstange 84 des Leistungsschalters 10, welche durch den Hohl-Stützisolator 16 geführt und mit dem Antriebsmechanismus (nicht dargestellt) verbunden ist.
Die Schaltstange 64 der Vakuumschaltröhre 54 ist elektrisch leitend ausgeführt und über ein flexibles Stromband 86 mit der Kappe 40 elektrisch verbunden. Die Kappe 40 ist über einen, beispielsweise als Kontaktzange ausgebildeten Gleitkontakt (nicht dargestellt) elektrisch mit dem Kontakt 34 verbunden.
Die Umhüllung 48 ist elektrisch an den mit der Klemme 22 verbundenen feststehenden Hauptkontakt 28 angeschlossen.
Fig. 2 zeigt das Einphasen-Schaltbild des Hybridleistungsschalters 10. Der den Nennstrom IP führende Hauptstromkreis 18 ist parallel zu den Klemmen des Gasleistungsschalters 30 und der Vakuumschaltröhre 54 geschaltet, deren bewegliche Lichtbogenkontakte 34, 63 über das flexible Stromband 86 in Reihe zueinander geschaltet sind.
Ein in Fig. 2 strichliert dargestellter Varistor 88 kann an die Klemmen der Vakuumschaltröhre 54 angeschlossen werden.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Hybridleistungsschalters 10 ergibt sich wie folgt:
In der in Fig. 1 gezeigten Einschaltstellung des Leistungsschalters 10 sind die Hauptkontakte 24, 26, 28 sowie sämtliche Lichtbogenkontakte 32, 34; 58, 62 geschlossen. Der Hauptteil des Stroms fließt über den Hauptstromkreis 18 und der Gesamtstromverlauf IT ist in Fig. 3A dargestellt.
Bei Auftreten eines Fehlerstroms verschiebt der Mechanismus die Hauptschaltstange 84 nach unten und bewirkt zum Zeitpunkt t1 das Öffnen der Hauptkontakte sowie die Umschaltung des Stroms auf den parallelen Lichtbogenkreis. Fig. 3B zeigt die Unterbrechung des Hauptstroms IP zum Zeitpunkt t1 und Fig. 3C das Auftreten des Stroms ID im Lichtbogenkreis.
Nach Überwindung ihres Freilaufs nimmt die Kappe 40 die Schulter 38 des Rohres 36 mit, und die Abwärtsbewegung der Achse 82 bewirkt gleichzeitig das Verschwenken des Doppelhebels 72 im Uhrzeigersinn sowie die Verschiebung der Koppelstange 70 nach links. Daraus folgt das praktisch gleichzeitige Öffnen der beiden Lichtbogenkontaktpaare 32, 34; 58, 62 des Gasleistungsschalters 30 bzw. der Vakuumschaltröhre 54.
Aus den Fig. 3D bzw. 3E, in denen die Lichtbogenspannungen an den Klemmen der Vakuumschaltröhre 54 und des Gasleistungsschalters 30 dargestellt sind, geht hervor, daß die Vakuumschaltröhre 54 zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 die Einschwingspannung aufnimmt. Im vorliegenden Beispiel ist der Leistungsschalter zum Zeitpunkt t3 noch nicht entionisiert. Da der Vakuumleistungsschalter 54 nicht die Netzspannung führen kann, kommt es zu seiner Wiederzündung zum Zeitpunkt t3. Danach muß der nächste Stromnulldurchgang abgewartet werden, der zum Zeitpunkt t4 erfolgt. Wie zuvor führt die Vakuumschaltröhre die Einschwingspannung zwischen den Zeitpunkten t4 und t5. In diesem Fall ist der Gasleistungsschalter 30 dabei, sich zu entionisieren. Dieser Vorgang ist zum Zeitpunkt t5 abgeschlossen. Die Spannung wird nun zwischen t5 und t6 allmählich wieder auf ihn zurückgeführt. Ab dem Zeitpunkt t6 führt ausschließlich er die Netzspannung.
Die Isolationsfestigkeit des Hybridleistungsschalters 10 wird durch den Gasleistungsschalter 30 gewährleistet, der zwingend im ersten Abteil 12 mit dem Isolator 46 angeordnet sein muß.
Die Vakuumschaltröhre ist nicht in der Lage, die Netzspannung zu führen und kann daher im zweiten Abteil 14 mit der Metallumhüllung 48 angeordnet werden. Der Doppelhebel 72 und die Koppelstange 70 zur Betätigung der Vakuumschaltröhre 54 sind ebenfalls im zweiten Abteil 14 angeordnet. Selbstverständlich kann anstelle der Vakuumschaltröhre auch ein anderer Schalter verwendet werden, der in der Lage ist, die Einschwingspannung dU/dt problemlos zu führen, beispielsweise ein Drehlichtbogenschalter oder ein Leistungshalbleiter.
Der Gasleistungsschalter kann als Autoexpansionsschalter oder Blaskolbenschalter ausgebildet sein, der in der Lage ist, hohe Spannungen von beispielsweise über 100 kV zu führen.
Nach einer Ausführungsvariante können die Stangen 84 und 70 in beliebiger Einbaulage montiert sein.

Claims

1. Hochspannungs-Hybridleistungsschalter, der pro Pol

- einen Hauptstromkreis mit Hauptkontakten zur Führung des Nennstroms,

- einen Lichtbogenkreis mit einem Gasleistungsschalter, der mit einem die Einschwingspannung dU/dt führenden Zusatzschalter in Reihe geschaltet ist,

- Mittel zur Betätigung des beweglichen Hauptkontakts und der beweglichen Lichtbogenkontakte zwischen einer Ausschaltstellung und einer Einschaltstellung,

- Stromzuführungsklemmen

- sowie ein mit einem Gas hoher dielektrischer Festigkeit gefülltes Gehäuse umfaßt, welches Gehäuse in ein, von einem Isolator (46) umgebenes erstes Abteil (12) zur Aufnahme der Hauptkontakte (24, 26, 28) des Hauptstromkreises (18) und des Gasleistungsschalters (30) sowie in ein angrenzendes zweites Abteil (14) mit dem darin enthaltenen Zusatzschalter (54) unterteilt ist, wobei das genannte zweite Abteil (14) durch eine Metallumhüllung (48) aus einem Leitermaterial gebildet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Lichtbogenkontakt (34) des Gasleistungsschalters (30) zusammen mit dem beweglichen Hauptkontakt (24) über eine, mit einem gemeinsamen Schaltmechanismus verbundene Hauptschaltstange (84) betätigt wird, wobei die Bewegung zur Verschiebung des beweglichen Lichtbogenkontakts (62) des Zusatzschalters (54) aus der Translationsbewegung der Hauptschaltstange (84) über einen, im zweiten Abteil (14) angeordneten Zwischenübertragungshebel (72) gewonnen wird.

2. Hybridleistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasleistungsschalter eine Autoexpansions-Löschkammer umfaßt.

3. Hybridleistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasleistungsschalter eine Selbstbeblasungs-Löschkammer mit Isoliergasverdrängung durch einen Kolben umfaßt.

4. Hybridleistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzschalter (54) des zweiten Abteils (14) durch eine Vakuumschaltröhre gebildet wird.

5. Hybridleistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzschalter (54) des zweiten Abteils (14) eine Abschaltvorrichtung mit Drehlichtbogen oder einen Leistungshalbleiter umfaßt.