DE10125100A1 - Selbstblas-Löschkammer eines Hochspannungs-Leistungsschalters - Google Patents

Abstract

Es wird eine Selbstblas-Löschkammer eines Hochspannungs-Leistungsschalters mit feststehenden, gegenüberliegenden, endseitig mit Lichtbogenkontakten (3, 4) versehenen Strombahnen (1, 2) vorgeschlagen, DOLLAR A - wobei ein von einem Antrieb bewegter Stromkontakt (5) bei geschlossener Schaltstellung beide Strombahnen kontaktiert, DOLLAR A - wobei der bewegliche Stromkontakt (5) während des Öffnens von einer Strombahn (1) abhebt, wodurch gleichzeitig ein Heizvolumen (10) geöffnet wird, DOLLAR A - wobei dieses Heizvolumen (10) durch einen Kolben (16) begrenzt wird, der über eine Feder (17) vorgespannt ist, DOLLAR A - wobei der Kolben (16) verschoben wird, so daß sich ein Zusatz-Heizvolumen (22) ergibt, wenn die aus Gasdruck im Heizvolumen (10) und Fläche des Kolbens (16) resultierende Kraft über der Vorspannkraft der Feder (17) liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Selbstblas-Löschkammer eines Hochspannungs- Leistungsschalters.

Elektrische Schaltanlagen zur Energieverteilung bestehen aus einer anwendungsspezi­ fischen Kombination verschiedener Schaltgeräte, darunter auch Leistungsschalter.

Der Leistungsschalter dient zum Ein- und Ausschalten von Nenn- und Fehlerströmen der Schaltanlage. Hierzu ist eine Löschkammer (zur Löschung eines entstehenden Lichtbogens) erforderlich, die sowohl kleine Betriebsströme als auch große Fehlerströ­ me und deren dielektrischen Beanspruchungen beherrscht. Es sind verschiedene Vari­ anten der Stromlöschung allgemein bekannt. Für Hochspannung bis 170 kV sind soge­ nannte Selbstblaskammern bzw. Selbstblas-Löschkammern weit verbreitet.

Bei allgemein bekannten Anordnungen für Selbstblas-Löschkammern wird der Druck für die Löschung des Stromes je nach Stromhöhe durch einen Kompressionskolben (kleine Ströme) oder durch die Lichtbogenenergie selbst (große Ströme, Fehlerströme) erzeugt. Der Lichtbogen brennt hierbei zwischen einem beweglichen Lichtbogenkon­ taktsystem innerhalb einer spezielle geformten Düse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zum Schalten mittlerer und großer Ströme optimal geeignete Selbstblas-Löschkammer eines Hochspanungs- Leistungsschalters anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Selbstblas-Löschkammer eines Hochspannungs-Leistungsschalters mit feststehenden, gegenüberliegenden, endseitig mit Lichtbogenkontakten versehenen Strombahnen,

• - wobei ein von einem Antrieb bewegter Stromkontakt bei geschlossener Schaltstellung beide Strombahnen kontaktiert,
• - wobei der bewegliche Stromkontakt während des Öffnens von einer Strombahn ab­ hebt, wodurch gleichzeitig ein Heizvolumen geöffnet wird,
• - wobei dieses Heizvolumen durch einen Kolben begrenzt wird, der über eine Feder vorgespannt ist,
• - wobei der Kolben verschoben wird, so daß sich ein Zusatz-Heizvolumen ergibt, wenn die aus Gasdruck im Heizvolumen und Fläche des Kolbens resultierende Kraft über der Vorspannkraft der Feder liegt.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das bei Abschaltung/Löschung von Fehlerströmen wirksame Heizvolumen durch das vorge­ schlagene Kolben/Feder-System in der Größe variabel ist. Damit ist es möglich, eine auf mittlere und große Fehlerströme individuell angepaßte Druckaufbaukurve zu erzeu­ gen. Für mittlere Fehlerströme ist das Heizvolumen relativ klein, so daß schnell ein ho­ her Löschdruck im Gas aufgebaut wird. Bei großen Fehlerströmen erfolgt zunächst der Druckaufbau analog der auch für mittlere Fehlerströme wirksamen Kennlinie. Über­ schreitet der entstehende Gasdruck jedoch die Vorspannkraft der Feder am Kolben, so vergrößert sich das Heizvolumen durch Zurückschieben des Kolbens und der Druckan­ stieg wird hierdurch begrenzt.

Ein Grund, die feststehenden Lichtbogenkontakte (Graphit-Abbranddüsen) einzuset­ zen, ist die höhere Standzeit der Anordnung beim Schalten von Kurzschlußströmen. Dadurch, daß sich der Ausblaskanal in den Düsen nur unwesentlich durch Heißgase verändert, bleibt das Druckaufbauverhalten nahezu gleich, d. h. die Schaltcharakteristik bleibt nahezu unverändert. Damit sind sehr hohe Schaltzahlen unter Last erreichbar.

Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeich­ net.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Anordnung der Löschkammer in geschlossener Stellung,

Fig. 2 eine zusätzliche Ausgestaltung der Löschkammer,

Fig. 3 die Löschkammer in mittlerer und geöffneter Stellung.

In Fig. 1 ist eine erste Anordnung der Löschkammer eines Leistungsschalters in ge­ schlossener Stellung der elektrischen Kontakte dargestellt. Es sind zwei zumindest in ihren Endbereichen hülsenförmige, aus elektrisch leitenden Werkstoff gebildete, fest­ stehende Strombahnen 1 bzw. 2 zu erkennen, an deren endseitigen (zur elektrischen Kontaktierung bestimmten) Strombahnbereichen 6 bzw. 7 sich vorzugsweise aus Gra­ phit bestehende Lichtbogenkontakte 3 bzw. 4 derart anschließen, daß ein feststehen­ des Doppeldüsensystem für die Lichtbogenkontakte gebildet wird.

In geschlossener Stellung der elektrischen Kontakte greift ein hülsenförmiger, bewegli­ cher (und während des Ausschaltens zurückgezogener) Stromkontakt 5 kontaktierend über beide Außenmantel der endseitigen Strombahnbereiche 6, 7, wodurch die Strom­ bahnen 1, 2 elektrisch miteinander verbunden werden. Der Stromkontakt 5 ist mittels des Antriebes des Leistungsschalters in Antriebsrichtung x beweglich, wodurch die Po­ sition des Schalters von der geschlossenen Stellung der elektrischen Kontakte in die mittlere Stellung und in die geöffnete Stellung wechselt.

Um die Löschzone herum und mit vorgegebenem Abstand zum Stromkontakt 5 befin­ det sich ein hülsenförmiger Isolator 8 in Composit-Ausführung mit einer innenseitigen Beschichtung 9 aus hitzebeständigem Material. In geschlossener Stellung der elektri­ schen Kontakte schließt dieser Isolator 9 zusammen mit dem Stromkontakt 5 ein Heiz­ volumen 10 ein, wobei dieses Heizvolumen 10 einerseits durch einen Kolben 16 - der über eine Feder 17 vorgespannt ist - geschlossen ist und andererseits (zur Strombahn 2 mit endseitigem Strombahnbereich 7) mit einer Klappenanordnung 11 abschließt.

Die Klappenanordnung 11 bzw. das Heizvolumen 10 ist über Kanäle 12 mit einem Kompressionsvolumen 13 verbunden, dessen Volumen mit Hilfe eines Kolbens 14 ver­ dichtbar ist. Die mittels einer Umsetzung 15 bewirkte Bewegung des Kolbens 14 erfolgt dabei automatisch in Gegenrichtung zur Bewegung des Stromkontakts 5 (angetrieben vom gleichen Antrieb), so daß sich das Kompressionsvolumen 13 mit zunehmender Öffnung der elektrischen Kontakte automatisch verkleinert. Die Klappenanordnung 11 öffnet, wenn der Gasdruck im Kompressionsvolumen 13 größer als der Gasdruck im Heizvolumen 10 ist. Die Klappenanordnung 11 schließt, wenn der Gasdruck im Kom­ pressionsvolumen 13 kleiner als der Gasdruck im Heizvolumen 10 ist.

In Fig. 2 ist eine zusätzliche Ausgestaltung der Löschkammer dargestellt. Der Kolben 14 ist dabei mit einem Überdruckventil 20 versehen. Das Überdruckventil 20 begrenzt den Kompressionsdruck im Kompressionsvolumen 13 auf einen vorgebbaren Wert, so daß die Kompressionsarbeit für den Antrieb des Leistungsschalters minimiert bzw. auf einen festen Wert begrenzt wird. Die übrige Ausbildung der Löschkammer ist wie unter Fig. 1 beschrieben.

In Fig. 3 ist die Löschkammer in mittlerer Stellung (siehe obere Hälfte der Figur) und geöffneter Stellung (siehe untere Hälfte der Figur) der elektrischen Kontakte dargestellt. Beim Ausschalten von Strömen sind dabei prinzipiell drei unterschiedliche Fälle zu be­ trachten, das Löschen kleiner Ströme (Betriebsströme), das Löschen von mittleren Fehlerströmen und das Löschen von großen Fehlerströmen.

Zum Ausschalten und Löschen kleiner Ströme wird der Stromkontakt 5 mittels des An­ triebes des Leistungsschalters in Antriebsrichtung x bewegt. Nach Kontaktöffnung wird ein Lichtbogen 19 zwischen Stromkontakt 5 und Lichtbogenkontakt 3 und schließlich zwischen den beiden Lichtbogenkontakten 3, 4 gezogen, d. h. der Strom kommutiert von den endseitigen Strombahnbereichen 6, 7 auf das Lichtbogensystem.

Gleichzeitig mit der Bewegung des Stromkontaktes 5 wird der Kolben 14 über die Um­ setzung 15 entgegengesetzt zur Antriebsrichtung x bewegt und komprimiert dabei das Löschgas im Kompressionsvolumen 13. Das komprimierte Löschgas strömt über die Kanäle 12 und die Klappenanordnung 11 in die Löschzone und bebläst den zwischen den feststehenden Lichtbogenkontakten 3, 4 (Graphitdüsen) brennenden Lichtbogen 19 - siehe Gasströmungsrichtung G. Der Lichtbogen 19 wird in die Düsenöffung 20 getrieben, verlängert und gelöscht - siehe verlöschenden Lichtbogen 21. Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, wird der Löschdruck (für den Lichtbogen) für kleine Ströme mittels des gegenläufigen Kolbens 14 im Kompressionsvolumen 13 er­ zielt.

Zum Ausschalten und Löschen von mittleren Fehlerströmen wird der Stromkontakt 5 mittels des Antriebes des Leistungsschalters in Antriebsrichtung x bewegt. Nach Kon­ taktöffnung wird ein Lichtbogen 19 zwischen Stromkontakt 5 und Lichtbogenkontakt 3 und schließlich zwischen den beiden Lichtbogenkontakten 3, 4 gezogen, d. h. der Strom kommutiert von den endseitigen Strombahnbereichen 6, 7 auf das Lichtbogen­ system.

Gleichzeitig mit der Bewegung des Stromkontaktes 5 wird der Kolben 14 über die Um­ setzung 15 entgegengesetzt zur Antriebsrichtung x bewegt und komprimiert das Lösch­ gas im Kompressionsvolumen 13. Der leistungsstarke Lichtbogen 19 erhitzt das Gas im Heizvolumen 10 und erhöht dadurch den Gasdruck im Heizvolumen. Diese Druckerhö­ hung bleibt dabei unter einem durch die Vorspannkraft der Feder 17 definiertem Schwellwert, d. h. die aus Gasdruck im Heizvolumen und Fläche des Kolbens 16 resul­ tierende Kraft bleibt unterhalb der Vorspannkraft der Feder 17. Das wirksame Heizvo­ lumen bleibt damit in seiner Größe konstant. Die hitzebeständige Beschichtung 9 ver­ hindert ein Verbrennen des Isolators 8.

In der Nähe eines Stromnulldurchganges wird der Durchmesser des Lichtbogens 19 kleiner, so daß der zwischen den feststehenden Lichtbogenkontakten 3, 4 (Graphitdüsen) brennende Lichtbogen 19 durch den Überdruck des Gases im Heizvolumen 10 in die Düsenöffnung 20 getrieben, verlängert, gekühlt und gelöscht wird - siehe verlö­ schenden Lichtbogen 21. Während des beschriebenen Schaltvorganges ist der Gas­ druck im Heizvolumen 10 größer als der Gasdruck im Kompressionsvolumen 13. Erst nach Rückgang des hohen Gasdruckes im Heizvolumen 10 am Ende des Schaltvor­ ganges strömt das während des Schaltvorganges auf hohen Druck komprimierte Löschgas über die Kanäle 12 und die Klappenanordnung 11 in die Löschzone und verfestigt diese gegen Rückzündung. Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervor­ geht, wird der Löschdruck (für den Lichtbogen) für Fehlerströme im um die Löschzone angeordneten Heizvolumen 10 erzeugt.

Zum Ausschalten und Löschen von großen Fehlerströmen wird der Stromkontakt 5 mittels des Antriebes des Leistungsschalters in Antriebsrichtung x bewegt. Nach Kon­ taktöffnung wird ein Lichtbogen 19 zwischen Stromkontakt 5 und Lichtbogenkontakt 3 und schließlich zwischen den beiden Lichtbogenkontakten 3, 4 gezogen, d. h. der Strom kommutiert von den endseitigen Strombahnbereichen 6, 7 auf das Lichtbogen­ system. Gleichzeitig mit der Bewegung des Stromkontaktes 5 wird der Kolben 14 über die Umsetzung 15 entgegengesetzt zur Antriebsrichtung x bewegt und komprimiert das Löschgas im Kompressionsvolumen 13.

Der äußerst leistungsstarke Lichtbogen 19 erhitzt das Gas im Heizvolumen 10 und er­ höht dadurch den Gasdruck. Diese Druckerhöhung überschreitet dabei den durch die Vorspannkraft der Feder 17 definierten Schwellwert, so daß die aus Gasdruck und Flä­ che des Kolbens 16 resultierende Kraft über der Vorspannkraft der Feder 17 liegt. Der Kolben 16 wird folglich verschoben, so daß sich ein Zusatz-Heizvolumen 22 zum Heiz­ volumen 10 ergibt. Durch die Vergrößerung des wirksamen Heizvolumens werden die relative Druckanstiegsgeschwindigkeit des Gases und der Maximaldruck des Gases reduziert. Die hitzebeständige Beschichtung 9 verhindert ein Verbrennen des Isolators 8.

In der Nähe eines Stromnulldurchganges wird der Durchmesser des Lichtbogens 19 kleiner, so daß der zwischen den feststehenden Lichtbogenkontakten 3, 4 (Graphitdü­ sen) brennende Lichtbogen 19 durch den Überdruck des Gases im Heizvolumen 10 + Zusatz-Heizvolumen 22 in die Düsenöffnung 20 getrieben, Verlängert, gekühlt und ge­ löscht wird - siehe verlöschenden Lichtbogen 21.

Während des beschriebenen Schaltvorganges ist der Gasdruck im Heizvolumen 10 + Zusatz-Heizvolumen 22 größer als der Gasdruck im Kompressionsvolumen 13. Erst nach Rückgang des hohen Gasdruckes im Heizvolumen 10 + Zusatz-Heizvolumen 22 am Ende des Schaltvorganges strömt das während des Schaltvorganges auf hohen Druck komprimierte Löschgas über die Kanäle 12 und die Klappenanordnung 11 in die Löschzone und verfestigt diese gegen Rückzündung. Gleichzeitig wird auch der Kolben 16 entlastet und durch die Feder 17 in seine Endlage zurück geschoben, wodurch vor­ teilhaft eine zusätzliche, die Löschzone gegen Rückzündung verfestigende Gasströ­ mung entsteht. Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, wird der Lösch­ druck (für den Lichtbogen) für Fehlerströme im um die Löschzone angeordneten Heiz­ volumen 10 + Zusatz-Heizvolumen 22 erzeugt.

Claims (7)

1. Selbstblas-Löschkammer eines Hochspannungs-Leistungsschalters mit feststehenden, gegenüberliegenden, endseitig mit Lichtbogenkontakten (3, 4) versehe­ nen Strombahnen (1, 2),
wobei ein von einem Antrieb bewegter Stromkontakt (5) bei geschlossener Schaltstellung beide Strombahnen kontaktiert,
wobei der bewegliche Stromkontakt (5) während des Öffnens von einer Strombahn (1) abhebt, wodurch gleichzeitig ein Heizvolumen (10) geöffnet wird,
wobei dieses Heizvolumen (10) durch einen Kolben (16) begrenzt wird, der über eine Feder (17) vorgespannt ist,
wobei der Kolben (16) verschoben wird, so daß sich ein Zusatz- Heizvolumen (22) ergibt, wenn die aus Gasdruck im Heizvolumen (10) und Fläche des Kolbens (16) resultierende Kraft über der Vorspannkraft der Feder (17) liegt.

2. Löschkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heiz­ volumen (10) von einem Isolator (8) begrenzt wird.

3. Löschkammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isola­ tor (8) zum Heizvolumen (10) hin mit einer Beschichtung (9) aus einem hitzebeständi­ gem Material versehen ist.

4. Löschkammer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Heizvolumen (10) über eine Klappenanordnung (11) in Verbin­ dung mit einem Kompressionsvolumen (13) steht, wobei während des Öffnens des Stromkontaktes (5) und gegenläufig hierzu das Kompressionsvolumen (13) verkleinert wird und wobei die Klappenanordnung (11) öffnet, wenn der Gasdruck im Kompressi­ onsvolumen (13) größer als der Gasdruck im Heizvolumen (10) ist.

5. Löschkammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kom­ pressionsvolumen (13) mittels eines Kolbens (14) verdichtbar ist.

6. Löschkammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) über eine Übersetzung (15) vom Antrieb des Stromkontakts (5) angetrieben wird.

7. Löschkammer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Kompressionsvolumen (13) mit einem Überdruckventil (16) versehen ist.