DE19809088C1 - Hochspannungsleistungsschalter mit einer Isolierstoffdüse - Google Patents
Hochspannungsleistungsschalter mit einer IsolierstoffdüseInfo
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Abstract
Bei einem Hochspannungsleistungsschalter mit zwei einander koaxial gegenüberstehenden Lichtbogenkontaktstücken (1, 2) und einer Isolierstoffdüse, die im Einschaltzustand von einem ersten Lichtbogenkontakt (1) verdämmt ist, weist das erste Lichtbogenkontaktstück einen Schaft (8) mit vergrößertem Durchmesser und ein Endstück (7) mit verringertem Durchmesser auf, wobei der Schaft (8) einen Durchgangskanal (6) des Isolierstoffkörpers (3) verdämmt. Der Durchgangskanal (6) ist zylindrisch gestaltet, und zwar über eine Länge, die geringer ist als die Länge des Endstücks (7). Dadurch wird die Löschgasströmung eingeleitet, wenn das Endstück (7) in den Durchgangskanal (6) hinein zurückgezogen wird.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungsleistungs
schalter mit zwei einander koaxial gegenüberstehenden Licht
bogenkontaktstücken und mit einer Isolierstoffdüse, die we
nigstens während des Ausschaltvorganges eine Schaltstrecke
zwischen den Lichtbogenkontaktstücken umgibt und die einen
Durchgangskanal aufweist, der im Einschaltzustand von einem
ersten der Lichtbogenkontaktstücke verdämmt ist, welches
einen Schaft und ein Endstück mit gegenüber dem Schaft ver
ringertem Durchmesser aufweist.
Ein derartiger Hochspannungsleistungsschalter ist beispiels
weise aus der US 4 342 890 bekannt. Bei einem derartigen
Schalter werden während des Ausschaltvorganges die Licht
bogenkontaktstücke in axialer Richtung voneinander getrennt,
worauf sich in vielen Schaltfällen ein Lichtbogen zwischen
diesen in der Schaltstrecke ausbildet. Durch diesen Licht
bogen wird das vorhandene Löschgas, üblicherweise SF6, aufge
heizt und strömt in einen Heizraum, wo es zwischengespeichert
wird. Von dort gelangt das unter hohem Druck stehende Lösch
gas dann bei einem Stromnulldurchgang und entsprechendem Ver
löschen des Lichtbogens in den Lichtbogenraum zur Schalt
strecke, um diese zu kühlen und eine Rückzündung des Licht
bogens zu verhindern. Die Isolierstoffdüse ist zur Ausrich
tung des Löschgasstromes, zur Beschleunigung des Löschgas
stromes und zu seiner Steuerung vorgesehen. Insbesondere ist
der Durchgangskanal der Isolierstoffdüse bis zum Erreichen
der Löschposition durch ein Lichtbogenkontaktstück verschlos
sen, so daß sich zunächst ein hoher Löschgasdruck in der
Schaltstrecke aufbauen kann, der eine intensive Strömung nach
Öffnen des Durchgangskanals zur Folge hat.
Es ist bekannt, daß insbesondere der Zwischenraum zwischen
dem Lichtbogenkontaktstück, das den Durchgangskanal zeit
weilig verdämmt und dem Material der Isolierstoffdüse dielek
trische Probleme infolge der hohen vorliegenden Feldstärke
entstehen können. Daher ist es bekannt, ein Endstück des
Lichtbogenkontaktstückes mit gegenüber dem Schaft verringer
tem Durchmesser auszubilden, so daß in dem Zeitbereich, wenn
das Lichtbogenkontaktstück den Durchgangskanal freigibt, ein
Gasspalt zwischen dem Endstück des Lichtbogenkontaktstücks
und der Wand des Durchgangskanals besteht, der dielektrische
Probleme verhindern oder verringern soll.
Ein hiermit zusammenhängendes Problem besteht jedoch darin,
daß in einem solchen Spalt vorzeitig Löschgas aus der Schalt
strecke entweichen kann, das zu einer nachfolgenden Kühlung
der Schaltstrecke dann nicht mehr beiträgt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
einen Hochspannungsleistungsschalter der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei dem einerseits bei der Freigabe der Iso
lierstoffdüse durch das Lichtbogenkontaktstück noch eine mög
lichst große Menge Löschgas im Bereich der Schaltstrecke zur
Verfügung steht, und bei dem andererseits die dielektrische
Festigkeit in dem Bereich zwischen dem Endstück des Lichtbo
genkontaktstückes und dem Material der Isolierstoffdüse ge
währleistet ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Durchgangskanal einen zylindrischen Bereich aufweist, dessen
Durchmesser nur geringfügig größer ist als der Durchmesser
des Schaftes.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist gewährleistet,
daß einerseits der Durchgangskanal bis zur Freigabe durch den
Schaft des ersten Lichtbogenkontaktstücks weitgehend ver
schlossen ist und daß vom Zeitpunkt der Öffnung des Durch
gangskanals an das Endstück des Lichtbogenkontaktstücks be
reits durch einen ausreichenden Spalt von dem Material der
Isolierstoffdüse getrennt ist, so daß die dielektrische Bean
spruchung in dem Zwischenbereich zwischen dem ersten Lichtbo
genkontaktstück und dem Werkstoff der Isolierstoffdüse herab
gesetzt ist.
Es ist hierdurch auch eine gute Abdichtung des Durchgangska
nals durch das erste Lichtbogenkontaktstück erreicht, solange
der Schaft den zylindrischen Bereich des Durchgangskanals
blockiert. Zwischen dem Außendurchmesser des Schaftes und der
Wand des Durchgangskanals muß aus Toleranzgründen und um eine
leichte Bewegbarkeit des Lichtbogenkontaktstücks zu
gewährleisten, zwar eine gewisse Spaltbreite vorgesehen sein,
jedoch ist dieser Spalt so schmal, daß dort wenig Löschgas
verlorengeht, insbesondere dadurch, daß wenigstens zu Anfang
eines Ausschaltvorganges der Durchgangskanal auf einer großen
Länge blockiert ist, so daß das Löschgas über eine große
Länge durch den Spalt strömen muß, um in einen Expansionsraum
zu gelangen. Dies ist mittels einer bekannten Düse mit einer
lokalen Engstelle praktisch nicht erreichbar.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß
die Länge des Endstücks größer ist als die Länge des
zylindrischen Bereichs.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht
vor, daß die Länge des zylindrischen Bereichs größer ist als
sein Durchmesser, insbesondere größer als das Doppelte des
Durchmessers. Es kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, daß
die Länge größer ist als das Drei- oder Vierfache des Durch
messers des zylindrischen Bereichs.
Durch die Längenverhältnisse des Endstücks und des zylindri
schen Bereichs ist sichergestellt, daß zu dem Zeitpunkt, wenn
das freie Ende des Endstücks in den Durchgangskanal zurückge
zogen wird und die dielektrische Belastung zwischen diesem
freien Ende und der Wand des Durchgangskanals besonders groß
ist, der Durchgangskanal durch den Schaft schon freigegeben
ist. Hierdurch besteht zu diesem Zeitpunkt schon eine Lösch
gasströmung, die am freien Ende des Endstücks Überschläge
verhindert.
Insbesondere bei einer großen Länge des zylindrischen Be
reichs ergibt sich ein hoher Strömungswiderstand durch den
schmalen, zwischen dem Schaft und der Wand des Durchgangs
kanals gebildeten Spalt und damit eine gute Abdichtung.
Die Öffnung des Durchgangskanals geschieht erst nach einem
großen Hub des Kontaktstiftes, so daß sich vor Ausbildung der
Löschgasströmung über eine lange Zeit ein hoher Löschgasdruck
im Heiz- bzw. Kompressionsraum ausbilden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht
vor, daß zwischen dem Endstück und dem Schaft des ersten
Lichtbogenkontaktstücks ein konischer Übergangsbereich vor
gesehen ist.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß der Durch
gangskanal an dem dem zweiten Lichtbogenkontaktstück abge
wandten Ende des zylindrischen Bereichs eine konische Erwei
terung aufweist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei
spiels in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend beschrie
ben:
Dabei zeigt die Figur schematisch einen Teil der Unterbre
chereinheit eines erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungs
schalters.
In einem isolierenden Leistungsschaltergehäuse 18, das bei
spielsweise aus Porzellan oder einem Verbundwerkstoff be
steht, stehen einander zwei Lichtbogenkontaktstücke 1, 2
koaxial gegenüber. Das erste Lichtbogenkontaktstück 1 ist
feststehend ausgebildet bzw. getrennt antreibbar, während das
zweite Lichtbogenkontaktstück 2, das die Form eines Tulpen
kontakts aufweist, in Richtung des Pfeiles 14 zur Ausführung
einer Ausschaltbewegung und in umgekehrter Richtung zur Aus
führung einer Einschaltbewegung antreibbar ist.
Mit dem zweiten Lichtbogenkontaktstück 2 ist ein Isolier
stoffkörper 3 in Form einer Isolierstoffdüse fest verbunden,
die aus Polytetrafluoräthylen besteht. Die Isolierstoffdüse 3
weist einen Durchgangskanal 6 auf, der im Einschaltzustand
von dem ersten Lichtbogenkontaktstück 1 durchsetzt und ver
dämmt ist. Radial außerhalb der Isolierstoffdüse 3 und diese
umgebend sind ein erstes Dauerstromkontaktstück 13 und ein
zweites Dauerstromkontaktstück 12 angeordnet, die im Ein
schaltzustand ebenfalls miteinander in Kontakt stehen und den
Nennstrom tragen.
Außerdem ist ein Heizraum 16 gebildet, der über einen Kanal
15 mit dem Durchgangskanal 6 der Düse bzw. dem zwischen den
Lichtbogenkontaktstücken 1, 2 gebildeten Lichtbogenraum ver
bunden ist.
Während der Ausschaltbewegung kann ein Lichtbogen 4 zwischen
den Lichtbogenkontaktstücken 1, 2 entstehen, der das im Licht
bogenraum 5 befindliche Löschgas, beispielsweise SF6, auf
heizt und damit zur Expansion bringt. Das Löschgas kann dann
in den Heizraum 16 abströmen und wird dort vorübergehend ge
speichert, bis wegen eines Stromnulldurchgangs des zu schal
tenden Stromes der Lichtbogen 4 erlischt und das Löschgas aus
dem Heizraum 16 durch den Kanal 15 in den Lichtbogenraum 5
zurückströmt, um dort eine rasche Kühlung herbeizuführen und
somit die Rückzündung eines Lichtbogens 4 zu verhindern.
In der ersten Phase der Ausschaltbewegung, wenn das erste
Lichtbogenkontaktstück 1 noch mit dem zweiten Lichtbogenkon
taktstück 2 in elektrisch leitender Verbindung steht, ist der
Durchgangskanal 6 noch durch das erste Lichtbogenkontaktstück
1 verdämmt. Der Durchmesser des Durchgangskanals 6 entspricht
in dem zylindrischen Bereich dem Außendurchmesser des Schaf
tes 8 des ersten Lichtbogenkontaktstücks 1.
Der Durchgangskanal 6 ist in einem wesentlichen Bereich
17 seiner Länge zylindrisch gestaltet, so daß einerseits die
Verdämmung durch das erste Lichtbogenkontaktstück 1 beim
Ausschalten solange andauert, bis ein genügender Löschgas
druck im Lichtbogenraum 5 bzw. im Heizraum 16 erreicht ist
und daß andererseits eine große axiale Überlappung des
Schafts 8 mit dem Durchgangskanal 6 zu einer effektiven Dich
tung führt.
Die zweite Phase der Ausschaltbewegung beginnt mit der Tren
nung des ersten Lichtbogenkontaktstückes 1 von dem zweiten
Lichtbogenkontaktstück 2. Jetzt entsteht zwischen den Licht
bogenkontaktstücken 1 und 2 ein Lichtbogen, der das Gas im
Lichtbogenraum 5 aufheizt und expandieren läßt. Zu diesem
Zeitpunkt oder etwas später verläßt der Schaft 8 den zylin
drischen Bereich 17 des Durchgangskanals 6. Dieser wird jetzt
nur noch durch das Endstück 7 verdämmt, so daß ein Teil des
expandierten Löschgases den Spalt zwischen dem Endstück 7 und
dem zylindrischen Bereich 17 des Durchgangskanals 6
durchströmen kann und so die dielektrischen Probleme in dem
Spalt verringert.
Das durchströmende Löschgas bewirkt unter anderem die dielek
trische Verfestigung des Zwischenraumes zwischen dem Endstück
7 und dem Isolierstoffkörper 3.
Claims (5)
1. Hochspannungsleistungsschalter mit zwei einander koaxial
gegenüberstehenden Lichtbogenkontaktstücken (1, 2) und mit
einer Isolierstoffdüse (3), die wenigstens während des Aus
schaltvorganges eine Schaltstrecke zwischen den Lichtbogen
kontaktstücken (1, 2) umgibt und die einen Durchgangskanal (6)
aufweist, der im Einschaltzustand von einem ersten der
Lichtbogenkontaktstücke (1) verdämmt ist, welches einen
Schaft (8) und ein Endstück (7) gegenüber dem Schaft (8) ver
ringertem Durchmesser aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Durchgangskanal (6) einen zylindrischen Bereich (17)
aufweist, dessen Durchmesser nur geringfügig größer ist als
der Durchmesser des Schaftes (8).
2. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Länge des Endstücks (7) größer ist als die Länge des
zylindrischen Bereichs (17).
3. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Länge des zylindrischen Bereichs (17) größer ist als sein
Durchmesser, insbesondere größer als das Doppelte des
Durchmessers.
4. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem
der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Endstück (7) und dem Schaft (8) des ersten
Lichtbogenkontaktstücks (1) ein konischer Übergangsbereich
(10) vorgesehen ist.
5. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem
der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Durchgangskanal (6) an dem dem zweiten Lichtbogenkontakt
stück (2) abgewandten Ende des zylindrischen Bereichs (17)
eine konische Erweiterung aufweist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |