DE19809088C1 - Hochspannungsleistungsschalter mit einer Isolierstoffdüse - Google Patents

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.