DE2209287A1

DE2209287A1 - Elektrischer druckgasschalter

Info

Publication number: DE2209287A1
Application number: DE2209287A
Authority: DE
Inventors: Helmut Beier; Siegfried Handke; Wolfgang Konczal
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-02-22
Filing date: 1972-02-22
Publication date: 1973-09-06
Also published as: FR2172980B1; FR2181860B2; DE2215656B2; FR2181860A2; DE2220897A1; DE2215656A1; NL173576C; US3789175A; NL173576B; DE2209287B2; CH544999A; US3855437A; DE2209287C3; NL7217042A; DE2220897B2; FR2172980A1; CH554596A; FR2177804B2; US3854019A; GB1394547A

Description

Aus der DT-OS 1 913 973 ist ein elektrischer Schalter mit einer aus Kolben und Zylinder bestehenden Blaseinrichtung bekannt, der zwei feststehende düsenförmige Schaltstücke und ein Überbrückungsschaltstück aufweist, das die feststehenden Schaltstücke in der Einschaltstellung verbindet. Das Überbrückungsschaltstück trägt einen Gleitkontaktring aus lichtbogenbeständigem Material und weist federbelastete Kontaktelemente auf, die unter der Kraft ihrer Federn in der Einschaltstellung an das zugehörige feststehende Schaltstück mit dem vorbestimmten Kontaktdruck gepreßt sind. Mit dem Überbrückungsschaltstück ist der Zylinder der Blaseinrichtung starr gekoppelt, so daß er in der Ausschaltstellung im Verlauf der Schaltbewegung in die gleiche Richtung wie das Überbrückungsschaltstück bewegt wird. Der Zylinder arbeitet mit dem relativ feststehenden Kolben der Blaseinrichtung zusammen, so daß während der Ausschaltbewegung das gasförmige Löechmittel, insbesondere Schwefelhexafluorid (SFg), in den Bereich der Trennstrecke zwischen den beiden feststehenden düsenförmigen Schaltstücken getrieben wird. Der bekannte elektrische Schalter arbeitet als sogenannter Eindruckschalter.

Aus der DT-PS 1 212 617 ist eine Kontaktanordnung für Druckgasschalter (Zweidruckschalter) bekannt, deren Leistungsschaltstelle aus zwei gleichachsigen, im festen Abstand zueinander angeordneten Düsenrohren besteht, die zur Erzeugung eines magnetischen Blasfeldes mit Schlitzen versehen sind. Den Düsenrohren ist ein gemeinsames Blasventil und ein bewegliches, als Tulpenkontakt ausgebildetes Überbrückungsschaltstück zugeordnet, das die beiden Düsenrohre in der Ein-

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schaltstellung überbrückt. Das Uberbrückungsschaltstück weist Kontaktlamellen sowie eine diesen Kontaktlamellen vorgelagerte Ringelektrode mit radialen Schlitzen auf, deren Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Düsenrohre ist. Während der Ausschaltbewegung wird zwischen dem einen feststehenden Düsenrohr und den Kontaktlamellen der Lichtbogen gezogen, der im weiteren Verlauf der Schaltbewegung sodann auf die Ringelektrode überspringen, d.h. kommutieren, soll. Unter der Wirkung des magnetischen Blasfeldes soll dann der zwischen der Ringelektrode und dem einen Düsenrohr stehende Lichtbogen zur Düsenrohrachse getrieben werden, so daß im Verlauf der weiteren Schaltbewegung der Lichtbogen ein zweites Mal kommutiert, wobei sein Fußpunkt auf das gegenüberliegende feststehende Düsenrohr gelangt. Hierbei ergibt sich der Nachteil, daß der Lichtbogen insgesamt zweimal vom isolierenden Löschgas bespülte Trennstrecken überspringen muß und daß die Kontaktlamellen zumindest kurzzeitig den hohen Lichtbogenfußpunkttemperaturen ausgesetzt sind, wodurch sich eine verringerte Schaltstücklebensdauer ergibt.

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Druckgasschalter (Eindruckschalter) mit einer aus Kolben und Zylinder bestehenden Blaseinrichtung, zwei feststehenden düsenförmigen Schaltstücken und einem diese in der Einschaltstellung verbindenden Uberbrückungsschaltstück, das mit einem Gleitkontaktring aus lichtbogenbeständigem Material und federbelasteten Kontaktlamellen versehen ist. Hierbei besteht die Aufgabe, eine solche Kontaktanordnung zu schaffen, daß der Lichtbogen während der Schaltbewegung nur einmal kommuüert und der den Lichtbogen speisende Strom auf einen eindeutigen vorbestimmten Weg durch das Uberbrückungsschaltstück gezwungen wird.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das Überbrückungsschaltstück den Gleitkontaktring unter Zwischenlage einer elektrischen Isolierung trägt und daß der Gleitkontaktring und die

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Kontaktlamellen bei deren Trennung von dem einen feststehenden Schaltstück elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Damit ist sichergestellt, daß die Kontaktlamellen beim Abheben vom feststehenden Schaltstück mit dem vom Überbrückungsschaltstück isoliert getragenen Gleitkontaktring in Eingriff gelangen, so daß sich kein Lichtbogen zwischen dem feststehenden Schaltstück und den Kontaktlamellen ergeben kann. Dies würde an sich auch bei einer galvanischen Verbindung zwischen dem Gleitkontaktring und dem Überbrückungsschaltstück erreicht werden; jedoch könnte dies bei dem zwischen dem Gleitkontaktring und dem einen feststehenden düsenförmigen Schaltstück brennenden Lichtbogen zu einer Stromverzweigung in parallelen Pfaden mit einer bei hohen Strömen ungünstigen dynamischen Beeinflussung des Kontaktsystems führen, d.h. die Kontaktfinger könnten auf der Gleitkontaktringseite abheben. Aus diesem Grund trägt bei der Erfindung das Überbrückungsschaltstück den Gleitkontaktring unter Zwischenlage einerfelektrischen Isolierung.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des elektrischen Druckgasschalters nach der Erfindung weist der Gleitkontaktring auf seiner den Kontaktlamellen zugewandten Stirnseite einen vorspringenden Rand auf, der einen Käfig für die federbelasteten Kontaktlamellen bildet. Die unter der Wirkung ihrer Federn stehenden Kontaktlamellen stützen sich daher in ihrer vom feststehenden Schaltstück getrennten Lage an dem vorspringenden Rand des Gleitkontaktringes ab und schaffen eine gute elektrisch leitende Verbindung.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens bildet die elektrische Isolierung auf der freien Stirnseite des Überbrückungsschaltstückes einen Schieberkörper, der mit dem einen feststehenden Schaltstück im Bereich der Einschaltstellung zusammenwirkt. Dieser Schieber, der das Schaltstück mit einem Passungsspiel umgeben kann, gibt die Trennstrecke zwischen

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den feststehenden Schaltstücken für das von der Blaseinrichtung komprimierte Löschgas erst nach einer gewissen Vorlaufzeit des Kontaktsystems auf den bereits gezogenen Bogen frei, so daß das komprimierte Lösch- und Isoliergas solange aufgespa.r.t wird, bis der Lichtbogen eine für eine günstige Beeinflussung genügende Länge aufweist. Zusätzlich ergibt sich durch Anordnung des Schieberkörpers der Vorteil, daß auch kleine induktive Ströme sicher abgeschaltet werden können. Bei Abschaltung derartiger induktiver Ströme besteht nämlich bei starker Lichtbogenbeblasung die Gefahr, daß der wegen des geringen Stromes nur schwach ausgebildete Lichtbogen vor dem Stromnulldurchgang abgerissen wird, was zu unzulässigen Überspannungen führt. Durch den Schieberkörper wird die Beblasung über einen Ringspalt in dem kurzen Anfangsbereich der Schaltbewegung, in der Lichtbogen kleiner induktiver Ströme vorzeitig unterbrochen werden könnten, gedrosselt, so daß das unerwünschte Abreißen des Lichtbogens verhindert wird.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn der Schieberkörper mit einer konischen Düsenöffnung zur Führung der Löschgasströmung versehen ist. Auf diese Weise wird die von der Blaseinrichtung erzeugte Löschgasströmung nicht nur in radialer Richtung im Bereich des Lichtbogens getrieben; es ergibt sich auch eine wesentliche axiale Gasströmungskomponente, die den Lichtbogen in die Mitte der düsenförmigen Schaltstükke hineintreibt.

Der sich durch den Vorbau des Schieberkörpers und seiner gegebenenfalls vorgesehenen konischen Düsenöffnung ergebende Vorteil besteht weiterhin darin, daß durch die Abdeckung der vorderen Kante des Gleitkontaktringes der Lichtbogen zu einer Schleifenbildung veranlaßt wird. Dabei wird die Tendenz ausgenutzt, daß der Lichtbogen rechtwinkelig aus seiner Fußpunktfläche austritt. Die durch die Schleifenbildung entste-

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henden elektrodynamischen Kräfte haben die gleiche Richtung wie die Kräfte, die die Gasströmung auf den Bogen ausübt. Die Kräfte treiben den Bogen zur Schaltstückmitte hin.

Aus der DT-PS 1 212 617 isijzwar ein zylinderförmiger Ansatz aus Isoliermaterial bekannt, der von der Ringelektrode des Überbrückungsschaltstückes getragen ist und dessen Innendurchmesser demjenigen der Ringelektrode entspricht, die, wie bereits oben erwähnt, einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der Außendurchmesser der Düsenrohre. Damit ergibt sich, daß der bekannte zylinderförmige Ansatz kein Schieberkörper im Sinne der Erfindung ist, weil durch den vom zylindrischen Isolierstoffansatz und dem Außenmantel des feststehenden Düsenrohres gebildeten Spalt das unter Druck stehende Lösch- und Isoliergas ständig ebenso ungehindert strömen kann wie durch die Schlitze in der Ringelektrode. Eine verzögerte Freigabe der Gasströmung wie bei der Erfindung, die eine Vorlaufzeit des Kontaktsystems bereitstellt, ist bei der bekannten Kontaktanordnung gemäß der DT-PS 1 212 617 nicht möglich.

Die Erzeugung einer für die Lichtbogenlöschung günstigen axialen Gasströmungskomponente durch die konische DUsenöffnung des Schieberkörpers kann verbessert werden, wenn die feststehenden düsenförmigen Schaltstücke, wie an sich aus der DT-AS 1 190 077 bekannt, unsymmetrisch gestaltet sind, wobei das dem Gleitkontaktring zugewandte Schaltstück eine kleinere Düsenöffnung als das gegenüberliegende feststehende Schaltstück hat.

An Hand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Druckgasschalters nach der Erfindung beschrieben und die Wirkungsweise erläutert.

In Fig. 1 ist ein elektrischer Druckgasschalter, zum Teil in einem Längsschnitt, dargestellt.

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Die Figuren 2 bis 7 zeigen die Kontaktanordnung des elektrischen Druckgasschalters nach Fig. 1 in unterschiedlichen Stellungen während des Ausschaltvorganges.

In Fig. 8 ist eine weitere Kontaktanordnung für einen Schalter nach Fig. 1 als Einzelheit schematisch dargestellt.

Die Figur 9 zeigt schematisch eine Weiterbildung der Kontaktanordnung nach Fig. 8.

Der in Fig. 1 dargestellte Hochspannungsschalter für bei- spielsweise 110 kV, in dem Schwefelhexafluorid als Lösch- und Isoliermittel verwendet wird, ist der Einfachheit halber nur mit den zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Teilen ohne die auf Erdpotential liegenden Schalterteile, den Antrieb und die Stützisolatoren gezeichnet. Der als Druckgasschalter aufgebaute elektrische Schalter weist eine z.B. aus Porzellan bestehende Schaltkammer 1 auf, die an ihrem oberen Ende ein nicht v/eiter dargestelltes Anschlußstück trägt. An diesem Anschlußstück ist ein in das Innere der Schaltkammer 1 ragender metallischer Hohlkörper 2 befestigt, der ein feststehendes Schaltstück 3 trägt. Dem Schaltstück 3 liegt ein feststehendes Schaltstück 4 gegenüber. Beide Schaltstücke 3 und 4 sind zur Abführung der Schaltgase hohl ausgebildet und · an ihren gegenüberliegenden Stirnseiten düsenförmig gestaltet.

Die beiden feststehenden Schaltstücke 3 und 4 sind in der Einschaltstellung durch ein Uberbrückungsschaltstück 6 verbunden, das rohrförmig ausgeführt ist. Im Innern des rohrförmigen Überbrückungsschaltstückes 6 sind federbelastete Lamellen 7 gelagert, die mit vorbestimmtem Kontaktdruck mit ihren Kontaktflächen 8 gegen die feststehenden Schaltstücke 3 und 4 gedrückt sind. Das Uberbrückungsschaltstück 6 trägt einen Gleitkontaktring 9 aus lichtbogenfestem, elektrisch leitendem Material unter Zwischenlage einer elektrischen Isolierung 10.

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Das rohrförmige Überbrückungsschaltstück 6 ist in einen Koppelkörper 18 eingeschraubt, der über Befestigungselemente 19 mit einem Isolierstoffrohr 20 verbunden ist, das einen Blaszylinder bildet.

Der Blaszylinder trägt auf seiner Stirnseite 21 einen Düsenkörper, der das feststehende Schaltstück 3 umgibt. Das Isostoff rohr 20 ist beispielsweise aus einem Stück, z.B. aus faserverstärktem Kunststoff, hergestellt. Das, Isolierstoffrohr 20 wird während der Ausschaltbewegung gemeinsam mit

dem Überbrückungsschaltstück 6 über einen relativ feststehenden Kolben 24 gezogen, so daß eine Löschmittelströmung bereitgestellt wird. Am Koppelkörper 18 greifen Zugstangen 12 an, die an einem Bolzen 13 gelenkig gelagert sind. Mit den Zugstangen 12 ist ein nicht näher dargestelltes Antriebsglied gekoppelt, das den Schalter aus der rechts der Mittellinie gezeichneten Einschaltstellung in die links dargestellte Ausschaltstellung bewegt.

Die Schaltkammer 1 ist vollständig mit Schwefelhexafluorid unter einem Druck von beispielsweise 4 Atmosphären gefüllt. Beim Ausschalten bewegt sich das Schaltstück 6 zusammen mit dem Rohr 20 von oben nach unten. Dabei wird das innerhalb des Rohres 20 vorhandene Schwefelhexafluorid komprimiert, weil es beim Beginn der Ausschaltbewegung noch nicht abströmen kann. Erst wenn das Rohr 20 etwa die Hälfte seines Hubes zurückgelegt hat, gleiten die Kontaktlamellen 7 des Überbrückungsschaltstückes 6 und der Gleitkontaktring 9 vom feststehenden Schaltstück 3 ab, so daß mit der galvanischen Trennung ein Auslaßquerschnitt entsteht. Durch diesen strömt das bis dahin komprimierte Schwefelhexafluorid in die von den beiden feststehenden Schaltstücken 3 und 4 gebildeten Abströmdüsen. Der Lichtbogen wird dabei vom Gleitkontaktring auf die am Schaltstück 4 vorgesehenen Abbrandelektroden aus lichtbogenfestem Material kommutiert und durch die günstigen

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Strömungsverhältnisse, die an den Düsen vorliegen, gelöscht.

In der Ausschaltstellung ist die Trennstrecke zwischen den Schaltstücken 3 und 4 frei. Es herrscht nur eine geringe Feldstärke, weil die Schaltstücke als großflächige Elektroden ein gleichmäßiges Feld ergeben.

Die Figur 2 zeigt in einem Ausschnitt die feststehenden Schaltstücke 3 und 4 und das noch im Eingriff befindliche ÜberbrückungsschaltstUck. Dabei stützen sich die Kontaktlamellen 7 unter dem Druck ihrer Federn 17 mit ihren Kontaktflächen 8 an der Außenmantelfläche des feststehenden Schaltstückes 3 ab. Der Strom fließt über einen mit der gestrichelten Linie bezeichneten Weg. Im Verlauf der Ausschaltbewegung gelangt das ÜberbrückungsschaltstUck 6 in die aus Fig. 3 ersichtliche Lage, bei der die Kontaktlamellen 7 noch nicht vom Schaltstück 3 getrennt sind, sich jedoch mit vorspringenden Ansätzen 16 an einem vorspringenden Rand 15 des Gleitkontaktringes 9 abstützen. Der Gleitkontaktring 9 bildet mit seinem vorspringenden Rand 15 einen Käfig für die Kontaktlamellen Der Strom fließt in der in Fig. 3 gezeichneten Stellung der Kontakte vom Schaltstück 3 über den Gleitkontaktring zu den Knntaktlamellen 7 und von dort zum Schaltstück 4.

Im weiteren Verlauf der Ausschaltbewegung fließt der Strom, wie der Fig. 4 zu entnehmen ist, nur noch über den Gleitkontaktring 9, der vom ÜberbrückungsschaltstUck über die elektrische Isolierung 10 getragen ist. Damit ergibt sich ein eindeutiger Strompfad, der zu keiner unerwünschten dynamischen Beeinflussung des Kontaktsystems führen kann.

In der aus Fig. 5 ersichtlichen Lage des überbrückungsschaltstückes 6 ist nach erfolgter Trennung des Gleitkontaktringes" 9 am Schaltstück 3 ein Lichtbogen 30 gezogen, dessen einer Fußpunkt am Schaltstück 3 und dessen anderer Fußpunkt am

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Gleitkontaktring 9 ansetzt. Die Anordnung des Gleitkontaktringes 9 und der ihn tragenden elektrischen Isolierung 10 ist dabei zusätzlich so getroffen, daß der Lichtbogen 30 seinen Fußpunkt vom Gleitkontaktring 9 nicht beispielsweise auf das äußere Rohr des Uberbrückungsschaltstückes 6 verlagern kann. Die Isolierung 10 bildet damit eine Barriere für den Lichtbogen zur Verhinderung einer Auswanderbewegung.

Die Figur 6 zeigt eine Stellung des Uberbrückungsschaltstükkes 6, bei der der Lichtbogen 30 vom Gleitkontaktring 9 auf das Schaltstück 4 kommutiert. In der in Fig. 7 dargestellten Kontaktanordnung brennt der Lichtbogen zwischen beiden fest- · stehenden Schaltstücken 3 und 4. Im übrigen sind in den Figuren 2 bis 7 gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wie aus Fig. 8 zu ersehen ist, kann in einer Weiterbildung der Erfindung die Isolation 10 mit einem Schieberkörper 31 versehen sein, der dem Gleitkontaktring 9 vorgelagert ist und das freie Ende des Uberbrückungsschaltstückes 6 bildet. Der Schieberkörper 31 umgibt das Überbrückungsschaltstück 3 in der gezeichneten Lage mit geringem Spalt, so daß sich bei kleinen Lichtbogen 30, die beim Abschalten geringer induktiver Ströme auftreten, zunächst nach dem Trennen des Gleitkontaktringes 9 vom Schaltstück 3 noch keine oder nur eine geringe Gasströmung ergibt. Erst wenn der die Gasströmung drosselnde Schieberkörper 31 die Gasströmung freigibt, setzt die Beblasung des Lichtbogens 30 ein, so daß die Gefahr des Abreißens vor dem Stromnulldurchgang und damit die Gefahr auftretender Überspannungen weitgehend beseitigt ist.

Der Schieberkörper 3d. kann vorteilhaft mit einer konischen Düsenöffnung 32 versehen sein, die zur Führung der Löschgasströmung 33 dient. Die konische Düsenöffnung bewirkt zusätzlich zu der radialen Strömungskomponente eine Gasströmung in axialer Richtung, die den Lichtbogen 30 in die Mitte der

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SchaltstUcke 3, 4 treibt. Diese Wirkung der konischen Düsenöffnung kann, wie in den Figuren 2 bis 9 dargestellt ist, durch eine unsymmetrische Düsenanordnung der beiden Schaltstücke 3 und 4 unterstützt werden, bei der die Düse des Schaltstückes 4 einen größeren Durchmesser als die des Schaltstükkes 3 aufweist.

Der Schieberkörper 31 bringt weiterhin den Vorteil mit sich, daß die Blaseinrichtung gegenüber der thermischen Lichtbogen-' strahlung besser geschützt wird. In einigen Fällen kann man anstelle des für Hochleistungsschalter verwendeten Polytetrafluoräthylens ein in anderen Schaltern bisher mit gutem Erfolg angewendetes Gießharz einsetzen. Der Schieberkörper 31 deckt die Stirnseite des Gleitkontaktkörpers 9 ab, so daß der Lichtbogen gezwungen wird, eine Schleife zum feststehenden Schaltstück 3 zu bilden. Die dabei entstehenden elektrodynamischen Kräfte treiben den Lichtbogen in erwünschter Weise gemeinsam mit der Gasströmung 33 in die Mitte der SchaltstUcke 3 und 4.

9 Figuren
5 Ansprüche

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Claims

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1. Elektrischer Druckgasschalter mit einer aus Kolben und Zylinder bestehenden Blaseinrichtung (Eindruckschalter), mit zwei feststehenden düsenförmigen Schaltstücken und einem diese in der Einschaltstellung verbindenden Überbrückungsschaltstück, das mit einem Gleitkontaktring aus lichtbogenbeständigem Material und federbelasteten Kontaktlamellen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Überbrückungsschaltstück (6) den Gleitkontaktring (9) unter Zwischenlage einer elektrischen Isolierung (10) trägt und daß der Gleit-» kontaktring (9) und die Kontaktlamellen (7) bei deren Trennung von dem einen feststehenden Schaltstück (3) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

2. Elektrischer Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitkontaktring (9) auf seiner den Kontaktlamellen (7) zugewandten Stirnseite einen vorspringenden Rand (17) aufweist, der einen Käfig für die federbelasteten Kontaktlamellen (7) bildet.

3. Elektrischer Druckgasschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Isolierung (10) auf der freien Stirnseite des Überbrückungsschaltstückes (6) einen der Schieberkörper (31) bildet, der mit einem, der feststehenden Schaltstücke (3) im Bereich der Einschaltstellung zusammenwi rkt.

4. Elektrischer Druckgasschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieberkörper (31) mit einer konischen Düsenöffnung (32) zur Führung· der Löschgasströmung (33) versehen ist.

5. Elektrischer Druckgasschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine unsymmetrische Gestaltung"

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der feststehenden düsenförmigen Schaltstücke (3, 4·), wobei das dem Gleitkontaktring (9) zugewandte Schaltstück (3) eine kleinere Düsenöffnung als das gegenüberliegende Schaltstück (4) hat.

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