DE2441561B2

DE2441561B2 - Druckgasschalter

Info

Publication number: DE2441561B2
Application number: DE2441561A
Authority: DE
Inventors: Seizo Nakano; Minoru Sato; Tohru Tsubaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-08-31
Filing date: 1974-08-30
Publication date: 1979-05-17
Also published as: FR2242768A1; DE2441561A1; FR2242768B1; US3909572A

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckgasschalter nach m dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Druckgasschalter ist insbesondere für Abschaltströme von 40 bis 50 kA in Hochspannungsnetzen von über 100 kV vorgesehen.

In bestehenden Druckgasschaltern sind das beweg- v, liehe hohle Lichtbogen-Knntaktstück, das einem ortsfesten stabförmigen Kontaktstück gegenüber angeordnet ist, und das bewegliche Haupt-Kontaktstück, das aus mehreren Teilkontaktstücken zusammengesetzt und um das bewegliche hohle Lichtbo- -,i> gen-Kontaktstück herum angeordnet ist, beide in einer Kammer angeordnet, die sich stromauf zur Isolierstoffdüse befindet, die Druckgas vom Blaszylinder einschließlich Blaskolben gegen den beim Abschalten gezogenen Lichtbogen bläst. Wegen dieser Anord- -,-, nung werden das ortsfeste und das bewegliche Kontaktstück (einschließlich des beweglichen hohlen Lichtbogen-Kontaktstücks) in Eingriff innerhalb der Isolierstoffdüse gebracht, was allerdings eine Vergrößerung des Volumens (oder Durchmessers) des _h< > stromaufwärtigen Abschnitts der Isolierstoffdüse erfordert, so daß der Totraum in der Isolierstoffdüse zunimmt. Infolgedessen fällt der Druck des zum Löschen des Lichtbogens verwendeten Druckgases merklich ab, wenn dieses den Lichtbogen erreicht, was t>5 die Nennwerte von Abschaltleistung bzw. -strom herabsetzt.

Da außerdem der Öffnungsdurchmesser der Isolierstoffdüse größer als der Durchmesser des ortsfesten Kontaktstücks gewählt wird, damit diese die Isolierstoffdüse durchgreifen kann, strömt ein größerer Teil des Druckgases durch die Isolierstoffdüse hindurch zu deren stromabwärts gelegenem Ende ab, so daß nur ein relativ geringer Teil des Druckgases in die öffnung des beweglichen hohlen Lichtbogen-Kontaktstücks gelangt, weshalb die Bewegung des Lichtbogens auf der Innenwand des beweglichen hohlen Lichtbogen-Kontaktstücks und dessen Kühlung beeinträchtigt werden, was weiter die Nennwerte von Abschaltleistung und -strom herabsetzt.

Wenn der Öffnungsdurchmesser der Isolierstoffdüse groß ist, strömt ein Teil des Druckgases durch diese öffnung ab, ohne zum Löschen des Lichtbogens beizutragen. Daher müssen Blaszylinder und Blaskolben mehr Druckgas abgeben, als an sich nötig wäre, was wiederum eine Vergrößerung der Abmessungen von Blaszylinder und Blaskolben bedingt, also einer gedrängten Bauweise des Druckgasschalters entgegensteht.

Ähnliche Probleme treten bei bekannten Druckgasschaltern auf, nämlich einem gemäß DE-GM 7 033 047, dessen ortsfestes Lichtbogen-Kontaktstück allerdings nicht stabförmig, sondern hohl ausgebildet ist und der im übrigen in der stromabwärts gelegenen Stirnseite des Blaszylinders Druckgas-Zufuhröffnungen aufweist; und einem gemäß GB-PS 1264756 entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei dem die Isolierstoffdüse ausdrücklich annähernd rechtwinklig zur Längsachse des Druckgasschalters angeordnet ist, da ihre Innenwand einerseits parallel und andererseits ziemlich genau rechtwinklig zu dieser Längsachse verläuft, so daß das zum Löschen des Lichtbogens vorgesehene komprimierte Druckgas aus einem Ringspalt zwischen dem zur Schalterachse senkrechten Abschnitt der Isolierstoffdüse und der benachbarten Stirnseite des als dünnwandigen Zylinder ausgebildeten beweglichen hohlen Lichtbogen-Kontaktstücks radial gegen den Lichtbogen austritt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Druckgasschalter der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine intensivere und wirksame Beblasung des Lichtbogens durch die Druckgas-Strömung erreicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Lehre nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Durch diese Ausbildung wird also eine intensivere Löschung des Lichtbogens und intensivere Kühlung des beweglichen hohlen Lichtbogen-Kontaktstücks als bisher (unter weitgehender Vermeidung von Totraum im Kompressionsraum der Isolierstoffdüse) erzielt, so daß der Druckgasschalter sich durch höhere Nennwerte von Abschaltleistung und -strom auszeichnet.

Entsprechend ist bei unveränderten Nennwerten von Abschaltleistung und -strom eine gedrängtere Bauweise des Druckgasschalters möglich, weil wegen des verringerten Druckgas-Verbrauchs Blaszylinder und Blaskolben kleiner dimensioniert werden können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

An Hand der aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert, wobei nur der Schaltteil des Druckgasschalters dargestellt ist.

Dabei ist ein Ausführungsbeispiel des Druckgasschalters in seiner Ausschaltstellung gezeigt.

Ein ortsfestes hohles Haupt-Kontaktstück 21 besteht aus mehreren zylindrisch angeordneten elektrisch leitenden Teilen und weist an seiner Stirnseite Federn 23 auf, an deren Außenumfang ein Schirm 24 zur Verringerung der elektrischen Feldstärke vor- "> gesehen ist.

Dem ortsfesten hohlen Haupt-Kontaktstück 21 liegt ein bewegliches, ebenfalls hohles Haupt-Kontaktstück 22 gegenüber.

Auf der Mitte des ortsfesten Haupt-Kontaktstücks

21 ist ein ortsfestes stabförmiges Lichtbogen-Kontaktstück 25 angeordnet, das an einem (nicht gezeichneten) unbeweglichen Bauteil befestigt ist, an dem auch das ortsfeste Haupt-Kontaktstück 21 befestigt ist. Das ortsfeste Lichtbogen-Kontaktstück 25 ist mit ι ~> einem vorderen Endteil versehen, der aus lichtbogen-festem Werkstoff besteht.

Andererseits ist auf der Seite des beweglichen Kontaktstücks eine Blaseinrichtung angeordnet, die aus einem Blaszylinder 26 und einem Blaskolben 27 be- Jn steht. Das bewegliche Haupt-Kontaktstück 22, das zusätzlich dazu dient, eine Isoiierstoffdüse 28 zu haltern, ist durch Schrauben 30 mit der Seitenwand 38 des auf der Seite des Kontaktstücks angsordneten Blaszylinders 26 verbunden. Die Isolierstoffdüse 28 > > ist an ihrer stromabwärtigen Seite mit einer öffnung versehen, deren Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des ortsfesten Lichtbogen-Kontaktstücks 25 ist und die sich nach außen hin stetig erweitert. Innerhalb des beweglichen Haupt-Kontaktstücks j<>

22 ist ein bewegliches, hohles Lichtbogen-Kontaktstück 31 angeordnet; dieses ist in ähnlicher Weise wie das bewegliche Lichtbogen-Kontaktstück 25 mit einem vorderen Endteil aus Iichtbogen-festem Werkstoff versehen. r>

Der Blaszylinder 26 und der Blaskolben 27 umgrenzen eine Blaskammer 32, die ein lichtbogen-Iöschendes Druckgas enthält. In der zur Kontaktseite gewandten Seitenwand 38 des Blaszylinders 26 sind Druckgas-Zufuhröffnungen 33 angeordnet, durch die -in das in der Llaskammer 32 befindliche Löschgas gegen einen zwischen dem ortsfesten Lichtbogen-Kontaktstück 25 und dem beweglichen Lichtbogen-Kontaktstück 31 gezogenen Lichtbogen geblasen wird. Nur eine einzige Druckgas-Zufuhröffnung 33 ist gezeichnet, aber vier solcher Druckgas-Zufuhröffnungen von einander gleichem lichten Querschnitt sind bei dieser Ausführungsform vorhanden.

Die Isolierstoffdüse 28 ist so gestaltet, daß ihre auf ihrer stromaufwärts gelegenen Seite befindliche, an die Isolierstoffdüsen-Offnung anschließende Innenwandfläche, also ihres ringförmigen Kompressionsraums, fa;.t eben ist und mit der Längsachse des Schalters einen Winkel θ von etwas über 90° bildet. An der Außenseite des beweglichen hohlen Lichtbogen- >-, Kontaktstücks 31 ist eine den Druckgasstrom steuernde Platte 34 aus Isolierstoff angeordnet und so gestaltet, daß ihre Oberseite mit der Längsachse des Schalters einen Winkel α von ebenfalls etwas über 90° bildet. Diese den Druckgasstrom steuernde Platte _bo 34 verringert den Totraum im Kompressionsraum der Düse und verhindert, daß der Lichtbogen die Verlängerung des beweglichen Hauptkontaktstücks 22 oder die Schrauben 30 verbrennt. Da das bewegliche Lichtbogen-Kontaktstück 31 nur dazu dient, einen Licht- _h> bogen zu zünden, wenn der Schalter den Stromkreis unterbricht, und da der elektrische Strom, wenn der Schalter geschlossen ii.\ durch die Haupt-Kontakt-

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-,n stücke 21 und 22 fließt, ist das bewegliche Lichtbogen-Kontaktstück 31 nur klein, weil es von Strom großer Stärke nur während eines sehr kurzen Zettintervalls durchflossen wird.

Die Isolierstoffdüse 28 ist vorzugsweise so gestaltet, daß der Abstand L zwischen ihrer fast ebenen, stromoberen, an die Düsenöffnung anschließenden Innenfläche und der Seitenwand 38 des Blaszylinders 26 kleiner als der Radius R ihrer Grundfläche ist. Dies verringert den Totraum in ihrem Kompressionsraum, durch den das Lösch-Druckgas strömt, nachdem es die Druckgas-Zufuhröffnungen durchströmt hat und bevor es einen zwischen den Lichtbogen-Kontaktstücken 25 und 31 gezündeten Lichtbogen erreicht. Die Isoiierstoffdüse 28 ist so gestaltet, daß ihre an ihrer stromaufwärtigen Seite befindliche, an ihre öffnung anschließende, fast ebene Innenfläche und die Oberseite der den Druckgasstrorn steuernden Platte 34 zwischen sich eine Querschnittsfläche einschließen, die senkrecht zur Stromrichtung des Druckgases und im wesentlichen gleich der Sumrr^. der Querschnittsfiächen der vier Druckgas-Zufuhröffnungen 33 ist. So ist der Totraum in der Isolierstoffdüse 28 noch mehr verringert.

In der Mitte des Blaszylinders 26 angeordnet und einstückig mit ihm verbunden ist eine rohrförmige Blaszylinder-Antriebsstange 36, auf der das bewegliche hohle Lichtbogenkontaktstück 31 angebracht ist. Die oben beschriebene Einrichtung ist auf einem (nicht gezeichneten) Druckgasbehälter angeordnet, der mit Schwefelhexafluorid oder anderem isolierenden, löschenden Druckgas gefüllt ist.

Es wird nun die Arbeitsweise des oben beschriebenen Druckgasschalters erläutert:

Wenn der Druckgasschalter geschlossen, also der Stromkreis geschlossen ist, fließt der elektrische Strom durch das ortsfeste Haupt-Kontaktstück 21, das bewegliche Haupt-Kontaktstück 22 und den Blaszylinder 26. Wenn der Druckgasschalter geöffnet, also der Stromkreis unterbrochen wird, wird die Blaszylinder-Antriebsstange von einer (nicht gezeichneten) Betätigungsvorrichtung abwärts (in der Zeichnung) bewegt. Dadurch werden die Blaszylinder 26, die Isoiierstoffdüse 28, das bewegliche H&upt-Kontaktstück 22 und das bewegliche Lichtbogen-Kontaktstück zusammen abwärts bewegt und die Haupt-Kcntaktstücke 21 und 22 getrennt. Dabei fließt der elektrische Strom auf einem durch das ortsfeste Lichtbogen-Kontaktstück 25, das bewegliche Lichtbogen-Kontaktstück 31 und den Blaszylinder 26 gegebenen Strompfad. Eine weitere Abwärtsbewegung der Blaszylinder-Antriebsstange 36 trennt die Lichtbogen-Kontaktstücke 25 und 3\ und erzeugt dadurch einen Lichtbogen 35 zwischen ihnen.

Andererseits wird das in der Blaskammer 32 zwischen dem Blaszylinder 26 und dem Biaskolben 27 eingeschlossene Druckgas und durch die Druckgas-Zufuhröffnungen 33 gegen den Lichtbogen 35 geblasen; es strömt in zwei Strömen und zwei verschiedenen Richtungen, nänwich zur öffnung des beweglichen hohlen Lichtbogen-Kontaktstücks 31 und zur öffnung der Isolierstoffdüse 28. So wird das Druckgas durch die beiden Auslässe hindurch zum Niederdruck-Teil des Druckgasbehälters hindurch ausgeblasen. Der Lichtbogen 35 wird von dem gegen ihn geblasenen Druckgas gelöscht und dadurch der elektrische Strom unterbrochen.

Im Schalt-Teil des Druckgasschalter sind die

Haupt-Kontaktstücke 21 und 22 außerhalb der Isolierstoffdüse 28 und nur die Lichtbogen-Kontaktstücke 25 und 31 innerhalb der Isolierstoffdüse 28 angeordnet. Daher kann die öffnung der Isolierstoffdüse 28 einen Durchmesser haben, der eben groß ge- > nug ist, das ortsfeste Lichtbogen-Kontaktstück 25 niedriger Strombelastbarkeit aufzunehmen. Infolgedessen geht nicht mehr Druckgas durch die Isolierstofidüse hindurch, als zum Löschen des Lichtbogens nötig ist, und daher reicht das Volumen der Blaskam- '<· mer 32 aus, einen wesentlichen Mindestwert an Druckgas zu liefern.

Die ebene Innenfläche des Kompressionsraums der Isolierstoffdüse 28. die sich an der stromaufwärts gelegenen Seite der isoliciMoiidüse an die Düsenöff- >^:· nung anschließt, bildet mit der Längsachse des Druckgasschalters einen Winkel Θ von über 90°. Die Oberseite de den Druckgasstrom steuernden Platte 34 bildet mit der Längsachse des Druckgassehalters einen Winkel α von ebenlails über SM)". Intolge dieser '" Merkmale kann das durch die Druckgas-Zufuhröffnung 33 einströmende Druckgas im stumpfen Winkel gegen den zwischen den Lichtbogen-Kontaktstücken 25 und 31 gezogenen Lichtbogen geblasen werden und so \om Druckgas eine größere Menge in die Off- '· nung des beweglichen hohlen Lichtbogen-Kontaktstucks 31 aN in die Öffnung der Isolierstoffdüse 28 einströmen, weshalb der zwischen den I iehtbogen Kontaktstücken 25 und 31 gezogene Lichtbogen 3! längs der Innenwand des beweglichen hohlen Licht bogen-Kontaktstücks 31 in derselben Richtung wan dem kann, in der das Druckgas strömt, so daß dei Lichtbogen sich schnell abkühlen und sicher löscher läßt.

Da der Abstand zwischen der ebenen Innenfläche der Isolierstoffdüse 28, die sich an der stromaufwärts gelegenen Seite der Isolierstoffdüse an die Düsenöff nung anschließt, und der Stirnfläche 38 des Blaszylinders 26 kleiner als der Radius der Grundfläche dei Isolierstoffdüse 28 ist, kann der Totraurn auf derr Strömungsweg des Druckgases von den Druckgas-Zufuhröffniingen 33 zu dem zwischen den Lichtbo gen-Kontaktstücken 25 und 31 gezogenen Lichtboger sehr verkleinert und kann ein Absinken des Drucke; des Druckgases verhindert werden, was die Schalt-Wirkung des Schalters verbessert. Vorzugsweise sollte der Abstand L zwischen der ebenen Innenfläche dei Isolierstoffdüse 28 und der Stirnfläche des Blaszylinders 26 mindestens etwa V, des Innenradius R dei Grundfläche der Isolierstoffdüse betragen, da bei zi kleinem Abstand der lichte Querschnitt des Strömungsweges des Druckgases zu klein und der Stromungswiderstand für den Druckgasstrom zu gro[ werden würde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckgasschalter mit einem ortsfesten hohlen Haupt-Kontaktstiick, einem zu diesem koaxialen ortsfesten stabförmigen Lichtbogen-Kontaktstück und einem beweglichen Blaszylinder, in dem ein ortsfester Kolben geführt ist und der ein bewegliches Haupt-Kontaktstück, ein zu diesem koaxiales bewegliches Lichtbogen-Kontaktstück und eine letzterem vorgelagerte Isolierstoffdüse trägt, die im geschlossenen Zustand des Druckgasschalters vom ortsfesten Lichtbogen-Kontaktstück durchgriffen wird und einen ringförmigen Kompressionsraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwände des Kompressionsraums so ausgebildet sind, daß der Hauptteil des Druckgasstroms auf die öffnung des beweglichen hohlen Lichtbogen-Kontaktstücks (31) gerichtet ist.

2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die strornabwärtigc als auch die stromaufwärtige (34) Innenwand des Kompressionsraums einen Winkel (Θ, a) von über 90° gegenüber der Achse des beweglichen Lichtbogen-Kontaktstücks (31) zu dessen öffnung hin geneigt ist.

3. Druckgasschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (Z-) der stromabwärtigen Innenwand des Kompressionsraums der Isolierstoffdüse (28) von der Stirnfläche (38) des Blr.izylinders (26) kleiner als der Innenradius (R) der Grundfläche der Isolierstoffdüse (28) ist.