DE4412249A1 - Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Heizraum und einem Kompressionsraum - Google Patents
Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Heizraum und einem KompressionsraumInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Hochspan
nungs-Leistungsschalter mit zwei koaxial zueinander angeord
neten Schaltkontaktstücken und mit einer mechanischen Kom
pressionsvorrichtung für ein Löschgas, die mit dem Antrieb
des Schalters verbunden ist, sowie mit einem Kompressionsraum
und einem Heizraum, der durch den Löschgasdruck elastisch
aufweitbar ist.
Ein derartiger Hochspannungs-Leistungsschalter ist beispiels
weise aus der EP-0 296 363 A2 bekannt. Bei dem bekannten
Schalter handelt es sich um einen Isolierstoffdüsenschalter
mit zwei einander koaxial gegenüberstehenden Schaltkon
taktstücken sowie einem diese koaxial umgebenden Heizraum und
einem Kompressionsraum.
Heiz- und Kompressionsraum sind durch einen beweglichen Zy
linderboden mit Überströmventilen voneinander getrennt.
Bei hohen zu schaltenden Stromstärken entsteht ein starker
Lichtbogen, der das Löschgas im Heizraum stark aufheizt und
somit den Löschgasdruck in diesem Bereich erhöht. Durch den
hohen Löschgasdruck kann gemäß dem Stand der Technik der Zwi
schenboden gegen die Kraft einer Feder in Richtung zum Kom
pressionsvolumen gedrückt werden, wodurch das Volumen des
Heizraums sich vergrößert.
Gleichzeitig wird durch die Verschiebung des Zylinderbodens
das Volumen des Kompressionsraumes verkleinert, wodurch sich
dort der Druck erhöht. Dadurch wird der der Antriebsbewegung
entgegenwirkende Druck im Kompressionsraum schon in einer
frühen Phase der Schaltbewegung so groß, daß die Schaltbewe
gung unerwünscht verlangsamt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei
einem Leistungsschalter der eingangs genannten Art das
Schaltvermögen durch konstruktiv einfache Maßnahmen bei der
Gestaltung eines in bezug auf das Volumen veränderlichen
Heizraums zu verbessern, ohne daß eine zusätzliche Belastung
des Schalterantriebs entsteht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenig
stens ein Element einer nicht an den Kompressionsraum angren
zenden Begrenzungswand des Heizraums durch den Löschgasdruck
gegen eine Rückstellkraft verschiebbar ist.
Dadurch, daß ein Teil einer Begrenzungswand des Heizraums
durch den Löschgasdruck verschiebbar ist, wird im Falle
stromstarker Lichtbögen das Heizvolumen vergrößert, so daß
einerseits mehr heißes Löschgas in dem Heizraum gespeichert
werden kann, andererseits bei dem größeren Volumen des zur
Verfügung stehenden Löschgas es die Temperatur des aufgeheiz
ten Löschgases nicht so weit ansteigt, wie bei einem kleine
ren zur Verfügung stehenden Löschgasvolumen.
Hierdurch steht dann beim Stromnulldurchgang zur Beblasung
des Lichtbogens kühleres Löschgas zur Verfügung, als dies bei
einem kleineren Heizvolumen der Fall wäre.
Andererseits wird der Heizraum bei kleineren zu schaltenden
Stromstärken und entsprechend leistungsschwächeren Lichtbögen
durch den Löschgasdruck nicht oder nicht weit verschoben, so
daß in diesem Fall ein kleineres Heizraumvolumen zum Tragen
kommt. Dieses kleinere Heizraumvolumen kann dann auch von ei
nem stromschwachen Lichtbogen soweit mit expandiertem Lösch
gas gefüllt werden, daß ein entsprechender Löschgasdruck ent
steht, der die Löschung des Lichtbogens im Stromnulldurchgang
effektiv unterstützt.
Somit kann durch die Erfindung für jede Schaltanforderung ein
mit steigender Stromstärke jeweils angepaßtes größeres Heiz
volumen zur Verfügung gestellt werden, ohne daß der Löschgas
kompressionsmechanismus davon berührt ist.
Die Aufweitung des Heizraums führt bei der Erfindung nicht zu
einer gleichzeitigen Verringerung des Kompressionsvolumens,
die dort mit einer zusätzlichen Kompression des Löschgases
verbunden wäre.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß
das Element durch einen in einem Hohlzylinder verschiebbaren
Kolben gebildet ist.
Der Zylinder ist beispielsweise in die Außenwand des Heizrau
mes eingebaut oder er befindet sich innerhalb des Heizvolu
mens. Jedenfalls kann in dem Fall, daß der Löschgasdruck ge
nügend groß ist, der Kolben in den Zylinder hinein verschoben
und dadurch das für das heiße Löschgas zur Verfügung stehende
Volumen vergrößert werden. Hierzu kann beispielsweise der
Hohlzylinder geschlossen oder mit dem Expansionsvolumen des
Leistungsschalters verbunden sein.
Es ist vorteilhaft, wenn der Kolben gasdicht in dem Hohlzy
linder gleitet.
Konstruktiv besonders einfach ist die Ausgestaltung, wenn der
Hohlzylinder und der Kolben als die Schaltkontaktstücke koa
xial umgebender Ringzylinder- und Ringkolben ausgebildet
sind.
Bei dieser Konstruktion ist der Hochspannungs-Leistungsschal
ter mit seinem Heizraum, dem Kompressionsraum und der Vor
richtung zur Aufweitung des Heizraumes im wesentlichen zylin
dersymmetrisch aufgebaut. Der Ringzylinder kann beispielswei
se mit der Kompressionsvorrichtung fest verbunden sein, wobei
jedoch eine Bewegung des Kolbens in dem Ringzylinder keine
Veränderung des Kompressionsvolumens zur Folge hat. In diesem
Fall werden der Ringzylinder und der Kolben während der
Schaltbewegung mit der Kompressionsvorrichtung zusammen be
wegt.
Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch gestaltet
werden, daß der Hohlzylinder mit einem Expansionsvolumen des
Leistungsschalters mittels eines Kanals verbunden ist.
Hierdurch ist gewährleistet, daß bei einem genügend hohen
Löschgasdruck im Heizraum der Kolben in dem Zylinder bewegt
werden kann, ohne daß durch ein eventuell in dem Hohlzylinder
befindliches Gas ein entsprechender Gegendruck gegen die Be
wegung des Kolbens aufgebaut wird. Das in dem Hohlzylinder
befindliche Gas kann vielmehr durch den Kolben in das Expan
sionsvolumen hineingedrückt werden. Die Rückstellkraft für
den Kolben muß dann durch geeignete mechanische Mittel be
reitgestellt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht
vor, daß das Element durch den Boden eines Faltenbalgs gebil
det ist.
In diesem Fall wird bei einer Erhöhung des Löschgasdrucks der
Faltenbalg zusammengedrückt und durch diesen Effekt das Heiz
gasvolumen vergrößert. Nach Absenken des Löschgasdrucks ent
spannt und vergrößert sich der Faltenbalg, so daß für gerin
gere Schaltstromstärken wieder ein verkleinerter Heizraum zur
Verfügung steht.
Es kann als besonders vorteilhaft vorgesehen sein, daß das
Element gegen die Kraft einer Feder verschiebbar ist.
Diese Feder liefert dann die Rückstellkraft für das ver
schiebbare Element und über die Federkonstante der Feder kann
vorherbestimmt werden, wie sich das Volumen des Heizraumes in
Abhängigkeit von dem in ihm herrschenden Löschgasdruck verän
dert. Es wird beispielsweise eine Schraubenfeder aus Metall
verwendet.
Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch gestaltet
werden, daß die Charakteristik der Feder nichtlinear ist.
Hierdurch kann das jeweils entsprechend gewünschte Verhalten
des Schalters erzielt werden. Beispielsweise ist denkbar, daß
die Feder aus zwei hintereinander angeordneten Teilen gebil
det ist, die unterschiedliche Federcharakteristiken aufwei
sen. Die Feder kann dann vorteilhaft auch progressiv nichtli
near ausgebildet sein.
Der Hohlzylinder kann vorteilhaft im wesentlichen von dem
Heizraum umgeben sein.
In diesem Fall ist er sehr platzsparend untergebracht, so daß
ein den Leistungsschalter umgebendes Porzellangehäuse in
kleiner Baugröße verwendet werden kann.
Für den Fall, daß bei sehr hohen Stromstärken überhöhte Loch
gasdrucke in dem Heizraum auftreten, die nicht durch eine
Aufweitung ausgeglichen werden können, kann vorteilhaft der
Heizraum ein Überströmventil zur Begrenzung des Löschgas
drucks aufweisen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei
spiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrie
ben.
Hierbei zeigt die Figur schematisch den Aufbau eines erfin
dungsgemäßen Leistungsschalters in einem Längsschnitt.
Der elektrische Leistungsschalter weist zwei Schaltkon
taktstücke 1, 2 auf, die als Lichtbogenkontaktstücke ausge
bildet und von Dauerstromkontaktstücken 3, 4 koaxial umgeben
sind. Das erste Schaltkontaktstück 1 ist feststehend ausge
bildet, während das zweite Schaltkontaktstück 2 mittels eines
nicht dargestellten Schalterantriebs antreibbar ausgebildet
ist. Mit dem zweiten Schaltkontaktstück 2 ist eine Isolier
stoffdüse 5, 6 fest verbunden.
In der Einschaltstellung umgibt das zweite Schaltkontaktstück
2, das als Tulpenkontakt ausgebildet ist, das erste Schalt
kontaktstück 1, welches als stiftförmiger Kontakt ausgebildet
ist.
Bei der Ausschaltbewegung wird das zweite Schaltkontaktstück
2 von dem ersten Schaltkontaktstück 1 entfernt, wobei ein
Lichtbogen zwischen diesen gezogen wird.
Der Schaltlichtbogen heizt das im Bereich der Schaltstrecke
befindliche Löschgas, typischerweise SF₆, auf, so daß der
Löschgasdruck in diesem Bereich ansteigt. Außerdem werden
ggf. aus dem Material der Schaltkontaktstücke bzw. der Düse
5, 6 weitere Gase freigesetzt.
Der Bereich der Trennstrecke 7 ist über einen Kanal 8 mit ei
nem Heizraum 9 verbunden, in dem während der Schaltvorgangs
aufgeheiztes Löschgas gespeichert wird.
Während des Stromnulldurchgangs, wenn der Lichtbogen im Be
reich der Trennstrecke 7 erlischt, strömt dann das unter ho
hem Druck stehende aufgeheizte Löschgas aus dem Heizraum 9
durch den Kanal 8 zurück in den Bereich der Trennstrecke 7,
wo durch die Beblasung eine Rückzündung des Lichtbogens ver
hindert wird.
Außerdem ist ein Kompressionsraum 10 vorgesehen, der nur zum
Teil dargestellt ist und in dem durch den mit dem Schalteran
trieb verbundenen Kompressionskolben 11 im Zuge der Schaltbe
wegung Löschgas komprimiert wird. Der Kompressionsraum 10 ist
über einen Kanal 12 mit dem Heizraum 9 verbunden und es ist
ein Flatterventil 13 vorgesehen, das das Überströmen von un
ter hohem Druck stehenden Löschgas aus dem Heizraum in den
Kompressionsraum 10 verhindert, aber andererseits ein Aus
strömen von komprimiertem Löschgas aus dem Kompressionsraum
10 durch den Heizraum 9 zur Trennstrecke 7 erlaubt, wenn der
Löschgasdruck im Heizraum 9 für eine effektive Beblasung des
Lichtbogens nicht ausreicht und unterhalb des Löschgasdrucks
im Kompressionsraum 10 liegt.
Der Heizraum 9 wird auf einer Seite von dem beweglichen Kol
ben 14 begrenzt, der als verschiebbares Element gegen die
Rückstellkraft einer Feder 15 innerhalb des Zylinders 16 ver
schiebbar ist. Je höher der Druck im Heizraum 9 ist, um so
weiter wird der Kolben 14 in den Zylinder 16 hineingeschoben,
wodurch das Volumen des Heizraumes 9 vergrößert wird. In dem
Hohlraum 17 des Zylinders 16 befindet sich SF₆-Gas, das je
doch durch einen Kanal 18 in das Expansionsvolumen des Schal
ters entweichen bzw. bei Bedarf in den Hohlraum 17 zurück
strömen kann. Der Kolben 14 ist durch einen Dichtungsring 19
in dem Zylinder 16 gleitend gasdicht geführt.
Im unteren Halbschnitt der Figur ist der Kolben in einer
gegenüber dem oberen Halbschnitt weiter zurückgeschobenen
Position dargestellt.
Der Kanal 18 ist durch ein Rohr 20 gebildet, das gleichzeitig
als Federführung für die Feder 15 dient.
Zur Begrenzung des in dem Heizraum 9 entstehenden Löschgas
drucks bei sehr hohen Stromstärken ist ein Entlastungsventil
21 vorgesehen.
Claims (10)
1. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter mit zwei koa
xial zueinander angeordneten Schaltkontaktstücken (1, 2) und
mit einer mechanischen Kompressionsvorrichtung (10, 11) für
ein Löschgas, die mit dem Antrieb des Schalters verbunden
ist, sowie mit einem Kompressionsraum (10) und einem Heizraum
(9), der durch den Löschgasdruck elastisch aufweitbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens ein Element (14) einer nicht an den Kompressi
onsraum (10) angrenzenden Begrenzungswand des Heizraums (9)
durch den Löschgasdruck gegen eine Rückstellkraft verschieb
bar ist.
2. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch
1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Element (14) durch einen in einem Hohlzylinder (16)
verschiebbaren Kolben gebildet ist.
3. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch
2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hohlzylinder (16) und der Kolben (14) als die Schalt
kontaktstücke (1, 2) koaxial umgebender Ringzylinder und
Ringkolben ausgebildet sind.
4. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch
2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hohlzylinder (16) mit einem Expansionsvolumen des
Leistungsschalters mittels eines Kanals (18) verbunden ist.
5. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch
1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Element (14) durch den Boden eines Faltenbalgs gebil
det ist.
6. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch
1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Element (14) gegen die Kraft einer Feder (15) ver
schiebbar ist.
7. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch
6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Charakteristik der Feder (15) nichtlinear ist.
8. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch
7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Charakteristik der Feder (15) progressiv nichtlinear
ist.
9. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch
2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hohlzylinder (16) im wesentlichen von dem Heizraum
(9) umgeben ist.
10. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach An
spruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Heizraum ein Entlastungsventil (21) zur Begrenzung
des Löschgasdrucks aufweist.
Priority Applications (2)
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ID=6514986
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