DE4412249A1 - Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Heizraum und einem Kompressionsraum - Google Patents

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.