EP0664551A2 - Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Heizraum und einer Kompressionsvorrichtung - Google Patents

Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Heizraum und einer Kompressionsvorrichtung Download PDF

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EP0664551A2
EP0664551A2 EP94250300A EP94250300A EP0664551A2 EP 0664551 A2 EP0664551 A2 EP 0664551A2 EP 94250300 A EP94250300 A EP 94250300A EP 94250300 A EP94250300 A EP 94250300A EP 0664551 A2 EP0664551 A2 EP 0664551A2
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Definitions

  • the invention relates to an electrical high-voltage circuit breaker with two mutually coaxially opposed switching contact pieces designed to discharge extinguishing gas and a bridging contact piece bridging them in the switched-on state and connected to a drive device, as well as with at least one heating space surrounding the switching contact pieces and with a first one the side of the boiler room facing away from the drive device, arranged coaxially to the switching contact pieces, for the mechanical compression of extinguishing gas.
  • Such a high-voltage circuit breaker is known for example from DE-OS 41 03 119.
  • the action of the arc which burns between the switching contact pieces, heats extinguishing gas in the heating space and thus increases the pressure of the extinguishing gas, so that the extinguishing gas under high pressure flows back into the arc space to extinguish the arc.
  • extinguishing gas is mechanically compressed in a compression device and, if necessary, passed through a duct into the arc chamber.
  • the present invention has for its object to further improve the arc extinguishing behavior in a high-voltage circuit breaker of the type mentioned, whereby the smallest possible space requirement of the switch is sought.
  • the object is achieved in that a second compression device is arranged on the side of the boiler room facing the drive device and that both compression devices can be driven by the drive device.
  • the first and the second compression device are arranged on both sides of the boiler room along the longitudinal axis of the switch. This enables a larger compression volume to be achieved without increasing its diameter or lengthening the stroke of the compression movement. This is particularly important because high-voltage circuit breakers are usually installed in a metal or porcelain housing of cylindrical design, which should be kept as small as possible for reasons of stability and costs. In the case of circuit breakers of this type which are to be used in encapsulated systems, care must also be taken to ensure that the field width remains as small as possible so that the space required for the entire system is as small as possible.
  • Both compression devices can advantageously be driven by means of the drive device of the switch, so that an additional design effort compared to the previously known design for driving the second compression device can be kept low.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the two compression devices can be operated in the same direction.
  • none of the compression devices requires a deflection of the drive movement to actuate the respective compression device.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that at least one of the switch contact pieces on its side facing the other switch contact piece carries an insulating material made of a material which releases extinguishing gas under the action of the arc.
  • This measure causes additional quenching gas to be released under the action of the arc, which assists in extinguishing the arc.
  • the invention can also be advantageously configured in that the boiler room is essentially limited by elements made of insulating material.
  • the inner walls of the boiler room can, for example, be lined with PTFE that releases further extinguishing gas under the action of the heated extinguishing gas.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that each of the compression devices is connected to the boiler room via a channel provided with a check valve.
  • the check valve prevents hot extinguishing gas from flowing from the boiler room into the compression rooms if the gas pressure in the boiler room is higher than in the compression rooms. This is the case, for example, with high currents to be switched and a correspondingly high arc power. If extinguishing gas under high pressure would flow from the boiler room into the compression rooms, the extinguishing gas pressure, which rises more sharply in the compression rooms, would brake the drive movement. This is prevented by the construction according to the invention.
  • the invention can advantageously also be designed such that one of the compression devices can be actuated with a time delay compared to the other compression device. This can be achieved, for example, by a suitable mechanical construction during the transmission of the drive to the two compression devices. The two compression devices could then feed extinguishing gas into the arc space at different times, so that the chronological sequence of the arc blowing can thereby be controlled.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the compression ratios of the compression devices are selected differently.
  • one of the compression devices can deliver a long-lasting extinguishing gas flow at low pressure, while the other compression device delivers a short, powerful gas surge.
  • the invention can also be advantageously configured in that the first compression device has a drivable outer cylinder with a cylinder bottom and that the outer cylinder encloses the heating space in addition to the first compression space.
  • the drivable outer cylinder represents a structurally simple and particularly space-saving possibility of transferring the drive force past the boiler room to its side facing away from the drive device.
  • the second compression space can also be enclosed by the drivable outer cylinder. This can thus also form a protective cover for the interrupter unit, so that hot, ionized extinguishing gas does not easily reach the inner wall of the metal or porcelain housing surrounding the interrupter unit. This prevents undesirable precipitation on the inner wall of the housing.
  • FIG. 1 shows schematically in a longitudinal section in the upper part a circuit breaker according to the invention in the open position, in the lower half section a corresponding switch in the closed position.
  • the outer encapsulation of the circuit breaker is not shown in the figure.
  • the circuit breaker has two fixed switching contact pieces 1, 2, which are coaxially opposite one another at a fixed distance.
  • the switching contact piece 2 carries an insulating body 3 made of polytetrafluoroethylene, which protrudes into the arc chamber 4.
  • the switch has a bridging contact piece 5, which contains an outer support tube 6 and contact fingers 7 held therein.
  • the arc chamber 4 is surrounded by a fixed heating chamber 8, which is formed by insulating parts 9, 10. These are attached directly or indirectly to the switch contact pieces 1, 2. Extinguishing gas is heated in the heating chamber 8 by the action of the arc in the arc chamber 4, which then enters the heating chamber 8 through the annular gap 11, increases the gas pressure there and flows back into the arc chamber 4 during the zero current passage, in order to contribute to extinguishing the arc there.
  • the heating chamber 8 is enclosed by a drivable outer cylinder 12 of a first compression device 12, 13.
  • the first compression device 12, 13 essentially consists of the outer cylinder 12 and a fixed compression piston 13.
  • the outer cylinder 12 is connected to the switch drive, which is located in the figure to the right of the interrupter unit but is not shown, by means of a switch rod 28 and is simultaneously connected to the bridging contact piece 5 emotional.
  • the compression piston 13 has a check valve 14 through which compressed extinguishing gas can flow from the compression space 15 into the heating space 8 and from there to the arc space 4.
  • the check valve 14 prevents 8 extinguishing gas from flowing into the compression chamber 15 at high extinguishing gas pressure in the heating chamber and counteracting the driving forces there.
  • a compression device 16, 17 is also provided, which consists of a stationary compression cylinder 16 and a drivable compression piston 17 connected to the bridging contact piece 5.
  • the compression piston decreases during the switch-off movement 17 the volume of the compression space 18, so that compressed quenching gas can flow through the opening 19 via an axial channel 20 through the check valve 21 into the heating space 8, as long as the quenching gas pressure is not higher there than in the compression space 18th
  • the compression piston 17 is sealed off from the switching contact piece 2 and the compression cylinder 16 by means of sliding seals 22, 23.
  • the outer cylinder 12 is also sealed off from the compression piston 13 by means of the seal 24.
  • a pressure relief valve 26 for relieving the compression space 15 when the extinguishing gas pressures are too high and a ventilation valve 27 are provided in the cylinder base 25.

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Abstract

Bei einem elektrischen Hochspannungs-Leistungsschalter mit zwei einander koaxial gegenüberstehenden Schaltkontaktstücken (1, 2) die zur Abfuhr von Löschgas hohl ausgebildet sind und mit einem diese im Einschaltzustand überbrückenden, mit einer Antriebseinrichtung verbundenen Überbrückungskontaktstück (5) sowie mit wenigstens einem die Schaltkontaktstücke (1, 2) umgebenden Heizraum (8) und mit einer ersten, auf der der Antriebseinrichtung abgewandten Seite des Heizraums (8) koaxial zu den Schaltkontaktstücken (1, 2) angeordneten Kompressionsvorrichtung (12, 13) ist erfindungsgemäß eine zweite Kompressionsvorrichtung (16, 17) auf der dem Schalterantrieb zugewandten Seite des Heizraums (8) vorgesehen, wobei beide Kompressionsvorrichtungen (12, 13, 16, 17) mittels der Antriebsseinrichtung des Schalters antreibbar sind.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Hochspannungs-Leistungsschalter mit zwei einander koaxial gegenüberstehenden, zur Abfuhr von Löschgas hohl ausgebildeten Schaltkontaktstücken und einem diese im Einschaltzustand überbrückenden, mit einer Antriebseinrichtung verbundenen Überbrückungskontaktstück sowie mit einem wenigstens eines der Schaltkontaktstücke umgebenden Heizraum und mit einer ersten, auf der der Antriebseinrichtung abgewandten Seite des Heizraums koaxial zu den Schaltkontaktstücken angeordneten Kompressionsvorrichtung zur mechanischen Kompression von Löschgas.
  • Ein derartiger Hochspannungs-Leistungsschalter ist beispielsweise aus der DE-OS 41 03 119 bekannt. Bei dem bekannten Leistungsschalter wird einerseits durch die Wirkung des Lichtbogens, der zwischen den Schaltkontaktstücken brennt, in dem Heizraum Löschgas erhitzt und somit der Druck des Löschgases erhöht, so daß das unter hohem Druck stehende Löschgas zur Löschung des Lichtbogens in den Lichtbogenraum zurückströmt. Andererseits wird in einer Kompressionsvorrichtung Löschgas mechanisch komprimiert und gegebenenfalls durch einen Kanal in den Lichtbogenraum geleitet.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Hochspannungs-Leistungsschalter der eingangs genannten Art das Lichtbogenlöschverhalten weiter zu verbessern, wobei ein möglichst geringer Platzbedarf des Schalters angestrebt wird.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine zweite Kompressionsvorrichtung auf der der Antriebseinrichtung zugewandten Seite des Heizraums angeordnet ist und daß beide Kompressionsvorrichtungen mittels der Antriebseinrichtung antreibbar sind.
  • Gemäß der Erfindung sind die erste und die zweite Kompressionsvorrichtung beiderseits des Heizraums entlang der Längsachse des Schalters angeordnet. Dadurch kann ein größeres Kompressionsvolumen erreicht werden, ohne daß dessen Durchmesser vergrößert oder der Hub der Kompressionsbewegung verlängert wird. Dies ist insbesondere deshalb wichtig, weil Hochspannungs-Leistungsschalter üblicherweise in ein Metall- oder Porzellangehäuse zylindrischer Bauform eingebaut werden, das aus Stabilitäts- und Kostengründen möglichst klein gehalten werden soll. Bei solchen Leistungsschaltern, die in gekapselten Anlagen verwendet werden sollen, ist außerdem darauf zu achten, daß die Feldweite möglichst gering bleibt, so daß der Platzbedarf der gesamten Anlage möglichst gering ist.
  • Beide Kompressionsvorrichtungen sind vorteilhaft mittels der Antriebseinrichtung des Schalters antreibbar, so daß ein zusätzlicher konstruktiver Aufwand gegenüber der vorbekannten Konstruktion für den Antrieb der zweiten Kompressionsvorrichtung gering gehalten werden kann.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die beiden Kompressionsvorrichtungen gleichsinnig betätigbar sind.
  • In diesem Fall ist bei keiner der Kompressionsvorrichtungen eine Umlenkung der Antriebsbewegung zur Betätigung der jeweiligen Kompressionsvorrichtung notwendig.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß wenigstens eines der Schaltkontaktstücke auf seiner dem anderen Schaltkontaktstück zugewandten Seite einen Isolierstoffaufsatz aus einem Material trägt, das unter Einwirkung des Lichtbogens Löschgas freisetzt.
  • Diese Maßnahme bewirkt, daß unter Einwirkung des Lichtbogens zusätzliches Löschgas freigesetzt wird, das die Löschung des Lichtbogens unterstützt.
  • Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß der Heizraum im wesentlichen durch aus Isolierstoff bestehende Elemente begrenzt ist.
  • Dadurch ist gewährleistet, daß der im Bereich der Schaltkontaktstücke befindliche Raum keine metallischen Elemente enthält, die zu dielektrischen Problemen bzw. Überschlägen fuhren konnten. Die Innenwände des Heizraums können beispielsweise mit PTFE ausgekleidet sein, daß unter der Einwirkung des aufgeheizten Löschgases weiteres Löschgas freisetzt.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß jede der Kompressionsvorrichtungen über einen mit einem Rückschlagventil versehenen Kanal mit dem Heizraum verbunden ist.
  • Durch das Rückschlagventil wird verhindert, daß heißes Löschgas aus dem Heizraum in die Kompressionsräume strömt, wenn der Gasdruck im Heizraum größer ist als in den Kompressionsräumen. Dies ist zum Beispiels bei hohen zu schaltenden Stromstärken und entsprechend großer Lichtbogenleistung der Fall. Würde unter hohem Druck stehendes Löschgas vom Heizraum in die Kompressionsräume strömen, so würde der in den Kompressionsräumen stärker ansteigende Löschgasdruck die Antriebsbewegung bremsen. Dies wird durch die erfindungsgemäße Konstruktion verhindert.
  • Die Erfindung kann vorteilhaft auch so gestaltet sein, daß eine der Kompressionsvorrichtungen mit einer Zeitverzögerung gegenüber der anderen Kompressionsvorrichtung betätigbar ist. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete mechanische Konstruktion bei der Übertragung des Antriebs zu den beiden Kompressionsvorrichtungen verwirklicht sein. Die beiden Kompressionsvorrichtungen könnten dann zu unterschiedlichen Zeiten Löschgas in den Lichtbogenraum einspeisen, so daß dadurch der zeitliche Ablauf der Lichtbogenbeblasung steuerbar ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Kompressionsverhältnisse der Kompressionsvorrichtungen unterschiedlich gewählt sind.
  • In diesem Fall kann beispielsweise eine der Kompressionsvorrichtungen einen lange anhaltenden Löschgasstrom mit geringem Druck liefern, während die andere Kompressionsvorrichtung einen kurzen kräftigen Gasstoß liefert.
  • Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet sein, daß die erste Kompressionsvorrichtung einen antreibbaren Außenzylinder mit einem Zylinderboden aufweist und daß der Außenzylinder zusätzlich zu dem ersten Kompressionsraum den Heizraum umschließt.
  • Der antreibbare Außenzylinder stellt eine konstruktiv einfache und besonders platzsparende Möglichkeit dar, die Antriebskraft an dem Heizraum vorbei zu dessen der Antriebseinrichtung abgewandten Seite zu übertragen. Auch der zweite Kompressionsraum kann von dem antreibbaren Außenzylinder umschlossen sein. Dieser kann somit auch eine Schutzhülle für die Unterbrechereinheit bilden, so daß heißes, ionisiertes Löschgas nicht ohne weiteres an die Innenwand des die Unterbrechereinheit umschließenden Metall- oder Porzellangehäuses gelangt. Dadurch werden unerwünschte Niederschläge an der Innenwand des Gehäuses vermieden.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben. Dabei zeigt die Figur schematisch in einem Längsschnitt im oberen Teil einen erfindungsgemäßen Leistungsschalter in der Ausschaltstellung, im unteren Halbschnitt einen entsprechenden Schalter in der Einschaltstellung.
  • Die äußere Kapselung des Leistungsschalters ist in der Figur nicht dargestellt.
  • Der Leistungsschalter weist zwei feststehende Schaltkontaktstücke 1, 2 auf, die einander in festem Abstand koaxial gegenüberstehen. Das Schaltkontaktstück 2 trägt einen Isolierstoffkörper 3 aus Polytetrafluoräthylen, der in den Lichtbogenraum 4 hineinragt. Außerdem weist der Schalter ein Überbrückungskontaktstück 5 auf, welches ein äußeres Tragrohr 6 und darin gehaltene Kontaktfinger 7 enthält.
  • Der Lichtbogenraum 4 ist von einem feststehenden Heizraum 8 umgeben, der durch Isolierstoffteile 9, 10 gebildet ist. Diese sind mittelbar oder unmittelbar an den Schaltkontaktstücken 1, 2 befestigt. In dem Heizraum 8 wird durch die Wirkung des Lichtbogens im Lichtbogenraum 4 Löschgas erhitzt, das dann durch den Ringspalt 11 in den Heizraum 8 eintritt, dort den Gasdruck erhöht und während des Stromnulldurchgangs in den Lichtbogenraum 4 zurückströmt, um dort zur Löschung des Lichtbogens beizutragen.
  • Der Heizraum 8 ist von einem antreibbaren Außenzylinder 12 einer ersten Kompressionsvorrichtung 12, 13 umschlossen. Die erste Kompressionsvorrichtung 12, 13 besteht im wesentlichen aus dem Außenzylinder 12 und einem feststehenden Kompressionskolben 13. Der Außenzylinder 12 ist mit dem in der Figur rechts von der Unterbrechereinheit befindlichen, jedoch nicht dargestellten Schalterantrieb mittels einer Schaltstange 28 verbunden und wird gleichzeitig mit dem Überbrückungskontaktstück 5 bewegt.
  • Der Kompressionskolben 13 weist ein Rückschlagventil 14 auf, durch das komprimiertes Löschgas aus dem Kompressionsraum 15 in den Heizraum 8 und von dort zum Lichtbogenraum 4 strömen kann. Durch das Rückschlagventil 14 wird verhindert, daß bei hohem Löschgasdruck im Heizraum 8 Löschgas in den Kompressionsraum 15 strömen kann und dort den Antriebskräften entgegenwirkt.
  • Auf der dem Antrieb zugewandten Seite des Heizraums 8 ist ebenfalls eine Kompressionsvorrichtung 16, 17 vorgesehen, die aus einem feststehenden Kompressionszylinder 16 und einem antreibbaren, mit dem Überbrückungskontaktstück 5 verbundenen Kompressionskolben 17 besteht. Während der Ausschaltbewegung des Schalters verringert der Kompressionskolben 17 das Volumen des Kompressionsraums 18, so daß komprimiertes Löschgas durch die Öffnung 19 über einen axialen Kanal 20 durch das Rückschlagventil 21 in den Heizraum 8 strömen kann, solange dort nicht der Löschgasdruck höher ist als in dem Kompressionsraum 18.
  • Der Kompressionskolben 17 ist gegenüber dem Schaltkontaktstück 2 und dem Kompressionszylinder 16 mittels gleitender Dichtungen 22, 23 abgedichtet. Ebenso ist der Außenzylinder 12 gegenüber dem Kompressionskolben 13 mittels der Dichtung 24 abgedichtet. In dem Zylinderboden 25 ist ein Überdruckventil 26 zur Entlastung des Kompressionsraums 15 bei zu hohen Löschgasdrucken und ein Belüftungsventil 27 vorgesehen.

Claims (8)

  1. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter mit zwei einander koaxial gegenüberstehenden, zur Abfuhr von Löschgas hohl ausgebildeten Schaltkontaktstücken (1, 2) und einem diese im Einschaltzustand überbrückenden, mit einer Antriebseinrichtung verbundenen Überbrückungskontaktstück (5) sowie mit einem wenigstens eines der Schaltkontaktstücke (1, 2) umgebenden Heizraum und mit einer ersten, auf der der Antriebseinrichtung abgewandten Seite des Heizraums (8) koaxial zu den Schaltkontaktstücken (1, 2) angeordneten Kompressionsvorrichtung (12, 13) zur mechanischen Kompression von Löschgas,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine zweite Kompressionsvorrichtung (16, 17) auf der der Antriebseinrichtung zugewandten Seite des Heizraums (8) angeordnet ist und daß beide Kompressionsvorrichtungen (12, 13, 16, 17) mittels der Antriebseinrichtung antreibbar sind.
  2. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die beiden Kompressionsvorrichtungen (12, 13, 16 17) gleichsinnig betätigbar sind.
  3. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß wenigstens eines der Schaltkontaktstücke (1, 2) auf seiner dem anderen Schaltkontaktstück zugewandten Seite einen Isolierstoffaufsatz (3) trägt.
  4. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Heizraum (8) im wesentlichen durch aus Isolierstoff bestehende Elemente begrenzt ist.
  5. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß jede der Kompressionsvorrichtungen (12, 13, 16, 17) über einen mit einem Rückschlagventil (14, 21) versehenen Kanal mit dem Heizraum (8) verbunden ist.
  6. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine der Kompressionsvorrichtungen (12, 13, 16, 17) mit einer Zeitverzögerung nach der anderen Kompressionsvorrichtung betätigbar ist.
  7. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kompressionsverhältnisse der Kompressionsvorrichtungen (12, 13, 16, 17) unterschiedlich gewählt sind.
  8. Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die erste Kompressionsvorrichtung (12, 13) einen antreibbaren Außenzylinder (12) und einen Kompressionskolben (13) aufweist und daß der Außenzylinder (12) zusätzlich zu einem ersten Kompressionsraum (15) den Heizraum (8) umschließt.
EP94250300A 1994-01-21 1994-12-21 Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Heizraum und einer Kompressionsvorrichtung Withdrawn EP0664551A2 (de)

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EP0664551A2 true EP0664551A2 (de) 1995-07-26
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EP94250300A Withdrawn EP0664551A2 (de) 1994-01-21 1994-12-21 Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Heizraum und einer Kompressionsvorrichtung

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