DD212352A1 - Selbstloeschender druckgasschalter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Herstellung von elektrischen Hochleistungsschaltern und zielt auf eine Erhoehung der elektrischen Festigkeit einer Druckgasisolation ab. Die Erfindung loest die Aufgabe, einen Druckgasschalter, bei dem der Lichtbogen selbstloeschend u. zusaetzl. durch Druckgaseinwirkung unterbrochen wird, zu entwickeln, dadurch, dass ein Lichtbogenloeschraum, der durch einen Loskolben von einem Gasraum getrennt ist u. ein getrennter Verdichtungsraum vorgesehen ist. Das Anwendungsgebiet der Erfindung liegt im Bereich der Energieversorgung.

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung wird im Bereich der Elektroenergieversorgung wirksam und bei der Herstellung von druckgasisolierten Hochspannungsschaltern genutzt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Es sind Einrichtungen zum Löschen eines Ausschaltlichtbogens bekannt, die mit dem aus einem Blaszylinder austretenden Gasstrom das Schaltstreckengebiet beblasen. Diese Hochspannungsschalter arbeiten nach dem autopneumatischen Prinzip und verfügen im wesentlichen über einen feststehenden und einen beweglichen Schaltkontakt, wobei der letztere mit einem Verdichtungskolben, der in einem Zylinder als Hubkolben arbeitet, verbunden ist. Es ist jedoch als kinematische Umkehr auch bekannt, daß der bewegliche Schaltkontakt mit einem Zylindergehäuse fest verbunden ist und in axialer Richtung auf einem feststehenden Kolben verschiebbar angeordnet ist.

Diesen Lösungen haften die Nachteile an, daß infolge der großen bewegten Massen ein aufwendiger mechanischer Antrieb erforderlich wird, daß das Löschgas nur über einen kleinen Querschnitt der Schaltstrecke zugeführt wird, daß zur selektiven Eliminierung des zurückgedrängten ionisierten Gases ein hoher Aufwand getrieben werden muß, daß das nahezu ungehinderte Abströmen der Schaltgase in die Lichtbogenlöschkammer zu einer Herabsetzung der elektrischen Festigkeit der Isoliergasanordnung führen, daß ein großer Aufwand für die Isolierschaltstange zwischen Antrieb und Schaltstelle und zur Erzielung einer effektiven Kompression vor allem beim Schalten hoher Ströme betrieben werden muß und daß Probleme beim überspannungsfreien Schalten von kleinen Strömen entstehen. Weiterhin sind Schalter bekannt, die den beim Trennen der Kontakte entstehenden Lichtbogen mittels eines Löschmittelgases, z. B. Schwefelhexafluorid (SF₈), anblasen, der in einer Lichtbogenlöschkammer mit einem definierten Volumen brennt, wobei sich das in dieser Lichtbogenlöschkammer befindende Löschmittelgas unter der Einwirkung der thermischen Energie des elektrischen Lichtbogens ausdehnt und hierdurch ein Druckanstieg des Löschmittelgases eintritt. Nach Trennung der Schaltkontakte strömt das unter Druck geratene Löschmittelgas zwischen dem entstandenen Kontaktspalt und unterbricht den Lichtbogen. Diesem selbstlöschenden Schalter, bei dem die Energie des Lichtbogens eine Löschmittelströmung erzeugt, haftet der Nachteil an, daß beim Unterbrechen kleiner Ströme das Löschmittelgas nicht ausreichend unter Druck gesetzt wird, weil die Lichtbogenenergie zu gering ist. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist bekannt geworden, in der Lichtbogenlöschkammer einen Hubkolben anzuordnen, der bei der Ausschaltbewegung des beweglichen Schaltkontaktes eine Löschmittelgasströmung erzeugt. Damit diese mit einem ausreichenden Druck erzeugt werden kann, muß die Lichtbogenlöschkammer ein kleines Volumen besitzen. Zur Betätigung dieses Schalters ist immer noch eine hohe Antriebsleistung erforderlich. Außerdem sind als Nachteile die eingangs dargelegten auch vorherrschend.

Ziel der Erfindung:

Die Erfindung zielt darauf ab, die elektrische Festigkeit einer Druckgasisolation in Druckgasschaltern zum Zeitpunkt durchgeführter Ausschaltungen zu erhöhen, gleichzeitig eine rückzündungsfreie Arbeitsweise zu sichern und die Antriebsleistung und den Bauaufwand zur Erzeugung einer Löschmittelströmung zu reduzieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbstlöschenden Druckgasschalter zu entwickeln, der zusätzlich mit einem nach dem Blaskolbenprinzip arbeitendes Löschsystem aufweist, wobei die Löschmittelerzeugung räumlich getrennt außerhalb einer Lichtbogenlöschkammer erfolgt, in der durch die Energie des Lichtbogens eine Isoliergasverdichtung eintritt.

Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß ein selbstlöschender Druckgasschalter mit einem hohlzylindrischen Festkontakt, der über radiale Bohrungen mit einer Druckgaskammer in Verbindung steht und einem beweglichen Schaltkontakt, der eine Relativbewegung zum Festkontakt ausführt und mit diesem in Verbindung bringbar bzw. von diesem trennbar ausgeführt ist und der mit einer den beweglichen Schaltkontakt tragenden Schaltstange versehen ist, die mit einem Hubkolben verbunden ist, der innerhalb einer aus Hohlzylinder und Zylinderboden bestehenden und sich koaxial zur Schaltstange erstreckenden zylindrischen Laufbuchse angeordnet ist, wobei sich zwischen Hubkolben und Zylinderboden eine Verdichtungskammer erstreckt, die einerseits über Ventile im Zylinderboden mit einer Druckgasisolierung der Schaltkammer und andererseits durch Bohrungen in dem Hubkolben mit der Druckgasisolierung einer eine aus dem beweglichen und feststehenden Schaltkontakt gebildeten Schaltstrecke koaxial umschließenden Lichtbogenlöschkammer in Verbindung steht, entwickelt wurde, bei dem erfindungsgemäß innerhalb eines hohlzylindrischen Hauptkontaktes eine als Hohlzylinqer ausgebildete beweglich angeordnete Nennstromkontaktbahn, die mit einem Eintrittsventil aufweisenden und mit von der Verdichtungskammer eine Gaskammer trennenden Boden verbunden ist, an dem die Antriebsstange mechanisch angelenkt ist und innerhalb der Nennstromkontaktbahn ein mit Ventilen versehener Kontaktkolben angeordnet ist, der auf dem mit dem Boden verbundenen beweglichen Schaltkontakt geführt und gegenüber einer Zylinderwandung der Nennstromkontaktbahn abgedichtet ist und einerseits des Kontaktkolbens die Gaskammer und andererseits die Lichtbogenlöschkammer vorgesehen ist, wobei der Kontaktkolben aus einem Scheibenkolben und einem mit diesem festverbundenen Kontaktstück besteht und zwischen dem Scheibenkolben und dem Boden eine das Kontaktstück in Einschaltstellung mit einer Vorspannung gegen den Festkontakt pressende Druckfeder vorgesehen ist und zwischen dem Boden und einem mit Ventilen versehenen Flansch, durch den die Antriebsstange vorzugsweise gasdicht geführt ist, die Verdichtungskammer vorgesehen ist, wobei während des Abschaltvorganges die Ventile im Flansch geschlossen angeordnet und Eintrittsventile im Boden abhängig von in der Gaskammer herrschendem Druck und vom erreichten Verdichtungsdruck in der Verdichtungskammer öffnende Überströmventile in dem Kontaktkolben vorgesehen sind.

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Ausführungsbeispiel:

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung ist eine erfindungsgemäß ausgebildete Schaltkammer im Längsschnitt mit zwei verschiedenen Schaltstellungen des beweglichen Schaltkontaktes dargestellt.

Innerhalb einer Schaltkammer 1 ist ein hohlzylindrischer Hauptkontakt 2, der als Strombahn dient, koaxial zur Schaltkammer 1 vorgesehen. Dieser Hauptkontakt 2 ist als Gleitlager für eine mit einem Boden 3 versehene hohlzylindrische Nennstrombahn 4 ausgebildet. Eine Antriebsstange 5 ist mit dem Boden 3, der als Scheibenkolben ausgebildet und gegenüber einer Innenwand 6 des Hauptkontaktes 2 abgedichtet ist, kraftschlüssig verbunden, die einen Flansch 7 der Schaltkammer 1 vorzugsweise gasdicht durchdringt. Dieser Flansch 7 ist mit Bohrungen 8 versehen, die durch Ventile 9 gasdicht verschließbar sind. Im Boden 3 sind gleichfalls Bohrungen 10, die mit Eintrittsventilen 11 versehen sind, vorhanden. An dem Boden 3, der einseitig mit der Antriebsstange 5 verbunden ist, ist auf der anderen Seite ein stromleitender rohrförmiger Kontaktträger 12 vorgesehen, der mit Kontakten 13 mit einem Anschlag für das Kontaktstück 16 versehen, ausgestattet ist. Auf einer Mantelfläche 14 des Kontaktträgers 12 ist gleitend ein aus einem Scheibenkolben 15 und einem Kontaktstück 16 bestehender Kontaktkolben angeordnet, der sowohl gegenüber der Mantelfläche 14 des Kontaktträgers 12 als auch gegenüber einer Mantelfläche 17 der Nennstrombahn 4 abgedichtet geführt ist. Dieser Kontaktkolben 15; 16 trennt eine Lichtbogenlöschkammer 18 von einer Gaskammer 19. Gaskammerseitig ist zwischen dem Kontaktkolben 15; 16 und dem Boden 3, der die Gaskammer 19 von einer Verdichtungskammer 20 trennt, eine Druckfeder 21 vorgesehen. Im Kontaktkoiben 15; 16 sind Bohrungen 22 vorhanden, die durch Überströmventil 23 verschlossen sind und einen Gasdurchtritt von der Gaskammer in die Lichtbogenlöschkammer 18 ermöglicht. In Einschaltstellung befinden sich die Kontakte 13 im Eingriff mit einem rohrförmigen Festkontakt 24, der mit radialen Bohrungen 25 in der Nähe seiner Anlenkung an einem Abschlußflansch 26 der Schaltkammer 1 versehen ist und das Kontaktstück 16 des Kontaktkolbens 15; 16 sitzt infolge der Wirkung der Druckfeder 21 auf einer Stirnfläche 27 des Festkontaktes 24 auf. Gleichzeitig befindet sich die Nennstromkontaktbahn 4 im Eingriff mit Gleitkontakten 28 eines koaxial zum Festkontakt 24 und zur Nennstromkontaktbahn 4 angeordneten feststehenden und mit dem Abschlußflansch 26 der Schaltkammer 1 verbundenen Nennstromkontaktes 29, der als Hohlzylinder ausgebildet ist und einen Innendurchmesser aufweist, der dem des Hauptkontaktes 2 entspricht. Der Nennstromkontakt 29 weist oberhalb der Gleitkontakte 28 radiale Bohrungen 30 auf, die in Einschaltstellung durch eine mit der Nennstromkontaktbahn 4 verbundene Isolierstoffdüse 31 verdeckt sind. Durch die Isolierstoffdüse 31, die einseitig auf dem Festkontakt 24 und andererseits im Nennstromkontakt 29 gleitend geführt ist, wird die Lichtbogenlöschkammer 18 in axialer Richtung begrenzt.

Beim Ausschaltvorgang fährt der Kontakt 13 des beweglichen Kontaktträgers 12 aus dem Festkontakt 24 heraus, während das Kontaktstück 16 des Kontaktkolbens 15; 16 aufgrund der Kraft der vorgespannten Druckfeder 21 noch an der Stirnfläche 27 des Festkontaktes 24 anliegt, bis das Kontaktstück 16 durch den Anschlag des Kontaktes 13 mitgenommen wird. Bei diesem kurzzeitigen Bewegungsabiauf findet gleichzeitig eine Verdichtung der nicht dargestellten Gasisolation in der Lichtbogenlöschkammer 18 statt, wodurch auch die Überströmventile 23 im Kontaktkolben 15; 16 geschlossen gehalten werden. Während der Ausschaltbewegung entspannt sich die Druckfeder 21, deren gespeicherte Energie die Ausschaltbewegung bis zur Entspannung unterstützt hat.

Danach zündet ein Ausschaltlichtbogen (nicht dargestellt) durch. Durch die thermische Wirkung der Lichtbogenenergie auf die Gasisolation in der Lichtbogenlöschkammer 18 erhöht sich der Gasdruck in dieser. Hierdurch wird der Scheibenkolben 15 des Kontaktkolbens 15; 16 gegen die zunehmende Kraft der Druckfeder 21 axial verschoben und gleichzeitig das Isoliergasvolumen in der Gaskammer 19 verdichtet. Gleichzeitig überfährt der Boden 3 mit der Nennstromkontaktbahn 4 radiale Bohrungen 32 im Hauptkontakt, wodurch jetzt innerhalb der Verdichtungskammer 20 nicht ionisiertes Isoliergas komprimiert wird. Zur Lichtbogenunterbrechung strömt zuerst aus der Lichtbogenlöschkammer 18 verdichtetes ionisiertes Gas im Festkontakt 24, dieser Gasströmung folgt eine Gasströmung von nicht ionisiertem Isoliergas aus der Gaskammer 19 und letztlich in der Verdichtungskammer 20 komprimiertes Isoliergas zur Verfestigung der Schaltstrecke 33 am Ende des Ausschaltvorganges. Die Schaltgase strömen während des Ausschaltvorganges über die Bohrungen 25 des Festkontaktes 24 und die Bohrungen 30 des Nennstromkontaktes in die Schaltkammer 1. Beim Ausschaltvorgang übt die Isolierstoffdüse 31 eine begrenzte saugende Wirkung auf die den Festkontakt umgebenden Räume aus. Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau ergibt sich beim Ausschaltvorgang eine ausschältstromgesteuerte Kompression des Löschgases und damit eine gesteuerte Beblasungsintensität, wodurch sowohl kleine als auch hohe Nennausschaltströme rückzündungsfrei beherrscht werden. Weiterhin treten keine Überspannungen beim Schalten kleiner Ströme wegen vorzeitigen Löschens des Lichbogens infolge einer zu starken Beblasung auf. Außerdem ist der Antrieb der Schaltstrecke stark entlastet, und es ist nur erforderlich, den Antrieb für die Massenbeschleunigung und zur Erzielung der Ausschaltgeschwindigkeit und für eine geringe Kompressionsarbeit auszulegen. Weiterhin wird die Gasisolation voll ausnutzbar, wodurch hohe Schaltleistungen bei geringen Schaltkammerdurchmessern realisierbar sind.

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch

   Selbstlöschender Druckgasschalter mit einem hohlzylindrischen Festkontakt, der über radiale Bohrungen mit einer Druckgaskammer in Verbindung steht und einem beweglichen Schaltkontakt, der eine Relativbewegung zum Festkontakt ausführt und mit diesem in Verbindung bringbar bzw. von diesem trennbar ausgeführt ist und der mit einer den beweglichen Schaltkontakt tragenden Schaltstange versehen ist, die mit einem Hubkolben verbunden ist, der innerhalb einer aus Hohlzylinder und Zylinderboden bestehenden und sich koaxial zur Schaltstange erstreckenden zylindrischen Laufbuchse angeordnet ist, wobei sich zwischen Hubkolben und Zylinderboden eine Verdichtungskammer erstreckt, die einerseits über Ventile im Zylinderboden mit einer Druckgasisolierung der Schaltkammer und andererseits durch Bohrungen in dem Hubkolben mit der Druckgasisolierung und einer eine aus dem beweglichen und feststehenden Schaltkontakt gebildeten Schaltstrecke koaxial umschließenden Lichbogenlöschkammer in Verbindung steht, gekennzeichnet dadurch, daß innerhalb eines hohlzylindrischen Hauptkontaktes (2) eine als Hohlzylinder ausgebildete beweglich angeordnete Nennstromkontaktbahn (4), die einen Eintrittsventile (11) aufweisenden und eine Gaskammer (18) von der Verdichtungskammer (20) trennenden Boden (3) aufweist, an dem die Antriebsstange (5) mechanisch angelenkt ist und innerhalb der Nennstromkontaktbahn (4) ein mit Ventilen (23) versehener Kontaktkolben (15; 16) angeordnet ist, derauf dem mit dem Boden (3) verbundenen beweglichen Kontaktträger (12) mit Schaltkontakt (13) geführt und gegenüber einer Zylinderwandung (17) die Nennstromkontaktbahn (4) abgedichtet ist und einerseits des Kontaktkolbens (15; 16) die Gaskammer (19) und andererseits die Lichtbogenlöschkammer (18) vorgesehen ist, wobei der Kontaktkolben (15; 16) aus einem Scheibenkolben (15) und einem mit diesem fest verbundenen Kontaktstück (16) besteht und zwischen Scheibenkolben (15) und Boden (3) eine das Kontaktstück (16) in Einschaltstellung mit einer Vorspannung gegen den Festkontakt (24) pressende Druckfeder (21) vorgesehen ist und zwischen dem Boden (3) und einem mit Ventilen (9) versehenen Flansch (7) durch den die Antriebsstange (5) vorzugsweise gasdicht geführt ist, die Verdichtungskammer (20) vorgesehen ist, wobei während des Abschaltvorganges die Ventile (9) geschlossen angeordnet und Eintrittsventiie (11) im Boden (3) abhängig von in der Gaskammer (19) herrschendem Druck und vom erreichten Verdichtungsdruck in der Verdichtungskammer (20) öffnende Überströmventil (23) im Kontaktkolben (15; 16) vorgesehen sind. Hierzu: 1 Blatt Zeichnungen