DE19902835C2 - Hochspannungsleistungsschalter mit einer Isolierdüse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungsleistungs­ schalter mit einem ersten und einem zweiten Nennstromkontakt­ stück, die einander koaxial gegenüberstehen und mit einem ersten und einem zweiten Lichtbogenkontaktstück, die einander ebenfalls koaxial gegenüberstehen, wobei wenigstens das erste Nennstromkontaktstück und das diesem zugeordnete erste Licht­ bogenkontaktstück antreibbar sind und wobei mit dem ersten Lichtbogenkontaktstück eine Isolierdüse zur Beblasung eines zwischen den beiden Lichtbogenkontaktstücken gezogenen Licht­ bogens verbunden ist, die im Ausschaltzustand in die Trenn­ strecke zwischen dem ersten Nennstromkontaktstück und dem ersten Lichtbogenkontaktstück einerseits und dem zweiten Nennstromkontaktstück und dem zweiten Lichtbogenkontaktstück andererseits wenigstens teilweise hineinragt.

Ein derartiger Hochspannungsleistungsschalter ist beispiels­ weise aus der US-PS 5,478,980 und aus der US-PS 5,654,532 be­ kannt.

Bei den bekannten Ausführungsformen von Hochspannungslei­ stungsschaltern ragt im Einschaltzustand ein Kontaktpin in die Düse hinein und verdämmt diese. Während des Ausschaltvor­ gangs wird die Düse zusammen mit dem ersten Lichtbogenkontakt und dem ersten Nennstromkontakt bewegt, so daß die Engstelle der Düse von dem pinförmigen Lichtbogenkontakt freigegeben wird.

Im Ausschaltzustand überbrückt die Isolierdüse die Trenn­ strecke und weist an ihrem freien Ende jeweils eine Feldelektrode in Form eines ringförmigen Metallkörpers auf, der auf der Kontaktseite des zweiten Lichtbogenkontaktstücks bzw. des zweiten Nennstromkontaktstücks mittels eines Gleitkontaktes elektrisch leitend kontaktiert ist.

Auf diese Weise bildet der jeweilige ringförmige Abschirmkör­ per im Ausschaltzustand eine Feldelektrode, die die Trenn­ strecke auf der Seite des zweiten Nennstromkontaktes begrenzt und die Kontaktanordnung abschirmt.

Hierdurch soll das elektrische Feld im Bereich der Trenn­ strecke derart gesteuert werden, daß keine zu großen Feldbe­ lastungen an den Kontaktstücken auftreten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Feldsteuerung im Bereich der Trennstrecke mit konstruktiv einfachen Mitteln und zu einem geringen Preis zu bewirken.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Iso­ lierdüse einen an ihrem äußeren Umfang lösbar befestigten ringförmigen Füllkörper aus einem isolierenden Material mit einer Dielektrizitätszahl ε_r < 1, insbesondere ε_r < 3 aufweist.

Durch einen derartigen Füllkörper, der aus einem isolierenden Material mit einer Dielektrizitätszahl besteht, die größer ist als die des Isoliergases, wird das elektrische Feld zwischen den Kontaktstücken derart vergleichmäßigt, daß die Kontaktstücke selbst, insbesondere die Lichtbogenkontaktstücke, insbesondere der zweite Lichtbogen­ kontaktstück dielektrisch entlastet werden.

Dies geschieht nicht durch die Schaffung von Äquipotential­ flächen, wie dies durch die Geometrie einer Feldelektrode mäß dem Stand der Technik der Fall wäre, sondern dadurch, daß die Feldlinien durch den Unterschied der Dielektrizitätszahl des Isoliergases einerseits und des Füllkörpers andererseits beeinflußbar sind.

Ein Vorteil gegenüber der Verwendung einer Feldelektrode be­ steht darin, daß der Füllkörper nicht elektrisch kontaktiert zu werden braucht. Eine elektrische Kontaktierung, wie dies bei Feldelektroden üblich ist, wäre wegen der fehlenden Leit­ fähigkeit des Füllkörpers sinnlos.

Ein weiterer Vorteil eines am Umfang der Isolierdüse lösbar befestigten Füllkörpers besteht darin, daß die Isolierdüse selbst in schlanker Form derart hergestellt werden kann, daß sie in der Unterbrechereinheit einfach montierbar ist. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die Isolierdüse bei der Montage durch eine enge Öffnung eingeschoben werden muß, an deren Rand sie mittels eines Absatzes der Isolierdüse befe­ stigt wird. Da der Durchmesser des Füllkörpers größer ist als der der Isolierdüse, wäre die Isolierdüse mit einem an ihr fest angeordneten Füllkörper praktisch nicht montierbar.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung kann bei der Montage zuerst die Isolierdüse und später der Füllkörper auf dieser montiert werden.

Ein weiterer Vorteil eines aus isolierendem Material beste­ henden Füllkörpers gegenüber einer Feldelektrode besteht darin, daß der Füllkörper aus einem leichten Material herge­ stellt werden kann, so daß sich die bei einer Betätigung des Leistungsschalters zu beschleunigende Masse gering halten läßt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrie­ ben.

Dabei zeigt

Fig. 1 einen Teil einer Unterbrechereinheit eines Hochspan­ nungsleistungsschalters mit einem feststehenden zweiten Lichtbogenkontaktstück schematisch in Längsschnitt und

Fig. 2 einen ähnlichen Hochspannungsleistungsschalter wie in Fig. 1, jedoch mit antreibbarem zweitem Lichtbogenkontakt­ stück.

In der Fig. 1 ist eine Unterbrechereinheit eines Hochspan­ nungsleistungsschalters dargestellt mit einem ersten Nenn­ stromkontaktstück 1, einem zweiten Nennstromkontaktstück 2, einem ersten Lichtbogenkontaktstück 3 und einem zweiten, pin­ förmigen Lichtbogenkontaktstück 4.

Das erste Nennstromkontaktstück 1 und das erste Lichtbogen­ kontaktstück 3, welches tulpenförmig ausgebildet ist, sind miteinander verbunden und gemeinsam mittels eines nicht näher dargestellten Antriebes antreibbar.

In der Figur ist im linken Halbschnitt die Ausschaltstellung, im rechten Halbschnitt die Einschaltstellung der Unterbre­ chereinheit dargestellt.

Es ist ersichtlich, daß im Einschaltzustand das erste Nenn­ stromkontaktstück 1 mit dem zweiten Nennstromkontaktstück 2 im Eingriff ist und daß auch das erste Lichtbogenkontaktstück 3 mit dem zweiten Lichtbogenkontaktstück 4 im Eingriff ist.

Mit dem ersten Nennstromkontaktstück 1 und dem ersten Licht­ bogenkontaktstück 3 ist auch eine Isolierdüse 5 verbunden, die somit ebenfalls antreibbar ist.

Im Einschaltzustand ist eine Düsenengstelle 6 durch das zweite Lichtbogenkontaktstück 4 verdämmt.

Während des Ausschaltvorganges werden das erste Nennstromkon­ taktstück, das erste Lichtbogenkontaktstück 3 und die Iso­ lierdüse 5 in der Darstellung der Fig. 1 nach unten bewegt, wobei zunächst die Nennstromkontaktstücke 1, 2 voneinander getrennt werden und darauf die Lichtbogenkontaktstücke 3, 4.

Nach dem Trennen der Lichtbogenkontaktstücke 3, 4 voneinander wird zwischen diesen im Normalfall ein Lichtbogen gezogen, der durch den zu schaltenden Wechselstrom gespeist ist.

Die Unterbrechereinheit des Hochspannungsleistungsschalters weist ein die in der Fig. 1 dargestellte Unterbrechereinheit umgebendes Kapselungsgehäuse auf, das nicht dargestellt ist und das mit einem Isoliergas, im Normalfall SF₆, gefüllt ist. Dieses Isoliergas befindet sich auch im Lichtbogenraum zwi­ schen den Lichtbogenkontaktstücken 3, 4 und wird durch den dort entstehenden Lichtbogen ggf. aufgeheizt.

Das Isoliergas kann dann durch den ringförmigen Kanal 7 der Isolierdüse 5 in einen Heizraum 8 abströmen, der mittels eines Rückschlagventils 9 von einem zusätzlichen Kompres­ sionsraum 10 getrennt ist. Der Kompressionsraum dient ggf. im Falle kleinerer Stromstärken zu einer mechanischen Kompression des Isoliergases infolge der Bewegung des mit dem ersten Lichtbogenkontaktstück 3 verbundenen Kolbens 11, so daß in jedem Fall ein bestimmter Mindestisoliergasdruck zur Verfü­ gung steht.

Im Normalfall reicht beim Abschalten eines Kurzschlußstromes die Aufheizung des Isoliergases und die damit verbundene Ex­ pansion im Lichtbogenraum durch den Lichtbogen jedoch aus, um in dem Heizraum 8 genügend Isoliergas unter hohem Druck zu speichern, das bei einem kurzzeitigen Erlöschen des Lichtbo­ gens während des Stromnulldurchgangs durch den ringförmigen Kanal 7 zum Lichtbogenraum zurückströmt und dort die Trenn­ strecke kühlt, um ein Wiederzünden des Lichtbogens zu verhin­ dern.

Zu dieser Zeit hat sich die Isolierdüse 5 soweit weiterbe­ wegt, daß die Verdämmung der Düsenengstelle 6 durch das zweite Lichtbogenkontaktstück 4 aufgehoben ist und das Iso­ liergas an dem zweiten Lichtbogenkontaktstück 4 vorbei in einen Expansionsraum 30 abströmen kann.

Im Ausschaltzustand liegt eine Trennstrecke zwischen dem ersten Nennstromkontakt 1 und dem zweiten Nennstromkontakt 2 bzw. zwischen dem Lichtbogenkontaktstück 3 und dem zweiten Lichtbogenkontaktstück 4.

Die Isolierdüse 5 überbrückt diese Trennstrecke im Ausschalt­ zustand. Sie besteht aus einem Material mit sehr hohem elek­ trischen Widerstand, so daß keine Störung der Isolationsfä­ higkeit in der Trennstrecke zu befürchten ist.

Für den Einsatz bei sehr hohen Spannungen ist es notwendig, die Gesamtkontur auf beiden Seiten der Trennstrecke möglichst so zu steuern, daß die elektrische Feldstärke nicht an be­ stimmten dielektrisch besonders gefährdeten Stellen zu hoch wird. Das elektrische Feld wird erfindungsgemäß durch den Füllkörper 12 beeinflußt, der beispielsweise aus Gießharz be­ steht, das mit Bariumtitanat gefüllt ist, so daß sich insge­ samt eine Dielektrizitätszahl von ε_r = 10 ergibt. Der Füllkörper 12 ist mittels eines Rings 13 in einer Nut 14 am Ende der Isolierdüse 5 lösbar befestigt. Er ragt im Ausschaltzustand in die Trennstrecke hinein.

Es gibt keine elektrisch leitende Verbindung des Füllkörpers zu dem zweiten Nennstromkontakt 2, sondern lediglich ein Bau­ teil 15, welches den Zwischenraum zwischen der Isolierdüse 5 und dem Nennstromkontaktträger 16 abdichtet, um das Entwei­ chen von Isoliergas an dieser Stelle zu verhindern.

Der Ring 13 besteht aus zwei Halbringen, die einerseits in eine Nut 17 des Füllkörpers 12 andererseits in die Nut 14 der Isolierdüse 5 eingreifen und die in Umfangsrichtung während der Montage miteinander verbunden werden. Auf diese Weise ist der Füllkörper mit der Isolierdüse 5 verbunden.

In der Fig. 2 sind alle Teile, die gegenüber der Fig. 1 gleich ausgebildet sind, mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Funktionsweise der in der Fig. 2 dargestellten Unterbre­ chereinheit ist im Prinzip ähnlich der in der Fig. 1 darge­ stellten Unterbrechereinheit mit dem Unterschied, daß das zweite Lichtbogenkontaktstück 4 gemäß der Fig. 2 antreibbar geschaltet ist. Im rechten Halbschnitt der Figur ist das Lichtbogenkontaktstück 4 im Einschaltzustand dargestellt, in dem es in das tulpenförmige erste Lichtbogenkontaktstück 3 eingefahren ist.

Beim Ausschaltvorgang bewegt sich das erste Lichtbogenkon­ taktstück 3, das erste Nennstromkontaktstück 1 und die Iso­ lierdüse 5 nach unten, wobei durch die Bewegung der Isolier­ düse 5 eine an diese angekoppelte Koppelstange 18 angetrieben wird, die mittels eines Bolzens 19 einen gabelförmigen Hebel 20 bewegt, der eine Kulissenbahn 21 aufweist. Der Hebel 20 wird dabei im Uhrzeigersinn um den festen Lagerpunkt 22 ge­ schwenkt und treibt an seinem zweiten Hebelarm 23 das pinför­ mige zweite Lichtbogenkontaktstück 4 an. Hierdurch wird das zweite Lichtbogenkontaktstück 4 entgegen der Bewegungsrich­ tung des ersten Lichtbogenkontaktstücks 3 bewegt.

Die Koppelstange 18 ist mittels eines Rings 24 auf der Iso­ lierdüse 5 befestigt, der in eine Nut 25 der Isolierdüse 5 eingreift. Der Ring 24 besteht aus zwei Halbringen, die in die Nut 25 eingelegt und aneinander befestigt werden. An dem Ring 24 ist mittels einer Schraubverbindung die Koppelstange 18 befestigt. An dem Ring ist außerdem ein Führungskörper 26 befestigt, der der Führung der Isolierdüse in dem Kontakt­ stückträger 16 dient.

Der Füllkörper 27 ist gesondert von dem Ring 24 mittels eines weiteren Rings 28 in einer weiteren Nut 29 der Isolierdüse befestigt. Auch der Ring 29 ist in Umfangsrichtung geteilt und somit in zwei Hälften auf die Isolierdüse 5 aufsetzbar. Der Ring 28 greift gleichzeitig in eine innen an dem Füllkör­ per 27 umlaufende Nut ein und fixiert somit den Füllkörper 27 auf der Isolierdüse.

Zwischen dem Füllkörper 27 und der Isolierdüse 5 wird ein Ab­ stand eingehalten, um die Bildung von Zwickelräumen bzw. Tri­ pelpunkten, an denen zwei verschiedene Materialien und das Isoliergas zusammentreffen, zu vermeiden. Hierdurch werden die dielektrischen Probleme in diesem Bereich reduziert.

Der Füllkörper nimmt im Ausschaltzustand die im linken Halb­ schnitt der Fig. 2 dargestellte Stellung an, wodurch die an­ gestrebte Gestaltung des elektrischen Feldes in der Trenn­ strecke erreicht wird. Das erste Nennstromkontaktstück 1 bil­ det in dieser Schaltstellung eine Elektrode, die, dem Füll­ körper gegenüberliegend, ebenfalls das elektrische Feld in der Trennstrecke positiv beeinflußt.

Claims (8)

1. Hochspannungsleistungsschalter mit einem ersten und einem zweiten Nennstromkontaktstück (1, 2), die einander koaxial gegenüberstehen und mit einem ersten und einem zweiten Lichtbogenkontaktstück (3, 4), die einander ebenfalls koaxial gegenüberstehen, wobei wenigstens das erste Nenn­ stromkontaktstück (1) und das diesem zugeordnete erste Lichtbogenkontaktstück (3) antreibbar sind und wobei mit dem ersten Lichtbogenkontaktstück (3) eine Isolierdüse (5) zur Beblasung eines zwischen den beiden Lichtbogen­ kontaktstücken (3, 4) gezogenen Lichtbogens verbunden ist, die im Ausschaltzustand in die Trennstrecke zwischen dem ersten Nennstromkontaktstück (1) und dem ersten Lichtbo­ genkontaktstück (3) einerseits und dem zweiten Nennstrom­ kontaktstück (2) und dem zweiten Lichtbogenkontaktstück (4) andererseits wenigstens teilweise hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierdüse (5) einen an ihrem äußeren Umfang lösbar befestigten ringförmigen Füllkörper (12, 27) aus einem isolierenden Material mit einer Dielektrizitätszahl ε_r < 1, insbesondere ε_r < 3 aufweist.

2. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper (12, 27) aus Gießharz besteht.

3. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießharz mit Bariumtitanat gefüllt ist.

4. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper (12, 27) im radial verlaufenden Querschnitt abgerundet ausgebildet ist.

5. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierdüse (5) eine Ringnut (14) zur mittelbaren oder unmittelbaren Befestigung des Füllkörpers (12, 27) aufweist.

6. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Lichtbogenkontaktstück (4) antreibbar ist.

7. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Lichtbogenkontaktstück (4) mittels eines an der Isolierdüse (5) befestigten Übertragungselementes (18) und eines Umlenkgetriebes (19, 20) antreibbar ist.

8. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Lichtbogenkontaktstück (4) pinförmig aus­ gebildet ist.