DE68911479T2 - Hochspannungsdruckgasschalter. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungs-Trennschalter, in dem die Trennkammer mit einem dielektrischen Gas wie z.B. Schwefelhexafluorid gefüllt ist und bei dem die Lichtbogenenergie aufgrund der durch sie bewirkten Druckerhöhung des Gases zur Verringerung der notwendigen Trennenergie verwendet wird.
• Die Erfindung betrifft insbesondere einen Trennschalter mit einem Blaszylinder und einer zweiten Kammer, in der ein Paar von zusätzlichen Kontakten während des Öffnens des Trennschalters einen sekundären Lichtbogen erzeugen kann, der dazu verwendet wird, einen Energiebeitrag für den Öffnungsvorgang zu liefern.
• Ein solcher Trennschalter ist beispielsweise aus dem französischen Patent 2 610 763 bekannt.
• Ein bei derartigen Trennschaltern zu lösendes Problem besteht darin, daß der Druck im Blaszylinder beim Auftrennen von niedrigen Strömen (geringe Betätigungsenergie) gering bleibt und daß der Druck beim Auftrennen von großen Strömen hoch ist, ohne jedoch die Betätigungsenergie zu vergrößern.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Trennschalter anzugeben, in dem die Betätigungsenergie auch beim Auftrennen von schwachen Strömen niedrig bleibt. Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, einen Trennschalter anzugeben, in dem beim Schließen des Schalters im thermischen Volumen überhaupt kein Lichtbogen entsteht.
• Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, daß der antreibende Lichtbogen des thermischen Volumens sich verlängern kann und damit mehr Energie freisetzen kann, wenn der Strom sehr groß wird.
• Gegenstand der Erfindung ist ein mit einem dielektrischen Gas unter Druck gefüllter Hochspannungs-Trennschalter mit mindestens einer Trennkammer, die eine mit dem Gas gefüllte isolierende Hülle enthält, in der eine ortsfeste Einheit mit einem ortsfesten Hauptkontakt und einem ortsfesten Lichtbogenkontakt und eine bewegliche Einheit mit insbesondere einem beweglichen Hauptkontakt und einem beweglichen Lichtbogenkontakt angeordnet sind, wobei die Trennkammer außerdem je einen in eine Blasdüse mündenden Blaszylinder und ein Paar von sekundären Kontakten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Blaszylinder begrenzt wird durch einen ersten Zylinder, der den beweglichen Lichtbogenkontakt bildet, einen zweiten Zylinder, der den beweglichen Hauptkontakt bildet, und einen ersten halbbeweglichen Kolben, der einen der Sekundärkontakte trägt, während der andere Sekundärkontakt von einem ortsfeste Rohr getragen wird, das mit dem erste Kolben, mit einer isolierenden rohrförmigen Verlängerung des erste Zylinders und mit einem zweiten Kolben, der mit dem ersten Zylinder fest verbinden ist und entlang dieses ortsfesten Rohrs gleitet, ein zweites geschlossenes Volumen begrenzt, wobei der halbbewegliche Kolben bezüglich der ortsfesten Einheit eine Bewegung vollziehen kann, die das Volumen des Blaszylinders verringert.
• Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Trennschalters erläutert.
• Figur 1 zeigt einen Ausschnitt der Trennkammer eines erfindungsgemäßen Trennschalters in geschlossenem Zustand und in axialem Halbschnitt.
• Figur 2 ist eine ähnliche Ansicht des Trennschalters während des Auftrennens eines schwachen Stroms.
• Figur 3 zeigt eine ähnliche Ansicht beim Auftrennen eines starken Stroms.
• Figur 4 zeigt eine ähnliche Ansicht am Ende des Trennvorgangs.
• Figur 1 zeigt eine Trennkammer mit einer Hülle 1 aus isolierendem Material wie z.B. Keramik, die mit einem dielektrischen Gas wie z.B. SF&sub6; bei einem Druck von einigen Bar gefüllt ist. Innerhalb der Hülle findet man eine Einheit, die aus einem ortsfesten Hauptkontakt in Form von Kontaktfingern 2, die von einer Entladungsschutzhülle 3 geschützt sind, und einem Lichtbogenkontakt besteht, der als Zylinder oder Metallrohr 4 mit einem Ende 4A aus einer den Lichtbogenwirkungen widerstehenden Legierung ausgebildet ist.
• Die bewegliche Einheit enthält einen Zylinder oder ein Rohr 5 aus Metall, der als beweglicher Lichtbogenkontakt dient und ein Endteil 5A aus einer den Wirkungen des Lichtbogens widerstehenden Legierung besitzt.
• Das Rohr 5 wird von einem Metallrohr 6, beispielsweise aus Aluminium, in Bewegung versetzt, das an einem nicht dargestellten Betätigungsstab befestigt ist. Die Rohre 5 und 6 sind nicht miteinander verbunden; vielmehr ist zwischen ihnen eine gewisse Relativbewegung möglich. Der Antrieb erfolgt über eine Stufe 6B des Rohres 6 und eine Stufe 42A eines Kolbens 42, der weiter unten beschrieben werden wird. Die Relativbewegung wird durch einen Anschlag 6C begrenzt.
• Ein Metallrohr 7, das konzentrisch zum Rohr 5 liegt, dient als beweglicher Hauptkontakt. Es trägt eine Blasdüse 8 aus Isoliermaterial. Es steht über Kontaktf inger 10 in Kontakt mit einem Metallblock 9, zum Beispiel aus Aluminium, der mit den ortsfesten Teilen fest verbunden ist.
• Das Rohr 5 und das Rohr 7 sind miteinander über einen mit Löchern 12A versehenen Isolierkranz 12 fest verbunden.
• Das von den Rohren 5 und 7 begrenzte Volumen 20 wird durch einen ortsfesten Kolben 14 aus lsoliermaterial wie z.B. Polytetrafluoräthylen oder ein anderes Material abgeschlossen, der von einem mit dem Block 9 fest verbundenen Metallrohr 15 festgehalten wird.
• Mit 20 wird das Volumen bezeichnet, das durch die Rohre 5 und 7, den Kranz 12 und den Kolben 14 begrenzt ist. Dieses Volumen bildet den Blaszylinder des Trennschalters.
• Der Kolben 14 besitzt Durchlässe 16 und enthält ein Rückschlagventil 17, das den Gasdurchlaß nur in Richtung vom Volumen 20 nach außen erlaubt. Der Kolben 14 enthält eine Dichtung 18.
• Der Kolben 14 kann bezüglich des ortsfesten Rohrs 15 bewegt werden. Hierzu ist er mit einem Rohr 21 verbunden, das in dem Rohr 7 gleitet und eine Raststelle mit Kugel 22 und Feder 23 oder ein anderes System besitzt, das mit einer Nut 24 in dem Rohr 15 zusammenwirkt. Eine Kompressionsfeder 25 liegt zwischen einem Endkranz 15A des ortsfesten Rohrs 15 und einem Kranz 21A am Ende des Rohres 21.
• Der Kolben 14 gleitet nicht unmittelbar auf dem Rohr 5, sondern über einen Block 28, der mit einem elektrischen Kontakt 29 versehen ist und in einem Zylinder 30 endet, der einen der Sekundärkontakte bildet. Der andere Sekundärkontakt 31 ist mit dem Rohr 15 fest verbunden. Eine Elektrode 32 wird von einem Metallblock 33 in der Verlängerung des Rohrs 5 getragen und ist gegen dieses Rohr durch einen Rohrabschnitt 5B aus lsoliermaterial getrennt.
• Das Volumen 35, das von dem Rohr 15, dem Kolben 14, dem Block 28 und den Kontakten 30 und 31 gebildet wird, wird von einem isolierenden Kolben 42 abgeschlossen, der am Rohr 5 befestigt ist und ein Führungssegment 43 sowie ein Rückschlagventil 44 enthält, das den Gasdurchlaß nur in Richtung auf das Innere des Volumens 35 zuläßt.
• Der Block 33 besitzt an seinem Ende Löcher 46. Dementsprechend besitzt das Rohr 6 ebenfalls Löcher 47. Die Aufgabe dieser Löcher wird weiter unten erläutert.
• Das Bauteil 9 besitzt einen Kontakt 48, der mit einem Ende 49 des Rohres 5 zusammenwirkt, um den Block 33 auf dasselbe Potential wie die ganze übrige bewegliche Einheit am Ende des Trennhubs zu bringen.
• Eine Elektrode 49A, die auf dem ortsfesten Rohr 15 befestigt ist, bringt am Ende des Trennhubs den Block 28 auf das Potential des Rohrs 15.
• Nachfolgend wird die Betriebsweise des Trennschalters beschrieben.
• Wenn der Trennschalter geschlossen ist (Stellung gemäß Figur 1), dann verläuft der Strom über die Finger 2, das Rohr 7, die Finger 10 und das Bauteil 9.
Auftrennen von schwachen Strömen
• Es handelt sich um Ströme höchstens in Höhe der Nennströme der Anlage. Beim Öffnen des Trennschalters (Figur 2) bildet sich ein Lichtbogen 50 zwischen den Lichtbogenkontakten 4A und 5A aus.
• Nahezu simultan bildet sich auch ein Lichtbogen 60 zwischen den Sekundärkontakten 30 und 32 aus und springt dann auf den Kontakt 31 über. Der Strom fließt dann vom Kontakt 4 über den Lichtbogen 50, das Rohr 5, den Block 28, den Kontakt 30, den Lichtbogen 60, den Kontakt 31 und das Rohr 15 zum Block 9. Der Lichtbogen 60 enthält nur wenig Energie, und die Druckerhöhung im Volumen 35 reicht nicht aus, um den Kolben 14 bezüglich des Rohrs 15 zu verschieben.
• Der Druck in dem Volumen 20 steigt kaum wegen des sich öffnenden Rückschlagventils 17.
• Der Blaseffekt reicht jedoch aus, um den Lichtbogen 50 beim ersten Stromnulldurchgang zum Erlöschen zu bringen. Die Betätigungsenergie ist gering.
Auftrennen starker Ströme
• Es handelt sich um Kurzschlußströme.
• Figur 3 zeigt den Trennschalter während des Trennhubs durch Verschiebung des Rohrs 6 nach rechts in der Figur.
• Der Lichtbogen 60, der sehr stromstark ist, führt zu einer schnellen Erwärmung des Volumens 35 und dementsprechend zu einem erheblichen Anstieg des Gasdrucks in diesem Volumen.
• Dieser Anstieg des Drucks hat drei Konsequenzen:
• - die erste Konsequenz ist das Schließen des Rückschlagventils 17;
• - die zweite Konsequenz bildet die Verschiebung des Kolbens 14 bezüglich des ortsfesten Rohrs 15. Die Rastkugel 22 verläßt die Nut 24 und die Feder 25 wird komprimiert. Die Verschiebung des Kolbens, die aus der Überlagerung zweier Bewegungen resultiert, nämlich der einen bezüglich des Rohrs 15 und der anderen bezüglich der beweglichen Einheit, führt zu einer äußerst raschen Kompression des Gasvolumens 20 und zu einem sehr energischen Blasef fekt. Die Verlängerung des Lichtbogens aufgrund des zusätzlichen Abstand, der sich zwischen den Kontakten 30 und 31 ausbildet, erlaubt es, das Gas des Volumens 35 besser aufzuheizen;
• - die dritte Konsequenz des Druckanstiegs des Gases im Volumen 35 besteht darin, daß ein erheblicher Druck auf den Kolben 42 ausgeübt wird, der mit der beweglichen Einheit verbunden ist, was eine zusätzliche Energie für den Öffnungshub des Trennschalters erbringt.
• Gegen Ende des Öffnungshubs bringt die Feder 25 den Kolben 14 wieder zurück und die Rastkugel 22 rastet in der Nut 24 wieder ein.
• Am Ende der Öffnungshubbewegung (Figur 4) drückt der Blaszylinder auf den Kolben 14 und löst die Rastkugel 22 aus der Nut 24. Der Kolben 14 kann dann von der Feder 25 bis an den Anschlag 15A geschoben werden. Dadurch verschiebt sich auch die Elektrode 30, die mit dem Kolben 14 fest verbunden ist.
• Der Abstand L2 zwischen der Elektrode 32 und dem Hilfskontakt 30 ist dann geringer als der Abstand L1 zwischen den Lichtbogenkontakten 4A und 5A.
• Auf diese Weise kann sich während des Einschaltens kein Lichtbogen im geschlossenen Volumen 35 ausbilden.
Schließen des Trennschalters
• Das Rohr 6 wird in der Figur nach links verschoben. Der Anschlag 6C nimmt das Rohr 5 mit. Der geringe Überdruck im Volumen 35 baut sich über die dann fluchtenden Löcher 46 und 47 in Richtung auf das Innenvolumen 70 des Rohrs 5 ab.
• Am Ende des Schließhubs gelangt man wieder zur Konfiguration gemäß Figur 1.
• Durch das Öffnen des Rückschlagventils 17 wird jeder Widerstand aufgrund eines eventuellen Unterdrucks in der Kammer 20 vermieden.

Claims (8)

1. Mit einem dielektrischen Gas unter Druck gefüllter Hochspannungs-Trennschalter mit mindestens einer Trennkammer, die eine mit dem Gas gefüllte isolierende Hülle (1) enthält, in der eine ortsfeste Einheit mit einem ortsfesten Hauptkontakt (2) und einem ortsfesten Lichtbogenkontakt (4) und eine bewegliche Einheit mit insbesondere einem beweglichen Hauptkontakt (7) und einem beweglichen Lichtbogenkontakt (5) angeordnet sind, wobei die Trennkammer außerdem je einen in eine Blasdüse (8) mündenden Blaszylinder (20) und ein Paar von sekundären Kontakten (30, 31) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Blaszylinder begrenzt wird durch einen ersten Zylinder (5), der den beweglichen Lichtbogenkontakt bildet, einen zweiten Zylinder (7), der den beweglichen Hauptkontakt bildet, und einen ersten halbbeweglichen Kolben (14), der einen der Sekundärkontakte (30) trägt, während der andere Sekundärkontakt (31) von einem ortsfeste Rohr (15) getragen wird, das mit dem erste Kolben, mit einer isolierenden rohrförmigen Verlängerung (5B) des erste Zylinders (5) und mit einem zweiten Kolben (42), der mit dem ersten Zylinder (5) fest verbinden ist und entlang dieses ortsfesten Rohrs gleitet, ein zweites geschlossenes Volumen (35) begrenzt.

2. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der halbbewegliche Kolben (14) mit dem Rohr (15) über eine Kugelraste (22, 23) oder ein analoges Mittel verbunden ist, die mit einer Nut (24) des Rohres zusammenwirkt, wobei der Kolben der Wirkung einer Feder (25) unterliegt, die die Kugel in die Nut drückt.

3. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der halbbewegliche Kolben (14) ein Rückschlagventil aufweist, das das Gas nur in Richtung nach außerhalb des Blaszylinders durchläßt.

4. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Elektrode (31) entsprechend dem anderen Sekundärkontakt besitzt, die mechanisch mit der ortsfesten Einheit und elektrisch mit den ortsfesten Kontakten verbunden ist und sich in dem zweiten Volumen (35) befindet.

5. Trennschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärkontakte (30, 31) so angeordnet sind, daß der Abstand (L2) zwischen den Enden der Sekundärkontakte geringer als der Abstand zwischen den Enden der Lichtbogenkontakte (4A, 5A) ist, wenn der Trennschalter offen und der halbbewegliche Kolben gegen das Rohr (15) in Anschlag gelangt.

6. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste Einheit einen Kontakt (48) aufweist, der das Rohr (5), das den beweglichen Kontakt bildet, berührt, wenn der Trennschalter offen ist.

7. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite ringförmige Endkolben (42) ein Rückschlagventil (44) enthält, das Gas nur in Richtung auf das Innere des Volumens (35) mit den Sekundärkontakten (30, 31) durchläßt.

8. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das den beweglichen Lichtbogenkontakt bildende Rohr (5) mit einem Antriebsrohr (6) mit einem relativen Spiel gekoppelt ist, so daß beim erneuten Schließen des Trennschalters Löcher (46) in dem den beweglichen Lichtbogenkontakt verlängernden Bauteil (33) mit Löchern (47) in dem Antriebsrohr (6) in Flucht gelangen, um einen Überdruck (35) in dem die Sekundärkontakte (30, 31) enthaltenden Volumen abzubauen.