DE69113349T2

DE69113349T2 - Gasisolierter Schalter mit Selbstbeblasung.

Info

Publication number: DE69113349T2
Application number: DE69113349T
Authority: DE
Inventors: Naoki Amano; Koji Kurokawa; Koji Sasaki; Toru Tsubaki; Tokio Yamagiwa; Naoyuki Yamamoto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-07-27
Filing date: 1991-07-11
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2011-07-12
Also published as: CN1026371C; EP0468294A2; AU8034691A; EG19234A; EP0468294B1; RU2027243C1; US5231256A; KR0182773B1; DE69113349D1; AU638851B2; KR920003356A; EP0468294A3; CN1058669A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen gasisolierten Schalter mit Selbstbeblasung, der zum Unterbrechen bzw. Abschalten von verhältnismäßig starken Strömen in einer Anlage, wie zum Beispiel einem Umspannwerk, verwendet wird. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Verbesserung einer isolierten Düse und einer nahe einem Abschnitt eines Schalters, in dem ein Lichtbogen auftritt, angeordneten isolierten Abdeckung.
Wird ein starker elektrischer Strom durch einen Schalter des oben beschriebenen Typs unterbrochen, so tritt zwischen einem feststehenden bzw. stationären Kontakt und einem bewegbaren Kontakt, das heißt zwischen Elektroden, ein Hochtemperatur-Plasmalichtbogen auf. Der gasisolierte Schalter mit Selbstbeblasung ist derart ausgeführt, daß er den Lichtbogen durch ein isolierendes Gas, wie zum Beispiel SF&sub6;-Gas, das zum Lichtbogen bläst, auslöscht. Zu diesem Zweck ist eine zylindrische isolierte Düse mit einem Halsabschnitt vorgesehen, der den Kontaktabschnitt zwischen der stationären und der bewegbaren Elektrode umschließt. Tritt beim Trennen der Elektroden eine der Elektroden aus dem Halsabschnitt der isolierten Düse heraus, so strömt das Gas des oben beschriebenen Typs durch den Halsabschnitt zum Lichtbogen.
Schalter des oben beschriebenen Typs wurden zum Beispiel in DE-A-35 35 194 und in der japanischen Patentanmeldung Nr. 60-212923 desselben Anmelders wie der vorliegenden Erfindung offenbart. Der in dieser Schrift offenbarte Schalter ist ferner mit einer im wesentlichen zylindrischen isolierten Abdeckung zwischen der Elektrode und der isolierten Düse versehen, wobei die isolierte Abdeckung und die isolierte Düse zwischen sich einen Gasdurchlaß definieren und das blasende Gas durch den so definierten Gasdurchlaß strömt.
Die oben beschriebene isolierte Düse ist gewöhnlich aus einem elektrisch isolierenden Kunstharz hergestellt. Tritt zum Zeitpunkt einer Stromunterbrechung ein Lichtbogen auf, so ergibt es sich jedoch, daß aufgrund der durch den Lichtbogen erzeugten Energielinien Hohlräume und Kohlenstoff nicht nur auf der Oberfläche der isolierten Düse entstehen, sondern auch in ihrem Inneren. Zur Bewältigung dieses Problems ist in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1-37822 des gleichen Anmelders wie im Falle der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen worden, daß ein die Düse bildendes Fluor-Harz eine Füllung aus Bornitrid-Pulver enthalten soll, um das Eindringen eines Lichtbogens in die Düse zu verhindern.
Ferner ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 63-119121, die dem US-Patent Nr. 4,791,256 entspricht, eine aus einen 0,3 bis 1,0 Gew.-% Bornitrid enthaltenden Fluor-Harz hergestellte isolierte Düse für einen Schalter vorgeschlagen. Ferner ist in "KEY TECHNOLOGIES FOR DEVELOPING A 420 Kv 50KA GCB INTERRUPTER UNIT", 89 WM 077-9 PWRD, 1989 IEEE, auf den Seiten 3 bis 6 eine aus PTFE gebildete Düse beschrieben, in die eine Füllung gemischt ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gasisolierten Schalter mit Selbstbeblasung zu schaffen, der in seiner Unterbrechungsleistung weiter verbessert ist.
Diese Aufgabe ist durch den Schalter nach Anspruch 1 gelöst.
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, zielen die Erfinder der vorliegenden Erfindung auf die isolierte Abdeckung, und die Erfindung hat zum Ziel, das Material dieser isolierten Abdeckung zu verbessern, um die elektrische Feldstärke am vorderen Ende der bewegbaren Elektrode zu verringern.
Die so gebildete isolierte Abdeckung verhindert das Eindringen von Energielinien eines zum Zeitpunkt des Trennens der Elektroden auftretenden Lichtbogens und die Absorption seiner Energie. Daher kann die Bildung von Kohlenstoff und von Hohlräumen in der isolierten Abdeckung unterdrückt werden, so daß die Verteilung des elektrischen Potentials am vorderen Ende der bewegbaren Elektrode und die Strömung des blasenden Gases nicht gestört werden und sich die Unterbrechungsleistung des Schalters verbessern läßt.
Vorzugsweise wird als Isoliermaterial ein Fluor-Harz, als Füllung Bornitrid-Pulver verwendet. Die Düseneinrichtung kann aus dem gleichen Isoliermaterial wie die Abdeckeinrichtung hergestellt sein und enthält, ähnlich wie die Abdeckeinrichtung, vorzugsweise eine Füllung, die das Eindringen von Energielinien des Lichtbogens verhindert. Sind die Abdeckeinrichtung und die Düseneinrichtung aus den gleichen Material hergestellt, so ist vorzugsweise der relative Gehalt der in der Abdeckeinrichtung enthaltenen Füllung gleich oder größer als der der Düseneinrichtung.
Durch Vergrößern der spezifischen Induktionskapazität der Abdeckeinrichtung über die der Düseneinrichtung werden Äquipotentiallinien am vorderen Ende der bewegbaren Elektrode beim Trennen der Elektroden in Richtung der stationären Elektrode verschoben. Folglich nimmt die elektrische Feldstärke am vorderen Ende der bewegbaren Elektrode ab, und die Öffnungs/Schließ-Leistung in einem Bereich eines schwachen Stroms läßt sich ebenso wie die Unterbrechungsleistung für einen starken Strom verbessern. Dementsprechend ist es möglich, einen Schalter zu schaffen, der sich an die jeweilige Spannungserhöhung anpassen läßt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obenerwähnte und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden durch die Beschreibung verdeutlicht, die weiter unten auf die Zeichnungen Bezug nimmt, wobei
Figur 1 eine Querschnittsansicht ist, die einen Unterbrechungsabschnitt eines SF&sub6;-gasisolierten Schalters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
Figur 2 eine Querschnittsansicht ist, die die Gesamtstruktur des in Figur 1 dargestellten Schalters darstellt;
Figuren 3 bis 5 Querschnittsansichten sind, die die Wirkungsweise des in Figur 1 dargestellten Schalters erläutern, wobei sich der Unterbrechungsabschnitt jeweils in verschiedenen Phasen befindet;
Figur 6 eine schematische Ansicht ist, die eine Phase des elektrischen Feldes am vorderen Ende einer bewegbaren Elektrode bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel darstellt;
Figur 7 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der spezifischen Induktionskapazität einer isolierten Abdeckung und den elektrischen Feldern an den vorderen Enden der bewegbaren Elektrode und der isolierten Abdeckung bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel darstellt; und
Figur 8 eine Querschnittsansicht ist, die einen wesentlichen Abschnitt eines gasisolierten Schalters gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.

BESCHBEIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Zu Beginn werden zur Verdeutlichung der vorliegenden Erfindung Probleme herkömmlicher gasisolierter Schalter beschrieben. Diese Probleme wurden von den Erfindern der vorliegenden Erfindung geklärt und analysiert und bilden die Grundlage der Erfindung.
Wie oben beschrieben, ist die isolierte Düse für einen Schalter gemäß der herkömmlichen Technologie aus einem mit einer Füllung gemischten Fluor-Harz hergestellt und verhindert das Eindringen bzw. die Penetration der Energielinien eines bei der Unterbrechung eines starken elektrischen Stroms auftretenden Lichtbogens. So kann einer der entscheidenden, die Leistung des gasisolierten Schalters bestimmenden Faktoren gewährleistet werden; die isolierte Abdeckung wurde jedoch nicht als für die Unterbrechungsleistung gleichermaßen entscheidend angesehen.
Erhöht sich jedoch die Unterbrechungskapazität pro einem Unterbrechungspunkt eines Schalters, so hat dies aufgrund der Penetration der Energielinien des Lichtbogens die Bildung von Hohlräumen und von Kohlenstoff, auch in der isolierten Abdeckung, zur Folge. Da die isolierte Abdeckung neben der bewegbaren Elektrode angeordnet ist, bedeutet dies, daß der gebildete Kohlenstoff die Verteilung des elektrischen Potentials am vorderen Ende der bewegbaren Elektrode stört, was zu einer Verschlechterung der Unterbrechungsleistung führt. Ferner haftet der auf der Oberfläche der isolierten Abdeckung entstandene Kohlenstoff an der Innenfläche der isolierten Abdeckung, so daß er die Isoliereigenschaften herabsetzt, bzw. die gebildeten Hohlräume haben einen ungünstigen Einfluß auf das Strömungsverhalten des blasenden Gases. So wurde festgestellt, daß es durch das Vorsehen der isolierenden Abdeckung einen Fall gibt, bei dem sich die Unterbrechungsleistung verglichen mit den lediglich mit der isolierten Düse versehenen Schalter eher verschlechtert.
Ferner hat sich mit der Verringerung der Abmessungen und der Erhöhung der Kapazität des Unterbrechungsabschnitts eines Schalters die Menge der in das Düsenmaterial gemischten Füllung, wie zum Beispiel Bornitrid, erhöht, um die Lichtbogenfestigkeit der isolierten Düse zu verbessern. Folglich besteht eine Tendenz zu einem unerwünschten Anstieg der spezifischen Induktionskapazität der Düse. Ein derartiger Anstieg der spezifischen Induktionskapazität der Düse bringt jedoch die Gefahr mit sich, daß sich die elektrische Feldstärke am vorderen Ende der bewegbaren Elektrode erhöht, was mit einer höheren am vorderen Ende der bewegbaren Elektrode wirkenden Spannung einhergeht und dadurch zur Verschlechterung der Unterbrechungsleistung führt.
Das bedeutet, daß bei herkömmlichen Schaltern, sowohl bei dem Fall, bei dem im äußeren Bereich der bewegbaren Elektrode die zylindrische isolierte Abdeckung vorgesehen ist, so daß sie zusammen mit der isolierten Düse den Gasdurchlaß bildet, als auch bei dem Fall, bei dem keine isolierte Abdeckung vorgesehen ist, eine Verringerung der elektrischen Feldstärke auf der Seite des vorderen Endes der bewegbaren Elektrode außer acht bleibt. Daraus ergibt sich das Problem, daß sich die Durchschlagsfestigkeit zwischen der stationären und der bewegbaren Elektrode verringert und sich die Öffnungs/Schließ- Leistung in einem Bereich eines schwachen elektrischen Stroms, insbesondere die Öffnungs/Schließ-Kennlinien eines schwachen voreilenden Stroms, verschlechtert.
Dementsprechend zielt die isolierte Abdeckung eines gasisolierten Schalters darauf ab und ist in einer derartigen Weise verbessert, daß die Bildung von Kohlenstoff und von Hohlräumen aufgrund der Energielinien des Lichtbogens vermieden wird und sich die elektrische Feldstärke am vorderen Ende der bewegbaren Elektrode verringert.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben.
Zunächst stellt Figur 2 die Gesamtstruktur eines SF&sub6;- gasisolierten Schalters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Der Schalter weist einen länglichen Gasbehälter 6 auf, der mit einem SF&sub6;-Gas 10 hermetisch gefüllt und mit einem Unterbrechungsabschnitt ausgestattet ist. Der Unterbrechungsabschnitt ist mittels zweier isolierender Halteelemente 11 und 12 zwischen den gegenüberliegenden Enden des Gasbehälters 6 angebracht, so daß er gegen den Gasbehälter 6 elektrisch isoliert ist.
Der Unterbrechungsabschnitt umfaßt einen bewegbaren Kontakt bzw. eine bewegbare Elektrode 3, einen gegenüber der bewegbaren Elektrode angeordneten stationären Kontakt bzw. eine stationäre Elektrode 4, eine Gaskompressionseinrichtung 5 etc. Der Unterbrechungsabschnitt kann die bewegbare Elektrode mit der stationären Elektrode in Kontakt bringen bzw. erste von letzterer trennen, um einen elektrischen Stromkreis zu öffnen und zu schließen. Ferner ist eine isolierte Düse 1 vorgesehen, die den Kontaktabschnitt zwischen den Elektroden 3 und 4 umschließt, und zwischen der isolierten Düse 1 und der bewegbaren Elektrode 3 ist eine isolierte Abdeckung 2 angeordnet
Die stationäre Elektrode 4 ist an einem Ende des Gasbehälters 6 mit dem isolierenden Halteelement 11 über einen Leiter 7 gehalten und verläuft in der Längsrichtung des Gasbehälters 6. Am anderen Ende des Gasbehälters 6 hält das isolierende Halteelement 12 einen Kolben 14 der Gaskompressionseinrichtung in einer Richtung hin zur stationären Elektrode 4. Ferner ist eine Antriebswelle 9 aus einem elektrisch isolierenden Stab vorgesehen, die konzentrisch durch das isolierende Halteelement 12 und den Kolben 14 verläuft. Die Antriebswelle 9 gleitet an dem isolierenden Halteelement 12 und dem Kolben 14, und eines ihrer Enden ist mit einer in der Figur nicht dargestellten Betätigungseinheit außerhalb des Gasbehälters 6 verbunden.
Die Gaskompressionseinrichtung 5 umfaßt den Kolben 14 und einen Zylinder 15, der mit dem Kolben 14 in Gleitkontakt steht. Der Zylinder 15 weist die Form eines an einem Ende geschlossenen Zylinders auf und verfügt über einen an seinem axial mittleren Abschnitt angeordneten Schaft 15a. Der Zentralschaft 15a ist mit dem anderen Ende der Antriebswelle 9 verbunden, so daß sich der Zylinder 15 durch die Betätigung der Antriebswelle 9 auf dem Kolben 14 bewegt. Entsprechend dieser Bewegung wird ein durch den Kolben 14 in dem Zylinder definierter Raum größer oder kleiner, so daß er als Blaskammer 15b zum Verdichten des SF&sub6;-Gases dient.
Figur 1 stellt den wesentlichen Abschnitt des Unterbrechungsabschnitts genauer dar. Die bewegbare Elektrode 3 umfaßt mehrere Kontakte 31 und ist über einen zylindrischen Leiter 7 am vorderen Ende des Zylinders 15 gehalten. Die Kontakte 31 sind in der Umfangsrichtung des Leiters 7 angeordnet, so daß sie die stationäre Elektrode 4 umschließen, und mit dem Leiter 7 gelenkig verbunden. Um die Kontakte 31 ist eine Ringfeder 8 befestigt, die die Kontakte 31 gegen die stationäre Elektrode 4 drücken.
Die isolierte Abdeckung 2 weist eine im wesentlichen zylindrische Form auf, so daß sie die vorderen Enden und die Umfangsabschnitte der Kontakte 31 umschließt, und ist am Leiter 7 befestigt. Auch die isolierte Düse 1 ist derart am Leiter 7 befestigt, daß sie die isolierte Abdeckung in einem im wesentlichen festen Abstand von ihr umschließt. Die isolierte Düse 1 und die isolierte Abdeckung 2 bilden zwischen sich einen Gasdurchlaß 16. Der Gasdurchlaß 16 steht über eine an einem Ende des Zylinders 15 ausgebildete Öffnung 17 mit der Blaskammer 15b in Verbindung. Die isolierte Düse 1 weist an ihrer an die stationäre Elektrode 4 grenzenden Seite einen Abschnitt mit verringerten Durchmesser bzw. einen Halsabschnitt 1a auf. Der Auslaß des Gasdurchlasses 16 krümmt sich entlang dem Halsabschnitt 1a und führt hin zum Kontaktabschnitt zwischen der bewegbaren Elektrode 3 und der stationären Elektrode 4.
Die Form und die Lage der isolierten Düse 1 sowie die Form und die Lage der isolierten Abdeckung 2 sind derart bestimmt, daß die Änderungsrate der Querschnittsfläche des Gasdurchlasses 16 vom oberen Strömungsende des Durchlasses zum unteren Strömungsende des Durchlasses mit dieser Anordnung im wesentlichen konstant ist und sich der Druckverlust des Gases im Gasdurchlaß 16 vermeiden läßt. Die isolierte Abdeckung 2 ist aus einen isolierenden Material hergestellt, das beispielsweise aus einen als Füllung ein Athylentetrafluorid- Harz und Bornitrid-Pulver enthaltenden Fluor-Harz besteht, wobei die genannte Füllung die Energielinien eines Lichtbogens abhält. Auch die isolierte Düse 1 ist aus einem isolierenden Material hergestellt, das aus einen Fluor-Harz, zum Beispiel einem Äthylentetrafluorid-Harz, besteht, oder aus einem isolierenden Material, das, ähnlich wie die isolierte Abdeckung 2, aus einem Bornidrid-Pulver enthaltenden Fluor- Harz besteht. Ist die isolierte Düse 1 aus den letztgenannten isolierenden Material hergestellt, so muß der relative Gehalt der Füllung gleich oder niedriger sein als der relative Gehalt der in der isolierten Abdeckung 2 enthaltenen Füllung.
Nachfolgend wird der Stromunterbrechungsvorgang des SF&sub6;- gasisolierten Schalters gemäß diesem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf Figur 3 bis 5 beschrieben.
Figur 3 stellt den Schalter in seinem geschlossenen Zustand dar, in dem die bewegbare Elektrode 3 mit der stationären Elektrode 4 in Kontakt gebracht ist. Der Kontaktabschnitt zwischen den Elektroden 3 und 4 ist durch die isolierte Düse 1 und die isolierte Abdeckung 2 umschlossen. Der Stronunterbrechungsvorgang erfolgt in diesem Zustand durch die Betätigung der nicht dargestellten Betätigungseinheit in Reaktion auf einen Unterbrechungsbefehl. Durch das Antreiben der Betätigungseinheit bewegt sich die Antriebswelle 9, wie in Figur 4 dargestellt, mit Blick auf die Zeichnung nach rechts. Über den Zylinder 15 und den Leiter 7 treibt die Antriebswelle 9 die bewegbare Elektrode 3 an, um sie von der stationären Elektrode 4 zu trennen. Zu diesen Zeitpunkt tritt zwischen der stationären Elektrode 4 und der bewegbaren Elektrode 3 ein Lichtbogen A auf, der sich entsprechend der Trennung der beiden Elektroden zwischen diesen verlängert.
Ferner wird in Reaktion auf den Unterbrechungsvorgang die Gaskompressionseinrichtung 5 betätigt. Genauer gesagt bewegen sich der Blaszylinder 15, die isolierte Düse 1 und die isolierte Abdeckung 2 entsprechend der Bewegung der Antriebswelle 9 mit Blickrichtung auf die Zeichnung bezüglich des Kolbens 14 nach rechts. Folglich verdichtet der Kolben 14 das SF&sub6;-Gas in der Blaskammer 15b, und das so verdichtete Gas bläst durch den Gasauslaß 16 zum Lichtbogen A, um diesen zu kühlen.
Wie in Figur 5 dargestellt, strömt das verdichtete Gas durch den Halsabschnitt 1a, wenn die stationäre Elektrode 4 aus dem Halsabschnitt 1a der isolierten Düse 1 austritt. Dieses starke Blasen des SF&sub6;-Gases löscht den Lichtbogen aus, und der Unterbrechungsvorgang ist abgeschlossen. Nach der Kühlung des Lichtbogens wird über den Zentralschaft 15a des Blaszylinders ein Teil des verdichteten Gases an den Gasbehälter 6 abgegeben.
Während des Unterbrechungsvorgangs ist die isolierte Abdeckung 2 dem Lichtbogen ausgesetzt. Die isolierte Abdeckung 2 ist jedoch, wie oben beschrieben, aus den als Füllung Bornitrid-Pulver enthaltenden Fluor-Harz hergestellt, wodurch ein Eindringen bzw. eine Penetration der Energielinien des Lichtbogens verhindert wird, so daß die Bildung von Hohlräunen bzw. von Kohlenstoff nicht nur auf der Oberfläche der isolierten Abdeckung 2, sondern auch in ihrem Inneren vermieden werden kann. Insbesondere kommt es auch dann zu keiner Kohlenstoffbildung, wenn nach dem vollständigen Auslöschen des Lichtbogens, wie in Figur 5 dargestellt, zwischen den Elektroden 3 und 4 eine hohe Wiederkehrspannung wirkt. Die elektrische Potentialverteilung am vorderen Ende der der stationären Elektrode gegenüberliegenden bewegbaren Elektrode 3 ist nicht wie bei herkömmlichen Schaltern gestört. So läßt sich im Unterbrechungsabschnitt eine hinreichend verbesserte Durchschlagsfestigkeit erzielen und dadurch die Unterbrechungsleistung verbessern. Ferner läßt sich die Bildung von Hohlräumen in der isolierten Abdeckung 2 vermeiden, und das Strömen des blasenden Gases ist nicht gestört, so daß es zu keiner Verschlechterung der Unterbrechungsleistung kommen kann.
Wie oben beschrieben, ist es bei einem mit einer herkömmlichen isolierten Abdeckung versehenen Schalter möglich, daß das Strömen des blasenden Gases durch die in der isolierten Abdeckung gebildeten Hohlräume ungünstig beeinflußt wird oder der auf der Oberfläche der isolierten Abdeckung gebildete Kohlenstoff an der Innenfläche der isolierten Düse anhaftet, so daß sich die Unterbrechungsleistung des Schalters verglichen mit dem Fall, bei dem lediglich die isolierte Düse vorhanden ist, verschlechtert. Durch die Verwendung der isolierten Abdeckung wie oben beschrieben ist jedoch eine hinreichende Entfaltung der Leistung der isolierten Düse 1 möglich. Ferner läßt sich aufgrund der Wirkung des durch die isolierte Düse 1 und die isolierte Abdeckung 2 gebildeten Gasdurchlasses 16 zusätzlich zu den oben beschriebenen Vorteilen ein SF&sub6;-gasisolierter Schalter erhalten, der als Ganzes eine hervorragende Gesamtunterbrechungsleistung aufweist. Ist die isolierte Düse 1 aus einem Äthylentetrafluorid-Harz hergestellt, das Bornitrid-Pulver enthält, so läßt sich jegliche Sprödigkeit der Düse aufgrund eines Anstiegs des Bornitridgehalts vermeiden, indem der Bornitridgehalt derart festgesetzt wird, daß er gleich oder niedriger als der Bornitridgehalt der isolierten Abdeckung 2 ist. Dementsprechend können die Innenfläche und der Halsabschnitt der isolierten Düse ihre gewünschten Formen beibehalten, um die stabile Leistung selbst nach einer großen Anzahl von Unterbrechungsvorgängen beizubehalten.
Nachfolgend wird, wieder Bezug nehmend auf Figur 1, die Beziehung der Feldstärke am vorderen Ende der bewegbaren Elektrode beschrieben.
Da die isolierte Abdeckung 2 den vorderen Endabschnitt der bewegbaren Elektrode 3 überdeckt, ist das elektrische Feld Ec auf ihrer Oberfläche stärker als das elektrische Feld Em am vorderen Ende der bewegbaren Elektrode 3. Andererseits läßt sich die maximal zulässige elektrische Feldstärke auf der Oberfläche der isolierten Abdeckung 2 auf einen höheren Wert als der auf der Fläche des elektrischen Feldes Em der bewegbaren Elektrode 3 festlegen, da die isolierte Abdeckung 2 aus einem verhältnismäßig glatten, isolierenden Material hergestellt ist. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben dies berücksichtigt, und bei dem Ausführungsbeispiel ist die spezifische Induktionskapazität &epsi;c der isolierten Abdeckung 2 derart festgesetzt, daß sie größer ist als die der isolierten Düse 1. Um für die isolierte Düse 1 und die isolierte Abdeckung 2 eine unterschiedliche spezifische Induktionskapazität zu &epsi;c erzielen, kann dem Material für die isolierte Düse und dem Material für die isolierte Abdeckung eine Füllung beigegeben werden. Genauer gesagt handelt es sich bei dem zur Bildung von Abschnitten des Unterbrechungsabschnitts verwendeten Material gewöhnlich um ein Material mit einer niedrigen spezifischen Induktionskapazität, das eine hervorragende Hitzebeständigkeit und Lichtbogenfestigkeit aufweist und das elektrische Feld nicht beeinträchtigt. Das typische Material ist ein Fluor-Harz, wie zum Beispiel Äthylentetrafluorid mit einer spezifischen Induktionskapazität &epsi;&sub1; = 2,1. Bevorzugt ist eine Füllung aus einem Material, das nach dem Gesichtspunkt der Lichtbogenfestigkeit der Düse 1 ausgewählt ist. Ein Beispiel dieses bevorzugten Materials stellt das oben beschriebene Bornitrid dar. Die spezifische lnduktionskapazität des Fluor-Harzes variiert abhängig von der Menge des im Fluor-Harz enthaltenen Bornitrids in einem Bereich zwischen ca. 2,2 bis ca. 3,0.
Auf diese Weise läßt sich das elektrische Feld am vorderen Ende der bewegbaren Elektrode 3 durch Erhöhen der spezifischen Induktionskapazität der isolierten Abdeckung 2 verringern. Das bedeutet, wie in Figur 6 dargestellt, daß sich die Äquipotentiallinien am vorderen Ende der bewegbaren Elektrode nach der Unterbrechung, wie durch durchgezogene Linien 30 angezeigt, bezüglich der durch Strichlinien dargestellten Äquipotentiallinien 30A, die dann auftreten, wenn keine isolierte Abdeckung 2 vorhanden ist, in Richtung der stationären Elektrode 4 verschieben lassen. Folglich kann die elektrische Feldstärke auf der Seite des vorderen Endes der bewegbaren Elektrode verringert und die Öffnungs/Schließ-Leistung in einem Bereich eines schwachen Stroms, wie zum Beispiel die Öffnungs/Schließ-Charakteristik für einen voreilenden schwachen Strom, verbessert werden.
Der obige Gegenstand wird weiter unter Bezugnahme auf Figur 7 beschrieben. Figur 7 stellt die Beziehung zwischen der spezifischen Induktionskapazität &epsi;c der isolierten Abdeckung 2 und der elektrischen Feldstärke an den vorderen Enden der bewegbaren Elektrode 3 und der isolierten Abdeckung 2 dar. In der Figur stellt die Kennlinie Em die Feldstärke der bewegbaren Elektrode 3, die Kennlinie Ec die Feldstärke der isolierten Abdeckung 2 dar. Wie aus Figur 7 ersichtlich, läßt sich die Feldstärke Em am vorderen Ende der bewegbaren Elektrode 3 verringern, indem die spezifische Induktionskapazität der isolierten Abdeckung 2 größer ausgelegt wird als die spezifische Induktionskapazität &epsi;&sub1; des Äthylentetrafluorid-Harzes und ferner größer als die spezifische Induktionskapazität &epsi;c&sub1; der isolierten Abdeckung 2, die dem Schnittpunkt der Kennlinien Em und Ec entspricht. Andererseits nimmt die Feldstärke Ec an vorderen Ende der isolierten Abdeckung 2 mit größer werdender spezifischer Induktionskapazität der isolierten Abdeckung 2 zu. Ein Vergleich des maximal zulässigen elektrischen Feldes des Elektrodenabschnitts mit dem der Oberfläche des isolierenden Materials ergibt jedoch, daß erstgenanntes gewöhnlich schwächer ist als letztgenanntes, obwohl beide von der Oberflächenrauhheit abhängen, da eine Entladung des elektrischen Feldes auf der Oberfläche des Elektrodenabschnitts stattfindet. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann das zulässige elektrische Feld der Oberfläche des isolierenden Materials derart festgesetzt werden, daß es stärker ist als das der Elektrode. Unter diesem Gesichtspunkt ist die spezifische Induktionskapazität der isolierten Abdeckung erfindungsgemäß höher ausgelegt, um die elektrische Feldstärke am vorderen Ende der bewegbaren Elektrode 3 zu verringern. Insbesondere wenn die isolierte Düse 1 lediglich aus dem Äthylentetrafluorid-Harz hergestellt ist, kann die isolierte Abdeckung 2 beispielsweise durch die Auswahl des Materials und/oder durch Zugabe einer Füllung derart ausgebildet sein, daß sie eine spezifische Induktionskapazität aufweist, die größer ist als die spezifische Induktionskapazität von 2,1 der isolierten Düse 1. Enthält die isolierte Düse 1 Bornitrid-Pulver, so kann die Menge des der isolierten Abdeckung 2 beizugebenden Bornitrid-Pulvers alternativ derart festgesetzt sein, daß die spezifische Induktionskapazität der isolierten Abdeckung 2 größer ist als die der isolierten Düse 1.
Ist die isolierte Abdeckung 2, wie oben beschrieben, aus dem das Bornitrid enthaltenden Fluor-Harz hergestellt, so kann die elektrische Feldstärke am vorderen Ende der bewegbaren Elektrode 3 verringert, eine hervorragende Lichtbogenfestigkeit der Abdeckung erzielt und ein Schaden an der Abdeckung oder ähnliches minimiert werden, selbst wenn ein starker elektrischer Strom unterbrochen wird. Als Füllung zur Erhöhung der spezifischen Induktionskapazität der isolierten Abdeckung kann anstelle des oben beschriebenen Bornitrids ein anderes Material, wie zum Beispiel Aluminiumoxid-, Titanoxid- , Kaolinerde-, Zinkoxid-, Bariumsulfat-, oder Eisen(III)oxid- Pulver, verwendet werden.
Obwohl bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die isolierte Abdeckung 2 direkt um die bewegbare Elektrode 3 angeordnet ist, kann, wie in Figur 8 dargestellt, innerhalb der isolierten Abdeckung 2 ein Metallzylinderelement 50 vorgesehen sein. In diesem Fall kann die Form des vorderen Endes des zylindrischen Elements 50 zur Verringerung des elektrischen Felds am vorderen Ende der bewegbaren Elektrode 3 beitragen. Ferner hat das zylindrische Metallelement eine abschirmende Wirkung gegenüber der Konzentration des elektrischen Feldes zur Feder 8 oder ähnlichem, und die Isoliereigenschaften lassen sich weiter verbessern. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel läßt sich das elektrische Feld am vorderen Ende der bewegbaren Elektrode 3, ähnlich wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, durch die Ausbildung der isolierten Abdeckung 2 verringern.
Wie oben beschrieben, ist die isolierte Abdeckung erfindungsgemäß zwischen der isolierten Düse und der Elektrode angeordnet, so daß sie zusammen mit der isolierten Düse den Gasdurchlaß bildet. Die isolierte Abdeckung ist aus einem isolierenden Material hergestellt, das zur Verhinderung des Eindringens bzw. der Penetration der Energielinien des Lichtbogens eine Füllung enthält, das die Entstehung von Kohlenstoff und von Hohlräumen und dadurch deren Einfluß auf die isolierte Düse verhindert. Folglich läßt sich ein SF&sub6;-gasisolierter Schalter erhalten, der durch das Zusammenwirken der isolierten Düse und der isolierten Abdeckung eine verbesserte Unterbrechungsleistung aufweist. Ferner kann erfindungsgemäß die elektrische Feldstärke am vorderen Ende der bewegbaren Elektrode verringert werden, wenn die Düse aus dem isolierenden Material mit hoher spezifischer Induktionskapazität und hervorragender Lichtbogenfestigkeit hergestellt ist. Folglich ist es möglich, nicht nur die Öffnungs/Schließ-Leistung in einem Bereich eines schwachen elektrischen Stroms, wie zum Beispiel die Öffnungs/Schließ-Charakteristik bei einem voreilenden, schwachen elektrischen Strom, sondern auch die Unterbrechungsleistung für einen starken elektrischen Strom zu verbessern.
Obwohl die Erfindung ausgehend von den Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, sei darauf hingewiesen, daß sich die Erfindung nicht auf die genannten spezifischen Formen beschränkt und viele Modifikationen vorgenommen werden können, bzw. daß die Erfindung andere Formen annehmen kann, ohne den Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen.

Claims

1. Gas-isolierter Schalter, umfassend:

eine stationäre Elektrode (4),

eine in und außer Kontakt mit der stationären Elektrode (4) bewegbare Elektrode (3),

eine Gaskompressionseinrichtung (5) zum Blasen eines isolierenden Gases, wenn sich die bewegbare Elektrode (3) von der stationären Elektrode (4) trennt,

eine Abdeckeinrichtung (2) zum Abdecken der bewegbaren Elektrode (3), und

einer Düseneinrichtung (1), um zusammenwirkend mit der Abdeckeinrichtung (2) einen Durchlaß (16) zum Zuleiten des isolierenden Gases von der Gaskompressionseinrichtung (5) zu einem zwischen der stationären Elektrode (4) und der bewegbaren Elektrode (3) auftretenden Lichtbogen zu bilden,

dadurch gekennzeichnet, daß

mindestens die Abdeckeinrichtung (2) aus einem isolierenden Material mit einer Füllung zur Verhinderung eines Eintretens von Energielinien des Lichtbogens in die Abdeckeinrichtung (2) hergestellt ist, und

die Abdeckeinrichtung (2) eine größere spezifische Induktionskapazität als die Düseneinrichtung (1) aufweist.

2. Schalter nach Anspruch 1, wobei die Düseneinrichtung (l) aus dem gleichen isolierenden Material wie die Abdeckeinrichtung (2) hergestellt ist.

3. Schalter nach Anspruch 2, wobei das isolierende Material für die Düseneinrichtung (1) die gleiche Füllung wie die Abdeckeinrichtung (2) enthält und der anteilmäßige Inhalt der Füllung in der Abdeckeinrichtung (2) gleich oder größer als in der Düseneinrichtung (1) ist.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das isolierende Material ein Fluor-Harz oder ein Äthylentetrafluorid-Harz ist.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Füllung ein Pulver aus Bornitrid ist.

6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das isolierende Gas ein Schwefelhexafluorid-Gas (SF&sub6;) ist.

7. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Abdeckeinrichtung (2) eine im wesentlichen zylindrische Form aufweist, die einen äußeren Bereich der bewegbaren Elektrode (3) sowie deren Vorderbereich, der der stationären Elektrode (4) gegenüberliegt, überdeckt.

8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Füllung Bornitrid-, Aluminiumoxid-, Titanoxid-, Kaolinerde-, Zinkoxid-, Bariumsulfat- und/oder Eisen(III)oxid-Pulver ist.

9. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Material der Abdeckeinrichtung (2) ein isolierendes Material zur Verschiebung von Äquipotentiallinien der Seite der bewegbaren Elektrode hin zu der stationären Elektrode (4) bei Trennung der bewegbaren Elektrode (3) von der stationären Elektrode (4) ist.

10. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, der zwischen der Abdeckeinrichtung (2) und der bewegbaren Elektrode (3) mit einem zylindrischen Metallelement (50) versehen ist.