EP0039523A1

EP0039523A1 - Hochspannungsleistungsschalter

Info

Publication number: EP0039523A1
Application number: EP81200287A
Authority: EP
Inventors: Rudolf Moll; Klaus Prof.Dr. Ragaller; Ekkehard Dr. Schade
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1980-05-07
Filing date: 1981-03-13
Publication date: 1981-11-11
Also published as: EP0039523B1; FI811379L; US4414450A; PL230990A1; JPS573328A; YU39698B; DE3160402D1; PL135042B1; FI68925B; FI68925C; YU71981A

Abstract

Ein Hochspannungsleistungsschalter für Wechselstrom weist einen feststehenden, hohlen (22) und einen axial verschieblichen Abbrandkontakt (12) auf und ist mit einer Düse (221), durch die der Ausschaltlichtbogen (5) brennt und durch die das Druckgas von einem Kompressions- in einen Expansionsraum strömt, sowie mit einer zylinderförmigen Spule (3) versehen. Diese Spule (3) ist mit ihrem einen Ende mit einem ersten, die Spule zumindest teilweise stirnseitig begrenzenden Teil (221) des hohlen Abbrandkontaktes (22) und mit ihrem anderen Ende mit einem zweiten, die Spule (3) an ihrer inneren Mantelfläche begrenzenden Teil (222) des hohlen Abbrandkontaktes (22) verbunden. Bei einem derartigen Schalter soll die Ausschaltleistung durch erhöhten Gasaustausch zwischen Ausschaltlichtbogen (5) um umgebendem Druckgas verbessert werden, wobei gleichzeitig die Abmessungen der mit dem hohlen Abbrandkontakt (22) verbundenen Spule (3) sowie die Grösse der Druckgasströmung gering gehalten sind. Dies wird dadurch erreicht, dass der erste Teil (221) des mit der Spule (3) verbundenen Abbrandkontaktes (22) als Düse ausgebildet ist, und dass eine von den Abbrandkontakten (11, 22) betätigte Kompressionseinrichtung (7) vorgesehen ist, welche eine derart bemessene Druckgasströmung erzeugt, dass der Ausschaltlichtbogen (5) in einer verglichen mit der Dauer der Halbwelle des Löschstromes geringen Zeitspanne vor dem Stromnulldurchgang vom ersten (221) auf den zweiten Teil (222) des Abbrandkontaktes (22) kommutiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungsschalter gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiger Schalter ist aus der europäischen Patentanmeldung 0 004 213 bekannt. In der Ausschaltphase wird bei diesem Schalter der Druck des in einem Kompressionsraum befindlichen Gases durch Aufheizen mittels des zwischen den Kontakten gezogenen und unter der Wirkung eines radialen magnetischen Feldes stehenden, rotierenden Lichtbogens erhöht, und der Lichtbogen durch das aufgeheizte Druckgas beblasen. Um bei einem derartigen Schalter eine hohe Ausschaltleistung zu erreichen, ist es jedoch notwendig, dass die mit dem hohlen Abbrandkontakt verbundene Spule den vollen Löschström aufnehmen kann. Eine entsprechend bemessene Spule erhöht die Kosten des Schalters jedoch erheblich. Darüber hinaus ist auch bei Verwendung grosser Spulen das Löschvermögen des Schalters nicht optimal, da die durch den Lichtbogen erzeugte Wärme nicht schnell genug aus dem Bogeninneren entfernt wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemässen Schalter zu schafffen, bei dem die Ausschaltleistung durch einen verbesserten Gasaustausch zwischen-Ausschaltlichtbogen und umgebenden Druckgas erhöht wird, und bei dem darüber hinaus die mit dem hohlen Abbrandkontakt verbundene Spule geringe Abmessungen aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. Der erfindungsgemässe Schalter zeichnet sich dadurch aus, dass die mit dem hohlen Abbrandkontakt verbundene Spule erst kurz vor Stromnulldurchgang. vom - nun geringen - Löschstrom durchflossen wird. Die Spule weist daher vergleichsweise geringe Abmessungen auf. Darüber hinaus ist der Abbrandkontakt nun so konstruiert, dass auf einen grossen Teil des Ausschaltlichtbogens ein in axialer Richtung verlaufendes Magnetfeld einwirkt. Die durch das axiale Magnetfeld hervorgerufenen Kräfte pumpen Energie in eine ungeordnete turbulente Gasbewegung und bewirken eine besonders starke Zerfetzung des Lichtbogens im Expansionsraum und damit ein hohes Löschvermögen des Schalters.
In der Ausführungsform gemäss Patentanspruch 2 wird das Magnetfeld der Spule durch die als Kurzschlussring ausgebildete Düse auf den Expansionsraum des Schalters begrenzt. Durch die im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 3 angegebenen Massnahmen kann sich das axiale Magnetfeld in besonders zweckmässiger Weise im Inneren des hohlen Abbrandkontaktes ausbilden.
Die Ausführungsform des erfindungsgemässen Schalters gemäss Patentanspruch 4 zeichnet sich dadurch aus, dass die Kommutierung des Ausschaltlichtbogens vom ersten auf den zweiten Teil des Abbrandkontaktes unter Verwendung einfacher Mittel auch bei sehr kleinen Ausschaltströmen stets mit Sicherheit erreicht werden kann.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung in vereinfachter Form dargestellt.
Es zeigt die einzige Figur eine Aufsicht auf einen Schnitt durch die Kontaktanordnung des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters.
In der Figur sind ein beweglicher 1.und ein feststehender Kontakt 2 während des Oeffnens eines Hochspannugsleistungsschalters dargestellt. Der bewegliche Kontakt 1 weist einen Dauerstromkontakt 11 und einen Abbrandkontakt 12, der feststehende Kontakt 2 einen Dauerstromkontakt 21 und einen Abbrandkontakt 22 auf. Der feststehende Abbrandkontakt 22 besteht aus zwei Teilen 221 und 222. Der erste ringförmig ausgebildete Teil 221_'ist mit einem Stromanschluss 223 versehen und ist als Düse ausgestaltet. Der zweite Teil 222 ist als hohler Stift ausgebildet und kann gegebenenfalls sich in axialer Richtung erstreckende Materialausnehmungen aufweisen. Der zweite Teil 222 des festehenden Abbrandkontaktes 22 ist an seinem dem beweglichen Kontakt 1 zugewandten Ende von einer Spule 3 umgeben. Diese Spule 3 ist an ihrem einem Ende mit dem zweiten Teil 222 und mit ihrem anderen Ende mit dem ersten Teil 221 des Abbrandkontaktes 22 verbunden. Der erste Teil 221 bildet das Düsenengnis des Abbrandkontaktes 22 und überdeckt die dem beweglichen Kontakt 1 zugewandten Stirnflächen der Spule 3 und des zweiten Teils 222 des Abbrandkontaktes. Eine Isolierstoffdüse 4 ist in axialer Richtung gegenüber dem feststehenden Abbrandkontakt 22 versetzt angeordnet und begrenzt gemeinsam mit dem Abbrandkontakt 22 einen Blaskanal 6, durch den - wie durch die Pfeile angedeutet ist - aus einer Kompressionseinrichtung 7, welche einen mit dem beweglichen Kontakt-lkraftschlüssig gekoppelten Kolben 71 aufweist, Druckgas in die Hochdruckzone der Schaltstrecke geblasen und durch die Engnisse der Isolierstoffdüse 4 sowie des feststehenden Abbrandkontaktes 22 in den Expansionsraum des Schalters abgeführt wird.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters ist nun wie folgt:

In der Einschaltstellung des Schalters durchsetzt der bewegliche Abbrandkontakt 12 die Isolierstoffdüse 4 und bildet mit dern hohlen, als Düse ausgebildeten Abbrandkontakt 22 des festehenden Kontaktes 2 eine Schaltstiftüberlappung und sind gleichzeitig die beiden Dauerstromkontakte 11 und 12 miteinander in elektrisch leitender Berührung. Beim Ausschalten werden zunächst die beiden Dauerstromkontakte 11 und 21 voneinander getrennt und wird der Strom I vom Dauerstrompfad auf den Abbrandkontaktpfad kommutiert. Der Strom I fliesst nun vom Stromanschluss 223 über den ersten Teil 221 des feststehenden Abbrandkontaktes 222 zum beweglichen Abbrandkontakt 12. Sobald der Eingriff zwischen den Abbrandkontakten 12 und 22 aufgehoben ist, wird zwischen diesen beiden Kontakten ein Lichtbogen 5 gezogen. Dieser Lichtbogen wird durch eine aus dem Blaskanal 6 zugeführte Löschgasströmung schwach beblasen. Die Löschgasströmung ist nun so bemessen, dass der Ausschaltlichtbogen 5 in einer verglichen mit der Dauer der Halbwelle des Löschstromes geringen Zeitspanne, beispielsweise einige Millisekunden, vor dem Stromnulldürchgang vom ersten 221 auf den zweiten Teil 222 des Abbrandkontaktes 22 kommütiert.Der Löschstrom I fliesst nun von Anschluss 223 über die Spule 3, den zweiten Teil 222 des Abbrandkontaktes 22 und den Lichtbogen 5 zum beweglichen Abbrandkontakt 12. Neben der Blaswirkung des zugeführten Löschgases wirkt auf den Lichtbogen 5 nun auch die Kraft des magnetischen Feldes der Spule 3 ein._' Die magnetischen Feldlinien der Spule 3 verlaufen im unterhalb des Düsen - engnisses des als Ring ausgebildeten ersten Teils 221 des Abbrandkontaktes 22 parallel zur Bogenachse und zur Strömungsrichtung des Druckgases. Der Lichtbogen 5 wird daher in diesem Bereich paralleler magnetischer Beblasung nur unwesentlich in Rotation versetzt. Hingegen wird Energie aus dem magnetischen Feld in eine ungeordnete, turbulente Gasbewegung der Lichtbogensäule 5 gepumpt. Dies führt im Unterschied zu den bekannten magnetisch quer beblasenen Lichtbögen, die als Ganzes in einem Querfeld rotieren, zu einer Zerfetzung des Lichtbogens in diesem Bereich und zu einer besonders wirkungsvollen Durchmischung des Lichtbogens 5 mit umgebendem Kaltgas.

Der erfindungsgemässe Schalter zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass sowohl die Spule 3 als auch die Kompressionseinrichtung 7 sehr klein gehalten werden können. Die Spule 3 braucht nicht für den vollen Ausschaltstrom dimensioniert zu sein, die Kompressionseinrichtung 7 soll lediglich eine derart starke Druckgasströmung erzeugen, dass der Lichtbogen 5 vom ersten Teil 221 des Abbrandkontaktes 22 auf dessen zweiten Teil 222 kommutiert.
Ein besonders hohes Löschvermögen des erfindungsgemässen Schalters wird durch eine Begrenzung des axialen magnetischen Feldes im Inneren des hohlen Abbrandkontaktes 22 bewirkt. Dies kann etwa dadurch erreicht werden, dass der erste Teil 221 des Abbrandkontaktes 22 als Kurzschlussring ausgebildet ist. Im Hinblick auf ein begrenztes axiales magnetisches Feld vorteilhaft ist es, an der vom beweglichen Kontakt 1 abgewandten Stirnfläche der Spule 3 einen weiteren Kurzschlussring vorzusehen. Beide Kurzschlussringe haben zusätzlichen den Vorteil, dass sie das axiale magnetische Feld zum Zeitpunkt des Nulldurchganges des Löschstromes zumindest teilweise aufrechterhalten.

B e z e i .c. h u n g .s. l i s t e

1 beweglicher Kontakt
11 beweglicher Dauerstromkontakt
12 beweglicher Abbrandkontakt
2 feststehender Kontakt
21 feststehender Dauerstromkontakt
22 feststehender Abbrandkontakt
221 erster Teil des feststehenden Abbrandkontaktes
222 zweiter Teil des feststehenden Abbrandkontaktes
223 Stromanschluss des feststehenden Abbrandkontaktes
3 Spule
4 Isolierstoffdüse
5 Lichtbogen
6 Blaskanal
7 Kompressionseinrichtung
71 Kompressionskolben

Claims

1. Hochspannungsleistungsschalter für Wechselströme mit einem feststehenden und einem axial verschieblichen Abbrandkontakt, mit einer Düse, durch die der Ausschaltlichtbogen brennt und durch die das Druckgas von einem Kompressions- in einen Expansionsraum strömt und mit einer zylinderförmigen Spule, welche mit ihrem einen Ende mit einem ersten, die Spule zumindest teilweise stirnseitig begrenzenden Teil eines hohlen Abbrandkontaktes und mit ihrem anderen Ende mit einem zweiten, die Spule an ihrer inneren Mantelfläche zumindest teilweise begrenzenden Teil dieses Abbrandkontaktes verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (221) des mit der Spule (3) verbundenen Abbrandkontaktes (22) als Düse ausgebildet ist, und dass eine von den Abbrandkontakten (12, 22) betätigte Kompressionseinrichtung (7) vorgesehen ist, welche eine derart bemessene Druckgasströmung erzeugt, dass der Ausschaltlichtbogen (5) in einer verglichen mit der Dauer der Halbwelle des' Loschstromes geringen Zeitspanne vor dem Stromnulldurchgang vom ersten (221) auf den zweiten Teil (222) des hohlen Abbrandkontaktes (22) kommutiert.

2. Hochspannungsieistungsschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (221) als Kurzschlussring ausgebildet ist.

3. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (222) des hohlen Abbrandkontaktes (22) in axialer Richtung erstreckte Materialausnehmungen aufweist.

4. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionseinrichtung (7) einen gegenüber dem hohlen Abbrandkontakt (22) beweglichen Kolben (71) und einen Ringraum aufweist, wobei der Ringraum vom hohlen Abbrandkontakt (22) und einer Isolierstoffdüse (4), deren Engnis gegenüber dem ersten Teil (221) des hohlen Abbrandkontaktes (22) axial versetzt ist, begrenzt ist.