DE102011007103A1 - Electrical switching device - Google Patents
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Abstract
Ein elektrisches Schaltgerät weist ein erstes und ein zweites Schaltkontaktstück (1, 2) auf. Zwischen den beiden Schaltkontaktstücken (1, 2) ist eine Schaltstrecke (4) ausbildbar. Ein Kanal (9) ist von einer Isolierstoffdüse (8) begrenzt, wobei der Kanal (9) die Schaltstrecke (4) mit einem Gasspeichervolumen (11) verbindet. Der Kanal (9) weist einen ersten Zweig (13) sowie einen zweiten Zweig (14) auf. Eine erste Mündungsöffnung (12) des ersten Zweiges (13) sowie eine zweite Mündungsöffnung (15) des zweiten Zweiges (14) sind durch eine strömungswegverlängernde Barriere (17, 17a, 17b, 17c) voneinander getrennt.An electrical switching device has a first and a second switching contact piece (1, 2). A switching path (4) can be formed between the two switching contact pieces (1, 2). A channel (9) is delimited by an insulating nozzle (8), the channel (9) connecting the switching path (4) to a gas storage volume (11). The channel (9) has a first branch (13) and a second branch (14). A first opening (12) of the first branch (13) and a second opening (15) of the second branch (14) are separated from one another by a barrier (17, 17a, 17b, 17c) that extends the flow path.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Schaltgerät mit einer zwischen einem ersten und einem zweiten Schaltkontaktstück ausbildbaren Schaltstrecke und einer einen Kanal begrenzenden Isolierstoffdüse, wobei der Kanal die Schaltstrecke mit einem Gasspeichervolumen verbindet und ein erster und ein zweiter Zweig des Kanals in dem Gasspeichervolumen münden.The invention relates to an electrical switching device with a formable between a first and a second switching contact piece switching path and a channel limiting insulating nozzle, wherein the channel connects the switching path with a gas storage volume and a first and a second branch of the channel open into the gas storage volume.
Ein derartiges elektrisches Schaltgerät ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
Das bekannte elektrische Schaltgerät ist derart eingerichtet, dass ein Einströmen von Gas in das Gasspeichervolumen über den einen Zweig und ein Ausströmen des Gases aus dem Gasspeichervolumen über den anderen Zweig erfolgen soll.The known electrical switching device is set up such that an inflow of gas into the gas storage volume is to take place via the one branch and an outflow of the gas from the gas storage volume via the other branch.
Aus der Schaltstrecke herausgeleitetes heißes Gas wird über den Kanal in das Gasspeichervolumen geleitet. Im Gasspeichervolumen vermischt sich das heiße Gas mit dem Gasspeichervolumen vorhandenen kühleren Gas, so dass eine Temperaturreduzierung des in das Gasspeichervolumen einströmenden Gases bewirkt wird.Hot gas discharged from the switching path is channeled through the channel into the gas storage volume. In the gas storage volume, the hot gas mixes with the gas storage volume existing cooler gas, so that a temperature reduction of the gas flowing into the gas storage volume gas is effected.
Innerhalb des Gasspeichervolumens ist eine gute Durchmischung der Gase von Vorteil, um ein temperaturreduziertes Gasgemisch in die Schaltstrecke zurückströmen zu lassen. Bei der bekannten Lösung verbleiben in dem Gasspeichervolumen Randbereiche, die nur mangelhaft in eine Durchmischung einbezogen sind.Within the gas storage volume, good mixing of the gases is advantageous in order to allow a temperature-reduced gas mixture to flow back into the switching path. In the known solution remain in the gas storage volume marginal areas that are poorly included in a thorough mixing.
Damit ist es Aufgabe der Erfindung ein elektrisches Schaltgerät anzugeben, welches ein Gasspeichervolumen effektiver zu nutzen vermag.Thus, it is an object of the invention to provide an electrical switching device which is able to use a gas storage volume more effectively.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem elektrischen Schaltgerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine erste Mündungsöffnung, die dem ersten Zweig zugeordnet ist und eine zweite Mündungsöffnung, die dem zweiten Zweig zugeordnet ist, mittels einer strömungswegverlängernden Barriere voneinander getrennt sind.According to the invention the object is achieved in an electrical switching device of the type mentioned in that a first orifice, which is associated with the first branch and a second orifice, which is associated with the second branch, are separated by means of a strömungswegverlängernden barrier.
Elektrische Schaltgeräte dienen einem Herstellen bzw. einem Unterbrechen eines Strompfades, wobei mit dem Herstellen bzw. Unterbrechen auch ein elektrischer Strom zu- bzw. abschaltbar ist. Elektrische Schaltgeräte können dabei beispielsweise derart ausgelegt sein, dass diese auch der Abschaltung von Kurzschlussströmen, d. h., von Strömen die deutlich größer sind als ein üblicherweise auftretender Bemessungsstrom, dienen können. Derartige Schaltgeräte werden Leistungsschalter genannt. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die beiden Schaltkontaktstücke beispielsweise einander stirnseitig gegenüberstehen, wobei eines der Schaltkontaktstücke buchsenartig und das andere Schaltkontaktstück bolzenförmig ausgeführt ist, so dass zur Herstellung bzw. Auftrennung eines Strompfades die beiden Kontaktstücke ineinandergeschoben bzw. auseinandergezogen werden. Eine Bewegung kann dabei vorteilhafterweise entlang einer Achse vorgesehen sein, so dass eine Relativbewegung zwischen den beiden Schaltkontaktstücken linear gerichtet ist.Electrical switching devices are used for producing or interrupting a current path, wherein an electrical current can also be switched on or off with the production or interruption. Electrical switching devices can be designed, for example, such that they are also the shutdown of short-circuit currents, d. h., Of currents that are significantly larger than a commonly occurring rated current can serve. Such switching devices are called circuit breakers. Advantageously, it may be provided that the two switching contact pieces, for example, face each other frontally, wherein one of the switching contact pieces is bush-like and the other switching contact piece is bolt-shaped, so that the two contact pieces are pushed or pulled apart for the preparation or separation of a current path. A movement can advantageously be provided along an axis, so that a relative movement between the two switching contact pieces is linearly directed.
Eine Isolierstoffdüse ist beispielsweise aus einem Kunststoff, einer Keramik oder einem anderen geeigneten Material gebildet. Vorteilhaft haben sich beispielsweise Isolierstoffdüsen aus Polytetrafluorethylen erwiesen, die beispielsweise mittels eines Sinterverfahrens aus einem Granulat geformt werden. Die Isolierstoffdüse umgibt die Schaltstrecke zumindest teilweise, so dass der Raum der Schaltstrecke umgriffen und ein Lichtbogenraum begrenzt ist. Der Lichtbogenraum umgibt zumindest eines der Schaltkontaktstücke zumindest abschnittsweise und umgibt den Bereich, in welchem ein Lichtbogen bei einem Ausschaltvorgang brennen kann. Ein gegebenenfalls zwischen den Schaltkontaktstücken brennender Lichtbogen kann so nicht in unkontrollierter Weise ausbrechen. Die Isolierstoffdüse sorgt dafür, dass der brennende Lichtbogen entlang eines möglichst kurzen Weges zwischen den beiden Schaltkontaktstücken brennt. Die Isolierstoffdüse kann dazu beispielsweise rotationssymmetrisch ausgeformt sein, wobei die Isolierstoffdüse beispielsweise zentrisch einen Kanal aufweist, in welchen zumindest eines der Schaltkontaktstücke hineinbewegbar ist. Damit ist eine Ummantelung der Schaltstrecke gegeben, die ein Ausbrechen des Lichtbogens begrenzt. Es kann vorgesehen sein, dass der Lichtbogen aus dem Isolierstoff der Isolierstoffdüse aufgrund seiner thermischen Wirkung ein Hartgas erzeugt, welches eine Lichtbogenlöschung unterstützt.An insulating nozzle is formed, for example, from a plastic, a ceramic or other suitable material. Advantageously, for example, insulating nozzles made of polytetrafluoroethylene have proven, which are formed for example by means of a sintering process from a granulate. The Isolierstoffdüse surrounds the switching path at least partially, so that the space of the switching path encompassed and an arc space is limited. The arc chamber surrounds at least one of the switching contact pieces at least in sections and surrounds the region in which an arc can burn during a switch-off operation. A possibly burning between the switching contact pieces arc can not break out in an uncontrolled manner. The insulating nozzle ensures that the burning arc burns along as short a path as possible between the two switching contact pieces. For this purpose, the insulating material nozzle can be formed, for example, rotationally symmetrical, with the insulating material nozzle, for example, having a channel centrally in which at least one of the switching contact pieces can be moved. This is a jacket of the switching path is given, which limits a breaking of the arc. It may be provided that the arc of the insulating material of the insulating material generates a hard gas due to its thermal effect, which supports an arc extinguishing.
Der Kanal der Isolierstoffdüse kann vollständig oder zumindest abschnittsweise durch die Isolierstoffdüse selbst begrenzt sein. Beispielsweise kann auch ein weiteres Strömungslenkungselement zusammen mit der Isolierstoffdüse eine Ausbildung des Kanals bewirken. Der Kanal stellt eine Verbindung zwischen der Schaltstrecke bzw. dem die Schaltstrecke umgebenden Lichtbogenraum dar, so dass durch einen Lichtbogen expandiertes und erhitztes Gas, so genanntes Schaltgas, über den Kanal aus der Schaltstrecke abgeleitet werden kann. Heißes Schaltgas wird in das Gasspeichervolumen abgeleitet und innerhalb des Gasspeichervolumens zwischengespeichert. Ein Herausleiten von Gas aus dem Gasspeichervolumen ist bevorzugt ausschließlich über den Kanal möglich. Aus Sicherheitsgründen kann an dem Gasspeichervolumen ein Überdruckventil vorgesehen sein, welches ein Ablassen von Gas ermöglicht. Dies ist im regulären Betriebsfall jedoch nicht vorgesehen. Von dem Lichtbogen erzeugtes Schaltgas strömt aus der Schaltstrecke in das Gasspeichervolumen hinein. Aufgrund des kontinuierlichen Nachströmens von Schaltgasen über den Kanal ist ein Heraustreten von Schaltgas aus dem Gasspeichervolumen nicht möglich. Mit einem anhaltenden Nachströmen von Schaltgas in das Gasspeichervolumen erhöht sich im Innern des Gasspeichervolumens der Gasdruck. Dabei kommt es zu einer Durchmischung des einströmenden heißen Schaltgases und eines kalten Gases, welches sich vor einem Zünden eines Lichtbogens in dem Gasspeichervolumen befunden hat.The channel of the insulating material nozzle may be completely or at least partially bounded by the insulating material itself. For example, a further flow-guiding element together with the insulating material nozzle can cause a formation of the channel. The channel represents a connection between the switching path or the arc gap surrounding the switching path, so that an arc expanded and heated gas, so-called switching gas can be derived via the channel from the switching path. Hot switching gas is discharged into the gas storage volume and stored intermediately within the gas storage volume. A discharge of gas from the gas storage volume is preferably possible only via the channel. For safety reasons, a pressure relief valve may be provided on the gas storage volume, which allows a discharge of gas. However, this is not provided for in regular operating conditions. Switching gas generated by the arc flows from the switching path into the gas storage volume. Due to the continuous flow of switching gases through the channel escape of switching gas from the gas storage volume is not possible. With a sustained flow of switching gas into the gas storage volume, the gas pressure inside the gas storage volume increases. This results in a mixing of the inflowing hot switching gas and a cold gas, which was located before igniting an arc in the gas storage volume.
Ein Rückströmen von Gas aus dem Gasspeichervolumen über den Kanal ist erst dann möglich, wenn der Druck in der Schaltstrecke reduziert ist. Der Kanal kann bedarfsweise verdämmt werden, so dass beispielsweise bevorzugt ein Abströmens von expandierten Schaltgasen in das Gasspeichervolumen hinein erfolgt. Mit einem Öffnen des Kanals im Bereich der Schaltstrecke, d. h., einer Aufhebung der Verdämmung, tritt ein Druckabfall ein und das im Druck erhöhte, im Gasspeichervolumen zwischengespeicherte Gas strömt über den Kanal zurück in Richtung der Schaltstrecke. Dort kann der gegebenenfalls noch brennende Lichtbogen beblasen und damit gekühlt werden. Weiterhin kann vom Lichtbogen erzeugtes Plasma aus der Schaltstrecke geräumt werden und eine Spannungsfestigkeit der Schaltstrecke hergestellt werden.A return flow of gas from the gas storage volume through the channel is only possible when the pressure in the switching path is reduced. The channel can be dammed if necessary, so that, for example, preferably an outflow of expanded switching gases into the gas storage volume takes place. With an opening of the channel in the region of the switching path, d. h., A lifting of the damming, occurs a pressure drop and the increased pressure in the gas storage volume cached gas flows back through the channel in the direction of the switching path. There, the optionally still burning arc can be blown and thus cooled. Furthermore, plasma generated by the arc can be cleared from the switching path and a voltage resistance of the switching path can be produced.
Eine Verdämmung des Kanals kann beispielsweise durch eines der Schaltkontaktstücke erfolgen. So kann vorgesehen sein, dass ein Erzeugen einer Schaltstrecke im Zuge einer Relativbewegung innerhalb des Kanals der Isolierstoffdüse erfolgt, so dass ein Lichtbogens innerhalb des Kanals brennt und folglich expandierendes Gas über den Kanal in Richtung einer Mündungsöffnung in das Gasspeichervolumen abströmen. Wird eines der Schaltkontaktstücke aus dem Kanal herausbewegt, wird die Verdämmung des Kanals aufgehoben und der Staudruck im Bereich der Schaltstrecke reduziert, so dass das zuvor im Gasspeichervolumen zwischengespeicherte und in seinem Druck erhöhte Gas durch den Kanal in Richtung der Schaltstrecke zurückströmen kann.Damming of the channel can be done for example by one of the switching contact pieces. Thus it can be provided that generating a switching path takes place in the course of a relative movement within the channel of the insulating material, so that an arc burns within the channel and thus exiting gas flow through the channel in the direction of a mouth opening into the gas storage volume. If one of the switching contact pieces moved out of the channel, the damming of the channel is canceled and reduces the dynamic pressure in the region of the switching path, so that the previously cached in the gas storage volume and increased in its pressure gas can flow back through the channel in the direction of the switching path.
Ein Verdämmen kann dabei derart erfolgen, dass der Kanal vollständig verschlossen ist oder zumindest derartig stark in seinem Querschnitt reduziert wird, dass ein hoher Strömungswiderstand erzwungen wird, der ein Abströmen von Gas nur in geringem Maße ermöglicht.Damming can be carried out in such a way that the channel is completely closed or at least greatly reduced in its cross-section in such a way that a high flow resistance is forced, which allows gas to flow off only to a small extent.
Durch die Aufteilung des Kanals in einen ersten Zweig und einen zweiten Zweig zum Zwecke der Mündung in dem Gasspeichervolumen ist es möglich, einen Strömungsweg in verbesserter Weise in das Gasspeichervolumen hineinzulenken. So ist es beispielsweise möglich, dass der erste Zweig bevorzugt einem Befüllen des Gasspeichervolumens dient und der zweite Zweig bevorzugt einem Entleeren des Gasspeichervolumens dient. Der Kanal ist mit unterschiedlichem Richtungssinn durchströmbar. Wird nunmehr die erste Mündungsöffnung des ersten Zweiges sowie die zweite Mündungsöffnung des zweiten Zweiges durch einer strömungswegverlängernden Barriere voneinander getrennt, erfolgt eine Lenkung des einströmenden Gases bis in entfernte Bereiche des Gasspeichervolumens. Die strömungswegverlängernde Barriere ist beispielsweise eine Wandung, die ein unmittelbares Übertreten von Gas, welches aus der ersten Mündungsöffnung austritt, die zweite Mündungsöffnung verhindert. Damit ist eine Strömungswegverlängerung im Innern des Gasspeichervolumens gegeben. Somit unterteilt die Barriere das Gasspeichervolumen in unterschiedliche Abschnitte, wobei diese Abschnitte vorzugsweise mit unterschiedlichem Richtungssinn von Gas durchströmt sind. So kann beispielsweise aus der ersten Mündungsöffnung austretendes Schaltgas auf der einen Seite der Barriere in eine erste Richtung strömen und nach einer Umkehr des Richtungssinns gegebenenfalls unter einer entsprechenden Verwirbelung auf der anderen Seite der Barriere in eine zweite Richtung abströmen. Somit überstreift das Gas im Innern des Gasspeichervolumens die Barriere auf der einen Seite in einer ersten Richtung und auf der anderen Seite in einer zweiten Richtung, wobei erste und zweite Richtung mit unterschiedlichem Richtungssinn versehen sind. Die Barriere kann beispielsweise in Form einer Rippe oder einer Rippengruppe ausgebildet sein. Wegen der Barriere legt aus dem ersten Zweig austretendes Schaltgas einen längeren Weg zurück als ein direkter Weg entlang einer die Barriere durchsetzenden Achse zwischen der ersten und der zweiten Mündungsöffnung. Die Barriere kann beispielsweise auf ihrer Oberfläche eine Struktur aufweisen, so dass gegebenenfalls eine zusätzliche strömungslenkende Funktion wahrgenommen wird. Die Barriere kann beispielsweise mit Leitrippen, Verwirbelungskörpern o. ä. ausgestattet sein. Über die Barriere können Ecken und Kanten des Gasspeichervolumens gezielt in eine Verwirbelung einbezogen werden. So wird eine Durchmischung des heißen Schaltgases unterstützt und das Gasspeichervolumen effektiv genutzt.By dividing the channel into a first branch and a second branch for the purpose of the mouth in the gas storage volume, it is possible to deflect a flow path in an improved manner into the gas storage volume. For example, it is possible that the first branch preferably serves for filling the gas storage volume and the second branch preferably serves for emptying the gas storage volume. The channel can be flowed through with different sense of direction. If now the first orifice opening of the first branch and the second orifice of the second branch are separated from one another by a flow-path-lengthening barrier, the inflowing gas is directed into remote areas of the gas storage volume. The flow path extending barrier is, for example, a wall that prevents immediate passage of gas exiting the first orifice, the second orifice. This gives a flow path extension inside the gas storage volume. Thus, the barrier divides the gas storage volume into different sections, wherein these sections are preferably flowed through with different sense of direction of gas. Thus, for example, switching gas exiting from the first orifice can flow on one side of the barrier in a first direction and, after a reversal of the sense of direction, optionally flow off in a second direction under a corresponding turbulence on the other side of the barrier. Thus, the gas in the interior of the gas storage volume covers the barrier on one side in a first direction and on the other side in a second direction, wherein the first and second directions are provided with different sense of direction. The barrier can be designed, for example, in the form of a rib or a rib group. Because of the barrier, switching gas leaving the first branch travels a longer distance than a direct path along an axis passing through the barrier between the first and second ports. The barrier may, for example, have a structure on its surface, so that optionally an additional flow-directing function is perceived. The barrier can be equipped, for example, with guide ribs, swirling bodies or the like. By means of the barrier, corners and edges of the gas storage volume can be specifically included in a turbulence. Thus, a mixing of the hot switching gas is supported and the gas storage volume used effectively.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Mündungsöffnungen in derselben Wandung des Gasspeichervolumens münden. A further advantageous embodiment can provide that the mouth openings open into the same wall of the gas storage volume.
Das Gasspeichervolumen weist eine räumliche Ausdehnung auf, wobei das Gasspeichervolumen von gasdichten Wandungen begrenzt ist. Beispielsweise kann das Gasspeichervolumen die Form eines rotationssymmetrischen Körpers aufweisen. Insbesondere kann ein rotationssymmetrischer Hohlkörper zur Ausbildung des Gasspeichervolumens Verwendung finden. Mündungsöffnungen können beispielsweise derart angeordnet sein, dass die Mündungsöffnung in einer Fläche liegen, d. h., eine Mündungsöffnung sollte vorzugsweise die Form einer Ausnehmung in einer Fläche aufweisen. Eine Mündungsöffnung kann vorzugsweise von einer im Wesentlichen lotrecht umlaufenden Fläche begrenzt sein. Vorteilhafterweise können die beiden Mündungsöffnungen in ein und derselben Wandung des Gasspeichervolumens liegen. Diese Wandung kann beispielsweise eine stirnseitige oder mantelseitige Wandung des Gasspeichervolumens sein. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Mündungsöffnungen in derselben Fläche angeordnet sind. Beispielsweise kann diese Fläche zumindest teilweise durch einen Abschnitt der Isolierstoffdüse ausgebildet sein, so dass die Mündungsöffnungen beispielsweise zumindest teilweise von der Isolierstoffdüse begrenzt sind. Die Isolierstoffdüse kann beispielsweise eine oder beide Mündungsöffnungen vollständig oder zumindest abschnittsweise begrenzen. Eine Mündungsöffnung kann aber auch lediglich teilweise durch die Isolierstoffdüse im Zusammenwirken mit einem weiteren Bauteil, beispielsweise einer Hilfsdüse oder anderen Strömungslenkungselementen, begrenzt sein. Vorzugsweise sollten die Mündungsöffnungen in einer ebenen Fläche liegen, die beispielsweise an der Isolierstoffdüse befindlich ist, so dass zwischen den Mündungsöffnungen in der umgebenden Fläche eine Achse liegt, zu welcher die strömungsweggverlängernde Barriere quer ausgerichtet ist, so dass ein Strömungsweg zwischen den Mündungsöffnungen der beiden Zweige erzwungen ist, welcher länger ist als die direkte Verbindung zwischen den Mündungsöffnungen ohne eine stromungswegverlängernde Barriere.The gas storage volume has a spatial extent, wherein the gas storage volume of gas-tight walls is limited. For example, the gas storage volume may have the shape of a rotationally symmetrical body. In particular, a rotationally symmetrical hollow body can be used to form the gas storage volume. For example, mouth openings may be arranged such that the mouth openings lie in a surface, i. That is, an orifice should preferably have the shape of a recess in a surface. A mouth opening may preferably be delimited by a substantially vertically circulating surface. Advantageously, the two mouth openings can lie in one and the same wall of the gas storage volume. This wall can be, for example, a frontal or shell-side wall of the gas storage volume. In particular, it can be advantageously provided that the mouth openings are arranged in the same area. For example, this surface may be at least partially formed by a portion of the insulating material, so that the mouth openings are for example at least partially bounded by the insulating material. For example, the insulating material nozzle can limit one or both of the orifices completely or at least in sections. However, an orifice can also be limited only partially by the insulating material in cooperation with another component, for example an auxiliary nozzle or other flow-guiding elements. Preferably, the orifices should lie in a flat surface located, for example, on the insulating nozzle, such that there is an axis between the orifices in the surrounding surface to which the flow-path extending barrier is transversely aligned, such that a flow path between the orifices of the two branches which is longer than the direct connection between the orifices without a stromungswegverlängernde barrier.
Die Barriere kann beispielsweise eine Wandung aufweisen, die beispielsweise quaderförmig, ringförmig, schalenartig gewölbt usw. ausgebildet ist. Die Barriere erstreckt sich dabei quer zu einer Achse zwischen den beiden Mündungsöffnungen von erstem und zweitem Zweig, so dass ein Umströmen der Barriere erzwungen wird und damit Gas auf einem verlängerten Weg in das Gasspeichervolumen hineingelenkt wird, dort eine ausreichende Durchmischung erfährt und anschließend wieder aus dem Gasspeichervolumen ausströmt.The barrier may, for example, have a wall which is, for example, cuboidal, annular, cupped, and so on. The barrier extends transversely to an axis between the two mouth openings of the first and second branch, so that a flow around the barrier is forced and thus gas is directed on an extended path in the gas storage volume, there undergoes a sufficient mixing and then back out of the Gas storage volume flows out.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Barriere eine in sich geschlossen umlaufende Wandung aufweist.Furthermore, it can be advantageously provided that the barrier has a self-contained circumferential wall.
Eine in sich geschlossen umlaufende Wandung kann beispielsweise hohlzylindrisch, insbesondere in Form eines rotationssymmetrischen Hohlkörpers ausgestaltet sein. So ist es beispielsweise möglich innerhalb eines von der Barriere umschlossenen Bereiches eine der Mündungsöffnungen münden zu lassen und die andere Mündungsöffnung außerhalb des von der umlaufenden Wandung umschlossenen Bereiches münden zu lassen.A self-contained circumferential wall may for example be configured as a hollow cylinder, in particular in the form of a rotationally symmetrical hollow body. Thus, for example, it is possible to open one of the mouth openings within an area enclosed by the barrier and to open the other mouth opening outside the area enclosed by the circumferential wall.
Die in sich geschlossene umlaufende Wandung kann beispielsweise koaxial zu einer Bewegungsachse zwischen den beiden Schaltkontaktstücken angeordnet sein. Weiterhin kann die in sich geschlossene umlaufende Barriere auch koaxial zu dem Kanal ausgerichtet sein.The self-contained circumferential wall may for example be arranged coaxially to a movement axis between the two switching contact pieces. Furthermore, the self-contained circumferential barrier may also be aligned coaxially with the channel.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der erste Zweig in Form eines Ringkanals und der zweite Zweig in Form mehrerer vom Ringkanal fortlaufender Stichkanäle ausgeführt ist.Furthermore, it can be advantageously provided that the first branch is designed in the form of an annular channel and the second branch in the form of several continuous from the annular channel stitch channels.
Ein Ringkanal kann beispielsweise dadurch ausgebildet sein, dass in den Kanal zumindest abschnittsweise eines der Schaltkontaktstücke hineinragt und so den Querschnitt des Kanals reduziert und der verbleibende Querschnitt zur Führung von Gasen einen ringförmigen Querschnitt aufweist. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der zweite Zweig mehrere Stichkanäle aufweist, die von dem Ringkanal fortragend ausgeführt sind. Somit ist es möglich, über den Ringkanal bevorzugt ein Befüllen des Gasspeichervolumens zu bewirken und über die Stichkanäle bevorzugt ein Rückströmen von Gasen aus dem Gasspeichervolumen zu bewirken. Der Ringkanal kann sich beispielsweise bis in die Schaltstrecke hinein erstrecken, so dass ausgehend von der Schaltstrecke der Kanal sich bis in das Gasspeichervolumen als Ringkanal erstreckt, welcher mit der ersten Mündungsöffnung des ersten Zweiges in dem Gasspeichervolumen mündet. Der zweite Zweig mit den Stichkanälen kann dabei derart ausgestaltet sein, dass der Zweig zumindest abschnittsweise parallel zu dem Ringkanal verläuft. Die Zweige können sich beispielsweise strahlenförmig um den Ringkanal herum verteilt erstrecken. Vorteilhaft kann dabei vorgesehen sein, dass die Stichkanäle einen linear gestreckten Verlauf aufweisen, so dass der Strömungswiderstand in den Stichkanälen reduziert ist. Die Stichkanäle können beispielsweise einen kreisrunden Querschnitt aufweisen und innerhalb, insbesondere vollständig innerhalb des Körpers der Isolierstoffdüse verlaufen. Die Stichkanäle können beispielsweise eine zylindrische Gestalt aufweisen. Ein Vermeiden von Richtungswechseln innerhalb der Stichkanäle ermöglicht eine vereinfachte Fertigung. Dadurch können die Zweige beispielsweise in einfacher Form mittels spanabhebender Verfahren in die Isolierstoffdüse eingebracht werden. Die Achsen von linearen Stichkanälen können vorteilhaft auf einen gemeinsamen Schnittpunkt zulaufen. Der gemeinsame Schnittpunkt kann auf der Längsachse des Kanals liegen. Die Stichkanäle des zweiten Zweiges können schräg auf den ersten Zweig zulaufen.An annular channel can be formed, for example, in that at least sections of one of the switching contact pieces project into the channel and thus reduces the cross section of the channel and the remaining cross section for the guidance of gases has an annular cross section. It can further be provided that the second branch has a plurality of branch channels, which are carried out fortragend of the annular channel. Thus, it is possible to effect via the annular channel preferably a filling of the gas storage volume and to effect via the branch channels preferably a return flow of gases from the gas storage volume. The annular channel may, for example, extend into the switching path, so that, starting from the switching path, the channel extends as far as the gas storage volume as an annular channel which opens into the gas storage volume with the first orifice of the first branch. The second branch with the branch channels can be designed such that the branch extends at least in sections parallel to the annular channel. The branches may, for example, extend in a radial manner distributed around the annular channel. Advantageously, it may be provided that the branch channels have a linearly extended course, so that the flow resistance is reduced in the branch channels. The branch channels may, for example, have a circular cross-section and run inside, in particular completely, within the body of the insulating material nozzle. The branch channels may for example have a cylindrical shape. Avoiding direction changes within the branch channels allows one simplified production. As a result, the branches can be introduced, for example, in a simple form by means of machining processes in the insulating material. The axes of linear branch channels can advantageously converge to a common point of intersection. The common intersection may be on the longitudinal axis of the channel. The branch channels of the second branch can taper at an angle to the first branch.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Barriere mit der Isolierstoffdüse verbunden ist und frei in das Gasspeichervolumen hineinragt.A further advantageous embodiment can provide that the barrier is connected to the insulating material nozzle and protrudes freely into the gas storage volume.
Die Barriere kann beispielsweise von der Isolierstoffdüse getragen sein. Dazu kann zwischen der Barriere und der Isolierstoffdüse ein winkelstarrer Verbund ausgebildet sein. Vorteilhafterweise sollten Barriere und Isolierstoffdüse einstückig ausgebildet sein. Darüber hinaus kann jedoch auch ein formschlüssiges Einpassen der Barriere an der Isolierstoffdüse vorgenommen werden. So ist die Barriere beispielsweise in eine an der Isolierstoffdüse ausgebildete Passung einzustecken und dort zu fixieren. Die Barriere ragt dann mit ihrem freien Ende in das Gasspeichervolumen hinein und bewirkt eine Strömungswegverlängerung zwischen einströmenden und rückströmenden Gas. Die Barriere wird dabei auf ihrer der ersten Mündungsöffnung zugewandten Seite von einer Gasströmung mit erstem Richtungssinn und auf ihrer der anderen Mündungsöffnung zugewandten Seite von einer Gasströmung mit umgekehrten Richtungssinn beströmt. Zwischen dem freien Ende der Barriere und einer das Gasspeichervolumen begrenzenden Wandung ist ein entsprechender Umlenkbereich gebildet, an welchem sich der Richtungssinn einer Gasströmung umkehrt.The barrier may, for example, be carried by the insulating material nozzle. For this purpose, an angle-rigid composite can be formed between the barrier and the insulating nozzle. Advantageously, barrier and insulating nozzle should be integrally formed. In addition, however, a positive fitting of the barrier to the insulating material can be made. For example, the barrier is to be inserted into a fit formed on the insulating nozzle and fixed there. The barrier then projects with its free end into the gas storage volume and causes a flow path extension between inflowing and backflowing gas. The barrier is thereby flowed on its side facing the first mouth opening by a gas flow with a first sense of direction and on its side facing the other mouth opening by a gas flow with the reverse direction sense. Between the free end of the barrier and a wall bounding the gas storage volume, a corresponding deflection region is formed, at which the sense of direction of a gas flow is reversed.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Barriere mit der Isolierstoffdüse verbunden ist und sich durch das Gasspeichervolumen erstreckt und das Gasspeichervolumen in ein Einströmvolumen und ein Ausströmvolumen unterteilt.A further advantageous embodiment can provide that the barrier is connected to the insulating material nozzle and extends through the gas storage volume and divides the gas storage volume into an inflow volume and an outflow volume.
Erstreckt sich die Barriere durch das Gasspeichervolumen hindurch, so dass von der Isolierstoffdüse beispielsweise bis zu einer gegenüberliegenden Wandung eine durchgängige Barriere gebildet ist, wird ein langer Weg von einströmenden und ausströmenden Gas erzwungen. Beispielsweise kann bei einer rotationssymmetrischen Ausgestaltung des Gasspeichervolumens die Barriere eine Wandung zwischen einem innenliegenden Einströmvolumen und einem außenliegenden, das innenliegende Einströmvolumen umgreifenden Ausströmvolumen bilden. Die Barriere kann an der Isolierstoffdüse oder an einer anderen Wand des Gasspeichervolumens abgestützt sein. Eine mechanisch stabile Konstruktion ergibt sich bei einer Abstützung der Barriere sowohl an der Isolierstoffdüse als auch an einer anderen Wand des Gaspeichervolumens.If the barrier extends through the gas storage volume, so that a continuous barrier is formed by the insulating material nozzle, for example, up to an opposite wall, a long path is forced of inflowing and outflowing gas. For example, in the case of a rotationally symmetrical design of the gas storage volume, the barrier may form a wall between an inward inflow volume and an outflow volume encompassing the inside inflow volume. The barrier may be supported on the insulating nozzle or on another wall of the gas storage volume. A mechanically stable construction results in a support of the barrier both on the insulating material and on another wall of the gas storage volume.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass der erste und der zweite Zweig voneinander verschiedene Strömungswiderstände aufweisen.A further advantageous embodiment may provide that the first and the second branch have different flow resistances from each other.
Je nach Wahl des Querschnittes der Zweige bzw. des Verlaufes der einzelnen Zweige in dem elektrischen Schaltgerät weisen diese einen bestimmten Strömungswiderstand auf. Sieht man nunmehr vor, dass der erste und der zweite Zweig voneinander verschiedene Strömungswiderstände aufweisen, kann ein Befüllen des Gasspeichervolumens gezielt über den Zweig erfolgen, welcher einen geringeren Strömungswiderstand eröffnet.Depending on the choice of the cross section of the branches or the course of the individual branches in the electrical switching device, these have a certain flow resistance. If it is now provided that the first and the second branches have different flow resistances from one another, filling of the gas storage volume can take place selectively via the branch, which opens up a lower flow resistance.
Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass die Barriere eine Ausnehmung aufweist.Advantageously, it can further be provided that the barrier has a recess.
In der Barriere kann zumindest eine Ausnehmung angeordnet sein, wobei die Ausnehmung quer zur strömungswegverlängernden Barriere ausgerichtet ist, so dass über die Ausnehmung ein Übertritt von Gasen, welche beispielsweise aus der ersten Mündungsöffnung austreten, in die zweite Mündungsöffnung erfolgen. Somit ist es beispielsweise möglich, das in das Gasspeichervolumen eintretende Gas zumindest teilweise durch eine derartige Ausnehmung in Richtung der zweiten Mündungsöffnung des zweiten Zweiges übertreten zu lassen. Damit wird ein in das Druckspeichervolumen eintretendes Gas entlang des Strömungsweges aufgefächert, so dass ein stärkeres Durchmischen und Verwirbeln im Innern des Gasspeichervolumens zu erwarten ist. Damit kann eine verbesserte Abkühlung von einströmenden heißen Gasen im Innern des Gasspeichervolumens erzwungen werden. Durch die Ausnehmung wird die Sperrwirkung der Barriere herabgesetzt. Die Ausnehmung kann verschiedene Querschnitte aufweisen. Durch die Ausnehmung wird ein Strömungspfad quer zur Sperrrichtung der Barriere eröffnet.At least one recess may be arranged in the barrier, the recess being oriented transversely to the flow-path-lengthening barrier so that gases pass through the recess and exit, for example, from the first orifice into the second orifice. Thus, it is possible, for example, to let the gas entering the gas storage volume at least partially pass through such a recess in the direction of the second orifice opening of the second branch. Thus, a gas entering the accumulator volume is fanned out along the flow path, so that a stronger mixing and turbulence is to be expected in the interior of the gas storage volume. This can be forced an improved cooling of incoming hot gases inside the gas storage volume. Through the recess, the barrier effect of the barrier is reduced. The recess may have different cross sections. Through the recess, a flow path is opened transversely to the locking direction of the barrier.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Barriere elektrisch isolierend wirkt.A further advantageous embodiment can provide that the barrier has an electrically insulating effect.
Eine elektrisch isolierende Barriere kann beispielsweise eine Oberfläche aufweisen, die aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist. So kann die Barriere beispielsweise Abschnitte aufweisen, die vollständig. aus elektrisch isolierendem Material gebildet sind. Des Weiteren kann im Verlauf der Barriere eine Isolierstelle angeordnet sein, die ein Übertreten von elektrischen Strömen, beispielsweise von Kriechströmen, an der Barriere verhindert. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Barriere beispielsweise aus einem Leiterwerkstoff gefertigt ist und abschnittsweise oder vollständig eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweist.An electrically insulating barrier may, for example, have a surface that is formed from an electrically insulating material. For example, the barrier may have sections that are completely. are formed of electrically insulating material. Furthermore, an insulating point can be arranged in the course of the barrier, which prevents the passage of electrical currents, such as leakage currents, at the barrier. It can also be provided that the barrier is made for example of a conductor material and partially or completely an electrically insulating coating.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das elektrische Schaltgerät eine Druckgasisolation aufweist.Furthermore, it can be provided that the electrical switching device has a compressed gas insulation.
Elektrische Schaltgeräte mit einer Druckgasisolation weisen im Regelfall ein Kapselungsgehäuse auf, welches das Druckgas in seinem Inneren aufnimmt. Das Kapselungsgehäuse verhindert ein Verflüchtigen des Druckgases, wobei die im Innern des Kapselungsgehäuses befindlichen Baugruppen von dem Druckgas umströmt bzw. von diesem durchströmt sind. Als Druckgase sind vorteilhafterweise elektrisch isolierende Gase einzusetzen. Besonders geeignete Gase sind Schwefelhexafluorid oder Stickstoff bzw. Gemische mit diesen Gasen. Innerhalb der Druckgasisolation sind beispielsweise Schaltkontaktstücke, eine Isolierstoffdüse, ein Gasspeichervolumen, ein Kanal oder Zweige des Kanals oder eine strömungswegverlängernde Barriere angeordnet. All diese Bauteile sind von dem elektrisch isolierenden Gas umspült. Insbesondere ist das Gasspeichervolumen mit dem elektrisch isolierenden Gas befüllt, so dass dieses elektrisch isolierende Gas beispielsweise mit einem von einem Lichtbogen erhitzten und expandierten Schaltgas vermischt werden kann. Dieses Schaltgas wird beispielsweise durch die von einem Lichtbogen ausgehende thermische Wirkung erzeugt.Electrical switching devices with a compressed gas insulation usually have an encapsulating housing, which receives the compressed gas in its interior. The encapsulating prevents volatilization of the compressed gas, wherein the components located in the interior of the encapsulating housing flows around the compressed gas or flowed through by it. As pressurized gases are advantageously to use electrically insulating gases. Particularly suitable gases are sulfur hexafluoride or nitrogen or mixtures with these gases. Within the compressed gas insulation, for example, switching contact pieces, a Isolierstoffdüse, a gas storage volume, a channel or branches of the channel or a strömungswegverlängernde barrier are arranged. All these components are lapped by the electrically insulating gas. In particular, the gas storage volume is filled with the electrically insulating gas, so that this electrically insulating gas can be mixed, for example, with an arc heated and expanded switching gas. This switching gas is generated for example by the outgoing of an arc thermal effect.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Schaltkontaktstücke Lichtbogenkontaktstücke sind.A further advantageous embodiment can provide that the switching contact pieces are arcing contact pieces.
Die Nutzung von Lichtbogenkontaktstücken zur Ausbildung der Schaltkontaktstücke weist den Vorteil auf, dass die Lichtbogenkontaktstücke hinsichtlich der Führung, Lenkung und Leitung eines Lichtbogens optimiert werden können. Die Lichtbogenkontaktstücke weisen abbrandfeste Bereiche auf, welche der Führung eines Lichtbogens dienen und gegenüber Lichtbogenerosion eine ausreichende Widerstandsfähigkeit aufweisen. So ist es beispielsweise möglich, wiederholt größere Ströme, beispielsweise auch Kurzschlussströme, ausschalten bzw. einschalten zu können. Die Lichtbogenkontaktstücke sind dabei im Regelfall durch so genannten Nennstromkontaktstücken ergänzt, wobei im Falle eines Einschaltvorganges die Lichtbogenkontaktstücke zeitlich vor den Nennstromkontaktstücken einander kontaktieren und bei einem Ausschaltvorgang die Lichtbogenkontaktstücke erst nach einem Aufheben der Kontaktierung der Nennstromkontakte voneinander getrennt werden. Dadurch ist sichergestellt, dass ein Strom bei einem Ausschaltvorgang auf die Lichtbogenkontaktstücke kommutiert und ein Lichtbogen zwischen diesen gebildet ist. Bei einem Einschaltvorgang wird sichergestellt, dass Vorüberschläge vorzugsweise gezielt an den Lichtbogenkontaktstücken auftreten. Die Lichtbogenkontaktstücke können beispielsweise einander stirnseitig gegenüberliegende Schaltkontaktstücke sein, welche längs einer Achse relativ zueinander bewegbar sind. Die Nennstromkontaktstücke können die Lichtbogenkontaktstücke umfassen und koaxial zur Verschiebeachse der Schaltkontaktstücke angeordnet und ebenfalls längs dieser Achse relativ zueinander bewegbar sein.The use of arcing contact pieces to form the switching contact pieces has the advantage that the arcing contact pieces can be optimized with regard to the guidance, steering and direction of an arc. The arcing contact pieces have erosion-resistant areas which serve to guide an arc and have sufficient resistance to arc erosion. So it is possible, for example, repeated larger currents, for example, short-circuit currents to turn off or turn on. The arcing contact pieces are usually supplemented by so-called rated current contact pieces, in the case of a switch-on contact the arcing contact pieces in front of the rated current contact pieces and at a turn-off, the arcing contact pieces are separated only after a cancellation of the contact of the rated current contacts. This ensures that a current is commutated in a switch-off on the arcing contact pieces and an arc is formed between them. During a switch-on process, it is ensured that flashovers preferably occur specifically at the arcing contact pieces. The arcing contact pieces may, for example, be switching contacts which are opposite one another at the end face and which are movable relative to one another along an axis. The rated current contact pieces may comprise the arcing contact pieces and arranged coaxially to the displacement axis of the switching contact pieces and also be movable relative to each other along this axis.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.In the following, an embodiment of the invention is shown schematically in a drawing and described in more detail below.
Dabei zeigt dieIt shows the
Zunächst wird anhand der
Die
Die beiden Schaltkontaktstücke
Die Schaltstrecke
Der Ringkanal
Eine Wandung des Gasspeichervolumens
An der Isolierstoffdüse
In der vorliegenden Ausgestaltung wurde die axiale Erstreckung der Barriere
Um ein Aus- und Übertreten von Schaltgas aus der Barriere
Die in den Figuren in dem Kanal
Im Folgenden soll anhand der
Die
Nunmehr besteht die Möglichkeit, das in seinem Druck erhöhte Gas aus dem Gasspeichervolumen
In der
Die
Die Barriere
Die
Bei der in der
Die in den
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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