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Die Erfindung betrifft eine Anordnung aufweisend eine Leistungsschalterunterbrechereinheit mit einer zwischen einem ersten und einem zweiten Lichtbogenkontaktstück angeordneten Schaltstrecke und einem einerseits in der Schaltstrecke und andererseits in einer Schaltgasausströmöffnung der Leistungsschalterunterbrechereinheit mündenden Schaltgaskanal, welcher zumindest abschnittsweise von einem ersten und einem zweiten Rohrabschnitt, die einander in axialer Richtung in einem Überlappungsabschnitt überlappen begrenzt ist und in ihren Mantelflächen jeweils Entlastungsöffnungen aufweisen.
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Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 1 889 068 bekannt. Dort ist eine Leistungsschalterunterbrechereinheit als Rohrlöschkammer bezeichnet, welche zwischen Lichtbogenkontaktstücken eine Schaltstrecke aufweist. Um in der Schaltstrecke generiertes Schaltgas nach außen treten zu lassen, ist die dortige Anordnung mit einem Schaltgaskanal ausgestattet, welcher einerseits in der Schaltstrecke und andererseits in einer Schaltgasauströmöffnung der dortigen Rohrlöschkammer mündet. Der Schaltgaskanal ist abschnittsweise von mehreren Rohrabschnitten begrenzt, die in einer axialen Richtung einander überlappen und einen Überlappungsabschnitt bilden. In den Mantelflächen der Rohrabschnitte sind jeweils Entlastungsöffnungen angeordnet.
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Dabei ist bei der bekannten Anordnung die Verwendung einer Vielzahl von Rohrabschnitten vorgesehen, welche jeweils eine Anzahl von Entlastungsöffnungen aufweisen, die jeweils in axialer Richtung fluchtend in der jeweiligen Mantelfläche angeordnet sind. Die Rohrabschnitte sind koaxial zu einer Achse angeordnet, wobei die Entlastungsöffnungen der einzelnen Rohrabschnitte um die Achse zueinander verdreht sind. Ein unmittelbares Übertreten von Schaltgas aus einer Entlastungsöffnung in eine andere Entlastungsöffnung ist verhindert. So wird auch ein häufiges Umlenken des Schaltgases erzwungen. Damit wird zwar eine gute Verwirbelung des Schaltgases erzielt, jedoch erhöht sich damit auch der Strömungswiderstand des Schaltgaskanals.
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Ein hoher Strömungswiderstand steht einem raschen Ableiten großer Schaltgasmengen entgegen.
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Insofern ergibt sich als Aufgabe der Erfindung eine Anordnung mit einer Leistungsschalterunterbrechereinheit derart auszubilden, dass Schaltgas effizient abgeführt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass frei durchgängige Entlastungsöffnungen in dem ersten und in dem zweiten Rohrabschnitt zueinander axial versetzt angeordnet sind.
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Eine Leistungsschalterunterbrechereinheit ist der Teil eines elektrischen Schaltgerätes. Die Leistungsschalterunterbrechereinheit weist Aktivteile des elektrischen Schaltgerätes auf, um einen elektrischen Strom zu unterbrechen bzw. einen elektrischen Strom einzuschalten. Die Leistungsschalterunterbrechereinheit weist dazu beispielsweise Lichtbogenkontaktstücke auf, an welchen typischerweise bei Schaltvorgängen entstehende Einschalt- oder Ausschaltlichtböen geführt sind. Neben den Lichtbogenkontaktstücken können weiterhin auch Nennstromkontaktstücke vorgesehen sein, so dass die Funktionalität eines Stromführens sowie eines Lichtbogenführens auf die Nennstromkontaktstücke bzw. die Lichtbogenkontaktstücke aufgeteilt ist. Zwischen den Lichtbogenkontaktstücken ist eine Schaltstrecke ausgebildet, innerhalb welcher ein Ausschalt- bzw. Einschaltlichtbogen geführt ist. Die Schaltstrecke dient einem Herbeiführen einer galvanischen Kontaktierung der Lichtbogenkontaktstücke bzw. einer Trennung der Lichtbogenkontaktstücke. Die Lichtbogenkontaktstücke sind dazu relativ zueinander bewegbar ausgeführt. Der Schaltgaskanal mündet dabei in der Schaltstrecke, so dass in der Schaltstrecke entstehendes Schaltgas aus der Schaltstrecke abgeführt werden kann. Mangels eines solchen Schaltgaskanals könnte es bei einem generieren von Schaltgas in der Schaltstrecke zu einer unerwünschten Druckerhöhung kommen, die schlussendlich zu einer Zerstörung der Leistungsschalterunterbrechereinheit führen könnte. Schaltgas kann beispielsweise aufgrund der thermischen Wirkung eines Lichtbogens aus einem Isolierfluid generiert werden. Weiterhin kann das Schaltgas auch durch ein Verdampfen von Feststoffen wie Isolierwerkstoffen oder Leiterwerkstoffen erzeugt werden. Das Schaltgas ist üblicherweise in seiner Temperatur überhöht und erfährt aufgrund der Temperaturüberhöhung auch eine Volumenvergrößerung.
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In der Schaltstrecke ist beispielsweise ein elektrisch isolierendes Fluid befindlich, welches die Schaltstrecke durchströmt und die elektrisch aktiven Teile der Unterbrechereinheit umgibt. Das elektrisch isolierende Fluid dient dabei einem elektrischen Isolieren der Aktivteile und durchströmt die Leistungsschalterunterbrechereinheit. Ein derartiges Fluid weist den Vorteil auf, dass nach einem Auftreten eines Lichtbogens ein Lichtbogenkanal selbsttätig wieder mit unkontaminiertem elektrisch isolierendem Fluid befüllt wird. Man spricht von einer sogenannten selbstheilenden elektrischen Isolation. Als elektrisch isolierendes Fluid sind beispielsweise elektrisch isolierende Gase oder elektrisch isolierende Flüssigkeiten wie Öle, Ester etc. einsetzbar. Als geeignete elektrisch isolierende Gase haben sich Schwefelhexafluorid, Stickstoff sowie Gemische mit diesen Gasen erwiesen. Vorteilhafterweise sollte das elektrisch isolierende Fluid unter einem Überdruck stehend die Leistungsschalterunterbrechereinheit umspülen. Durch den Überdruck wird die elektrische Isolationsfestigkeit des Fluids heraufgesetzt.
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Der Schaltgaskanal mündet in der Schaltstrecke und verbindet die Schaltstrecke mit einer Schaltgasausströmöffnung, welche sich in der Peripherie der Leistungsschalterunterbrechereinheit befindet. Damit kann in der Schaltstrecke befindliches unter Überdruck stehendes Schaltgas über den Schaltgaskanal durch die Unterbrechereinheit hindurch auf einem definierten Weg bis zu einer Schaltgasausströmöffnung geleitet werden, um dort in die Umgebung der Leistungsschalterunterbrechereinheit abzuströmen. Die Umgebung der Leistungsschalterunterbrechereinheit ist beispielsweise mit einem Fluid befüllt, mit welchem das aus der Schaltgasausströmöffnung ausströmende Schaltgas verwirbelt und vermischt werden kann. Dieses Fluid kann mit dem innerhalb der Leistungsschalterunterbrechereinheit befindlichen Fluid identisch sein und mit diesen in Verbindung stehen. Der Schaltgaskanal kann innerhalb der Leistungsschalterunterbrechereinheit beispielsweise innerhalb eines Überlappungsabschnittes geführt werden, welcher durch Überlappung zweier Rohrabschnitte gebildet ist. Der Überlappungsabschnitt erstreckt sich in einer axialen Richtung. Dabei weist ein erster Rohrabschnitt einen kleineren Querschnitt auf als ein zweiter Rohrabschnitt, so dass außenmantelseitig am inneren ersten Rohrabschnitt und innenmantelseitig am äußeren zweiten Rohrabschnitt ein ringförmiger Abschnitt des Schaltgaskanals begrenzt ist, welcher dem Führen und Lenken von Schaltgas dienen kann. Somit weist der Schaltgaskanal im Überlappungsbereich der Rohrabschnitte einen ringförmigen Querschnitt auf. Vorteilhafterweise sollten die Rohrabschnitte jeweils ähnliche Querschnitte aufweisen, so dass ein ringförmiger Querschnitt mit parallel verlaufenden Körperkanten gebildet ist. Vorzugsweise sollten die Rohrabschnitte jeweils kreisringförmige Querschnitte aufweisen, so dass der im Überlappungsbereich begrenzte Abschnitt des Schaltgaskanals einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist. Die Rohrabschnitte sollten im Bereich ihrer Überlappung einander ähnliche Querschnitte aufweisen. Durch eine Anordnung von Entlastungsöffnung in den Mantelflächen der Rohrabschnitte ist die Möglichkeit gegeben, neben einem axialen Führen von Schaltgas innerhalb der Rohrabschnitte auch ein radiales Abströmen des Schaltgases durch die Wandungen der Rohrabschnitte hindurch zu ermöglichen. Ein axialer Versatz der Entlastungsöffnungen im ersten und im zweiten Rohrabschnitt zueinander, ermöglicht ein radiales Austreten von Schaltgas durch die Entlastungsöffnungen hindurch, wobei ein direktes Austreten von Schaltgas aus einer Entlastungsöffnung des einen Rohrabschnittes in eine Entlastungsöffnung des anderen Rohrabschnittes verhindert ist. So ist sichergestellt, dass eine Entlastungsöffnung, die frei durchgängig ist, von einer Wandung des anderen Rohrabschnittes überspannt ist. Weiter ist sichergestellt, dass das Schaltgas vor einem Einströmen in eine Entlastungsöffnung radial umgelenkt wird, oder dass das Schaltgas nach einem Austreten aus einer Entlastungsöffnung axial umgelenkt wird. In einer Projektion in Richtung einer Durchtrittsrichtung einer Entlastungsöffnung ist so stets eine Überdeckung durch eine Wandung des jeweils anderen Rohrabschnittes gegeben. So ist in Durchtrittsrichtung vor/hinter jeder frei durchgängigen Entlastungsöffnung eine Prallfläche gegeben. Damit wird ein effektives Verwirbeln und Durchmischen des Schaltgases mit innerhalb des Schaltgaskanals befindlichem Isolierfluid sichergestellt. Ein axialer Versatz kann dabei derart ausgestaltet sein, dass über nahezu die gesamte Länge der Rohrabschnitte jeweils Entlastungsöffnungen angeordnet sind, wobei durch ein bedarfsweises Verschließen einzelner Entlastungsöffnungen ein axialer Versatz erzwungen wird. Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, dass eine Gruppe von Entlastungsöffnungen im ersten bzw. im zweiten Rohrabschnitt axial beabstandet zu einer Gruppe von Entlastungsöffnungen im zweiten bzw. im ersten Rohrabschnitt angeordnet ist.
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Durch einen axialen Versatz ist ein Abströmen von Schaltgas in radiale Richtungen ermöglicht, so dass vergrößerte Schaltgasmengen durch den Schaltgaskanal hindurch innerhalb kurzer Zeitintervalle hindurchgeschleust werden können, wobei trotz einer Verwirbelung und Umlenkung des Schaltgases der Strömungswiderstand nur eine begrenzte Strömungswiderstandserhöhung erfährt. Es kann vorgesehen sein, dass die frei durchgängigen Entlastungsöffnungen sich in axialer Abfolge mehrfach wechselweise im ersten und im zweiten Rohrabschnitt befinden. Es kann auch vorgesehen sein, dass an den Rohrabschnitten lediglich an einem stirnseitigen Ende des Überlappungsabschnittes der eine Rohrabschnitt frei durchgängige Entlastungsöffnungen aufweist, wohingegen der andere Rohrabschnitt am anderen stirnseitigen Ende des Überlappungsbereiches frei durchgängige Entlastungsöffnungen aufweist. An den stirnseitigen Enden können jeweils Gruppen von frei durchgängigen Entlastungsöffnungen im ersten oder im zweiten Rohrabschnitt befindlich sein.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass bezüglich der axialen Richtung innerhalb des Überlappungsabschnittes auf einer azimutalen Bahn jeweils nur einer der Rohrabschnitte frei durchgängige Entlastungsöffnungen aufweist.
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Durch die Definition einer oder mehrerer azimutaler Bahnen bezüglich der axialen Richtung, zu welcher beispielsweise auch hohlzylindrisch ausgeformte Rohrabschnitte jeweils koaxial angeordnet sein können sowie einem Zulassen von durchgängigen Entlastungsöffnungen jeweils nur an einem der beiden Rohrabschnitte, ist die Gewähr gegeben, dass radial fluchtenden Entlastungsöffnungen in den beiden Rohrabschnitten verhindert sind. Damit wird eine Prallwand über/vor einer jeweilig durchgängigen Entlastungsöffnung zur Verfügung gestellt, an welcher aus einer Entlastungsöffnung austretendes Schaltgas umgelenkt wird bzw. ein Einströmen von Schaltgas in eine Entlastungsöffnung unter Änderung der Strömungsrichtung erfolgt. Somit ist ein effektives Verwirbeln und Kühlen des Schaltgases ermöglicht. Weiterhin ist so die Möglichkeit gegeben, mehrere Entlastungsöffnungen auf der azimutalen Bahn innerhalb eines Rohrkörpers zuzulassen und so ein Umlenken von Schaltgas in viele radiale Richtungen auf der azimutalen Bahn zu ermöglichen. Damit kann ein großer Gesamtquerschnitt durch mehrere Entlastungsöffnungen zur Verfügung gestellt werden, um große Volumina von Schaltgas durch den Schaltgaskanal hindurchströmen zu lassen und dabei eine günstige Kühlung zu bewirken. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass in den beiden einander umgreifenden Rohrabschnitten mehrere azimutale Bahnen angeordnet sind, welche ein radiales Ausströmen von Schaltgas ermöglichen. Diese azimutalen Bahnen können in axialer Richtung versetzt zueinander wechselnd in dem ersten oder dem zweiten Rohrabschnitt angeordnet sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Gruppen von Entlastungsöffnungen im ersten bzw. im zweiten Rohrabschnitt axial versetzt zueinander angeordnet sind, so dass ein Umlenken des Schaltgases in radialer Richtung am ersten Rohrabschnitt erzwungen wird und anschließend ein weiteres Lenken des Schaltgases in axialer Richtung erfolgt, um dann anschließend wiederum in radialer Richtung durch die Entlastungsöffnung des zweiten Rohrabschnittes strömen zu können.
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Neben der Verwendung zweier einander umgreifender Rohrabschnitte, die innerhalb eines Überlappungsabschnittes einen Schaltgaskanal mantelseitig begrenzen, kann auch eine Verwendung einer darüber hinausgehenden Anzahl von einander überlappenden Rohrabschnitten vorgesehen sein, so dass mehrere schalenartig aufeinander folgende Abschnitte des Schaltgaskanals gegeben sind, welche im selben axial erstreckenden Überlappungsbereich radial aufeinander abfolgen. Entsprechend kann bei einer Verwendung von mehr als zwei Rohrabschnitten der axiale Versatz von frei durchgängigen Entlastungsöffnungen sich auf die unmittelbar benachbart zueinander liegenden Rohrabschnitte beziehen, welche gemeinsam einen Abschnitt eines Schaltgaskanals begrenzen. Weitere nicht unmittelbar benachbarte Rohrabschnitte können gegebenenfalls fluchtend auf derselben azimutalen Bahn angeordnete Entlastungsöffnung aufweisen, wobei durch einen dazwischen liegenden Rohrabschnitt, welcher zu den beiden anderen Rohrabschnitten jeweils unmittelbar benachbart angeordnet sein kann, eine Prallwand gebildet ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass zumindest in einem der Rohrabschnitte eine insbesondere mehrere Entlastungsöffnungen von einem Armaturkörper verschlossen sind.
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Durch die Verwendung eines Armaturkörpers ist es möglich, Entlastungsöffnungen in zumindest einem der Rohrabschnitte zu verschließen. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass je nach erwarteten Schaltgasvolumina bzw. nach zu erzielender Kühlleistung eine unterschiedliche Anzahl von Entlastungsöffnungen wirksam sein sollen. Durch die Nutzung von Armaturkörpern ist es möglich, die freie Durchgängigkeit von Entlastungsöffnungen einzuschränken und lediglich eine begrenzte Anzahl von Entlastungsöffnungen in der Leistungsschalterunterbrechereinheit arbeiten zu lassen. Durch die Anpassung der Armaturkörper ist es möglich, bei gleichbleibenden Rohrabschnitten deren Kühlleistung durch veränderliche Abdeckung bzw. durch ein veränderliches Abdecken von Entlastungsöffnungen zu variieren. Weiterhin kann durch ein Abdecken von Entlastungsöffnungen der Strömungsverlauf von Schaltgas innerhalb des Schaltgaskanals gesteuert werden. Als Armaturkörper können beispielsweise ringförmige Körper Verwendung finden, welche auf/bzw. in die Rohrabschnitte geschoben werden, so dass zumindest ein bzw. insbesondere beide Rohrabschnitte abschnittsweise von einem oder mehreren ringförmigen Körpern abgedeckt sind. Dabei ist der Querschnitt der Rohrkörper möglichst formkomplementär zu dem jeweiligen Rohrabschnitt auszuwählen. So kann ein Armaturkörper beispielsweise außenmantelseitig auf einem Rohrabschnitt aufsitzen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass ein Armaturkörper innenmantelseitig in einen Rohrkörper eingeschoben wird. Durch die Formkomplementarität ist ein bündiges Anliegen der Armaturkörper an dem jeweiligen Rohrabschnitt gegeben, so dass ein möglichst dichtender Abschluss und Verschluss von Entlastungsöffnungen erfolgt. Durch ein variieren der Dimension der Armaturkörper kann die Anzahl von verschlossenen Entlastungsöffnungen variiert werden. Weiterhin kann die Lage des Armaturkörpers relativ zum Rohrkörper variieren. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Armaturkörper einem Halten bzw. Positionieren eines Rohrabschnittes an der Leistungsschalterunterbrechereinheit dient.
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Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Rohrabschnitte jeweils endseitig von einem Armaturkörper umgriffen sind und die Armaturkörper aus entgegengesetzten Richtungen in den Überlappungsabschnitt derart hineinragen, dass die Armaturkörper an einer gemeinsamen um die axiale Richtung umlaufenden Bahn enden.
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Die Armaturkörper können beispielsweise an den beiden Rohrabschnitten jeweils endseitig angeordnet werden, wobei die Armaturkörper dabei einem Halten und Positionieren der Rohrabschnitte dienen können. Somit ist es möglich, die beiden Rohrabschnitte beispielsweise mittels der Armaturkörper zueinander koaxial auszurichten und den Verlauf des Schaltgaskanals festzulegen. Sind die Rohrabschnitte nunmehr jeweils endseitig mit Armaturkörpern ausgestattet, wobei die Armaturkörper jeweils an entgegengesetzten Enden bezüglich der axialen Richtung der Rohrkörper angeordnet sind, so ist die Möglichkeit gegeben, einen Entlastungsöffnungen verschließenden Bereich der Armaturkörper von entgegengesetzten Enden in einen zwischen den Enden der Rohrkörper angeordneten, mittigen Bereich des Überlappungsabschnittes zulaufen zu lassen. Damit sind jeweils entgegengesetzt zueinander ausgerichtete Enden, nämlich jeweils Endseiten der Rohrabschnitte durch die Armaturkörper überspannt bzw. abgedeckt, so dass lediglich die nicht von den Armaturkörpern abgewandten Abschnitte der Rohrkörper mit den dort befindlichen Entlastungsöffnungen einem radialen Durchtreten von Schaltgas dienen können. Die umlaufende Bahn kann um die axiale Richtung in sich geschlossen umlaufen und verschiedene Formen aufweisen. Beispielsweise kann die Bahn eine Kreisform, eine elliptische Form, eine gewellte Form, eine Sägezahnform etc. aufweisen. Die Armaturkörper stoßen aus entgegengesetzten Richtungen formkomplementär gegen diese Bahn und enden an ihr. Die Bahn kann beispielsweise azimutal umlaufen. Aufgrund der Beabstandung der Rohrkörper zueinander ist ein aneinanderstoßen der Bahn jeweils lediglich in einer Projektion quer, insbesondere radial zur axialen Richtung festzustellen. Die Bahn stellt somit eine virtuelle formkomplementäre Stoßkante dar. Schaltgas kann so im Bereich der umlaufenden Bahn auf kurzem Weg aus einer Entlastungsöffnung des einen Rohrabschnittes in eine Entlastungsöffnung des anderen Rohrabschnittes übertreten, wobei die Schaltgasströmung bei einem Übertritt eine axiale Strömungsrichtung aufgeprägt wird. Somit ist bei einem Aneinanderstoßen an einer Bahn die Möglichkeit gegeben, das Schaltgas beispielsweise zunächst innerhalb des ersten Rohrabschnittes zentrisch zu führen, da das Schaltgas aufgrund des Abdeckens der Entlastungsöffnungen mittels eines Armaturkörpers zunächst nicht in radiale Richtungen umgeleitet werden kann und erst an dem darauf folgenden Abschnitt in radiale Richtung umströmen kann. Ein weiteres radiales Strömen des Schaltgases wird durch den zweiten Rohrabschnitt bzw. durch den Armaturkörper, welcher im zweiten Rohrabschnitt befindliche Entlastungsöffnungen überdeckt, verhindert. So wird zunächst wiederum ein axiales Strömen erzwungen. Entsprechend kann nach einem Passieren der Abdeckung des zweiten Armaturkörpers wiederum ein radiales Umlenken durch Entlastungsöffnungen innerhalb des zweiten Rohrkörpers vorgesehen sein. Somit kann ein Umlenken des Schaltgases um 180° erzwungen werden, wobei der Schaltgaskanal einen mäandrierenden Verlauf aufweist.
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Durch die Verwendung von Armaturkörpern ist es möglich, beispielsweise durchgehend Entlastungsöffnungen aufweisende Rohrkörper mittels der Armaturkörper teilweise abzudecken, wobei die Armaturkörper jeweils in axialer Richtung nur einen Teil des gesamten Überlappungsabschnittes der beiden Rohrabschnitte überspannen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass zumindest einer der Rohrabschnitte ein Lochblech mit symmetrisch in dem Rohrabschnitt liegenden Entlastungsöffnungen aufweist.
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Die Nutzung von Lochblechen ermöglicht es, Rohrkörper standardisiert auszuformen und in deren Mantelfläche ein möglichst symmetrisches Verteilen einer Vielzahl von Entlastungsöffnungen vorzunehmen. Beispielsweise können Entlastungsöffnungen das Lochblech gitterartig strukturieren, so dass zwischen den Entlastungsöffnungen eine Vielzahl einander kreuzender Stege entstehen, welche eine Verwindungssteifheit des Rohrkörpers sicherstellen. Beispielsweise können die Entlastungsöffnungen jeweils auf azimutale Bahnen symmetrisch verteilt angeordnet sein, wobei die Entlastungsöffnungen in axialer Richtung linear fluchtend ausgerichtet sind. In diesem Falle kreuzen die Stege sich rechtwinklig. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Verteilung von Entlastungsöffnungen auf unmittelbar benachbarten azimutalen Bahnen versetzt zueinander erfolgt. In diesem Falle kreuzen die Stege sich nicht rechtwinklig. Ein Rohrkörper kann beispielsweise durch Rollen, Abkanten etc. einer Lochblechplatte geformt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Leistungsschalterunterbrechereinheit von einem Kapselungsgehäuse umgeben ist.
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Die Anordnung einer Leistungsschalterunterbrechereinheit innerhalb eines Kapselungsgehäuses ermöglicht es, das Kapselungsgehäuse fluiddicht auszugestalten, so dass ein die Leistungsschalterunterbrechereinheit umspülendes bzw. durchspülendes elektrisch isolierendes Fluid eingekapselt ist und ein sporadisches Verflüchtigen dieses elektrisch isolierenden Fluides weitestgehend unterdrückt ist. Das Kapselungsgehäuse stellt somit eine Barriere für das elektrisch isolierende Fluid dar und kann auch als druckfestes Kapselungsgehäuse ausgebildet sein, so dass im Inneren des Kapselungsgehäuses eingeschlossenes elektrisch isolierendes Fluid auch mit einem gegenüber der Umgebung des Kapselungsgehäuses erhöhten Druck beaufschlagt werden kann. Das Kapselungsgehäuse umgibt die Leistungsschalterunterbrechereinheit, wobei das Innere des Kapselungsgehäuses die Umgebung der Leistungsschalterunterbrechereinheit definiert. Der Schaltgaskanal, welcher die Schaltstrecke mit einer Umgebung der Leistungsschalterunterbrechereinheit verbindet, stellt somit eine Verbindung der Schaltstrecke über den Schaltgaskanal sowie die Schaltgasausströmöffnung mit dem Inneren des hermetisch abschließenden Kapselungsgehäuse dar. Damit ist eine Möglichkeit gegeben, aus dem Innern der Leistungsschalterunterbrechereinheit Schaltgas relativ schnell in die Umgebung der Leistungsschalterunterbrechereinheit abströmen zu lassen und das Schaltgas auf diesem Weg bereits vorzukühlen, so dass außerhalb der Leistungsschalterunterbrechereinheit innerhalb des Kapselungsgehäuses ein weiteres Verwirbeln, Vermischen und Kühlen des bereits vorgekühlten Schaltgases mit dem in dem Kapselungsgehäuse befindlichen elektrisch isolierenden Fluid erfolgen kann.
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Das Kapselungsgehäuse sollte dabei derart ausgeführt sein, dass Phasenleiter elektrisch isoliert durch das Kapselungsgehäuse hindurch in das Innere desselben eingeführt werden können, um dort mit den Lichtbogenkontaktstücken kontaktiert zu sein, so dass ein Strompfad unterbrochen bzw. eingeschaltet werden kann, wobei sich die Anordnung mit der Leistungsschalterunterbrechereinheit in einem Elektroenergieübertragungsnetzwerk befindet. Die Leistungsschalterunterbrechereinheit sollte dabei elektrisch isolierend am Kapselungsgehäuse abgestützt sein. Dazu kann das Kapselungsgehäuse zumindest abschnittsweise selbst beispielsweise elektrisch isolierend ausgeführt sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Kapselungsgehäuse zumindest abschnittsweise aus elektrisch leitfähigem vorzugsweise Erdpotential führenden Material gebildet ist, wobei gegenüber diesen elektrisch leitfähigen Abschnitten die Leistungsschalterunterbrechereinheit beispielsweise mittels Stützisolatoren elektrisch isoliert abgestützt sein sollte.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiels der Erfindung schematisch in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgende näher beschrieben.
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Dabei zeigt die
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Figur einen Schnitt durch eine Anordnung mit einer Leistungsschalterunterbrechereinheit, die in einem Kapselungsgehäuse angeordnet ist.
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Die Figur zeigt eine teilweise freigeschnittene Anordnung mit einer Leistungsschalterunterbrechereinheit, welche innerhalb eines Kapselungsgehäuses 1 angeordnet ist. Das Kapselungsgehäuse 1 weist vorliegend einen metallischen Gusskörper auf, welcher Erdpotential führt. Das Innere des Kapselungsgehäuses 1 ist mit einem elektrisch isolierenden Fluid, vorzugsweise einem elektrisch isolierenden Gas wie Schwefelhexafluorid oder Stickstoff oder einem Gemisch mit den Gasen befüllt. Das elektrisch isolierende Fluid ist dabei mit Überdruck beaufschlagt. Aufgrund der hermetisch abschließenden Ausbildung des Kapselungsgehäuses 1 ist ein sporadisches Verflüchtigen des unter Überdruck stehenden elektrisch isolierenden Fluides nur erschwert möglich.
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Das Kapselungsgehäuse 1 erstreckt sich im Wesentlichen rohrförmig koaxial zu einer Längsachse 2, wobei die Stirnseiten des Kapselungsgehäuses 1 durch haubenförmige Verschlusselemente verschlossen sind. Die Längsachse 2 definiert eine axiale Richtung. Weiterhin weist das Kapselungsgehäuse 1 Anschlussflansche auf, von denen in der Figur ein exemplarischer Anschlussflansch 3 dargestellt ist. Mittels der Anschlussflansche ist es möglich, Zugriff in das Innere des Kapselungsgehäuses 1 zu erlangen, wobei unter Betriebsbedingungen sämtliche Anschlussflansche fluiddicht verschlossen sind.
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Im Innern des Kapselungsgehäuses 1 erstreckt sich im Wesentlichen koaxial zur Längsachse 2 eine Leistungsschalterunterbrechereinheit. Die Leistungsschalterunterbrechereinheit weist ein erstes Lichtbogenkontaktstück 4 sowie ein zweites Lichtbogenkontaktstück 5 auf. Die beiden Lichtbogenkontaktstücke 4, 5 sind gegengleich ausgeformt und längs der Längsachse 2 verschieblich, wobei die Lichtbogenkontaktstücke 4, 5 im Wesentlichen koaxial zu der Längsachse 2 ausgerichtet sind. Das erste Lichtbogenkontaktstück 4 ist bolzenförmig ausgeformt. Das zweite Lichtbogenkontaktstück 5 ist gegengleich buchsenförmig ausgeformt. Dem ersten Lichtbogenkontaktstück 4 ist ein erstes Nennstromkontaktstück 6 zugeordnet. Dem zweiten Lichtbogenkontaktstück 5 ist ein zweites Nennstromkontaktstück 7 zugeordnet. Die beiden Nennstromkontaktstücke 6, 7 sind koaxial zu den beiden Lichtbogenkontaktstücken 4, 5 angeordnet und weisen formkomplementäre Kontaktbereiche auf. Das erste Lichtbogenkontaktstück 4 und das zweite Nennstromkontaktstück 7 sowie das zweite Lichtbogenkontaktstück 5 sowie das zweite Nennstromkontaktstück 7 sind dauerhaft elektrisch leitend miteinander kontaktiert, so dass das erste Lichtbogenkontaktstück 4 sowie das erste Nennstromkontaktstück 6 und das zweite Lichtbogenkontaktstück 5 sowie das zweite Nennstromkontaktstück 7 dauerhaft das gleiche elektrische Potential führen.
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Die beiden Lichtbogenkontaktstück 4, 5 sind relativ zu der Längsachse 2 verschieblich angeordnet. Dazu ist vorgesehen, dass das erste Lichtbogenkontaktstück 4 mit einem Getriebe 8 ausgestattet ist, so dass die beiden Lichtbogenkontaktstücke 4, 5 stets mit entgegengesetztem Richtungssinn bewegbar sind. Das erste Nennstromkontaktstück 6 ist bezüglich der Längsachse 2 nicht verschieblich gelagert. Lediglich das zweite Nennstromkontaktstück 7 ist längs der Längsachse 2 verschieblich angeordnet. Eine Relativbewegung der Lichtbogenkontaktstücke 4, 5 sowie der Nennstromkontaktstücke 6, 7 zueinander ist dabei derart synchronisiert, dass bei einem Einschaltvorgang zunächst die Lichtbogenkontaktstücke 4, 5 einander kontaktieren und darauf folgend die Nennstromkontaktstücke 6, 7 einander kontaktieren. Bei einem Ausschaltvorgang erfolgt zunächst eine Trennung der Nennstromkontaktstücke 6, 7 wohingegen darauf zeitlich folgend eine Trennung der Lichtbogenkontaktstücke 4, 5 erfolgt. Durch eine derartige Synchronisierung der Bewegungen von Lichtbogenkontaktstücken 4, 5 sowie Nennstromkontaktstücken 6, 7 ist sichergestellt, dass ein Lichtbogen vorzugsweise zwischen den Lichtbogenkontaktstücken 4, 5 geführt wird. Ein Lichtbogen kann dabei ein Einschaltlichtbogen oder auch ein Ausschaltlichtbogen sein, welcher gegebenenfalls bei einem Einschalt- bzw. bei einem Ausschaltvorgang zündet. Damit schützen die Lichtbogenkontaktstücke 4, 5 die Nennstromkontaktstücke 6, 7 vor Erosion durch einen Lichtbogen.
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Koaxial zu den beiden Lichtbogenkontaktstücken 4, 5 ist eine Isolierstoffdüse 9 angeordnet. Die Isolierstoffdüse 9 ist mit dem zweiten Lichtbogenkontaktstück 5 winkelstarr verbunden und weist einen Isolierstoffdüsenkanal auf. Der Isolierstoffdüsenkanal begrenzt eine zwischen den Lichtbogenkontaktstücken 4, 5 ausgebildete Schaltstrecke 10. Im ausgeschalteten Zustand, wie in der Figur gezeigt, ragt das erste Lichtbogenkontaktstück 4 zumindest teilweise in den Isolierstoffdüsenkanal der Isolierstoffdüse 9 hinein. Bei einem Schaltvorgang kommt es so vorzugsweise zu einem Führen eines Lichtbogens begrenzt von der Isolierstoffdüse 9 in der Schaltstrecke. Durch einen Lichtbogen generiertes, erhitztes und in seinem Volumen vergrößertes Schaltgas strömt vorzugsweise aus der Schaltstrecke 10 in Richtung des ersten Lichtbogenkontaktstückes 4 ab. Um ein Abströmen in diese Richtung zu befördern, ist der Isolierstoffdüsenkanal der Isolierstoffdüse 9 trichterförmig in Richtung des ersten Lichtbogenkontaktstückes 4 erweitert ausgeformt.
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Das erste Nennstromkontaktstück 6 ist von einem Rohrstutzen 11 getragen. Der Rohrstutzen 11 umgibt das erste Lichtbogenkontaktstück 4. In den Rohrstutzen 11 ragt auch das von dem zweiten Lichtbogenkontaktstück 5 abgewandte freie Ende der Isolierstoffdüse 9 hinein. In der Schaltstrecke 10 mündet ein Schaltgaskanal, welcher im Anschluss an die Isolierstoffdüse 9 über den Rohrstutzen 11 in axialer Richtung fortgeführt ist. Der Rohrstutzen 11 bildet somit einen koaxial zur Längsachse 2 liegenden Abschnitt des Schaltgaskanals, wobei in diesen Abschnitt des Schaltgaskanals das erste Lichtbogenkontaktstück 4 sowie das Getriebe 8 hineinragen. An den Rohrstutzen 11 schließt sich ein erster Rohrabschnitt 12 an. Der erste Rohrabschnitt 12 ist hohlzylindrisch ausgeformt, wobei seine Mantelflächen von Entlastungsöffnungen durchsetzt sind. Der erste Rohrabschnitt 12 sowie Teile des Rohrstutzens 11 sind von einem zweiten Rohrabschnitt 13 umgriffen. Auch der zweite Rohrabschnitt 13 weist über nahezu seine gesamte Länge mantelseitig Entlastungsöffnungen auf. Sowohl der erste Rohrabschnitt 12 als auch der zweite Rohrabschnitt 13 sind ihrerseits von einem dritten Rohrabschnitt 14 umgeben, wobei der dritte Rohrabschnitt 14 als Phasenleiter zur Kontaktierung des ersten Lichtbogenkontaktstückes 4 sowie des ersten Nennstromkontaktstückes 6 dient und sowohl das erste Lichtbogenkontaktstück 4 als auch das erste Nennstromkontaktstück 6 sowie umschlossene Bauteile, wie z. B. den ersten und zweiten Rohrabschnitt 12, 13, positioniert. Der dritte Rohrabschnitt 14 ist beispielsweise über einen Stützisolator 15 am Kapselungsgehäuse 1 elektrisch isoliert abgestützt. Weiterhin weist der dritte Rohrabschnitt 14 mantelseitig eine radial nach außen ragende Steckbuchse 16 auf. Mittels dieser Steckbuchse 16 kann der dritte Rohrabschnitt 14 über einen durch den exemplarischen Anschlussflansch 3 elektrisch isoliert in das Innere des Kapselungsgehäuses eingeleiteten Anschlussphasenleiter elektrisch kontaktiert werden. Dazu kann beispielsweise auf den exemplarischen Anschlussflansch 3 eine elektrisch isolierend wirkende und fluiddicht ausgeführte Freiluftdurchführung aufgesetzt werden. Damit ist es möglich, die Leistungsschalterunterbrechereinheit unter Freiluftbedingungen in ein Elektroenergieübertragungsnetz einzubinden.
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Das Innere des dritten Rohrabschnittes 14 ist durch den zweiten Rohrabschnitt 13 sowie durch den ersten Rohrabschnitt 12 in mehrere einander umgreifende hohlzylindrische Teilvolumina aufgeteilt. Zwischen dem ersten Rohrabschnitt 12 und dem zweiten Rohrabschnitt 13 ist ein erstes hohlzylindrisches Teilvolumen 17 angeordnet. Zwischen dem zweiten Rohrabschnitt 13 und dem dritten Rohrabschnitt 14 ist ein zweites hohlzylindrisches Teilvolumen 18 angeordnet. Die beiden hohlzylindrischen Teilvolumina 17, 18 umgeben ein zentrisch positioniertes, von dem ersten Rohrabschnitt 12 umgriffenes zentrales Zylindervolumen 19.
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Das der Schaltstrecke 10 zugewandte Ende des ersten Rohrabschnittes 12 ist stirnseitig bündig mit dem Rohrstutzen 11 verbunden. Das von der Schaltstrecke 10 abgewandte Ende des ersten Rohrabschnittes 12 ist mit einem Verschlusselement 20 stirnseitig verschlossen. Das Verschlusselement 20 dient als Umlenkkörper, um in axialer Richtung längs der Längsachse 2 aus der Schaltstrecke 10 in den Schaltgaskanal einströmendes Schaltgas in radiale Richtungen umzulenken. An seinem der Schaltstrecke 10 zugewandten Ende ist der erste Rohrabschnitt 12 von einem Armaturkörper 21 umgriffen. Der Armaturkörper 21 dient einem Verbinden des ersten Rohrabschnittes 12 mit dem Rohrstutzen 11 und umgreift den Rohrkörper dazu außenmantelseitig. Der Armaturkörper 21 ist dabei derart weit hohlzylindrisch auf die äußere Kontur des ersten Rohrabschnittes 12 aufgeschoben, dass nahezu die Hälfte des ersten Rohrabschnittes 12 von dem Armaturkörper 21 überspannt und in diesem Abschnitt liegende Entlastungsöffnungen durch den Armaturkörper 21 verschlossen sind. Der Armaturkörper 21 endet an einer azimutalen Bahn 22. Der nicht von dem Armaturkörper 21 überspannte Bereich des ersten Rohrabschnittes 12, weist an seinem von der Schaltstrecke 10 abgewandten Ende frei durchgängige Entlastungsöffnungen auf, die ein radiales Umlenken von Schaltgas ermöglichen.
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Der zweite Rohrabschnitt 13 ist ebenfalls von einem Armaturkörper 23 gehalten. Der Armaturkörper 23 ist dabei an dem von der Schaltstrecke 10 abgewandten Ende des zweiten Rohrabschnittes 13 angeordnet und umgreift den zweiten Rohrabschnitt 13 außenmantelseitig, wobei sich der Armaturkörper 23 in Richtung der Schaltstrecke 10 erstreckend, außenmantelseitig bündig an den zweiten Rohrabschnitt 13 anlegt und dort befindliche Entlastungsöffnungen verschließt. Der Armaturkörper 23 erstreckt sich dabei in Richtung der Schaltstrecke 10, bis zu der azimutalen Bahn 22, an welcher der Armaturkörper 21, welcher den ersten Rohrabschnitt 12 umgreift, endet. Somit sind die freien Enden der Armaturkörper 21, 23, welche jeweils in Richtung eines Zentrums des Überlappungsabschnittes der beiden Rohrkörper 12, 13 ragen, an einer lotrechten Ebene endend, an die azimutale Bahn 22 stoßend ausgeformt. Somit sind die Entlastungsöffnungen, welche frei durchgängig an dem ersten Rohrabschnitt 12 angeordnet sind, außenseitig von einer Prallwand überspannt, wohingegen die im zweiten Rohrabschnitt 13 befindlichen mantelseitigen Entlastungsöffnungen ihrerseits in radialer Richtung innenseitig von einer Prallwand überspannt sind. Damit ist sichergestellt, dass radiale Entlastungsöffnungen, welche im ersten bzw. im zweiten Rohrabschnitt 12, 13 angeordnet sind, in den jeweiligen Rohrabschnitt 12, 13 in axialer Richtung versetzt zueinander angeordnet sind.
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Vorliegend sind mehrere Gruppen von Entlastungsöffnungen im ersten bzw. zweiten Rohrabschnitt 12, 13 gebildet, wobei jede einzelne Entlastungsöffnung der jeweiligen Gruppe zu jeder einzelnen Entlastungsöffnung der jeweils anderen Gruppe bezüglich der Längsachse 2 axial versetzt angeordnet ist. Die Entlastungsöffnungen selbst können in eine Vielzahl von radialen Richtungen in der Mantelfläche des jeweiligen Rohrabschnittes 12, 13 angeordnet sein.
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Der Überlappungsabschnitt zwischen dem ersten Rohrabschnitt 12 und dem zweiten Rohrabschnitt 13 ist jeweils stirnseitig verschlossen, so dass ein Ein- bzw. Austreten von Schaltgas in den Abschnitt des Schaltgaskanals, welcher im Überlappungsabschnitt mit ringförmigen Querschnitt zwischen den beiden Rohrabschnitten 12, 13 gebildet ist, ausschließlich aus radialen Richtungen in denselbigen einströmen bzw. in radialen Richtungen aus denselbigen abströmen kann. Ein Ein- und Ausströmen in den Abschnitt des Schaltgaskanals mit ringförmigen Querschnitten erfolgt in radialen Richtungen. Damit ist ein Umlenken des Schaltgases zumindest einmalig um 180° erzwungen, wobei im Interesse eines großen Gasdurchsatzes ein Aneinanderstoßen des axialen Versatzes von Entlastungsöffnungen möglichst auf eine azimutale Bahn 22 begrenzt bleibt, wobei sich beiderseits dieser azimutalen Bahn 22 in axialer Richtung die zueinander versetzten freien Entlastungsöffnungen erstrecken.
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Nach einem Austritt des Schaltgases durch die Entlastungsöffnungen des zweiten Rohrabschnittes 13 in radiale Richtungen strahlt das Schaltgas gegen den dritten Rohrabschnitt 14, welcher vorliegend in radialer Richtung keine Ausströmöffnungen aufweist. Stattdessen ist stirnseitig an dem von der Schaltstrecke 10 abgewandten Ende eine Anordnung von mehreren Schaltgasausströmöffnungen 24 vorgesehen, welche ein Austreten von Schaltgas aus der Leistungsschalterunterbrechereinheit in die Umgebung der Leistungsschalterunterbrechereinheit ermöglicht. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass im dritten Rohrabschnitt 14 radial ausgerichtete Schaltgasausströmöffnungen angeordnet werden.
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Somit ist über den Schaltgaskanal, welcher einerseits in der Schaltstrecke 10 mündet, über die Entlastungsöffnungen in den beiden Rohrabschnitten 12, 13, sowie die Rohrabschnitte 12, 13 selbst bis hin zu den Schaltgasausströmöffnungen 24 ein direkter Weg von der Schaltstrecke zu der Umgebung der Leistungsschalterunterbrechereinheit, d. h., zu dem von dem Kapselungsgehäuse 1 eingekapselten Volumen gegeben. Damit kann ein Entlasten von Überdrücken, welche während eines Schaltvorganges in der Schaltstrecke entstehen können, in die Umgebung der Leistungsschalterunterbrechereinheit erfolgen, so dass eine irreversible Beeinflussung der Leistungsschalterunterbrechereinheit verhindert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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