DE19614104A1 - Druckgasschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckgasschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Druckgasschalter ist aus der DE 39 15 700 C2 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Druckgasschalter ist in der Druckkammer, in die von einem Ausschaltlichtbogen erhitztes Löschgas bei einer Trennung der Kontaktstücke zwischengespeichert wird, ein gasabgebendes Material angeordnet. Das in die Druckkammer eindringende erhitzte Löschgas vermischt sich mit dem von dem Material abgegebenen Gas. Dadurch wird das Löschgas nicht nur gekühlt, sondern gleichzeitig bezüglich seiner Masse vermehrt. Als ein geeignetes gasabgebendes Material ist Polytetrafluorethylen (PTFE) genannt. Mit dem beweglichen Kontaktstück ist eine Isolierstoffdüse verbunden, mit Hilfe derer der Ausschaltlichtbogen gezielt beblasen werden kann. Nach Abnahme der Leistung des Ausschaltlichtbogens in der Nähe des Stromnulldurchgangs strömt nämlich das in der Druckkammer zwischengespeicherte Gasgemisch zurück in den Bereich der Unterbrechungsstelle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Druckgasschalter derart weiterzuentwickeln, daß bei gleicher Ausschaltleistung des Druckgasschalters der Gasdruck zum Löschen des Lichtbogens niedriger gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Druckgasschalter nach Anspruch 1.

Im bekannten Falle besteht das Löschgas aus Schwefelhexafluorid (SF₆) und PTFE-Dampf. Infolge der großen Anzahl innerer Freiheitsgrade des SF₆-Moleküls und des damit verbundenen Vermögens zu einer Speicherung von Energie zeichnet sich SF₆ durch eine gute thermische Löschfähigkeit aus. Das Aufnahmevermögen für Energie begünstigt auch die Anlagerung freier Elektronen an das viel schwerere Molekül und ergibt damit ein ausgezeichnetes Isoliergas.

In neuerer Zeit sind als "Fullerene" bezeichnete Kohlenstoffmodifikationen C₆₀, C₇₀ usw. bekannt geworden.

Es handelt sich dabei um sehr große Moleküle, in denen die Kohlenstoffatome an der Oberfläche von nahezu runden Polyedern angeordnet sind. Das Innere der Moleküle ist leer. Diese sehr großen Moleküle besitzen - wegen der beträchtlichen gegenseitigen Bewegungsmöglichkeiten der Atome - eine erheblich größere Anzahl innerer Freiheitsgrade als die Moleküle im SF₆. Dadurch sind die Lösch- und Isoliereigenschaften deutlich verbessert.

Fullerene liegen nicht als Gase vor, sondern als Feststoff "Fullerit". Sie können daher nicht ohne weiteres dem SF₆ beigemengt werden.

Das erfindungsgemäße, gasabgebende Material kann beispielsweise dadurch gewonnen werden, daß Fulleritpulver (oder ein anderes Fullerene enthaltendes Material in Pulverform) dem PTFE vor einem Sintervorgang zugesetzt wird. Bei der Abdampfung des Materials unter dem Einfluß der Strahlung des Ausschaltlichtbogens werden somit Fullerene frei, die sich zusammen mit dem PTFE-Dampf mit dem Löschgas vermischen und dessen Lösch- und Isolierfähigkeit verbessern. Auf diese Weise wird die Ausschaltleistung des Druckgasschalters erhöht.

Gemäß der Ausführungsform nach Anspruch 5 läßt sich der teure Werkstoff Fulleren nur sehr sparsam einsetzen, und zwar dann, wenn er nur an den der Lichtbogenstrahlung ausgesetzten Stellen angebracht wird.

Eine der beiden Isolierstoffdüsen nach Anspruch 6 ist vorzugsweise eine Hilfsdüse, die eine Wandung des senkrecht in die Unterbrechungsstelle mündenden Rückströmkanals bildet.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand zweier Zeichnungen, aus denen sich weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben, näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines C₆₀-Moleküls und

Fig. 2 Im Längsschnitt die wesentlichen Teile eines erfindungsgemäßen Druckgasschalters.

In Fig. 1 ist die perspektivische Darstellung eines fußballförmigen C₆₀-Moleküls zu sehen. Die Kohlenstoffatome befinden sich an den Ecken eines Polyeders, das Fünf- oder Sechsecke als begrenzende Flächen hat (sogenannter gekappter Ikosaeder). Aus der großen Anzahl der Kohlenstoffatome läßt sich das beträchtliche Energiespeicherungsvermögen des gesamten Moleküls ermessen.

In Fig. 2 sind in einem Längsschnitt des erfindungsgemäßen Druckgasschalters seine wesentlichen Elemente zu sehen. Der Druckgasschalter ist mit einem Löschgas, beispielsweise SF₆, gefüllt und weist ein bewegliches Kontaktstück 1 auf, das mit einem ortsfesten Kontaktstück 2 eine Unterbrechungsstelle bildet (die gasdichte Kapselung für das Löschgas ist nicht dargestellt). Bei dem beweglichen Kontaktstück 1 handelt es sich um einen Fingerkontakt und bei dem feststehenden Kontaktstück 2 um einen Schaltstift. Beide Kontaktstücke 1 und 2 sind länglich ausgeformt, sie sind entlang einer gemeinsamen Längsachse angeordnet und in der Fig. 2 in ihrer Lage bei der Ausschaltstellung des Druckgasschalters dargestellt. Der Bereich zwischen den Kontaktstücken 1 und 2 ist die Unterbrechungsstelle, der direkte Weg zwischen den Kontaktstücken 1 und 2 ist die Schaltstrecke.

Bei einem Ausschaltvorgang entsteht zwischen den Kontaktstücken 1 und 2 - in der Unterbrechungsstelle - ein Ausschaltlichtbogen. Das bewegliche Kontaktstück 1 ist koaxial von einer - mit dem Kontaktstück 1 verbundenen - Druckkammer 3 umgeben, in der bei einem Ausschaltvorgang vom Lichtbogen erhitztes Löschgas zwischengespeichert wird, wie im einzelnen weiter unten noch näher ausgeführt wird.

An der der Unterbrechungsstelle zugewandten Stirnseite der Druckkammer 3 ist eine Isolierstoffdüse 4 befestigt, die sowohl die beiden einander zugewandten Enden der beiden Kontaktstücke 1 und 2 als auch die Schaltstrecke seitlich umgibt. In ihrem Innern weist sie zwei Stufungen - mit unterschiedlicher Stufenhöhe - auf, und zwar eine Stufung in Richtung des beweglichen Kontaktstücks 1 und eine in die entgegengesetzte Richtung. Die Stufungen werden gebildet durch eine sprungartige Änderung des Innendurchmessers in Längsrichtung der Isolierstoffdüse 4.

In Richtung des zu dem beweglichen Kontaktstück 1 gehörigen Endes hat die Isolierstoffdüse 4 einen größeren Innendurchmesser als in ihrem mittleren Bereich, der unmittelbar die Unterbrechungsstelle umgibt.

In ihrem dem beweglichen Kontaktstück 1 zugewandten Bereich, umschließt die Isolierstoffdüse 4 mit Abstand eine Hilfsdüse 5.

Diese Hilfsdüse 5 umgibt mit Abstand zum einen seitlich das Ende des beweglichen Kontaktstücks 1 und zum andern die Stirnseiten der Kontaktfinger des beweglichen Kontaktstücks 1. Dazu weist die Hilfsdüse 5 ebenfalls eine Stufung auf, die durch einen Bereich größeren Innendurchmessers und einen daran anschließenden Bereich mit kleinerem Innendurchmesser gebildet wird, wobei das Ende des Kontaktstücks 1 in den Bereich mit dem größeren Innendurchmesser hineinragt.

Durch den Zwischenraum zwischen der Isolierstoffdüse 4 und der Hilfsdüse 5 wird ein Rückströmkanal 6 gebildet, der den Bereich der Unterbrechungsstelle mit der Druckkammer 3 verbindet. Durch die Stufung im Innern der Isolierstoffdüse 4 und durch die parallele Ausbildung der Außenwände der Hilfsdüse 5 zu den ihnen zugewandten Innenwänden der Isoliestoffdüse 4 hat der Rückströmkanal 6 in der Längsschnittdarstellung einen rechtwinkeligen Verlauf und mündet rechtwinkelig zur Schaltstrecke in den Raum zwischen den Kontaktstücken 1 und 2 ein.

Durch diesen Rückströmkanal 6 dringt während eines Ausschaltvorgangs vom Lichtbogen erhitztes Löschgas in die Druckkammer 3 ein und bewirkt dort unter Vermischung mit dem vorhandenen Löschgas einen Druckaufbau. Wenn die Lichtbogenenergie zum Stromnulldurchgang hin abnimmt, bewirkt dieser Druck eine Umkehrung der Löschgasströmung: Das in der Druckkammer 3 zwischengespeicherte Löschgas gelangt durch den Rückströmkanal 6 in den Bereich der Unterbrechungsstelle und löscht den Ausschaltlichtbogen.

In der Ausschaltstellung (und auch schon vor ihrem Erreichen) umgeben die Bereiche an den Innenwänden der Isolierstoffdüse 4 und an der Hilfsdüse 5, die einen kleineren Innendurchmesser aufweisen, unmittelbar die Schaltstrecke. Sie sind folglich direkt der Strahlung des Ausschaltlichtbogens ausgesetzt.

Diese Bereiche der Isolierstoffdüse 4 und der Hilfsdüse 5 weisen Düseneinsätze 7 auf, die sich jeweils über die gesamten, der Schaltstrecke zugewandten Bereiche erstrecken.

Zusätzlich sind die Bereiche des Rückströmkanals 6, die senkrecht zu der Schaltstrecke angeordnet sind, ebenfalls mit Düseneinsätzen 7 aus demselben Material überdeckt.

Bei der Herstellung dieser Düseneinsätze 7 wird Fulleritpulver oder ein anderes Fulleren enthaltendes Material dem PTFE vor dem Sintervorgang zugesetzt und damit in den Düsenkörper eingebaut. Bei der Abdampfung des Düsenmaterials unter dem Einfluß der Strahlung des Ausschaltlichtbogens werden somit Fullerene frei, die sich zusammen mit dem PTFE-Dampf und dem Löschgas vermischen und dessen Lösch- und Isolierfähigkeit verbessern. Auf diese Weise wird die Ausschaltleistung des Druckgasschalters gesteigert.

Es ist auch denkbar, durch geeignete Sinterverfahren Düsenkörper (für die Isolierstoffdüse 4 und/oder die Hilfsdüse 5) mit örtlich variabler Fullerendotierung direkt zu pressen.

Diejenigen Bereiche der Isolierstoffdüse 4 und/oder der Hilfsdüse 5, die unmittelbar der Lichtbogenenergie ausgesetzt sind, würden dann stärker mit Fulleren dotiert als die anderen Bereiche der Düsenkörper. Mit anderen Worten wären dann statt der Einsätze 7 in der Isolierstoffdüse 4 und in der Hilfsdüse 5 an diesen Stellen Bereiche mit hoher Dotierung an Fulleren vorgesehen.

Claims (12)

1. Druckgasschalter

• - mit einer mit Löschgas gefüllten Löschkammer,
• - mit zwei eine Unterbrechungsstelle bildenden Kontaktstücken Innerhalb der Löschkammer,
• - mit einem Material im Innern des Druckgasschalters, welches durch den Einfluß eines Ausschaltlichtbogens ein für die Lichtbogenlöschung geeignetes Gas abgibt,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - das Material ist zumindestens teilweise der vom Ausschaltlichtbogen emittierten Strahlung ausgesetzt,
• - das Material verdampft bei einer Absorption der Strahlung des Ausschaltlichtbogens,
• - das Material enthält Fullerit.

2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens einen Rückströmkanal (6) aufweist, der die Unterbrechungsstelle mit einer Druckkammer (3) verbindet.

3. Druckgasschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit Fullerit als Füllstoff durchsetztes Polytetrafluorethylen (PTFE) ist.

4. Druckgasschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Polytetrafluorethylen zur Strahlungsabsorption mindestens ein weiterer Zusatzstoff beigemengt ist.

5. Druckgasschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - in dem Druckgasschalter ist mindestens eine Isolierstoffdüse (4, 5) vorhanden,
• - während eines Ausschaltvorgangs umgibt/umgeben die Isolierstoffdüse(n) (4, 5) zumindestens teilweise die von den Kontaktstücken (1, 2) gebildete Schaltstrecke,
• - zumindest die der Schaltstrecke zugewandten Bereiche der Isolierstoffdüse(n) (4, 5) weisen das Material auf.

6. Druckgasschalter nach Anspruch 2 und 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - es sind genau zwei Isolierstoffdüsen (4, 5) vorhanden,
• - zwischen den Isolierstoffdüsen (4, 5) ist zumindestens teilweise ein Abstand vorhanden,
• - der bzw. jeder Rückströmkanal (6) verläuft zwischen den Isolierstoffdüsen (4, 5),
• - der bzw. jeder Rückströmkanal (6) weist zumindest in seinem der Unterbrechungsstelle zugewandten Einlaßbereich das Material auf.

7. Druckgasschalter nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - die Kontaktstücke (12) sind länglich ausgebildet,
• - sie sind entlang einer gemeinsamen Längsachse angeordnet, und
• - der Rückströmkanal (6) mündet senkrecht zu dieser Längsachse in den Bereich der Unterbrechungsstelle.

8. Druckgasschalter nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - das eine Kontaktstück (2) ist feststehend,
• - das andere Kontaktstück (1) ist gegen das feststehende beweglich,
• - die beiden Isolierstoffdüsen (4, 5) sind gemeinsam an dem beweglichen Kontaktstück (1) befestigt,
• - zumindestens die eine der beiden Isolierstoffdüsen (4, 5) weist in ihrem Innendurchmesser eine Stufung auf, so daß in axialer Richtung auf einen Bereich mit großem Innendurchmesser ein Bereich mit kleinem Innendurchmesser folgt,
• - in dem Bereich mit großem Innendurchmesser ist mit Abstand die zweite Isolierstoffdüse (5) angeordnet,
• - die zweite Isolierstoffdüse (5) umgibt mit Abstand sowohl seitlich das Ende des beweglichen Kontaktstücks (1)
• - als auch zumindest teilweise seine dem feststehenden Kontaktstück (2) zugewandte Stirnseite.

8. Druckgasschalter nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die der Unterbrechungsstelle zugewandten Bereiche der Isolierstoffdüse(n) (4, 5) mindestens einen Einsatz aufweisen, der mit Fulleren dotiert ist.

9. Druckgasschalter nach Anspruch 2 oder Anspruch 2 in Verbindung mit einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der der Unterbrechungsstelle zugewandte Einlaßbereich des Rückströmkanals (6) jeweils mindestens einen Einsatz (7) aufweist, der mit Fulleren dotiert ist.

10. Druckgasschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Löschgas Schwefelhexafluorid (SF₆) ist.