DE2118166A1

DE2118166A1 - Verbesserte Blasdüse fur einen selbstloschenden elektrischen Druck gasschalter

Info

Publication number: DE2118166A1
Application number: DE19712118166
Authority: DE
Inventors: Benito Jose Bergamo Calvino (Italien)
Original assignee: Magrini Fabbriche Riunite Magrini Scarpa e Magnano MSM SpA
Current assignee: Magrini Fabbriche Riunite Magrini Scarpa e Magnano MSM SpA
Priority date: 1970-04-16
Filing date: 1971-04-15
Publication date: 1971-10-28
Also published as: BE765779A; FR2089725A5; BR7102243D0; CA938966A; US3670125A; ES390208A1; SE371531B; DE2118166C3; NO129596B; GB1351860A; DE2118166B2; JPS5341346B1; CH535487A

Description

I, I I Q I O Ό dr.ing. H. NEGENDANK · dipl.-ing. H. HAUCK · bipl-pbys. W. SCHMITZ

HAMBURG-MÜNCHEN

ZUSTELLUNGSANSCHRIFT: HAMBURG 36 · NEUERWALL -ti

TKL·. 367428 TJND 36411S

TELKGH. NEGEDAPATENT HAMBlTHG MÜNCHEN 15 ■ MOZARTSTR. 23

TEL.3380080

TEtEGH. NEGBIiAPATElPiT MÜNCHEN

Hamburg, den 13. April 1971

M a g r i η i

Fabbriche Riunite Magrini

Scarpa e Magnano M.S.M. S.p.A.

Via E. Juvara 9

Mailand (Italien)

Verbesserte Blasdüse für einen selbstlöschenden elektrischen Druckgasschalter.

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Blasdüse für einen selbstlöschenden elektrischen Druckgasschalter, welche im Vergleich zu bekannten Ausführungen eine bemerkenswerte Verbesserung der Leistungsfähigkeit von mit diesen Unterbrechungskammern ausgestatteten Schaltern ermöglicht. Elektrische Druckgasschalter sind bereits bekannt und werden in elektrischen Anlagen in großem Maße verwendet. Insbesondere sind auch bekannt Unterbrechungskammern mit axialer Ausblasung, die bei diesen Schalterausführungen verwendet werden und deren Formgebung bei den verschiedenen Ausführungsformen weitgehend.

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experimentell ermittelt worden ist.

Vor nicht allzu langer Zeit hat auch die Jbamelderin einige Patentanmeldungen eingereicht (von denen auf eine "Anmeldung das italienische Patent Sr. 791 651 erteil-fc worden ist, während die anderen Anmeldungen, von denen eine das Aktenzexchen 24.973-A/69 trägt, noch im Verfahren befindlich sind), die auf Unterbrechungskanunern mit axialer Ausblasung für seUstlöschende elektrische Druckgasschalter gerichtet sind, die eine in einer solchen Weise ausgebildete Düsenform mit (De- ^f kompressions)-bohrungen und ringförmigen Nuten aufweisen, daß diese sowohl das Entweichen der durch Zersetzung der die Unterbrechungskammer bildenden Werkstoffe entwickelten Zersetzungsgase als auch des Löschgases begünstigen, wodurch eine gemeinsame Strömung dieser beiden Gase erreicht wird. Die abstrom- oder endseitigen Abschnitte dieser Uixterbrechungskammern stehen in Beziehung zur Betriebsne:nnspannung entsprechend der nachfolgend angegebenen experimentellen Beziehung:

_k L > ---JjL. ' 1,5 ^#

(oder in vereinfachter Form: L^ γ 1 jö * V ), in welcher L die Länge des Kammerendabschnitibs in. mm und U die Betriebsnennspannung des Schalters in KV ist,

Es wurde jedoch festgestellt, daß die bisher bekannten Unter brechungskammern mit axialer Ausblasung Im Hinblick auf die

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Abgabe des Bogenlöschgäses nicht den größtmöglichsten Wirkungsgrad erreiclien.

Der Erfindung ixegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Unterbrecliungskainmer für elektrische Druckgasschalter zu schaffen, die im Vergleich zum gegenwärtigen Stand der Technik und insbesondere zu ähnlichen Unterbrechungskammerausführungen, die für die Änmelderin durch Patente geschützt sind, einen verbesserten Aufbau aufweist, bei der die durch die Kammerwände durchgeführten Bohrungen die Dekompression in der den kleinsten Querschnitt aufweisenden Düsenzone, in welcher diese Bohrungen ihre Einmündungen aufweisen, in einem besseren Maße begünstigen und daher das Entweichen des Löschgases besonders leicht erfolgen kann, und bei der nicht nur die Kombination aus den Wirkungen der schnellen Dekompression in der Einmündungszone der durch die ¥ände durchgeführten Bohrungen und aus dem bestmöglichen Zusammenströmen der Zersetzungsgas- und der Löschgasströmung durch den End- oder Abstromabsclinitt der eigentlichen Unterbrechungskammer erhalten, sondern sogar noch verbessert, und folglich das Ausströmen sämtlicher Gase durch die Auslaßöffnung der Kammer beschleunigt und die Auswirkung von Wirbelbildungen im gesamten Ausstrom verringert wird_o

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird die in der nachfolgenden Beschreibung für den Fachmann im einzelnen ersichtliche Unterbrechungskammer mit axialer Ausblasung für se Ib st löschen-

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BAD ORlQiNAL

de elektrische Druckgasschalter vorgeschlagen, die eine Blasdüse aufweist, die in ihrem Inneren in Auslaßrichtung aus. einer ersten sich konisch verjüngenden und konvergierenden Zone, einer im Vergleich zu den anderen inneren Zonen die kleinste -Oberfläche aufweisenden zweiten zylindrischen Zone und einer dritten sich im wesentlichen konisch verjüngenden und ,divergierenden Zone besteht, deren Länge L durch die an sich be-,-, kannte experimentelle Beziehung L >- —~ . 1,5 · ~v <~ vorgegeben ist, und bei der die dritte sich konisch verjüngende und divergierende Zone eine Vielzahl ringförmiger Nuten aufweist, die jeweils in bezug auf eine durch die Kammerachse verlaufende Ebene einen im wesentlichen dreiecksförmigen Querschnitt mit einer zur Auslaßöffmmg der Unterbrechungskammer hin offenen Basis aufweisen, wobei die Unterbrechungskammer dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Vielzahl seitlicher Auslaßmittel durch die Kammerwand in der zylindrischen Zone kleinster Oberfläche ausgebildet ist und auf der Kammerinnenseite, auf der die besagten Auslaßmittel ihre Einmündungsquerschnitte aufweisen, über eine zur Unterbrechungskammer koaxiale ringförmige Sammelnut miteinander in Verbindung stehen.

Die erfindungsgemäße Unterbrechungskammer wird im nachfolgenden unter Bezugnahme auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert, in welcher

V±g. 1 einen scliematischen Längsschnitt entlang der gestrichelten Linie A-A der Fig. 2, d.h. in

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zwei unterschiedlichen Axialebenen durch die erfindungsgemäße Unterbreehungskammer und
Fig_f Z dieselbe Unterbrechungskainmer im Querschnitt
entsprechend der Bbene B-B der Pig, T zeigt»

Unter Bezugnahme auf diese Figuren bestellt die den InJmIt dieser Erfindung darstellende Verbesserung in der Düse der tlnterbrecb-tingslcainmer für s e lbs ti 'ö sehende elektrische Druckgasschalter darin, daß eben dieselbe Kammer wie folgt ausgebildet wird: Int wesentlichen düsenförmig nach dem Prinzip des Venturirohrs, mit einer zweiten 2one 5 (oder einer Halszone mit der kleinsten Oberfläche), die (entsprechend der Lehre früherer Patente und von derselben Änmelderin eingereichter Patentanineldungen) zylindrisch ausgebildet ist und eine Vielzahl von Dekompressionsbohrungen 6 aufweist,
welche die Verbindung der zylindrischen Zone 5 kleinster
Oberfläche mit dem Außenraum der Unterbrechungskammer gestatten und im Gegensatz zu bekannten? ähnliehen Dekompressionsw bohrungen bekannter Ausführung (einschließlich der früheren Patente und der von derselben Anmelderin eingereichten Patentanmeldungen) einen ziemlich verringerten Durchmesser aufweisen und in einer wesentlich größeren Anzahl als beim bekannten Stand der Technik vorhanden sind. Die Anzahl der Bohrungen reicht von einem Mindestwert von sechs Ausnehmungen bis zu einem Höchstwert, der lediglich durch die Bedingung beschränkt ist, daß er verträglich sein muß mit

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den durch die nerstellungstechniken auferlegten Beechränlcungen, nämlich der mechanischen Bearbeitung der Kammer, um in dieser diese Bohrungen auszubilden. Offensichtlich sind der Durchmesser und die Anzahl der Bohrungen voneinander abhängig, indem nämlich Bohrungen von einem größeren Durchmesser nur in kleinerer Anzahl vorhanden sein können bzw. umgekehrt, da die Achsen dieser Bohrungen radial zur Kammer verlaufen und innerhalb einer gemein— samen Querschnittsebene der Kammer liegen. Die hier zur Rede stehende Verbesserung besteht außerdem darin, daß eine ringförmige und folglich zur Unterbrechungskammer und insbesondere zur zylindrischen Zone 5 koaxiale Nut 22 in der Innenwand der oben genannten zylindrischen Zone 5 kleinster Oberfläche ausgebildet wird, wobei diese Kut die Aufgabe hat, einen Ringkanal in der Form eines Sammelrohrs zu bilden, welches alle Dekompressionsbohrungen 6 miteinander verbindet bzw. diese speist. Die ringförmige W Nut 22 hat einen im wesentlichen rechtecksförmigen Querschnitt mit einer wechselseitig von dem Durchmesser d der Bohrungen 6 abhängigen Höhe h und einer entsprechend. den Betriebsbedingungen der Unterbrechungskammer gewählten und bemessenen Tiefe 1. Die Einmündungsquerschnitte 10 der Bohrungen 6, welche sich zur Innenseite der Unterbrechungskammer hin öffnen und genau gesagt am Boden der ringförmigen Nut 22 befinden, verlaufen infolge der Form-

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gebung der Nut 2 2 parallel zur Achse Y-Y der Unterbrechungskammer. Die Bohrungen 6 sind durch die Wand der Kammer durchgeführt, und ihre zur freien Atmosphäre hin offenen Mündungsquerschnitte sind in den Figuren mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet.

Bei geschlossenem Schalter nimmt der feststehende Kontakt ziemlich viel Platz in der Unterbrechungskammer ein, indem er sich nämlich durch die ganze kegelstumpfförmige und divergierende Zone 9 der Kammer (d.h. die dritte Zone, die entsprechend einer älteren Lehre derselben Anmelderin anhand ihrer eigenen Patente und Patentanmeldungen ringförmige und im Querschnitt dreiecksförmig ausgebildete Nuten 13 aufweist), durch die ganze zweite Zone 5 wie auch durch einen großen, wenn auch nicht den ganzen Teil der ersten sich konisch verjüngenden und konvergierenden Zone !'erstreckt. In diesem statischen Zustand hat das Löschgas keinen Grund zur Zirkulation. Wenn jedoch der öffnungsVorgang eingeleitet wird und folglich die Selbstausblasung stattfindet, behindert der feststehende Kontakt, der in enger Berührung mit der Innenwandfläche der zylindrischen Zone 5 steht, auch wenn er keine volle Abdichtung gewährleistet, im wesentlichen das Ausströmen des Löschgases, mit Ausnahme der vernachlässigbaren Mengen, welche durch die üblichen mechanischen Spielräume entweichen können, die auf die Bearbeitungstoleranzen zurückzuführen sind. Beim Fortschreiten des ÖffnungsVorgangs

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beginnt der feststehende Kontakt, die ringförmige Nut 22 und folglich die Bohrungen 6 freizugeben, und von diesem Augenblick an ist das Ausströmen des Löschgases durch die ringförmige Nut 22 und die Bohrungen 6 bereits gewährleistet.

Die Fläche des Auslaßquerschnitts entspricht in diesem Augenblick der Summe aller Querschnittsflächen der Bohrungen 6. Da sich die Unterbrechungskammer von dem feststehenden

Kontakt löst, stehen dann, sobald das untere Ende des feststehenden Kontakts den Beginn der Zone 9 erreicht, auch die Querschnitte dieser Zone (welche im wesentlichen kreisring- und kronenförmig ausgebildet sind, indem sie auf der

st Innenseite durch den vorgenannten forteilenden Kontakt und auf der Außenseite durch die Innenwand der Zone 9 vorgegeben sind) für das Ausströmen sowohl des Löschgases als auch der Zersetzungsgase zur Verfügung. In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwölf symmetrisch W angeordnete und daher gegenseitig um 30 zueinander versetzte Bohrungen 6 vorgesehen. Es muß jedoch bemerkt werden, daß wie bereits ausgeführt, auch die Mindestzahl von sechs Bohrungen oder mehr als zwölf Bohrungen in Abhängigkeit von den Herstellungsanforderungen vorgesehen sein können (offensichtlich ist eine zu kleine Anzahl von Dekompressionsbohrungen keine geeignete Lösung, da dadurch die Anzahl der Ausströmungswege verringert wird,

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und diese jedoch entsprechend dem beabsichtigten Erfindungszweck so groß wie möglich und mit der Bedingung vereinbar sein soll, daß jede Bohrung eine ausreichend groß bemessene Öffnung aufweist).

Auf diese Weise lassen sich bemerkenswerte Ergebnisse erzielen: In erster Linie eine Vergleichmässigung der durch die radialen Dekompressionsbohrungen 6 austretenden Gasströmung, aufgrund deren der Austritt aus,diesen Bohrungen wesentlich leichter wird, folglich eine schnellere Dekompression der zylindrischen Zone 5 wad schließlich eine Verringerung der Wirbeleffekte innerhalb der betreffenden Zone und allgemein innerhalb der ganzen Unterbrecliungskammer auf einen völlig vernachlässigbaren Wert,- Jede durch die Wand der zylindrischen Zone 5 durchgeführte Bohrung 6 ist in der Tat ein Punkt, welcher das Löschgas zum Auslaßpunkt

und
anzieht,/je mehr dieser Punkte vorgesehen sind, desto besser ist die G-leichmassigkeit des den elektrischen Lichtbogen bildenden Plasmas, und zwar aufgrund der besseren Löschgasverteilung, Für diesen Zweck ist jedoch das Vorhandensein der ringförmigen Nut 22 entscheidend und kennzeichnet die erf induiigsgemäßc Düse gegenüber dein bekannten Stand der Technik. Die Nut wirkt in der Tat als Kammer, in welcher der Löschgasdruck in einer solchen Weise gleichmässig gemacht wird, daß die Verteilung des Löschgrases auf die verschiedenen Bohrungen verbessert und wie bereits ausgeführt, die Wirbel-

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Strombedingungen gleichmässig gemacht werden, denen das elektrische Plasma ausgesetzt ist. Aufgrund dieser Lösung ist der elektrische Lichtbogen von einem vollen Löschgasmantel umgeben und einer deionisierenden und löschenden elektrischen V/irkung aufgesetzt, die zwar stets vorteilhaft ist, jedoch zu Beginn der Löschbogenentstehung, wenn sich der feststehende Kontakt noch in der zylindrischen Zone 5 befindet und. daher die "Düse noch verschlossen hält, jedoch bereits die Nut 2 2 und damit auch die Bohrungen 6 freigegeben hat, noch günstiger ist. Auf diese Weise kann das Löschgas den ganzen, gerade entstandenen elektrischen Lichtbogen vermittels einer Druckstoß- und Wirbelwirkung sehr energisch beeinflussen, die statt auf die dem Lichtbogen gegenüberliegenden Punkte konzentriert zu sein um seinen ganzen Umfang herum verteilt ist.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile werden noch verfc mehrt um die Vorteile, die auf die besondere Formgebung der Kammerendzone 9 zurückzuführen sind, welche ringförmige und im Querschnitt dreiecksförrnige Hüten 13 aufweist, aufgrund deren die Resultanten der elementaren Strömungslinien der Zersetzungsgase eine parallel zur Achse Y-Y verlaufende Komponente aufweisen, welche das Ausströmen sowohl des Löschoder Deionisierungsgases als auch der Zersetzungsgase begünstigt. Obwohl diese Einzelheit der Kammer bereits in einer früheren Patentschrift der Anmelderin beschrieben ist,

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ist sicher·, daß die Summe der durch die hier zur Rede stehende und die früheren Erfindungen erzielten Wirkungen bei der gleichen Kammer eine schnellere, vollständigere und wesentlich wirksamere Bogenlöschung gestattet im Vergleich zu den erzielbaren Ergebnissen, wenn die vorstehend angegebenen

und
Lösungen getrennt voneinander/einzeln verwirklicht werden.

Die vorliegende Erfindung hat genau den Vorteil, daß sie die Zone 9 der Kammer, deren Formgebung erprobt worden ist und zu bemerkenswerten Erfolgen geführt hat, nicht im geringsten verändert, und die Zone 5 der Kammer in einem im wesentlichen ver*nachlässigbaren Ausmaß verändert, so daß die Vorteile der besonderen Merkmale beider Zonen voll zum Tragen kommen. Die ringförmige Hut 2 2 wie auch die Bohrungen 6 können in der"Praxis auch andere Abmessungen aufweisen, wobei durch ihr Vorhandensein die Düse nicht nennenswert verändert wird. Wie bereits ausgeführt, weist die ringförmige Hut vorzugsweise einen in Radialrichtung rechtecksförmigen Querschnitt auf, der jedoch auch dreiecksförmig, halbkreisförmig oder in einer anderen, geeigneten Formgebung ausgebildet sein kann.

Die vorstehend beschriebene, anhand eines Ausführungsbeispiels veranschaulichte, dargestellte und im nachfolgenden beanspruchte Erfindung läßt sich offensichtlich innerhalb des Rahmens der Erfindungsidee und des Schutzumfanges weiter abändern

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oder in technisch äquivalenter Weise ausgestalten. Beispielsweise können doe Bohrungen 6 anstelle einer zylindrischen Formgebung konisch divergierende Ausmündungen aufweisen oder nach dem Prinzip des Venturirohrs ausgebildet sein, um die Gasausströmung und die sich daraus, ergebnde Dekompression der zylindrischen Zone 5 der Kammer so leicht und schnell wie möglich zu erhalten. Zum gleichen Zweck können auch die Achsen der Bohrungen 6 nicht senkrecht zur Kammerachse

W Y-Y, sondern unter einem geeigneten Neigungswinkel zu dieser Achse Y-Y ausgerichtet sein, d.h. genau in der Richtung, welche eine Verbesserung des Gasausstroms gewährleistet. So können die Achsen der Bohrungen mit der Achse Y-Y in Richtung der Kammerauslaßöffnung 2 einen kleineren Winkel als 90 einschließen. Außerdem gewährleistet die ringförmige Nut 22, durch welche zusammen mit der jeweiligen Vielzahl von Bohrungen 6 die Erfindung gekennzeichnet ist, auch dann Verbesserungen in der Arbeitsweise der Schalter, wenn

fc diese für bekannte Unterbrechungskammern ähnlicher Ausführung angewendet werden. .,

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Claims

Patentansprüche

Unterbrechungskammer mit axialer Ausblasung für einen selbstlöschenden elektrischen Druckgasschalter mit einer Blasdüse, die in ihrem Inneren in Auslaßrichtung aus einer ersten sich konisch verjüngenden und konvergierenden Zone, einer im Vergleich zu den anderen inneren Zonen die kleinste Oberfläche aufweisenden zweiten zylindrischen Zone und einer dritten sich im wesentlichen konisch verjüngenden und divergierenden Zone besteht, deren Länge L durch die an sich be-

U kannte experimentelle Beziehung Lj> ■ * 1,5 · K ?~

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vorgegeben ist, und die dritte sich konisch verjüngende und divergierende Zone eine Vielzahl ringförmiger Nuten aufweist, die jeweils in bezug auf eine durch die Kammerachse verlaufende Ebene einen im wesentlichen dreiecksförmigen Querschnitt mit einer zur Auslaßöffnung der Unterbrechungskammer hin offenen Basis aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl seitlicher Auslaßmittel (6) durch die Kammerwand in der zylindrischen Zone (5) kleinster Oberfläche ausgebildet ist und auf der Kammerinnensexte, auf der die Auslaßmittel ihre Einmündungsquerschnitte (1O) aufweisen, über eine zur Unterbrechüngskammer koaxiale ringförmige Sammelnut (22) miteinander in Verbindung stehen.
2. Unterbrechungskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der seitlichen Auslaßmittel (6) we-

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nigstens' sechs beträgt.
3. Unterbrechungskammer nach. Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Auslaßmittel (6) aus radialen Bohrungen von kreisförmigem Querschnitt bestehen. '

h, Unterbrechungskammer nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Bohrungen (6) den kleinstmöglichen Durchmesser (d) aufweisen, der mit der Gasausströmung verträglich ist, und eine möglichst große Anzahl von Bohrungen (6) vorgesehen ist.

5· Unterbrechungskammer nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Sammelnut (22) in bezug auf eine durch die Kammerachse (Υ-Υ) verlaufende Ebene einen im wesentlichen rechtecksförmigen Querschnitt und eine Höhe (h) wenigstens gleich dem Durchmesser (d) der radialen Auslaßbohrungen (6) aufweist.

6« Unterbrechungskammer nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß der Abschluß oder die Herstellung der Verbindung zwischen der ringförmigen Sammelnut (22) mit den radialen Bohrungen (6) und der auf der Aufstromseite der Bohrungen befindlichen sich konisch verjüngenden und konvergierenden Zone (i) der Kammer bestimmt ist durch die jeweilige Lage der Kammer und des dieser fest zugeordneten

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betreffenden beweglichen Schalterkontakts in bezug auf den feststehenden Schalterkontakt, die äußere zylindrische Oberfläche des feststehenden Kontakts, welche der inneren Oberfläche der zylindrischen Zone (5) entspricht, und dazu dient, das Abschließen der ringförmigen Sammelnut (22) und damit der in der zylindrisehen Zone (5) befindlichen radialen Bohrungen (6) zu bewirken, wenn der Schalter geschlossen ist und der bewegliche und der feststehende Kontakt in gegenseitiger iJerührung stehen, wie auch wenn beide Kontakte zu Beginn des Öffnungsvorgangs' bereits voneinander getrennt sind, jedoch die ringförmige Sammelnut (22) das untere Ende des feststehenden Kontakts noch nicht erreicht hat.

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