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Hochspannungsschaltkammer
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Die Erfindung betrifft elektrische Druckgasschaltkammern mit zwei
sich achsial gegenüberst.ehenden Düsenkörpern aus elektrisch leitendem Material.
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An jeden Düsenkörper schließt sich ein Rohrkörper an, der sowohl als
elektrische Strombahn dis auch für die Gasabströmung dient.
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Im eingeschalteten Zustand des Sehalters überbrückt ein Gleitschaltstück
die Düsenkörper.
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Um eine Stromunterbrechung zu erreichen, wird das Gleitschaltstück
aus der Oberbrückungsposition gezogen. Dabei entsteht ein Initial-Lichtbogen zwischen
dem Lichtbogenkontakt des Gleitschaltstücks und der äußeren Oberfläche des ihm zugewandten
Kontekt-Düsenkörpers. Etwa zur gleichen Zeit setzt die Schaltgasströmung aus dem
K.ompressionsraum in den Düsenraum ein.
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Der Initial-Lichtbogen muß aus dem Komprassitunsraum in den Düsenraum
kommutiert werden.
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Eine derartige Schaltkammer ist aus DE-PS 19 66 972 bekannt.
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Mittel für die pneumatisch-elektrodynamische Lichtbogenkommutierung
aus dem Entstehungs- in den Düsenraum sind in DE-PS 22 O9 287 beschrieben.
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Der Durchmesser der Düsen wird im wesentlichen unter dem Gesichtspunkt
der Kühlung des zu entionisierenden Ausschait-Lichtbogenstromes bemessen.
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Für den anschließenden Aufbau der dielektrischen Festigkeit im Zwischendüsenraum
ist der Düsenabstand maßgebend.
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Bei Schaltkammern nach dem Stand der Technik für hohe und sehr hohe
Nennspannungen muß daher der Düsenabstand vergrößert werden. Durch diese dielektrisch
gebotene Maßnahme vergrößert sich der Einströmquerschnitt in den Zwischendüsenraum.
Dementsprechend sinkt bei gleichbleibendem Ausschaltstrom und damit Düsendurchmesser
die Geschwindigkeit des Löschgases, das in den Zwischendüsenraum einströmt.
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Als Folgeerscheinung kann der Schaltlichtbogen aus seiner Position
entlang der Zwischendüsenachse ausbrechen.
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Ferner ist zu bedenken, daß ein längerer Zwischendüsenlichtbogen wegen
der erhöhten Bognspannung mehr Lichtbogenleistung erzeugt und so auch mehr Wärme
in den Zwischendüsenraum und von dort in den Kompressionsraum emittiert, was sich
ebenfalls nachteilig auf die Stromunterbrechung auswirken kann.
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Man versuchte dieses Problem zu lösen durch Isolierstoffeinsätze im
verlängerten Zwischendüsenraum. Damit soll darin die Strömungsgeschwindigkeit wieder
erhöht und so der Zwischendüsen-Lichtbogen stabilisiert werden.
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Solche Isolierstoffeins.itze lassen sich mobil oder stationär anordnen.
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Einen mobilen Isolierstoffeinsatz beschreibt die DE-AS 27 59 268.
Dort ist der Isolierstoffeinsatz mit dem bewegbaren Kompressionszylinder aus Isolierstoff
verbunden. Während einer Ausschaltung verkleinert er den Einströmquerschnitt in
den Zwischendüsenraum.
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Doch, weil noch im Kompressionsraum angeordnet, beeinflußt dieser
Isolierstoffeinsatz nur wenig die Gasströmung im Zwisc-hendüsenraum selbst und der
Lichtbogen kann weiter in diesen Raum ausbrechen.
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Eine Variante zu dem vorstehend d skutierten IsolierstoFfeinsatz offenbart
die DE-OS 31 26 744.
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Danach ist der Isolierstoffeinsatz einer sich erst bei einer Ausschaltung
öffnenden und in ihrem Ablauf einen Zwischendüsenraum von erheblicher Länge bildenden
Leitstoffdüse zugeordnet. So kann die Radialkomponente der Gasströmung in den Zwischendüsenraum
noch stärker abnehmen, was das Risiko des Lichtbogenausbrechens eher erhöhen dürfte.
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Der Vorschlag, einen zwischen zwei relativ weit voneinander entfernten
Leitstoffdüsen brennenden Ausschaltlichtbogen mit Hilfe eines stationären Isolierstoffeinsatzes
zu stabilisieren, ist aus der DE-OS 31 34 644 bekannt geworden.
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Aber dieser stationär angeordnete Zwi schendüsenei nsatz kann ebensowenig
wie seine mobilen Vorläufer das Problem der erhöhten Energie-Emission eines Ausschaltlichtbogens
lösen, der gezwungen ist in einem verlängerten Zwischendüsenraum zu existieren.
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Hinzu tritt noch das Problem, daß die Länge der freien Gasstrecke
zwischen der ersten Leitstoffdüse und den Isolierstoff-Stäben an der zweiten Leitstoffdiise
grundsätzlicll kleiner ist als die freie Gasstrecke einer orinzipgetreuen Leitstoff-
Isolierstoffdüsenanordnung vJie sie z.B. in der DE-OS 32 34 971 beschrieben wird.
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Eine längere freie Gasstrecke zwischen einer Doppeldüsenanordnung
erhöht aber vorteilhaft deren ciielektrische Festigkeit.
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Die Erfindung stellt si(:h daher die Aufgabe, bei Autokompressions-Schaltkammern
gemaß dem gewürdigten Stand der Technik den Vorteil einer thermodynamisch optimierbaren
Düsenkonfiguration auch dann zu wahren, wenn eine rationalisierungsbedingte Erhöhung
der Schaltkammer-Nennspannung die Erhöhung der dielektrischen Festigkeit der Schaltstrecke
verlangt.
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Zu diesem Zweck soll di Kopplung zwischen der thermodynamischen und
der dielektrischen Bemessung der Doppeldüsenanordnung wie sie bei hohen Schaltkammer-Nennspannungen
auftritt, weitgehend eliminiert werden, ohne dabei systemfremde Elemente einzuführen.
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Dieses Problem löst die Erfindung mit Hilfe einer Leitstoff-Isolierstoff-
Doppeldüsenanordnung.
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Die Isolierstoffdüse wird vorteilhaft auf der Antriebsseite der Schaltkammer
angeordnet.
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Um zu gewährleisten, daß der weiterhin im Kompressionsraum initiierte
Ausschaltlichtbogen sicher in den Isolierstoffdüsenraum kommutiert, wird die Isolierstoffdüse
mit Gasdurchlaßspalten versehen. Diese Spalte sind über den Düsenumfang in gleichen
Abständen verteilt. Ihre Form ergibt eine Spaltströmung, die den Lichtbogen im Düsenraum
auch zentriert.
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Zusätzliche Einrichtungen zur Lichtbogenzentrierung werden daher auf
der Isollerstoffdüsenseite nicht mehr benötigt.
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Alle Erfindungsmerkmale sind im Patentanspruch 1 sowie in den nachfolgenden
Patentansl,rüchen definiert. Ein Ausführungsbeispiel erläutert sie zusätzlich.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Unterbrechereinrichtung
der Autokompressionsschal tkammer.
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Fig. 2 zeigt die Draufsicht auf die Isolierstoffdüse mit den Gasdurchl
aßspal ten.
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Zu Fig. 1 In einem nicht mehr dargestellten ,chaltgefäß der erfindungsgemäßen
Hochspannungsschaltkammer befindet sich die Unterbrereinrichtung (1). Sie setzt
sich aus folgenden wesentlichen Bauteilen zusammen: Zwei sich achsial gegenüberstehende
Düsenkörper (2 und fi.
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Der Düsenkörper (2) besteht aus elektrisch leitendem Meter und ist
zweiteilig ausgeführt. Auf das Düseneinlauateil (2; aus Graphit folgt in einem stetigen
Übergang die aus einem ferromagnetischen Material hergestellte Düsenerweiterung
(223.
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Düseneinlaufteil und Düsenerweierung werden durch das Gasabström-
und Kontaktrohr (4) zusammengehalten. Das erfolgt su, daß sich zwischen diesem Rohr
und der ferromagnetischen Düsenerweiterung ein Gasspalt von bestimmter Länge bildet.
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Dieser spezielle Aufbau des Leitstoffdüsenkörpers stellt si cher,
daß auch bei großen Kurzschlußausschaltströmen der Lichtbogen im Düseneinlaufbereich
keine der Unterbrecherwirkung schädliche Fußpunkte bildet.
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Die grundsätzlichen physikalischen Vorgänge, die sich dabei abspielen,sind
in der DE-OS 31 38 216 erläutert.
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Der Düsenkörper (3) ist ebenfalls zweiteilig ausgeführt.
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Dem Leitstoffdüsenkörper (2) unmittelbar gegenüber liegt das Düseneinlaufteil
(31) aus einem Fluorpolymer. Daran schließ sich stetig die elektrisch leitende Düsenerweiterung
(32) a;.
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Beide Düsenkörperkomponenten hält das Gasabström- und Kontakt rohr
(5) zusammen.
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Günstig wirkt sich aus, daß das Diiseneinlaufteil 131) mit einem Ansatz
(33) versehen ist. Damit läßt sich eine sicherc Klemmverbindung einfach herstellen.
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Das aus Isolierstoff bestehende Einlaufteil (31) ist mit drei Gasdurchlaßspalten
versehen, die sich gleichmäßig über den Düsenkörperumfang verteilen. Zwei dieser
Spalte, (34) und (35) sind in der Zeichnung sichtbar.
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Wesentlich ist auch, daß der Boden (37) der Gasdurchlaßspalte
ebenfalls
eine düsenförmige Kontur aufweist.
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Ein bewegbares Schaltstück (6).
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Es überbrückt temporär die Düsenkörper (2) und (3). In der Zeichnung
sind drei Schaltstückpositionen (6a,6b,6c) dargestellt wie sie sich bei einer Ausschaltung
ergeben.
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Das als gleitendes Kontaktrohr ausgebildete Schaltstück ist sowohl
mit Dauerstrom- als auch mit Lichtbogenstromkontakten ausgerüstet. Für das Verständnis
des Erfindungsgedankens hat nur der Lichtbogenstromkontdkt Bedeutung. Daher ist
auch nur dieser Kontakt (61) zu sehen. Er ist in Form eines Kontaktringes im Bereich
der Stirnseite des Tragrohres (62) angebracht.
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Wesentlich ist auch, daß die stirnseitigen Konturen sowohl des Tragrohres
als auch des Lichtbogenkontaktringes gut gerundet sind, damit so eine übermäßige
Konzentration des elektrischen Feldes an diesen Bauelementen vermieden wird, was
dem rückzündungsfreien Unterbrechen kapazitiver Ströme zu Gute kommt.
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Zwischen dem Tragrohr und dem Lichbogenkontaktring wird ein Isolierstoff-Kurzdüsenkörper
(63) in einer KLemmverbindung gehalten. Diese Kurzdüse dient als Hauptdüseneinlaufhilfe
für den Ausschaltlichtbogen in statu nascendi.
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Vorsprünge am Lichtbogenkontaktring (61) im Bereich der Gasdurchlaßspalte
bewirken, daß der Ausschaltlichtbogen im Bereich der Gaseinlaßöffnungen dieser Spalte
gezogen wird, was einer schnellen Lichtbogenkommutierung aus dem Kompressionsraum
in den Düsenraum nützt.
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Ein feststehender Kompressionskolben (8).
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Damit steht der Kompressionszylinder (7) im Eingriff.
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Sowohl auf der Seite des Kompressionszylinders als auch auf der Seite
des Schaltstücktragrohres sind an dem Kompressionskolben Gasdichtungen (11) angebracht.
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Ein Füllkörper (9) verkleinert das Totvolumen im Kompressionsraum
(10).
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Funktionsbeschreibung Ein nicht dargestellter Antrieb bewegt den Kompressionszylinder
(7) und das damit starr verbundent! Schaltstück (6) aus der Einschalt- in die Ausschaltstellung.
Das bewegte Lichtbogenschaltstück (61) befindet sich bereits auf dem auch als feststehendes
Lichtbogent,chaltstück dienenden Einlaufteil (21) des Leitstoffdüs'nkb.rpers (2).
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Sobald sich diese Lichtbogenschaltstücke getrennt haben, brennt zwischen
beiden Schaltstücken der Ausschaltlichebogen5 und zwar vorteilhaft im Öffnungsbereich
eines der drei Gasdurchlaßspalte. Im Ausführungsbeispiel ist dies der Gasdurchlaßspalt
(34).
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Gleichzeitig strömt aus dem Kompressionsraum (10) das Löschgas durch
den sich öffnenden Ringspalt zwischen dem Düsenkörper (2) und dem Kurzdüsenlörper
(63) in den Raum zwischen den Düsenkörpern (2) und (3). Diese Gasströmung führt
den Lictbogen mit sich, der dank dem Gasdurchlaßspalt (34) auch im Bereich des Isolierstoffdüsenkörpers
(31) dem Düseninnenraum zustreben kann.
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Die entsprechende Zwischenposition des bewegbaren Schaltstücks ist
mit (6b) bezeichnet und die zugehörige Schleife des einlaufenden Lichbogens mit
(12).
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Elurz darauf passiert der Lichtbogen den Einlaufspalt und bildet an
der Düsenerweiterung (32) bereits einen Fußpunkt. Der andere Fußpunkt bildet sich
gerade an der Düsenerweiterung (22,.
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Der Lichbogen selbst hat die Kennztichnung (13). Das zugeordnete Schaltstück
nimmt die Position (6c) ein. Deutlich wird auch erkennbar, wie nun der Lichtb(geneinlautspalt
des Isolierdüsenkörpers unmittelbar mit dem smpessinsraum verbunden ist, was eine
besonders intensive Gasströmung durch den Spalt zur Folge hat. Diese Strömung treibt
dann den Lichtbogen vollends in den Düsenraum des Düsenkörpers (3).
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Dort ist der mit (l4) gekennzeichnete Lichtbogen der vollen Gasströmung
ausgesetzt.
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Diese Strömung kommt einmal aus der Düsenöffnung und dann
aus
den drei Gasdurchlaßspalten mit Düsenkontur.
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Die Gasströmungn aus den Spalten wirken auf den Lichtbogen zentrierend.
Eine zusätzliche Vorrichtung zu diesem Zweck erübrigt sich daher zumindest hinsichtlich
der Isolierstoffdüse.
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Rechts von der Mittellirie sieht man den Kompressionszylinder (7)
in der Ausschaltstetung. Die Ausschaltstellung des bewegbaren Schaltstückes (6)
ist nicht mit dargestellt, weil davon die Qualität der offenen Schaltstrecke nicht
mehr beeinflußt wird.
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Die Isolation der ausgeschalteten Schaltkammer ist durch die freie
Gasstrecke' zwischen den Düsenkörpern (2) und (3) sowie erfindungsgemäß zusätzlich
noch durch den Isolierstoff-Einlaufteil (31) des Düsenkörpers (3) hergestellt; sie
hat gegenüber dem Stand der Technik erheblich zugenommen.
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Ein einschränkender Einfluß auf die thermodynamische Bemessung der
Doppeldüsenanordnung geht davon nicht aus, denn sie ist durch den Isolierstoffdüsenkörper
thermodynamisch und dielektrisch entkoppelt.
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Zu Fig. 2 In dieser Figur blickt man aus dem freien Gasraum zwischen
den Düsenkörpern (?) und (3) auf den Isolierstoffteil (31) des Düsenkörpers (3).
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In diesen Teilkörper sind drei Gaseinlaßspalte (34,35,36) eingearbeitet.
Sie verteilen sich regelmäßig über den Isolierdüsenkörper. Ihre Mittelflächen weisen
auf die Düsenachse hin.
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Die Breite der Gasdurchlaßspalte ist außen größer als innen.
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Das ermöglicht ein sicheres Aufnehmen eines gerade zwischen dem Düseneinlaufteil
(21) und dem Lichtbogenschaltstück (61) entstandenen Ausschaltlichtbogens (12) und
seinen schnellen Transport in den löschwirksamen Düsenraum. Als weitere Folge der
sich zur Düsenachse hin verengenden Gasdurchlaßspalte nimmt die Strömungsgeschwindigkeit
des Spaltgases zu und so bleibt auch die Rückwirkung des Ausschaltlichtbogens aus
dem Düsenraum in den Gas-Kcimpressionsraum gering.