DE3843405C1

DE3843405C1 -

Info

Publication number: DE3843405C1
Application number: DE19883843405
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr.-Ing. 3501 Niestetal De Karrenbauer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Areva Energietechnik GmbH
Priority date: 1988-12-23
Filing date: 1988-12-23
Publication date: 1990-06-13
Anticipated expiration: 2008-12-24
Also published as: EP0374383A2; EP0374383A3

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckgasschalter mit selbsterzeugter Löschgasströmung, mit einer mit Isoliergas gefüllten Schaltkammer, einer von einer Isolierdüse umfaßten Schaltstrecke mit einem feststehenden Schaltstück und einem beweglichen Schaltstück, einer durch die Schaltbewegung betätigbaren Kompressionseinrichtung, die von einem Kompressionskolben und einem Kompressionszylinder, die einen Kompressionsraum mit feststehendem Boden begrenzen, gebildet wird, wobei die Kompressionseinrichtung in ihrem beweglichen Teil mindestens einen mit einem Rückschlagventil ausgestattenen, aus dem Kompressionsraum heraus führenden Durchlaß aufweist, der in einem Gastpeicherraum 6 führt, der vom Kompressionsraum durch einen beweglichen Boden getrennt ist und aus dem das Löschgas zu einem zur Löschstrecke führenden Strömungskanal gelangen kann.

Ein solcher Druckgasschalter ist aus der DE 34 38 635 A 1 bekannt. Bei diesem Schalter wird der für die Lichtbogenlöschung erforderliche Löschmitteldruck während der Ausschaltbewegung durch die Kompressionseinrichtung erzeugt. Das Löschgas strömt von der Kompressionseinrichtung durch die Durchlässe mit den Rückschlagventilen hindurch zum Gasspeicherraum und von dort durch den Strömungskanal, der zur Schaltstrecke führt, wo der Lichtbogen beblasen wird. Diese Beblasung mittels des durch die Kompressionseinrichtung erzeugten Löschmitteldrucks ist jedoch nur bei der Ausschaltung von Betriebsströmen möglich. Hat der Schalter einen Kurzschlußstrom zu unterbrechen, entsteht ein so energiereicher Lichtbogen, daß die Expansion des erhitzten Isoliergases über den Strömungskanal in den Gasspeicherraum drückt und dort die Rückschlagventile schließt. Auf diese Weise wird verhindert, daß das expandierende Löschgas in der Kompressionseinrichtung einen die Ausschaltbewegung des Schalters behindernden Druck aufbaut. Die Löschung dieser Kurzschlußströme erfolgt dadurch, daß das in den Gasspeicherraum einge drungene Löschgas bei der Annäherung des Kurzschlußstromes an den Null durchgang zur Schaltstrecke zurückflutet und den Lichtbogen dadurch bebläst.

Bei diesem Druckgasschalter können jedoch in bestimmten Schaltsituationen Probleme auftreten:
Bei der Ausschaltung von Kurzschlußströmen sind die Durchlässe durch die Rückschlagventile verschlossen und es kann in den Gasspeicherraum kein kaltes Löschgas von der Kompressionseinrichtung nachströmen. Nach der Beblasung des Lichtbogens eines Kurzschlußstromes verbleibt also in dem Gasspeicherraum ein Rest heißen, ionisierten Löschgases. Erfolgt nun nach der Unterbrechung eines Kurzschlußstromes eine sofortige Wiedereinschaltung des Schalters mit einer unmittelbar danach erfolgenden Ausschaltung, so ist im Gasspeicherraum die Dichte des Gases wesentlich vermindert, was die Fähigkeit zur erfolgreichen Beblasung des Lichtbogens entsprechend vermindert. Diese Situation tritt zwar nur bei einer Kurzunterbrechung ein, wenn unmittelbar nach der Unterbrechung eines Kurzschlußstromes erneut ein Kurzschlußstrom unter brochen werden muß, kann aber in diesem Fall der Kurzunterbrechung dazu führen, daß der Lichtbogen nach dem Nulldurchgang des zu unterbrechenden Stromes erneut zündet. Ein Schalter muß jedoch auch in einem solchen Fall eine einwandfreie Ausschaltung gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß eine ausreichende Selbstbeblasung stromstarker Lichtbögen gewährleistet ist und nach einer auf die Unterbrechung eines Kurzschlußstromes folgenden Einschaltung wieder kaltes Löschgas zur erneuten Lichtbogenbeblasung vor der Löschstrecke bereitsteht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß zwischen dem Gasspeicherraum 6 und dem Kompressionsraum 8 eine Öffnung 24 mit einem Ventil (15 bis 19) angeordnet ist, das während der Einschaltung des Druckgasschalters zwangsweise geöffnet und während der gesamten Ausschaltung geschlossen ist.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Kompressionseinrichtung bei jedem Einschaltvorgang das im Gasspeicherraum und Strömungskanal befindliche Gas ansaugt, wodurch durch den Strömungskanal kaltes Löschgas aus der die Lichtbogenlöscheinrichtung umgebenden Schaltkammer angesaugt wird. Das nach der Unterbrechung eines Kurzschlußstromes im Gasspeicherraum und im Strömungskanal verbleibende heiße Löschgas geringer Dichte wird auf diese Weise durch den nachfolgenden Einschaltvorgang in die Kompressionsein richtung gesaugt und das nachströmende kalte Löschgas, das aus der Schalt kammer stammt und aufgrund der Durchmischung in der Schaltkammer wesentlich kälter ist als das aus dem Gasspeicherraum herausgesaugte Gas, wird vor der Schaltstrecke zur erneuten Beblasung des Lichtbogens bereitgestellt. Daß das heiße Löschgas in den Kompressionsraum angesaugt wird, ist unschädlich, da dadurch eine weitere Abkühlung dieses Löschgases erfolgt und das in den Gasspeicherraum und den Strömungskanal angesaugte kalte Löschgas als erstes zur Schaltstrecke strömt und dort die Lichtbogenlöschung bewirkt.

Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung, bei der die Kompressionsein richtung mit einem Druckentlastungskanal versehen wird, welcher mit einem Druckentlastungsventil ausgestattet ist, das den Kompressionsraum bei einem zu hohen Druck in Richtung der die Kompressionseinrichtung umgebenden Schaltkammer entlüftet. Der Vorteil besteht darin, daß bei der Unter brechung von Kurzschlußströmen, bei der die Rückschlagventile der Durch lässe verschlossen sind, keine Behinderung der Schaltbewegung durch einen zu hohen Druckaufbau im Kompressionszylinder eintreten kann, da vorher die Druckentlastungsventile für eine Entlüftung sorgen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Teilschnitt durch die Lichtbogenlöscheinrichtung eines Schalters, der nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel aufgebaut ist und

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt einen Teilschnitt der Lichtbogenlöscheinrichtung ab der Symmetrie achse. Ein feststehendes Schaltstück 1 wirkt mit einem beweglichen Schalt stück 2 zusammen, wobei ein Lichtbogen 3 gezogen wird. Die Schaltstrecke zwischen den Schaltstücken 1 und 2 wird von einer Isolierstoffdüse 4 umgeben. Ein Gasspeicherraum 6 ist durch einen Strömungskanal 5 mit der Schaltstrecke so verbunden, daß ein Löschgasstrom gegen den Lichtbogen 3 gerichtet ist. Der Gasspeicherraum 6 ist durch einen Boden 11, eine Gasspeicherraumwandung 14 und der Isolierstoffdüse 4 begrenzt. Dabei ist der Boden 11 durch die Antriebsstange 9 verschiebbar und trägt die Gasspeicherraum wandung 14 sowie die Isolierstoffdüse 4. Der Boden 11 ist als Kolben ausgebildet, der in einen Kompressionszylinder 10 durch die Antriebsstange 9 bei einer Ausschaltung hineingezogen wird. Im Boden 11 sind Durchlässe 20 angeordnet, welche durch Rückschlagventile 7 verschließbar sind. Am Ende des Kompressionszylinders 10 befindet sich ein feststehender Boden 23 durch den die Antriebsstange 9 abgedichtet hindurchläuft. Der Kompressionsraum 8 wird auf diese Weise durch den Boden 11, den Kompressionszylinder 10 und den feststehenden Boden 23 gebildet, wobei zwischen dem Gasspeicherraum 6 und dem Kompressionsraum 8 ein Ventil angeordnet ist, das bei der Einschaltung des Schalters geöffnet und bei der Ausschaltung geschlossen ist.

Ein solcher Schalter weist folgende Funktion auf:
Bei der Unterbrechung von Kurzschlußströmen führt der zwischen dem feststehenden Schaltstück 1 und dem beweglichen Schaltstück 2 gezogene Lichtbogen 5 in dem durch die Düse 4 begrenzten Raum zu einer starken Gasex pansion, wodurch eine Gasströmung durch den Strömungskanal 5 in den Gasspeicherraum 6 entsteht und in diesem ein Überdruck aufgebaut wird. Dieser Überdruck führt dazu, daß das Rückschlagventil 7 den Durchlaß 20 in dem Boden 11 verschließt. Wenn sich der auszuschaltende Strom dem Null durchgang nähert, nimmt die im Lichtbogen 3 umgesetzte Energie und damit der durch den Lichtbogen 5 erzeugte Druck stark ab, so daß schließlich der Druck im Gasspeicherraum 6 den vom Lichtbogen erzeugten Druck überwiegt und zur Schaltstrecke zurückströmt. Auf diese Weise wird der Lichtbogen 3 im Nulldurchgang innerhalb der Isolierstoffdüse 4 durch den im Gasspeicherraum 6 aufgebauten Druck einer Gasströmung ausgesetzt und damit gelöscht. Durch das Rückschlagventil 7 ist auch eine Rückwirkung des im Gasspeicherraum 6 erzeugten Überdrucks auf den Antrieb verhindert, da der Druck nicht in den Kompressionsraum 8 eindringen kann.

Bei der Unterbrechung kleiner Ströme, in der Regel Betriebsströme, wird durch den Lichtbogen 3 eine geringe Gasexpansion erzeugt, so daß im Gasspeicherraum 6 lediglich ein geringer Druck entsteht, der zur Löschung dieser Ströme nicht ausreicht. Zur Unterbrechung dieser Ströme ist deshalb ein Kompressionszylinder 10 vorgesehen. In diesem Kompressionszylinder 10 wird bei der Trennung der Schaltstücke 1 und 2 durch die damit verbundene Abwärtsbewegung des Bodens 11 ein Druck im Kompressionsraum 8 aufgebaut. Dieser Druck führt zum Öffnen der Rückschlagventile 7 und bewirkt einen Löschgasstrom durch den Gasspeicherraum 6 hindurch zu dem Strömungskanal 5 und sorgt für die Beblasung des Lichtbogens 3 innerhalb der Isolierstoff düse 4.

Bei der Einschaltung eines solchen Schalters wird der Boden 11 nach oben bewegt und das Ventil 15 bis 19 öffnet, der Kompressionsraum 8 saugt durch den entstehenden Unterdruck das heiße Gas geringer Dichte des Gasspeicherraums 6 und des Strömungskanals 5 an. Dadurch entsteht im Gasspeicherraum 6 und im Strömungskanal 5 ein Unterdruck, der be wirkt, daß durch die Öffnung der Isolierstoffdüse 4 das kalte Gas aus der Schaltkammer nachströmt.

Fig. 1 zeigt auch eine Ausgestaltung des Ventils 15 bis 19: der Boden 11, welcher den Gasspeicherraum 6 von dem Kompressionsraum 8 trennt, ist nicht fest mit der Antriebsstange 9 verbunden, sondern auf dieser in geringfügigem Maße verschiebbar gelagert. Die Antriebsstange 9 weist eine ringförmige Ausnehmung 15 auf, welche auf der einen Seite durch eine Schulter 16 und auf der anderen Seite durch einen Sprengring 17 begrenzt ist. Der Boden 11 weist an seiner Bohrung, durch welche die Antriebsstange 9 hindurchführt, eine Auskragung 18 auf, die in die ringförmige Ausnehmung 15 der Antriebsstange 9 eingreift. Diese Auskragung 18 schlägt in einer Position des Bodens 11 an der Schulter 16 an und in der anderen Position des Bodens 11 schlägt diese Auskragung an dem Sprengring 17 an. Die Auskragung 18 ist so ausgebildet, daß sie an dem Sprengring 17 zu einer gasdichten Anlage kommt. An der der Schulter 16 zugewandten Seite der Auskragung 18 sind Ausnehmungen 19 in der Art radial angeordneter Ausfräsungen eingeformt. Dadurch entsteht in der Position des Bodens 11, in der die Auskragung 18 an der Schulter 16 anliegt, eine Verbindung zwischen dem Gasspeicherraum 6 und dem Kompressionsraum 8. Bei diesem Schalter sind die Gasspeicherraumwandung 14 und die Isolierstoff düse 4 mit dem Boden 11 fest verbunden und dadurch ebenfalls gegenüber der Antriebsstange 9 innerhalb der Begrenzungen der Ausnehmung 15 verschiebbar.

Die Funktion ist wie folgt:
Bei der Ausschaltung bewegt sich die Antriebsstange 9 nach unten. Der Boden 11 bleibt zunächst aufgrund der Masseträgheit seiner selbst sowie der der Gasspeicherraumwandung 14 und der Isolierstoffdüse 5 sowie unter der Wirkung der Reibungskraft des Kontakts 20 in seiner Lage. Dadurch legt sich die Auskragung 18 unabhängig von der Ausgangslage des Bodens 11 an den Sprengring 17 an, wodurch der Boden 11 im Zuge der Ausschaltbewegung mitgenommen wird. Das im Kompressionsraum 8 komprimierte Gas übt außerdem eine Druckkraft auf den Boden 11 aus, die den Boden 11 ebenfalls gegen den Sprengring 17 preßt.

Bei der Ausschaltung wird bei starken Strömen der Durchlaß 20 durch das Rückschlagventil 7 verschlossen und es findet eine Selbstbeblasung des Lichtbogens durch das expandierende Löschgas statt, oder die Durchlässe 20 sind offen und die Kompressionseinrichtung sorgt für die Beblasung des Lichtbogens.

Bei der Einschaltung bleibt der Boden 11 aufgrund der Masseträgheit und der Reibungskraft des Kontaktes 20 zunächst in seiner Ausgangslage. Damit bewegt sich die Antriebsstange 9 zunächst ohne Mitnahme des Bodens 11 nach oben, bis sich die Auskrakung 18 an die Schulter 16 anlegt und der Antrieb den Boden 11 mitnimmt. In dieser Stellung besteht eine Verbindung über die Ausnehmungen 15 und 19 zwischen dem Gasspeicherraum 6 und dem Kompressionsraum 8. Die Vergrößerung des Volumens des Kompressionsraum 8 im Zuge der Einschaltbewe gung führt zu einem Unterdruck im Kompressionsraum 8. Dieser Unterdruck ergibt auch eine zusätzliche Kraft, die die Auskragung 18 an die Schulter 16 anpreßt. Aufgrund des Unterdrucks im Kompressionsraum 8 strömt das heiße Gas aus dem Gasspeicherraum 6 in den Kompressionsraum 8. Dadurch wiederum entsteht im Gasspeicherraum 6 ein Unterdruck, der dazu führt, daß der Gasspeicherraum 6 mit kaltem Gas durch die Öffnung der Isolierstoffdüse 5 gefüllt wird. Dieses kalte Gas wird aus der die Lichtbogenlöscheinrichtung umgebenden Schaltkammer zugeführt.

Auf diese Weise wird das Ziel erreicht, den Gasspeicherraum 6 durch die Einschaltbewegung mit kaltem Gas zu füllen, so daß kaltes Löschgas zur erneuten Lichtbogenbeblasung im Strömungskanal 5 und im Gasspeicherraum 6 bereitgestellt ist. Auf diese Weise ist auch eine Lichtbogenlöschung gewährleistet, wenn kurz nach der Unterbrechung eines Kurzschlußstromes eine erneute Ausschaltung erfolgt, welche eine Beblasung des Lichtbogens mit Hilfe der Kompressionseinrichtung erforderlich macht. Daß das heiße Gas geringer Dichte im Kompressionsraum 8 steht, ist deshalb unschädlich, da dieses Gas erst dann zur Schaltstrecke strömt, wenn das gesamte kalte Gas aus dem Strömungskanal 5 und aus dem Gasspeicherraum 6 den Lichtbogen 3 beblasen hat. Zu diesem Zeitpunkt, zu dem das Gas geringer Dichte aus dem Kompressionsraum 8 nachströmt, ist der Lichtbogen 3 gelöscht.

Zweckmäßigerweise wird im feststehenden Boden 23 mindestens ein Druckent lastungskanal 12 vorgesehen, welcher ein Druckentlastungsventil 13 aufweist. Das Druckentlastungsventil 13 öffnet bei einem vorgegebenen Druck im Kompressionsraum 8 in Richtung der die Kompressionseinrichtung umgebenden Schaltkammer. Zweck dieses Druckentlastungsventils 13 ist es, daß im Kompressionsraum 8 kein zu hoher Druck entsteht, welcher die Schaltbewegung behindert. Dies tritt dann ein, wenn der Durchlaß 20 durch das Rückschlag ventil 7 aus den obengenannten Gründen verschlossen ist und dadurch das im Kompressionsraum 8 befindliche Gas im Zuge der Ausschaltung immer stärker komprimiert wird. Diese Komprimierung von Gas im Kompressionsraum 8 bei einer Ausschaltung, bei der die Lichtbogenlöschung aufgrund des expan dierenden Gases selbst erfolgt, ist auch ohne Zweck und wird somit durch das Druckentlastungsventil 13 verhindert.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das im wesentlichen die gleichen Teile - mit gleichen Bezugszeichen - wie die Fig. 1 aufweist, welche auch die gleiche Funktion haben.

Im Unterschied zu Fig. 1, wo der Boden 11 als von der Antriebsstange 9 in den feststehenden Kompressionszylinder 10, 23 hineinziehbarer Kolben ausgebildet ist, sieht Fig. 2 einen Boden 11 vor, der als Boden des Kompressionszylinders 10 ausgebildet ist und von der Antriebsstange 9 über den als Kolben ausgebildeten feststehenden Boden 23 bei der Ausschalt bewegung gezogen wird.

Das Ventil 15 bis 19 kann auch auf andere Weise ausgebildet sein. Dies kann Einzelheiten des Ventils betreffen, wie z. B. die Ausnehmungen 19, die auch in die Schulter 16 eingeformt sein können. Es ist jedoch auch eine gänzlich andere Ausgestaltung eines solchen Ventils denkbar, z. B. ein Ventil, das nicht auf die Massenträgheit anspricht, sondern durch eine Fremdsteuerung bei einer Einschaltung öffnet.

Bezugszeichenliste F 88/31

1 feststehendes Schaltstück
2 bewegliches Schaltstück
3 Lichtbogen
4 Isolierstoffdüse
5 Strömungskanal
6 Gasspeicherraum
7 Rückschlagventil
8 Kompressionsraum
9 Antriebsstange
10 Kompressionszylinder (feststehend)
10′ Kompressionszylinder (durch den Antrieb bewegbar)
11 Boden
12 Druckentlastungskanal
13 Druckentlastungsventil
14 Gasspeicherraumwandung
15 ringförmige Ausnehmung (der Antriebsstange 9)
16 Schulter
17 Sprengring
18 (ringförmige, nach innen in die ringförmige Ausneh mung 15 eingreifende) Auskragung
19 Ausnehmungen (in der Art radial angeordnete Ausfrä sungen)
20 Durchlaß
22 Kontakt
23 feststehender Boden
24 Öffnung

Claims

1. Druckgasschalter mit selbsterzeugter Löschgasströmung, mit einer mit Isoliergas gefüllten Schaltkammer, einer von einer Isolierdüse umfaßten Schaltstrecke mit einem feststehenden Schaltstück und einem beweglichen Schaltstück, einer durch die Schaltbewegung betätigbaren Kompressionseinrichtung, die von einem Kompressionskolben und einem Kompressionszylinder, die einen Kompressionsraum mit feststehendem Boden begrenzen, ge bildet wird, wobei die Kompressionseinrichtung in ihrem beweg lichen Teil mindestens einen mit einem Rückschlagventil ausge stattenen, aus dem Kompressionsraum herausführenden Durchlaß aufweist, der in einem Gasspeicherraum (6) führt, der vom Kompressionsraum durch einen beweglichen Boden (11) getrennt ist und aus dem das Löschgas zu einem zur Löschstrecke führenden Strömungskanal gelangen kann,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gasspeicherraum (6) und dem Kompressionsraum (8) eine Öffnung (24) mit einem Ventil (15 bis 19) angeordnet ist, das während der Einschaltung des Druckgasschalters zwangsweise geöffnet und während der gesamten Ausschaltung geschlossen ist.

2. Druckgasschalter nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil von einer ringförmigen, eine Antriebsstange (9) umfassenden Auskragung (18) die an dem den Gasspeicherraum (6) vom Kompressionsraum (8) trennenden, beweglichen Boden (11) ausgebildet ist, und von einer ringförmigen Ausnehmung (15) der Antriebsstange (9), in die die Auskragung (18) eingreift, gebil det wird, daß die Auskragung (18) bei einer Einschaltbewegung dichtend an einem die Ausnehmung (15) in Ausschaltrichtung begrenzenden Sprengring (17) anliegt und bei einer Ausschalt bewegung die Auskragung (18) an einer Schulter (16) der Aus nehmung (15) anliegt, wobei der Gasspeicherraum (6) über Aus nehmungen (19) an der der Schulter (16) zugewandten Seite der Auskragung (18) mit dem Kompressionsraum (8) verbunden ist.

3. Druckgasschalter nach Patentanspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausnehmung (19) als radial angeordnete Ausfräsungen ausgebildet sind.

4. Druckgasschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der bewegliche Boden (11) als von der Antriebsstange (9) in den feststehenden Kompressionszylinder (10, 23) hineinziehbarer Kolben ausgebildet ist.

5. Druckgasschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der bewegliche Boden (11) als Boden des Kompressionszylinders (10) ausgebildet und von der Antriebs stange (9) über den als Kolben ausgebildeten feststehenden Boden (23) ziehbar ist.

6. Druckgasschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der feststehende Boden (23) mindestens einen Druckentlastungskanal (12) aufweist, welcher mit einem bei einem vorgegebenen Druck in Richtung der die Kompressionsein richtung umgebenden Schaltkammer öffnenden Druckentlastungsventil (13) ausgestattet ist.