DE4015179C2 - Druckgasschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Druckgasschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der EP-A-0 146 671 und aus der EP-A-0 201 430 ist jeweils ein Druckgasschalter mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 bekannt. Da die heißen Lichtbogengase in der ersten Phase bei der Ausschaltbewegung in den Kompressionsraum eindringen, steigt bei den bekannten Druckgasschaltern der Druck rasch an und belastet den Antrieb des Schalters.

Aus der DE 31 04 411 A1 ist ein elektrischer SF₆-Druckgasschalter bekannt, bei dem der Kompressionsraum (zwischen Düse und feststehendem Kompressionskolben) durch eine Trennwand in zwei Bereiche unterteilt ist. In der Trennwand sind Rückschlagventile vorgesehen, die zur Düse hin öffnen. Durch die Trennwand mit den Rückschlagventilen wird die Funktion bei großen Ausschaltströmen, wie folgt, verbessert: Bei großen Ausschaltströmen führt die im Lichtbogen umgesetzte Energie zu einer starken Drucksteigerung in der Düsenengstelle. Diese Drucksteigerung wird zusätzlich verstärkt durch das unter dem Einfluß des Lichtbogens an der Oberfläche der Düse abdampfende Düsenmaterial. Die Drucksteigerung führt bei einer entsprechenden Bemessung der Düse zu einem Rückströmen des im Lichtbogen aufgeheizten SF₆ und des abgedampften Düsenmaterials in den Kompressionsraum und bewirkt dort eine Druckerhöhung, die den Ausschaltvorgang unterstützt. Wenn der Druck in dem der Düse zugewandten Teilraum des Kompressionsraumes den Druck in dem der Düse abgewandten Teilraum des Kompressionszylinders überwiegt, schließen die Rückschlagventile in der Trennwand. Dadurch wird die Rückwirkung des durch den Lichtbogen erzeugten Druckes auf den Antrieb unterbunden. Demzufolge braucht der Antrieb nicht mehr für diese hohen Drücke dimensioniert zu werden. Die Antriebe können somit für eine geringere gespeicherte Energie und demzufolge kostengünstiger ausgelegt werden.

Zur Steigerung des Ausschaltvermögens der Löschanordnung bilden gemäß der DE 31 04 411 A1 das bewegliche Kontaktstück und das Rohr, auf dem das bewegliche Kontaktstück befestigt ist, einen Abströmungskanal, der mit dem umgebenden Raum verbunden ist.

Wenn sich im Bereich des Stromnulldurchgangs die Strömungsrichtung umgekehrt hat, d. h. komprimiertes Löschgas aus dem Kompressionsraum zur Unterbrechungsstelle zurückströmt, ergibt sich damit eine für die Lichtbogenlöschung günstige Doppelbeblasung des Lichtbogens durch die Düse und durch das bewegliche Kontaktstück.

In der Phase des Druckaufbaues bringt das hohle bewegliche Kontaktstück jedoch den Nachteil mit sich, daß ein erheblicher Teil des durch den Lichtbogen in der Düse erhitzten Löschgases nicht in den Kompressionsraum zurückströmt, sondern durch das hohle bewegliche Kontaktstück abströmt und dadurch für den Löschvorgang verloren ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Druckgasschalter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art so weiterzuentwickeln, daß zur Erhöhung der Ausschaltleistung das vom Lichtbogen erhitzte Löschgas möglichst vollständig für die Lichtbogenlöschung genutzt wird, wobei während des Ausschaltens die Antriebsenergie für den Druckgasschalter möglichst gering gehalten wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Ausbildung des Druckgasschalters gemäß Anspruch 1 bewirkt, daß in der Phase bis zum Erreichen des für die Lichtbogenlöschung erforderlichen Mindestabstandes der Kontaktstücke die Öffnungen im unteren Bereich des Abströmrohres verschlossen sind, so daß das durch den Lichtbogen erhitzte Löschgas nicht aus dem Löschbereich abströmen kann.

Weiter sind in dieser Phase die Öffnungen im oberen Bereich des Abströmrohres offen. Diese Öffnungen verbinden das Abströmrohr und den oberen Teilraum des Kompressionsraumes miteinander. Dadurch kann das im Lichtbogen erhitzte Löschgas mit geringem Strömungswiderstand in den Kompressionsraum einströmen.

Unter umgeben dem Raum, wie er in Anspruch 1 erwähnt ist, ist der Raum außerhalb der Unterbrechungseinrichtung zu verstehen, die die Kompressionseinrichtung und die Kontaktstücke umfaßt.

Nach Erreichen des für die Lichtbogenlöschung notwendigen Mindestabstandes der Kontaktstücke sind umgekehrt die oberen Öffnungen des Rückblasrohres verschlossen, während jetzt die unteren Öffnungen offen sind. Die für die Lichtbogenlöschung vorteilhafte Strömung des Gases durch das Abströmrohr ist deshalb in dem Bereich, in dem eine Lichtbogenlöschung möglich ist, unverändert erhalten. Durch die bessere Nutzung des im Lichtbogen erhitzten Löschgases wird deshalb der Löschmechanismus selbst nicht beeinträchtigt.

Durch Aufteilung des Kompressionsraums in zwei Teilräume, deren Verbindung untereinander bei starken Lichtbögen in der ersten Phase der Ausschaltbewegung durch ein Rückschlagventil unterbrochen wird, ist es möglich, den Antrieb des Druckgasschalters zu entlasten; es baut sich nämlich der Druck durch das durch den Lichtbogen erhitzte Löschgas nicht in dem Teilraum auf, in dem während der Ausschaltbewegung Löschgas komprimiert wird.

Für die Lichtbogenlöschung bringt die bessere Nutzung des im Lichtbogen erhitzten Löschgases folgende Vorteile mit sich:

Zunächst ergibt sich ein rascherer Druckanstieg, der zu einer kürzeren minimalen Lichtbogenzeit führt. Dadurch lassen sich Druckgasschalter mit kürzerer Ausschaltzeit realisieren.

Zum anderen führt der höhere Druck zu einem verbesserten Schaltvermögen, so daß höhere Ströme unterbrochen bzw. höhere Spannungen beherrscht werden können.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen elektrischen Druckgasschalter im Längsschnitt in eingeschal­ tetem Zustand;

Fig. 2 den Druckgasschalter gem. Fig. 1 im Längsschnitt nach der Trennung der Kontaktstücke und

Fig. 3 den Druckgasschalter gem. Fig. in ausgeschaltetem Zustand.

Ein in Fig. 1 dargestellter Druckgasschalter enthält eine Kompressionseinrichtung mit einem feststehenden Kompressionskolben 2 und einem diesen umgebenden beweglichen Kompressionszylinder 20. Mit dem Kompressionszylinder 20 ist ein in axialer Richtung bewegliches Kontaktstück fest verbunden, der von einer Düse 3 aus Isolierstoff umgeben ist und mit einem feststehenden Kontaktstück 15 zusammenarbeitet. Die Düse 3 weist vom Innenraum des Kompressionszylinders 20 ausgehende Kanäle 23 auf, um das Löschgas in die Löschzone zu führen. Der Kompressionszylinder 20 ist durch eine Querwand 21 in einen der Düse 3 zugewandten Teilraum 4 und einen der Düse 3 abgewandten Teilraum 5 unterteilt. In der Querwand 21 sind Rückschlagventile 10 angeordnet, die zu dem Teilraum 4 hin öffnen. Das hohle bewegliche Kontaktstück 6 setzt sich in einem Abströmrohr 7 fort, das erste Öffnungen 9 aufweist, die eine Verbindung zu dem Teilraum 4 des Kompressionsraumes herstellen sowie zweite Öffnungen 8, die außerhalb des Kompressionsraumes in einen Raum 22 innerhalb des Kompressionsraumes 2 münden. Der Raum 22 steht über Öffnungen 24 mit einem Raum außerhalb der Unterbrechungseinrichtung in Verbindung. Die Unterbrechungseinrichtung setzt sich aus der Kompressionseinrichtung und den Kontaktstücken 6, 15 zusammen. Der Raum 22 entspricht deshalb dem die Unterbrechungseinrichtung umgebenden Raum. Innerhalb des Abströmrohres 7 ist ein feststehendes Rohr 13 angeordnet, das über mehrere am Umfang verteilte Bolzen 14, die durch Schlitze 22 im Abströmrohr 7 hindurchgreifen, mit dem feststehenden Kompressionskolben 2 verbunden ist. Durch das die Schlitze 22 verschließende Rohr 13 wird ein Entweichen des komprimierten Löschgases aus Teilraum 5 verhindert.

In das bewegliche Kontaktstück 6 greift in der Einschaltstellung des Druckgasschalters das feststehende Kontaktstück 15 ein.

Nachfolgend ist die Arbeitsweise des Druckgasschalters beschrieben: Beim Ausschalten wird mittels einer am Ende des Abströmrohrs 7 fest angebrachten Betätigungsstange 23 der Kompressionszylinder 20 mit dem beweglichen Kontaktstück 6 und der Düse 3 bei dem in Fig. 1 dargestellten Druckgasschalter nach unten bewegt. Dadurch erfolgt zunächst eine Verdichtung des Löschgases im Teilraum 5. Der damit gegebene Differenzdruck zum Teilraum 4 führt zum Öffnen der Rückschlagventile 10, so daß das komprimierte Löschgas in den Teilraum 4 und von diesem durch die Durchgänge 23 und durch die Öffnung 9 des Abströmrohres 7 zu den Kontaktstücken 6, 15 strömen kann.

Bei kleineren Ausschaltströmen, die in der Düse 3 einen Differenzdruck erzeugen, der geringer als der durch die Verdichtung des Löschgases im Teilraum 5 auftretende Druck ist, bleiben die Rückschlagventile 10 während des gesamten Ausschaltvorganges geöffnet.

Bei Erreichen des für die Stromunterbrechung erforderlichen Mindestabstandes der Kontaktstücke werden die Öffnungen 9 im Abströmrohr 7 durch das feststehende Rohr 13 verdeckt (s. Fig. 2). Von diesem Augenblick an wird das Löschgas ausschließlich durch die Durchgänge 23 zu den Kontaktstücken 6,15 geleitet. Gleichzeitig mit dem Verschließen der Öffnungen 9 werden im Zuge der Abwärtsbewegung des Abströmrohres 7 die Öffnungen 8 freigegeben, so daß von diesem Zeitpunkt an die Beblasung des Lichtbogens durch die Düse und das hohle bewegliche Kontaktstück 6 erfolgt. Das Löschgas strömt in den Expansionsraum.

Bei der Unterbrechung von großen Strömen steigt nach der Kontaktstücktrennung der Druck durch die vom Lichtbogen bewirkte Erhitzung des Löschgases rasch auf hohe Werte an, so daß Löschgas aus der Düse 3 über die Kanäle 23 und die Öffnung 9 im Abströmrohr 7 in den Teilraum 4 des Kompressionszylinders 20 zurückströmt. Dadurch steigt der Druck auch im Teilraum 4 rasch an. Sobald der Druck im Teilraum 4 den durch die Verdichtung des Löschgases im Teilraum 5 erzeugten Druck übersteigt, schließen die Rückschlagventile 10. Da sich nur der Druck im Teilraum 5 auf den Antrieb auswirkt, ist der Antrieb durch das Schließen, der Rückschlagventile 10 von den hohen Drücken, die sich anschließend im Teilraum 4 aufbauen, entlastet.

Durch die Ventile 18 im Kompressionskolben 2 kann der Druck im Teilraum 5 darüber hinaus auf Werte begrenzt werden, wie sie zur Löschung von kleinen Strömen erforderlich sind, ohne daß dadurch die Löschfähigkeit bei großen Strömen beeinträchtigt wird. Bis zum Erreichen des für die Löschung notwendigen Mindestabstandes der Kontaktstücke 6, 15 wird die Öffnung 8 des Abströmrohres 7 durch das feststehende Rohr 13 verschlossen, so daß das Löschgas nicht über das Abströmrohr 7 ungenutzt nach außen abströmen kann.

In dieser Phase gibt außerdem das feststehende Rohr 13 die Öffnung 9 im Abströmrohr 7 frei, so daß eine strömungsgünstige Verbindung zum Teilraum 4 besteht.

Damit wird das in der Düse 3 durch den Lichtbogen erhitzte Löschgas in dieser Phase sowohl durch die Kanäle 23 als auch durch das Abströmrohr 7 dem Teilraum 4 zugeführt und in diesem für den anschließenden Löschvorgang gespeichert.

Nach dem Erreichen des Mindestabstandes der Kontaktstücke 6, 15 wird, wie bereits beschrieben, die Öffnung 9 durch das feststehende Rohr 13 verschlossen, während die Öffnung 8 gleichzeitig freigegeben wird. In dem folgenden Nulldurchgang des Stromes nimmt der Druck in der Düse 3 ebenfalls ab, so daß sich das Druckgefälle zwischen Teilraum 4 und Düse 3 umkehrt. Das im Teilraum 4 gespeicherte Löschgas wird jetzt durch die Kanäle 23 den Kontaktstücken zugeführt und strömt durch die Düse 3 und das Abströmrohr 7 aus der Löschzone ab und löscht dabei den Lichtbogen.

Die Anordnung des feststehenden Rohres 13 innerhalb des beweglichen Abströmrohres 7 hat den zusätzlichen Vorteil, daß das Abströmrohr 7 entweder vor den heißen Löschgasen vollständig geschützt oder diesen über einen kürzeren Zeitraum ausgesetzt wird. Damit kann das Abströmrohr 7 aus leichteren, weniger abbrandfesten Werkstoffen hergestellt werden, wodurch sich die zur Beschleunigung erforderliche Energie reduziert.

Claims (2)

1. Elektrischer Druckgasschalter mit

• a) einem feststehenden und einem beweglichen Kontaktstück (6, 15), die eine Unterbrechungsstelle bilden,
• b) einem das bewegliche Kontaktstück (6) in Längsrichtung durchsetzenden Abströmkanal für das Löschgas, an dem sich koaxial ein mit dem beweg­ lichen Kontaktstück (6) verbundenes Abströmrohr (7) anschließt, das endseitig verschlossen ist,
• c) einer Kompressionseinrichtung für das Löschgas, die aus einem vom Ab­ strömrohr (7) koaxial durchsetzten feststehenden Kompressionskolben (2) und einem mit dem beweglichen Kontaktstück (6) fest verbundenen zum Abströmrohr (7) koaxial angeordneten Kompressionszylinder (20) besteht und die zusammen mit dem Abströmrohr (7) einen Kompressionsraum be­ grenzen, der über mindestens einen Kanal (23) mit der Unterbrechungs­ stelle verbunden ist,
• d) mantelseitigen Öffnungen (8, 9) im Abströmrohr (7), über die im Ein­ schaltzustand des Druckgasschalters und bis zu einem vorbestimmten Ab­ stand der Kontaktstücke (6, 15) während eines Ausschaltvorgangs der Kompressionsraum ab diesem Abstand der die Kompressionseinrichtung umgebende Raum (22) mit dem Inneren des Abströmrohres (7) in Verbindung steht, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
• e) der Kompressionsraum ist durch eine Querwand (21) in zwei Teilräume (4, 5) aufgeteilt,
• f) in der Querwand (21) ist mindestens ein Durchgang (24) angeordnet, der durch ein Rückschlagventil (10), das zu dem dem Kompressionskolben ent­ fernt liegenden Teilraum (4) des Kompressionsraumes öffnet, verschließ­ bar ist,
• g) ein Teil der mantelseitigen Öffnungen (9) im Abströmrohr (7) mündet in den von dem Kompressionskolben (2) entfernt liegenden Teilraum (4) des Kompressionsraums, der andere Teil der mantelseitigen Öffnungen (8) mündet in den die Kompressionseinrichtung umgebenden Raum (22),
• h) im Inneren des Abströmrohres (7) ist ein an dessen Innenwand anliegen­ des, feststehendes Rohr (13) angeordnet, das im Einschaltzustand und bis zu dem vorbestimmten Abstand der Kontaktstücke (6, 15) nur die mantelseitigen Öffnungen (8), danach nur die mantelseitigen Öffnungen (9) verschließt.

2. Kompressionsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende Rohr (13) über Bolzen (14), die durch Schlitze im Rückblasrohr (7) geführt sind, mit dem feststehenden Kompressions­ kolben (2) verbunden ist.