EP0374383A2 - SF6-Schalter mit vom Lichtbogen unterstützter Beblasung - Google Patents

SF6-Schalter mit vom Lichtbogen unterstützter Beblasung Download PDF

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EP0374383A2
EP0374383A2 EP89117707A EP89117707A EP0374383A2 EP 0374383 A2 EP0374383 A2 EP 0374383A2 EP 89117707 A EP89117707 A EP 89117707A EP 89117707 A EP89117707 A EP 89117707A EP 0374383 A2 EP0374383 A2 EP 0374383A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
switch
compression
storage space
arc
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP89117707A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0374383A3 (de
Inventor
Herbert Dr.-Ing. Karrenbauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Licentia Patent Verwaltungs GmbH filed Critical Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Publication of EP0374383A2 publication Critical patent/EP0374383A2/de
Publication of EP0374383A3 publication Critical patent/EP0374383A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H33/901—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism making use of the energy of the arc or an auxiliary arc
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H2033/908—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism using valves for regulating communication between, e.g. arc space, hot volume, compression volume, surrounding volume

Definitions

  • the invention relates to a switch with a self-generated extinguishing gas flow with a switching chamber filled with insulating gas, a switching path comprised by an insulating nozzle with a fixed switching piece and a moving switching piece, a compression device which can be actuated by the switching movement and consists of a compression piston and a compression cylinder, the compression device in its movable part has one or more passages equipped with check valves through which the extinguishing gas can reach a flow channel leading to the extinguishing section.
  • Such a switch is known from DE-OS 24 11 897.
  • the extinguishing medium pressure required for arc extinguishing is generated by the compression device during the switch-off movement.
  • the extinguishing gas flows from the compression device through the passages with the check valves to the flow channel, which leads to the switching path, where the arc is blown.
  • This blowing by means of the extinguishing agent pressure generated by the compression device is only possible when the operating currents are switched off. If the switch has to interrupt a short-circuit current, an arc is generated which is so energetic that the expansion of the heated insulating gas presses into the flow channel and closes the check valves there.
  • the ability of the switch known from DE-OS 24 11 897 to interrupt strong short-circuit currents is limited by the fact that the flow channel can only take up a small amount of expanding extinguishing gas and therefore only a correspondingly limited amount of back-flowing extinguishing gas is available for extinguishing the short-circuit currents stands.
  • a further limitation of the ability to interrupt strong short-circuit currents is caused by the fact that the insulating material of the nozzle, in which the flow channel is embedded, is destroyed above a certain gas pressure.
  • P 37 20 816 has proposed placing a gas storage space between the passages with the check valves and the flow channel. This creates enough space for storing expanding extinguishing gas, so that the amount of extinguishing gas available for extinguishing short-circuit currents is significantly increased. Furthermore, this space available for storing the expanding extinguishing gas means that there is no such great increase in pressure. The gas storage space thus increases the switch's ability to interrupt strong short-circuit currents and there is sufficient self-blowing of the strong arcs that occur when the short-circuit currents are interrupted.
  • the invention has for its object to further develop a switch of the type mentioned in such a way that sufficient self-blowing of high-current arcs is ensured and after a switch-on following the interruption of a short-circuit current, cold quenching gas is again available for new arcing in front of the extinguishing zone.
  • a gas storage space is arranged between the passages and the flow channel and in that an opening with a valve is arranged between the gas storage space and the compression space, which is open when the switch is turned on and closed when it is turned off.
  • the advantage of the invention is that the compression device sucks in the gas located in the gas storage space and flow channel with each switch-on process, whereby cold quenching gas is sucked through the flow channel from the switching chamber surrounding the arc extinguishing device.
  • the hot quenching gas of low density remaining after the interruption of a short-circuit current in the gas storage space and in the flow duct is sucked into the compression device in this way by the subsequent switch-on process, and the cold quenching gas flowing in is provided before the switching path for re-blowing the arc.
  • a further development is particularly advantageous in which the compression device is provided with a pressure relief channel which is provided with a Pressure relief valve is equipped, which vents the compression chamber at too high a pressure in the direction of the switching chamber surrounding the compression device.
  • the advantage is that in the event of an interruption of short-circuit currents, in which the non-return valves of the passages are closed, the switching movement cannot be impeded by an excessively high pressure build-up in the compression cylinder, since the pressure relief valves provide ventilation beforehand.
  • Fig. 1 shows a switch in which a gas storage space is provided compared to the switch known from DE-OS 24 11 897. Such a switch was proposed by P 37 20 816 (claims 1 and 16).
  • a partial section of the arc quenching device from the axis of symmetry is shown.
  • a fixed contact piece 1 interacts with a movable contact piece 2, an arc 3 being drawn.
  • the switching path between the contact pieces 1 and 2 is surrounded by an insulating nozzle 4.
  • a gas storage space 6 is connected to the switching path by a flow channel 5 such that an extinguishing gas flow is directed against the arc 3.
  • the gas storage space 6 is delimited by a floor 11, a gas storage space wall 14 and the insulating material nozzle 4.
  • the base 11 is connected to the drive rod 9 and carries the gas storage space wall 14 and the insulating material nozzle 4.
  • the base 11 is designed as a piston which is drawn into a compression cylinder 10 by the drive rod 9 when it is switched off.
  • Passages 20 are arranged, which can be closed by check valves 7.
  • At the end of the compression cylinder 10 there is a fixed base 23 through which the drive rod 9 runs in a sealed manner.
  • the compression space 8 is formed in this way by the bottom 11, the compression cylinder 10 and the fixed bottom 23.
  • a gas supply valve 21 is arranged in the bottom 23.
  • Such a switch has the following function:
  • the arc 3 is exposed to a gas flow at the zero crossing within the insulating material nozzle 4 by the pressure built up in the gas storage space 6 and is thus extinguished.
  • the check valve 7 also prevents the excess pressure generated in the gas storage space 6 from acting back on the drive, since the pressure cannot penetrate into the compression space 8.
  • the base 11 When such a switch is switched on, the base 11 is moved upwards together with the switching element 2, the gas storage space wall 14 and the insulating material nozzle 4 arranged thereon. This enlarges the compression space 8 and there is a negative pressure in this compression space 8, which leads to an opening of the gas supply valve 21, so that the compression space 8 is filled with SF6 from the switching chamber surrounding the arc extinguishing device.
  • a disadvantage of this switch design is as follows: The pressure build-up in the gas storage space 6 described when a short-circuit current is interrupted is due to the fact that the gas contained in this gas storage space 6 is heated very strongly by the energy of the arc. The density of this gas, however, initially remains constant due to the pressure build-up. Due to the considerable overpressure in the gas storage space 6 generated by the arc, however, a correspondingly large part of this gas flows out when the arc becomes weaker or finally extinguishes. A pressure equalization with the surrounding gas is achieved. Because of the high temperature of the gas in the gas storage space 6, the gas density and thus the amount of gas remaining in the gas storage space 6 is greatly reduced compared to the initial state at the beginning of the switch-off.
  • the compression space 8 When the switch is turned on, the compression space 8 is again filled with cold gas, as described above, but the gas storage space 6 still contains the low-density hot gas.
  • the gas in the gas storage space 6 can cool down to the ambient temperature, as a result of which the pressure in the gas storage space 6 drops and accordingly cold gas of high density flows in from the surroundings until the initial state is finally restored.
  • the switch In the event of brief interruptions, however, the switch must be able to switch off again within 300 ms. Within this short time, the gas in the gas storage space 6 cools only slightly, so that the amount of gas in the gas storage space 6 for the second switch-off is greatly reduced and has a low density. As a result, the breaking capacity of such a switch is greatly reduced.
  • the switch according to the invention remedies that a valve is arranged between the gas storage space 6 and the compression space 8, which is open when the switch is turned on and closed when the switch is turned off. Since this valve 14 to 19 provides for the ventilation of the compression space 8, the gas supply with the gas supply valve 21 is omitted.
  • Fig. 2 shows an embodiment with a valve 15 to 19.
  • the parts of the switch of Fig. 2, which are provided with the same reference numerals as the parts of Fig. 1, are identical to the parts there and have the same function described above on. The difference is that the compression space 8 is not ventilated by a gas supply valve 21 but by an opening 24 connecting the gas storage space 6 to the compression space 8 and equipped with a valve 15 to 19.
  • the valve 15 to 19 is configured as follows: the bottom 11, which separates the gas storage space 6 from the compression space 8, is not fixedly connected to the drive rod 9, but is displaceably mounted on it to a small extent.
  • the drive rod 9 has an annular recess 15 which is delimited on one side by a shoulder 16 and on the other side by a snap ring 17.
  • the bottom 11 has at its bore, through which the drive rod 9 passes, a projection 18 which engages in the annular recess 15 of the drive rod 9. This projection 18 strikes the shoulder 16 in one position of the base 11 and in the other position of the base 11 this projection strikes the snap ring 17.
  • the projection 18 is designed such that it comes to a gas-tight system on the snap ring 17.
  • the drive rod 9 moves down.
  • the base 11 initially remains in its position due to the inertia of itself and that of the gas storage space wall 14 and the insulating material nozzle 5 and under the effect of the frictional force of the contact 20.
  • the projection 18 rests on the snap ring 17 regardless of the starting position of the base 11, as a result of which the base 11 is carried along in the course of the opening movement.
  • the gas compressed in the compression space 8 also exerts a compressive force on the base 11, which also presses the base 11 against the snap ring 17.
  • the switch-off is therefore unchanged compared to the switch described in FIG. 1, so in the case of strong currents, the passage 20 is closed in the manner described above by the check valve 7 and the arc is self-blown by the expanding quenching gas, or the passages 20 are open and the compression device blows the arc.
  • the base 11 initially remains in its initial position due to the inertia and the frictional force of the contact 20.
  • the drive rod 9 thus initially moves upwards without taking the floor 11 with it until the projection 18 rests on the shoulder 16 and the drive takes the floor 11 with it.
  • This position there is a connection via the recesses 15 and 19 between the gas storage space 6 and the compression space 8.
  • the increase in the volume of the compression space 8 in the course of the switch-on movement leads to a negative pressure in the compression space 8.
  • This negative pressure also results in an additional force, which Cantilever 18 pressed against the shoulder 16.
  • Due to the negative pressure in the compression space 8 the hot gas flows from the gas storage space 6 into the compression space 8. This in turn creates a negative pressure in the gas storage space 6, which leads to the gas storage space 6 being filled with cold gas through the opening of the insulating material nozzle 5. This cold gas is supplied from the switching chamber surrounding the arc quenching device.
  • the goal is achieved to fill the gas storage space 6 with cold gas by the switch-on movement, so that cold quenching gas is provided in the flow channel 5 and in the gas storage space 6 for renewed arcing.
  • arc extinguishing is also ensured if a short-time switch-off takes place shortly after the interruption of a short-circuit current, which requires blowing of the arc with the aid of the compression device.
  • the fact that the hot gas of low density is in the compression space 8 is harmless, since this gas only flows to the switching path when all the cold gas from the flow channel 5 and from the gas storage space 6 has blown the arc 3. At this point in time, when the low-density gas flows in from the compression space 8, the arc 3 is extinguished.
  • At least one pressure relief channel 12, which has a pressure relief valve 13, is expediently provided in the fixed base 23.
  • the pressure relief valve 13 opens at a predetermined pressure in the compression space 8 in the direction of the switching chamber surrounding the compression device.
  • the purpose of this pressure relief valve 13 is that the pressure in the compression chamber 8 is not too high, which hinders the switching movement. This occurs when the passage 20 is closed by the check valve 7 for the reasons mentioned above and the gas in the compression chamber 8 is thereby compressed more and more during the course of the switch-off. This compression of gas in the compression space 8 when switched off, in which the arc is extinguished due to the expanding gas itself, is also of no use and is thus prevented by the pressure relief valve 13.
  • Fig. 3 shows a further embodiment, which has essentially the same parts - with the same reference numerals - as Fig. 2, which also have the same function.
  • FIG. 3 provides a base 11 which is designed as the base of the compression cylinder 10 and from the drive rod 9 the fixed base 23, which is designed as a piston, is pulled during the switch-off movement.
  • the valve 15 to 19 can also be designed in other ways. This can affect details of the valve, such as. B. the recesses 19, which can also be formed in the shoulder 16. However, an entirely different embodiment of such a valve is also conceivable, e.g. B. a valve that does not respond to the inertia, but opens by an external control when switched on.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schalter, der über eine Kompressionseinrichtung zur Beblasung des Lichtbogens verfügt, welche mit Rückschlagventilen in Richtung auf die Schaltstrecke ausgestattet ist, so dass stromschwache Lichtbögen mittels dieser Kompressionseinrichtung beblasen werden, jedoch bei stromstarken Lichtbögen die Rückschlagventile schliessen und der Lichtbogen durch das expandierende Gas selbst beblasen wird.
Bei diesem Schalter ist die Selbstbeblasung unzureichend und es steht nach der Unterbrechung eines stromstarken Lichtbogens heisses Gas geringer Dichte vor der Schaltstrecke. Dies ist für eine erneute Lichtbogenbeblasung von Nachteil.
Eine ausreichende Selbstbeblasung sowie die Bereitstellung kalten Löschgases für eine erneute Lichtbogenbeblasung wird dadurch bewirkt, dass zwischen der Kompressionseinrichtung und der Schaltstrecke ein Gasspeicherraum 6 angeordnet wird, wobei zwischen dem Gasspeicherraum 6 und dem Kompres­sionsraum 8 ein Ventil 15 bis 19 angeordnet ist, das bei der Einschaltung des Schalters geöffnet und bei der Ausschaltung geschlossen ist.
Auf diese Weise saugt die Kompressionseinrichtung das heisse Gas geringer Dichte bei einer auf eine Unterbrechung eines stromstarken Lichtbogens unmittelbar folgende Einschaltung aus dem Gasspeicherraum 6 heraus und es steht kaltes Gas hoher Dichte für eine erneute Lichtbogenbeblasung zur Verfügung.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Schalter 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 aus einem Kompressionskolben und einem Kompres­sionszylinder, wobei die Kompressionseinrichtung in ihrem beweglichen Teil ein oder mehrere mit Rückschlagventilen ausgestattete Durchlässe aufweist, durch welche das Löschgas zu einem zur Löschstrecke führenden Strömungskanal gelangen kann.
  • Ein solcher Schalter ist aus der DE-OS 24 11 897 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 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 in den Strömungskanal drückt und dort die Rückschlagventile schliesst. Auf diese Weise wird verhindert, dass das expandierende Löschgas in die Kompressionseinrichtung drückt und dort die Ausschaltbewegung des Schalters behindert. Die Löschung dieser Kurzschlussströme erfolgt dadurch, dass das in den Strömungskanal einge­ drungene Löschgas bei der Annäherung des Kurzschlussstromes an den Null­durchgang zur Schaltstrecke zurückflutet und den Lichtbogen dadurch bebläst.
  • Die Fähigkeit des aus der DE-OS 24 11 897 bekannten Schalters, starke Kurzschlussströme zu unterbrechen, ist dadurch begrenzt, dass der Strömungs­kanal nur eine geringe Menge expandierenden Löschgases aufnehmen kann und dadurch auch nur eine entsprechend begrenzte Menge zurückflutenden Lösch­gases zur Löschung der Kurzschlussströme zur Verfügung steht. Eine weitere Begrenzung der Unterbrechungsfähigkeit starker Kurzschlussströme ist dadurch bedingt, dass das Isoliermaterial der Düse, in das der Strömungskanal eingebettet ist, ab einem gewissen Gasdruck zerstört wird.
  • Als Abhilfe ist von der P 37 20 816 vorgeschlagen worden, zwischen den Durchlässen mit den Rückschlagventilen und dem Strömungskanal einen Gasspeicherraum anzuordnen. Dadurch wird genügend Raum zur Speicherung expandierenden Löschgases geschaffen, so dass die Menge des zur Löschung von Kurzschlussströmen zur Verfügung stehenden Löschgases wesentlich erhöht wird. Desweiteren führt dieser zur Speicherung des expandierenden Löschgases zur Verfügung stehende Raum dazu, dass keine so starke Druckerhöhung stattfindet. Durch den Gasspeicherraum wird also die Fähigkeit des Schal­ters, starke Kurzschlussströme zu unterbrechen, erhöht und es findet eine ausreichende Selbstbeblasung der bei der Unterbrechung von Kurzschluss­strömen auftretenden starken Lichtbögen statt.
  • Bei den genannten Schaltern können jedoch in bestimmten Schaltsituationen Probleme auftreten:
    Bei der Ausschaltung von Kurzschlussströmen sind die Durchlässe durch die Rückschlagventile verschlossen und es kann in den Strömungskanal bzw. in den Strömungskanal und den Gasspeicherraum kein kaltes Löschgas von der Kompressionseinrichtung nachströmen. Nach der Beblasung des Lichtbogens eines Kurzschlussstromes verbleibt also in dem Strömungskanal beziehungs­weise 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 Strömungskanal bzw. dem 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 unter­brochen 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 den Durchlässen und dem Strömungskanal ein Gasspeicherraum angeordnet ist und dass zwischen dem Gasspeicherraum und dem Kompressionsraum eine Öffnung mit einem Ventil angeordnet ist, das bei der Einschaltung des Schalters geöffnet und bei der 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 Kompressionsein­richtung gesaugt und das nachströmende kalte Löschgas 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 Kompressionsein­richtung 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 Unter­brechung von Kurzschlussströmen, bei der die Rückschlagventile der Durch­lässe verschlossen sind, keine Behinderung der Schaltbewegung durch einen zu hohen Druckaufbau im Kompressionszylinder eintreten kann, da vorher die Druckentlastungsventile für einen Entlüftung sorgen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen
    • Fig 1 einen Teilschnitt durch die Lichtbogenlöscheinrichtung eines Schalters, wie er von der P 37 20 816 vorgeschlagen wurde,
    • Fig 2 einen Teilschnitt durch die Lichtbogenlöscheinrichtung eines Schalters, der nach einem erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel aufgebaut ist und
    • Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel.
  • Fig. 1 zeigt einen Schalter, bei dem gegenüber dem aus der DE-OS 24 11 897 bekannten Schalter ein Gasspeicherraum vorgesehen ist. Ein so aufgebauter Schalter wurde durch die P 37 20 816 (Patentansprüche 1 und 16) vorge­schlagen.
  • Gezeigt ist ein Teilschnitt der Lichtbogenlöscheinrichtung ab der Symmetrie­achse. Ein feststehendes Schaltstück 1 wirkt mit einem beweglichen Schalt­stück 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 mit der Antriebsstange 9 verbunden und trägt die Gasspeicherraum­wandung 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. Im Boden 23 ist ein Gaszuführungsventil 21 angeordnet.
  • 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 3 in dem durch die Düse 4 begrenzten Raum zu einer starken Gasex­pansion, 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 Null­durchgang nähert, nimmt die im Lichtbogen 3 umgesetzte Energie und damit der durch den Lichtbogen 3 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 Isolierstoff­düse 4.
  • Bei der Einschaltung einer solchen Schalters wird der Boden 11 zusammen mit dem Schaltstück 2, der Gasspeicherraumwandung 14 und der auf dieser angeordneten Isolierstoffdüse 4 nach oben bewegt. Dadurch vergrössert sich der Kompressionsraum 8 und es entsteht in diesem Kompressionsraum 8 ein Unterdruck, welcher zu einer Öffnung des Gaszuführungsventils 21 führt, so dass der Kompressionsraum 8 mit SF₆ aus der die Lichtbogenlöscheinrichtung umgebenden Schaltkammer gefüllt wird.
  • Ein Nachteil dieser Schalterausführung besteht im folgenden:
    Der bei der Unterbrechung eines Kurzschlussstromes beschriebene Druckaufbau im Gasspeicherraum 6 kommt dadurch zustande, dass das in diesem Gasspeicher­raum 6 enthaltene Gas durch die Energie des Lichtbogens sehr stark auf­geheizt wird. Die Dichte dieses Gases dagegen bleibt wegen des Druckaufbaus zunächst konstant. Aufgrund des durch den Lichtbogen erzeugten erheblichen Überdrucks im Gasspeicherraum 6 strömt jedoch ein entsprechend grosser Teil dieses Gases ab, wenn der Lichtbogen schwächer wird bzw. schliesslich erlischt. Es wird ein Druckausgleich mit dem umgebenden Gas erreicht. Wegen der hohen Temperatur des Gases im Gasspeicherraum 6 ist die Gasdichte und damit die Menge des im Gasspeicherraum 6 verbliebenen Gases gegenüber dem Ausgangszustand zu Beginn der Ausschaltung stark reduziert. Durch die Einschaltung des Schalters wird zwar der Kompressionsraum 8 - wie oben beschrieben - wieder mit kaltem Gas gefüllt, jedoch der Gasspeicherraum 6 enthält weiterhin das heisse Gas geringer Dichte. In dem Fall, dass zwischen den Ausschaltungen längere Zeiträume liegen, kann sich das Gas im Gas­speicherraum 6 auf die Umgebungstemperatur abkühlen, wodurch der Druck im Gasspeicherraum 6 absinkt und dementsprechend kaltes Gas hoher Dichte aus der Umgebung nachströmt bis schliesslich der Ausgangszustand wieder hergestellt ist. Bei Kurzunterbrechungen muss der Schalter jedoch in der Lage sein, innerhalb von 300 ms erneut auszuschalten. Innerhalb dieser kurzen Zeit kühlt das Gas im Gasspeicherraum 6 nur unwesentlich ab, so dass die Gasmenge im Gasspeicherraum 6 für die zweite Ausschaltung stark verringert ist und eine geringe Dichte aufweist. Dadurch wird das Ausschalt­vermögen eines derartigen Schalters stark reduziert.
  • Der erfindungsgemässe Schalter, von dem zwei Ausführungsbeispiele in den Figuren 2 und 3 dargestellt sind, schafft dadurch Abhilfe, dass 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. Da dieses Ventil 14 bis 19 für die Belüftung des Kompres­sionsraums 8 sorgt, entfällt die Gaszuführung mit dem Gaszuführungsventil 21.
  • Bei einem so ausgebildeten Schalter wird bei einer Einschaltung, bei der sich der Boden 11 nach oben bewegt, der Kompressionsraum 8 nicht mehr mit dem SF₆ aus der die Löscheinrichtung umgebenden Schaltkammer gefüllt, sondern das Ventil 15 bis 19 öffnet und der Kompressionsraum 8 saugt durch den entstehenden Unterdruck das heisse Gas geringer Dichte des Gasspeicher­raums 6 und des Strömungskanal 5 an. Dadurch entsteht im Gasspeicherraum 6 und im Strömungskanal 5 ein Unterdruck, der bewirkt, dass durch die Öffnung der Isolierstoffdüse 4 das kalte Gas aus der Schaltkammer nachströmt.
  • Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung mit einem Ventil 15 bis 19. Die Teile des Schalters der Fig. 2, die mit gleichen Bezugszeichen wie die Teile der Fig. 1 versehen sind, sind mit den dortigen Teilen identisch und weisen die gleiche, oben beschriebene Funktion auf. Der Unterschied besteht darin, dass der Kompressionsraum 8 nicht durch ein Gaszuführungsventil 21 belüftet wird sondern durch eine den Gasspeicherraum 6 mit dem Kompressionsraum 8 verbindende Öffnung 24, die mit einem Ventil 15 bis 19 ausgestattet ist.
  • Das Ventil 15 bis 19 ist folgendermassen ausgestaltet: 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 Isolierstoff­düse 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. Die Ausschaltung ist damit gegenüber dem unter Figur 1 beschriebenen Schaltern unverändert, bei starken Strömen werden also in der oben beschriebenen Art und Weise 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.
  • Gegenüber dem in Figur 1 beschriebenen Schalter wird jedoch bei dem Schalter der Fig. 2 die Gasströmung während der Einschaltung verändert:
  • Der Boden 11 bleibt 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 Auskragung 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 Einschaltbewe­gung 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 Druckent­lastungskanal 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 Rückschlag­ventil 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 expan­dierenden Gases selbst erfolgt, ist auch ohne Zweck und wird somit durch das Druckentlastungsventil 13 verhindert.
  • Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das im wesentlichen die gleichen Teile - mit gleichen Bezugszeichen - wie die Fig. 2 aufweist, welche auch die gleiche Funktion haben.
  • Im Unterschied zu Fig 2, wo der Boden 11 als von der Antriebsstange 9 in den feststehenden Kompressionszylinder 10, 23 hineinziehbarer Kolben ausgebildet ist, sieht Fig. 3 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 Ausschalt­bewegung 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 Ausfrä­sungen)
    • 20 Durchlass
    • 21 Gaszuführungsventil
    • 22 Kontakt
    • 23 feststehender Boden
    • 24 Öffnung

Claims (6)

1. Schalter 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 aus einem Kompressionskolben und einem Kompressionszylinder, wobei die Kompressionseinrichtung in ihrem beweglichen Teil ein oder mehrere mit Rückschlagventilen ausgestattete Durchlässe aufweist, durch welche das Löschgas zu einem zur Löschstrecke führenden Strömungskanal gelangen kann,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem Durchlass (20) und dem Strömungskanal (5) ein Gas­speicherraum (6) angeordnet ist und dass zwischen dem Gasspeicherraum (6) und dem Kompressionsraum (8) eine Öffnung (24) mit einem Ventil (15 bis 19) angeordnet ist, das bei der Einschaltung des Schalters geöffnet und bei der Ausschaltung geschlossen ist.
2. Schalter nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
ein Ventil (15 bis 19), bei dem der den Gasspeicherraum (6) vom Kompres­sisonsraum (8) trennende Boden (11) mit einer ringförmigen, die Antriebs­stange (9) umfassenden Auskragung (18) ausgestattet ist, wobei die Auskragung (18) so in eine ringförmige Ausnehmung (15) der Antriebs­stange (9) eingreift, dass die Auskragung (18) bei einer Einschaltbewe­gung dichtend an einem die Ausnehmung (15) begrenzenden Sprengring (17) anliegt und bei einer Ausschaltbewegung die Auskragung (18) an einer Schulter (16) der Ausnehmung (15) anliegt, wobei der Gasspeicherraum (6) über Ausnehmungen (19) mit dem Kompressionsraum (8) verbunden ist.
3. Ventil nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ausnehmungen (19) als radial angeordnete Ausfräsungen an der der Schulter (16) zugewandten Seite der Auskragung (18) angeordnet sind.
4. Schalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Boden (11) als von der Antriebsstange (9) in den feststehenden Kompressionszylinder (10, 23) hineinziehbarer Kolben ausgebildet ist.
5. Schalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Boden (11) als Boden des Kompressionszylinders (10) ausgebildet und von der Antriebsstange (9) über den als Kolben ausgebildeten feststehenden Boden (23) ziehbar ist.
6. Schalter nach einem odeer mehreren der Ansprüche 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 Kompressionseinrichtung umgebenden Schaltkammer öffnenden Druckentlastungsventil (13) ausgestattet ist.
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