EP1185996A1 - Hochspannungsleistungsschalter mit einem abströmkanal - Google Patents

Hochspannungsleistungsschalter mit einem abströmkanal

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EP1185996A1
EP1185996A1 EP00949083A EP00949083A EP1185996A1 EP 1185996 A1 EP1185996 A1 EP 1185996A1 EP 00949083 A EP00949083 A EP 00949083A EP 00949083 A EP00949083 A EP 00949083A EP 1185996 A1 EP1185996 A1 EP 1185996A1
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EP
European Patent Office
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area
flow resistance
specific flow
circuit breaker
voltage circuit
Prior art date
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EP00949083A
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English (en)
French (fr)
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EP1185996B1 (de
Inventor
Volker Lehmann
Hold Dienemann
Friedrich Loebner
Michael Punger
Claudia Wiesinger
Jörg HAGEN
Hartmut Knobloch
Ralf Bergmann
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1185996A1 publication Critical patent/EP1185996A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1185996B1 publication Critical patent/EP1185996B1/de
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Revoked 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
    • H01H33/98—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being initiated by an auxiliary arc or a section of the arc, without any moving parts for producing or increasing the flow
    • 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
    • H01H33/7015—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts
    • 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
    • H01H2033/888—Deflection of hot gasses and arcing products

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage circuit breaker with two arcing contact pieces, which are separated from one another when switched off and between which, if necessary, an arc is drawn in an arcing space filled with an extinguishing gas, with the arcing gas heated by the arc from the constriction of an insulating nozzle surrounding the arcing space flows out through at least one outflow channel, which has a plurality of areas which are successively traversed by the extinguishing gas.
  • Such a high-voltage circuit breaker is known for example from DE-Ü 93 14 779.1 or from DE-OS 29 47 957.
  • an arc is drawn between two arcing contact pieces in the event of a switch-off, which is blown by an extinguishing gas and is to be extinguished and prevented from bucking.
  • a heating room is often provided in which the quenching gas heated by the arc is stored under high pressure until the next current zero crossing of the current to be switched, in order then to flow back to the arc chamber when the pressure drops in the arc chamber and to cool the quenching gas there.
  • the extinguishing gas In order to achieve effective cooling, the extinguishing gas must then be able to flow through an outflow channel into an expansion space.
  • the extinguishing gas is in one
  • Cow equipment cooled and deionized Such cow devices have, for example, so-called mesh coolers in the form of perforated plates and metal meshes, in which the interaction surface for the hot extinguishing gas is extremely large.
  • the cooling of the quenching gas also prevents ionized quenching gas from flowing into the switching path between the arcing contact pieces in a timely further switching process.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a high-voltage circuit breaker of the type mentioned at the outset, in which an outflow behavior of the extinguishing gas which is optimized with regard to the arc extinction is achieved through the outflow channel.
  • the object is achieved according to the invention in that the first area facing the constriction of the nozzle has a lower specific flow resistance than the constriction and in that at least a second area, a third area and a fourth area are arranged downstream of the first area in the outflow direction of the extinguishing gas the specific flow resistance of the second and fourth areas is in each case greater than the specific flow resistance of the area immediately preceding in the downstream direction and that the specific flow resistance of the d ⁇ t- th area is smaller than that of the second area.
  • the extinguishing gas flows with braking in each case through an area with a greater specific flow resistance, and then in an area with a lower specific flow resistance, which virtually forms an expansion volume, to expand.
  • the extinguishing gas pressure in the arc space can be controlled in its time course and thus a pressure curve optimized for the arc extinguishing or the avoidance of flashback of the arc can be achieved.
  • specific flow resistance is understood to mean the flow resistance for the extinguishing gas based on the length unit in the flow direction.
  • the invention can advantageously be used in insulating nozzle switches which are equipped with a boiler room in which extinguishing gas heated by the arc can be stored under high pressure up to the zero crossing of the current to be switched.
  • a mechanical compression device for the extinguishing gas can be provided in the form of a compression piston and a compression cylinder.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that each have a larger specific flow resistance having areas have cross-sectional constrictions of the outflow channel.
  • Such cross-sectional constrictions can be caused, for example, by a conical narrowing of a region surrounding the outflow channel
  • Pipe for example a pipe carrying the continuous current contact or by thickening a bolt running centrally in the outflow channel.
  • a gear mechanism for driving an arcing contact piece can also be provided in the outflow channel, for example if both
  • Arc contact pieces are moved simultaneously by means of a common switch drive.
  • the gear unit must then be taken into account when calculating the cross-sections.
  • Constrictions and nozzles in the outflow channel can each be formed by internals made of an insulating material, in particular polytetrafluoroethylene, or can also be coated with such a material.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that one of the regions with a greater specific flow resistance than the preceding region is designed as a radial deflection device for the extinguishing gas flow.
  • Such a radial deflection can be provided, for example, in the form of a nozzle which deflects the extinguishing gas flowing axially in a radial direction or by more than 90 °.
  • a larger expansion space for the extinguishing gas can be provided behind the deflection device.
  • the invention can also be advantageously configured in that at least one of the areas with greater flow resistance is designed as a check valve or group of check valves.
  • the check valve (s) have a linearly closing plate closing an opening.
  • at least one of the check valves has at least one, in particular two, closure flaps which can be pivoted about a hinge.
  • the pivotable flaps can be pivoted almost completely out of the outflow channel in the forward direction, so that only a small increase in the specific flow resistance can be achieved.
  • the areas with a higher specific flow resistance are formed by bodies arranged in the outflow channel and having a plurality of through openings for the extinguishing gas.
  • Such bodies are understood to mean, for example, perforated sheets or metal mesh (mesh cooler).
  • the invention can also be advantageously carried out in that at least one area with a larger specific
  • Flow resistance are designed as a flow labyrinth.
  • Entry openings and exit openings is formed, m the movable body, for example PTFE balls are arranged in bulk.
  • the outflow channel extends from the nozzle constriction to a drive side and that at least one of the areas with a greater specific flow resistance in the sense of the flow of the exhaust gas is arranged downstream of a switch tube on the drive side which carries the arcing contact piece on the drive side.
  • FIGS. 1 to 8 show schematically in a longitudinal section a part of an interrupter unit of a high-voltage circuit breaker, the areas with a larger specific flow resistance and with a lower specific flow resistance in the outflow region on the side of the arcing contact piece designed as a contact pm differing in each case Are realized.
  • Figure 1 is a constriction by a constriction of the
  • FIG. 2 is a constriction, which is formed by an insert in a contact tube
  • FIG. 3 shows two constrictions, which are each realized by thickening of the contact pin
  • Figure 4 shows three areas with greater specific flow resistance, which are realized by intermediate floors provided with passage openings
  • Figure 5 shows an area with greater flow resistance, which is realized by a valve with pivotable flaps
  • Figure 6 shows an area with greater flow resistance, which is caused by a thickening of a contact pin 7, an area with greater flow resistance, which is realized by a device for radial gas deflection
  • FIG. 7 an area with greater flow resistance, which is realized by a valve with pivotable flaps, and a device for radial gas deflection
  • FIG. 8 a configuration of the drive-side outflow - channel.
  • FIG. 1 shows part of an interrupter unit of a high-voltage circuit breaker with an insulating housing 1, which consists, for example, of porcelain or a composite insulator and in which two continuous current contacts 2, 3 are arranged.
  • the housing can also be designed as a grounded metal housing.
  • a movable and drivable arcing contact piece 4 is connected, the is designed as a tulip contact.
  • This arcing contact piece has radially resiliently arranged contact fingers on its circumference.
  • the drivable arcing contact 4 interacts with a fixed arcing contact 5 in the form of a contact pin. In the switched-on state, this passes through the constriction 6 of the insulating nozzle 7 and makes resilient contact with the drivable arcing contact piece 4.
  • an arc is drawn in the arcing space 9, which heats up quenching gas located there, for example SFg (sulfur hexafluoride), so that it expands.
  • quenching gas for example SFg (sulfur hexafluoride), so that it expands.
  • the expanded extinguishing gas is at least partially passed through a heating duct 10 into a heating room 11, where it is initially stored.
  • the alternating current to be switched passes zero, the arc 12 extinguishes and the quenching gas stored in the heating space 11 flows back through the heating duct 10 to the arc space 9, in order to prevent the arc from reigniting at the next voltage rise by cooling.
  • the outflow channel through which the extinguishing gas flows for example on the side of the fixed arcing contact piece 5, first has a first area 12 , which has a reduced flow resistance compared to the nozzle constriction 6.
  • the outflow cross section is considerably larger there than in the area of the nozzle constriction 6.
  • the first area 12 is followed by a second area 13, which has a greater specific flow resistance than the first area.
  • This second area is designed as a constriction of the contact tube 20 carrying the continuous current contact 3.
  • the second area has a conically tapering area and a nozzle constriction.
  • the second region 13 is adjoined in the flow direction of the extinguishing gas by the third region 14, which first has a conical widening of the outflow channel and then a cylindrical region, the specific flow resistance being lower in the third region than in the second region 13.
  • the third area 14 is followed by a fourth area 15, which has a greater specific flow resistance than the third area 14 and which is designed as a device for radially deflecting the flow of extinguishing gas to the outside.
  • a braking of the extinguishing gas flow takes place in each of the areas 13, 15, which leads to a backflow of the extinguishing gas.
  • pressure waves run counter to the extinguishing gas flow in the direction of the arc space 9.
  • Areas with low specific flow resistance can be selected so that an optimal chronological sequence of the backwash waves migrating to the arc space and thus an optimal temporal pressure profile is achieved there.
  • FIG. 2 shows an arrangement which is the same as the arrangement shown in FIG. 1 except for the outflow channel.
  • a first region 16 of the outflow channel is provided, which is essentially cylindrical and has a lower specific flow resistance than the nozzle constriction 6 of the insulating nozzle 7.
  • the first region 16 is followed by a second region 17, which has an increased specific flow resistance compared to the first region, in that the contact tube 21 has an insert 22 there, which creates a nozzle constriction in the outflow channel.
  • the insert 22 can also be formed as an integral part of the contact tube 21.
  • the second area 17 is followed by a third area 18, in which the cross section of the outflow channel initially widens, so that the specific flow resistance there is lower than in the second area 17.
  • the widening part of the third area 18 opens into a cylindrical part.
  • the third area 18 is followed by a fourth area 19 in the form of radial through openings of the contact tube 21, so that there is a radial deflection of the extinguishing gas flow to the outside, which in this fourth area 19 causes a greater specific flow resistance than in the third area 18th
  • the extinguishing gas can expand to a certain extent in areas 16, 21 with a lower specific flow resistance. In this way, the outflowing quantity of extinguishing gas passes through backflow areas and expansion areas in chronological succession, so that a specific temporal pattern of pressure waves can be generated by the backwater.
  • the temporal profile of the pressure waves in the arc space that can be achieved in this way depends on the distance between the individual areas and on the ratio of the specific flow resistances present in each case.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the invention in which areas 23, 24 with greater specific flow resistance are produced in that the contact pin 25 has thickenings 25, 26 in these areas. Parts of the contact pin 5 with a smaller diameter are provided between the thickenings 25, 26, so that there are regions 27, 28 with a lower specific flow resistance.
  • the areas 29, 30, 31 with greater specific flow resistance are provided with plates 32, 33, 34 which have openings 35 for the passage of extinguishing gas.
  • closure plates 36 which close the openings in the plate 33 in a spring-loaded manner and which are lifted off the plate 33 by the extinguishing gas, so that the extinguishing gas can flow away from the insulating nozzle 7 but cannot flow back.
  • Areas 37, 38 with lower specific flow resistance than expansion volumes are arranged between the areas 29, 30, 31.
  • the area 31 is followed by an area 39 with a lower specific flow resistance, followed by an area 40 in the form of radial outflow openings in the contact tube 21.
  • These radial outflow openings 40 deflect the gas flow in the radial direction and thus likewise represent an area with greater specific flow resistance.
  • FIG. 5 an interrupter unit is partially shown, in which a check valve 41 is arranged in the contact tube 21, which has at least two flaps 43, 44 which can be pivoted about a hinge 42 and which, in the idle state, close the cross section of the contact tube 21 and prevent gas flow be opened in the event of a shutdown, so that the quenching gas can flow through the check valve formed.
  • the check valve also represents an area with a greater specific flow resistance than the cylindrical area 45 of the contact tube 21 in the open state. If an increased gas pressure is formed in the cylindrical area 46, which adjoins the check valve, the gas flows back Extinguishing gas prevented by the valve 41.
  • the quenching gas can flow out of the cylindrical region 46 with lower flow resistance through radial outflow openings 47, each of which is provided with a metal mesh.
  • the outflow openings 47 thus represent areas of greater specific flow resistance.
  • the extinguishing gas is deflected radially here and at the same time is cooled and braked by the metal mesh.
  • FIG. 6 shows an interrupter unit of a high-voltage circuit breaker, which has a radial deflection device 48 in the form of a nozzle, which is designed as a region with a greater specific flow resistance.
  • This area 48 is preceded by a cylindrical area 49 which has a lower specific flow resistance.
  • the extinguishing gas flows through a narrow point 50, which is created by a thickening of the contact pin 51 and which represents an area with a greater specific flow resistance.
  • FIG. 7 shows an interrupter unit which is similar to that of the interrupter unit shown in FIG. 6, wherein according to FIG. 7 there is no thickening of the contact pin 51, but the contact pin carries a check valve 52 which is provided with a plurality of pivotable plates 58, which form a region with increased specific flow resistance for the extinguishing gas flowing away from the arc space and which prevent backflow of the extinguishing gas from region 55 with reduced specific flow resistance in the direction of the arc space.
  • the area 55 is followed by a deflection device 48, from which the quenching gas can flow through an annular channel 56 to a metal grid 57. After being deflected again, the extinguishing gas flows through the openings of the metal grid 57 into the expansion space 54.
  • FIG. 8 shows an interrupter unit in which a first cylindrical region is provided in the drive-side outflow channel 59 within the switching tube, which carries the tulip-shaped arcing contact 4. Downstream of the first area is a further area 60, which is formed by the coupling of a switching rod 61 to the switching tube 62 and in which the specific flow resistance is increased by a narrowing of the cross section. In the third area 63, the extinguishing gas can continue to flow axially without hindrance, so that there is no back pressure.
  • the fourth region is formed in front of an end plate 64 in that extinguishing gas is deflected there by radial outlet openings 65 and exits in an expansion space.
  • the interrupter unit can be achieved in different ways, that areas with a lower specific flow resistance and areas with a larger specific flow resistance alternate in the outflow channel, areas with a greater specific flow resistance being able to be formed as constrictions, metal mesh, perforated plates or check valves, while areas with a lower specific flow resistance can be formed as cylindrical tubes or widening cone-shaped tubes can be formed.
  • the outflow channel on the drive side can also be formed, which begins in the interior of the tulip-shaped arcing contact piece.

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  • Circuit Breakers (AREA)

Abstract

Bei einem Hochspannungsleistungsschalter mit zwei Lichtbogenkontaktstücken (4, 5), die im Ausschaltfall voneinander getrennt werden und zwischen denen ggf. in einem mit einem Löschgas gefüllten Lichtbogenraum (9) ein Lichtbogen (12) gezogen wird, wobei durch den Lichtbogen aufgeheiztes Löschgas von der Engstelle (6) einer den Lichtbogenraum umgebenden Isolierdüse (7) aus durch wenigstens einen Abströmkanal (s. Anspruch 1) abströmt, welcher mehrere von dem Löschgas nacheinander durchlaufene Bereiche (12, 13, 14, 15) aufweist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der erste, der Engstelle der Düse zugewandte Bereich (12) einen gegenüber der Engstelle (6) verringerten spezifischen Strömungswiderstand aufweist und daß dem ersten Bereich (12) in Abströmrichtung des Löschgases wenigstens ein zweiter Bereich (13), ein dritter Bereich (14) und ein vierter Bereich nachgeordnet sind, wobei der spezifische Strömungswiderstand des zweiten und vierten Bereiches jeweils größer ist als der spezifische Strömungswiderstand des in Abströmrichtung unmittelbar vorangehenden Bereiches und daß der spezifische Strömungswiderstand des dritten Bereiches (14) kleiner ist als derjenige des zweiten Bereiches (13).

Description

Beschreibung
Hochspannungsleistungsschalter mit einem Abstro kanal
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungsleistungsschalter mit zwei Lichtbogenkontaktstucken, die im Ausschaltfall voneinander getrennt werden und zwischen denen ggf. in einem mit einem Loschgas gefüllten Lichtbogenraum ein Licht- bogen gezogen wird, wobei durch den Lichtbogen aufgeheiztes Loschgas von der Engstelle einer den Lichtbogenraum umgebenden Isolierduse aus durch wenigstens einen Abstromkanal abströmt, welcher mehrere von dem Loschgas nacheinander durchlaufende Bereiche aufweist.
Ein derartiger Hochspannungsleistungsschalter ist beispielsweise aus der DE-Ü 93 14 779.1 bzw. aus der DE-OS 29 47 957 bekannt .
Bei den bekannten Leistungsschaltern wird jeweils zwischen zwei Lichtbogenkontaktstucken im Ausschaltfall ein Lichtbogen gezogen, der durch ein Loschgas beblasen wird und dadurch geloscht und am Ruckzunden gehindert werden soll. Oft ist ein Heizraum vorgesehen, m dem durch den Lichtbogen aufgeheiztes Loschgas unter hohem Druck bis zum nächsten Stromnulldurchgang des zu schaltenden Stromes gespeichert wird, um danach beim Druckabfall im Lichtbogenraum zum Lichtbogenraum zurückzuströmen und dort das Loschgas zu kühlen. Um eine effektive Kühlung zu erreichen, muß danach das Löschgas durch einen Ab- stromkanal in einen Expansionsraum abströmen können.
Damit die Innenwände eines Kapselungsgehauses eines Leistungsschalters durch kontaminierte heiße Loschgase nicht be- schadigt oder verschmutzt werden, wird das Loschgas in einer
Kuhleinrichtung gekühlt und entionisiert. Solche Kuhleinrichtungen weisen beispielsweise sog. Mesh cooler in Form von Lochblechen und Metallgeweben auf, in denen die echselwir- kungsoberflache für das heiße Loschgas extrem groß ist.
Durch die Kühlung des Loschgases wird auch verhindert, daß bei einem zeitnahen weiteren Schaltvorgang ionisiertes Loschgas in die Schaltstrecke zwischen den Lichtbogenkontakt- stucken einströmt.
Es wurde gefunden, daß für ein optimales Schaltverhalten ein gewisser Ruckstau des Loschgases im Abstromkanal notwendig ist, das jedoch ein zu großer Ruckstau beispielsweise infolge eines dichten Metallgewebes, durch das das Loschgas hindurch- stromen muß, die Lichtbogenloschung behindern kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungsleistungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ein im Hinblick auf die Lichtbogen- loschung optimiertes Abstromverhalten des Loschgases durch den Abstromkanal erreicht w rd.
Die Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelost, daß der erste, der Engstelle der Düse zugewandte Bereich einen gegenüber der Engstelle verringerten spezifischen Stromungswiderstand aufweist und daß dem ersten Bereich in Abstromrichtung des Loschgases wenigstens ein zweiter Bereich, ein dritter Bereich und ein vierter Bereich nachgeordnet sind, wobei der spezifische Stromungswiderstand des zweiten und vierten Bereiches jeweils großer ist als der spezifische Stromungswiderstand des m Abstromrichtung unmittelbar vorangehenden Bereiches und daß der spezifische Stromungswiderstand des dπt- ten Bereiches kleiner ist als derjenige des zweiten Bereiches .
Dadurch, daß sich in dem Abstromkanal Bereiche mit größerem spezifischem Stromungswiderstand und Bereiche mit geringerem spezifischem Stromungswiderstand abwechseln, strömt das Loschgas jeweils unter Abbremsung durch einen Bereich mit größerem spezifischem Stromungswiderstand, um dann in einem Bereich mit geringerem spezifischen Stromungswiderstand, der quasi eine Expansionsvolumen bildet, zur expandieren. Hierdurch ergibt sich ein Ruckstauverhalten, das mehrere zeitliche aufeinanderfolgende Ruckstaudruckwellen des Loschgases im Lichtbogenbereich erzeugt. Hierdurch laßt sich der Loschgasdruck im Lichtbogenraum in seinen Zeitverlauf steuern und so- mit ein für die Lichtbogenloschung bzw. die Vermeidung einer Ruckzundung des Lichtbogens optimierter Druckverlauf erreichen.
Unter dem Begriff "spezifischer Stromungswiderstand" wird in diesem Zusammenhang der Stromungswiderstand für das Loschgas bezogen auf die Längeneinheit m Stromungsrichtung verstanden.
Die Erfindung kann vorteilhaft bei Isolierdusenschaltern em- gesetzt werden, die mit einem Heizraum ausgestattet sind, in dem durch den Lichtbogen aufgeheiztes Loschgas bis zum Stromnulldurchgang des zu schaltenden Stroms unter hohem Druck gespeichert werden kann. Zusatzlich kann eine mechanische Kompressionsvorrichtung für das Lόschgas in Form eines Kompres- sionskolbens und eines Kompressionszylinders vorgesehen sein.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die jeweils einen größeren spezifischen Stromungswiderstand aufweisenden Bereiche Querschnittsverengungen des Abströmkanals aufweisen.
Solche Querschnittsverengungen können beispielsweise durch eine konische Verengung eines den Abströmkanal umgebenden
Rohres, beispielsweise eines den Dauerstromkontakt tragenden Rohres oder durch eine Verdickung eines in dem Abströmkanal zentral verlaufenden Bolzens erreicht werden. In dem Abströmkanal kann auch ein Getriebe zum Antrieb eines Lichtbogenkon- taktstückes vorgesehen sein, beispielsweise, wenn beide
Lichtbogenkontaktstücke mittels eines gemeinsamen Schalterantriebes gleichzeitig bewegt werden. Das Getriebe ist dann bei der Berechnung der Abströmquerschnitte zu berücksichtigen.
Vorteilhaft können die jeweils einen größeren spezifischen Strömungswiderstand aufweisenden Bereiche jeweils als Düse ausgebildet sein. Verengungen und Düsen in dem Abströmkanal können jeweils durch Einbauten aus einem Isolierstoff, insbe- sondere Polytetrafluoretylen gebildet sein oder auch mit einem derartigen Material beschichtet sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß einer der Bereiche mit gegenüber dem vorangehenden Bereich größerem spezifischen Strömungswiderstand als radiale Umlenkvorrichtung für die Löschgasströmung ausgebildet ist.
Eine solche radiale Umlenkung kann beispielsweise in Form einer Düse vorgesehen sein, die das axial abströmende Löschgas in eine radiale Richtung oder um mehr als 90° umlenkt. Hinter der Umlenkeinrichtung kann ein größerer Expansionsraum für das Löschgas vorgesehen sein. Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß wenigstens einer der Bereiche mit größerem Strömungswiderstand als Rückschlagventil oder Gruppe von Rückschlagventilen ausgebildet ist.
Hierdurch wird einerseits ein Rückstau des Löschgases erreicht, da das Löschgas mit einem Teil seiner kinetischen Energie das Rückschlagventil offenhalten muß, andererseits wird ein Zurückströmen des Löschgases, das zu einer Kontami- nation des Lichtbogenraums mit ionisiertem heißem Löschgas führen könnte, zuverlässig vermieden.
Dabei kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß das/die Rückschlagventil (e) eine eine Öffnung verschließende linearbeweg- liehe Platte aufweisen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß wenigstens eines der Rückschlagventile wenigstens eine, insbesondere zwei um ein Scharnier schwenkbare Verschlußklappen aufweist.
In einem Scharnierventil können die schwenkbaren Klappen in Durchlaßrichtung fast vollständig aus dem Abströmkanal herausgeschwenkt werden, so daß eine nur geringe Erhöhung des spezifischen Strömungswiderstandes erzielt werden kann.
Es kann außerdem vorteilhaft vorgesehen sein, daß die Bereiche mit höherem spezifischem Strömungswiderstand durch im Abströmkanal angeordnete Körper gebildet sind, die eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen für das Löschgas aufweisen.
Unter solchen Körpern sind beispielsweise Lochbleche oder Metallgewebe (mesh cooler) zu verstehen. Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgeführt werden, daß wenigstens ein Bereich mit größerem spezifischem
Stromungswiderstand als ein Stromungslabyrinth ausgebildet sind.
Es kann auch vorgesehen se n, daß wenigstens ein Bereich mit größerem spezifischem Stromungswiderstand als eine Kammer mit
Eintrittsoffnungen und Austrittsoffnungen ausgebildet ist, m der bewegliche Korper, beispielsweise PTFE-Kugeln in loser Schuttung angeordnet sind.
Vorteilhaft kann auch vorgeschrieben sein, daß der Abstromkanal sich von der Dusenengstelle aus zu einer Antriebsseite hin erstreckt und daß wenigstens einer der Bereiche mit größerem spezifischem Stromungswiderstand im Sinne der Loschgasstromung einem antriebsseitigen, das antriebsseitige Lichtbogenkontaktstuck tragenden Schaltrohr nachgeordnet ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausfuhrungsbeispiels m einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend beschrieben.
Dabei zeigen die Figuren 1 bis 8 schematisch in einem Langs- schnitt einen Teil einer Unterbrechereinheit eines Hochspan- nungsleistungsschalters, wobei jeweils die Bereiche mit größerem spezifischem Stromungswiderstand und mit geringerem spezifischem Stromungswiderstand im Abstrombereich auf der Seite des als Kontaktpm ausgebildeten Lichtbogenkontakt- St cks auf unterschiedliche Weise realisiert sind.
Insbesondere zeigt: Figur 1 eine Engstelle, die durch eine Einschnürung eines den
Kontaktpin umgebenden Kontaktrohres ausgebildet ist, Figur 2 eine Einschnürung, die durch einen Einsatz in ein Kontaktrohr ausgebildet ist, Figur 3 zwei Einschnürungen, die jeweils durch Verdickungen des Kontaktpins realisiert sind,
Figur 4 drei Bereiche mit größerem spezifischen Strömungswiderstand, die durch mit Durchtrittsöffnungen versehene Zwischenböden realisiert sind, Figur 5 einen Bereich mit größerem Strömungswiderstand, der durch ein Ventil mit schwenkbaren Klappen realisiert ist, Figur 6 einen Bereich mit größerem Strömungswiderstand, der durch eine Verdickung eines Kontaktpins realisiert ist sowie einen Bereich mit größerem Strömungswiderstand, der durch eine Einrichtung zur radialen Gasumlenkung verwirklicht ist, Figur 7 einen Bereich mit größerem Strömungswiderstand, der durch ein Ventil mit schwenkbaren Klappen realisiert ist sowie eine Einrichtung zur radialen Gasumlenkung und Figur 8 eine Ausgestaltung des antriebsseitigen Abström- kanals.
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figur 1 zeigt einen Teil einer Unterbrechereinheit eines Hochspannungsleistungsschalters mit einem Isoliergehäuse 1, das beispielsweise aus Porzellan oder aus einem Verbundisolator besteht und in dem zwei Dauerstromkontakte 2, 3 angeordnet sind. Das Gehäuse kann in einer anderen Realisierung der Erfindung auch als geerdetes Metallgehäuse ausgebildet sein.
Mit dem beweglichen Dauerstromkontaktstück 2 ist ein bewegliches und antreibbares Lichtbogenkontaktstück 4 verbunden, das als Tulpenkontakt ausgebildet ist. Dieses Lichtbogenkontaktstück weist an seinem Umfang radial federnd angeordnete Kontaktfinger auf.
Im Einschaltzustand wirkt das antreibbare Lichtbogenkontaktstück 4 mit einem ortsfesten Lichtbogenkontaktstück 5 in Form eines Kontaktpins zusammen. Dieser durchsetzt im Einschaltzustand die Engstelle 6 der Isolierdüse 7 und kontaktiert federnd mit dem antreibbaren Lichtbogenkontaktstück 4.
Wird im Ausschaltfall das antreibbare Lichtbogenkontaktstück 4 gemeinsam mit der Isolierdüse 7 und dem Dauerstromkontaktstück 2 in Richtung des Pfeils 8 durch einen nicht dargestellten Schalterantrieb beschleunigt, so werden zunächst die Dauerstromkontaktstücke 2, 3 voneinander getrennt und darauf die Lichtbogenkontaktstücke 4, 5.
Zwischen den Lichtbogenkontaktstucken 4, 5 wird in dem Lichtbogenraum 9 ein Lichtbogen gezogen, der dort befindliches Löschgas, beispielsweise SFg (Schwefelhexafluorid) aufheizt, so daß dieses expandiert.
Das expandierte Löschgas wird wenigstens zum Teil durch einen Heizkanal 10 in einen Heizraum 11 geleitet, wo es zunächst gespeichert wird. Beim Stromnulldurchgang des zu schaltenden Wechselstroms erlischt der Lichtbogen 12 und das in dem Heizraum 11 gespeicherte Löschgas strömt durch den Heizkanal 10 zum Lichtbogenraum 9 zurück, um dort durch eine Kühlung das Rückzünden des Lichtbogens beim nächsten erfolgenden Spannungsanstieg zu verhindern.
Die Lichtbogenkontaktstücke 4, 5 entfernen sich unterdessen weiter voneinander, so daß nach kurzer Zeit der Abstand zwi- sehen ihnen so groß ist, daß eine Ruckzundung des Lichtbogens nicht zu befurchten ist.
Um optimale Bedingungen für die Loschung des Lichtbogens im Lichtbogenraum und im Bereich der Dusenengstelle 6 zu schaffen, st gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß der Abstromkanal, durch den das Loschgas beispielsweise auf der Seite des feststehenden Lichtbogenkontaktstücks 5 abströmt, zunächst einen ersten Bereich 12 aufweist, der einen gegen- über der Dusenengstelle 6 verringerten spezifischen Strömungswiderstand aufweist. Der Abstromquerschnitt ist dort erheblich großer als im Bereich der Dusenengstelle 6.
An den ersten Bereich 12 schließt sich ein zweiter Bereich 13 an, der einen gegenüber dem ersten Bereich größeren spezifischen Stromungswiderstand aufweist. Dieser zweite Bereich ist als Verengung des den Dauerstromkontakt 3 tragenden Kontaktrohres 20 ausgebildet. Der zweite Bereich weist hierzu einen konisch zulaufenden Bereich und eine Dusenengstelle auf.
An den zweiten Bereich 13 schließt sich in Stromungsrichtung des Loschgases der dritte Bereich 14 an, der zunächst eine konische Erweiterung des Abströmkanals und daran anschließend einen zylindrischen Bereich aufweist, wobei im dritten Bereich der spezifische Stro ungswiderstand geringer ist als in dem zweiten Bereich 13.
An den dritten Bereich 14 schließt sich ein vierter Bereich 15 an, der im Vergleich zu dem dritten Bereich 14 einen größeren spezifischen Stromungswiderstand aufweist und der als Einrichtung zur radialen Umlenkung der Loschgasstromung nach außen hin ausgebildet ist. In den Bereichen 13, 15 findet jeweils eine Abbremsung der Löschgasströmung statt, die zu einem Rückstau des Löschgases führt. Somit laufen Druckwellen entgegen der Löschgasströmung in Richtung zum Lichtbogenraum 9 hin.
Diese strömungsaufwärts wandernden Druckwellen wirken sich günstig auf die Bedingungen zur Löschung des Lichtbogens im Lichtbogenraum 9 aus. Die Abstände zwischen den Bereichen mit größerem spezifischem Strömungswiderstand und zwischen den
Bereichen mit geringem spezifischem Strömungswiderstand können so gewählt werden, daß eine optimale zeitliche Abfolge der zum Lichtbogenraum wandernden Rückstauwellen und somit dort ein optimales zeitliches Druckprofil erreicht wird.
In der Figur 2 ist eine Anordnung gezeigt, die bis auf den Abströmkanal der in Figur 1 dargestellten Anordnung gleicht. Dort ist ein erster Bereich 16 des Abströmkanals vorgesehen, der im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und der einen geringeren spezifischen Strömungswiderstand aufweist als die Dusenengstelle 6 der Isolierdüse 7.
Auf den ersten Bereich 16 folgt ein zweiter Bereich 17, der einen gegenüber dem ersten Bereich vergrößerten spezifischen Strömungswiderstand aufweist, dadurch, daß das Kontaktrohr 21 dort einen Einsatz 22 aufweist, der eine Dusenengstelle im Abströmkanal erzeugt. Der Einsatz 22 kann auch als integraler Bestandteil des Kontaktrohres 21 ausgebildet sein.
Auf den zweiten Bereich 17 folgt ein dritter Bereich 18, in dem sich der Querschnitt des Abströmkanals zunächst erweitert, so daß dort der spezifische Strömungswiderstand geringer ist als in dem zweiten Bereich 17. Der sich erweiternde Teil des dritten Bereiches 18 mündet in einen zylindrischen Teil.
An den dritten Bereich 18 schließt sich ein vierter Bereich 19 in Form von radialen Durchtrittsöffnungen des Kontaktrohres 21 an, so daß dort eine radiale Umlenkung der Löschgasströmung nach außen stattfindet, die in diesem vierten Bereich 19 einen größeren spezifischen Strömungswiderstand be- dingt als im dritten Bereich 18.
Auf diese Weise wechseln sich Bereiche 16, 21 mit geringem spezifischem Strömungswiderstand mit solchen Bereichen 17, 19 mit größerem Strömungswiderstand ab, so daß auch bei dieser Realisierung der Erfindung der Löschgasstrom teilweise rückgestaut wird. Hierdurch können Druckwellen in Aufwärtsrichtung der Löschgasströmung zurückwandern.
In den Bereichen 16, 21 mit geringerem spezifischen Strö- mungswiderstand kann das Löschgas in gewissem Maß expandieren. Auf diese Weise durchläuft die abströmende Löschgasmenge in zeitlicher Aufeinanderfolge Rückstaubereiche und Expansionsbereiche, so daß sich ein bestimmtes zeitliches Muster von Druckwellen durch den Rückstau erzeugen läßt. Das hier- durch erzielbare zeitliche Profil der Druckwellen im Lichtbogenraum ist vom Abstand der einzelnen Bereiche voneinander und von dem Verhältnis der jeweils vorliegenden spezifischen Strömungswiderstände abhängig.
In der Figur 3 ist eine Ausführung der Erfindung dargestellt, bei der Bereiche 23, 24 mit größerem spezifischem Strömungswiderstand dadurch erzeugt sind, daß der Kontaktpin 25 in diesen Bereichen Verdickungen 25, 26 aufweist. Zwischen den Verdickungen 25, 26 sind Teile des Kontaktpins 5 mit geringerem Durchmesser vorgesehen, so daß dort Bereiche 27, 28 mit geringerem spezifischem Strömungswiderstand vor- liegen.
Gemäß dem in der Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Bereiche 29, 30, 31 mit größerem spezifischem Strömungswiderstand mit Platten 32, 33, 34 versehen, die Öffnun- gen 35 zum Durchtritt von Löschgas aufweisen.
An der Platte 33 sind zusätzlich Verschlußplatten 36 angeordnet, die die Öffnungen in der Platte 33 federbelastet verschließen und die durch abströmendes Löschgas von der Platte 33 abgehoben werden, so daß das Löschgas zwar von der Isolierdüse 7 wegströmen, nicht jedoch zurückströmen kann.
Zwischen den Bereichen 29, 30, 31 sind jeweils Bereiche 37, 38 mit geringerem spezifischen Strömungswiderstand als Expan- sionsvolumina angeordnet. Dem Bereich 31 ist ein Bereich 39 mit geringerem spezifischen Strömungswiderstand nachgeordnet, auf den ein Bereich 40 in Form von radialen Ausströmöffnungen in dem Kontaktrohr 21 folgt. Diese radialen Ausströmöffnungen 40 bewirken eine Umlenkung der Gasströmung in radialer Rich- tung und stellen somit ebenfalls einen Bereich mit größerem spezifischem Strömungswiderstand dar.
In der Figur 5 ist eine Unterbrechereinheit teilweise dargestellt, bei der in dem Kontaktrohr 21 ein Rückschlagventil 41 angeordnet ist, das wenigstens zwei um ein Scharnier 42 schwenkbare Klappen 43, 44 aufweist, die im Ruhezustand den Querschnitt des Kontaktrohres 21 verschließen und die von einer Gasströmung im Ausschaltfall geöffnet werden, so daß das Löschgas durch das gebildete Rückschlagventil durchströmen kann. Das Rückschlagventil stellt auch im geöffneten Zustand einen Bereich mit größerem spezifischen Strömungswiderstand dar als der zylindrische Bereich 45 des Kontakt- rohres 21. Bildet sich in dem zylindrischen Bereich 46, der sich an das Rückschlagventil anschließt, ein erhöhter Gasdruck aus, so wird ein Zurückströmen des Löschgases durch das Ventil 41 verhindert.
Aus dem zylindrischen Bereich 46 mit geringerem Strömungswiderstand kann das Löschgas durch radiale Ausströmöffnungen 47 ausströmen, die jeweils mit einem Metallgewebe versehen sind. Die Ausströmöffnungen 47 stellen somit Bereiche eines größeren spezifischen Strömungswiderstandes dar. Das Löschgas wird hier radial umgelenkt und gleichzeitig durch das Metallgewebe gekühlt und gebremst.
In der Figur 6 ist eine Unterbrechereinheit eines Hochspan- nungsleistungsschalters dargestellt, die eine radiale Um- lenkeinrichtung 48 in Form einer Düse aufweist, die als Bereich mit größerem spezifischen Strömungswiderstand ausgebildet ist. Diesem Bereich 48 ist ein zylindrischer Bereich 49 vorgeordnet, der einen geringeren spezifischen Strömungswiderstand aufweist. Vor diesem zylindrischen Bereich 49 durch- strömt das Löschgas eine Engstelle 50, die durch eine Verdickung des Kontaktpins 51 entsteht und die einen Bereich mit größerem spezifischem Strömungswiderstand darstellt.
Der Umlenkeinrichtung 48 ist ein Ringkanal 52 nachgeordnet, von dem aus das Löschgas durch radiale Ausströmöffnungen 53 in den Expansionsraum 54 abströmen kann. In der Figur 7 ist eine Unterbrechereinheit dargestellt, die derjenigen m Figur 6 dargestellten Unterbrechereinheit ähnelt, wobei gemäß Figur 7 nicht eine Verdickung des Kontaktpins 51 vorgesehen ist, sondern der Kontaktpin ein Ruck- schlagventil 52 tragt, das mit mehreren schwenkbaren Platten 58 versehen ist, die für das von dem Lichtbogenraum weg- stromende Loschgas einen Bereich mit erhöhtem spezifischem Stromungswiderstand bilden und die ein Ruckstromen des Losch- gases aus dem Bereich 55 mit verringertem spezifischen Stro- mungswiderstand in Richtung auf den Lichtbogenraum zu verhindern. Dem Bereich 55 ist eine Umlenkeinrichtung 48 nachgeordnet, von der aus das Loschgas durch einen Ringkanal 56 zu einem Metallgitter 57 strömen kann. Durch die Offnungen des Metallgitters 57 strömt das Loschgas nach abermaliger Umlen- kung m den Expansionsraum 54 ein.
In der Figur 8 ist eine Unterbrechereinheit dargestellt, bei der in dem antriebsseitigen Abstromkanal 59 ein erster zylindrischer Bereich innerhalb des Schaltrohres vorgesehen ist, das den tulpenformigen Lichtbogenkontakt 4 tragt. Den ersten Bereich nachgeordnet ist ein weiterer Bereich 60, der durch die Ankopplung einer Schaltstange 61 an das Schaltrohr 62 gebildet ist und in dem der spezifische Stromungswiderstand durch eine Querschnittsverengung vergrößert ist. In den dritten Bereich 63 kann das Loschgas behinderungsfrei axial weiterstromen, so daß dort kein Ruckstau entsteht.
Der vierte Bereich ist vor einer Abschlußplatte 64 dadurch gebildet, daß dort Loschgas durch radiale Austπttsoffnungen 65 umgelenkt ist und in einem Expansionsraum austreten.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß bei der Unterbrechereinheit auf unterschiedliche Weise erreicht werden kann, daß sich in dem Abströmkanal Bereiche mit geringerem spezifischen Strömungswiderstand und Bereiche mit größerem spezifischen Strömungswiderstand abwechseln, wobei Bereiche mit größerem spezifischem Strömungswiderstand als Engstellen, Me- tallgewebe, Lochplatten oder Rückschlagventile ausgebildet werden können, während Bereiche mit geringerem spezifischen Strömungswiderstand als zylindrische Rohre oder sich erweiternde konusförmige Rohre ausgebildet sein können.
Es erweist sich als vorteilhaft, daß nach der Isolierdüse wenigstens ein Bereich mit geringerem spezifischem Strömungswiderstand in axialer Richtung des Schalters durchlaufen wird, an den sich ein Bereich mit größerem spezifischen Strömungswiderstand anschließt, der ebenfalls in axialer Richtung des Schalters durchströmt wird und daß frühestens danach eine radiale Umlenkung der Gasströmung stattfindet.
Entsprechend wie anhand der Figuren 1 bis 7 beschrieben kann auch der antriebsseitige Abströmkanal ausgebildet sein, der im Inneren des tulpenförmigen Lichtbogenkontaktstücks beginnt .

Claims

Patentansprüche
1. Hochspannungsleistungsschalter mit zwei Lichtbogenkontaktstucken (4,5), die im Ausschaltfall voneinander ge- trennt werden und zwischen denen ggf. in einem mit einem Löschgas gefüllten Lichtbogenraum (9) ein Lichtbogen (12) gezogen wird, wobei durch den Lichtbogen (12) aufgeheiztes Löschgas von der Engstelle (6) einer den Lichtbogenraum umgebenden Isolierdüse (7) aus durch wenigstens einen Abströmkanal
(12,13,14,15,16,17,18,23,24,27,28,29,30,31,37,38,39,41, 45,46,47,48,49,50,52,55,56,57) abströmt, welcher mehrere von dem Löschgas nacheinander durchlaufene Bereiche aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste, der Engstelle (6) der Düse zugewandte Bereich einen gegenüber der Engstelle (6) verringerten spezifischen Strömungswiderstand aufweist und daß dem ersten Bereich in Abströmrichtung des Löschgases wenigstens ein zweiter Bereich (13,17,23,29,41,50,52), ein dritter Bereich (14,18,27,37,46,49,55) und ein vierter Bereich (15,19,24,30,47,48) nachgeordnet sind, wobei der spezifische Strömungswiderstand des zweiten (13,17,23,29,41,50,52), und vierten Bereiches (15,19,24,30,47,48) jeweils größer ist als der spezifische Strömungswiderstand des in Abströmrichtung unmittelbar vorangehenden Bereiches und daß der spezifische Strömungswiderstand des dritten Bereiches (14,18,27,37,46,409,55) kleiner ist als derjenige des zweiten Bereiches (13,17,23,29,41,50,52).
2. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß einer der Bereich (15,19,40,47,48) mit gegenüber dem vorangehenden Bereich (14,18,39,46,49,55) größerem spezifischen Strömungswiderstand als radiale Umlenkvorrichtung für die Löschgasströmung ausgebildet ist.
3. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die jeweils einen größeren spezifischen Strömungswiderstand aufweisenden Bereiche (13,15,17,19,23,24,29,30,41,47,48,50,52) Querschnittsverengungen des Abströmkanals aufweisen.
4. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Querschnittsverengungen als Düsen ausgebildet sind.
5'. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der übrigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens einer der Bereiche (30,42,52) mit größerem spezifischem Strömungswiderstand als Rückschlagventil oder Gruppe von Rückschlagventilen ausgebildet ist.
6. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das/die Rückschlagventil (e) (30,41,52) eine eine Öffnung ggf. verschließende linearbewegliche Platte aufweist/aufweisen.
7. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens eines der Rückschlagventile (41,52) wenigstens eine, insbesondere zwei (44) um ein Scharnier (42) schwenkbare Verschlußklappen (43,58) aufweist.
8. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens einer der Bereiche (29,30,31,47,57) mit größerem spezifischen Strömungswiderstand als ein mit einer Mehrzahl von Durchströmöffnungen (35) versehener Körper (32,33,34) ausgebildet ist.
9. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der übrigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens einer der Bereiche (47) mit größerem spezifi- sehen Strömungswiderstand eine Strömungsdämpfungseinrich- tung aufweist.
10. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Abströmkanal sich von der Dusenengstelle (6) aus zu einer Antriebsseite hin erstreckt und daß wenigstens einer der Bereiche (60,65) mit größerem spezifischem Strömungswiderstand im Sinne der Löschgasströmung einem antriebsseitigen, das antriebsseitige Lichtbogenkontaktstück (4) tragenden Schaltrohr (62) nachgeordnet ist.
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