EP1548780B1 - Löschkammer und Hochleistungsschalter mit starker Lichtbogenbeblasung - Google Patents

Löschkammer und Hochleistungsschalter mit starker Lichtbogenbeblasung Download PDF

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EP1548780B1
EP1548780B1 EP03405922A EP03405922A EP1548780B1 EP 1548780 B1 EP1548780 B1 EP 1548780B1 EP 03405922 A EP03405922 A EP 03405922A EP 03405922 A EP03405922 A EP 03405922A EP 1548780 B1 EP1548780 B1 EP 1548780B1
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EP
European Patent Office
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volume
compression
expansion
heating
pressure
Prior art date
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EP03405922A
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English (en)
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EP1548780A1 (de
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Andreas Nohl
Timo Kehr
Oliver Cossalter
Michael Pohle
Joachim Stechbarth
Cornelia Zachaeus
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.)
ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
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Publication date
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Priority to AT03405922T priority patent/ATE388479T1/de
Priority to EP03405922A priority patent/EP1548780B1/de
Priority to PCT/CH2004/000740 priority patent/WO2005062330A1/de
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    • H01H33/903—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 and assisting the operating mechanism

Definitions

  • the invention relates to the field of high-power switch technology. It refers to a quenching chamber according to the preamble of claim 1 and a corresponding high-power switch.
  • Such a quenching chamber and a corresponding high-power switch are for example from the published patent application DE 195 36 673 A1 known.
  • This switch has at least one cylindrically formed quenching chamber, which is provided with a fixed contact, with a movable contact and with a quenching zone between the two contacts.
  • a shaft of the movable contact is fixedly connected to a heating volume, which is closed on the fixed contact side by a penetrated by at least one heating channel insulating.
  • the quenching chamber has a first compression volume which is in operative connection with the heating volume and a second compression volume. Between the first and the second compression volume, a movable auxiliary piston is provided, which is connected via a deflection device with the movable contact.
  • the auxiliary piston is moved in anti-parallel to the direction of movement of the movable contact piece, so that the first compression volume is first compressed, while the second compression volume sucks in clean quenching gas. Thereafter, the auxiliary piston is moved parallel to the moving direction of the movable contact piece, so that the first compression volume is supplied with clean quenching gas from the second compression volume.
  • the high-performance switch described has the disadvantage that it requires a deflection device to achieve the relatively complicated auxiliary piston movement.
  • a strong blowing of the arc and thus a safer switching, even in difficult cases, can be achieved, with no need for deflection device.
  • the blowing should be done by using the cleanest possible gas.
  • the expansion volume permits effective enlargement of the extinguishing gas available for blowing out the arc, which is located in the two compression volumes. Because the total volume formed by the two compression volumes does not have to be constant, but can shrink during a shutdown in favor of the expansion volume.
  • the expansion volume can be connected to a reservoir volume (tank volume) or a discharge channel, so that an increase in the expansion volume during a switch-off operation does not constitute a significant additional load for a drive driving the movable contact piece.
  • the quenching chamber has an axis, and the first compression volume is connected to the second compression volume by an inflow parallel to the axis elongated inflow channel with each other.
  • the two compression volumes with respect to the axis can be realized, which allows a slim design of the quenching chamber (small volume of the quenching chamber).
  • the volume occupied by the inflow channel is small when this is elongated, so that given Extinguishing chamber volume which can be large by compressing the compression volumes for blowing.
  • the heating volume can be identical to the first compression volume. In this way, a buffer switch is essentially realized. This has a very good switching ability.
  • a remindikiil for separating the first compression volume of the heating volume in the event that prevails in the heating volume, a pressure p H , which is greater than a pressure p 1 in the first compression volume, and Connecting the heating volume with the first compression volume, if in the heating volume, a pressure p H prevails, which is smaller than a pressure p 1 in the first compression volume.
  • a self-blow switch is essentially realized. This advantageously has the above-mentioned pressure control valve.
  • a self-blow switch is already switchable with low drive power, so it only needs a small drive.
  • the expansion volume and the second compression volume are arranged such that a volume change of the second compression volume causes an equal volume change of the expansion volume of the same magnitude.
  • the expansion volume and the second compression volume may share the same space (same total volume), and a piston of a piston-cylinder arrangement enclosing the expansion volume may be identical to a piston of a piston-cylinder arrangement enclosing the second compression volume.
  • a simple construction of the quenching chamber is possible.
  • the extinguishing chamber may have a low volume.
  • a pressure regulating valve is advantageously arranged in the inflow channel for opening the inflow channel if a pressure p 2 prevails in the second compression volume which is greater than a pressure p 1 in the first compression volume by at least one presettable pressure difference ⁇ p ⁇ 0 and otherwise closes the inflow channel ,
  • a pressure p 2 prevails in the second compression volume which is greater than a pressure p 1 in the first compression volume by at least one presettable pressure difference ⁇ p ⁇ 0 and otherwise closes the inflow channel ,
  • two different pressures in the two compression volumes can be realized. It can be achieved by a two-stage and partially extended Beblasung the arc. It can also be achieved an improved mixing of clean and contaminated extinguishing gas.
  • At least one of the contact pieces is penetrated by an outflow channel, and the expansion volume is connected to the outflow channel.
  • quenching gas heated by the arc in the quenching zone passes through the outflow channel into the expansion volume and thus simplifies the enlargement of the expansion volume during a switch-off operation.
  • a drive assist is achieved: The energy to be expended by a drive driving the movable contact can be reduced by the extinguishing gas flowing into the expansion volume, which pushes in the expansion volume against the piston of an expansion volume-engaging piston-cylinder arrangement. If this piston is at the same time the piston of a piston-cylinder arrangement containing the second compression volume, then the piston constitutes a differential piston.
  • this is of the expansion volume absorbed gas polluted extinguishing gas, so that in further switching gas of greater cleanliness for arc blowing is available.
  • An opening of the expansion volume to the discharge channel can also prevent the formation of negative pressures in the expansion volume when it is increased during a turn-off operation. Such a negative pressure would lead to an additional load on the drive.
  • the quenching chamber has a reservoir volume (tank volume), and the expansion volume is connected to the reservoir volume.
  • the reservoir volume is contained within an insulating quench chamber housing.
  • the expansion volume is connected both to the outflow channel and to the reservoir volume, it is particularly advantageous to provide a valve for closing off the connection between the expansion volume and the outflow channel during a switch-on process and for opening the connection between the expansion volume and the outflow channel a switch-off.
  • contaminated extinguishing gas is taken up by the expansion volume at a switch-off and delivered to the reservoir volume at a switch-on.
  • Contaminated quenching gas is effectively removed in this way at each switching cycle from the quenching zone, whereby a permanently good switching action of the quenching chamber is achieved.
  • the valve may be sleeve-shaped (sleeve valve), advantageously so that it slides on a cylindrical, the outflow channel-containing outflow pipe.
  • the valve may, for example, be designed so that it can be switched by pressure differences, or that it can be switched as a function of the drive movement.
  • the two said valves are exhibited.
  • the piston of the second compression volume-containing piston-cylinder assembly is rigidly connected to the movable contact piece.
  • a gear and scenery free drive of the piston can be achieved.
  • these pistons and the piston of the second compression volume-containing piston-cylinder arrangement rectified and possibly also the same size movements.
  • the piston of the second compression volume-containing piston-cylinder assembly is rigidly connected to the movable contact piece.
  • a high-performance switch according to the invention contains an extinguishing chamber according to the invention and has the corresponding advantages.
  • a high-performance switch can be gas-insulated (arranged in a ground gas chamber filled with extinguishing gas) or else designed as an outdoor switch (with a shielding on the extinguishing chamber housing). If the high-performance switch is gas-insulated, it may be possible to dispense with a quenching chamber housing, the reservoir volume of the quenching chamber then being identical to a reservoir volume of the gas-insulated high-power switch.
  • an extinguishing chamber according to the invention can also be used together with further interruption units or switches, for example with a vacuum switch, combined in a high-power switch.
  • Fig. 1 schematically shows a partial section through an inventive quenching chamber, which is advantageously used in a buffer switch.
  • the upper half marked O indicates the open state
  • the lower half marked C the closed switching state.
  • the quenching chamber is constructed essentially rotationally symmetrical and has an axis A.
  • the quenching chamber contains an extinguishing gas, for example SF 6 or optionally also N 2 , advantageously under pressure, and is enclosed here by an electrically insulating quenching chamber housing 16, which contains a reservoir volume 17.
  • the housing 16 is typically terminated at both ends by non-illustrated metallic terminal flanges. If the circuit breaker is used in a metal-enclosed gas-insulated high-voltage system, it may be possible to dispense with the housing 16; In this case, the metallic encapsulation of the high-voltage system could limit the quenching chamber. A generally existing rated current path is not shown in favor of a better vividness.
  • the quenching chamber has an electrically conductive first stationary contact 1 and an electrically conductive movable contact 2.
  • the contact 1 is also designed to be movable.
  • the movable contact 2 In the closed state, the movable contact 2 with its fixed contact 1 facing the end is resiliently on the fixed contact 1.
  • the movable contact 2 has a cylindrically shaped metallic shaft which extends in the direction opposite to the stationary contact 1 and forms an outflow tube 12, which includes a cylindrically formed outflow channel 13 inside.
  • the movable contact 2 makes a movement along the axis A during a switching movement. It is driven by a drive, not shown.
  • the movement of the nozzles 11a, 11b and the movement of a piston K2 are also coupled to the movement of the second contact piece 2.
  • the coupling between movable contact 2 and insulating nozzle 11a is illustrated by a line of action 23.
  • gearbox interposed example In places where there is mutual contact between moving and fixed parts (or between variously moving parts), pressure-tight bearings are provided, which are executable in one of the known types and are illustrated by black circles.
  • the first compression volume 7 has an annular cylinder bottom B1, cylinder walls Z1 and an annular piston K1.
  • the latter is formed in the illustrated embodiment by the insulating nozzle 11a.
  • an embodiment of insulating nozzle 11a and piston K1 as separate, preferably contiguous parts is preferred.
  • a second piston-cylinder arrangement consisting of the second, annular piston K2, a second, annular cylinder bottom B2 and cylinder walls Z2, includes a second compression volume 8.
  • a turn-off is also the second Reduced compression volume.
  • the first and the second compression volume 1,2 are connected to each other.
  • Extinguishing gas which is pressed in reduction of the compression volume 8 in the inflow channel 9, is previously deflected at the bottom B2.
  • the resulting from the compression of existing in the two compression volumes 1.2 extinguishing gas pressure is reduced by the heating channel 6 and serves in this way the blowing of the arc 4, which is thereby deleted.
  • the amount of gas available for arc quenching is thus determined by the amount of gas that is provided by the two compression volumes 7,8 together.
  • the two compression volumes 7,8 are arranged one behind the other with respect to the axis A, whereby a slim design of the quenching chamber is achieved.
  • the length of a quenching chamber is generally given by a maximum provided for the quenching chamber voltage, which rests between the contact pieces.
  • a small extinguishing chamber diameter is desirable.
  • expansion volume 10 By Bwegung the second piston K2 and a third volume, which is referred to as expansion volume 10, changed.
  • the expansion volume 10 is arranged in a third piston-cylinder arrangement, which is formed by a third piston K3, which is identical here with the second piston K2, and a third cylinder bottom B3, which is formed essentially by the cylinder bottom B1, and third cylinder walls Z3, which are substantially identical to the cylinder walls Z2.
  • a change in volume of the second compression volume 8 results in an opposite change in volume of the expansion volume 10, which in the case shown also results in Amount is the same.
  • the expansion volume 10 shares with the second compression volume 8 substantially the same physical space.
  • the expansion volume 10 is opened by means of a connection opening 14 to the outflow channel 13. It is formed for example by an opening or a plurality of openings in the outflow pipe.
  • gas in particular contaminated gas, can flow out of the outflow channel 13 into the expansion volume 10 through the connection opening 14. This not only ensures that in the expansion volume 10 no negative pressure is created, which would additionally burden the drive, but it can even be a drive support achieved by the off the extinguishing zone 3 and in the expansion volume 10 incoming heated gas.
  • an improved blowing is achieved because gas is sucked out of the extinguishing zone 3 through the connecting opening 14, whereby contaminated gas is sucked out of the extinguishing zone 3 and more gas can blow into the extinguishing zone for blowing the arc 4 through the heating duct 6.
  • openings to reservoir volume 17 are provided at the end facing away from the first contact piece 1 of the outflow channel 13 in the outflow pipe 12 . These can be made smaller with existing connection opening 14 smaller or possibly completely omitted, whereby an improved drive support can be achieved.
  • a discharge opening 15 is provided, which connects the expansion volume 10 with the reservoir volume 17 and which is channel-shaped as an outlet channel 15 is formed.
  • the inflow channel 9 crossing and the outlet channel 15 forming individual channels provided.
  • gas contaminated by the outlet channel 15 can be expelled from the expansion volume 10 into the reservoir volume 17.
  • the expansion volume 10 serves insofar as an exhaust volume and the discharge opening 15 as an exhaust.
  • the outflow opening 15 may be provided additionally or alternatively to the connection opening 14.
  • the gas flows are in the expansion volume 10 and regulated out of this, so that, for example, more or less drive support is achieved by the gas flow or increased emissions of contaminated gas in the reservoir volume 17th
  • the contact piece 2 and the three pistons K1, K2, K3 move in such a way that the compression volumes 7, 8 are increased and the expansion volume 10 is reduced.
  • an inlet valve 22 clean extinguishing gas can be sucked into the compression volumes 7, 8, so that clean gas for the arc blowing is available for a subsequent switch-off operation.
  • This valve 22 is, as well as the other in the Figs. 1 . 2 illustrated valves, shown schematically by openings that can be covered by a valve disc, wherein usually a stroke of the valve disc limiting stop is shown. From the expansion volume 10, the contaminated gas is expelled through the outlet channel 15 into the reservoir volume 17 and / or through the connection opening 14 into the discharge channel 13.
  • the outflow opening 15 and the connection opening 14 are advantageously dimensioned such that the predominant part of the gas expelled from the expansion volume 10 enters the reservoir volume 17.
  • the inlet valve 22 is not arranged in the vicinity of the discharge opening 15, as it is also in Fig. 1 is shown. Thereby, a suction of contaminated gas through the inlet valve 22 is avoided.
  • Fig. 1 the essential gas flows are indicated by dashed lines. Up, in the open state O, for switching on, down, in the closed state C, for switching off.
  • an optional pressure control valve 20 is provided, which is arranged in the inflow channel 9. Without the pressure valve 20, the inflow channel 9 is constantly open as a connection of the two compression volumes 7 and 8.
  • the pressure regulating valve 20 opens the inflow channel 9 only if a pressure p 2 prevailing in the second compression volume 8 is greater by at least one presettable differential pressure ⁇ p ⁇ 0 than a pressure p 1 prevailing in the first compression volume 7 (where p 1 equals p H , the pressure in the heating volume 5, which at the in Fig.1 illustrated buffer switch is equal to the first compression volume 7).
  • a spring is shown between the valve disc and the stop of the pressure control valve 20 shown schematically, which endeavors to close the valve 20.
  • Fig. 2 is shown a further advantageous embodiment of the invention. It is an extinguishing chamber for a self-blowing switch. This quenching chamber largely corresponds to the in Fig. 1 illustrated quenching chamber and will be described starting therefrom. Also the representations of the extinguishing chambers in the Figs. 1 and 2 correspond to each other.
  • the extinguishing chamber in Fig. 2 has a back heating valve 21.
  • connection opening 14 advantageously designed as a sleeve valve 18 valve 18 and at the outlet opening 15, an outlet valve 19 is provided.
  • valves can be used individually or advantageously together.
  • the respective valve 18, 19 can also be used if only one of the two openings 14, 15 is provided.
  • the valve or valves 18,19 are also at a buffer switch (see Fig. 1 ) can be used advantageously.
  • the valve 18 opens during a turn-off the connection between the discharge channel 13 and expansion volume 10.
  • the drive can be supported by the resulting gas flow contaminated gas against the piston K3.
  • the valve 18 closes this connection so that the contaminated extinguishing gas present in the expansion volume 10 is not expelled into the outflow channel 13, but only into the reservoir volume 17 during the reduction of the expansion volume 10 by the movement of the piston K3. Accordingly, less or no contaminated gas enters the quenching zone 3 via the outflow channel 13, so that improved switching properties are achieved.
  • the valve 18 is formed as a sleeve valve 18, which consists essentially of a sleeve 18, which is substantially tubular is formed and is slidably mounted on the outlet pipe 12.
  • a sleeve valve 18 which consists essentially of a sleeve 18, which is substantially tubular is formed and is slidably mounted on the outlet pipe 12.
  • the sleeve 18 abuts on the piston K3 or a stop, not shown, and closes the connection opening 14. Only during a turn-off, the connection opening Released 14 because the sleeve 18 remains above due to their inertia, while the outflow tube 12 moves downward. At the end of the switch-off movement, the sleeve 18 then moves downwards (due to gravity) and closes off the connection opening 14.
  • the corresponding movement of the sleeve can be realized, for example, by a spring which endeavors to move the sleeve into position to move, in which the connection opening 14 is closed.
  • Sleeve valves can also be used in other switches and / or extinguishing chambers in which it is necessary to open and close one or more openings in a cylindrical part of the switch.
  • the sleeve may be external to the cylindrical member (such as on the outflow tube 12) or may be disposed therein.
  • a sleeve valve is not limited to circular cross-sections, but also used when the part of the switch having the openings to be closed, has an oval or polygonal cross-section or has another substantially prismatic shape.
  • the valve 18 may also be designed as a rattle valve.
  • the outlet valve 19 serves to close off the discharge opening 15 during a switch-off operation and to open it during a switch-on operation. It can work advantageously stroke- or pressure-dependent, so that an optimal exhaust pressure can be adjusted. It is also possible to form the outlet valve 19, like the valve 18, as a sleeve.
  • the outlet valve 19 prevents the gas flow entering the expansion volume 10 through the connection opening 14 from escaping into the reservoir volume 17. In this way, a maximum drive support can be achieved.
  • contaminated gas can be discharged through the discharge opening 15 into the reservoir volume 17, so that the extinguishing zone 3 is not contaminated by the contaminated gas.
  • the outlet valve 19 opens the discharge opening 15 only in the open state O, that is, when the drive no longer drives the movable contact piece 2.
  • No-pressure control valve 20 is provided, as shown in FIG Fig. 1 , The use of such a valve 20 is also possible in a Doubleblasschalter.
  • a particularly simple quenching chamber results when there is no connection opening 14 and thus also no valve 18, and even if an outlet valve 19 is dispensed with, so that the outflow opening 15 is always open.
  • the piston K2, K3 then does not act as a differential piston and the driver does not provide assistance.
  • the illustrated quenching chambers include a first piston K1 of a first piston-cylinder arrangement, which includes the first compression volume 7, and a second piston K2 of a second piston-cylinder arrangement, which includes the second compression volume 8.
  • the two compression volumes 7, 8 are arranged and connected to one another such that a change in one of the two compression volumes 7, 8 causes an equal change in the total volume formed by the compression volumes 7, 8. This can, as shown, without an opposite movement of the two pistons K1, K2 would be necessary.
  • the pistons K1, K2, K3 in the embodiments discussed above move in parallel and at the same speed and only in one direction. They move continuously during a switching process. But it is also possible to provide other movements, which do not have one or more of these properties, in particular movements, with different speeds for different pistons, for example generated by means of gears, translations or scenes. Also opposing movements of pistons, in particular of the pistons K1 and K2 are possible.
  • the inner cylinder wall of the substantially hollow cylindrical inflow channel 9 is formed essentially by the outer wall of the hollow cylinder Z2. It is also possible to design the quenching chamber such that the inner cylinder wall of the inflow channel 9 is formed by the outflow pipe 12 and the outer cylinder wall of the inflow channel 9 through the outer wall of the hollow cylinder Z2.
  • the outflow opening 15 could then be formed as a simple opening in the outer wall of the hollow cylinder Z2 instead of a channel. Such an embodiment is advantageous, for example when no connection opening 14 is provided.

Landscapes

  • Circuit Breakers (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Hochleistungsschaltertechnik. Sie bezieht sich auf eine Löschkammer gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einen entsprechenden Hochleistungsschalter.
    • Stand der Technik
  • Eine derartige Löschkammer und ein entsprechender Hochleistungsschalter sind beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 195 36 673 A1 bekannt. Dieser Schalter weist mindestens eine zylindrisch ausgebildete Löschkammer auf, welche mit einem feststehenden Kontakt, mit einem beweglichen Kontakt und mit einer Löschzone zwischen den beiden Kontakten versehen ist. Ein Schaft des beweglichen Kontakts ist mit einem Heizvolumen fest verbundenen, welches festkontaktseitig durch eine von mindestens einem Heizkanal durchsetzte Isolierdüse abgeschlossen wird. Die Löschkammer weist ein erstes Kompressionsvolumen auf, welches mit dem Heizvolumen und einem zweiten Kompressionsvolumen in Wirkverbindung steht. Zwischen dem ersten und dem zweiten Kompressionsvolumen ist ein beweglicher Hilfskolben vorgesehen, welcher über eine Umlenkungsvorrichtung mit dem beweglichen Kontakt verbunden ist. Während eines Ausschaltvorgangs wird der Hilfskolben antiparallel zu der Bewegungsrichtung des beweglichen Kontaktstücks bewegt, so dass das erste Kompressionsvolumen zunächst komprimiert wird, während das zweite Kompressionsvolumen sauberes Löschgas ansaugt. Danach wird der Hilfskolben parallel zu der Bewegungsrichtung des beweglichen Kontaktstücks bewegt, so dass das erste Kompressionsvolumen mit sauberem Löschgas aus dem zweiten Kompressionsvolumen versorgt wird. Dadurch wird eine verstärkte Beblasung des Lichtbogens, insbesondere mit relativ sauberem Löschgas, erreicht. Der beschriebene Hochleistungsschalter hat den Nachteil, dass er einer Umlenkungsvorrichtung zum Erreichen der relativ komplizierten Hilfskolbenbewegung bedarf.
    Aus der DE 3240774 A1 ist eine Hochspannungsschaltkammer bekannt, bei der während einer Ausschaltbewegung der Lichtbogen durch Löschgas, welches aus einem Expansionsraum entweicht, beblasen wird. Als nachteilig stellt sich bei sich bei dem beschrieben Schalter heraus, dass eine relativ grosse Antriebsenergie und damit ein grosser Antrieb benötigt wird, da das Abgas dem Kompressionskolben entgegenwirkt und diesen nicht unterstützt.
    • Darstellung der Erfindung
  • Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Löschkammer und einen Hochleistungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile nicht aufweisen. Insbesondere soll eine starke Beblasung des Lichtbogens und somit ein sichereres Schalten, auch in schwierigen Schaltfällen, erreicht werden, wobei es keiner Umlenkungsvorrichtung bedürfen soll. Zusätzlich soll die Beblasung mittels möglichst sauberem Gas erfolgen.
  • Diese Aufgabe löst eine Vorrichtung und mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches.
  • Die erfindungsgemässe Löschkammer für einen Hochleistungsschalter ist gefüllt mit einem Löschgas und weist auf:
    • ein erstes Kontaktstück und ein zweites Kontaktstück, von welchen mindestens eines ein bewegliches Kontaktstück ist, und welche mittels eines Antriebs relativ zueinander beweglich sind,
    • eine zwischen den beiden Kontaktstücken angeordnete Löschzone, in welcher bei einem Ausschaltvorgang ein Lichtbogen zwischen den beiden Kontaktstücken ausbildbar ist, ein erstes Kompressionsvolumen, welches derart angeordnet ist, dass es bei einem Ausschaltvorgang verkleinert wird, so dass Löschgas aus dem ersten Kompressionsvolumen in die Löschzone geleitet wird,
    • ein zweites Kompressionsvolumen,
    ein von dem ersten und dem zweiten Kompressionsvolumen getrennt angeordnetes Expansionsvolumen vorhanden ist, welches derart angeordnet ist, dass sich bei einer Vergrösserung des Gesamtvolumens von erstem und dem zweitem Kompressionsvolumen sein Volumen verkleinert und bei einer Verkleinerung des Gesamtvolumens von erstem und dem zweitem Kompressionsvolumen sein Volumen vergrössert und wobei die Löschkammer eine Achse aufweist, und dass das erste und das zweite Kompressionsvolumen über einen parallel zu der Achse länglich erstreckten Zuströmkanal miteinander verbunden sind.
    Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Heizvolumen vorhanden ist zur Aufnahme von durch den Lichtbogen erhitztem Löschgas, mittels welchem der Lichtbogen beblasbar ist, das Heizvolumen mit dem ersten Kompressionsvolumen identisch ist oder zwischen dem Heizvolumen und dem ersten Kompressionsvolumen ein Rückheizventil angeordnet ist zum Separieren des ersten Kompressionsvolumens von dem Heizvolumen in dem Fall, dass in dem Heizvolumen ein Druck pH herrscht, der grösser ist als ein Druck p1 in dem ersten Kompressionsvolumen, und zum Verbinden des Heizvolumens mit dem ersten Kompressionsvolumen, falls in dem Heizvolumen ein Druck pH herrscht, der kleiner ist als ein Druck p1 in dem ersten Kompressionsvolumen.
  • Das Expansionsvolumen erlaubt eine effektive Vergrösserung des zur Beblasung des Lichtbogens zur Verfügung stehenden Löschgases, welches sich in den beiden Kompressionsvolumina befindet. Denn das von den beiden Kompressionsvolumina gebildete Gesamtvolumen muss nicht konstant sein, sondern kann sich während eines Ausschaltvorgangs zugunsten des Expansionsvolumens verkleinern. Vorteilhaft kann das Expansionsvolumen mit einem Reservoirvolumen (Tankvolumen) oder einem Abströmkanal verbunden sein, so dass eine Vergrösserung des Expansionsvolumens während eines Ausschaltvorgangs keine nennenswerte Zusatzbelastung für einen das bewegliche Kontaktstück antreibenden Antrieb darstellt. Besonders vorteilhaft weist die Löschkammer eine Achse auf, und das erste Kompressionsvolumen ist mit dem zweiten Kompressionsvolumen durch einen parallel zu der Achse länglich erstreckten Zuströmkanal miteinander verbunden. Dadurch kann eine Hintereinanderanordnung der beiden Kompressionsvolumina bezüglich der Achse realisiert werden, welche eine schlanke Bauform der Löschkammer ermöglicht (geringes Bauvolumen der Löschkammer). Ausserdem ist das von dem Zuströmkanal beanspruchte Volumen klein, wenn dieser länglich ausgebildet ist, so dass bei gegebenem Löschkammervolumen die durch Komprimierung der Kompressions-volumina zur Beblasung verfügbare Gasmenge gross sein kann.
    Vorteilhaft kann das Heizvolumen mit dem ersten Kompressionsvolumen identisch sein. Auf diese Weise wird im wesentlichen ein Pufferschalter realisiert. Dieser hat eine sehr gute Schaltfähigkeit. Vorteilhaft kann weiterhin zwischen dem Heizvolumen und dem ersten Kompressionsvolumen ein Rückheizventil angeordnet zum Separieren des ersten Kompressionsvolumens von dem Heizvolumen in dem Fall, dass in dem Heizvolumen ein Druck pH herrscht, der grösser ist als ein Druck p1 in dem ersten Kompressionsvolumen, und zum Verbinden des Heizvolumens mit dem ersten Kompressionsvolumen, falls in dem Heizvolumen ein Druck pH herrscht, der kleiner ist als ein Druck p1 in dem ersten Kompressionsvolumen. Dadurch wird im wesentlichen ein Selbstblasschalter realisiert. Dieser weist vorteilhaft das oben erwähnte Druckregelventil auf. Ein Selbstblasschalter ist bereits mit geringer Antriebsenergie schaltbar, bedarf also nur eines kleinen Antriebs.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform sind das Expansionsvolumen und das zweite Kompressionsvolumen derart angeordnet, dass eine Volumenänderung des zweiten Kompressionsvolumens eine entgegengesetzt gleich grosse Volumenänderung des Expansionsvolumens bewirkt. Dadurch können sich das Expansionsvolumen und das zweite Kompressionsvolumen denselben Raum (dasselbe Gesamtvolumen) teilen, und ein Kolben einer das Expansionsvolumen einschliessenden Kolben-Zylinder-Anordnung kann identisch sein mit einem Kolben einer das zweite Kompressionsvolumen einschliessenden Kolben-Zylinder-Anordnung. Dadurch ist ein einfacher Aufbau der Löschkammer möglich. Und die Löschkammer kann ein geringes Bauvolumen aufweisen.
  • Vorteilhaft ist in dem Zuströmkanal ein Druckregelventil angeordnet zum Öffnen des Zuströmkanals, wenn im zweiten Kompressionsvolumen ein Druck p2 herrscht, der um mindestens eine vorgebbare Druckdifferenz Δp ≥ 0 grösser ist als ein Druck p1 in dem ersten Kompressionsvolumen, und zum Verschliessen des Zuströmkanals anderenfalls. Dadurch sind zwei verschiedene Drücke in den beiden Kompressionsvolumina realisierbar. Es kann dadurch eine zweistufige und teilweise verlängerte Beblasung des Lichtbogens erreicht werden. Auch kann dadurch eine verbesserte Durchmischung von sauberem und verunreinigtem Löschgas erreicht werden.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens eines der Kontaktstücke von einem Abströmkanal durchsetzt, und das Expansionsvolumen ist mit dem Abströmkanal verbunden. Dadurch ist es möglich, dass durch den Lichtbogen in der Löschzone erhitztes Löschgas durch den Abströmkanal in das Expansionsvolumen gelangt und somit die Vergrösserung des Expansionsvolumens während eines Ausschaltvorgangs vereinfacht. Auf diese Weise wird eine Antriebsunterstützung erreicht: Die von einem das bewegliche Kontaktstück antreibenden Antrieb aufzuwendende Energie kann verringert werden durch das in das Expansionsvolumen einströmende Löschgas, welches in dem Expansionsvolumen gegen den Kolben einer das Expansionsvolumen beinaltenden Kolben-Zylinder-Anordnung drückt. Ist dieser Kolben gleichzeitig der Kolben einer das zweite Kompressionsvolumen beinhaltenden Kolben-Zylinder-Anordnung, so stellt der Kolben einen Differentialkolben dar. Ausserdem ist das von dem Expansionsvolumen aufgenomme Gas verunreinigtes Löschgas, so dass bei weiteren Schaltvorgängen Gas von grösserer Sauberkeit zur Lichtbogenbeblasung verfügbar ist. Eine Öffnung des Expansionsvolumens zum Abströmkanal kann ausserdem die Bildung von Unterdrücken in dem Expansionsvolumen verhindern, wenn es während eines Ausschaltvorgangs vergrössert wird. Ein solcher Unterdruck würde zu einer zusätzlichen Belastung des Antriebs führen.
  • Vorteilhaft weist die Löschkammer ein Reservoirvolumen (Tankvolumen) auf, und das Expansionsvolumen ist mit dem Reservoirvolumen verbunden. Dadurch kann sauberes Löschgas in das Expansionsvolumen eingesaugt werden und/oder Löschgas, insbesondere verunreinigtes Löschgas, aus dem Expansionsvolumen in das Reservoirvolumen abgegeben werden. Eine Öffnung des Expansionsvolumens zum Reservoirvolumen kann die Bildung von Unterdrücken in dem Expansionsvolumen verhindern. Typischerweise ist das Reservoirvolumen in einem isolierenden Löschkammergehäuse enthalten.
  • In dem Fall, dass das Expansionsvolumen sowohl mit dem Abströmkanal als auch mit dem Reservoirvolumen verbunden ist, ist besonders vorteilhaft ein Ventil vorgesehen zum Verschliessen der Verbindung zwischen dem Expansionsvolumen und dem Abströmkanal bei einem Einschaltvorgang und zum Öffnen der Verbindung zwischen dem Expansionsvolumen und dem Abströmkanal bei einem Ausschaltvorgang. Auf diese Weise wird bei einem Ausschaltvorgang verunreinigtes Löschgas von dem Expansionsvolumen aufgenommen und bei einem Einschaltvorgang an das Reservoirvolumen abgegeben. Verunreinigtes Löschgas wird auf diese Weise bei jedem Schaltzyklus effektiv aus der Löschzone entfernt, wodurch eine dauerhaft gute Schaltwirkung der Löschkammer erreicht wird. Vorteilhaft kann das Ventil hülsenförmig ausgebildet sein (Hülsenventil), vorteilhaft so, dass es auf einem zylindrischen, den Abströmkanal beinhaltenden Abströmrohr gleitet. Das Ventil kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass es durch Druckdifferenzen schaltbar ist, oder dass es in Abhängigkeit von der Antriebsbewegung schaltbar ist.
  • In dem Fall, dass das Expansionsvolumen sowohl mit dem Abströmkanal als auch mit dem Reservoirvolumen verbunden ist, ist besonders vorteilhaft ein Ventil vorgesehen zum Verschliessen der Verbindung zwischen dem Expansionsvolumen und dem Reservoirvolumen bei einem Ausschaltvorgang und zum Öffnen der Verbindung zwischen dem Expansionsvolumen und dem Reservoirvolumen bei einem Einschaltvorgang. Dadurch wird die oben beschriebene Wirkung des Differentialkolbens sichergestellt.
  • Besonders vorteilhaft werden die beiden genannten Ventile aufgewiesen.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Kolben der das zweite Kompressionsvolumen beinhaltenden Kolben-Zylinder-Anordnung starr mit dem beweglichen Kontaktstück verbunden. Dies ist eine besonders einfache und robuste Realisierung der Bewegung dieses Kolbens. Dadurch kann ein getriebe- und kulissenfreier Antrieb des Kolbens erreicht werden. Vorteilhaft zeigen dieser Kolben und der Kolben der das zweite Kompressionsvolumen beinhaltenden Kolben-Zylinder-Anordnung gleichgerichtete und gegebenenfalls auch gleich grosse Bewegungen. Mit Vorteil ist auch der Kolben der das zweite Kompressionsvolumen beinhaltenden Kolben-Zylinder-Anordnung starr mit dem beweglichen Kontaktstück verbunden.
  • Ein erfindungsgemässer Hochleistungsschalter beinhaltet eine erfindungsgemässe Löschkammer und weist die entsprechenden Vorteile auf. Ein solcher Hochleistungsschalter kann gasisoliert sein (angeordnet in einer löschgasgefüllten geerdeten Kammer) oder auch als Freiluftschalter (mit einer Beschirmung auf dem Löschkammergehäuse) ausgebildet sein. Wenn der Hochleistungsschalter gasisoliert ist, kann gegebenenfalls auf ein Löschkammergehäuse verzichtet werden, wobei das Reservoirvolumen der Löschkammer dann identisch ist mit einem Reservoirvolumen des gasisolierten Hochleistungsschalters. Eine erfindungsgemässe Löschkammer kann selbstverständlich auch zusammen mit weiteren Unterbrechungseinheiten oder Schaltern, beispielsweise mit einem Vakuumschalter, kombiniert in einem Hochleistungsschalter eingesetzt werden.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Vorteile gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und den Figuren hervor.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen schematisch:
    • Fig. 1
    eine Schnittfläche durch einen erfindungsgemässen Hochleistungsschalter als Pufferschalter, oben in geöffnetem, unten in geschlossenem Zustand;
    Fig. 2
    eine Schnittfläche durch einen erfindungsgemässen Hochleistungsschalter als Selbstblasschalter, oben in geöffnetem, unten in geschlossenem Zustand;
  • Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele stehen beispielhaft für den Erfindungsgegenstand und haben keine beschränkende Wirkung.
    • Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt schematisch einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemässe Löschkammer, die vorteilhaft in einem Pufferschalter zum Einsatz kommt. Die obere, mit O gekennzeichnete Hälfte zeigt den geöffneten Zustand, die untere, mit C gekennzeichnete Hälfte, den geschlossenen Schaltzustand.
  • Die Löschkammer ist im wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebaut und weist eine Achse A auf. Die Löschkammer beinhaltet ein Löschgas, beispielsweise SF6 oder gegebenenfalls auch N2, vorteilhaft unter Druck, und ist hier umschlossen von einem elektrisch isolierenden Löschkammergehäuse 16, welches ein Reservoirvolumen 17 beinhaltet. Das Gehäuse 16 wird typischerweise an beiden Enden von nicht dargestellten, metallischen Anschlussflanschen abgeschlossen. Wird der Leistungsschalter in einer metallgekapselten gasisolierten Hochspannungsanlage eingesetzt, so kann gegebenenfalls auf das Gehäuse 16 verzichtet werden; in diesem Fall könnte die metallische Kapselung der Hochspannungsanlage die Löschkammer begrenzen. Eine in der Regel vorhandene Nennstrombahn ist zugunsten einer besseren Anschaulichkeit nicht dargestellt.
  • Die Löschkammer weist einen elektrisch leitenden ersten, feststehenden Kontakt 1 und einen elektrisch leitenden beweglichen Kontakt 2 auf. Bei bestimmten Leistungsschaltertypen ist es jedoch möglich, dass der Kontakt 1 ebenfalls beweglich ausgebildet ist. Im geschlossenen Zustand liegt der bewegliche Kontakt 2 mit seinem dem feststehenden Kontakt 1 zugewandten Ende federnd auf dem feststehenden Kontakt 1 auf. Der bewegliche Kontakt 2 weist einen zylindrisch ausgebildeten metallischen Schaft auf, der sich in die dem feststehenden Kontakt 1 entgegengesetzte Richtung erstreckt und ein Abströmrohr 12 bildet, welches innen einen zylindrisch ausgebildeten Abströmkanal 13 beinhaltet. Der bewegliche Kontakt 2 macht bei einer Schaltbewegung eine Bewegung entlang der Achse A. Er ist angetrieben durch einen nicht-dargestellten Antrieb.
  • Werden die beiden Kontaktstücke 1,2 mittels des Antriebs voneinander getrennt (Ausschaltvorgang), so bildet sich zwischen ihnen ein Lichtbogen 4 aus, welcher das in einer zwischen den Kontaktstücken 1,2 angeordneten Löschzone 3 vorhandene Gas erhitzt und verunreinigt. Dieses Gas kann zwischen einer Isolierdüse 11a und dem Festkontakt 1 entweichen, ebenso kann das Gas in die dem Festkontakt 1 abgewandte Richtung in den Abströmkanal 13 expandieren, und es kann durch einen Heizkanal 6 entweichen, welcher gebildet wird durch einen Zwischenraum zwischen der Isolierdüse 11a und einer an dem beweglichen Kontaktstück 2 angeordneten Hilfsdüse 11b.
  • An die Bewegung des zweiten Kontaktstücks 2 ist auch die Bewegung der Düsen 11a, 11b und die Bewegung eines Kolbens K2 gekoppelt. Die Kopplung zwischen beweglichem Kontakt 2 und Isolierdüse 11a ist durch eine Wirkungslinie 23 veranschaulicht. Im dargestellten Fall liegt bei diesen Kopplungen eine mechanische starre Kopplung vor. Es sind aber beispielsweise auch Getriebe dazwischenschaltbar. An Stellen, wo es zu gegenseitigen Berührungen zwischen bewegten und feststehenden Teilen (oder zwischen verschiedenartig bewegten Teilen) kommt, sind druckdichte Lagerungen vorzusehen, welche auf eine der bekannten Arten ausführbar sind und durch schwarze Kreise veranschaulicht sind.
  • Durch den Antrieb wird ein erstes Kompressionsvolumen 7, welches im dargestellten Falle gleich einem Heizvolumen 5 ist, verkleinert. Das erste Kompressionsvolumen 7 weist einen kreisringförmigen Zylinderboden B1, Zylinderwände Z1 und einen kreisringförmigen Kolben K1 auf. Letzterer wird in der dargestellten Ausführungsform durch die Isolierdüse 11a gebildet. Im allgemeinen ist eine Ausführung von Isolierdüse 11a und Kolben K1 als separate, vorzugsweise aneinandergrenzende Teile bevorzugt.
  • Eine zweite Kolben-Zylinder-Anordnung, bestehend aus dem zweiten, kreisringförmigen Kolben K2, einem zweiten, kreisringförmigen Zylinderboden B2 und Zylinderwänden Z2, beinhaltet ein zweites Kompressionsvolumen 8. Bei einem Ausschaltvorgang wird auch das zweite Kompressionsvolumen verkleinert. Über einen Zuströmkanal 9 sind das erste und das zweite Kompressionsvolumen 1,2 miteinander verbunden. Löschgas, das bei Verkleinerung des Kompressionsvolumens 8 in den Zuströmkanal 9 gedrückt wird, wird zuvor am Boden B2 umgelenkt. Der durch die Kompression des in den beiden Kompressionsvolumina 1,2 vorhandenen Löschgases entstehende Überdruck wird durch den Heizkanal 6 abgebaut und dient auf diese Weise der Beblasung des Lichtbogens 4, welcher dadurch gelöscht wird. Die zur Lichtbogenlöschung zur Verfügung stehende Gasmenge wird also durch die Gasmenge bestimmt, die von den beiden Kompressionsvolumina 7,8 zusammen zur Verfügung gestellt wird.
  • Die beiden Kompressionsvolumina 7,8 sind bezüglich der Achse A hintereinander angeordnet, wodurch eine schlanke Bauform der Löschkammer erreicht wird. Die Länge einer Löschkammer ist im allgemeinen durch eine maximal für die Löschkammer vorgesehene Spannung gegeben, die zwischen den Kontaktstücken anliegt. Zum Erzielen eines vorteilhaften geringen Bauvolumens ist ein geringer Löschkammerdurchmesser, wie er durch die Hintereinanderanordnung der beiden Kompressionsvolumina 7,8 erreicht wird, wünschenswert.
  • Durch die Bwegung des zweiten Kolbens K2 wird auch ein drittes Volumen, welches als Expansionsvolumen 10 bezeichet ist, verändert. Das Expansionsvolumen 10 ist in einer dritten Kolben-Zylinder-Anordnung angeordnet, welche gebildet wird von einem dritten Kolben K3, welcher hier identisch ist mit dem zweiten Kolben K2, und einem dritten Zylinderboden B3, welcher im wesentlichen von dem Zylinderboden B1 gebildet wird, und von dritten Zylinderwänden Z3, welche im wesentlichen identisch mit den Zylinderwänden Z2 sind. Eine Volumenänderung des zweiten Kompressionsvolumens 8 hat eine entgegengesetzte Volumenänderung des Expansionsvolumens 10 zur Folge, welche im dargestellten Fall auch im Betrag gleich gross ist. Das Expansionsvolumens 10 teilt sich mit dem zweiten Kompressionsvolumen 8 im wesentlichen denselben physikalischen Raum.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist das Expansionsvolumen 10 mittels einer Verbindungsöffnung 14 zum Abströmkanal 13 hin geöffnet. Sie wird beispielsweise durch eine Öffnung oder mehrere Öffnungen in dem Abströmrohr gebildet. Während eines Ausschaltvorgangs kann durch die Verbindungsöffnung 14 Gas, insbesondere verunreinigtes Gas, aus dem Abströmkanal 13 in das Expansionsvolumen 10 strömen. Dadurch wird nicht nur gewährleistet, dass im Expansionsvolumen 10 kein Unterdruck entsteht, der den Antrieb zusätzlich belasten würde, sondern es kann sogar eine Antriebsunterstützung erreicht werden durch das aus der Löschzone 3 ab- und in das Expansionsvolumen 10 einströmende erhitzte Gas. Zudem wird eine verbesserte Beblasung erreicht, weil durch die Verbindungsöffnung 14 Gas aus der Löschzone 3 abgesaugt wird, wodurch verunreinigtes Gas aus der Löschzone 3 abgesaugt wird und mehr Gas zur Beblasung des Lichtbogens 4 durch den Heizkanal 6 in die Löschzone strömen kann.
  • Im allgemeinen sind an dem dem erste Kontaktstück 1 abgewandten Ende des Abströmkanals 13 im Abströmrohr 12 Öffnungen zu, Reservoirvolumen 17 vorgesehen. Diese können bei vorhandener Verbindungsöffnung 14 kleiner dimensionsiert werden oder eventuell ganz weggelassen werden, wodurch eine verbesserte Antriebsunterstützung erreicht werden kann.
  • Ausserdem ist in der Ausführungsform gemäss Fig. 1 noch eine Abströmöffnung 15 vorgesehen, welche das Expansionsvolumen 10 mit dem Reservoirvolumen 17 verbindet und welche kanalförmig als ein Auslasskanal 15 ausgebildet ist. Es sind typischerweise mehrere solche, den Zuströmkanal 9 kreuzende und den Auslasskanal 15 bildende einzelne Kanäle vorgesehen.
  • Bei einem Abschaltvorgang kann durch den Auslasskanal 15 verunreinigtes Gas aus dem Expansionsvolumen 10 in das Reservoirvolumen 17 ausgestossen werden. Das Expansionsvolumen 10 dient insofern als ein Auspuffvolumen und die Abströmöffnung 15 als Auspuff.
  • Die Abströmöffnung 15 kann zusätzlich oder alternativ zu der Verbindungsöffnung 14 vorgesehen sein. Durch entsprechende Dimensionierung der Abströmöffnung 15 und der Verbindungsöffnung 14 sind die Gasströme in das Expansionsvolumen 10 und aus diesem heraus regulierbar, so dass beispielsweise mehr oder weniger Antriebsunterstützung durch den Gasstrom erreicht wird oder ein verstärkter Ausstoss verunreinigten Gases in das Reservoirvolumen 17.
  • Während eines Einschaltvorgangs bewegt sich das Kontaktstück 2 sowie die drei Kolben K1, K2, K3 so, dass die Kompressionsvolumina 7,8 vergrössert und das Expansionsvolumen 10 verkleinert wird. Vorteilhaft kann durch ein Einlassventil 22 sauberes Löschgas in die Kompressionsvolumina 7,8 eingesaugt werden, so dass für einen späteren Ausschaltvorgang sauberes Gas für die Lichtbogenbeblasung vorhanden ist. Dieses Ventil 22 ist, wie auch die weiteren in den Figs. 1,2 dargestellten Ventile, schematisch dargestellt durch Öffnungen, die mittels einer Ventilscheibe abgedeckt werden können, wobei meistens noch ein den Hub der Ventilscheibe begrenzender Anschlag dargestellt ist. Aus dem Expansionsvolumen 10 wird das verunreinigte Gas durch den Auslasskanal 15 in das Reservoirvolumen 17 und/oder durch die Verbindungsöffnung 14 in den Abströmkanal 13 ausgestossen. Vorteilhaft werden die Abströmöffnung 15 und die Verbindungsöffnung 14 so dimensioniert, dass der überwiegende Teil des aus dem Expansionsvolumen 10 ausgestossenen Gases in das Reservoirvolumen 17 gelangt.
  • Vorteilhaft ist das Einlassventil 22 nicht in der Nähe der Abströmöffnung 15 angeordnet, wie es auch in Fig. 1 dargestellt ist. Dadurch wird ein Einsaugen von verunreinigtem Gas durch das Einlassventil 22 vermieden.
  • In Fig. 1 sind die wesentlichen Gasströme durch gestrichelte Linien angedeutet. Oben, im geöffneten Zustand O, für das Einschalten, unten, im geschlossenen Zustand C, für das Ausschalten.
  • In der Löschkammer in Fig. 1 ist noch ein optionales Druckregelventil 20 vorgesehen, welches in dem Zuströmkanal 9 angeordnet ist. Ohne das Druckventil 20 ist der Zuströmkanal 9 als Verbindung der beiden Kompressionsvolumina 7 und 8 ständig geöffnet. Das Druckregelventil 20 öffnet den Zuströmkanal 9 nur dann, wenn ein in dem zweiten Kompressionsvolumen 8 herrschender Druck p2 um mindestens einen vorgebbaren Differenzdruck Δp ≥ 0 grösser ist als ein in dem ersten Kompressionsvolumen 7 herrschender Druck p1 (wobei hier p1 gleich pH, dem Druck in dem Heizvolumen 5 ist, welches bei dem in Fig.1 dargestellten Pufferschalter gleich dem ersten Kompressionsvolumen 7 ist). Zur Veranschaulichung dessen ist zwischen der Ventilscheibe und dem Anschlag des schematisch dargestellten Druckregelventils 20 eine Feder dargestellt, welche das Ventil 20 zu schliessen bestrebt ist.
  • In Fig. 2 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Es ist eine Löschkammer für einen Selbstblasschalter. Diese Löschkammer entspricht weitgehend der in Fig. 1 dargestellten Löschkammer und wird ausgehend davon beschrieben. Auch die Darstellungen der Löschkammern in den Figs. 1 und 2 entsprechen einander.
  • Die Löschkammer in Fig. 2 weist ein Rückheizventil 21 auf. Das Rückheizventil 21 separiert, wenn es geschlossen ist, das erste Kompressionsvolumen 7 von dem Rückheizvolumen 5. Es ist so gestaltet, dass es sich öffnet, wenn der Druck p1 im ersten Kompressionsvolumen 7 grösser als der Druck pH in dem Heizvolumen 5 ist. Dadurch wird das Anstehen grösser Drücke, wie sie durch das Entflammen des Lichtbogens 4 entstehen, an dem Kolben K1 vermieden. Und die Löschkammer kann mit einem kleineren Antrieb, also mit geringerer Antriebsenergie betrieben werden.
  • Weiterhin sind in Fig. 2 noch an der Verbindungsöffnung 14 ein vorteilhaft als Hülsenventil 18 ausgebildetes Ventil 18 und an der Abströmöffnung 15 ein Auslassventil 19 vorgesehen. Diese Ventile sind einzeln oder vorteilhaft zusammen einsetzbar. Das jeweilige Ventil 18,19 ist auch dann einsetzbar, wenn nur eine der zwei Öffnungen 14,1 5 vorgesehen sind. Das oder die Ventile 18,19 sind ebenfalls bei einem Pufferschalter (siehe Fig. 1) vorteilhaft einsetzbar.
  • Das Ventil 18 öffnet während eines Ausschaltvorgangs die Verbindung zwischen Abströmkanal 13 und Expansionsvolumen 10. Somit kann der Antrieb durch die dadurch entstehende Gasströmung verunreinigten Gases gegen den Kolben K3 unterstützt werden. Während eines Einschaltvorgangs verschliesst das Ventil 18 diese Verbindung, so dass das im Expansionsvolumen 10 vorhandene verunreinigte Löschgas während der Verringerung des Expansionsvolumens 10 durch die Bewegung des Kolbens K3 nicht in den Abströmkanal 13, sondern nur in das Reservoirvolumen 17 ausgestossen wird. Entsprechend gelangt über den Abströmkanal 13 weniger oder kein verunreinigtes Gas in die Löschzone 3, so dass verbesserte Schalteigenschaften erreicht werden.
  • Vorteilhaft ist das Ventil 18 als ein Hülsenventil 18 ausgebildet, welches im wesentlichen aus einer Hülse 18 besteht, welche im wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist und auf dem Abströmrohr 12 gleitend gelagert ist. Im Falle einer vertikal gelagerten Löschkammer (vertikal mit der Gravitation nach unten gerichtete Bewegung des beweglichen Kontaktstücks 2 beim Ausschalten) liegt die Hülse 18 an dem Kolben K3 oder einem nicht-dargestellten Anschlag an und verschliesst die Verbindungsöffnung 14. Einzig während eines Ausschaltvorgangs wird die Verbindungsöffnung 14 freigegeben, weil die Hülse 18 aufgrund ihrer Trägheit oben stehen bleibt, während das Abströmrohr 12 sich nach unten bewegt. Am Ende der Ausschaltbewegung bewegt sich dann die Hülse 18 herunter (aufgrund der Gravitation) und verschliesst die Verbindungsöffnung 14. Im Falle von horizontal ausgerichteten Löschkammern kann die entsprechende Bewegung der Hülse beispielsweise durch eine Feder realisiert werden, die bestrebt ist, die Hülse in die Position zu bewegen, in der die Verbindungsöffnung 14 geschlossen ist. Hülsenventile sind auch in anderen Schaltern und/oder Löschkammern einsetzbar, bei denen es gilt, eine oder mehrere Öffnungen in einem zylindrischen Teil des Schalters zu öffnen und zu verschliessen. Die Hülse kann, wie dargestellt, aussen auf dem zylindrischen Teil (wie beispielsweise auf dem Abströmrohr 12) oder auch darin angeordnet sein. Selbstverständlich ist ein Hülsenventil nicht auf kreisförmige Querschnitte beschränkt, sondern auch einsetzbar, wenn der Teil des Schalters, der die zu verschliessenden Öffnungen aufweist, einen ovalen oder eckigen Querschnitt aufweist oder eine sonstige im wesentlichen prismatische Form aufweist.
  • Das Ventil 18 kann aber auch als ein Klapperventil ausgebildet sein.
  • Das Auslassventil 19 dient dazu, die Abströmöffnung 15 während eines Ausschaltvorgangs zu verschliessen und während eines Einschaltvorgangs zu öffnen. Es kann vorteilhaft hub- oder druckabhängig arbeiten, so dass ein optimaler Auspuffdruck eingestellt werden kann. Es ist auch möglich, das Auslassventil 19, ähnlich wie das Ventil 18, als eine Hülse auszubilden.
  • Während eines Ausschaltvorgangs verhindert das Auslassventil 19, dass der durch die Verbindungsöffnung 14 in das Expansionsvolumen 10 eindringende Gasstrom in das Reservoirvolumen 17 austreten kann. Auf diese Weise kann eine maximale Antriebsunterstützung erreicht werden. Während eines Einschaltvorgangs kann verunreinigtes Gas durch die Abströmöffnung 15 in das Reservoirvolumen 17 abgegeben werden, so dass die Löschzone 3 durch das verunreinigte Gas nicht verunreinigt wird. Vorteilhaft öffnet das Auslassventil 19 die Abströmöffnung 15 erst im offenen Zustand O, also wenn der Antrieb das bewegliche Kontaktstück 2 nicht mehr antreibt.
  • In der in Fig. 2 dargestellten Löschkammer ist kein Druckregelventil 20 vorgesehen, wie in Fig. 1. Der Einsatz eines solchen Ventils 20 ist aber auch in einem Selbstblasschalter möglich.
  • Eine besonders einfache Löschkammer ergibt sich, wenn es keine Verbindungsöffnung 14 gibt und somit auch kein Ventil 18, und wenn auch noch auf ein Auslassventil 19 verzichtet wird, so dass die Abströmöffnung 15 stets geöffnet ist. Der Kolben K2,K3 wirkt dann nicht als ein Differentialkolben, und der Antrieberhält keine Unterstüzung.
  • Die dargestellten Löschkammern beinhalten einen ersten Kolben K1 einer ersten Kolben-Zylinder-Anordnung, welche das erste Kompressionsvolumen 7 beinhaltet, und einen zweiten Kolben K2 einer zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung, welche das zweite Kompressionsvolumen 8 beinhaltet. Die beiden Kompressionsvolumina 7,8 sind dabei derart angeordnet und miteinander verbunden, dass eine Veränderung eines der beiden Kompressionsvolumina 7,8 eine gleich grosse Veränderung des von den Kompressionsvolumina 7,8 gebildeten Gesamtvolumens bewirkt. Dies kann, wie dargestellt, erreicht werden, ohne dass eine gegenläufige Bewegung der beiden Kolben K1, K2 notwendig wäre.
  • Während eines Schaltvorganges bewegen sich die Kolben K1, K2, K3 in den oben diskutierten Ausführungsformen parallel und mit derselben Geschwindigkeit und nur in eine Richtung. Sie bewegen sich kontinuierlich während eines Schaltvorganges. Es ist aber auch möglich, andere Bewegungen vorzusehen, welche eine oder mehrere dieser Eigenschaften nicht aufweisen, insbesondere Bewegungen, mit verschiedenartigen Geschwindigkeiten für verschiedene Kolben, beispielsweise erzeugt mittels Getrieben, Übersetzungen oder Kulissen. Auch gegensinnige Bewegungen von Kolben, insbesondere von den Kolben K1 und K2 sind möglich.
  • In den oben dargestellten Ausführungsbeispielen wird die innere Zylinderwand des im wesentlichen hohlzylinderförmigen Zuströmkanals 9 im wesentlichen von der äusseren Wand des Hohlzylinders Z2 gebildet. Es ist auch möglich, die Löschkammer derart zu gestalten, dass die innere Zylinderwand des Zuströmkanals 9 durch das Abströmrohr 12 gebildet wird und die äussere Zylinderwand des Zuströmkanals 9 durch die äussere Wand des Hohlzylinders Z2. Die Abströmöffnung 15 könnte dann als einfache Öffnung in der äusseren Wand des Hohlzylinders Z2 ausgebildet sein statt als ein Kanal. Eine solche Ausführungsform ist vorteilhaft, beispielsweise wenn keine Verbindungsöffnung 14 vorgesehen ist.
  • Durch das Variieren der Totvolumina der ersten und der zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung ist es möglich, auch ohne ein Druckregelventil 20 in den beiden Kompressionsvolumina 7,8 verschieden grosse Drücke pi, p2 zu erzielen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    erstes Kontaktstück (feststehendes Kontaktstück)
    2
    zweites Kontaktstück (bewegliches Kontaktstück)
    3
    Löschzone
    4
    Lichtbogen
    5
    Heizvolumen
    6
    Heizkanal
    7
    erstes Kompressionsvolumen
    8
    zweites Kompressionsvolumen
    9
    Zuströmkanal
    10
    Expansionsvolumen
    11a
    Düse, Isolierdüse
    11b
    Düse, Hilfsdüse
    12
    Abströmrohr
    13
    Abströmkanal
    14
    Verbindungsöffnung (zwischen Expansionsvolumen und Abströmkanal)
    15
    Abströmöffnung, Auslasskanal (zwischen Expansionsvolumen und Reservoirvolumen)
    16
    Löschkammergehäuse, Isoliergehäuse
    17
    Reservoirvolumen, Tankvolumen
    18
    Ventil, Hülsenventil
    19
    Ventil, Auslassventil
    20
    Ventil, Druckregelventil
    21
    Ventil, Rückheizventil, Klapperventil
    22
    Ventil, Einlassventil
    23
    Wirkungslinie
    A
    Achse der Löschkammer
    B1
    Zylinderboden der ersten Kolben-Zylinder-Anordnung
    B2
    Zylinderboden der zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung
    B3
    Zylinderboden der dritten Kolben-Zylinder-Anordnung
    C
    geschlossen (closed)
    K1
    Kolben der ersten Kolben-Zylinder-Anordnung
    K2
    Kolben der zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung
    K3
    Kolben der dritten Kolben-Zylinder-Anordnung
    O
    geöffnet (open)
    P1
    Druck im ersten Kompressionsvolumen
    P2
    Druck im zweiten Kompressionsvolumen
    PH
    Druck im Heizvolumen
    Δp
    Differenzdruck p2 - p1
    Z1
    Zylinderwand der ersten Kolben-Zylinder-Anordnung
    Z2
    Zylinderwand der zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung
    Z3
    Zylinderwand der dritten Kolben-Zylinder-Anordnung

Claims (9)

  1. Löschkammer für einen Hochleistungsschalter, gefüllt mit einem Löschgas, aufweisend
    - ein erstes Kontaktstück (1) und ein zweites Kontaktstück (2), von welchen mindestens eines ein bewegliches Kontaktstück (2) ist, und welche mittels eines Antriebs relativ zueinander beweglich sind,
    - eine zwischen den beiden Kontaktstücken (1,2) angeordnete Löschzone (3), in welcher bei einem Ausschaltvorgang ein Lichtbogen (4) zwischen den beiden Kontaktstücken (1,2) ausbildbar ist,
    - ein erstes Kompressionsvolumen (7), welches derart angeordnet ist, dass es bei einem Ausschaltvorgang verkleinert wird, so dass Löschgas aus dem ersten Kompressionsvolumen (7) in die Löschzone (3) geleitet wird,
    - ein zweites Kompressionsvolumen (8),
    - ein von dem ersten (7) und dem zweiten (8) Kompressionsvolumen getrennt angeordnetes Expansionsvolumen (10), welches derart angeordnet ist, dass sich bei einer Vergrösserung des Gesamtvolumens von erstem (7) und dem zweitem (8) Kompressionsvolumen sein Volumen verkleinert und bei einer Verkleinerung des Gesamtvolumens von erstem (7) und dem zweitem (8) Kompressionsvolumen sein Volumen vergrössert,
    - wobei die Löschkammer eine Achse (A) aufweist, und dass das erste (7) und das zweite (8) Kompressionsvolumen über einen parallel zu der Achse (A) länglich erstreckten Zuströmkanal (9) miteinander verbunden sind
    - dadurch gekenntzeichnet dass
    - ein Heizvolumen (5) vorhanden ist zur Aufnahme von durch den Lichtbogen (4) erhitztem Löschgas, mittels welchem der Lichtbogen (4) beblasbar ist,
    - das Heizvolumen (5) mit dem ersten Kompressionsvolumen (7) identisch ist oder
    zwischen dem Heizvolumen (5) und dem ersten Kompressionsvolumen (7) ein Rückheizventil (21) angeordnet ist zum Separieren des ersten Kompressionsvolumens (7) von dem Heizvolumen (5) in dem 1=all, dass in dem Heizvolumen (5) ein Druck pH herrscht, der grösser ist als ein Druck p1 in dem ersten Kompressionsvolumen (7), und zum Verbinden des Heizvolumens (5) mit dem ersten Kompressionsvolumen (7), falls in dem Heizvolumen (5) ein Druck pH herrscht, der kleiner ist als ein Druck p1 In dem ersten Kompressionsvolumen (7).
  2. Löschkammer gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsvolumen (10) und das zweite Kompressionsvolumen (8) derart angeordnet sind, dass eine Volumenänderung des zweiten Kompressionsvolumens (8) eine entgegengesetzt gleich grosse Volumenänderung des Expansionsvolumens (10) bewirkt.
  3. Löschkammer gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zuströmkanal (9) ein Druckregelventil (20) angeordnet ist zum Öffnen des Zuströmkanals (9), wenn im zweiten Kompressionsvolumen (8) ein Druck p2 herrscht, der um mindestens eine vorgebbare Druckdifferenz Δp ≥ 0 grösser ist als ein Druck p1 in dem ersten Kompressionsvolumen (7) und zum Verschliessen des Zuströmkanals (9) anderenfalls.
  4. Löschkammer gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Kontaktstücke (1,2) von einem Abströmkanal (13) durchsetzt ist, und dass das Expansionsvolumen (10) mit dem Abströmkanal (13) verbunden ist.
  5. Löschkammer gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Löschkammer ein Reservoirvolumen (16) aufweist, und dass das Expansionsvolumen (10) mit dem Reservoirvolumen (17) verbunden ist.
  6. Löschkammer gemäss Anspruch 4 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (18) vorgesehen ist zum Verschliessen der Verbindung (14) zwischen dem Expansionsvolumen (10) und dem Abströmkanal (13) bei einem Einschaltvorgang und zum Öffnen der Verbindung (14) zwischen dem Expansionsvolumen (10) und dem Abströmkanal (13) bei einem Ausschaltvorgang.
  7. Löschkammer gemäss Anspruch 4 und Anspruch 5 oder gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (19) vorgesehen ist zum Verschliessen der Verbindung (14) zwischen dem Expansionsvolumen (10) und dem Reservoirvolumen (17) bei einem Ausschaltvorgang und zum Öffnen der Verbindung (14) zwischen dem Expansionsvolumen (10) und dem Reservoirvolumen (17) bei einem Einschaltvorgang.
  8. Löschkammer gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Kolben (K1) einer zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung, welche das zweite Kompressionsvolumen (8) beinhaltet, starr mit dem beweglichen Kontaktstück (2) verbunden ist.
  9. Hochleistungsschalter, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Löschkammer gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche beinhaltet.
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