EP1780741A1 - Chambre d'interruption d'un interrupteur très haute tension avec un volume de chauffage pour l'admission de gaz sous pression - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltkammer eines Hochspannungsschalters mit einem Heizvolumen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft auch einen Schalter mit einer solchen Schaltkammer.The present invention relates to a switching chamber of a high voltage switch with a heating volume according to the preamble of
Bei der Schaltkammer der eingangs genannten Art begrenzen bei einem Schaltvorgang zwei längs einer Achse relativ zueinander bewegliche Schaltstücke eine Lichtbogenzone in axialer Richtung. Durch einen Schaltlichtbogen gebildetes heisses Druckgas wird von der Lichtbogenzone über einen Heizkanal in ein die Schaltstücke koaxial umfassenden Heizvolumen geführt. Im Heizvolumen wird das zugeführte heisse Druckgas mit bereits vorhandenem kalten Gas gemischt und bei Annäherung des abzuschaltenden Stroms an einen Nulldurchgang als Löschgas zur Beblasung des Schaltlichtbogens in die Lichtbogenzone geführt.In the switching chamber of the type mentioned in a switching operation, two switching pieces movable relative to one another along an axis limit an arc zone in the axial direction. By a switching arc formed hot compressed gas is passed from the arc zone via a heating channel in a coaxial switching parts comprehensive heating volume. In the heating volume, the supplied hot compressed gas is mixed with already existing cold gas and performed at approach of the current to be disconnected to a zero crossing as quenching gas for blowing the switching arc in the arc zone.
Die Ausschaltleistung dieser Schaltkammer resp. eines mit dieser Schaltkammer ausgerüsteten Hochspannungsschalters hängt vom Druck und der Temperatur des Löschgases ab. Druck und Temperatur werden durch die Form und den Rauminhalt des Heizvolumens bestimmt. Während der Rauminhalt nur den Druckaufbau beeinflusst, werden durch die Form des Heizvolumens die Gasdurchmischung und damit auch die Löschtemperatur wesentlich beeinflusst.The breaking capacity of this switching chamber resp. a equipped with this switching chamber high-voltage switch depends on the pressure and the temperature of the extinguishing gas. Pressure and temperature are determined by the shape and volume of the heating volume. While the volume only influences the pressure build-up, the shape of the heating volume significantly influences the gas mixing and thus also the extinguishing temperature.
Eine Schaltkammer der eingangs genannten Art ist beschrieben in
Eine Schaltkammer für einen Hochspannungsleistungsschalter mit einer Kompressionsvorrichtung und mit einem Heizvolumen ist in
In dem von
Ferner beschreiben
Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltkammer der eingangs genannten Art zu schaffen, in der Kaltgas und ein beim Ausschalten erzeugtes Heissgas zur Bildung eines qualitativ hochwertigen Löschgases mit einfachen Mitteln wirksam durchmischt werden und so eine gute Ausschaltleistung der Schaltkammer und eines mit dieser Schaltkammer ausgerüsteten Schalters gewährleistet ist.The invention, as indicated in the claims, the object is to provide a switching chamber of the type mentioned, are effectively mixed in the cold gas and a hot gas generated at shutdown to form a high quality extinguishing gas with simple means and so a good Switching power of the switching chamber and a switch equipped with this switching chamber is ensured.
Bei der Schaltkammer und dem Schalter nach der Erfindung ist ein axial geführter Mündungsabschnitt am Übergang vom Heizkanal zum Heizvolumen aussen von einer als Ring ausgebildeten, scharfen Kante begrenzt. Diese Kante wirkt als Hinterkante eines Strömungskörpers. Daher werden schon bei einer relativ schwachen, d.h. von einem Lichtbogen geringer Leistung erzeugten, Heissgasströmung ein Abriss der Heissgasströmung an der Kante und damit die Bildung von Wirbeln stromabwärts der Kante begünstigt. Einströmendes Heissgas und zumindest ein Teil von bereits vorhandenem Kaltgas werden so wirksam im Heizvolumen vorgemischt. Gegebenenfalls noch vorhandenes unvermischtes Kaltgas verbleibt in einem, sich radial nach aussen an die scharfe Kante anschliessenden, Eingangsbereich des Heizvolumens und kann bei Annäherung an den Nulldurchgang des abzuschaltenden Stroms nach Strömungsumkehr an der scharf ausgebildeten Kante mit dem vorgemischten Gas gut durchmischt werden. Die Schärfe ist dabei so zu bemessen, dass beim Ausschalten von mittleren Kurzschlusströmen mit einer Grösse zwischen ca. 10% und ca. 30% des Nenn-Kurzschlussausschaltstroms des Hochspannungsschalters Gaswirbel aus der heissen Gasströmung gelöst werden. Der Krümmungsradius der Kante ist dann im allgemeinen kleiner 1 mm, vorzugsweise kleiner 0,1 mm.In the switching chamber and the switch according to the invention, an axially guided mouth portion at the transition from the heating channel to the heating volume outside of a trained as a ring, sharp edge is limited. This edge acts as a trailing edge of a flow body. Therefore, even at a relatively weak, ie generated by a low-power arc, hot gas flow, a demolition of the hot gas flow at the edge and thus the formation of vortices downstream of the edge favors. Inflowing hot gas and at least part of already existing cold gas are so effectively premixed in the heating volume. Optionally still existing unmixed cold gas remains in one, radially outward adjoining the sharp edge, the input of the heating volume and can approach be thoroughly mixed with the pre-mixed gas at the zero crossing of the current to be switched off after the flow reversal at the sharp edge. The sharpness is to be dimensioned so that when switching off medium short-circuit currents with a size between about 10% and about 30% of the nominal short-circuit breaking current of the high-voltage switch gas vortices are released from the hot gas flow. The radius of curvature of the edge is then generally less than 1 mm, preferably less than 0.1 mm.
In einer Ausführungsform der Schaltkammer mit einem in axialer Richtung eine grosse Länge aufweisenden Heizvolumen ist der Mündungsabschnitt nach aussen von einem ins Heizvolumen ragenden Rohr begrenzt ist. Durch das Rohr wird die Einmündung des Heizkanals in axialer Richtung ins Heizvolumen hineinverlagert. Das freie Ende des Rohrs unterteilt daher das Heizvolumen in zwei in axialer Richtung aufeinanderfolgende Teilvolumina. Da im allgemeinen lediglich in einem dieser beiden Volumina das Heissgas mit kaltem Gas durchmischt wird, kann dieses Mischungsvolumen geometrisch so ausgebildet werden, dass es die für eine gute Durchmischung günstigsten Abmessungen aufweist. Bei einem als Torus ausgebildeten Mischvolumen mit einem in Umfangsrichtung vorwiegend rechteckigen Querschnitt können nun die geometrischen Abmessungen in an sich bekannter Weise so gewählt werden, dass das Verhältnis von Länge des Torus in axialer Richtung zu Quadratwurzel der Querschnittsfläche des Mischvolumens senkrecht zur Achse etwa 0,5 beträgt.In one embodiment of the switching chamber with a heating medium having a large length in the axial direction, the mouth section is bounded to the outside by a tube projecting into the heating volume. Through the pipe, the junction of the heating channel is moved into the heating volume in the axial direction. The free end of the tube therefore divides the heating volume in two successive partial volumes in the axial direction. Since in general only in one of these two volumes the hot gas is mixed with cold gas, this mixture volume can be geometrically formed so that it has the most favorable for a good mixing dimensions. In a mixing volume designed as a torus with a circumferentially predominantly rectangular cross section, the geometrical dimensions can now be selected in a manner known per se so that the ratio of the length of the torus in the axial direction to the square root of the cross-sectional area of the mixing volume perpendicular to the axis is approximately 0.5 is.
Anhand von Zeichnungen werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigt:
- Fig.1
- eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt auf einen oberhalb der Achse gelegenen Teil einer ersten Ausführungsform einer Schaltkammer nach der Erfindung,
- Fig.2
- den Verlauf einer Gasströmung in einem Heizvolumen der Schaltkammer gemäss Fig.1
- (a) bei der Zufuhr von heissem Gas aus einer Lichtbogenzone, in der das heisse Gas beim Abschalten eines mittleren Kurzschlussstroms gebildet wird, der über eine auf wenige (typischerweise 0,5 bis 1,5) Halbwellen begrenzte, kurze Lichtbogenzeit (typischerweise 5 bis 15 ms) wirksam ist,
- (b) bei einer Umkehr der Gasströmung gemäss (a) während der Annäherung des Stroms an einen Nulldurchgang, und
- (c) bei der Zufuhr von heissem Gas gemäss (a), wobei nun jedoch der mittlere Kurzschlussstrom über eine längere (typischerweise 1,5 bis 3 Halbwellen umfassende) Lichtbogenzeit (typischerweise 15 bis 30 ms) wirkt oder aber ein grosser Kurzschlusstrom wirkt, dessen Lichtbogenzeit auf wenige (typischerweise 0,5 bis 1,5) Stromhalbwellen begrenzt ist,
- Fig.3
- den Verlauf einer Gasströmung im Heizvolumen einer Schaltkammer nach dem Stand der Technik, welche die gleichen Abmessungen wie die Schaltkammer nach Fig.1 aufweist,
- (a) bei der Zufuhr von heissem Gas aus der Lichtbogenzone, in der das heisse Gas beim Abschalten eines mittleren Kurzschlussstroms gebildet wird, der über eine kurze Lichtbogenzeit (typischerweise 5 bis 15 ms) wirksam ist,
- (b) bei der Umkehr der Gasströmung gemäss (a) während der Annäherung des Stroms an einen Nulldurchgang, und
- (c) bei der Zufuhr von heissem Gas gemäss (a), wobei nun jedoch der mittlere Kurzschlussstrom über eine längere Lichtbogenzeit (typischerweise 15 bis 30 ms) wirkt oder aber ein grosser Kurzschlussstrom wirkt, dessen Lichtbogenzeit auf wenige (typischerweise 0,5 bis 1,5) Stromhalbwellen begrenzt ist,
- Fig.4
- eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt auf einen oberhalb der Achse gelegenen Teil einer zweiten Ausführungsform einer Schaltkammer nach der Erfindung,
- Fig.5
- den Verlauf einer Gasströmung im Heizvolumen der Schaltkammer nach Fig.4 während der Zufuhr von heissem Gas aus der Lichtbogenzone beim Abschalten eines Kurzschlussstroms,
- (a) der eine mittlere Grösse aufweist und der über kurze Lichtbogenzeit (typischerweise 5 bis 15 ms) wirksam ist, und
- (b) der eine mittlere Grösse aufweist und über eine längere Lichtbogenzeit (typischerweise 15 bis 30 ms) wirkt oder aber gross ist und auf eine Lichtbogenzeit von wenigen (typischerweise 0,5 bis 1,5) Stromhalbwellen begrenzt ist,
- Fig.6
- den Verlauf einer Gasströmung im Heizvolumen einer Schaltkammer nach dem Stand der Technik, welche die gleichen Abmessungen wie die Schaltkammer nach Fig.4 aufweist, während der Zufuhr von heissem Gas aus dem Lichtbogenraum beim Abschalten eines mittleren Kurzschlussstroms, der über eine kurze Lichtbogenzeit (5 bis 15 ms) wirksam ist.
- Fig.1
- a plan view of an axially guided section on an above-axis portion of a first embodiment of a switching chamber according to the invention,
- Fig.2
- the course of a gas flow in a heating volume of the switching chamber according to Fig.1
- (a) when hot gas is supplied from an arc zone in which the hot gas is formed upon shutting off a medium short circuit current exceeding a short arc time (typically 5 to 5) limited to a few (typically 0.5 to 1.5) half cycles 15 ms) is effective,
- (b) upon a reversal of the gas flow according to (a) during the approach of the flow to a zero crossing, and
- (c) when supplying hot gas according to (a), but now the average short-circuit current over a longer (typically 1.5 to 3 half-wave comprehensive) arc time (typically 15 to 30 ms) acts or a large short-circuit current acts whose Arc time is limited to a few (typically 0.5 to 1.5) current half-waves,
- Figure 3
- the course of a gas flow in the heating volume of a switching chamber according to the prior art, which has the same dimensions as the switching chamber of Figure 1,
- (a) upon supply of hot gas from the arc zone, where the hot gas is formed upon shutdown of a medium short-circuit current that is effective over a short arc time (typically 5 to 15 ms),
- (b) in the reversal of the gas flow according to (a) during the approach of the flow to a zero crossing, and
- (c) when supplying hot gas according to (a), but now the average short-circuit current over a longer arc time (typically 15 to 30 ms) acts or a large short-circuit current acts whose arc time to a few (typically 0.5 to 1 , 5) current half-waves is limited,
- Figure 4
- a plan view of an axially guided section on an above-axis part of a second embodiment of a switching chamber according to the invention,
- Figure 5
- the course of a gas flow in the heating volume of the switching chamber of Figure 4 during the supply of hot gas from the arc zone when switching off a short-circuit current,
- (a) which has a medium size and which is effective over a short arc time (typically 5 to 15 ms), and
- (b) which is of medium size and operates over a longer arc time (typically 15 to 30 ms) or is large and limited to an arc time of a few (typically 0.5 to 1.5) current half cycles;
- Figure 6
- the course of a gas flow in the heating volume of a switching chamber according to the prior art, which has the same dimensions as the switching chamber of Figure 4, during the supply of hot gas from the arc chamber when switching off an average short-circuit current over a short arc time (5
bis 15 ms) is effective.
Die in Fig.1 dargestellte Schaltkammer eines Hochspannungsleistungsschalters enthält ein mit einem komprimierten lsoliergas, etwa auf der Basis Schwefelhexafluorid oder eines Schwefelhexafluorid enthaltenden Gasgemischs, gefülltes und weitgehend axialsymmetrisch gestaltetes Gehäuse 1 sowie eine vom Schaltkammergehäuse 1 aufgenommene und ebenfalls weitgehend axialsymmetrisch gestaltete Kontaktanordnung 2. Die während eines Abschaltvorgangs dargestellte Kontaktanordnung 2 weist zwei Schaltstücke 3, 4 auf, von denen das Schaltstück 3 längs einer Achse 5 bewegbar angeordnet und das Schaltstück 4 feststehend im Gehäuse 1 gehalten ist. Das Schaltstück 4 muss nicht notwendigerweise feststehend, es kann auch beweglich ausgebildet sein.
Die beiden Schaltstücke sind von einer Isolierdüse 6 und einem Heizvolumen 7 zum Speichern von Druckgas koaxial umfasst. Das Heizvolumen ist nach Art eines Torus mit einem rechteckigen Querschnitt in Umfangsrichtung ausgeführt. Dieser Torus weist eine senkrecht auf der Achse 5 stehende, ringförmige Querschnittsfläche der Grösse A auf und erstreckt sich in axialer Richtung über eine Länge 1. Der Rauminhalt V des Heizvolumens 7 bestimmt sich daher aus dem Produkt der Querschnittsfläche A und der Länge I zu: V = A·I. Bei einem für Nennspannungen von 200 bis 300 kV und für einen Nenn-Kurzschlussausschaltstrom von typischerweise 50 kA bestimmten Hochspannungsschalter kann das Heizvolumen 7 im allgemeinen ca. 1 bis 2 Liter Druckgas aufnehmen.The switching chamber of a high-voltage circuit breaker shown in FIG. 1 contains a
The two switching pieces are coaxially covered by an insulating
In der nicht dargestellten Einschaltposition der Kammer ist das rechte Ende des Schaltstücks 4 in stromleitender Weise in das linke Ende des rohrförmig ausgebildeten Schaltstücks 3 eingeschoben. Beim Ausschalten trennen sich die beiden Schaltstücke 3, 4 voneinander und bildet sich hierbei ein auf den beiden Enden der Schaltstücke fussender Lichtbogen 8, der - wie Fig.1 entnehmbar ist - in einer Lichtbogenzone 9 brennt. Die Lichtbogenzone ist axial von den beiden Schaltstücken 3, 4 und radial von der Isolierdüse 6 begrenzt. Die Lichtbogenzone 9 kommuniziert mit einem Heizkanal 10, der mit einem die Lichtbogenzone 9 koaxial umfassenden, parallel zur Achse 5 verlaufenden Abschnitt 11 ins Heizvolumen 7 mündet. In einer Halbwelle des abzuschaltenden Stroms ist der Druck in der Lichtbogenzone 9 im allgemeinen grösser als im Heizvolumen 7. Der Heizkanal 10 führt dann vom Lichtbogen 8 gebildetes heisses Gas ins Heizvolumen 7. Lässt die Heizwirkung des Lichtbogens 8 bei Annäherung an den Nulldurchgang des Stroms nach, so erfolgt eine Strömungsumkehr. Im Heizvolumen 7 gespeichertes Gas strömt als Löschgas über den Heizkanal 10 in die Lichtbogenzone 9 und bebläst dort den Lichtbogen 8 mindestens solange bis dieser im Stromnulldurchgang gelöscht ist.In the switch-on position of the chamber, not shown, the right end of the
Reicht beim Ausschalten kleiner Ströme die Menge und/oder die Qualität des vom Heizvolumen 7 gelieferten Löschgases nicht aus, so kann zusätzliches Löschgas mit einer Blashilfe, etwa einer vom Schalterantrieb betätigten Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung 13, in die Lichtbogenzone 9 eingespeist werden. Kleine Ströme betragen bis zu ca. 10% des Nenn-Kurzschlussausschaltstroms des Hochspannungsleistungsschalters und liegen im allgemeinen im Bereich einiger kA, beispielsweise 4 bis 6 kA.If the amount and / or the quality of the extinguishing gas delivered by the
Die Qualität des zur Lichtbogenbeblasung im Heizvolumen 7 gespeicherten Löschgases und damit auch die Ausschaltleistung der Schalterkammer hängen vom Druck und der Temperatur des Löschgases ab. Druck und Temperatur werden durch die Form und den Rauminhalt V des Heizvolumens 7 bestimmt. Während die Grösse des Heizvolumens 7 nur den Druckaufbau beeinflusst, werden durch die Form des Heizvolumens die Gasdurchmischung und damit die Löschtemperatur beeinflusst. Die Qualität des Löschgases hängt aber auch wesentlich vom Strömungsverhalten des heissen Gases auf dem Weg von der Lichtbogenzone 9 ins Heizvolumen 7 ab. Ein Löschgas mit guten Löscheigenschaften wird dadurch erreicht, dass der achsparallel ausgerichtete Mündungsabschnitt 11 am Übergang vom Heizkanal 10 zum Heizvolumen 7 aussen von einer als Ring ausgebildeten, scharfen Kante 12 begrenzt ist. Diese Kante wurde beim Fertigen der Schaltkammer durch spanabhebende Bearbeitung der Isolierdüse 6 gebildet. Sie weist einen ca. 0,1 mm betragenden Krümmungsradius auf und wirkt bei einer von der Lichtbogenzone 9 ins Heizvolumen 7 gerichteten, schwachen Strömung als Hinterkante eines von der Isolierdüse 6 gebildeten Strömungskörpers. Die Kante 12 zeigt auch bei einem Krümmungsradius von ca. 1 mm noch die Funktion einer Hinterkante, jedoch ist diese Funktion umso wirksamer je geringer der Krümmungsradius resp. je schärfer die Kante 12 ist. Durch das Material der Kante, im allgemeinen ein Isoliermaterial, wie insbesondere PTFE, ist die Grösse des Krümmungsradius nach unten begrenzt.The quality of the extinguishing gas stored in the
Aus Fig. 2 ist die vorteilhafte Wirkung der Kante 12 zu erkennen. Wird ein im allgemeinen ca. 10 bis 30 % des Nenn-Kurzschlussausschaltstroms betragender mittlerer Kurzschlussstrom, der über eine auf 0,5 bis 1,5 Stromhalbwellen begrenzte, kurze Lichtbogenzeit (typischerweise 5 bis 15ms) wirksam ist, abgeschaltet, so kann sich gemäss Fig.2 (a) eine weit in das Heizvolumen 7 eintretende Heissgasströmung H ausbilden. Da die Kante 12 scharf ausgeführt ist, wirkt sie als Hinterkante eines vom Heissgas angeströmten Strömungskörpers. Selbst bei relativ trägen Heissgasströmungen, welche von leistungsschwachen Lichtbögen erzeugt werden, werden daher ein Strömungsabriss an der Kante 12 und damit die Bildung von Wirbeln stromabwärts der Kante 12 begünstigt. Zusätzlich wird die Strömung H an einer radial ausgerichteten hinteren Begrenzungswand 14 des Heizvolumens 7 radial nach aussen gelenkt. Einströmendes Heissgas H und ein Teil von bereits vorhandenem Kaltgas werden so bereits vorgemischt. Unvermischtes kaltes Gas C verbleibt in einem an eine radial ausgerichtete vordere Begrenzungswand 15 anschliessenden und in radialer Richtung an die scharf ausgebildete Kante 12 anschliessenden Eingangsbereich des Heizvolumens 7. Erfolgt nun bei Annäherung an den Stromnulldurchgang die Strömungsumkehr, so ergibt sich der aus Fig.2 ersichtliche Strömungsverlauf (b). Das verbleibende kalte Gas C und das mit H' bezeichnete, vorgemischte Gas werden an der scharf ausgebildeten Kante 12 durchmischt und so ein relativ kühles Löschgas L zur wirksamen Beblasung des Lichtbogens 8 erzeugt.From Fig. 2, the advantageous effect of the
Beim Strömungsverlauf gemäss Fig.2 (a) wird eine besonders gute Durchmischung von kaltem und heissem Gas erst nach der Strömungsumkehr gemäss Fig.2 (b) erreicht wird. Eine gute Durchmischung des zugeführten heissen Gases H und des im Heizvolumen 7 vorhandenen kalten Gases C bereits vor der Strömungsumkehr wird erreicht, wenn beim Ausschalten eines mittleren Kurzschlussstroms mindestens ein bis zwei, im allgemeinen aber bis zu drei Halbwellen wirken (Lichtbogenzeit von typischerweise 15 bis 30 ms) oder bei einem mindestens ca. 60% des Nenn-Kurzschlussausschaltstroms aufweisenden grossen Kurzschlussstrom die Lichtbogenbrenndauer lediglich 0,5 bis 1,5 Stromhalbwellen (5 bis 15 ms) beträgt. Wie dem aus Fig. 2 ersichtlichen Strömungsverlauf (c) entnommen werden kann, verwirbelt die an der scharf ausgebildete Kante 12 abreissende intensive Heissgasströmung H das bereits im Heizvolumen 7 vorhandene kalte Gas C praktisch vollständig und bildet hierbei bereits ein Löschgas guter Qualität, welches nach der Strömungsumkehr den Lichtbogen 8 wirksam beblasen kann.In the course of flow according to FIG. 2 (a), a particularly good mixing of cold and hot gas is achieved only after the flow reversal according to FIG. 2 (b). Good mixing of the supplied hot gas H and the present in the
Bei einer Schaltkammer nach dem Stand der Technik weitet sich der in das Heizvolumen 7 einmündende Abschnitt 11 des Heizkanals stetig nach aussen auf und mündet ohne Kantenbildung ins Heizvolumen 7. Daher entfällt bei einer solchen Schaltkammer das Ablösen der Heissgasströmung H und strömt - wie aus dem in Fig.3 dargestellten Verlauf (a) ersichtlich ist - nun auch längs der vorderen Begrenzungswand 15 ins Heizvolumen 7. Das kalte Gas C wird daher an die hintere Begrenzungswand 14 zurückgedrängt und - ohne sich mit dem eintretenden Heissgas H zu vermischen - im hinteren Bereich des Heizvolumens 7 komprimiert. Wie aus dem Verlauf (b) von Fig.3 ersichtlich ist, befindet sich nach Strömungsumkehr nur Heissgas im Eingangsbereich des Heizvolumens 7. Die Beblasung des Lichtbogens erfolgt daher am Anfang mit heissem Löschgas L.In a switching chamber according to the prior art, the opening in the
Ist die Lichtbogenarbeit bei einem länger wirkenden mittleren oder einem kurzzeitig wirkenden grossen Kurzschlussstrom gross, so wird zwar der Druck im Heizvolumen 7 erhöht, jedoch die Durchmischung von heissem H und kaltem Gas nicht wesentlich verbessert. Wie aus dem in Fig.3 dargestellten Strömungsverlauf (c) ersichtlich ist, wird hierbei das kalte Gas C in den hinteren Bereich des Heizvolumens 7 zurückgedrängt, so dass sich auch in diesem Fall heisses und kaltes Gas nicht besonders gut durchmischt sind und dementsprechend die Abschaltleistung dieser Schaltkammer gegenüber der erfindungsgemässen Schaltkammer nach Fig. 1 geringer ist.Is the arc work at a longer-acting medium or a short-acting large short-circuit current, so while the pressure in the
Bei der Ausführungsform der erfindungsgemässen Schaltkammer gemäss Fig.4 sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie bei der Ausführungsform gemäss Fig.1, jedoch ist die Kontaktanordnung 2 geschlossen dargestellt, so dass der Lichtbogen und die Lichtbogenzone aus dieser Figur nicht ersichtlich sind. Im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig.1 ist bei dieser Ausführungsform der Mündungsabschnitt 11 nach aussen von einem ins Heizvolumen 7 ragenden Rohr 16 begrenzt. Dieser Rohr überragt die vorwiegend radial geführte vordere Wand 15 des Heizvolumens 7 mit einem freien Ende. In dieses freie Ende ist die scharf ausgebildete Kante 12 eingeformt. Durch das Rohr 16 wird die Einmündung des Heizkanals in axialer Richtung nach rechts verschoben. Das freie Ende des Rohrs 16 unterteilt daher das Heizvolumen in zwei in axialer Richtung aufeinanderfolgende Teilvolumina.In the embodiment of the switching chamber according to the invention according to FIG. 4, identical parts are provided with the same reference numerals as in the embodiment according to FIG. 1, but the
In dem aus Fig.5 ersichtlichen Strömungsverlauf (a) sind diese beiden Teilvolumina mit den Bezugszeichen V1 und V2 bezeichnet. Das Teilvolumen V1 ist nach Art eines Torus ausgebildet, der sich zwischen der vorwiegend radial ausgerichteten hinteren Wand 14 des Heizvolumens 7 und dem freien Ende des Rohrs 16 erstreckt und in Umfangsrichtung einen vorwiegend rechteckigen Querschnitt aufweist. Die Länge des Teilvolumens V1 beträgt I1, diejenige des Teilvolumens V2 beträgt I2. Beim Teilvolumen V1 beträgt das Verhältnis von Länge I1 des Torus in axialer Richtung zu Quadratwurzel der Querschnittsfläche A des Torus senkrecht zur Achse 5 etwa 0,5. Hierdurch wird in der Hochstromphase des Lichtbogens im Teilvolumen V1 eine gute Durchmischung von kaltem C und heissem Gas H erreicht. Ersichtlich verbleibt im kleiner bemessenen Teilvolumen V2 noch Kaltgas. Nach der Strömungsumkehr bei Annäherung des abzuschaltenden Stroms an den Nulldurchgang mischen sich dann gut vorgemischtes und vorgekühltes Gas aus dem Teilvolumen V1 an der Kante 12 und aus dem Teilvolumen V2 zuströmendes Kaltgas C zu einem hochwertigen Löschgas.In the flow pattern (a) shown in FIG. 5, these two partial volumes are designated by the reference symbols V 1 and V 2 . The partial volume V 1 is formed in the manner of a torus, which extends between the predominantly radially oriented
Eine besonders intensive Durchmischung von kaltem C und heissem Gas H wird erreicht, wenn, wie aus dem Verlauf gemäss (b) ersichtlich ist, der abzuschaltende Kurzschlussstrom eine mittlere bzw. grosse Amplitude aufweist und über eine längere Lichtbogenzeit (typischerweise 15 bis 30 ms) bzw. über eine auf 0,5 bis 1,5 Halbwellen begrenzte kurze Lichtbogenzeit (typischerweise 5 bis 15 ms) wirksam ist.A particularly intensive mixing of cold C and hot gas H is achieved if, as can be seen from the course according to (b), the short-circuit current to be disconnected has a medium or large amplitude and over a longer arc time (typically 15 to 30 ms) or is effective over a 0.5 to 1.5 half-wave limited short arc time (typically 5 to 15 ms).
Durch die mit Hilfe des Rohrs 16 in das Heizvolumen 7 vorgezogene Einmündung des Heizkanals 10 bzw. des Kanalabschnitts 11 ins Heizvolumen 7 wird daher auch in Heizvolumina eine gute Durchmischung des kalten C und des heissen Gases H erreicht, welche in axialer Richtung eine grosse Länge aufweisen.By virtue of the opening of the
Wie aus dem Strömungsverlauf von Fig.6 ersichtlich ist, drängt hingegen bei einer Schaltkammer nach dem Stand der Technik mit einem Heizvolumen 7 grosser axialer Länge, jedoch ohne vorgezogene Einmündung, das beim Schalten mittlerer oder grosser Kurzschlussströme gebildete heisse Gas H lediglich den überwiegenden Teil des Kaltgases C an die hintere Begrenzungswand 14 und erschwert so eine effektive Durchmischung wesentlich.As can be seen from the course of flow of FIG. 6, in contrast, in the case of a switching chamber according to the prior art with a
Da der Aussendurchmesser des Heizvolumens 7 aus Kostengründen gering gehalten werden sollte, jedoch der benötigte Rauminhalt des Heizvolumens über die für die Schaltkammer vorgeschriebene Abschaltleistung vorgegeben ist, können somit durch das Vorschieben des Mündungsabschnitts 11 ins Heizvolumen 7 mit Hilfe des Rohrs 16 der Durchmesser des Heizvolumens 7 und damit auch der Durchmesser der Schaltkammer klein gehalten und dementsprechend Kosten eingespart werden.Since the outer diameter of the
- 11
- Gehäusecasing
- 22
- KontaktanordnungContact configuration
- 3, 43, 4
- Schaltstückecontact members
- 55
- Achseaxis
- 66
- Isolierdüseinsulating
- 77
- Heizvolumenheating volume
- 88th
- LichtbogenElectric arc
- 99
- LichtbogenzoneArc zone
- 1010
- Heizkanalheating duct
- 1111
- Mündungsabschnittmouth portion
- 1212
- Kanteedge
- 1313
- Kolben-Zylinder-KompressionsvorrichtungPiston-cylinder compression device
- 14, 1514, 15
- Begrenzungswändeboundary walls
- 1616
- Rohrpipe
- VV
- Rauminhaltvolume
- V1, V2 V 1 , V 2
- Teilvoluminapartial volumes
- AA
-
Querschnittsfläche des Heizvolumens 7Cross-sectional area of the
heating volume 7 - II
-
Länge des Heizvolumens 7Length of
heating volume 7 - I1, I2 I 1 , I 2
- Längen der Teilvolumina V1, V2 Lengths of the partial volumes V 1 , V 2
- CC
- Kaltgascold gas
- HH
- Heissgashot gas
- H'H'
- vorgemischtes Gaspremixed gas
- LL
- Kaltgascold gas
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