EP2396798A1 - Hochspannungs-leistungsschalter mit einer schaltstrecke ausgerüstet mit schaltgasablenkelementen - Google Patents

Hochspannungs-leistungsschalter mit einer schaltstrecke ausgerüstet mit schaltgasablenkelementen

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EP2396798A1
EP2396798A1 EP10702849A EP10702849A EP2396798A1 EP 2396798 A1 EP2396798 A1 EP 2396798A1 EP 10702849 A EP10702849 A EP 10702849A EP 10702849 A EP10702849 A EP 10702849A EP 2396798 A1 EP2396798 A1 EP 2396798A1
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EP
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deflector
channel
switching
nozzle
deflector element
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Hold Dienemann
Volker Lehmann
Manfred Meinherz
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • H01H2033/888—Deflection of hot gasses and arcing products

Definitions

  • the invention relates to a switching device arrangement with a switching path, which is at least partially surrounded by a Isolierstoffdüse whose nozzle channel opens into a Schugasvolumen within which a deflector is arranged.
  • Such a switching device arrangement is known for example from the patent Abstract of Japan JP 02-086023.
  • a nozzle channel of the insulating nozzle opens into a volume of heating gas.
  • expanded switching gas is passed through the nozzle channel in the Schugasvolumen.
  • a deflector element is further arranged, which causes a certain flushing of the Schugasvolumens with switching gas.
  • valve passages On the front side valve passages are arranged within the Schugasvolumens. Such valve passages have due to movable elements a higher probability of failure than immovable modules.
  • the object is achieved in a switching device arrangement of the type mentioned above in that the deflector element has a deflector channel and within the defect strat is supported.
  • the switching arc expands switching gas and heats it.
  • the switching gas may, for example, be heated insulating gas such as sulfur hexafluoride, or hard gas dissolved from plastics may also be used.
  • This switching gas is also forwarded via the nozzle channel of the hot switching arc and introduced into the Schugasvolumen and cached there. After a decay of the switching arc or to a cooling and clearing the switching path of arc plasma, the cached in the Schugasvolumen gas can be ejected back into the switching path.
  • the heating gas volume is filled with cold insulating gas not exposed to the switching arc.
  • a suitable arrangement and shaping of the deflector element mixing of hot switching gas and cold insulating gas within the Schugasvolumens is either promoted or suppressed.
  • a strong mixing and mixing of the cold and hot Gases may be provided in the Schugasvolumen.
  • a preferably almost turbulence-free stratification of the gases takes place within the Schugasvolumens, so that when ejecting the temporarily stored gases from the Schugasvolumen a sequence of cooler and hotter gas occurs.
  • the switching gas introduced into the deflector channel driven by a switching arc, has a high pressure and flows into the heating gas volume at an increased flow velocity.
  • Retaining elements or supports located within the deflector channel reduce the flow velocity of the hot switching gas only negligibly, since, due to the high flow velocity of the hot gas
  • the deflector element can have electrically insulating or electrically conductive materials.
  • a support has radially aligned struts.
  • Radially oriented struts can be arranged aerodynamically within the Deflektorkanals. A sufficient cross-sectional area remains between the struts to conduct gas within the deflector channel.
  • the struts may be formed in a suitable streamlined shape. For example, it is possible to form the struts in the contour of a ring, wherein the ring has individual openings.
  • the struts limit the breakthroughs. For example, it may be circular recesses are arranged half of a ring, wherein the remaining annular material forms struts, which are aligned in the radial direction to position the deflector element. The holding forces are thus absorbed by the deflector element in the interior of the deflector channel.
  • segment-like recesses ellipsoidal recesses or other suitable cross-sectional shapes are used for located between the struts lent passage openings.
  • a support of the deflector element takes place within a central portion of the deflector channel to obtain free ends which are forbearing on opposite sides of the deflector element.
  • the deflector element flexibly within a wide variety of shaped heating gas volumes.
  • the positioning and position within the Schugasvolumens can be varied relatively easily, since, for example, a flush abutment of the deflector is made possible with one end to other components.
  • a variation of the shaping of the deflecting element is possible, wherein the shaping can be optimized with regard to the flow properties if holding elements are arranged exclusively within the deflector channel.
  • a further advantageous embodiment can provide that the nozzle channel opens in the form of an annular channel in the Schugasvolumen and opens a directed into the Schugasvolumen emission direction of the nozzle channel in the deflector channel.
  • the nozzle channel of the insulating material can have different shapes.
  • the nozzle channel can have rotationally symmetrical shapes, wherein the nozzle channel can be equipped over its length with different sections of different cross section.
  • the annular channel is suitable for radiating hot switching gas which has been conducted away from the switching path into the heating gas volume.
  • the emission direction of the nozzle channel into the heating gas volume is directed such that it opens into the deflector channel. This ensures that switching gas emerging from the nozzle channel enters the heating gas volume and is advantageously transferred to the deflector channel and forwarded there.
  • a further advantageous embodiment can provide that a wall bounding the nozzle channel at least partially protrudes into the deflector channel.
  • the nozzle channel of the insulating material is bounded by walls.
  • the walls are, for example, part of the insulating nozzle or other components, such as an auxiliary nozzle, a switching contact piece or the like. If now a wall bounding the nozzle channel is extended beyond the mouth region of the nozzle channel into the heating gas volume, this wall can advantageously protrude into the deflector channel. This supports a transfer of hot switching gases from the nozzle channel into the deflector channel.
  • the wall bounding the nozzle channel may have an insulating material at least on its surface. For example, a switching contact piece having a sheath of insulating material.
  • the use of polytetrafluoroethylene, which can be used to limit the nozzle channel, has proved to be advantageous.
  • the projecting into the deflector channel wall should limit the nozzle channel at least in sections. It is advantageous to use the wall, which limits the nozzle channel in the mouth area as an annular channel.
  • the deflector element is supported on the wall projecting into the deflector channel.
  • the wall projecting into the deflector channel may, for example, be hollow-cylindrical and may be, for example, a contact piece, in particular an arcing contact piece, possibly surrounded by an insulating material.
  • This arcing contact piece can, for example, pass through the deflector channel and constrict this deflector channel, for example, as an annular channel.
  • the projecting into the deflector channel wall for example, is a Isolierstoffwandung.
  • the contact piece projecting into the deflector channel itself structures the nozzle channel in the region of the orifice in the heating gas volume into an annular channel.
  • This contact piece may for example be designed in the form of a movable or non-movable arcing contact piece, for example in tube form. It can also be envisaged that a combination of tulip-shaped or tubular shaped arcing contact piece and an electrical insulating covering which covers the jacket side forms the wall projecting into the deflector channel.
  • the deflector element can be made of a metallic material. For fastening, the deflector element can be screwed on, glued on, clamped, etc.
  • a further advantageous embodiment can provide that the deflector element is formed integrally with a wall bounding the nozzle channel.
  • a one-piece design of the deflector element and the wall bounding the nozzle channel permits an integral connection within the electrical switching device. to build. This provides a possibility during assembly to position the deflector element together with the wall bounding the nozzle channel on the electrical switching device.
  • the wall bounding the nozzle channel protrudes into the deflector element in such a way that an annular deflector channel is formed.
  • the deflector duct By designing the deflector duct with a ring-shaped section, there is a possibility, in particular in the case of an annular orifice of the nozzle duct in the heating gas volume, of enabling a good transition of switching gas exiting from the nozzle duct into the deflector duct.
  • the switching gas flow is directed laminar, so that the most uniform, annular veil of switching gas is given with an entry into the Schugasvolumen.
  • a further advantageous embodiment can provide that radially oriented openings are arranged in a wall delimiting the deflector channel.
  • the wall of the deflector channel which has radially aligned openings, should be arranged on the outer jacket side on the deflector element. This is the
  • a broadly diversified splitting of the hot switching gas into the heating gas volume can take place.
  • groups of openings are arranged in a ring-shaped, radially circumferentially aligned manner in an outer wall of the deflector element.
  • a more or less strong mixing of hot switching gas and cool insulating gas located within the heating gas volume can take place.
  • a further advantageous embodiment may provide that the deflector element acts electrically insulating.
  • the deflector element in the case of a one-piece embodiment of the deflector element with a wall delimiting the nozzle channel, it is advantageous to manufacture the deflector element completely from insulating material.
  • inexpensive plastic injection molding can be used to form the deflector together with the wall at least partially delimiting the nozzle channel.
  • a main body of the deflector element is made, for example, of electrically conductive material, wherein sections of electrically insulating coatings can be applied to the deflector element.
  • a further advantageous embodiment can provide that the deflector element is formed rotationally symmetrical to an axis.
  • Rotationally symmetric arrangements have dielectrically favorable shapes and enable a relatively low-flow entrainment of switching gas on their surfaces.
  • a switching device arrangement according to the invention in the medium high and very high voltage range, d. H. at voltages of 10,000 volts up to several 100,000 volts, a favorable dielectric design on assemblies of the switching device arrangement is advantageous.
  • the deflector element has a substantially hollow cylindrical shape.
  • Hollow-cylindrical arrangements are suitable for forming a deflector channel in the interior of the hollow cylinder or limiting corresponding annular channels by introducing further walls into the interior of a hollow cylinder with a circular cross-section.
  • a hollow cylinder has over its length a substantially constant contour. It may well be provided that individual protrusions, edges, sprues, etc. are present on a hollow cylindrical basic structure to form a support or the like.
  • a further advantageous embodiment can provide that the deflector element has a substantially hollow truncated cone-shaped form. Via a hollow-frustoconical shape of the deflector element, it is possible to widen or narrow the cross-section of the deflector channel in its course. Thus, there is a possibility to positively influence the flow inside the deflector channel. Particularly with a continuous expansion in the inflow direction of hot switching gases into the deflector channel of the deflector element, it is advantageous with increasing reduction of the flow velocity of the hot quenching gas to provide an extension of the channel cross section of the deflector channel, in order to further dissipate hot switching gas as rapidly as possible over its length to effect the Deflektorkanals.
  • the deflector channel has a discontinuous change in cross section.
  • Deflektorkanals beneficial to make a steering and direction of incoming hot switching gas in preferred directions.
  • a discontinuous change in cross-section for example, be caused by a arranged inside the Deflektorkanals support.
  • a further advantageous embodiment can provide that the deflector channel has a permanent gas inlet opening and a permanent gas outlet opening.
  • the gas inlet and gas outlet openings of the deflector channel may have mutually different cross-sectional areas. Depending on the shape and course of the gas inlet channel so a more targeted steering and control of hot Switching gases take place within the Deflektorkanals.
  • By permanently existing gas inlet and gas outlet openings regardless of the switching state of the switching device arrangement, an entry or exit of gases into and out of the deflector channel is always possible. Thus, a flow and steering of switching gas is influenced by the shape of the deflector channel.
  • On movable arrangements such as valves o. ⁇ . Can be omitted.
  • the gas inlet and gas outlet openings can be designed, for example, axially behind one another.
  • the heating gas volume is arranged between two coaxially oriented rotationally symmetrical contact pieces.
  • Arc and rated current contact pieces of a circuit breaker On circuit breakers is provided to form the switching path between relatively movable contact pieces.
  • a production of an electrically conductive current path is effected by galvanic contacting, a resolution is effected by a separation of the galvanic connection between switching contact pieces.
  • the switching contact pieces are movable relative to each other.
  • switching device arrangements preferably have sets of arcing contact pieces and rated current contact pieces. There are permanently associated with the same electric potential applied to each other associated arcing or rated current contact pieces.
  • Such a switch-on or switch-off arc is capable of insulating and heating insulating gas or hard gas in the area of the switching path and of heating and heating.
  • This heated switching gas can be used to cause a blowing of the switching path and thus an evacuation of the switching path of electrically conductive arc plasma.
  • the switching gas is temporarily stored in the heating gas volume.
  • a further advantageous embodiment may provide that the nozzle channel opens into the Schugasvolumen frontally between the contact pieces.
  • An end-face mouth within the Schugasvolumens which has a substantially hollow cylindrical cross-section, allows to make the shell-side areas of the Schugasvolumens relatively arbitrary. Continues to adapt a rotationally symmetrical to the axis of the contacts aligned channel to a dielectrically favorable embodiment of a switching device arrangement.
  • Figure 1 shows a section through a switching device arrangement with a deflector element in a first embodiment
  • FIG. 2 shows an embodiment of a switching device with a deflector element in a second and a third embodiment variant.
  • the switching device arrangement shown in FIGS. 1 and 2 has a first arcing contact piece 1 and a second arcing contact piece 2.
  • the first arcing contact piece 1 and the second arcing contact piece 2 are arranged opposite one another, arranged coaxially with respect to an axis 3.
  • the axis 3 represents a longitudinal axis of the switching device arrangement, to which the switching device arrangement is aligned substantially coaxially.
  • the two arcing contact pieces 1, 2 are spaced apart from each other and along the axis 3 relative to each other movable. Coaxial to that first arcing contact piece 1, a first rated current contact piece 4 is aligned. Coaxially to the second arcing contact piece 2, a second rated current contact piece 5 is aligned.
  • the two rated current contact pieces 4, 5 are designed tubular. Between the mutually facing ends of the arcing contact pieces 1, 2, a switching path 6 is formed.
  • a galvanic contacting of the two arcing contact pieces 1, 2 and subsequently a galvanic contacting of the two rated current contact pieces 4, 5 is provided at a switch-on first. In the event of a switch-off operation, first the two rated current contact pieces 4, 5, and subsequently the two arcing contact pieces 1, 2, are opened. This ensures that a switching arc occurring during a switching operation is preferably conducted within the switching path 6.
  • the switching path 6 is surrounded by a Isolierstoffdüse 7.
  • the insulating material nozzle 7 is, for example, a polytetrafluoroethylene body produced in a sintering process.
  • the insulating material nozzle 7 has a nozzle channel 8.
  • the nozzle channel 8 has several sections with different
  • the insulating material nozzle 7 is held on the first rated current contact piece 4.
  • an annular protruding shoulder is provided on the first rated current contact piece 4 against which a bead of the insulating material nozzle 7 is pressed.
  • the insulating material 7 is connected to the first rated current contact piece with a rigid angle.
  • a hollow cylindrical Bankgasvolumen 10 is formed between the first rated current contact piece 4, which is formed substantially tubular and the first arcing contact piece 1.
  • the hollow cylindrical Bankgasvolumen 10 has substantially circular cross-sections and is aligned coaxially with the axis 3. At one of the switching path 6 facing front end of the Schugasvolumens 10 of the nozzle channel 8 opens into the Schugasvolumen.
  • the first arcing contact piece 1 with the first rated current contact piece 4 is connected angle stiff.
  • the connecting element 11 forms at the end remote from the switching path 6 end of the Schugasvolumens a boundary wall. In the boundary wall of the connecting element 11 recesses are provided, which are optionally closed.
  • Both the first arcing contact piece 1 and the second arcing contact piece 2 as well as the first rated current contact piece 4 and the second rated current contact piece 5 can be composed of several components.
  • the first rated current contact piece 4 assigned to the first arcing contact piece 1 and the second arcing contact piece 2 assigned to the second rated current contact piece 5 each carry the same electrical potential independently of the switching state of the switching device.
  • the first arcing contact piece 1 and the first rated current contact piece 4 are electrically conductively connected to one another via the connecting element 11.
  • the first arcing contact piece 1 has a bush-shaped opening at its end facing the switching path 6.
  • the second arcing contact piece 2 has a counter-bolt-like structure, so that the second arc contact Clock piece 2 can retract to a contact in a socket-shaped opening of the first arcing contact piece 1.
  • the first arcing contact piece 1 is substantially tubular. As a result, it is possible to use the interior of the first arcing contact piece 1 for the passage of fluid media, for example insulating gas, switching gas, etc.
  • the first arcing contact piece 1 projects partially into the nozzle channel 8 of the insulating material nozzle 7, so that an annular mouth opening 12 of the nozzle channel 8 is formed in the heating gas volume 10 due to the coaxial alignment of the insulating material nozzle 7 and the first arcing contact piece 1.
  • the nozzle channel 8 is formed in the form of an annular channel in the region of the overlap of the nozzle channel 8 and the first arcing contact piece 1.
  • the first arcing contact piece 1 is surrounded by a so-called auxiliary nozzle 13.
  • the auxiliary nozzle 13 acts elktrisch insulating.
  • Arc contact piece 1 is surrounded by the auxiliary nozzle 13. Between the outer surface of the auxiliary nozzle 13 and the nozzle channel 8, in which the auxiliary nozzle 13 projects accordingly, the nozzle channel 8 is limited.
  • the wall of the auxiliary nozzle 13 is extended forlorn by the switching path 6 via the annular orifice 12 of the nozzle channel 8 and also surrounds the first arcing contact piece 1, at least partially, in the region of the heating gas volume 10.
  • a first embodiment variant of a deflector element 14a is arranged.
  • the deflector element 14a has a hollow cylindrical, rotationally symmetrical structure which is coaxial with the axis 3 is aligned.
  • the deflector element 14a is penetrated over its entire length both by the first arcing contact piece 1 and by the extended wall of the auxiliary nozzle 13.
  • a deflector channel 15a is formed, which is formed substantially hollow cylindrical.
  • Openings 16 are provided in the jacket-side wall of the deflector element 14a. The openings 16 are each aligned radially to the axis 3 and pass through the deflector 15a outer jacket side limiting wall.
  • the openings 16 are distributed uniformly distributed on annular circumferential tracks, wherein a plurality of axially offset tracks along the axis 3 are arranged on the deflector element 14a.
  • the deflecting element 14a has free ends, which can be subjected to a corresponding shaping as required. The free ends are spaced from the frontal boundary surfaces of the Schugasvolumens 10.
  • a support 17 is arranged within the deflector channel 15a.
  • the support 17 is in the form of a circumferential ring, which is interrupted by individual recesses in the axial direction of the axis 3.
  • the recesses may have various cross-sections, wherein between the recesses of the ring webs are formed, by means of which the deflector element 14a is connected to the beyond the annular orifice 12 of the nozzle channel 8 drawn-wall.
  • the deflector channel 15a is formed between an inner circumferential surface of the hollow-cylindrical deflector element 14a and a wall which also delimits the nozzle channel 8.
  • the deflector element 14a is integral with the auxiliary nozzle 13 thus also integrally connected to a wall which bounds the nozzle channel 8 connected.
  • the auxiliary nozzle 13, together with the deflector element 14a is made of a plastic, preferably polytetrafluoroethylene.
  • FIG. 2 shows in its basic structure an electrical switching device comparable to FIG. 1 in section. Except for the shape of the deflector element according to FIG. 1, the embodiments have the same effect, so that with respect to FIG. 1 statements with respect to arrangement, mode of operation, materials, etc. are also applicable to the arrangement according to FIG. Accordingly, the same reference numerals for components having the same effect as in FIG. 1 are used in FIG.
  • An arrangement of a second and a third embodiment variant of a deflector element 14b is provided on the auxiliary nozzle 13 used according to FIG.
  • the second and below the axis 3 the third embodiment variant is shown above the axis 3.
  • one of the two variants can be used, whereby this completely revolves around the axis 3.
  • the second variant of the deflector element 14b has a substantially hollow truncated cone-shaped structure.
  • the axis of rotation of the hollow truncated cone is aligned coaxially with the axis 3.
  • the second variant of the deflector element 14b rests on the wall of the auxiliary nozzle 13, which also limits the nozzle channel 8. For this purpose, this wall is extended beyond the annular mouth opening 12 of the nozzle channel 8, so that this wall is the second variant of the deflector element 14b completely interspersed.
  • a support 17 is provided, which has a plurality of radially aligned about the axis 3 struts, whereby the second variant of Deflektore- element 14b on the wall, which also limits the nozzle channel 8, on the auxiliary nozzle 13th is supported.
  • a one-piece design can be provided.
  • the second variant of the deflector element 14b only rests on the auxiliary nozzle 13.
  • a solid plastic embodiment of the deflector element of the second variant 14b is provided, which is formed in one piece with the auxiliary nozzle 13.
  • radially aligned openings 16 are provided, which in several rings, which are axially spaced from each other to enforce around the axis 3, an outer shell-side wall of the second variant of the deflector element 14b.
  • the second embodiment variant of the deflector element 14b is shown above the axis 3.
  • the wall over the length of the deflector channel 15a is formed with an approximately constant wall thickness.
  • a is in the region of the central portion, in which the struts of the support 17 are located
  • Staging provided so that the wall of the second variant of the deflector element 14b has step-like jumps.
  • This results in an outer circumferential surface of a hollow truncated cone of the inner shell side has a gradation between two axially one behind the other lying (hollow) cylindrical portions of the deflector 15a.
  • a first (hollow) cylindrical portion of the deflector channel 15a has a reduced outer diameter than a second one hollow cylindrical portion of the deflector 15a on.
  • a jump from the first portion to the second portion is provided in the central portion, in which the struts of the support 17 are arranged.
  • the outflow direction of the nozzle channel 8 is directed in the direction of the heating gas volume 10 in such a way that outflowing switching gas is introduced directly into the deflector channel 15b.
  • parts of the switching gas also issue from the gas outlet opening arranged opposite to the gas inlet opening of the deflector channel 15b in the axial direction of the axis 3.
  • cached gas also flows from radial directions into the region of the spacing between the outlet opening 12 and the gas inlet opening of the deflector channel 15b and flows in the direction of the switching path 6 through the nozzle channel 8.
  • deviating structural configurations may also be provided. Particularly in the embodiment and design of the deflector elements 14a, 14b as well as the deflector channels 15a, 15b, other shapes may also be provided. The basic operation of the deflector elements 14a, 14b, as shown in the figures, is similar.

Landscapes

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Abstract

Eine Schaltgeräteanordnung mit einer Schaltstrecke (6) weist eine Isolierstoff düse (7) auf. Die Isolierstoff düse (7) weist einen Düsenkanal (8) auf, welcher in einem Heizgasvolumen (10) mündet. Innerhalb des Heizgasvolumens (10) ist ein Deflektorelement (14a, 14b) angeordnet, welches innerhalb des Deflektorkanals (15a, 15b) abgestützt ist.

Description

Beschreibung
HOCHSPANNUNGS-LEISTUNGSSCHALTER MIT EINER SCHALTSTRECKE AUSGERÜSTET MIT SCHALTGASABLENKELEMENTEN
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltgeräteanordnung mit einer Schaltstrecke, welche zumindest teilweise von einer Isolierstoffdüse umgeben ist, deren Düsenkanal in einem Heizgasvolumen mündet, innerhalb welchem ein Deflektorelement angeordnet ist.
Eine derartige Schaltgeräteanordnung ist beispielsweise aus dem Patent Abstract of Japan JP 02-086023 bekannt. Dort ist eine Schaltstrecke von einer Isolierstoffdüse umgeben. Ein Düsenkanal der Isolierstoffdüse mündet in einem Heizgasvolu- men. Bei einem Schaltvorgang wird expandiertes Schaltgas über den Düsenkanal in das Heizgasvolumen geleitet. Innerhalb des Heizgasvolumens ist weiterhin ein Deflektorelement angeordnet, welches ein bestimmtes Durchspülen des Heizgasvolumens mit Schaltgas hervorruft.
Stirnseitig sind innerhalb des Heizgasvolumens Ventildurchlässe angeordnet. Derartige Ventildurchlässe weisen aufgrund bewegbarer Elemente eine höhere Ausfallwahrscheinlichkeit auf als unbewegbare Baugruppen.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Schaltgeräteanordnung anzugeben, die bei geringer Ausfallwahrscheinlichkeit eine ausreichende Durchspülung des Heizgasvolumens mit Schaltgasen gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Schaltgeräteanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das De- flektorelement einen Deflektorkanal aufweist und innerhalb des Defektorkanais abgestützt ist.
Durch eine Abstützung bzw. Halterung des Deflektorelementes innerhalb des Deflektorkanals ist eine Möglichkeit gegeben, mantelseitig und endseitig beliebige Ausformungen bzw. Formgebungen für das Deflektorelement vorzusehen. Damit ist eine vielfältige Gestaltung des Deflektorelementes möglich, so dass in Wechselwirkung von Deflektorelement und Form des Heizgasvolumens eine gezieltere Vermischung von Schaltgas und im Heizgasvolumen vorgehaltenem kalten Isoliergas erfolgen kann .
Während eines Schaltvorganges kann es in der Schaltstrecke zum Zünden eines Schaltlichtbogens kommen. Der Schaltlichtbo- gen expandiert Schaltgas und erhitzt dieses. Das Schaltgas kann beispielsweise erhitztes Isoliergas wie SchwefelhexafIu- orid sein, oder es kann auch aus Kunststoffen gelöstes Hartgas Verwendung finden. Dieses Schaltgas wird auch über den Düsenkanal von dem heißen Schaltlichtbogen fortgeleitet und in das Heizgasvolumen eingeleitet und dort zwischengespeichert. Nach einem Abklingen des Schaltlichtbogens bzw. zu einem Kühlen und Räumen der Schaltstrecke von Lichtbogenplasma, kann das in dem Heizgasvolumen zwischengespeicherte Gas wieder in die Schaltstrecke ausgestoßen werden.
Vor einem Einleiten von heißen Schaltgasen ist das Heizgasvolumen mit kaltem, dem Schaltlichtbogen nicht ausgesetzten Isoliergas gefüllt. Durch eine geeignete Anordnung und Formgebung des Deflektorelementes wird eine Durchmischung von heißem Schaltgas und kaltem Isoliergas innerhalb des Heizgasvolumens entweder befördert oder unterdrückt. Je nach zu lösender Schaltaufgabe durch die Schaltgeräteanordnung kann eine starke Durchmischung und Vermischung der kalten und heißen Gase in dem Heizgasvolumen vorgesehen sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass eine vorzugsweise nahezu verwirbe- lungsfreie Schichtung der Gase innerhalb des Heizgasvolumens erfolgt, so dass bei einem Ausstoßen der zwischengespeicher- ten Gase aus dem Heizgasvolumen eine Abfolge von kühlerem und heißerem Gas auftritt.
Das in den Deflektorkanal eingeleitete Schaltgas weist, getrieben durch einen Schaltlichtbogen, im Regelfall einen ho- hen Druck auf und strömt mit einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit in das Heizgasvolumen ein. Innerhalb des De- flektorkanals befindliche Halterungselemente bzw. Abstützungen reduzieren die Strömungsgeschwindigkeit des heißen Schaltgases nur in zu vernachlässigender Weise, da weiterhin aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit des heißen
Schaltgases eine ausreichende Strömung und damit eine einfache Lenkung und Leitung des Schaltgases möglich ist.
Das Deflektorelement kann elektrisch isolierende oder elekt- risch leitfähige Materialien aufweisen.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass eine Abstützung radial ausgerichtete Streben aufweist.
Radial ausgerichtete Streben können strömungsgünstig innerhalb des Deflektorkanals angeordnet sein. Zwischen den Streben verbleibt dabei eine ausreichende Querschnittsfläche, um innerhalb des Deflektorkanals Gas zu leiten. Dabei können die Streben in geeigneter strömungsgünstiger Form ausgebildet sein. So ist es beispielsweise möglich, die Streben in der Kontur eines Ringes auszubilden, wobei der Ring einzelne Durchbrechungen aufweist. Die Streben begrenzen die Durchbrechungen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass inner- halb eines Ringes kreisrunde Ausnehmungen angeordnet sind, wobei das verbleibende Ringmaterial Streben ausbildet, die in radialer Richtung ausgerichtet sind, um das Deflektorelement zu positionieren. Die Haltekräfte werden somit von dem De- flektorelement im Innern des Deflektorkanales aufgenommen.
Neben einer Verwendung von kreisrunden Ausnehmungen innerhalb eines umlaufenden Rings kann auch vorgesehen sein, dass segmentartige Ausnehmungen, ellipsoide Ausnehmungen oder andere geeignete Querschnittsformen für zwischen den Streben befind- liehe Durchtrittsöffnungen genutzt werden.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass eine Abstützung des Deflektorelementes innerhalb eines zentralen Abschnittes des Deflektorkanals unter Erhalt von an entgegengesetzten Seiten des Deflektorelementes fortragenden freien Enden erfolgt.
Nutzt man einen zentralen Abschnitt des Deflektorkanals zur Abstützung des Deflektorelementes, so kann man die endseiti- gen Abschnitte des Deflektorelementes frei von Halte- und
Stützvorrichtungen halten. Somit ist es möglich, das Deflek- torelement flexibel innerhalb verschiedenartigst geformter Heizgasvolumina anzuordnen. Je nach Bedarf kann die Positionierung und Lage innerhalb des Heizgasvolumens relativ leicht variiert werden, da beispielsweise ein bündiges Anstoßen des Deflektorelementes mit einem Ende an weitere Bauteile ermöglicht ist. Weiterhin ist durch ein zentrales Haltern des De- flektorelementes eine Variation der Formgebung des Deflekto- relementes möglich, wobei die Formgebung hinsichtlich der Strömungseigenschaften optimiert werden kann, wenn Halteelemente ausschließlich innerhalb des Deflektorkanales angeordnet sind. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass der Düsenkanal in Form eines Ringkanals in dem Heizgasvolumen mündet und eine in das Heizgasvolumen gerichtete Abstrahlrichtung des Düsenkanals in dem Deflektorkanal mündet.
Der Düsenkanal der Isolierstoffdüse kann verschiedene Formgebungen aufweisen. So kann der Düsenkanal beispielsweise rotationssymmetrische Formgebungen aufweisen, wobei der Düsenkanal über seine Länge mit verschiedenen Abschnitten unter- schiedlichen Querschnittes ausgestattet sein kann. So ist es beispielsweise möglich, den Düsenkanal im Mündungsbereich in das Heizgasvolumen ringförmig auszubilden, so dass der Düsenkanal in diesem Bereich in Form eines Ringkanales gestaltet ist. Der Ringkanal ist dazu geeignet, aus der Schaltstrecke fortgeleitetes heißes Schaltgas in das Heizgasvolumen abstrahlen zu lassen. Die Abstrahlrichtung des Düsenkanales in das Heizgasvolumen ist dabei derart gerichtet, dass diese in dem Deflektorkanal mündet. Somit ist sichergestellt, dass aus dem Düsenkanal austretendes Schaltgas in das Heizgasvolumen eintritt und vorteilhafterweise in den Deflektorkanal übergeleitet und dort weitergeleitet wird. Damit ist eine bestimmte Strömungsrichtung innerhalb des Heizgasvolumens vorgegeben. Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Mündungsöffnung des Ringkanales und eine Gaseintrittsöffnung des Deflektorkanals beabstandet voneinander sind, so dass im Falle eines Überdruckes eine Zerstörung des Düsenkanales bzw. des Deflektorka- nals verhindert wird, da überschüssiges Gas aus dem Bereich zwischen der Mündungsöffnung des Düsenkanals und der Gaseintrittsöffnung des Deflektorkanals abströmen kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass eine den Düsenkanal begrenzende Wandung zumindest teilweise in den Deflektorkanal hineinragt. Der Düsenkanal der Isolierstoffdüse wird von Wandungen begrenzt. Die Wandungen sind beispielsweise Teil der Isolierstoffdüse oder weiterer Baugruppen, wie beispielsweise einer Hilfsdüse, einem Schaltkontaktstück oder ähnlichem. Wird nunmehr eine den Düsenkanal begrenzende Wandung über den Mündungsbereich des Düsenkanals in das Heizgasvolumen hinaus verlängert, so kann diese Wandung vorteilhaft in den Deflek- torkanal hineinragen. Damit wird ein Übertritt von heißen Schaltgasen aus dem Düsenkanal in den Deflektorkanal unterstützt. Die den Düsenkanal begrenzende Wandung kann zumindest an ihrer Oberfläche ein Isoliermaterial aufweisen. Beispielsweise kann ein Schaltkontaktstück eine Ummantelung aus Isoliermaterial aufweisen. Als vorteilhaft hat sich beispiels- weise die Verwendung von Polytetrafluorethylen erwiesen, welche zur Begrenzung des Düsenkanals eingesetzt werden kann. Die in den Deflektorkanal hineinragende Wandung sollte den Düsenkanal zumindest abschnittsweise begrenzen. Vorteilhaft ist dabei, eine Nutzung der Wandung, welche den Düsenkanal im Mündungsbereich als Ringkanal begrenzt.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Deflektore- lement an der in den Deflektorkanal hineinragenden Wandung abgestützt ist.
Durch ein Abstützen des Deflektroelementes an der in den De- flektorkanal hineinragenden Wandung ist eine Möglichkeit gegeben, eine winkelstarre Verbindung zwischen Deflektorkanal und Düsenkanal auszubilden. Somit ist die Beabstandung und damit die geometrische Anordnung von Düsenkanal und Deflekto- relement festgelegt. Unabhängig von weiteren gegebenenfalls relativ zueinander bewegbaren Bauteilen bleibt die Lage zwischen Deflektorkanal und Düsenkanal annähernd gleich. Damit ist eine sichere und dauerhafte Führung und Lenkung von Schaltgasströmungen innerhalb des Heizgasvolumens gegeben.
Die in den Deflektorkanal hineinragende Wandung kann bei- spielsweise hohlzylindrisch ausgebildet sein und beispielsweise ein Kontaktstück, insbesondere ein Lichtbogenkontaktstück, gegebenenfalls umgeben von einem Isoliermaterial sein. Dieses Lichtbogenkontaktstück kann beispielsweise den Deflek- torkanal durchsetzen und diesen Deflektorkanal beispielsweise als einen Ringkanal einschnüren. Dabei kann vorgesehen sein, dass die in den Deflektorkanal hineinragende Wandung beispielsweise eine Isolierstoffwandung ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das in den Deflektorkanal hineinragende Kontaktstück selbst den Düsenkanal im Bereich der Mündung im Heizgasvolumen in einen Ringkanal strukturiert. Dieses Kontaktstück kann beispielsweise in Form eines bewegbaren oder unbewegbaren Lichtbogenkontaktstückes, beispielsweise in Rohrform ausgeführt sein. Es kann auch vorstellbar sein, dass eine Kombination aus tulpenförmig bzw. rohrförmig ausgebilde- tem Lichtbogenkontaktstück und einem mantelseitig abdeckenden elektrischen Isolierbelag die in den Deflektorkanal hineinragende Wandung ausbildet. Das Deflektorelement kann aus einem metallischen Werkstoff hergestellt werden. Zur Befestigung kann das Deflektorelement aufgeschraubt, aufgeklebt, aufge- spannt etc. sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass das Deflektorelement einstückig mit einer den Düsenkanal begrenzenden Wandung ausgeformt ist.
Eine einstückige Ausgestaltung von Deflektorelement und der den Düsenkanal begrenzenden Wandung gestattet einen einstückigen Verbund innerhalb des elektrischen Schaltgerätes aus- zubilden. Dadurch ist eine Möglichkeit gegeben, während einer Montage das Deflektorelement gemeinsam mit der den Düsenkanal begrenzenden Wandung an dem elektrischen Schaltgerät zu positionieren .
Weiterhin ist aufgrund der einstückigen Fertigung auch bei einer Serienfertigung der Schaltgeräteanordnung eine dauerhafte Maßhaltigkeit gegeben.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die den Düsenkanal begrenzende Wandung derart in das Deflektorelement hineinragt, dass ein ringförmiger Deflektorkanal gebildet ist.
Durch eine Gestaltung des Deflektorkanals mit einem ringför- migen Abschnitt ist eine Möglichkeit gegeben, insbesondere bei einer ringförmigen Mündungsöffnung des Düsenkanals in dem Heizgasvolumen, einen guten Übergang von aus dem Düsenkanal austretenden Schaltgas in den Deflektorkanal hinein zu ermöglichen. Die Schaltgasströmung wird dabei laminar gerichtet, so dass ein möglichst gleichmäßiger, ringförmiger Schleier aus Schaltgas mit einem Eintreten in das Heizgasvolumen gegeben ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass in einer den Deflektorkanal begrenzenden Wandung radial ausgerichtete Öffnungen angeordnet sind.
Vorteilhaft sollte die Wandung des Deflektorkanals, welche radial ausgerichtete Öffnungen aufweist, außenmantelseitig an dem Deflektorelement angeordnet sein. Dadurch besteht die
Möglichkeit, dass nach einem Eintreten von heißen Schaltgasen in den Deflektorkanal eine Umlenkung derselben auch in die radial ausgerichteten Öffnungen erfolgt. Damit ist neben ei- nem axialen Abströmen in Richtung des Deflektorkanals auch eine radiale Abströmung zumindest von Teilen der Löschgasströmung durch die Öffnung heraus gegeben. Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die im Innern des Deflek- torkanals befindliche Abstützung zur Aufteilung des Schaltgases in radiale und axiale Richtungen genutzt wird.
Bei einer geeigneten Platzierung der Öffnungen in der Außen- mantelseite des Deflektorelementes kann so eine breit gefä- cherte Aufspaltung des heißen Schaltgases in das Heizgasvolumen hinein erfolgen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass jeweils Gruppen von Öffnungen ringförmig radial umlaufend ausgerichtet in einer Außenwand des Deflektorelementes angeordnet sind. Je nach Beabstandung der einzelnen Ringe zu- einander und gegebenenfalls einer Variation der Form der Öffnungen bzw. der Lage der Öffnungen kann eine mehr oder weniger starke Durchmischung von heißem Schaltgas und innerhalb des Heizgasvolumens befindlichem kühlen Isoliergas erfolgen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass das Deflektorelement elektrisch isolierend wirkt.
Insbesondere bei einer einstückigen Ausgestaltung des Deflek- torelementes mit einer den Düsenkanal begrenzenden Wandung ist es vorteilhaft, das Deflektorelement vollständig aus Isoliermaterial zu fertigen. So können beispielsweise kostengünstige Kunststoffspritzverfahren zum Einsatz kommen, um das Deflektorelement gemeinsam mit der den Düsenkanal zumindest teilweise begrenzenden Wandung auszubilden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass ein Grundkörper des Deflektorelementes beispielsweise aus elektrisch leitendem Material besteht, wobei abschnittsweise elektrisch isolierende Beschich- tungen auf das Deflektorelement aufgebracht sein können. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass das Deflektorelement rotationssymmetrisch zu einer Achse ausgeformt ist.
Rotationssymmetrische Anordnungen weisen dielektrisch günstige Formgebungen auf und ermöglichen ein relativ verwirbe- lungsarmes Entlangströmen von Schaltgas an deren Oberflächen. Insbesondere bei einem Einsatz einer erfindungsgemäßen Schaltgeräteanordnung im Mittel- Hoch- und Höchstspannungsbe- reich, d. h. bei Spannungen von 10.000 Volt bis hin zu mehreren 100.000 Volt ist eine dielektrisch günstige Formgebung an Baugruppen der Schaltgeräteanordnung vorteilhaft.
Dabei kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Deflektore- lement eine im Wesentlichen hohlzylindrische Form aufweist.
Hohlzylindrische Anordnungen sind geeignet, um einen Deflek- torkanal im Innern des Hohlzylinders auszubilden bzw. durch ein Einbringen von weiteren Wandungen in das Innere eines Hohlzylinders mit kreisförmigem Querschnitt entsprechende Ringkanäle zu begrenzen. Ein Hohlzylinder weist dabei über seine Länge eine im Wesentlichen gleichbleibende Kontur auf. Dabei kann es durchaus vorgesehen sein, dass einzelne Vor- Sprünge, Kanten, Angüsse usw. zur Ausbildung einer Abstützung o. ä. an einer hohlzylindrischen Grundstruktur vorhanden sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass das Deflektorelement eine im Wesentlichen hohlkegelstumpfförmige Form aufweist. Über eine hohlkegelstumpfförmige Gestalt des Deflektorelemen- tes ist es möglich, den Querschnitt des Deflektorkanals in seinem Verlauf zu erweitern bzw. zu verjüngen. Somit ist eine Möglichkeit gegeben, um die Strömung im Innern des Deflektor- kanals positiv zu beeinflussen. Insbesondere bei einer kontinuierlichen Erweiterung in Einströmrichtung von heißen Schaltgasen in den Deflektorkanal des Deflektorelementes ist es mit zunehmender Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit des heißen Löschgases von Vorteil, eine Erweiterung des Ka- nalquerschnittes des Deflektorkanals vorzusehen, um weiterhin eine möglichst zügige Ableitung von heißem Schaltgas über die Länge des Deflektorkanals zu bewirken.
Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass der De- flektorkanal eine unstetige Querschnittsveränderung aufweist.
Unabhängig von der Grundausformung des Deflektorelementes ist ein Einbringen von Vorsprüngen, umlaufenden Schultern, Einschnürungen o. ä. innerhalb des Deflektorkanals von Vorteil, um eine Lenkung und Leitung von einströmenden heißem Schaltgas in bevorzugte Richtungen vorzunehmen. Dabei kann eine unstetige Querschnittsveränderung beispielsweise auch durch eine im Innern des Deflektorkanals angeordnete Abstützung hervorgerufen sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass der Deflektorkanal eine dauerhafte Gaseintrittsöffnung und eine dauerhafte Gasaustrittsöffnung aufweist.
Die Gaseintritts- und Gasaustrittsöffnungen des Deflektorka- nals können voneinander verschiedene Querschnittsflächen aufweisen. Je nach Formgebung und Verlauf des Gaseintrittskanals kann so eine gezieltere Lenkung und Steuerung von heißen Schaltgasen innerhalb des Deflektorkanals erfolgen. Durch dauerhaft vorhandene Gaseintritts- und Gasaustrittsöffnungen ist unabhängig von dem Schaltzustand der Schaltgeräteanordnung stets ein Ein- bzw. Austreten von Gasen in den Deflek- torkanal hinein bzw. aus diesem heraus ermöglicht. Damit wird eine Strömung und Lenkung von Schaltgas durch die Formgebung des Deflektorkanals beeinflusst. Auf bewegbare Anordnungen wie Ventile o. ä. kann verzichtet werden. Die Gaseintrittsund Gasaustrittsöffnung können beispielsweise axial hinter- einander liegend ausgeführt sein.
Weiter kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Heizgasvolumen zwischen zwei koaxial ausgerichteten rotationssymmetrischen Kontaktstücken angeordnet ist.
Bei der Anordnung des Heizgasvolumens zwischen zwei koaxial zueinander ausgerichteten rotationssymmetrischen Kontaktstücken ergibt sich eine Grundstruktur des Heizgasvolumens, welches einem Hohlzylinder entspricht. Die Kontaktstücke können beispielsweise das gleiche elektrische Potential führende
Lichtbogen- und Nennstromkontaktstücke eines Leistungsschalters sein. An Leistungsschaltern ist vorgesehen, die Schaltstrecke zwischen relativ zueinander bewegbaren Kontaktstücken auszubilden. Eine Herstellung eines elektrisch leitenden Strompfades erfolgt durch galvanische Kontaktierung, eine Auflösung erfolgt durch eine Auftrennung der galvanischen Verbindung zwischen Schaltkontaktstücken. Um eine Herstellung bzw. Auflösung hervorzurufen, sind die Schaltkontaktstücke relativ zueinander bewegbar. Um einen Abbrand bei einem Ein- schalt- bzw. Ausschaltvorgang durch dabei entstehende Schaltlichtbögen in verbesserter Weise beherrschen zu können, weisen Schaltgeräteanordnungen vorzugsweise Sets von Lichtbogenkontaktstücken und Nennstromkontaktstücken auf. Dabei sind einander zugeordneten Lichtbogen- bzw. Nennstromkontaktstücke dauerhaft mit demselben elektrischen Potential beaufschlagt. Es ist vorgesehen, dass bei einem Einschaltvorgang zunächst die Lichtbogenkontaktstücke einander kontaktieren, so dass auftretende Einschaltlichtbögen an diesen geführt werden. Eine zeitlich darauf folgende Kontaktierung der Nennstromkontaktstücke erfolgt dann nahezu lichtbogenfrei. Dadurch ist es möglich, die Lichtbogenkontaktstücke hinsichtlich ihrer Materialauswahl auf Abbrandfestigkeit zu optimieren und die Nenn- Stromkontaktstücke bezüglich ihrer elektrischen Leitfähigkeit zu optimieren. Bei einem Ausschaltvorgang erfolgt ein umgekehrter Ablauf. Zunächst erfolgt eine galvanische Trennung der Nennstromkontaktstücke, worauf folgend die Lichtbogenkontaktstücke öffnen und sich zwischen diesen regelmäßig ein Ausschaltlichtbogen entzündet.
Ein solcher Einschalt- bzw. Ausschaltlichtbogen ist aufgrund seiner thermischen Energie in der Lage, im Bereich der Schaltstrecke befindliches Isoliergas bzw. Hartgas und zu ex- pandieren und zu erhitzen. Dieses erhitzte Schaltgas kann genutzt werden, um eine Beblasung der Schaltstrecke und damit eine Räumung der Schaltstrecke von elektrisch leitendem Lichtbogenplasma zu bewirken. Dazu wird das Schaltgas im Heizgasvolumen zwischengespeichert .
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass der Düsenkanal in dem Heizgasvolumen stirnseitig zwischen den Kontaktstücken mündet.
Ein stirnseitiges Münden innerhalb des Heizgasvolumens, welches einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Querschnitt aufweist, ermöglicht, die mantelseitigen Bereiche des Heizgasvolumens relativ beliebig zu gestalten. Weiterhin passt sich ein rotationssymmetrisch zur Achse der Kontaktstücke ausgerichteter Kanal an eine dielektrisch günstige Ausgestaltung einer Schaltgeräteanordnung an.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung schematisch gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.
Dabei zeigt die
Figur 1 einen Schnitt durch eine Schaltgeräteanordnung mit einem Deflektorelement in einer ersten Ausführungsvariante und die
Figur 2 eine Ausführung eines Schaltgerätes mit einem De- flektorelement in einer zweiten und einer dritten Ausführungsvariante .
Zunächst soll anhand der Figur 1 der grundsätzliche Aufbau einer Schaltgeräteanordnung beschrieben werden. Der grundsätzliche Aufbau der Schaltgeräteanordnung ist auch für die in der Figur 2 dargestellten Ausführungsvarianten zutreffend.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Schaltgeräteanordnung weist ein erstes Lichtbogenkontaktstück 1 sowie ein zweites Lichtbogenkontaktstück 2 auf. Das erste Lichtbogenkontaktstück 1 und das zweite Lichtbogenkontaktstück 2 sind einander gegenüberstehend, koaxial zu einer Achse 3 ausgerichtet angeordnet. Die Achse 3 stellt eine Längsachse der Schaltgeräte- anordnung dar, zu welcher die Schaltgeräteanordnung im Wesentlichen koaxial ausgerichtet ist. Die beiden Lichtbogenkontaktstücke 1, 2 sind beabstandet zueinander angeordnet und längs der Achse 3 relativ zueinander bewegbar. Koaxial zu dem ersten Lichtbogenkontaktstück 1 ist ein erstes Nennstromkon- taktstück 4 ausgerichtet. Koaxial zu dem zweiten Lichtbogenkontaktstück 2 ist ein zweites Nennstromkontaktstück 5 ausgerichtet. Die beiden Nennstromkontaktstücke 4, 5 sind rohrför- mig ausgestaltet. Zwischen den einander zugewandten Enden der Lichtbogenkontaktstücke 1, 2 ist eine Schaltstrecke 6 ausgebildet. Die beiden Lichtbogenkontaktstücke 2, 3 sind ebenso wie die beiden Nennstromkontaktstücke 4, 5 längs der Achse 3 relativ zueinander bewegbar, so dass diese miteinander in galvanischen Kontakt treten können. Dabei ist bei einem Einschaltvorgang zunächst ein galvanisches Kontaktieren der beiden Lichtbogenkontaktstücke 1, 2 und darauf folgend ein galvanisches Kontaktieren der beiden Nennstromkontaktstücke 4, 5 vorgesehen. Bei einem Ausschaltvorgang öffnen zunächst die beiden Nennstromkontaktstücke 4, 5, und darauf folgend die beiden Lichtbogenkontaktstücke 1, 2. Damit ist sichergestellt, dass ein während eines Schaltvorganges auftretender Schaltlichtbogen vorzugsweise innerhalb der Schaltstrecke 6 geführt wird.
Die Schaltstrecke 6 ist von einer Isolierstoffdüse 7 umgeben. Die Isolierstoffdüse 7 ist beispielsweise ein in einem Sinterverfahren hergestellter Körper aus Polytetrafluorethylen . Die Isolierstoffdüse 7 weist einen Düsenkanal 8 auf. Der Dü- senkanal 8 weist mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen
Querschnitten auf. Die Isolierstoffdüse 7 ist an dem ersten Nennstromkontaktstück 4 gehaltert. Dazu ist an dem ersten Nennstromkontaktstück 4 eine ringförmig vorspringende Schulter vorgesehen, gegen welche eine Wulst der Isolierstoffdüse 7 gepresst ist. Unter Nutzung einer Verschraubung 9, die ringförmig ausgeführt ist, ist die Isolierstoffdüse 7 mit dem ersten Nennstromkontaktstück winkelstarr verbunden. Zwischen dem ersten Nennstromkontaktstück 4, welches im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist und dem ersten Lichtbogenkontaktstück 1 ist ein hohlzylindrisches Heizgasvolumen 10 ausgebildet. Das hohlzylindrische Heizgasvolumen 10 weist im Wesentlichen kreisförmige Querschnitte auf und ist koaxial zur Achse 3 ausgerichtet. An einem der Schaltstrecke 6 zugewandten stirnseitigen Ende des Heizgasvolumens 10 mündet der Düsenkanal 8 in das Heizgasvolumen.
Über ein Verbindungselement 11 ist das erste Lichtbogenkontaktstück 1 mit dem ersten Nennstromkontaktstück 4 winkelsteif verbunden. Das Verbindungselement 11 bildet an dem von der Schaltstrecke 6 abgewandten Ende des Heizgasvolumens eine Begrenzungswand aus. In der Begrenzungswand des Verbindungs- elementes 11 sind Ausnehmungen vorgesehen, welche gegebenenfalls verschließbar sind.
Sowohl das erste Lichtbogenkontaktstück 1 als auch das zweite Lichtbogenkontaktstück 2 sowie das erste Nennstromkontakt- stück 4 sowie das zweite Nennstromkontaktstück 5 können aus mehreren Bauteilen zusammengesetzt sein. Das dem ersten Lichtbogenkontaktstück 1 zugeordnete erste Nennstromkontaktstück 4 sowie das dem zweiten Nennstromkontaktstück 5 zugeordnete zweite Lichtbogenkontaktstück 2 führen unabhängig vom Schaltzustand des Schaltgerätes jeweils das gleiche elektrische Potential. Das erste Lichtbogenkontaktstück 1 sowie das erste Nennstromkontaktstück 4 sind über das Verbindungselement 11 elektrisch leitend miteinander verbunden.
Das erste Lichtbogenkontaktstück 1 weist eine buchsenförmige Öffnung an seinem der Schaltstrecke 6 zugewandten Ende auf. Das zweite Lichtbogenkontaktstück 2 weist eine gegengleiche bolzenartige Struktur auf, so dass das zweite Lichtbogenkon- taktstück 2 zu einer Kontaktierung in eine buchsenförmige Öffnung des ersten Lichtbogenkontaktstückes 1 einfahren kann. In seinem weiteren Verlauf von der Schaltstrecke 6 fortweisend, ist das erste Lichtbogenkontaktstück 1 im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet. Dadurch ist es möglich, dass das Innere des ersten Lichtbogenkontaktstückes 1 zum Fortleiten von fluiden Medien, beispielsweise Isoliergas, Schaltgas usw. zu nutzen .
Das erste Lichtbogenkontaktstück 1 ragt teilweise in den Düsenkanal 8 der Isolierstoffdüse 7 hinein, so dass aufgrund der koaxialen Ausrichtung von Isolierstoffdüse 7 und erstem Lichtbogenkontaktstück 1 eine ringförmige Mündungsöffnung 12 des Düsenkanals 8 in dem Heizgasvolumen 10 gebildet ist. Durch das erste Lichtbogenkontaktstück 1 ist im Bereich der Überlappung von Düsenkanal 8 und erstem Lichtbogenkontaktstück 1 der Düsenkanal 8 in Form eines Ringkanals ausgeformt. Zusätzlich ist das erste Lichtbogenkontaktstück 1 von einer so genannten Hilfsdüse 13 umgeben. Die Hilfsdüse 13 wirkt el- ektrisch isolierend. Die äußere Mantelfläche des ersten
Lichtbogenkontaktstückes 1 wird von der Hilfsdüse 13 umgeben. Zwischen der äußeren Mantelfläche der Hilfsdüse 13 und dem Düsenkanal 8, in welchen die Hilfsdüse 13 entsprechend hineinragt, ist der Düsenkanal 8 begrenzt. Die Wandung der Hilfsdüse 13 ist über die ringförmige Mündungsöffnung 12 des Düsenkanals 8 von der Schaltstrecke 6 fortragend verlängert und umgibt auch im Bereich des Heizgasvolumens 10 zumindest teilweise das erste Lichtbogenkontaktstück 1 mantelseitig.
Innerhalb des Heizgasvolumens 10 ist gemäß der Figur 1 eine erste Ausführungsvariante eines Deflektorelementes 14a angeordnet. Das Deflektorelement 14a weist eine hohlzylindrische, rotationssymmetrische Struktur auf, die koaxial zur Achse 3 ausgerichtet ist. Das Deflektorelement 14a ist auf seiner gesamten Länge sowohl von dem ersten Lichtbogenkontaktstück 1 als auch von der verlängerten Wandung der Hilfsdüse 13 durchsetzt. Dadurch ist ein Deflektorkanal 15a gebildet, welcher im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeformt ist. In der man- telseitigen Wandung des Deflektorelementes 14a sind Öffnungen 16 vorgesehen. Die Öffnungen 16 sind jeweils radial zu der Achse 3 ausgerichtet und durchsetzen die den Deflektorkanal 15a außenmantelseitig begrenzende Wandung. Dabei sind die Öffnungen 16 jeweils auf ringförmig umlaufenden Bahnen gleichmäßig verteilt angeordnet, wobei mehrere axial versetzte Bahnen längs der Achse 3 an dem Deflektorelement 14a angeordnet sind. In Achsrichtung der Achse 3 weist das Deflekto- relement 14a freie Enden auf, die je nach Bedarf einer ent- sprechenden Formgebung unterliegen können. Die freien Enden sind von den stirnseitigen Begrenzungsflächen des Heizgasvolumens 10 beabstandet.
Innerhalb des Deflektorkanals 15a ist eine Abstützung 17 an- geordnet. Die Abstützung 17 ist in Form eines umlaufenden Ringes ausgebildet, welcher von einzelnen Ausnehmungen in Achsrichtung der Achse 3 durchbrochen ist. Die Ausnehmungen können dabei verschiedenartige Querschnitte aufweisen, wobei zwischen den Ausnehmungen aus dem Ring Stege gebildet sind, mittels welchen das Deflektorelement 14a mit der über die ringförmige Mündungsöffnung 12 des Düsenkanals 8 hinausgezogenen Wandung verbunden ist. Unabhängig von der Ausgestaltung des Deflektorelementes 14aist es dabei möglich, das Deflekto- relement 14a einstückig mit der Wandung, welche auch den Dü- senkanal 8 begrenzt auszubilden, oder das Deflektorelement
14a auf einer derartigen Wandung aufsitzen zu lassen und beispielsweise eine Presspassung, Spielpassung o. ä. vorzusehen. Im vorliegenden Fall durchsetzt die Wandung, welche auch den Düsenkanal 8 begrenzt, den Deflektorkanal 15a vollständig. Im vorliegenden Beispiel gemäß Figur 1 ist der Deflektorkanal 15a zwischen einer Innenmantelfläche des hohlzylinderförmigen Deflektorelementes 14a und einer Wandung, welche auch den Düsenkanal 8 begrenzt ausgebildet. Im vorliegenden Beispiel ist das Deflektorelement 14a einstückig mit der Hilfsdüse 13 damit auch einstückig mit einer Wandung, welche den Düsenkanal 8 begrenzt, verbunden. Vorliegend ist vorgesehen, die Hilfs- düse 13 nebst Deflektorelement 14a aus einem Kunststoff, vorzugsweise Polytetrafluorethylen, auszuformen.
Bei einem Auftreten eines Schaltlichtbogens zwischen den beiden Lichtbogenkontaktstücken 1, 2 wird in diesem Bereich be- findliches Isoliergas erhitzt und expandiert, so dass heißes Schaltgas entsteht. Gegebenenfalls erfolgt auch ein Vergasen von Isolierstoffmaterial der Isolierstoffdüse 7. Zumindest Teile des expandierten und erhitzten Schaltgases wandern durch den Düsenkanal 8 getrieben von dem im Innern der Iso- lierstoffdüse 7 in der Schaltstrecke 6 brennenden Schaltlichtbogen über die ringförmige Mündungsöffnung 12 in das Heizgasvolumen 10. Aus dem Düsenkanal 8 strömen die heißen Schaltgase in Abströmrichtung in den Deflektorkanal 15a des Deflektorelementes 14a. Innerhalb des Deflektorelementes 14a werden Teile des Schaltgases in die Öffnungen 16 in radialer Richtung umgelenkt und Teile des Schaltgases treten vollständig durch den Deflektorkanal 15a hindurch und treten über eine Gasaustrittsöffnung aus diesem auch wieder in axialer Richtung der Achse 3 aus. Innerhalb des Heizgasvolumens 10 befindliches kaltes Isoliergas wird so vorzugsweise schichtenartig durchsetzt, so dass im Heizgasvolumen 10 zwischengespeichertes Gas bei einem Abklingen des Schaltlichtbogens in der Schaltstrecke 6 über den Düsenkanal 8 wieder in Richtung der Schaltstrecke 6 ausströmt. Bei einem Rückströmen des Gases aus dem Heizgasvolumen 10 tritt dieses bevorzugt aus radialen Richtungen in die Zone zwischen Mündungsöffnung 12 des Düsenkanales 8 und der Gaseintrittsöffnung des Deflektorkanal 15a in den Düsenkanal 8 ein.
Die Figur 2 zeigt in ihrer grundsätzlichen Struktur ein der Figur 1 vergleichbares elektrisches Schaltgerät im Schnitt. Bis auf die Formgebung des Deflektorelementes gemäß Figur 1 sind die Ausgestaltungen gleichwirkend, so dass bezüglich der Figur 1 getätigten Feststellungen hinsichtlich Anordnung, Wirkungsweise, Materialien usw. auch auf die Anordnung gemäß Figur 2 zutreffend sind. Demzufolge sind in der Figur 2 dieselben Bezugszeichen für wirkungsgleiche Baugruppen wie in der Figur 1 verwandt.
An der nach der Figur 2 genutzten Hilfsdüse 13 ist eine Anordnung einer zweiten und einer dritten Ausgestaltungsvariante eines Deflektorelementes 14b vorgesehen. Dabei ist ober- halb der Achse 3 die zweite und unterhalb der Achse 3 die dritte Ausgestaltungsvariante dargestellt. Bei einer Ausgestaltung des Deflektorelementes 14b kann eine der beiden Varianten genutzt werden, wobei diese entsprechend vollständig um die Achse 3 umläuft.
Die zweite Variante des Deflektorelementes 14b weist eine im Wesentlichen hohlkegelstumpfförmige Struktur auf. Die Rotationsachse des Hohlkegelstumpfes ist koaxial zur Achse 3 ausgerichtet. Die zweite Variante des Deflektorelementes 14b sitzt auf der Wandung der Hilfsdüse 13 auf, welche auch den Düsenkanal 8 begrenzt. Dazu ist diese Wandung über die ringförmige Mündungsöffnung 12 des Düsenkanals 8 hinaus verlängert, so dass diese Wandung die zweite Variante des Deflektorelementes 14b vollständig durchsetzt. In einem zentralen Abschnitt des Deflektorelementes 14b ist eine Abstützung 17 vorgesehen, welche eine Vielzahl von radial um die Achse 3 ausgerichtete Streben aufweist, wodurch die zweite Variante des Deflektore- lementes 14b an der Wandung, welche auch den Düsenkanal 8 begrenzt, auf der Hilfsdüse 13 abgestützt ist. Wiederum kann eine einstückige Ausgestaltung vorgesehen sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die zweite Variante des De- flektorelementes 14b lediglich auf der Hilfsdüse 13 aufsitzt. Gemäß Figur 2 ist eine Vollkunststoffausführung des Deflekto- relementes der zweiten Variante 14b vorgesehen, die einstückig mit der Hilfsdüse 13 ausgeformt ist. In der Mantelfläche sind wiederum radial ausgerichtete Öffnungen 16 vorgesehen, die in mehreren Ringen, die axial zueinander beabstandet sind, um die Achse 3 umlaufend eine außenmantelseitige Wandung der zweiten Variante des Deflektorelementes 14b durchsetzen .
Oberhalb der Achse 3 ist die zweite Ausgestaltungsvariante des Deflektorelementes 14b dargestellt. Dort ist die Wandung über die Länge des Deflektorkanals 15a mit einer annähernd konstanten Wandstärke ausgebildet. In der unterhalb der Achse 3 dargestellten dritten Ausgestaltungsvariante des Deflekto- relementes 14b ist im Bereich des zentralen Abschnittes, in welchem sich die Streben der Abstützung 17 befinden, eine
Stufung vorgesehen, so dass die Wandung der zweiten Variante des Deflektorelementes 14b stufenartige Sprünge aufweist. Dadurch ergibt sich eine äußere Mantelfläche eines Hohlkegelstumpfes der innenmantelseitig eine Stufung zwischen zwei axial hintereinander liegender (hohl) zylindrischen Abschnitten des Deflektorkanals 15a aufweist. Ein erster (hohl) zylindrischer Abschnitt des Deflektorkanals 15a weist einen verringerten Außendurchmesser gegenüber einem zweiten hohlzylindrischen Abschnitt des Deflektorkanals 15a auf. Ein Sprung von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt ist im zentralen Abschnitt vorgesehen, in welchem auch die Streben der Abstützung 17 angeordnet sind. Bezüglich der Lenkung und Leitung einer aus der Mündungsöffnung 12 des Düsenkanals 8 austretenden heißen Schaltgasströmung gilt das zur Figur 1 ausgeführte. Auch hier ist die Abströmrichtung des Düsenkanals 8 in Richtung des Heizgasvolumens 10 derart gerichtet, dass ausströmendes Schaltgas unmittelbar in den Deflektorka- nal 15b eingeleitet wird. In diesem Deflektorkanal 15b erfolgt teilweise eine radiale Umleitung und ein Austreten von Teilströmen des heißen Schaltgases aus den Öffnungen 16. Teile des Schaltgases treten jedoch auch aus der entgegengesetzt zu der Gaseintrittsöffnung des Deflektorkanals 15b angeordne- ten Gasaustrittsöffnung in axialer Richtung der Achse 3 aus.
Bei einem Nachlassen des Druckes in dem Düsenkanal 8 erfolgt ein Rückströmen der in ihrem Druck erhöhten Gasmenge, die in dem Heizgasvolumen 10 zwischengespeichert wurde. Dabei strömt zwischengespeichertes Gas auch aus radialen Richtungen in den Bereich der Beabstandung zwischen der Mündungsöffnung 12 und der Gaseintrittsöffnung des Deflektorkanals 15b ein und strömt in Richtung der Schaltstrecke 6 durch den Düsenkanal 8 ab .
Neben den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausgestaltungsvarianten und Formgebungen der einzelnen Baugruppen können auch abweichende konstruktive Ausgestaltungen vorgesehen sein. Insbesondere bei der Ausgestaltung und Ausführung der Deflek- torelemente 14a, 14b sowie der Deflektorkanäle 15a, 15b können auch weitere Formgebungen vorgesehen sein. Die grundsätzliche Wirkungsweise der Deflektorelemente 14a, 14b, wie in den Figuren dargestellt, ist gleichartig.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltgeräteanordnung mit einer Schaltstrecke (6), welche zumindest teilweise von einer Isolierstoffdüse (7) umgeben ist, deren Düsenkanal (8) in einem Heizgasvolumen (10) mündet, innerhalb welchem ein Deflektorelement (14a, 14b) angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Deflektorelement (14a, 14b) einen Deflektorkanal (15a, 15b) aufweist und innerhalb des Defektorkanais (15a, 15b) abgestützt ist.
2. Schaltgeräteanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Abstützung (17) radial ausgerichtete Streben aufweist.
3. Schaltgeräteanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Abstützung (17) des Deflektorelementes (14a, 14b) inner- halb eines zentralen Abschnittes des Deflektorkanals (15a,
15b) unter Erhalt von an entgegengesetzten Seiten des Deflek- torelementes (14a, 14b) fortragenden freien Enden erfolgt.
4. Schaltgeräteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Düsenkanal (8) in Form eines Ringkanals (12) in dem Heizgasvolumen (10) mündet und eine in das Heizgasvolumen (10) gerichtete Abstrahlrichtung des Düsenkanals (8) in dem De- flektorkanal (15a, 15b) mündet.
5. Schaltgeräteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine den Düsenkanal (8) begrenzende Wandung (13, 1) zumindest teilweise in den Deflektorkanal (15a, 15b) hineinragt.
6. Schaltgeräteanordnung Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Deflektorelement (14a, 14b) an der in den Deflektorkanal (15a, 15b) hineinragenden Wandung (13, 1) abgestützt ist.
7. Schaltgeräteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Deflektorelement (14a, 14b) einstückig mit einer den Dü- senkanal (8) begrenzenden Wandung (13) ausgeformt ist.
8. Schaltgeräteanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die den Düsenkanal (8) begrenzende Wandung (13) derart in das Deflektorelement (14a, 14b) hineinragt, dass ein ringförmiger Deflektorkanal (15a, 15b) gebildet ist.
9. Schaltgeräteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in einer den Deflektorkanal (15a, 15b) begrenzenden Wandung radial ausgerichtete Öffnungen (16) angeordnet sind.
10. Schaltgeräteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Deflektorelement (14a, 14b) elektrisch isolierend wirkt.
11. Schaltgeräteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Deflektorelement (14a, 14b) rotationssymmetrisch zu einer Achse ausgeformt ist.
12. Schaltgeräteanordnung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Deflektorelement (14a) eine im Wesentlichen hohlzylindri- sche Form aufweist.
13. Schaltgeräteanordnung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Def lektorelement (14b) eine im Wesentlichen hohlkegel- stumpf förmige Form aufweist.
14. Schaltgeräteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Deflektorkanal (15a, 15b) eine unstetige Querschnittsveränderung aufweist.
15. Schaltgeräteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Deflektorkanal (15a, 15b) eine dauerhafte Gaseintrittsöffnung und eine dauerhafte Gasaustrittsöffnung aufweist.
16. Schaltgeräteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Heizgasvolumen (10) zwischen zwei koaxial ausgerichteten rotationssymmetrischen Kontaktstücken (1, 4) angeordnet ist.
17. Schaltgeräteanordnung nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Düsenkanal (8) in dem Heizgasvolumen (10) stirnseitig zwischen den Kontaktstücken (1, 4) mündet.
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