Beschreibung
Leistungsschalter
Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsschalter mit einem in einer axialen Richtung bewegbaren Kontaktstück und mit einer bei einem Schaltfall sich in die axiale Richtung bewegenden Löschgasströmung, welche koaxial von einer Strömungslenkeinrichtung umgeben ist, die in einer Mantelfläche zumindest eine Ausströmöffnung zur Umlenkung zumindest eines Teils der Löschgasströmung in eine Ausströmrichtung aufweist.
Ein derartiger Leistungsschalter ist beispielsweise aus der Patentschrift DE 199 53 560 Cl bekannt. Dort ist ein Leis- tungsschalter beschrieben, dessen Unterbrechereinheit innerhalb eines Kapselungsgehäuses angeordnet ist. Bei einem Ausschaltvorgang der Unterbrechereinheit des Leistungsschalters ggf. entstehendes Löschgas wird dort zum Teil innerhalb eines hohlen Kontaktrohres von der Schaltstrecke fortgeführt. An dem von der Schaltstrecke abgewandten Ende des hohlen Kontaktrohres weist das Kontaktrohr Austrittsöffnungen auf, aus welchen das Löschgas austritt. Das Löschgas tritt in einen Raum aus, welcher durch eine Strömungslenkeinrichtung begrenzt ist. Die dortige Strömungslenkeinrichtung ist im e- sentlichen zylinderförmig und weist in ihrer Mantelfläche
Ausströmöffnungen auf. Durch diese Ausströmöffnungen kann das Löschgas aus dem von der Strömungslenkeinrichtung begrenzten Raum austreten und in das die Unterbrechereinheit des Leistungsschalters umgebende, mit Isoliergas gefüllte Volumen ausströmen.
Zum Lenken des aus den Ausströmöffnungen austretenden Löschgases in eine bestimmte Abströmrichtung sind den Ausströmöff-
nungen Umlenkhauben zugeordnet. Diese Umlenkhauben lenken das austretende Löschgas in eine axiale Richtung der Unterbrechereinheit um. Diese Umlenkung ist notwendig, um ein direktes Beströmen des Kapselungsgehäuses durch das Löschgas zu verhindern. Bei einer derartigen Beströmung bestünde die Gefahr einer Schwächung einer Gasisolation.
Die Zuordnung der Umlenkhauben zu den Ausströmöffnungen stellt eine technisch aufwendige Konstruktion dar, weil die Umlenkhauben jeder Ausströmöffnung einzeln zugeordnet sind und jede Umlenkhaube einzeln für sich an der Strömungslenkeinrichtung zu befestigen ist. Aufgrund der relativ komplizierten Anordnung von Ausströmöffnungen und Umlenkhauben zueinander bietet sich auch ein einfaches Herstellungsverfah- ren, beispielsweise ein Gussverfahren, für eine derartige Anordnung nicht an.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsschalter der eingangs genannten Art so auszubilden, dass die Lenkung des aus einer Ausströmöffnung austretenden Löschgases optimiert wird.
Die Aufgabe wird bei einem Leistungsschalter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Aus- Strömrichtung tangential zu der Mantelfläche im Wesentlichen quer zur axialen Richtung gerichtet ist.
Durch eine tangentiale Ausströmrichtung zur Mantelfläche wird die zum Abströmen zur Verfügung stehende Wegstrecke verlän- gert. Bei einer komplizierten, Unebenheiten und Zerklüftungen aufweisenden Mantelfläche der Strömungslenkeinrichtung ist zur Ermittlung der tangentialen Richtung ein entsprechender Hüllmantel zu bestimmen, um die entsprechend günstige tangen-
tiale Richtung festzulegen. Unter einer tangentialen Richtung sind auch Richtungen zu verstehen, die von einer mathematisch exakten Tangentialen um bis zu 45° innerhalb der azimutalen Ebene abweichen. Bei entsprechender Dimensionierung ist die Nutzung von Umlenkhauben, welche den Ausströmöffnungen zugeordnet sind, nicht notwendig. Dadurch erfolgt eine Reduzierung der notwendigen Bauteile und neben einer vereinfachten Lenkung des Löschgases damit auch eine Reduzierung der Herstellungskosten. Aufgrund der vereinfachten Konstruktion sind nunmehr auch einfache Gusstechniken zur Herstellung der Strömungslenkeinrichtung einsetzbar. Durch Fräsen, Bohren oder eine andere geeignete Technik sind die Ausströmöffnungen in die Mantelfläche einbringbar. Neben der vereinfachten Lenkung des Löschgases ist weiterhin eine verbesserte Verwirbelung des Löschgases erzielbar.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass mehrere Ausströmöffnungen einander zugeordnet sind, deren jeweilige Ausströmrichtungen sich schneiden.
Schneiden sich die Ausströmrichtungen mehrerer einander zugeordneter Ausströmöffnungen, so wird dadurch eine Verwirbelung und Kühlung des abströmenden Löschgases erzielt. Durch diese Verwirbelung wird beispielsweise eine Vermischung des konta- minierten Löschgases mit frischem Isoliergas in intensiver Weise erzielt. Zusätzliche Verwirbelungseinrichtungen sind somit nicht notwendig. Gleichzeitig wird durch eine derartige Verwirbelung eine mögliche Schwächung einer Gasisolation des Schalters verhindert.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Strömungslenkeinrichtung an der Mantelfläche eine Erhe-
bung und/oder eine Vertiefung aufweist, an deren Flanken die
Ausströmöffnung/ -en angeordnet ist/sind.
Sind die Ausströmöffnungen Erhebungen und/oder Vertiefungen zugeordnet, so lassen sich dadurch in einfacher Weise die Ab- strδ richtungen der einzelnen Ausströmöffnungen günstig anordnen. Bei der Anordnung von Erhebungen an der Strömungslenkeinrichtung wird darüber hinaus eine Vergrößerung des durch die Strömungslenkeinrichtung begrenzten Raumes erzielt. Dadurch ist es möglich, das heiße Löschgas bereits innerhalb der Unterbrechereinheit des Leistungsschalters besser zu kühlen.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Ausström- richtung/ -en senkrecht zu dem die Ausströmöffnung/ -en unmittelbar umgebenden Mantelflächenbereich angeordnet ist/sind.
Mit einer derartigen Ausgestaltung wird eine günstige Beinflussung, der Richtwirkung der Ausströmöffnungen erzielt. So ist es ausreichend, bei einer derartigen Ausgestaltungsvariante die Ausströmöffnungen beispielsweise mittels Bohren oder Fräsen in die Strömungslenkeinrichtung einzuarbeiten und auf zusätzliche Anordnungen zur Verbesserung der Richtwirkung (beispielsweise Düsen) zu verzichten.
Als vorteilhafte Ausgestaltung kann weiter vorgesehen sein, dass die Erhebung/ -en und/oder die Vertiefung/ -en sich im Wesentlichen in axialer Richtung steg- bzw. kanalartig erstrecken.
Bei einer axialen Erstreckung der steg- bzw. kanalartigen Erhebungen oder Vertiefungen ergeben sich an den Erhebungen
oder Vertiefungen günstige Möglichkeiten entlang sich axial erstreckender Seitenflächen die Ausströmöffnungen anzuordnen. Durch die längliche Erstreckung lassen sich mehrere Öffnungen in axialer Richtung nebeneinander anordnen, wodurch die Menge des ausströmenden Löschgases günstig entlang der axialen Erstreckung verteilt wird. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Erhebungen und/oder Vertiefungen die Verwirbelung von aus den Austrittsöffnungen austretendem Löschgas zusätzlich unterstützen. Unterstützend können den Austrittsöffnun- gen zusätzliche Verwirbelungskorper oder Prallflächen zur Beeinflussung der LöschgasStrömung zugeordnet sein.
Neben den bereits beschriebenen Ausgestaltungsvarianten ist es weiterhin erfindungsgemäß vorgesehen, einen Leistungs- Schalter mit einem in einer axialen Richtung bewegbaren Kontaktstück und mit einer bei einem Schaltfall sich in die axiale Richtung bewegenden Löschgasströmung, welche koaxial von einer Strömungslenkeinrichtung umgeben ist, die in einer Mantelfläche eine erste und eine zweite Ausströmöffnung zur Umlenkung zumindest eines Teiles der Löschgasströmung in eine erste und in eine zweite Ausströmrichtung aufweist, so auszugestalten, dass die erste und die zweite Ausströmrichtung im Wesentlichen in die axiale Richtung gerichtet sind und die erste Abströmrichtung und die zweite Abströmrichtung einander schneiden.
Ist es vorgesehen, das Löschgas im Wesentlichen in eine axiale Richtung ausströmen zu lassen, so ist es besonders vorteilhaft, wenn zwei Abströmrichtungen zweier Ausströmöff- nungen einander schneiden. Im Schnittbereich der Abströmrichtungen erfolgt eine intensive Verwirbelung der Löschgasströme miteinander sowie gegebenenfalls mit kühlem Isoliergas. Wei-
terhin wird durch die Verwirbelung die Löschgasströmung nach dem Austreten aus der Strömungslenkeinrichtung abgebremst.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann weiterhin vorsehen, dass die Strömungslenkeinrichtung an der Mantelfläche eine Erhebung und/oder eine Vertiefung aufweist, an deren Flanken die erste und/oder die zweite Ausströmöffnung angeordnet sind.
Durch die Anordnung der Ausströmöffnungen an den Flanken der Erhebungen oder Vertiefungen ist eine günstige Zuordnung der ersten und der zweiten Ausströmöffnung zueinander ermöglicht, so dass mit einfachen Mitteln ein Überschneiden der Ausströmrichtungen der einzelnen Austrittsöffnungen erzielbar ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die erste und/oder die zweite Ausströmrichtung senkrecht zu den die erste und/oder die zweite Ausströmöffnung unmittelbar umgebenden Mantelflächenbereichen angeordnet sind.
Wie bereits beschrieben, ergeben sich auch hier bei einer derartigen Anordnung der Ausströmöffnungen bezüglich der Mantelflächenbereiche günstige Voraussetzungen für die Richtwirkungen der Ausströmöffnungen. Das austretende Löschgas wird gebündelt und ist einfach auf einen bestimmten Bereich aus- richtbar. Ein unbeabsichtigtes Streuen des Löschgasstrahls wird so minimiert.
Vorteilhafterweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Erhebung/ -en und/oder die Vertiefung/ -en ringförmig und/oder unterbrochen ringförmig um die axiale Richtung umlaufen.
Bei einer ringförmigen bzw. ringförmig unterbrochenen Anordnung der Erhebungen und/oder der Vertiefungen ergibt sich eine unebene Struktur der Mantelfläche der Strömungslenkeinrichtung, wodurch das in axialer Richtung abströmende Lösch- gas sehr intensiv verwirbelt wird. Die unebene Struktur kann sowohl ein Verwirbeln des Löschgases im Innern der Stromungs- lenkeinrichtung als auch nach dem Verlassen der Strömungslenkeinrichtung bewirken.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausfuhrungsbei- spiels in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.
Dabei zeigt die
Figur 1 einen Schnitt durch einen schematisch dargestellten druckgasisolierten Leistungsschalter, die
Figur 2 einen Schnitt durch eine Strömungslenkeinrichtung und ein Kapselungsgehäuse des druckgasisolierten
Leistungsschalters, die
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Löschgasverwir- belung, die
Figur 4 eine Seitenansicht einer Strömungslenkeinrichtung in einer ersten Ausgestaltungsvariante, die
Figur 5 die Seitenansicht einer Strömungslenkeinrichtung in einer zweiten Ausgestaltungsvariante, die
Figur 6 die Seitenansicht einer Strömungslenkeinrichtung in einer dritten Ausgestaltungsvariante und die
Figur 7 die Seitenansicht einer Strömungslenkeinrichtung in einer vierten Ausgestaltungsvariante.
Der in der Figur 1 dargestellte Leistungsschalter 100 weist ein Kapselungsgehäuse 101 auf. Das Kapselungsgehäuse 101 kann aus einem elektrisch leitenden Werkstoff oder aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gefertigt sein. Im Innern des Kapselungsgehäuses 101 ist eine Unterbrechereinheit 102 des Leistungsschalters 100 angeordnet. Das Kapselungsgehäuse 101 ist mit einem Isoliergas, beispielsweise SF6, gefüllt. Die Unterbrechereinheit 102 weist einen Kontaktsatz 103 auf. Der Kontaktsatz 103 weist einen feststehenden Nennstromkontakt 104 und einen bewegbaren Nennstromkontakt 105 auf. Wei- terhin sind ein feststehender Lichtbogenkontakt 106 und ein bewegbarer Lichtbogenkontakt 107 vorgesehen. Sowohl der bewegbare Nennstromkontakt 105 als auch der bewegbare Lichtbogenkontakt 107 sind in einer axialen Richtung bewegbar. Die untere Hälfte der Figur 1 zeigt den Kontaktsatz 103 im einge- schalteten Zustand, die obere Hälfte der Figur 1 zeigt den Kontaktsatz 103 während eines Ausschaltvorganges. Der bewegbare Lichtbogenkontakt 107 ist rohrförmig ausgebildet, so dass bei einem AusschaltVorgang durch einen gegebenenfalls brennenden Lichtbogen 108 entstehendes Löschgas innerhalb des bewegbaren Lichtbogenkontaktes 107 von der Schaltstrecke des Kontaktsatzes 103 abführbar ist. An dem vom Kontaktsatz 103 abgewandten Ende des bewegbaren Lichtbogenkontaktes 107 sind Austrittsöffnungen 109, 110 vorgesehen, aus denen das Löschgas in einen Raum austreten kann, welcher von einer Strö- mungslenkeinrichtung 1 umgeben ist. Die Anordnung der Strömungslenkeinrichtung 1 ist nicht auf den Bereich des dem Kontaktsatz 103 angewandten Endes des bewegbaren Lichtbogenkontaktes 107 eingeschränkt. Alternativ oder zusätzlich ist eine
derartige Strömungslenkeinrichtung auch im Bereich des feststehenden Nennstromkontaktes 104 vorsehbar, um das in dessen Richtung abströmende Löschgas dort umzulenken.
Die Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch die Strömungslenk- einrichtung 1 sowie das Kapselungsgehäuse 101.
Die Strömungslenkeinrichtung 1 weist einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf. In ihrem Innern sind mehrere Laschen 4a,b,c,d,e,f angeordnet. Die Laschen 4a,b,c,d,e,f dienen sowohl der mechanischen Halterung der Strömungslenkeinrichtung 1 an der Unterbrechereinheit 102 als auch der elektrischen Kontaktierung der Unterbrechereinheit 102. Der zylinderförmige Grundkörper der Strömungslenkeinrichtung 1 weist mehrere Erhebungen 5a,b,c,d,e,f auf. Die Erhebungen
5a,b,c,d,e,f sind im wesentlichen durch eine Aufweitung von bestimmten Abschnitten der Mantelfläche des zylindrischen Grundkörpers, bezüglich der Zylinderlängsachse 6 radial nach außen gebildet. Die Übergänge von dem ursprünglichen Zylin- dermantel zu den radial nach außen aufgeweiteten Bereichen sind durch schräge Flanken 7a,b, c, d, e, f ,g,h, i, j ,k, 1 gebildet. Die schrägen Flanken 7a,b, c,d, e, f ,g,h, i, j ,k, 1 weisen jeweils Ausströmöffnungen 10a, b, c, d, e, f , g, h, i , j , k, 1 zur Lenkung zumindest eines Teils von in der Unterbrechereinheit 102 er- zeugten Löschgases auf. Jede Ausströmöffnung
10a, b, c,d, e, f , g,h, i, j , k, 1 lenkt einen Anteil des Löschgases in eine Abströmrichtung. Die Abströmrichtungen sind dabei jeweils derartig angeordnet, dass sie senkrecht zu den jeweiligen schrägen Flanken 7a, b, c, d, e, f , g, h, i , j , , 1 gerichtet sind. Die Abströmrichtungen der jeweiligen Anteile des Löschgases sind in der Figur 3 durch Pfeile symbolisiert. Aufgrund der gewählten Lage der Ausströmöffnungen
10a,b, c, d, e, f ,g,h, i, j , k, 1 zueinander, schneiden sich jeweils
die Abströmrichtungen zweier einander gegenüberliegender Ausströmöffnungen benachbarter Erhebungen. Dadurch wird erreicht, dass das Löschgases nach dem Hindurchtreten durch die jeweiligen Ausströmöffnungen günstig vermischt wird. Diese Vermischung ist schematisch in der Figur 3 dargestellt.
Eine in der Figur 4 dargestellte erste Variante einer Strömungslenkeinrichtung la zeigt eine seitliche Ansicht. Gleichwirkende Anordnungen sind in den Figuren mit den gleichen Be- zugszeichen versehen. An der ersten Variante der Stromungs- lenkeinrichtung la ist ein Anschlussstutzen 16 zum Anschluss eines elektrischen Leiters angeformt. Die erste Variante der Strömungslenkeinrichtung la weist eine zylindrische Grundform auf, auf deren Mantelfläche mehrere Erhebungen 5a,b,c,d ange- ordnet sind. Die Erhebungen 5a,b,c,d erstrecken sich stegför- mig entlang der axialen Richtung. Das eine Ende der ersten Variante der Strömungslenkeinrichtung la ist, wie bei allen beschriebenen Varianten, verschlossen, um das in die erste Variante der Strömungslenkeinrichtung la eingeblasene Lösch- gas durch in den Erhebungen 5a,b,c,d angeordneten Ausströmöffnungen 10b,c,d,f abströmen zu lassen. Bei der ersten Variante der Strömungslenkeinrichtung la weisen die Erhebungen 5a,b,c,d eine pyramidenstumpfartige äußere Gestalt auf. In den Seitenflächen (Flanken) der Pyramidenstümpfe sind mehrere Ausströmöffnungen 10b,c,d,f angeordnet. Die Ausströmöffnungen 10b,c,d,f sind bei der ersten Variante der Strömungslenkeinrichtung la als Langloch ausgebildet. Es kann vorgesehen sein, dass jeweils zwei Ausströmöffnungen 10c, d zweier benachbarter Erhebungen 5b, c jeweils unmittelbar gegenüberlie- gend zugeordnet sind und die Abströmrichtungen der jeweils unmittelbar zugeordneten Abströmöffnungen 10c, d sich schneiden. Die in der Figur 5 dargestellte zweite Variante einer Strömungslenkeinrichtung lb weist an ihrer zylinderförmigen
Mantelfläche mehrere Vertiefungen lla,b,c,d auf. In den Flanken der Vertiefungen lla,b,c,d sind weitere Ausströmöffnungen 12a, b, c, d, e, f angeordnet. Die Abströmrichtungen der sich in einer Vertiefung 11c unmittelbar gegenüberliegenden Ausström- Öffnungen 12d,e sind so gerichtet, dass sie einander schneiden. Die in der Figur 6 dargestellte dritte Variante einer Strömungslenkeinrichtung lc zeigt beispielhaft weitere mögliche Ausgestaltungsvarianten der Erhebungen bzw. Vertiefungen. Die Erhebungen bzw. Vertiefungen können beispielsweise in ei- ner Vielzahl verschiedener Formen auf der Mantelfläche einer Strömungslenkeinrichtung angeordnet sein. Die Ausbildung der jeweiligen Ausströmöffnungen kann dabei sehr variabel erfolgen, beispielsweise kreisförmig, oval oder in weiteren geeigneten Formen und beispielsweise als senkrechte oder schräge Bohrung/Fräsung. Sind die Bohrungen/Fräsungen unter einem stumpfen oder spitzen Winkel in die Mantelfläche einer Strömungslenkeinrichtung eingebracht, so bewirkt diese „Schräge", dass unabhängig von der Gestaltung der Mantelfläche die Ausströmöffnungen das Löschgas in bestimmte Ausströmrichtungen abströmen lassen. Neben den beschriebenen pyramidenstumpfför- migen Erhebungen bzw. Vertiefungen können auch weitere Formen in vorteilhafter Weise genutzt werden. Günstige Formen sind beispielsweise: die Form einer Kugelkappe 13a, b, eines Tetraederstumpfes 14 oder eines anderweitig ausgebildeten viele- ckigen Körpers 15. Um eine günstige dielektrische Gestalt zu erzielen, sind die Körperkanten und Körperkantenübergänge zu anderen Flächen mit Abrundungen versehen.
Die in der Figur 7 dargestellte vierte Variante einer Strö- mungslenkeinrichtung ld weist an ihrer Mantelfläche eine ringförmig um die axiale Richtung umlaufende Erhebung 17 auf sowie mehrere Erhebungen, die eine ringförmig unterbrochene Erhebung 17a bilden. An den Flanken der Erhebungen 17, 17a
sind Ausströmöffnungen 19a, b, c, d, e, f angeordnet. Die Ausströmrichtungen der Ausströmöffnungen 19a, b, c, d, e, f verlaufen in axialer Richtung, wobei die Ausströmrichtungen der jeweils zugeordneten Ausströmöffnungen 19a, f; 19b, e; 19c, d einander schneiden. In Abwandlungen können zur Erzielung der gleichen Wirkung statt der Erhebungen an der Abströmeinrichtung ld Vertiefungen vorgesehen sein oder die Ausströmöffnungen schräg zu der sie umgebenden Oberfläche ausgerichtet sein.
Um das aus den Austrittsöffnungen austretende Schaltgas zusätzlich zu verwirbeln, sind diesen zusätzliche Verwirbelungskorper oder Prallplatten, welche die Lenkung des Löschgases beeinflussen, zuordbar. Beispielhaft ist ein in einem Gasstrom hineinragender Verwirbelungskorper 18 in der Figur 7 dargestellt.
Unabhängig von den einzelnen Varianten der Strömungslenkeinrichtung sind sämtliche beschriebene Erhebungen auch als entsprechende Vertiefungen und umgekehrt ausführbar und mit Ver- wirbelungskörpern oder Prallplatten kombinierbar.