WO2005122201A1

WO2005122201A1 - Leistungsschalter

Info

Publication number: WO2005122201A1
Application number: PCT/CH2005/000295
Authority: WO
Inventors: Xiangyang Ye; Frank Wolter; Helmut Heiermeier
Original assignee: Abb Technology Ag
Priority date: 2004-06-07
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2005-12-22
Also published as: DE502004004571D1; JP2008502098A; EP1605485B1; EP1605485A1; US7402771B2; US20070075044A1; JP4643634B2; CN1965382B; CN1965382A; ATE369614T1

Abstract

Dieser Leistungsschalter weist in einer mit einem Isoliergas gefüllten Kapselung mindestens eine mit dem Isoliergas gefüllte, entlang einer Längsachse (2) erstreckte und im wesentlichen radialsymmetrisch aufgebaute, mindestens zwei Leistungskontakte (5,6) und einen diesen zugeordneten Lichtbogenraum (4) enthaltende Löschkammer (1) auf. Der Lichtbogenraum (4) steht mit mindestens einem, ein Auspuffvolumen (12) aufweisenden Auspuff in Wirkverbindung, welcher für die Kühlung von bei Ausschaltungen entstehenden Heissgasen ausgebildet ist. Der Auspuff ist mit einem Löschkammervolumen (22) verbunden. Die Ausschaltleistung dieses Leistungsschalters soll deutlich erhöht werden, wobei der Auspuff vergleichsweise einfach und kostengünstig aufgebaut werden soll. Dies wird dadurch erreicht, dass im Bereich des Auspuffs mindestens ein, den Strömungswiderstand der Heissgase erhöhendes, zwangsweise erzeugtes Rezirkulationsgebiet (29) vorgesehen wird.

Description

B E S C H R E I B U N G

Leistungsschalter

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung geht aus von einem Leistungsschalter gemäss dem^' Oberbegriff des Anspruchs 1.

STAND_. DER TECHNIK

Aus der Pa-tentschrift CH 645 753 ist ein Leistungsschalter bekannt, der in einem elektrischen Hochspannungsnetz eingesetzt werden kann. Dieser Leistungsschalter weist eine rotationssymmetrisch ausgebildete Löschkammer auf, die mit einem elektronegativen Gas, beispielsweise mit SF₆-Gas, als Lösch- und Isoliermedium gefüllt ist. Die Löschkammer weist einen Lichtbogenraum auf in dem das Lösch- und Isoliermedium durch den zwischen zwei Leistungskontaktstücken brennenden Ausschaltlichtbogen ionisiert und aufgeheizt wird. Ein Teil dieses aufgeheizten Lösch- und Isoliermediums strömt durch eine Isolierdüse in ein Auspuffvolumen ab, wo es mittels einer Kühleinrichtung gekühlt und umgelenkt wird. Eine Vermischung des aufgeheizten Lösch- und Isoliermediums mit dem im Auspuff vorhandenen kalten Gas ist nur in vergleichsweise geringem Umfang möglich, da der überwiegende Teil des kalten Gases von dem aufgeheizten Lösch- und Isoliermedium aus dem Auspuff herausgedrückt wird, ehe eine nennenswerte Vermischung möglich ist. Der Strömungswiderstand, den die Kühleinrichtung dem strömenden Gas entgegensetzt, wird bei diesem Leistungsschalter möglichst gering gehalten. Das gekühlte und entionisierte Losch- und Isoliermedium steht dann wieder für weitere Schaltvorgange zur Verfugung.

Die Kuhleinrichtung weist Kuhlbleche auf, die aufwendig stromungsgunstig geformt werden und aufwendig gehalten werden müssen, zudem werden sie aus einem abbrandbestandigen und deshalb vergleichsweise teuren Metall gefertigt. Eine Kühlung des aufgeheizten Lösch- und Isoliermediums durch Vermischung mit kaltem Gas findet hier nur in sehr geringem Umfang statt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung, wie sie im unabhängigen Anspruch gekennzeichnet ist, lost die Aufgabe, einen Leistungsschalter mit deutlich erhöhter Ausschaltleistung zu schaffen, dessen Auspuff vergleichsweise einfach und kostengünstig aufgebaut ist und der die heissen Gase besonders wirksam kühlt.

Der erfindungsgemasse Leistungsschalter weist in einer mit einem Isoliergas gefüllten Kapselung mindestens eine, entlang einer Langsachse erstreckte und im wesentlichen radialsymmetrisch aufgebaute, mindestens zwei

Leistungskontakte und einen diesen zugeordneten Lichtbogenraum enthaltende Loschkammer auf. Der Lichtbogenraum steht mit mindestens einem, ein Auspuffvolumen aufweisenden Auspuff in Wirkverbindung. Der Auspuff ist für die Kühlung von bei Ausschaltungen entstehenden Heissgasen ausgebildet, und ist mit einem Loschkammervolumen verbunden. Im Bereich des Auspuffs ist mindestens ein, den Stromungswiderstand der Heissgase erhöhendes, zwangsweise erzeugtes Rezirkulationsgebiet vorgesehen.

Bei einer Variante dieses erfindungsgemassen

Leistungsschalters strömen beim Abschalten die Heissgase aus dem Lichtbogenraum in ein Zwischenvolumen, in welchem mindestens eine, in die Strömung der Heissgase ragende, Prallplatte vorgesehen ist. An das Zwischenvolumen ist ein ein Düsenengnis aufweisendes, lavaldüsenartig ausgebildetes Strömungsrohr angefügt, welches in das mit dem Löschkammervolumen verbundene Auspuffvolumen führt.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Leistungsschalters ist so ausgebildet, dass zwischen dem Eintritt der Heissgase in das ^'Zwischenvolumen und der Prallplatte ein Abstand Li vorgesehen ist, dass zwischen der Prallplatte und dem Düsenengnis ein Abstand L₂ vorgesehen ist, dass zwischen dem Düsenengnis und einer Austrittskante des Strömungsrohrs ein Abstand L₃ vorgesehen ist, dass zwischen den Abständen die folgende Beziehung gilt: L₂ = 0,7^»Lι , und dass die Länge L₃ des Strömungsrohrs im Bereich des zwei- bis dreifachen Durchmessers des Düsenengnisses des Strömungsrohrs liegt.

Bei einer besonders leistungsfähigen weiteren Variante des Leistungsschalters sind im Auspuffvolumen Mittel vorgesehen, welche die Strömung der Heissgase um bis zu 180° umlenken.

Eine für extrem grosse Abschaltleistungen geeignete Variante des Leistungsschalters weist im Strömungsrohr Öffnungen auf, die einen zusätzlichen Gaseintritt in das Strömungsrohr ermöglichen, sodass sich mindestens ein zweites, zwangsweise erzeugtes Rezirkulationsgebiet ausbildet, in welchem die Heissgase besonders wirksam mit kälterem Gas vermischt und gekühlt werden.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind darin zu sehen, dass infolge einer besonders guten Kühlung der heissen Gase eine fortschreitende Volumenreduktion derselben und damit eine optimale Abströmung der heissen Gase aus dem Lichtbogenraum gewährleistet ist, sodass bei etwa gleichbleibenden Abmessungen der Löschkammer eine deutlich höhere Ausschaltleistung des Leistungsschalters erreicht wird. Zugleich wird auch Zuverlässigkeit beim Ausschalten des Leistungsschalters vorteilhaft erhöht.

Die weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung, welche lediglich einen möglichen Ausführungsweg darstellt, näher erläutert .

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Es zeigen:

Fig.l einen Teilschnitt durch eine stark vereinfacht und schematisch dargestellte Löschkammer einer ersten Ausführungsform eines gekapselten Leistungsschalters,

Fig.2 einen stark vereinfacht und schematisch dargestellten Teilschnitt durch den Auspuffbereich der Löschkammer gemäss Fig.l,

Fig. 3 einen stark vereinfacht und schematisch dargestellten Teilschnitt durch eine weitere Auspuffvariante der Löschkammer gemäss Fig.l, und

Fig. 4 eine Ausführungsvariante eines vereinfacht dargestellten Auspuffdetails.

Bei allen Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind nicht dargestellt bzw. nicht beschrieben. WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Ein Leistungsschalter kann eine oder mehrere in Reihe geschaltete, mit einem Isoliergas gefüllte Löschkammern aufweisen, die nach einem der herkömmlichen Schaltprinzipien arbeiten, also beispielsweise als Selbstblaskammer, als Selbstblaskammer mit mindestens einer zusätzlichen Kompressionskolbenanordnung oder als einfacher Kompressionskolbenschalter. Der Leistungsschalter kann als gekapselter Leistungsschalter ausgebildet sein, wobei als Kapselungsmaterial Metall oder Kunststoff gewählt werden kann. Der Leistungsschalter kann also beispielsweise als Freiluftschalter, als Teil einer metallgekapselten gasisolierten Schaltanlage oder als Dead Tank Breaker ausgebildet sein. Die Figur 1 zeigt einen Teilschnitt durch die stark vereinfacht und schematisch dargestellte Löschkammer 1 einer ersten Ausführungsform eines Leistungsschalters während eines Ausschaltvorgangs, wobei die in der Regel neben der gezeigten Leistungsstrombahn stets vorhandene parallele Nennstrombahn nicht dargestellt ist.

Diese Löschkammer 1 ist hier beispielsweise rotationssymmetrisch aufgebaut und erstreckt sich entlang einer Längsachse 2. Die Löschkammer 1 wird hier von einer konzentrisch angeordneten und geerdeten Metallkapselung 3 gasdicht umschlossen. Die elektrisch isolierenden Halterungen, welche die Löschkammer 1 in der Metallkapselung 3 fixieren, sind nicht dargestellt. Die Löschkammer 1 weist einen Lichtbogenraum 4 auf, in welchem während des Ausschaltvorgangs zwischen zwei stabförmigen Leistungskontakten 5 und 6 ein Lichtbogen 7 brennt. Der Leistungskontakt 5 ist hier als beweglicher Kontakt ausgebildet, der sich beim Ausschaltvorgang axial in Richtung eines Pfeils 8 bewegt, der Leistungskontakt 6 ist dagegen als ortsfester Kontakt ausgebildet, seine mechanische Befestigung ist jedoch der Einfachheit halber nicht dargestellt. Es könnten jedoch auch Löschkammervarianten mit beidseitig bewegbaren Leistungskontakten oder beidseitig feststehenden Leistungskontakten entsprechend ausgerüstet werden. Der Lichtbogenraum 4 ist in radialer Richtung durch die Innenwand einer Isolierdüse 9 begrenzt. Die Isolierdüse 9 öffnet sich in Richtung eines Zwischenvolumens 10. Die Isolierdüse 9 kann feststehend .ausgebildet sein, sie kann aber auch, wie hier zugrunde gelegt, gemeinsam mit dem Leistungskontakt 5 beweglich sein.

Beim Ausschalten heizt der Lichtbogen 7 das Isoliergas im Lichtbogenraum 4 in bekannter Weise auf. Der überwiegende Teil dieses aufgeheizten, ionisierten und mit Druck beaufschlagten Gases strömt durch die Isolierdüse 9 ab in das Zwischenvolumen 10. Dieser aus der Isolierdüse 9 austretende kegelförmige Heissgasstrom trifft auf eine, auf dem ortsfesten Leistungskontakt 6 befestigte, in der Regel metallische Prallplatte 11 auf. Diese kreisförmig ausgebildete Prallplatte 11 verursacht eine Umlenkung des Heissgasstromes und verhindert so ein direktes axiales Weiterströmen des Heissgases in ein Auspuffvolumen 12. Ein Pfeil 13 deutet die generelle Strömungsrichtung dieses heissen Gases vom Lichtbogenraum 4 in die Auspuffregion und durch diese hindurch an .

Das Zwischenvolumen 10 wird in radialer Richtung durch eine metallische Wand 14 begrenzt. Auf der der Isolierdüse 9 zugewandten Seite ist an die Wand 14 in axialer Richtung ein Rohrstutzen 15 angefügt, der einen kleineren Durchmesser aufweist als das durch die Wand 14 nach aussen hin begrenzte Zwischenvolumen 10. In diesem Rohrstutzen 15 wird die Aussenseite der Isolierdüse 9 axial geführt. Auf der dem Rohrstutzen 15 abgewandten Seite ist an die Wand 14 des Zwischenvolumens 10 eine Verengung 16 angefügt, welche das Zwischenvolumen 10 auf dieser Seite begrenzt. Der Übergang von der Wand 14 zu der Verengung 16 weist einen Radius R auf. Dieser Radius R unterstutzt die Umlenkung der Heissgase im Zwischenvolumen 10. Für Ausschaltstrome im Bereich von 40 kA bis 70 kA wird ein Radius R im Bereich von 25mm gewählt, wodurch ein Austrittswinkel α der abgekühlten Auspuffgase von rund 30° erreicht wird. Die Verengung 16 geht über in ein axial erstrecktes, lavaldusenartig ausgebildetes metallisches Stromungsrohr 17, welches auf der dem Zwischenvolumen 10 zugewandten Seite ein Düsenengnis 18 aufweist, und welches sich dem Auspuffvolumen 12 zu öffnet. Das Ende des Stromungsrohrs 17 in Richtung Auspuffvolumen 12 wird als Austrittskante 17a bezeichnet. Das lavaldusenartig ausgebildete Stromungsrohr 17 verbindet demnach das Zwischenvolumen 10 mit dem Auspuffvolumen 12.

Das Auspuffvolumen 12 wird durch ein stromungsgunstig ausgebildetes metallisches Auspuffgehause 19 begrenzt, welches die Strömung des Heissgases um bis zu 180° umlenkt. Ein zylindrisch ausgebildeter Teil des Auspuffgehauses 19 weist in etwa den gleichen Aussendurchmesser auf wie das Zwischenvolumen 10 und umgibt das Stromungsrohr 17, wobei zwischen diesem und dem Auspuffgehause 19 ein Kanal 20 mit ringförmigem Querschnitt für das stromende, bereits etwas abgekühlte Heissgas verbleibt. Zwischen der Aussenwand der Verengung 16 und einer Endkante 21 des Auspuffgehauses 19 verbleibt eine zylmderformige Austrittsflache, durch welche das weiter abgekühlte Gas schräg in ein Loschkammervolumen 22 strömt. Das Isoliergas im Loschkammervolumen 22 umgibt die vorab beschriebenen Aktivteile der Loschkammer 1 und isoliert diese gegen die Metallkapselung 3.

Das Zwischenvolumen 10 weist eine Lange Li bis zur Prallplatte 11 auf. Von der Prallplatte 11 bis zum Düsenengnis 18 ist der Abstand mit L_^ bezeichnet, und vom Düsenengnis 18 bis zur Austrittskante 17a weist das Stromungsrohr 17 die Lange L auf. Besonders gunstig im Hinblick auf die Kuhlleistung der Auspuffanordnung hat sich das folgende Langenverhaltnis erwiesen: L = 0,7 «Li . Wenn eine grossere Langserstreckung der Auspuffanordnung ohne weiteres möglich ist, so sind hier auch Werte von 70 bis 100% von Li realisierbar. Die Lange L3 des Stromungsrohrs 17 wird vorteilhaft so gewählt, dass sie dem dreifachen Durchmesser des Dusenengnisses 18 entspricht. Eine zufriedenstellende Auspuffleistung wird jedoch auch erreicht, wenn die Lange L3 des Stromungsrohrs 17 so gewählt wird, dass sie im Bereich des zwei- bis dreifachen Durchmessers des Dusenengnisses 18 liegt.

Die Fig.2 zeigt einen stark vereinfacht und schematisch dargestellten Teilschnitt durch den Auspuffbereich der Loschkammer gemäss Fig.l. In dieser Fig.2 sind die für die Abstromung der heissen Gase aus dem Lichtbogenraum massgebenden Querschnitte bezeichnet. Eine Flache F_D bezeichnet die Austrittsflache der Heissgase aus der Isolierduse 9, bzw. die Eintrittsflache der Heissgase in das Zwischenvolumen 10, die Prallplatte 11 weist in etwa die gleiche wirksame Flache wie die Flache F auf. Eine Kreisringflache F_A stellt die Flache dar, die zwischen der Prallplatte 11 und der Wand 14 liegt. Eine Flache F_E g bt den Querschnitt des Dusenengnisses 18 des Stromungsrohres 17 an. Eine Flache Fi gibt den Austrittsquerschnitt aus dem Stromungsrohr 17 an, wobei hier die Flache Fi etwa gleich gross ist wie die Flache F_D. Eine Kreisringflache F₂ stellt die Flache dar, die zwischen der Austrittskante 17a des Stromungsrohres 17 und dem Auspuffgehause 19 liegt. Eine Kreisringflache F_^ gibt den Querschnitt an, der zwischen dem Engnis des Stromungsrohres 17 und der gedachten Verlängerung des Auspuffgehauses 19 liegt. Zwischen der Aussenwand der Verengung 16 und der Endkante 21 des Auspuffgehauses 19 verbleibt eine zylmderformige Austrittsflache F.).

Bei einer optimalen Auspuffgestaltung, welche die weiter oben beschriebenen Langenverhaltnisse mit umfasst, werden die Flache F_D , die Flache der Prallplatte 11 und die Flache Fi in etwa gleich gross ausgebildet. Die Kreisringflache F_A um die Prallplatte 11 herum ist so ausgebildet, dass sie 30 bis 80% der Flache F_D aufweist. Eine optimale Auspuffleistung ergibt sich, wenn die Beziehung: F_A = 50%^«F_D eingehalten wird. Die Flachen F_E und F werden in der Regel so dimensioniert, dass sie im Bereich von 50 bis 70% von F_D liegen. Die Kreisringflache F₃ ist etwa gleich gross wie die Flache F_D , und ebenso die Austrittsflache Fj .

Weitere Gestaltungsmoglichkeiten des beschriebenen Auspuffbereichs sind in der Fig.3 dargestellt. Die nachfolgend beschriebenen Varianten können, je nach verlangter Ausschaltleistung der Loschkammer 1, jede für sich oder auch kombiniert zu zweit oder zu dritt eingesetzt werden. Stromaufwärts der Prallplatte 11 wird hier eine zweite metallische Platte, eine kreisförmig ausgebildete Lochplatte 23, eingebaut, die mit einer Vielzahl von Offnungen 24 versehen ist. Zwischen der Lochplatte 23 und der etwa den gleichen Durchmesser aufweisenden Prallplatte 11 wird ein Abstand A vorgesehen. Wenn diese Offnungen 24 jeweils einen Durchmesser O_x aufweisen, so ergibt sich eine besonders gute Kühlung des Heissgases, wenn das Verhältnis A/Di einen Wert von 2 aufweist, relativ gute Kuhlresultate werden jedoch im gesamten Bereich A/Di = 1,5 bis 5 erzielt. Der Abstand zwischen den Offnungen 24 sollte in der Regel im Bereich grosser als der doppelte Durchmesser Di liegen.

Im Stromungsrohr 17 können stromabwärts des Dusenengnisses 18 zusatzliche Offnungen 25 vorgesehen sein. Diese Offnungen 25 können unterschiedlich geformt sein, sie verbinden das Innere des Stromungsrohres 17 mit dem ringförmigen Volumen ausserhalb des Stromungsrohres 17. Zudem kann im Auspuffgehause 19 gegenüber der Öffnung des Stromungsrohres 17 eine stromυngsgunstig ausgebildete Umlenkung 26 befestigt werden, welche das Umlenken der Heissgasstromung um 180° erleichtert. Die Fig. zeigt eine weitere Ausfuhrungsvariante der Prallplatte 11 in Draufsicht und rechts davon als Teilschnitt. Die kreisförmige metallische Prallplatte 11 ist mit gleichmassig am Umfang verteilten und etwa gleich tiefen schmalen Einschnitten 27 versehen. Die zwischen den Einschnitten 27 stehen bleibenden Flügel 28 werden eweils um etwa 30° windradartig umgebogen. Durch diese Ausbildung der Prallplatte 11 wird eine besonders effektive Verwirbelung des Heissgasstromes erzielt und damit verbunden eine besonders gute Kühlung desselben. Die Einrichtung zur Verbindung der Prallplatte 11 mit dem Leistungskontakt 6 ist nicht dargestellt.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise werden nun die oben beschriebenen Figuren etwas naher betrachtet. Der Pfeil 13 deutet die generelle Strömung der durch den Lichtbogen 7 erzeugten heissen Gase durch die Auspuffregion der Loschkammer 1 an. Nach dem Ausstromen der heissen Gase aus der Isolierduse 9 treffen diese auf die Prallplatte 11 auf und werden etwas umgelenkt. Die Prallplatte 11 nimmt thermische Energie aus den heissen Gasen auf, ebenso die Wand 14. Durch diese Abkühlung wird das Volumen des stromenden Heissgases etwas reduziert. Das Heissgas umströmt dann die Prallplatte 11 und trifft auf die Verengung 16 auf, wobei es nochmals umgelenkt und durch Energieabgabe an das Material der Verengung 16 weiter gekühlt und damit im Volumen reduziert wird.

Der Bereich des Zwischenvolumens 10, der stromabwärts der Prallplatte 11 liegt, dient zum Teil als ein

Rezirkulationsgebiet 29 für das stromende Gas. Der Bereich des Rezirkulationsgebietes 29 wird durch einen gestrichelt dargestellten Pfeil 30 schematisch dargestellt. Im Rezirkulationsgebiet 29 bildet sich eine effektive Strömung aus, die zu einer besonders guten Durchmischung der heissen Gase mit dem im Zwischenvolumen 10 befindlichen kuhleren Isoliergas fuhrt. Durch diese Durchmischung der heissen Gase mit dem im Zwischenvolumen 10 befindlichen kuhleren Isoliergas wird dem Heissgas der wesentliche Anteil der Wärmeenergie entzogen. Die in den Randbereichen des Zwischenvolumens 10 auftretenden Verwirbelungen verbessern zwar den Wärmeübergang vom Heissgas in das Material der Begrenzungen, ihr Anteil an der Kuhlwirkung des Auspuffs ist jedoch in der Regel nicht bedeutend.

Dieses vermischte und weiter abgekühlte Gas strömt dann in das Stromungsrohr 17 ein, wobei es durch das Düsenengnis 18 zunächst eingeengt wird. Da sich das Stromungsrohr 17 nach dem Düsenengnis 18 lavaldusenartig aufweitet, erhöht sich dort die Stromungsgeschwindigkeit des Gases, sodass ein Unterdruck entsteht, der das Gas zusatzlich durch das Düsenengnis 18 hindurch saugt. Durch diesen Effekt wird die Intensität der Gasvermischung im Bereich des stromabwärts der Prallplatte 11 gelegenen Rezirkulationsgebietes 29 vorteilhaft gesteigert. Durch die Wand des Stromungsrohrs 17 wird ebenfalls Wärmeenergie aus den heissen Gasen aufgenommen und abgeführt.

Die heissen Gase strömen zunächst vom Lichtbogenraum 4 weg in überwiegend axialer Richtung, nach dem Austritt aus dem Stromungsrohr 17 werden sie hier jedoch durch das Auspuffgehause 19 um 180° umgelenkt und ausserhalb des Stromungsrohres 17 entgegengesetzt zur ursprunglichen Stromungsrichtung gefuhrt. Das metallische Auspuffgehause 19 nimmt ebenfalls Wärmeenergie auf, die es dem Heissgas entzieht. Wirbel, die bei der Umlenkung des Gases zwangsläufig entstehen, verbessern diesen Wärmeübergang. Durch diese vollständige Umlenkung der Gasstromung wird die Baulange des Auspuffsbereichs verkürzt, was eine vorteilhafte Verkleinerung und damit auch eine Verbilligung der Loschkammer 1 zur Folge hat. Es ist aber durchaus vorstellbar, dass, wenn es die geometrischen Verhaltnisse erlauben ein vergleichsweise grosses Auspuffvolumen 12 anzubringen, dann auf diese beschriebene Umlenkung zu verzichten.

Das weiter abgekühlte Gas strömt danach zwischen der Aussenseite des Strömungsrohres 17 und dem Auspuffgehause 19 weiter in Richtung Löschkammervolumen 22. Wie aus der Figur 2 zu ersehen ist, ist die durchströmte Kreisringfläche F₂ beim Eintritt in diesen Bereich kleiner als die Kreisringfläche F₃ , bzw. die zylinderförmige Austrittsfläche F₄ , bei der Ausströmung aus diesem Auspuffbereich, sodass sich die Strömungsgeschwindigkeit des Gases deutlich reduziert, wodurch in diesem Bereich der Druck des Gases etwas ansteigt. Der Übergang von der Verengung 16 zu der Wand 14 weist einen Radius R auf. Für Ausschaltstföme im Bereich von 40 kA bis 70 kA wird ein Radius R im Bereich von 25mm gewählt, wodurch ein Austrittswinkel a der abgekühlten Auspuffgase in das Löschkammervolumen 22 von rund 30° erreicht wird. Durch diesen schrägen Austritt der abgekühlten Auspuffgase wird erreicht, das etwa im Gasstrom noch vorhandene ionisierte Partikel auf einem längeren Weg durch das im Löschkammervolumen 22 vorhandene kühle Isoliergas abgekühlt werden, sodass sie keinen Überschlag zwischen den spannungsbeaufschlagten aktiven Löschkammerteilen und der in der Regel geerdeten Metallkapselung 3 einleiten können. Bei einem annähernd radialen Austritt der Gase aus der zylindrisch ausgebildeten Austrittsfläche F₄ könnte eventuell nicht in jedem Fall eine genügende Spannungsfestigkeit gewährleistet werden.

Die in Figur 3 gezeigten Ausführungsvarianten der Löschkammer 1 verbessern die Leistungsfähigkeit des Auspuffs. Die vor der Prallplatte 11 angebrachte Lochplatte 23 verbessert die Kühlwirkung der Prallplatte 11 ganz wesentlich.

Bei einer weiteren Variante erlauben die Öffnungen 25 im Strömungsrohr 17, da der Gasdruck ausserhalb des Strömungsrohrs 17 höher ist als im Innern desselben, ein Eintreten der etwas kuhleren Gase von ausserhalb in das Innere des Stromungsrohrs 17. Im Stromungsrohr 17 und im Kanal 20 bildet sich hier infolgedessen ein weiteres

Rezirkulationsgebiet 31 aus, welches gestrichelt dargestellte Pfeile 32 andeuten. In diesem ebenfalls zwangsweise erzeugten Rezirkulationsgebiet 31 findet eine weitere intensive Vermischung von Heiss- und Kaltgas statt und damit verbunden eine noch bessere Abkühlung der heissen Gase. Danach erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit der Auspuffgase im Strόmungsrohr 17 wieder.

Die m das Auspuffgehause 19 eingefügte Umlenkung 26 verringert vorteilhaft den Stromungswiderstand beim Umlenken des Gasstromes in die entgegengesetzte Richtung. Zudem entzieht die Umlenkung 26 dem Gasstrom weitere Wärmeenergie.

Die kreisförmige metallische Prallplatte 11 mit am Umfang verteilten, radialen schmalen Einschnitten 27, wie sie in Fig.4 dargestellt ist, verursacht eine besonders effektive Verwirbelung des Heissgasstromes . Die Strömung erhalt durch die windradartig verschrankten Flügel 28 einen Drall, der die Strömung zusatzlich intensiviert. Die direkt durch die Einschnitte 27 durchtretende Heissgasstromung verursacht im Rezirkulationsgebiet 29 hinter der Prallplatte 11 eine gegen ber den anderen beschriebenen Ausfuhrungen der Prallplatte 11 eine noch intensivere Vermischung von Heissund Kaltgas und damit verbunden eine noch effektivere Kühlung der Heissgase in diesem Bereich.

Alle diese Massnahmen, einzeln oder auch kombiniert, bringen eine vorteilhafte Erhöhung des Ausschaltvermogens des Leistungsschalters mit sich. Soll eine weitere Leistungserhohung des Leistungsschalters erzielt werden, so wird auch die geometrische Ausbildung der Auspuffregion des dem festen Leistungskontakt 6 gegenüberliegenden beweglichen Leistungskontakts 5 ahnlich ausgeführt, wie die bereits beschriebenen Ausfuhrungen, sodass auch die auf der Seite des beweglichen Leistungskontakts 5 vom Lichtbogenraum 4 in Richtung Loschkammervolumen 22 abgeführten heissen Gase ahnlich wirksam gekühlt werden, und damit verbunden wird eine weitere vorteilhafte Reduktion des Volumens des stromenden Heissgases erreicht. Ein Leistungsschalter, dessen Loschkammer bzw. Löschkammern beidseitig mit dieser verbesserten Kühlung der heissen Gase versehen sind, weist eine deutlich höhere Abschaltleistung auf, als ein herkömmlicher Leistungsschalter mit den gleichen Abmessungen.

Es ist auch durchaus möglich, eine Auspuffvariante ohne die Prallplatte 11 und ohne die Lochplatte 23 zu gestalten. Bei dieser Auspuffvariante ist lediglich das Stromungsrohr 17 mit den Offnungen 25 versehen, sodass sich beim Ausschaltvorgang des Leistungsschalters das Rezirkulationsgebiet 31 als einziges Rezirkulationsgebiet ausbildet und in diesem Bereich eine intensive Kühlung der Heissgase ermöglicht. Diese Auspuffvariante kann ebenfalls mit oder ohne die dem Stromungsrohr 17 nachgeschaltete Gasumlenkung ausgeführt werden .

BEZEICHNUNGSLISTE

1 Loschkammer 2 Langsachse 3 Metallkapselung 4 Lichtbogenräum 5,6 Leistungskontakte 7 Lichtbogen 8 Pfeil 9 Isolierduse 10 Zwi sehenvolumen 11 Prallplatte 12 Auspuffvolumen 13 Pfeil

14 Wand

15 Rohrstutzen

16 Verengung

17 Stromungsrohr

17a Austrittskante

18 Düsenengnis

19 Auspuffgehause

20 Kanal

21 Endkante

22 Loschkammervolumen

23 Lochplatte

24 Offnungen

25 Offnungen

26 Umlenkung

27 Einschnitt

28 Flügel

29 Rezirkulationsgebiet

30 Pfeil

31 Rezirkulationsgebiet

32 Pfeile

a Austrittswinkel

R Radius

Li , L2 , L3 diverse Langen

F_D Flache

F* Kreisringflache

F_E , Fi Flache

F₂ , F Kreisringflache

Fj Austrittsflache

A Abstand

Di Durchmesser

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Leistungsschalter, welcher in einer mit einem Isoliergas gefüllten Kapselung mindestens eine, entlang einer Langsachse (2) erstreckte und im wesentlichen radialsymmetrisch aufgebaute, mindestens zwei Leistungskontakte (5,6) und einen diesen zugeordneten Lichtbogenraum (4) enthaltende Loschkammer (1) aufweist, wobei der Lichtbogenraum (4) mit mindestens einem, ein Auspuffvolumen (12) aufweisenden Auspuff in Wirkverbindung steht, welcher für die Kühlung von bei Ausschaltungen entstehenden Heissgasen ausgebildet ist, und welcher mit einem Loschkammervolumen (22) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Auspuffs mindestens ein, den Stromungswiderstand der Heissgase erhöhendes, zwangsweise erzeugtes Rezirkulationsgebiet (29,31) vorgesehen ist.

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heissgase aus dem Lichtbogenraum (4) in ein Zwischenvolumen (10) strömen, und dass im Zwischenvolumen (10) mindestens eine, in die Strömung der Heissgase ragende Prallplatte (11) vorgesehen ist, stromabwärts derer sich ein erstes Rezirkulationsgebiet (29) ausbildet.

3. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass anschliessend an das Zwischenvolumen (10) ein ein Düsenengnis (18) aufweisendes, lavaldusenartig ausgebildetes Stromungsrohr (17) in das mit dem Loschkammervolumen (22) verbundenen Auspuffvolumen (12) fuhrt.

4. Leistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Eintritt der Heissgase in das Zwischenvolumen (10) und der Prallplatte (11) ein Abstand Li vorgesehen ist, dass zwischen der Prallplatte (11) und dem Düsenengnis (18) ein Abstand L₂ vorgesehen ist, und dass zwischen dem Düsenengnis (18) und einer Austrittskante (17a) des Stromungsrohrs (17) ein Abstand L₃ vorgesehen ist.

5. Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Abstanden die folgende Beziehung gilt: L₂ = 0,7^«Lι , und/oder dass die Lange L₃ des Stromungsrohrs (17) im Bereich des zwei- bis dreifachen Durchmessers des Dusenengnisses (18) des Stromungsrohrs (17) liegt.

6. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 3 oder 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (11) in etwa die gleiche wirksame Flache wie eine als Flache F_D bezeichnete Eintrittsflache der Heissgase in das Zwischenvolumen (10) aufweist, und/oder dass der als eine Flache Fi bezeichnete Querschnitt des Strömungsrohrs (17) im Bereich der Austrittskante (17a) gleich gross ausgebildet ist, wie die Flache F_D , und/oder dass eine Kreisringflache Fp , welche zwischen der Prallplatte (11) und der Wand (14) gelegen ist, 30? bis 80° der Flache F_r. aufweist, und/oder dass eine Flache F_E , welche den Querschnitt des Dusenengnisses (18) des Stromungsrohres (17) darstellt, 50 bis 70Ό der Flache F_c, aufweist.

7. Leistungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisringflache Fa etwa 50" der Flache F aufweist .

8. Leistungsschalter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Auspuffvolumen (12) Mittel vorgesehen sind, welche die Strömung der Heissgase um bis zu 180° umlenken .

9. Leistungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kreisringflache F₂ , welche den Querschnitt zwischen der Austrittskante (17a) des Stromungsrohres (17) und dem Auspuffgehause (19) darstellt, 50% bis 70% der Flache F_D aufweist, und/oder dass eine Kreisringflache F₃ , welche den Querschnitt angibt, der zwischen dem Düsenengnis (18) des Stromungsrohres (17) und der gedachten Verlängerung des Auspuffgehauses (19) liegt, etwa gleich gross ausgebildet ist wie die Flache F_D , und/oder dass zwischen der Aussenwand der Verengung (16) und einer Endkante (21) des Auspuffgehauses (19) eine zylinderformige Austrittsflache F verbleibt, die etwa gleich gross ausgebildet ist wie die Flache F .

10. Leistungsschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heissgase mit einem Austrittswinkel α durch die zylinderformige Austrittsflache F^ in das Loschkammervolumen (22) eingeleitet werden, und dass der Austrittswinkel α im Bereich von 30° liegt.

11. Leistungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Düsenengnis (18), welches in einem lavaldusenartig ausgebildeten, an das Zwischenvolumen (10) angefugten Stromungsrohr (17) angeordnet ist, Offnungen (25) in der Wand des Stromungsrohrs (17) vorgesehen sind, welche einen Gaseintritt in das Innere des Stromungsrohrs (17) ermöglichen, wodurch beim Ausschalten mindestens ein zweites Rezirkulationsgebiet (31) zwangsweise erzeugt wird.

12. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallplatte (11) eine Lochplatte (23) im Abstand A stromaufwärts vorangestellt ist, die mit Offnungen (24) versehen ist, wobei die Offnungen (24) einen Durchmesser Oι aufweisen.

13. Leistungsschalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis A/Di einen Wert von 2 aufweist, und dass der Abstand zwischen den Offnungen (24) im Bereich grosser als der doppelte Durchmesser Di liegt.

14. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (11) mit gleichmassig am Umfang verteilten und gleich tiefen schmalen Einschnitten (27) versehen ist, und dass die zwischen den Einschnitten (27) stehen bleibenden Flügel (28) windradartig umgebogen ausgebildet sind.