WO2007071075A1 - Druckgasschalter mit variabler isolierstoffdüse - Google Patents

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insulating
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Christian Franck
Martin Seeger
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ABB Research Ltd Switzerland
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/7015—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts
    • H01H33/7023—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts characterised by an insulating tubular gas flow enhancing nozzle
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H33/7015—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts
    • H01H33/7084—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts characterised by movable parts influencing the gas flow

Definitions

  • the invention relates to a switch, for example a self-blowing switch, with a quenching chamber, an inner contact and an outer contact.
  • the invention particularly relates to the configuration of an insulating nozzle for such a switch.
  • a self-blow switch of known type is described in EP 0 067 460. He has u. a. a rod-shaped inner contact or arcing contact pin and an annular outer contact or an arc contact tulip. If the two contacts are disconnected when the switch is opened, an arc is created between the contacts.
  • the switch has a discharge volume and a compression volume of different size. The arc removes material from the walls of an insulating nozzle, thereby increasing the pressure in an arc zone so that heated gas flows into the extinguishing volume. As the pressure in the arc zone drops near the zero crossing of the stream, the gas from the quench volume flows into the arc zone and cools the arc, ultimately extinguishing it.
  • Self-blowing switches are usually optimized for certain applications, for example for extinguishing arcs with small and medium currents. If the insulating nozzle is optimized for such arc currents, more pressure is built up at higher currents than necessary would be to extinguish the arc. A higher pressure causes an increased, the life of the nozzle shortening erosion at the insulating nozzle. The burn-off can lead to a change in the geometry of the insulating nozzle, for example to a widening of the nozzle opening. However, such a modified, expanded nozzle opening may be too large for smaller and medium flows for which the insulating nozzle was originally optimized to effectively quench these streams. In addition to the reduced life of the Isulierstoffdüse therefore also wiping capacity deteriorates.
  • an insulating nozzle of the switch has a cross-sectional area, which is variable depending on a prevailing in the arc zone gas pressure. This allows a pressure-dependent change in the nozzle cross-sectional area, whereby a self-regulation of the gas pressure takes place within the insulating nozzle.
  • the insulating nozzle is radially elastic, for example by means of at least one first nozzle part, which is movably coupled to a second nozzle part, so that the first nozzle part can move toward or away from the axis depending on the currently prevailing pressure conditions in the arc zone ,
  • At least one elastic element may be present between the first and second nozzle parts, which pretensions the first nozzle part.
  • the elastic element may be a spring, a rubber element, or a different kind of material, which under its extension. Pressure changes, or it may be a combination of such elements.
  • the insulating material nozzle may have a nozzle opening which is circular, rectangular or generally polygonal or such geometries z. B. is composed in sections.
  • the switch exploits the knowledge that the pressure build-up in the arc zone is approximately proportional to the square of the current density of the arc. Thus, the pressure build-up is also proportional to the root of the cross-sectional area of the insulating material nozzle.
  • the nozzle cross-sectional area is variable to affect the gas pressure within the insulating nozzle. As the gas pressure increases during separation, the nozzle surface area increases. This reduces the gas pressure, the voltage of the arc and the arc energy. A reduced arc energy causes less burnup. With decreasing gas pressure, the nozzle surface area decreases again.
  • An advantage of such a switch is that it regulates the gas pressure itself and thus increases the life of the insulating nozzle, without negatively affecting the extinguishing capacity.
  • FIG. 1 shows a section through an exemplary embodiment of a self-blowing switch during the opening and power interruption phase
  • 2 is a schematic front view of the switch of FIG. 1 with a first embodiment of a nozzle in a first state
  • FIG. 3 is a schematic front view of the switch of FIG. 1 with the first embodiment of the nozzle in a second state
  • FIG. 4 shows a schematic front view of the switch from FIG. 1 with a second exemplary embodiment of a nozzle in a first state
  • FIG. 5 shows a schematic front view of FIG
  • the switch 1 shows an exemplary embodiment of a self-blowing switch 1.
  • the switch 1 is essentially rotationally symmetrical about an axis A, for which reason only half of the section shown is shown in FIG.
  • the switch 1 has a first or outer arcing contact 2, typically an arcing contact tulip 2, which extends annularly about the axis A, and a second or inner arcing contact 3, typically an arcing contact pin 3, which is generally rod-shaped or tubular is.
  • the outer arcing contact 2 is arranged annularly around the central axis (axis A) of the inner arcing contact 3.
  • the two arcing contacts 2, 3 are relative to each other in the axial direction by a mechanical drive not shown displaced.
  • the outer arc contact 2 and the inner arc contact 3 are separated from one another so that the switch 1 is in the opening and current interruption phase.
  • a region of the inner arcing contact 3 is in communication with the outer arcing contact 2.
  • a switch body 4 is arranged around the arcing contacts 2, 3 for so-called rated current contacts, which provide low-resistance contacts for the nominal current when the switch is closed.
  • the rated current contacts essentially encompass the arcing contacts 2, 3. If the rated current contacts are disconnected, the current commutates to the arcing contacts 2, 3.
  • the compressed gas is provided in a self-blowing power switch by the so-called self-blowing effect, in which the blowing pressure is generated by self-heating in a quenching chamber 5 (heating volume) and preferably with pressure build-up assistance by evaporating insulating material material.
  • the pressurized gas is provided by a piston and preferably with pressure build-up assistance by evaporating insulating material material. The pressurized gas is then directed onto the burning arc from an insulating nozzle 12 to achieve efficient blowing and arc quenching.
  • The. Extinguishing chamber 5 may be a simple chamber with a fixed volume in one embodiment. In another embodiment, however, it may also have a variable volume or be connected to such.
  • the quenching chamber 5 communicates via an extinguishing channel 6 with an interior space 8, in which an arc zone 10 is formed when the switch 1 is interrupted. During the interruption and a short time thereafter, an arc burns in the arc zone 10 between the arc contacts 2, 3. Gas, which flows through the quenching passage 6 from the quenching chamber 5 into the arc zone 10, extinguishes the arc.
  • the insulating material nozzle 12 of the switch 1 is fastened, for example, to the switch body 4, which is assigned to the outer arc contact 2 (arcing contact tulip 2). is orders.
  • the Isolierstoffdüse 12 is made of non-conductive material, such as PTFE, which surrounds the arcing contacts 2, 3 at least partially.
  • the exemplary insulating nozzle 12 shown consists of several nozzle parts 12a, 12b, 12c.
  • the nozzle parts 12a, 12b, 12c are assigned to the outer arc contact 2.
  • the extinguishing channel 6 extends inside the insulating material nozzle 12 and separates the nozzle part 12c from the nozzle parts 12a, 12b.
  • the nozzle parts 12a, 12b are separated from one another by a gap 16.
  • the insulating material nozzle 12 is designed such that the nozzle part 12b is movable relative to the nozzle part 12a.
  • the nozzle portion 12b may move toward the nozzle portion 12a, for example, as the pressure increases, and away therefrom, for example as the pressure decreases. In the figures, this mobility is generally indicated by a double arrow 14.
  • one or more elastic elements 18 may be arranged, which support the reciprocation of the nozzle portion 12b.
  • the elastic elements 18 are spiral springs, which are more or less compressed depending on the pressure.
  • Each elastic element 18 has a spring constant which is chosen such that the desired mobility of the nozzle part 12b is ensured at the expected gas pressures.
  • the elastic members 18 may be one or more rubber members (eg, a rubber layer).
  • the insulating material nozzle 12 is designed such that no gas can escape from the extinguishing chamber 5 or the extinguishing channel 6 through the intermediate space 16.
  • the gas for this purpose, the insulating material nozzle 12 in the embodiment shown in Figure 1 in the region of the quenching channel 6 have an edge 20 projecting from the nozzle portion 12a. The edge 20 overlaps with the nozzle part 12b and thus closes the intermediate space 16 towards the extinguishing channel in a substantially gastight manner.
  • the elastic element 18 itself close the gap 16 gas-tight.
  • An existing in the space 16 rubber layer is used in such an embodiment as an elastic element and as a sealing element.
  • the edge 20 can be omitted.
  • FIG. 2 shows a schematic front view of the switch 1 with an embodiment of the insulating material 12, which is in a first state.
  • the inner arcing contact 3 is not shown in Figure 2 and in Figures 3-5.
  • the insulating material nozzle 12 has two opposite nozzle parts 12b, which are pressed away from the nozzle part 12a and thus radially inward by the elastic elements 18.
  • the nozzle parts 12b together with the nozzle part 12a form a circular nozzle opening 22 through which the gas can escape.
  • the first state is assumed, for example, if a relatively low gas pressure prevails inside the switch 1 or the insulating material nozzle 12, for example in the case of small or medium arc currents.
  • the force exerted by the elastic elements 18 is greater than the force caused by the gas (counter) force, whereby the nozzle part 12b is pushed away from the nozzle part 12a and thus radially inwardly.
  • the insulating material nozzle 12 has a (normal) cross-sectional area determined by its geometry.
  • this normal state is indicated by a closed circular nozzle opening 22.
  • Figure 3 shows a schematic front view of the switch 1, wherein the insulating material 12 of Figure 2 occupies a second state.
  • the force caused by the gas is greater than the force caused by the elastic elements 18, whereby the nozzle parts 12b are pressed toward the nozzle part 12a or radially outwards.
  • the Isolierstoffdüse 12 expands in the radial direction, whereby the cross-sectional area of the insulating 12 increases.
  • the gas located in the interior of the insulating material 12 thus acts on a larger area. This results in a lower current density and thus a reduced gas pressure.
  • the larger cross-sectional area is indicated by an interrupted, partially circular nozzle opening 22.
  • Figures 4 and 5 show, also in a schematic front view of the switch 1, another embodiment of a Isolierstoffdüse 12.
  • the insulating nozzle 12 has a rectangular nozzle opening 24.
  • Figure 4 outweighs the force of the elastic members 18, the the nozzle parts 12b away from the nozzle part 12a or pushes radially inward. If the gas pressure rises at higher arc currents, the nozzle parts 12b are increasingly pressed toward the nozzle part 12a or radially outwards (FIG. 5).
  • the cross-sectional area of the insulating material nozzle 12 also increases, resulting in a reduced gas pressure.
  • the larger cross-sectional area is indicated by an enlarged nozzle opening 24.
  • the insulating material nozzle 12 is shown by way of example and without restriction, each with two nozzle parts 12b. However, in other embodiments, the insulating material nozzle 12 may have more than two nozzle parts 12b. The same applies to the shape of the opening of the insulating material nozzle 12. In addition to the circular and rectangular nozzle openings 22 shown by way of example, 24 are also other shapes (eg polygons) or z. B. sections combinations of such geometries possible.
  • the embodiments of a diblas- or Kolbenblasschalters described above allow the self-regulation of the gas pressure inside the insulating material. This not only increases the service life of the switch or the insulating nozzle, but also ensures efficient extinguishing of the arc in the case of small, medium and high arc currents.

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Abstract

Ein Selbstblasschalter (1) hat eine Löschkammer (5), einen inneren Lichtbogenkontakt (3), einen äusseren Lichtbogenkontakt (2) und eine Isolierstoffdüse (12). Die Isolierstoffdüse (12) hat eine Querschnittsfläche, die abhängig von einem in einer Lichtbogenzone (10) herrschenden Gasdruck veränderlich ist. Dies erlaubt eine druckabhängige Änderung der Düsenquerschnittsfläche, wodurch eine Selbstregulierung des Gasdruckes innerhalb der Isolierstoffdüse (12) erreicht wird.

Description

DruckgasSchalter mit variabler Isolierstoffdüse
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Schalter, bei- spielsweise einen Selbstblasschalter, mit einer Löschkam- mer, einem inneren Kontakt und einem äusseren Kontakt. Die Erfindung betrifft insbesondere die Ausgestaltung einer Isolierstoffdüse für einen solchen Schalter.
Stand der Technik
Ein Selbstblasschalter bekannter Art ist in EP 0 067 460 beschrieben. Er besitzt u. a. einen stabför- migen inneren Kontakt oder Lichtbogenkontaktstift und ei- nen ringförmigen äusseren Kontakt oder eine Lichtbogenkontakttulpe. Werden die beiden Kontakte beim Öffnen des Schalters voneinander getrennt, entsteht zwischen den Kontakten ein Lichtbogen. Zusätzlich hat der Schalter ein Löschvolumen und ein Kompressionsvolumen unterschiedlich- er Grosse. Der Lichtbogen trägt Material von den Wänden einer Isolierstoffdüse ab, wodurch sich der Druck in einer Lichtbogenzone erhöht, so dass erhitztes Gas in das Löschvolumen strömt . Wenn der Druck in der Lichtbogenzone in der Nähe des Nulldurchgangs des Stromes absinkt, strömt das Gas aus dem Löschvolumen in die Lichtbogenzone und kühlt den Lichtbogen, sodass er letztendlich gelöscht wird.
Selbstblasschalter sind üblicherweise für be- stimmte Anwendungen optimiert, beispielsweise zum Löschen von Lichtbögen mit kleinen und mittleren Strömen. Ist die Isolierstoffdüse für solche Lichtbogenströme optimiert, wird bei höheren Strömen mehr Druck aufgebaut als nötig wäre, um den Lichtbogen zu löschen. Ein höherer Druck verursacht an der Isolierstoffdüse einen erhöhten, die Lebensdauer der Düse verkürzenden Abbrand. Durch den Ab- brand kann es zu einer Änderung der Geometrie der Iso- lierstoffdüse kommen, beispielsweise zu einer Aufweitung der Düsenöffnung. Eine derart veränderte, aufgeweitete Düsenöffnung kann jedoch zu gross sein für kleinere und mittlere Ströme, für welche die Isolierstoffdüse ursprünglich optimiert wurde, um diese Ströme wirkungsvoll zu löschen. Neben der reduzierten Lebensdauer der Iso- lierstoffdüse verschlechtert sich daher auch das Löschvermögen.
Darstellung der Erfindung
Es stellt sich die Aufgabe, einen Druckgas- Schalter der eingangs genannten Art mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich Löschvermδgen und Lebensdauer bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird von einem Druckgasschalter gemäss Anspruch 1 erfüllt. Hierzu hat eine Isolierstoff- düse des Schalters eine Querschnittsfläche, die abhängig von einem in der Lichtbogenzone herrschenden Gasdruck veränderlich ist. Dies erlaubt eine druckabhängige Änderung der Düsenquerschnittsfläche, wodurch eine Selbstregulierung des Gasdruckes innerhalb der Isolierstoffdüse stattfindet.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Isolier- stoffdüse radial elastisch, beispielsweise mittels mindestens einem ersten Düsenteil, der an einen zweiten Düsenteil beweglich gekoppelt ist, so dass sich der erste Düsenteil je nach den momentan vorherrschenden Druckverhältnissen in der Lichtbogenzone zur Achse hin oder davon weg bewegen kann.
Zwischen dem ersten und zweiten Düsenteil kann mindestens ein elastisches Element vorhanden sein, welches das erste Düsenteil vorspannt. Das elastische Element kann eine Feder, ein Gummielement, oder ein anders geartetes Material sein, das seine Ausdehnung unter. Druck ändert, oder es kann eine Kombination derartiger Elemente sein. Ausserdem kann die Isolierstoffdüse eine Düsenöffnung haben, die kreisförmig, rechteckförmig oder generell vieleckförmig ist oder aus solchen Geometrien z. B. abschnittsweise zusammengesetzt ist.
Bei dem Schalter wird die Erkenntnis aus- genutzt, dass der Druckaufbau in der Lichtbogenzone annähernd proportional zum Quadrat der Stromdichte des Lichtbogens ist . Damit ist der Druckaufbau auch proportional zur Wurzel der Querschnittsfläche der Isolierstoffdüse. In den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen eines Schalters ist die Düsenquerschnittsfläche variabel, um den Gasdruck innerhalb der Isolierstoffdüse zu beeinflussen. Steigt der Gasdruck während des Trennens an, vergrössert sich die Düsenguerschnittsflache . Dadurch sinkt der Gasdruck, die Spannung des Lichtbogens und die Lichtbogen- energie . Eine reduzierte Lichtbogenenergie verursacht weniger Abbrand. Mit sinkendem Gasdruck verkleinert sich die Düsenguerschnittsflache wieder. Ein Vorteil eines solchen Schalters ist, dass er den Gasdruck selbst reguliert und damit die Lebensdauer der Isolierstoffdüse erhöht, ohne dabei das Löschvermögen negativ zu beeinflussen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Ausgestaltungen, Vorteile, neue Eigenschaften und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Einbezug der Zeichnungen. In den Zeichnungen haben gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungs- beispiel eines Selbstblasschalters während der Öffnungsund Stromunterbrechungsphase, Fig. 2 eine schematische Vorderansicht des Schalters aus Fig. 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Düse in einem ersten Zustand,
Fig. 3 eine schematische Vorderansicht des Schalters aus Fig. 1 mit dem ersten Ausführungsbeispiel der Düse in einem zweiten Zustand,
Fig. 4 eine schematische Vorderansicht des Schalters aus Fig. 1 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Düse in einem ersten Zustand, und Fig. 5 eine schematische Vorderansicht des
Schalters aus Fig. 1 mit dem zweiten Ausführungsbeispiel der Düse in einem zweiten Zustand.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Selbstblasschalters 1. Der Schalter 1 ist im wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Achse A aufgebaut, weshalb in Figur 1 nur die Hälfte des dargestellten Schnitts gezeigt ist.
Der Schalter 1 besitzt einen ersten oder äus- seren Lichtbogenkontakt 2, typischerweise eine Lichtbogenkontakttulpe 2, der oder die sich ringförmig um die Achse A erstreckt, sowie einen zweiten oder inneren Lichtbogenkontakt 3, typischerweise einen Lichtbogenkontaktstift 3, der in der Regel stabförmig oder rohrförmig aufgebaut ist. Der äussere Lichtbogenkontakt 2 ist ringförmig um die Mittelachse (Achse A) des inneren Lichtbogenkontakts 3 ange- ordnet.
Die beiden Lichtbogenkontakte 2, 3 sind relativ zueinander in axialer Richtung durch einen nicht gezeigten mechanischen Antrieb verschiebbar. In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind der äussere Lichtbo- genkontakt 2 und der innere Lichtbogenkontakt 3 voneinander getrennt, so dass sich der Schalter 1 in der Öffnungsund Stromunterbrechungsphase befindet. Im geschlossenen Zustand steht ein Bereich des inneren Lichtbogenkontakts 3 mit dem äusseren Lichtbogenkontakt 2 in Verbindung. Um die Lichtbogenkontakte 2, 3 ist ein Schalterkörper 4 für so genannte Nennstromkontakte angeordnet, die niederohmige Kontakte für den Nennstrom bei geschlossenem Schalter zur Verfügung stellen. Die Nennstromkontak- te umgreifen im wesentlichen die Lichtbogenkontakte 2, 3. Werden die Nennstromkontakte getrennt, kommutiert der Strom zu den Lichtbogenkontakten 2, 3. Anschliessend werden die Lichtbogenkontakte 2, 3 getrennt. Dabei entsteht ein stromführender Lichtbogen, der mit Hilfe von Druckgas gelöscht wird. Das Druckgas wird in einem Selbstblas-Leis- tungsschalter durch den so genannten Selbstblaseffekt bereitgestellt, bei dem durch Selbstaufheizung in einer Löschkammer 5 (Heizvolumen) und vorzugsweise mit Druckaufbauunterstützung durch verdampfendes Isolierstoffdüsen- material der Blasdruck erzeugt wird. In einem Puffer- Leistungsschalter oder Kolbenblasdruckschalter wird das Druckgas durch einen Kolben und vorzugsweise mit Druckaufbauunterstützung durch verdampfendes Isolierstoffdüsenmaterial bereitgestellt. Das Druckgas wird dann von einer Isolierstoffdüse 12 auf den brennenden Lichtbogen gerichtet, um eine effiziente Beblasung und Lichtbogenlöschung zu erreichen. Die. Löschkammer 5 kann in einem Ausführungsbeispiel eine einfache Kammer mit festgelegtem Volumen sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann sie aber auch ein variables Volumen haben oder mit einem solchen verbunden sein.
Die Löschkammer 5 kommuniziert über einen Löschkanal 6 mit einem Innenraum 8, in dem beim Unterbrechen des Schalters 1 eine Lichtbogenzone 10 entsteht. Während des Unterbrechens und kurze Zeit danach brennt in der Lichtbogenzone 10 ein Lichtbogen zwischen den Lichtbogenkontakten 2, 3. Gas, das durch den Löschkanal 6 von der Löschkammer 5 in die Lichtbogenzone 10 strömt, löscht den Lichtbogen. Die Isolierstoffdüse 12 des Schalters 1 ist beispielsweise am Schalterkörper 4 befestigt, der dem äus- seren Lichtbogenkontakt 2 (Lichtbogenkontakttulpe 2) zuge- ordnet ist. Die Isolierstoffdüse 12 ist aus nicht leitendem Material, beispielsweise aus PTFE, welches die Lichtbogenkontakte 2, 3 zumindest teilweise umgibt. Die gezeigte exemplarische Isolierstoffdüse 12 besteht aus mehreren Düsenteilen 12a, 12b, 12c. In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Düsenteile 12a, 12b, 12c dem äusseren Lichtbogenkontakt 2 zugeordnet. Der Löschkanal 6 erstreckt sich innerhalb der Isolierstoffdüse 12 und trennt den Düsenteil 12c von den Düsenteilen 12a, 12b ab. Wie in Figur 1 exemplarisch angedeutet, sind die Düsenteile 12a, 12b durch einen Zwischenraum 16 voneinander getrennt. Die Isolierstoffdüse 12 ist dabei so ausgestaltet, dass der Düsenteil 12b relativ zum Düsenteil 12a beweglich ist. In einem Ausführungsbeispiel kann sich der Düsenteil 12b zum Düsenteil 12a hinbewegen, beispielsweise bei sich erhöhendem Druck, und von diesem wegbewegen, beispielsweise bei wieder abnehmendem Druck. In den Figuren ist diese Beweglichkeit allgemein durch einen Doppelpfeil 14 angedeutet. Im Zwischenraum 16 können ein oder mehrere elastische Elemente 18 angeordnet sein, die die Hin- und Herbewegung des Düsenteils 12b unterstützen. In den gezeigten Figuren sind die elastischen Elemente 18 Spiralfedern, die abhängig vom Druck mehr oder weniger kompri- miert werden. Jedes elastische Element 18 hat eine Federkonstante, die so gewählt ist, dass die gewünschte Beweglichkeit des Düsenteils 12b bei den zu erwartenden Gasdrücken gewährleistet ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die elastischen Elemente 18 ein oder meh- rere Gummielemente (beispielsweise eine Gummischicht) sein. Generell kann auch ein anders geartetes Material, das seine Ausdehnung unter Druck ändert, oder eine Kombination der genannten oder ähnlicher elastischer Elemente, verwendet werden. Die Isolierstoffdüse 12 ist so ausgestaltet, dass durch den Zwischenraum 16 kein Gas aus der Löschkammer 5 oder dem Löschkanal 6 entweichen kann. Das Gas strömt somit weiterhin durch den Löschkanal 6 in die Lichtbogenzone 10. Dazu kann die Isolierstoffdüse 12 im in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel im Bereich des Löschkanals 6 eine vom Düsenteil 12a abstehende Kante 20 haben. Die Kante 20 überlappt mit dem Düsenteil 12b und schliesst so den Zwischenraum 16 zum Löschkanal hin im wesentlichen gasdicht ab.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das elastische Element 18 selbst den Zwischenraum 16 gasdicht abschliessen. Eine im Zwischenraum 16 vorhandene Gummischicht dient in einem solchen Ausführungsbeispiel als elastisches Element und als Dichtelement . Bei diesen Ausführungsbeispielen kann die Kante 20 entfallen.
Figur 2 zeigt eine schematische Vorderansicht des Schalters 1 mit einem Ausführungsbeispiel der Isolierstoffdüse 12, die sich in einem ersten Zustand befindet. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in Figur 2 und in den Figuren 3-5 der innere Lichtbogenkontakt 3 nicht eingezeichnet. In dem in Figur 2 gezeigten Ausführungs- beispiel hat die Isolierstoffdüse 12 zwei gegenüberliegende Düsenteile 12b, die durch die elastischen Elemente 18 vom Düsenteil 12a weg und damit radial nach innen gedrückt werden. Die Düsenteile 12b bilden zusammen mit dem Düsenteil 12a eine kreisförmige Düsenöffnung 22, durch die das Gas entweichen kann.
Der erste Zustand wird beispielsweise eingenommen, wenn im Innern des Schalters 1 bzw. der Isolierstoffdüse 12 ein relativ geringer Gasdruck herrscht, beispielsweise bei kleinen oder mittleren Lichtbogenströmen. Die von den elastischen Elementen 18 ausgeübte Kraft ist grösser als die vom Gas verursachte (Gegen) Kraft, wodurch der Düsenteil 12b vom Düsenteil 12a weg und damit radial nach innen gedrückt wird. In diesem Zustand (Normalzustand) hat die Isolierstoffdüse 12 eine durch ihre Geome- trie festgelegte (Normal) Querschnittsfläche. In Figur 2 ist dieser Normalzustand durch eine geschlossene kreisförmige Düsenöffnung 22 angedeutet. Figur 3 zeigt eine schematische Vorderansicht des Schalters 1, wobei die Isolierstoffdüse 12 aus Figur 2 einen zweiten Zustand einnimmt . In diesem zweiten Zustand ist die vom Gas verursachte Kraft grösser als die von den elastischen Elementen 18 verursachte Kraft, wodurch die Düsenteile 12b zu dem Düsenteil 12a hin oder radial nach aussen gedrückt werden. Die Isolierstoffdüse 12 weitet sich in radialer Richtung, wodurch sich die Querschnittsfläche der Isolierstoffdüse 12 vergrössert . Das sich im Innern der Isolierstoffdüse 12 befindliche Gas wirkt damit auf eine grossere Fläche. Daraus ergibt sich eine niedrigere Stromdichte und damit ein reduzierter Gasdruck. In Figur 3 ist die grossere Querschnitts- fläche durch eine unterbrochene, abschnittsweise kreis- förmige Düsenöffnung 22 angedeutet.
Figuren 4 und 5 zeigen, ebenfalls in einer schematischen Vorderansicht des Schalters 1, ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Isolierstoffdüse 12. In diesem Ausführungsbeispiel hat die Isolierstoffdüse 12 eine rechteckförmige Düsenöffnung 24. Im ersten Zustand (Figur 4) überwiegt die Kraft der elastischen Elemente 18, die die Düsenteile 12b vom Düsenteil 12a weg oder radial nach innen drückt . Steigt der Gasdruck bei höheren Lichtbogenströmen an, werden die Düsenteile 12b zunehmend zum Düsen- teil 12a hin oder radial nach aussen gedrückt (Figur 5) . Entsprechend den Ausführungen zu Figur 3 vergrössert sich auch hier die Querschnittsfläche der Isolierstoffdüse 12, wodurch 'sich ein reduzierter Gasdruck ergibt. In Figur 5 ist die grossere Querschnittsfläche durch eine erweiterte Düsenöffnung 24 angedeutet.
In den Figuren 2-5 ist die Isolierstoffdüse 12 beispielhaft und ohne Einschränkung mit jeweils zwei Düsenteilen 12b gezeigt. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Isolierstoffdüse 12 jedoch mehr als zwei Düsen- teile 12b aufweisen. Ähnliches gilt für die Form der Öffnung der Isolierstoffdüse 12. Neben der beispielhaft gezeigten kreisförmigen und rechteckigen Düsenöffnungen 22, 24 sind auch andere Formen (z. B. Vielecke) oder z. B. abschnittsweise Kombinationen solcher Geometrien möglich.
Die im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele eines Selbstblas- oder Kolbenblasschalters ermöglichen die Selbstregulierung des Gasdruckes im Innern der Isolierstoffdüse. Damit wird nicht nur die Lebensdauer des Schalters bzw. der Isolierstoffdüse erhöht, sondern es wird ein effizientes Löschen des Lichtbogens gleichermassen bei kleinen, mittleren und hohen Licht- bogenströmen sichergestellt.
Bezugszeichenliste
A Achse
1 Schalter, Selbstblasschalter
2 erster oder äusserer Lichtbogenkontakt, Lichtbogenkontakttulpe
3 zweiter oder innerer Lichtbogenkontakt, Lichtbogenkontaktstift
4 Schalterkörper, Nennstromkontakt
5 Löschkammer β Löschkanal
8 Innenraum 10 Lichtbogenzone
12 Isolierstoffdüse
12a Düsenteil'
12b Düsenteil
12c Düsenteil 14 Pfeil
16 Zwischenraum
18 Elastisches Element
20 Kante
22 Düsenöffnung 24 Düsenöffnung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Druckgasschalter (1) mit einer Löschkammer (5) , einem ersten Lichtbogenkontakt (3) , einem zweiten Lichtbogenkontakt (2) und einer Isolierstoffdüse (12) , die ringförmig um mindestens einen der Lichtbogenkontakte
(2, 3) angeordnet ist, wobei zum Öffnen des Schalters (1) mindestens einer der Lichtbogenkontakte (3) entlang einer Längsachse (A) des Schalters (1) bewegbar ist, wobei zwi- sehen den Lichtbogenkontakten (2, 3) eine Lichtbogenzone
(10) entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierstoffdüse (12) eine Querschnittsfläche aufweist, die abhängig von einem in der Lichtbogenzone (10) herrschenden Gasdruck veränderlich ist.
2. Druckgasschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierstoffdüse (12) radial elastisch ist, so dass sich bei zunehmendem Gasdruck die Querschnittsfläche vergrössert, wodurch eine Selbst- regulierung des Gasdruckes innerhalb der Isolierstoffdüse (12) stattfindet.
3. Druckgasschalter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Iso- lierstoffdüse (12) mindesten einen ersten Düsenteil (12b) und einen zweiten Düsenteil (12a) hat, wobei der erste Düsenteil (12b) an den zweiten Düsenteil (12a) beweglich gekoppelt ist und relativ zur Achse (A) bewegbar ist.
4. Druckgasschalter (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Düsenteil (12b) und dem zweiten Düsenteil (12a) mindestens ein elastisches Element (18) vorhanden ist, welches das erste Düsenteil (12b) vorspannt.
5. Druckgasschalter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das eine elastische Element (18) eine Feder, ein Gummielement oder eine Kombination dieser Elemente ist.
6. Druckgasschalter (1) nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierstoffdüse (12) mindestens zwei erste Düsenteile (12b) um- fasst .
7. Druckgasschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierstoffdüse (12) eine kreisförmige oder wenigstens abschnittsweise kreisförmige Düsenöffnung (22) aufweist.
8. Druckgasschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Iso- lierstoffdüse (12) eine rechteckförmige oder wenigstens abschnittsweise rechteckförmige Düsenöffnung (24) auf- weist.
9. Druckgasschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgasschalter (1) ein Selbstblasschalter (1) ist und insbesondere eine Druckaufbauunterstützung durch verdampfendes Isolierstoffdüsenmaterial aufweist.
10. Druckgasschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgasschalter (1) ein Kolbenblasdruckschalter ist und insbesondere eine Druckaufbauunterstützung durch verdampfendes Isolierstoffdüsenmaterial aufweist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CH659728A5 (de) * 1983-05-20 1987-02-13 Bbc Brown Boveri & Cie Druckgasschalter.
EP0238843A1 (de) * 1986-03-26 1987-09-30 BBC Brown Boveri AG Druckgasschalter

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