WO2011035781A1

WO2011035781A1 - Abbrandelement zur anordnung an einem schaltkontakt eines leistungsschalters

Info

Publication number: WO2011035781A1
Application number: PCT/DE2010/075091
Authority: WO
Inventors: Armin Schnettler; Ming Chark Tang; Jan Christoph Kahlen; Matthias Hoffacker; Andreas Kurz
Original assignee: Rwth Aachen
Priority date: 2009-09-26
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2011-03-31
Also published as: DE102009043195A1

Abstract

Abbrandelement zur Anordnung an einem Schaltkontakt (3) eines Leistungsschalters (1), insbesondere Selbstblasschalters, bei dem während des Schaltens ein Lichtbogen (9) zwischen dem Schaltkontakt (3) und einem zweiten Schaltkontakt (4) brennt, mit einer Einlagerungsausnehmung (11) zur Einlagerung des Lichtbogens (9), die in Längsrichtung (L) des Abbrandelements (20) verläuft und sich quer zur Längsrichtung (L) des Abbrandelements (20) durchgängig erstreckt, sowie ein Schaltelement mit einem solchen Abbrandelement (20) und ein Leistungsschalter (1) mit einem solchen Schaltelement.

Description

Abbrandelement zur Anordnung an einem Schaltkontakt eines

Leistungsschalters

Die Erfindung betrifft ein Abbrandelement zur Anordnung an einem Schaltkontakt eines Leistungsschalters, insbesondere eines Selbstblasschalters, bei dem während des Schaltens ein Lichtbogen zwischen dem Schaltkontakt und einem zweiten Schaltkontakt brennt, sowie ein Schaltelement für einen Leistungs- Schalter mit einem solchen Abbrandelement und einen Leistungsschalter mit einem solchen Schaltelement.

Leistungsschalter sind Sicherheitselemente, die im Bereich der Mittel- und Hochspannung in Wechselspannungsnetzen zur Unterbrechung von Nenn- und Kurzschlussströmen eingesetzt werden können. Leistungsschalter können bei- spielsweise als Vakuum-Leistungsschalter oder als gasgefüllte Leistungsschalter ausgestaltet sein. In der Hochspannungsebene werden überwiegend gasgefüllte Leistungsschalter eingesetzt, die beispielsweise nach dem Selbstblasprinzip arbeiten können. Als Füllgas kann beispielsweise Schwefelhexafluorid eingesetzt werden.

Ein Leistungsschalter weist zumeist zwei Schaltkontakte auf, die im geschlossenen Zustand des Schalters miteinander in Kontakt stehen. Ein Schaltkontakt ist häufig tulpenförmig und der andere Schaltkontakt stiftförmig ausgestaltet. Zum Ausschalten werden die beiden Kontakte voneinander weg bewegt, wobei sich ein zwischen den Kontakten brennender Lichtbogen ausbildet. Entscheidend für ein erfolgreiches Abschalten des Stromes ist es, diesen Lichtbogen zwischen den Schaltkontakten zum Verlöschen zu bringen.

Bei Selbstblasschaltern wird das Verlöschen des Lichtbogens durch die Bebla- sung des Lichtbogens mit einem den Lichtbogen kühlenden Lösch- und Isoliergas erreicht. Dieses Gas muss einerseits dazu in der Lage sein, dem Lichtbogen Energie zu entziehen, ihn abzukühlen und zum Verlöschen zu bringen und an- dererseits nach dem Verlöschen des Lichtbogens eine hohe dielektrische Festigkeit zwischen den Schaltkontakten sicherzustellen und somit erneute Überschläge zwischen den Kontakten zu verhindern.

In Selbstblasschaltern wird die im Lichtbogen umgesetzte Energie dazu ge- nutzt, um den zur Beblasung des Lichtbogens notwendigen Gasdruck aufzubauen. Der Lichtbogen zwischen den Schaltkontakten kann hierbei während des Abschaltvorganges in Abbranddüsen aus einem Isoliermaterial wie PTFE geführt werden, welches unter dem Einfluss des Lichtbogens verdampft und somit einen hohen Gasdruck erzeugt.

Der Abschaltvorgang kann im Wesentlichen in zwei Phasen gegliedert werden, nämlich in die Hochstromphase und die StromnuUdurchgangsphase. Die Hochstromphase beginnt mit der Trennung der Abbrandkontakte und umfasst die Zeit bis zu einer vorgegebenen Zeitspanne (meist 500 is) vor dem Verlöschen des Lichtbogens in einem natürlichen Stromnulldurchgang des sinusförmigen Stromes. In dieser ersten Phase des Abschaltvorganges sorgt der Abbrand der Isolierstoffdüsen durch den Lichtbogen für eine Druckerhöhung im Lichtbogenbereich. Dadurch erfolgt eine Gasströmung aus dem Lichtbogenbereich in ein Löschgasvolumen (Druckvolumen), welches mit dem Lichtbogenbereich über einen Strömungskanal strömungsverbunden ist, so dass dort ebenfalls ein Druckaufbau erfolgt. Nach Überschreiten des Scheitelwertes des Stromes be- ginnt eine Rückströmung des Gases aus dem Druckvolumen in den Lichtbogenbereich. Ein Löschen des Lichtbogens bzw. eine Unterbrechung des Stromes während der Hochstromphase ist im Regelfälle nicht möglich. Der während der Hochstromphase erzielte Druckaufbau ist aber entscheidend für das Abschalten im natürlichen Stromnulldurchgang.

Die StromnuUdurchgangsphase schließt sich an die Hochstromphase an und umfasst die Zeit beginnend (meist 500 s) vor dem Verlöschen des Lichtbogens in einem Nulldurchgang des sinusförmigen Stromes bis zum Verlöschen des Lichtbogens in diesem Stromnulldurchgang. Diese zweite Phase ist geprägt von ei- ner Gasströmung aus dem Druckvolumen in den Lichtbogenbereich. Die Voraussetzungen für diese Gasströmung wurden in der Hochstromphase geschaffen. Diese Strömung sorgt für eine Kühlung des Lichtbogens und bringt ihn so- mit zum Verlöschen. Das Löschgas wird aus dem Lichtbogenbereich in ein Auspuffvolumen abgeleitet. Die Ausgestaltung der Abbranddüsen ist für den Aufbau des Gasdruckes und somit des Ausschaltverhaltens von entscheidender Bedeutung.

Bei bekannten Leistungsschaltern behalt der Lichtbogen während des gesamten Ausschaltvorganges seine Lichtbogenform in den Isolierstoffdüsen bei. Er nimmt im Wesentlichen eine zylindrische Form im Zentrum der Isolierstoffdüsen an.

Die WO 2007/016797 A1 zeigt einen Selbstblasschalter mit einem zusätzlichen, zylindrischen Abbrandelement als Steuerkörper, welches an einer Stirnseite eines als Schaltstift ausgestalteten Schaltkontaktes im Zentrum der ebenfalls zylindrischen Isolierstoffdüse angeordnet ist. Hierdurch entsteht ein Lichtbo- genbereich in Form eines Ringspaltes, in dem sich der Lichtbogen während des Ausschaltvorganges ausbildet. Durch das zusätzliche Abbrandelement kann ein höherer Anteil an verdampfendem Isolierstoff erzielt werden, der zu einem höheren Druckaufbau während der Hochstromphase beiträgt. Solche Steuerkörper in Leistungsschaltern werden ferner in der CH 689 362 A5 und der EP 0 524 088 A1 beschrieben.

Bei den bekannten Ausgestaltungen ist zwar auf der einen Seite ein erhöhter Abbrand in der Hochstromphase gegeben, auf der anderen Seite erfolgt allerdings in nachteiliger Weise eine Abschattung des Lichtbogens im Ringspalt durch das Abbrandelement selbst, so dass in den Fällen, in denen der Lichtbogen nicht vollständig symmetrisch, an einer Undefinierten Stelle in dem Ringspalt angeordnet ist, ein nicht unerheblicher Teil des Löschgases keinen Bei- trag zur Kühlung des Lichtbogens leistet, wodurch das Ausschaltvermögen des Leistungsschalters negativ beeinträchtigt ist.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Abbrandelement bereitzustellen, durch welches das Ausschaltvermögen eines Leistungsschalters erhöht werden kann.

Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Ein erfindungsgemäßes Schaltelement umfassend einen Schaltkontakt und ein Abbrandelement ist Bestandteil von Patenanspruch 17. Ein erfindungsgemäßer Leistungsschalter ist Bestandteil von Patentanspruch 20. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil der abhängigen Ansprüche.

Das erfindungsgemäße Abbrandelement weist eine Einlagerungsausnehmung zur Einlagerung des Lichtbogens auf, die in Längsrichtung des Abbrand- elements verläuft und sich quer zur Längsrichtung des Abbrandelements durchgängig erstreckt. Mittels der Einlagerungsausnehmung im Abbrandelement kann der Lichtbogen den zumeist ringspaltförmigen Lichtbogenbereich verlassen, in dem er in die Einlagerungsausnehmung eintritt. Dadurch dass sich die Einlagerungsausnehmung quer zur Längsrichtung durchgängig er- streckt, kann der Lichtbogen insbesondere zur Mitte des Abbrandelements wandern, so dass er dann von mehreren Seiten aus gekühlt werden kann, wodurch der Anteil des zur Kühlung des Lichtbogens beitragenden Löschgases erhöht wird. Es hat sich nämlich gezeigt, dass während der Hochstromphase der Lichtbogen dazu neigt, mit möglichst großem Durchmesser zu brennen, so dass sich der Lichtbogen vornehmlich im Ringspalt ausbreitet. Hierdurch wird, wie im Stand der Technik bereits bekannt, erreicht, dass eine große Fläche an Ab- brandmaterial zur Erhöhung des Druckaufbaues zur Verfügung steht. Wäh- rend der Stromnulldurchgangsphase allerdings wird der Lichtbogen unter anderem aufgrund des Druckaufbaues in die Freiräume des Abbrandelements eingelagert, so dass er nunmehr von mehreren Seiten aus mit Löschgas kühlend beströmbar ist.

Das Abbrandelement kann aus einem nicht-leitfähigen Material bestehen, welches unter dem Einfluss eines Lichtbogens verdampfbar ist, beispielsweise aus PTFE. Das Abbrandelement kann derart ausgestaltet sein, dass es an der Stirnseite eines, insbesondere als Schaltstift ausgestalteten, Schaltkontakts anordbar ist.

Das Abbrandelement kann ferner eine im Wesentlichen zylindrische Grundform aufweisen, so dass es im Wesentlichen parallel zum Lichtbogen verlaufen kann.

Die Längsrichtung des Abbrandelements kann ferner parallel zur Mittelachse des Abbrandelements und/oder zum Lichtbogen verlaufen, wobei sich bei einer vorteilhaften Ausgestaltung die Einlagerungsausnehmung entlang der Mit- telachse des Abbrandelements erstreckt. Die Einlagerungsausnehmung kann somit im Zentrum des Abbrandelements verlaufen, so dass sich der Lichtbogen im Beblasungszeitpunkt im Bereich der Mittelachse des Abbrandelements aufhalten kann und somit gleichmäßig von mehreren Seiten aus gekühlt werden kann.

Die Einlagerungsausnehmung kann ferner radial zur Mittelachse des Abbrandelements verlaufen, so dass ein ungehindertes Einströmen von Löschgas zum Bereich der Mittelachse möglich ist, wobei die radialen Abschnitte als Blaskanäle wirken.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich die Einlage- rungsausnehmung in Längsrichtung im Wesentlichen über die gesamte Länge des Abbrandelements. Die Einlagerungsausnehmung kann zumindest an einer axialen Stirnfläche des Abbrandelements offen sein. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn das Abbrandelement an der Stirnseite eines Schaltstiftkontaktes angeordnet ist, da dann der Lichtbogen direkt im Bereich der Einla- gerungsausnehmung mit dem Schaltkontakt in Kontakt steht.

Eine besonders einfache Ausgestaltung eines Abbrandelements kann derart ausgebildet sein, dass es aus mehreren einzelnen voneinander getrennten Ab- brandkörpern besteht. Diese können fest mit dem Schaltkontakt in Verbindung gebracht werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines Abbrandelements sieht vor, dass die Einlagerungsausnehmung mindestens zwei insbesondere rechtwinklig zueinander angeordnete Einlagerungsbereiche aufweist. Hierdurch kann erreicht werden, dass der vorzugsweise sich im Zentrum des Abbrandelements aufhaltende Lichtbogen während der Stromnulldurchgangsphase im Beblasungszeit- punkt von vier Seiten aus beblasen wird.

Eine einfache Ausgestaltung eines Abbrandelements sieht vor, dass die Einla- gerungsausnehmung spalt- oder schlitzförmig ausgebildet ist. Hierbei kann nämlich die Einlagerungsausnehmung in einfacher Weise hergestellt werden, beispielsweise durch Fräsen eines Spaltes aus einem Vollkörper. Bei einer Aus- gestaltung mit nur einem Spalt wird der Lichtbogen von zwei Seiten aus bebla- sen. Um mehr Blaskanäle zu erhalten, können weitere Spalte in das Abbrand- element eingebracht werden, so dass die Einlagerungsausnehmung dann durch mehrere winklig zueinander angeordnete Spalte gebildet wird. Die Spalte kön- nen insbesondere im Bereich der Mittelachse miteinander in Verbindung stehen. Insgesamt kann sich somit eine sternförmige Anordnung der Spalte zueinander ergeben.

Um das Abbrandelement bei im Wesentlichen symmetrischen Lichtbogenberei- chen einzusetzen, kann auch das Abbrandelement in Querschnitt achsensymmetrisch ausgestaltet sein.

Eine erfindungsgemäßes Schaltelement weist einen Schaltkontakt auf, an dem ein bereits beschriebenes Abbrandelement angeordnet ist. Bevorzugt ist das Abbrandelement an einer Stirnseite des Schaltkontaktes angeordnet. Der

Schaltkontakt ist bevorzugt stiftförmig ausgestaltet und kann konzentrisch zur Mittelachse des Abbrandelements verlaufen. Das Abbrandelement kann ferner einen Durchmesser aufweisen, der geringer als der Durchmesser des Schaltkontaktes ist, so dass das Abbrandelement nicht mit dem zweiten Schaltkontakt kollidiert.

Ein erfindungsgemäßer Leistungsschalter weist ein bereits beschriebenes Schaltelement auf. Der Leistungsschalter kann einen zweiten insbesondere tulpenförmigen Schaltkontakt aufweisen, wobei der erste und der zweite Schaltkontakt im geschlossenen Zustand des Leistungsschalters miteinander in Kontakt sind, und wobei zum Öffnen des Leistungsschalters die Kontakte relativ zueinander in Richtung der Mittelachse des Abbrandelements voneinander weg bewegbar sind. Bevorzugt bewegt sich hierbei das Abbrandelement mit dem bewegbaren Schaltkontakt mit.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung befindet sich das Abbrandele- ment im geschlossenen Zustand des Leistungsschalters innerhalb des zweiten Schaltkontaktes. Hierdurch kann erreicht werden, dass sich das Abbrandelement während des Bewegens des ersten Schaltkontaktes zwischen den beiden Schaltkontakten und somit im Bereich der Lichtbogenzone befindet. Das Abbrandelement kann derart ausgestaltet sein, dass der Lichtbogen in der Stromnulldurchgangsphase im Bereich der Mittelachse des Abbrandelements angeordnet ist. Bevorzugt wird der Lichtbogenbereich, d.h. der Bereich in dem der Lichtbogen brennt, durch einen Ringspaltbereich und einen Einlagerungsbereich gebildet. Somit kann der Lichtbogen zunächst von dem Ringspaltbe- reich, wo möglichst viel Abbrandmaterial verdampft wird, in den Einlagerungsbereich des Abbrandelements übergehen, wo er von mehreren Seiten aus effektiv gekühlt werden kann.

Der Leistungsschalter kann einen Löschgasraum aufweisen, der über Öffnungen mit dem Lichtbogenbereich strömungsverbunden ist, wobei die Öffnungen der Einlagerungsausnehmung gegenüberliegen, so dass das Löschgas zum Kühlen des Lichtbogens in der Einlagerungsausnehmung von dem Löschgasraum möglichst ungehindert zum Lichtbogen gelangen kann. Zusätzlich zu der oben beschriebenen Einbringung von Abbrandelementen in den Lichtbogenbereich kann auch eine Modifikation des Löschgas- Strömungskanales, d.h. der Verbindung zwischen dem Löschgasraum und dem Lichtbogenbereich, vorgesehen werden, durch welche die Löschgasströmung während der Stromnulldurchgangsphase möglichst effektiv auf den Lichtbogen, der sich bevorzugt im Zentrum der Düsenanordnung befindet, einwirken kann. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Löschgasströmung an den zusätz- liehen Abbrandelementen vorbei auf den Lichtbogen geleitet wird. Somit kann verhindert werden, dass ein Teil der Löschgasströmung den Lichtbogenbereich verlässt, ohne zur Kühlung des Lichtbogens beizutragen.

Bevorzugt weist der Bereich des Abbrandelements, der während der Strom - nulldurchgangsphase einer Öffnung des Strömungskanals gegenüber liegt, einen größeren Durchmesser auf, so dass der Ringspaltbereich verkleinert ist. Hierdurch kann wiederum erreicht werden, dass das Löschgas verstärkt durch das Abbrandelement hindurch geführt wird und den Lichtbögen bebläst. Durch die Erfindung kann der Lichtbogen während der Hochstromphase sowohl an der Wand einer beispielsweise zylindrischen Düse als auch an den zusätzlichen Abbrandelementen einen Abbrand erzeugen, der insgesamt höher ist als der Abbrand bei Anordnungen mit entsprechender Düsen aber ohne zusätzliche Abbrandelemente. Somit kann ein höherer Druckaufbau im Lichtbogenbereich und im Druckvolumen erreicht werden. Wenn der sinusförmige Strom nach Durchlaufen seines Scheitelwertes abnimmt, tritt eine Strömungsumkehr ein. Das Löschgas kann dann aus dem Löschgasraum durch den Löschgas- Strömungskanal in den Lichtbogenbereich geleitet werden, wo es den Lichtbogen beblasen und kühlen kann. Hierbei kann sich während der Stromnulldurch- gangsphase der Lichtbogen an einer definierten Position insbesondere im Zentrum der Düsenanordnung und/oder des Abbrandelements befinden, so dass er durch eine effektive Beblasung zum Verlöschen gebracht werden kann. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Fig. 1 bis 13 beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Selbstblasschalter im Längsschnitt mit geschlossenen Schalt- kontakten;

Fig. 2 den Leistungsschalter nach Fig. 1 in der Hochstromphase;

Fig. 3 den Leistungsschalter nach Fig. 1 in der Stromnulldurchgangsphase; Fig. 4 den Lichtbogenbereich des Leistungsschalters nach Fig. 3 im Querschnitt;

Fig. 5 eine Simulation der Lichtbogenverteilung während der Hochstromphase gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine Simulation der Lichtbogenverteilung während der Stromnulldurchgangsphase gemäß Fig. 4;

Fig. 7 eine weitere Ausgestaltung eines Abbrandelements im Querschnitt; Fig. 8 ein Schaltelement gemäß Fig. 7 in einer perspektivischen Darstellung;

Fig. 9 einen Selbstblasschalter gemäß Fig. 3 während der Stromnulldurchgangsphase;

Fig. 10 den Lichtbogenbereich im Querschnitt gemäß der Schnittlinie A aus

Fig. 9;

Fig. 1 1 den Lichtbogenbereich im Querschnitt gemäß der Schnittlinie B aus

Fig. 9;

Fig. 12 den Leistungsschalter nach Fig. 3 im Längsschnitt; und

Fig. 13 den Lichtbogenbereich im Querschnitt gemäß der Schnittlinie AB aus

Fig. 12. Die Fig. 1 bis 3 zeigen in schematischer Darstellung einen Selbstblasschalter 1 in einer Längsschnittansicht. Der Leistungsschalter 1 , der im Wesentlichen um die Rotationsachse 5 symmetrisch aufgebaut ist, weist einen ersten Schaltkontakt 3 auf, der als Schaltstift ausgestaltet ist und der in dem in Fig. 1 gezeig- ten geschlossenen Zustand mit einem als Hohlzylinder tulpenförmig ausgestalteten zweiten Schaltkontakt 4 in Kontakt steht. An der Stirnseite 15 des Schaltstiftes 3 ist ein Abbrandelement 20 als Lichtbogensteuerelement angeordnet, welches im Querschnitt in Fig. 4 dargestellt ist. Während des geschlossenen Zustandes des Schalters 1 befindet sich das Abbrandelement 20 inner- halb des Schaltkontaktes 4.

Zum Öffnen des Leistungsschalters 1 kann der Schaltkontakt 3 zusammen mit dem Abbrandelement 20 entlang der Längsrichtung L des Abbrandelements 20 bewegt werden, wobei sich dann zwischen den Schaltkontakten 3 und 4 ein Lichtbogen 9 ausbildet.

In der Fig. 2 ist der Schalter 1 während der Hochstromphase dargestellt. Hierbei brennt ein Lichtbogen 9 zwischen den Kontakten 3 und 4, wobei um den Lichtbogen herum eine zylindrische Isolierstoffdüse 6 angeordnet ist, die aus einem Abbrandmaterial wie PTFE besteht. Der Lichtbogen 9 kann dieses Ab- brandmaterial der Isolierstoffdüse 6 verdampfen, so dass ein Gasdruck aufgebaut wird und eine Gasströmung durch den Löschgas-Strömungskanal 8 in ein Löschgasvolumen 7 einer Löschgaskammer 2 einströmt. In der in Fig. 3 gezeigten Stromnulldurchgangsphase kehrt sich diese Gasströmung aus dem Löschgasvolumen 7 um, so dass Löschgas durch den Löschgas- Strömungskanal 8 zum Lichtbogen 9 geführt wird und diesen abkühlt und somit zum Verlöschen bringt. Diese Stellung des Leistungsschalters 1 ist auch in der Fig. 12 und der Fig. 13, die einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie AB aus Fig. 12 zeigt, dargestellt. Das erfindungsgemäße Abbrandelement 20, welches aus einem nicht leitfähigen Material wie PTFE besteht, welches unter dem Einfluss eines Lichtbogens 9 verdampfbar ist, ist nun derart ausgestaltet, dass es zum einen während der Hochstromphase ein zusätzliches Abbrandmaterial bereitstellt, zugleich allerdings auch während der Stromnulldurchgangsphase die Kühlung des Lichtbo- gens durch das aus dem Löschgasvolumen 7 über den Löschkanal 8 herausströmende Kühlgas nicht wesentlich beeinträchtigt.

Aus diesem Grund besteht das Abbrandelement 20 welches im Wesentlichen zylinderförmig aufgebaut ist, aus vier einzelnen, voneinander getrennten Ab- brandkörpern 10 in Form von Viertelkreiszylindern, die in Schnitt in Fig. 4 dargestellt sind. Das Abbrandelement 20 wurde derart hergestellt, dass zwei senkrecht zueinander stehende, durchgängige Spalte 16 und 17 eingebracht wurden, die sich im Bereich der Mittelachse 5 des Abbrandelements 20 treffen. Durch die Spalte 16 und 17, die Einlagerungsbereiche darstellen, wird ei- ne Einlagerungsausnehmung 1 1 gebildet, in die der Lichtbogen 9 während der Stromnulldurchgangsphase eingelagert werden kann. Die Einlagerungsausnehmung 1 1 erstreckt sich über die gesamte Länge l und die gesamte Breite b des Abbrandelements 20. Die Spalte 16 und 17 stellen somit quer zur Längsrichtung L verlaufende Beblasungskanäle für den während der Stromnulldurch- gangsphase sich im Bereich der Mittelachse 5 befindenden Lichtbogens 9 dar. Wie in den Fig. 12 und 13 dargestellt, kann der Lichtbogen 9 somit von mehre- ren Seiten aus gekühlt und von mehreren Seiten aus in die Einlagerungsaus- nehmung 1 1 eingelagert werden.

Die Fig. 5 zeigt eine Simulation der Lichtbogenverteilung während der Hoch- stromphase, wobei hervorgehobene Bereiche eine höhere Lichtbogendichte darstellen. Der Lichtbogen verteilt sich während der Hochstromphase vornehmlich im Ringspaltbereich 12 und im mittleren Bereich 5 der Einlagerungs- ausnehmung 1 1 . Eine besondere Konzentration erfolgt hierbei in den vier Bereichen 13 des Ringspaltes 12, welche der Einlagerungsausnehmung 1 1 gegen- über liegen. Durch diese Verteilung des Lichtbogens 9 im Ringspalt 12 und im mittleren Bereich 5 des Abbrandelements 20 kommt der Lichtbogen mit einer hohen Menge an Abbrandmaterial in Verbindung, so dass ein entsprechend hoher Druckaufbau erreicht werden kann. Der Lichtbogenbereich 22 besteht somit aus dem Ringspaltbereich 12 und der Einlagerungsausnehmung 1 1 des Ab- brandelements 20.

Die Fig. 6 zeigt die gleiche Anordnung wie Fig. 5, wobei sich der Schalter 1 nunmehr in der Stromnulldurchgangsphase befindet. Durch die geringere Stromstärke und dem aus dem Kanal 8 herausströmenden Löschgas wird der Lichtbogen 9 in die Einlagerungsausnehmung 1 1 des Abbrandelements 20 bestehend aus den vier Abbrandkörpern 10 eingelagert und befindet sich im Wesentlichen im Bereich der Mittelachse 5 des Abbrandelements 20. Der Lichtbogen 9 verändert somit während des Schaltvorgangs seine Form. Durch die Spalte 16 und 17 kann das Löschgas nunmehr den Lichtbogen 9 von mehreren Sei- ten aus effektiv kühlen. Dies wird dadurch unterstützt, dass die Öffnung 21 des Löschgas-Strömungskanales 8 einer Öffnung der Einlagerungsausnehmung 1 1 gegenüber liegt. Die Fig. 7 und 8 zeigen eine weitere Ausgestaltung eines Abbrandelements 30 in einer ansonsten gegenüber den Fig. 1 bis 6 unveränderten Anordnung eines Selbstblasschalters 1 . Das Abbrandelement 30 weist gemäß Fig. 7 gegenüber dem Abbrandelement 20 aus den Fig. 1 bis 6 nunmehr nur noch einen Spalt auf, der die Einlagerungsausnehmung 1 1 bildet. Das Abbrandelement 30 besteht somit aus zwei voneinander getrennten, halbzylindrischen Abbrandkör- pern 14, die zusammen eine zylindrische Grundform des Abbrandelements 30 bilden. Der Spalt 1 1 erstreckt sich über die gesamte Länge l in Längsrichtung L und über die gesamte Breite b des Abbrandelements 30. Die Einlagerungsöff- nung 1 1 erstreckt sich somit durchgängig quer zu Längsrichtung L von der einen Seite zur anderen Seite des Abbrandelements 30.

Auch bei dieser Ausgestaltung des Abbrandelements 30 befindet sich der Lichtbogen 9 während der Hochstromphase im Wesentlichen im Bereich des Ringspaltes 12, wobei er während der Stromnulldurchgangsphase in das Abbrandelement 30 in die Einlagerungsausnehmung 1 1 eingelagert wird und dann von zwei Seiten aus mit Löschgas gekühlt werden kann.

Die Fig. 8 zeigt ein Schaltelement 24, welches das Abbrandelement 30 und die Stiftelektrode 3 umfasst. Das Abbrandelement 30 ist hierbei konzentrisch zum Schaltstift 3 an dessen Stirnseite 15 angeordnet, wobei der Durchmesser des Abbrandelements 30 geringer als der Durchmesser des Schaltstiftes 3 ist. Die Einlagerungsausnehmung 1 1 ist zudem zu beiden Stirnseiten 18 und 19 hin offen. Die Einlagerungsausnehmung 1 1 erstreckt sich quer zur Längsrichtung l durchgängig über die gesamte Breite b des Abbrandelements 30. Die Anzahl der Spalte im erfindungsgemäßen Abbrandelement ist nicht begrenzt. Es können beliebig viele Abbrandkörper auch in ungerader Anzahl vorgesehen werden, so dass sich eine stangenkäfigförmige Ausgestaltung des Ab- brandelements ergeben kann, bei der der mittlere Bereich des Abbrandele- ments einen Freiraum aufweist und die Abbrandkörper die in Längsrichtung verlaufenden Käfigstangen darstellen.

Mit den Fig. 9 bis 1 1 wird eine besondere Ausgestaltung eines Abbrandele- ments 40 beschrieben, welches in Längsrichtung L einen inkonstanten Durch- messer b aufweist. Dies ist in Fig. 9, welche Fig. 3 entspricht, nicht dargestellt, sie dient lediglich zur Verdeutlichung der Schnittlinien A und B, wobei die entsprechenden Querschnitte in den Fig. 10 und 1 1 dargestellt sind.

An der Stelle B (Fig. 1 1 ) weist das Abbrandelement 40 den gleichen Quer- schnitt wie das Abbrandelement 20 auf (vgl. Fig. 4). An der Stelle A allerdings (Fig. 10) weist das Abbrandelement 40 einen größeren Durchmesser auf, so dass der Ringspalt 12 wesentlich verkleinert ist. Die Gasströmung (Pfeil), die aus dem Druckkanal 8 herausströmt, kann nunmehr während der Stromnull- durchgangsphase nicht durch den Ringspalt 12 in das Auspuffvolumen 25 ent- weichen, sondern muss durch die Spalte der Einlagerungsausnehmung 1 1 , in der sich der Lichtbogen 9 befindet strömen, so dass ein wesentlich höherer Anteil an Löschgas zur Kühlung des Lichtbogens 9 beiträgt.

Durch die Erfindung kann somit das Ausschaltvermögen von Leistungsschaltern verbessert werden. Mittels des Abbrandelements kann während der Hochstromphase ein hoher Druckaufbau erreicht werden. Während der Stromnull- durchgangsphase kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Abbran- delements sichergestellt werden, dass der Lichtbogen sich an einer definierten Position, vorzugsweise im Zentrum des Abbrandelements, befindet und mindestens zwei Seiten aus zu Kühlung mit Löschgas beblasen und somit zum Verlöschen gebracht werden kann.

Bezugszeichen:

1 Leistungsschalter

2 Löschgaskammer

3 erster Schaltkontakt

4 zweiter Schaltkontakt

5 Mittelachse

6 Isolierstoffdüse

7 Löschgasvolumen

8 Löschgaskanal

9 Lichtbogen

10 Abbrandkörper

11 Einlagerungsausnehmung

12 Ringspalt

13 Ringspaltbereich

14 Abbrandkörper

15 Stirnseite des ersten Schaltkontakts

16 Spalt

17 Spalt

18 Stirnfläche des Abbrandelements

19 Stirnfläche des Abbrandelements

20 Abbrandelement

21 Öffnung des Löschgas-Strömungskanals

22 Lichtbogenbereich

24 Schaltelement

25 Auspuffvolumen

30 Abbrandelement

40 Abbrandelement L Längsrichtung des Abbrandelements l Länge des Abbrandelements b Breite des Abbrandelements

Claims

Patentansprüche:

1 . Abbrandelement zur Anordnung an einem Schaltkontakt (3) eines Leistungsschalters (1 ), insbesondere eines Selbstblasschalters, bei dem während des Schaltens ein Lichtbogen (9) zwischen dem Schaltkontakt (3) und einem zweiten Schaltkontakt (4) brennt, g e k e n n z e i c h n e t d u rc h eine Einlagerungsausnehmung (1 1 ) zur Einlagerung des Lichtbogens (9), die in Längsrichtung (L) des Abbrandelements (20, 30, 40) verläuft und sich quer zur Längsrichtung (L) des Abbrandelements (20, 30) durchgängig erstreckt.

2. Abbrandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus nicht leitfähigem Material besteht, welches unter dem Einfluss eines Lichtbogens (9) verdampfbar ist.

3. Abbrandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es an der Stirnseite (15) eines, insbesondere als Schaltstift ausgestalteten, Schaltkontakts (3) anordbar ist.

4. Abbrandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine im Wesentlichen zylindrische Grundform aufweist.

5. Abbrandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Längsrichtung (L) parallel zu dessen Mittelachse (5) erstreckt.

6. Abbrandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Einlagerungsausnehmung (1 1 ) entlang der Mittelachse (5) des Abbrandelements (20, 30, 40) erstreckt.

7. Abbrandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlagerungsausnehmung (1 1 ) radial zur Mittelachse (5) des Abbrandelements (20, 30, 40) verläuft.

8. Abbrandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Einlagerungsausnehmung (1 1 ) in Längsrichtung (L) im Wesentlichen über die gesamte Länge (l) des Abbrandelements (20, 30) erstreckt.

9. Abbrandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlagerungsausnehmung (1 1 ) zu mindestens einer axialen Stirnfläche (18) des Abbrandelements (20, 30, 40) hin offen ist.

10. Abbrandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbrandelement (20, 30, 40) aus mehreren einzelnen voneinander getrennten Abbrandkörpern (10, 14) besteht.

1 1 . Abbrandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlagerungsausnehmung (1 1 ) mindestens zwei, rechtwinklig zueinander angeordnete Einlagerungsbereiche (16,

17) aufweist.

12. Abbrandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlagerungsausnehmung (1 1 ) spaltförmig ausgestaltet ist.

13. Abbrandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlagerungsausnehmung (1 1 ) durch mehrere, winklig zueinander angeordnete Spalte (16, 17) gebildet wird.

14. Abbrandelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalte (16, 17) im Bereich der Mittelachse (5) miteinander in Verbindung stehen.

1 5. Abbrandelement nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalte (16, 17) sternförmig zueinander angeordnet sind.

16. Abbrandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es im Querschnitt achsensymmetrisch ausgestaltet ist.

17. Schaltelement für einen Leistungsschalter (1 ), insbesondere Selbstblasschalter, gekennzeichnet durch einen Schaltkontakt (3) und ein Abbrandelement (20, 30, 40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

18. Schaltelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbrandelement (20, 30, 40) an einer Stirnseite (1 5) des Schaltkontakts (3) angeordnet ist.

19. Schaltelement nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkontakt (3) stiftförmig ausgestaltet ist und konzentrisch zur Mittelachse (5) des Abbrandelements (20, 30, 40) verläuft.

20. Leistungsschalter, insbesondere Selbstblasschalter, gekennzeichnet durch ein Schaltelement (24) nach einem der Ansprüche 17 bis 19.

21 . Leistungsschalter nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch einen zweiten, insbesondere tulpenförmigen Schaltkontakt (4), wobei der erste und der zweite Schaltkontakt (3, 4) im geschlossenen Zustand des Leistungsschalters (1 ) miteinander in Kontakt sind und zum Öffnen des Leistungsschalter (1 ) in Richtung der Mittelachse (5) des Abbrandelements (20, 30, 40) voneinander weg bewegbar sind.

22. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 20 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass sich das Abbrandelement (20, 30, 40) mit dem bewegbaren Schaltkontakt (3) mitbewegt.

23. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekenn- zeichnet, dass sich das Abbrandelement (20, 30, 40) im geschlossenen

Zustand des Leistungsschalters (1 ) innerhalb des zweiten Schaltkontakts (4) befindet.

24. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Abbrandelement (20, 30, 40) derart ausgestaltet ist, dass der Lichtbogen (9) in der Stromnulldurchgangsphase im Bereich von dessen Mittelachse (5) angeordnet ist.

25. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogenbereich (22) einen Ringspaltbereich (12) und einen Einlagerungsbereich (1 1 ) umfasst.

26. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 20 bis 26, gekennzeichnet durch einen Löschgasraum (7), der über Öffnungen (21 ) mit dem Lichtbogenbereich (22) strömungsverbunden ist, wobei die Öffnungen (21 ) der Einlagerungsausnehmung (1 1 ) gegenüberliegen.

27. Leistungsschalter nach Anspruch 25 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Abbrandelements (40), der während der Strom- nulldurchgangsphase einer Öffnung (21 ) gegenüber liegt, einen größeren Durchmesser aufweist, so dass der Ringspaltbereich (21 ) verkleinert ist.

28. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen (9) in der Stromnulldurchgangsphase von mehreren Seiten aus beströmbar ist.