WO2011141321A1 - Druckgas-leistungsschalter - Google Patents

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WO2011141321A1
WO2011141321A1 PCT/EP2011/057010 EP2011057010W WO2011141321A1 WO 2011141321 A1 WO2011141321 A1 WO 2011141321A1 EP 2011057010 W EP2011057010 W EP 2011057010W WO 2011141321 A1 WO2011141321 A1 WO 2011141321A1
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volume
circuit breaker
contact piece
arc
hot gas
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PCT/EP2011/057010
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Radu-Marian Cernat
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H33/91—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism the arc-extinguishing fluid being air or gas
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    • 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
    • H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H2033/908—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism using valves for regulating communication between, e.g. arc space, hot volume, compression volume, surrounding volume

Definitions

  • the invention relates to a compressed gas power switch ⁇ with an arranged between a first contact piece and a second contact piece arc zone, which is connected via a feed channel with a hot gas storage volume and the hot gas storage volume in turn with a volume variable compression volume via a
  • Overflow channel is connected, as well as having a at least one outlet opening, the compression volume limiting wall.
  • a compressed gas circuit breaker is described for example in the utility model DE 200 15 563 Ul.
  • the local compressed gas circuit breaker has a first and a second contact piece, between which extends an arc zone. Within the arc zone, the guidance of an arc is provided.
  • the arc zone in turn is connected via a supply duct with a H fabricatgasspei ⁇ storage volume, which adjoins a variable-volume compression volume to the Hndgas appointedvolu ⁇ men.
  • Hot gas storage volume and compression volume are interconnected via an overflow channel.
  • a discharge opening is arranged in a wall bounding the compression volume.
  • the hot gas storage volume is provided to receive hot gas generated during a shift. In Depending ⁇ ness of the switching process this amount of gas can vary. It may happen that as much hot gas is introduced into the hot gas storage volume that the pressure in the interior of the hot gas storage volume increases greatly.
  • the in compression sion volume provided discharge opening is closed by a pressure relief valve. Upon reaching a certain pressure in the compression volume, the discharge opening is released.
  • the arranged at the outlet pressure relief valve is mechanically but also thermally loaded, which can cause wear on the pressure relief valve. As a result, revisions must be made regularly at the outflow opening and the overpressure valve located there must be serviced or replaced.
  • the object is achieved in a compressed gas Leis ⁇ circuit breaker of the type mentioned in that the outflow opening is permanently open at least in the contacted state of the contacts.
  • Compressed gas circuit breakers are electrical switching devices that serve to interrupt currents.
  • a circuit breaker is capable of both nominal currents and fault currents such as short-circuit current, reliable repeatedly breaking under ⁇ .
  • Compressed gas circuit breakers have a sub-breaker unit which serves to guide and position the contact pieces.
  • the interrupter unit is flushed and flooded by an electrically insulating gas (insulating gas), which is under an increased pressure (compressed gas). Increasing the pressure will increase the insulation resistance of the gas increases so that diverging electrical potentials are reliably isolated from each other in a small space by the pressurized insulating gas.
  • Compressed gas power switches have an encapsulating housing, within which the interrupter unit is positioned.
  • the interior of the encapsulating housing is filled with the pressurized insulating gas under pressure.
  • the pressure of the Isolierga ⁇ ses is higher than the pressure of the surrounding the encapsulating medium and, for example, a plurality of bar gene betra-.
  • the electrically insulating gas in particular sulfur hexafluoride has proved advantageous. It may vary ⁇ but also other suitable electrically insulating gas such as nitrogen or mixtures comprising nitrogen and / or sulfur hexafluoride have etc., are used.
  • a compressed gas circuit breaker has at least a first and a second contact piece, between which an arc zone is arranged ⁇ .
  • the two contact pieces may for example be designed as arc contact pieces, which
  • Arcing contact pieces are in this case designed such that they occur at a ⁇ A shift in time before the rated current contact pieces with each other in galvanic contact. Conversely, in a turn-off operation, the arcing contact pieces are longer in galvanic contact than the rated current contact pieces. Thus, the arc contact pieces act in a leading-in at a switch-on and lagging at a turn-off against the associated electrically parallel-connected rated current contact pieces. By such a configuration, it is possible to connect an arc between the arc lamps. so that the arcing contact pieces protect the rated current contact pieces from erosion and guide and guide the arc.
  • the rated current contact pieces are optimized in terms of their electrical load-bearing capacity, whereas the Lichtbo ⁇ genutton publishede can be optimized in terms of erosion resistance against ⁇ over the thermal effects of the arc.
  • the contacts can also take both the arc guide and the nominal current. This construction is particularly advantageous in low-cost switching devices to which only limited demands are made in terms of switching capacity.
  • the contact pieces are configured as separate arcing contact pieces and sepa ⁇ rate rated current contact pieces or as a combination of light and nominal arc contact pieces, it should be provided that in a switching operation, a relative movement of the contact pieces to each other. At least one of the contact pieces is movably mounted with respect to the other contact ⁇ piece.
  • both arcing contact pieces are movably mounted, so that the contact separation speed can be increased in a switch-off or the contacting speed at a power-up in a simple manner.
  • arcing may occur as the two contact pieces approach each other. Between the contact pieces can occur arcing within the arc zone. The thermal effects occurring cause heating of the insulating gas located within the arc zone. This insulating gas is heated and thereby expanded and migrated. turns into so-called hot switching gas or hot gas. The hot gas should be removed from the arc zone and ge ⁇ cooled or cached . In a ⁇ A shift a galvanic contact between the two con- tact pieces is the end of the switch-on operation is provided so that possibly occurring pre blows extinguish automatically.
  • Arc zone first on an arc on.
  • Single ⁇ Lich in particular short moments, ie, at moments in which, for example, in a swinging of the current or voltage, for example in an AC system, the current just performs a current zero crossing and the contact separation takes place, only a small or no arc occurs , Often, however, it is so that a separation of the contact pieces takes place at any time, to which usually no natural extinction of the current takes place.
  • Just present vibration states are then usually irrelevant.
  • a burning arc often occurs during a switch-off event.
  • the burning in the arc zone arc expands the left around it electrically insulating gas and eroded also further components of the pressure-gas power scarf ⁇ ters located in the approximation ren environment.
  • a plasma cloud of heated electrically isolated gas and vaporized materials such as plastics or metals is formed.
  • this plasma cloud is to be challenged from the arc zone as quickly as possible.
  • converted from the light ⁇ arc-heated and hot gas electrically isolie ⁇ rendes gas via the feed channel is directed into the hot gas storage volume.
  • a Iso ⁇ lierstoffdüse serving a guidance and steering, limiting the burning arc, wherein a channel, for example a nozzle throat, the nozzle is insulating ⁇ verdämmbar by means of a contact piece.
  • a channel for example a nozzle throat
  • the nozzle is insulating ⁇ verdämmbar by means of a contact piece.
  • a volumenver Sli ⁇ ches compression volume is provided which is caused by mechanical compression of insulating gas within the lumens Kompressionsvo ⁇ a pressure increase.
  • the gases contained in the compression volume and in the hot gas storage volume can correspond to one another, so that, for example, mixing of gas stored in the compression volume can take place with the gas present in the hot gas storage volume.
  • Compressed gas circuit breakers can be used to switch currents of any size up to short-circuit currents.
  • a circuit breaker must reliably switch off a rated current as well as a short-circuit current.
  • the current flowing through the circuit breaker is only a fraction of the rated current.
  • Each of these currents must be switched off reliably.
  • the circuit breaker for each switching event must generate for the rinsing of a disconnection arc a sufficient amount of gas pressure-elevated. At low currents, no above-average pressure build-up in the hot gas volume is to be expected.
  • the arc in the occurrence of nominal currents or short-circuit currents, however, the arc can achieve such intensity that Berstgrenzen the hot gas storage volume or the compres sion ⁇ volume can be achieved. In this case, it is necessary that an outflow of surplus gas components is made possible via the outflow opening, so that a limitation of the pressure built up in the hot gas volume or in the compression volume is ensured. If it is now envisaged that the outflow opening is permanently open at least in the contacted state of the contact piece, an exchange of gas quantities between the interior of the compression volume and the adjoining areas of the interrupter unit or the interior of the encapsulation housing is permanently provided. Thus, a constant back and forth flow of gas can take place.
  • the compression volume is connected at this time in each case via the discharge opening with the surrounding areas.
  • the compression volume is connected at this time in each case via the discharge opening with the surrounding areas.
  • an undesired "pre-charging" of Kom ⁇ pressionsvolumens be prevented with a pre-compression.
  • the outflow openings are bre ⁇ Hestens closed at the time, which takes place in a galvanic separation of the contact pieces, ie, closure of the outlet opening is accompanied by a possible ignition of an electric arc. It can also be provided that a closure of the discharge opening takes place at the time in which a release of the feed channel takes place, ie, the time at which a return flow of previously expanded and stored in the hot gas storage volume hot gas begins. With the release of the feed channel, the hot Gas storage volume to be discharged and thus the outflow opening may also be subject to a closure at this time.
  • the Ab ⁇ flow orifice is permanently open.
  • a discharge opening is provided in a wall of the compression volume, which is independent of the relative position of the contact pieces to each other permanently an opening in the wall of the compression volume.
  • the hot gas storage volume and the compression volume can communicate with each other via an overflow channel. Via the overflow channel, it is thus possible to allow gas volumes to pass from one volume to the other volume. With an arrangement of the discharge opening in the compression volume, overpressure protection of the upstream hot gas storage volume can be granted via the discharge opening within the compression volume.
  • a stroke of the volume variable compression volume is due to the mechanical design of the compressed gas circuit breaker set. Regardless of the amount of the current to be interrupted, the same compression pressure in the compres sion ⁇ volume is always produced mechanically due to the change in volume. However, the hot gas storage volume is more or less filled with hot gas in proportion to the power of the current to be cut off and the burning arc. Currents ge ⁇ ringer power cause only a small charge of hot gas storage volume. Currents corresponding larger
  • a further advantageous embodiment can provide that in the course of the overflow a differential pressure controlled valve is arranged.
  • a differential-pressure-controlled valve By using a differential-pressure-controlled valve, it is initially possible to let the switching gas pre-stored in the hot gas storage volume, which have a correspondingly higher pressure than the insulating gases compressed in the compression volume, escape via the feed duct into the arc zone. Due to the pressure difference, an overflow of compressed insulating gas from the compression volume is prevented in the hot gas storage volume and then via the feed channel into the arc zone.
  • a corresponding valve assembly can be arranged on the overflow channel, which releases or blocks the channel as a function of the pressure difference in the hot gas storage volume and in the compression volume. Furthermore, it can be advantageously provided that the flow resistance of the permeable overflow channel is smaller than or equal to the flow resistance of the opened outflow opening.
  • the compression volume is limited by a piston movable relative to the wall, wherein the outflow opening is temporarily closed by the piston.
  • the compression volume is a mechanical compression device, which compresses due to a volume change in the interior befindliches insulating gas and increases in pressure.
  • the compression volume has a relative to a wall movable piston. If one now uses the stroke of the piston relative to the wall, it is possible to remotely control the outflow opening. Thus, it is possible to synchronize the time ⁇ point of closing the outflow opening with respect to the time of contact separation or the release of the feeder ⁇ channel or to a certain contact distance, etc. For this purpose, a movement of the piston can be synchronized with one another via a corresponding gear arrangement with the relative movement of the contact pieces.
  • a path control has the further advantage that the outflow opening are dammed by otherwise necessary assemblies. This prevents additional valves or the like and provides a robust construction.
  • the Wan ⁇ dung is a circular-cylindrical jacket surface of the Kompressionsvo ⁇ lumens.
  • the compression volume may for example have a lateral surface of a circular cylinder.
  • a corresponding shape-complementary piston is movable, which is displaceable in the longitudinal axis of the cylinder axis of the circular cylindrical lateral surface.
  • the wall is a piston opposite in the direction of movement end face of the compression volume.
  • An end wall for receiving the discharge opening it allows to keep the discharge opening permanently, regardless of the position of the compression piston of the compression device in the compression device open and thus always a way to provide a relaxation of the compressed inside the compression volume electrically insulating gas to enable.
  • the outflow opening it is possible for the outflow opening to provide an opening for the outflow of compressed electrically insulating gas from the compression volume even when the end position, ie, the position in which maximum compression is to be expected, is reached.
  • Figure 1 shows a section through a compressed gas circuit breaker ter ⁇ ter in a first embodiment in ⁇ section
  • Figure 2 shows a section through a compressed gas circuit breaker ⁇ ter in a second embodiment
  • Figure 3 shows a section through a compressed gas power scarf ⁇ ter in a third embodiment in Aus ⁇ section .
  • the compressed gas circuit breaker has an encapsulating housing 1.
  • the encapsulating housing 1 is present in a substantially tubular configuration and aligned coaxially with respect to an axis of symmetry 2.
  • the encapsulating housing 1 is shown as consisting of an insulating material. However, it can also be provided that the encapsulating housing 1 is designed to be electrically conductive.
  • an interrupter unit of the compressed gas circuit breaker is arranged in the interior of the encapsulating housing 1.
  • the breaker ⁇ unit is aligned substantially coaxially to the axis of symmetry 2.
  • the interrupter unit supported directly on to the Kapselungsge ⁇ housing, with electrical connection points 3a, 3b fluid-tight manner through the encapsulating housing 1 are passed.
  • the cape ⁇ selungsgephaseouse 1 closes the interrupter unit completely and provides a gas-tight barrier.
  • the connection points 3a, 3b are correspondingly electrically isolated by an electrical passed conductive encapsulating. For this example, outdoor bushings can be used.
  • the connection points 3a, 3b penetrate the barrier of the Kapse ⁇ lung housing, however, regardless of its construction, fluid-tight.
  • One embodiment of a compressed gas circuit breaker with an electrically insulating encapsulating housing 1 is referred to as a live tank pressurized gas circuit breaker.
  • dead-tank pressure gas circuit breaker electrically conductive encapsulating
  • Such encapsulating can consist for example of a metallic Mate ⁇ rial, which leads to ground potential.
  • the interior of the encapsulating housing 1 is filled with an electrically insulating gas.
  • the electrically insulating gas is provided with a higher pressure than the medium surrounding the encapsulating housing 1.
  • the electrically insulating gas is sulfur hexafluoride, for example, nitrogen or a ande ⁇ res suitable gas.
  • the electrically insulating gas flows through the entire interior of the encapsulating housing 1.
  • the housing 1 Kapselungsge ⁇ acts as a gas-tight barrier.
  • the trapped inside the housing 1 Kapse ⁇ lung insulating gas may comprise a plurality of bar overpressure and flooded and flows through all the modules located within the capsule housing. 1 As such, it also flows through the components of the breaker ⁇ unit.
  • the interrupter unit has a first contact ⁇ piece 4 and a second contact piece 5.
  • the first con- contact piece 4 and the second contact piece 5 are along the symmetry axis 2 relative to each other movable.
  • the first contact piece 4 is designed to be stationary in the present case, while the second contact piece 5 is displaceable along the symmetry axis 2 relative to the encapsulation housing 1. It may, depending ⁇ but also be provided that in the reverse manner, the first movable contact piece 4 and the second contact piece 5 as the stationary contact or both contact pieces 4, 5 are made movable.
  • the first contact piece 4 is designed bolt-shaped, whereas the second contact piece 5 is formed opposite sleeve-like.
  • the first contact piece 4 is coaxially surrounded by a first rated current contact piece 6.
  • the first rated current contact piece 6 and the first contact piece 4 are electrically conductively connected to each other, so that the first contact piece 4 and the first rated current contact piece 6 always carry the same electrical potential.
  • the second contact piece 5 is surrounded by a second rated current contact piece 7. Also, the second contact piece 5 is electrically connected to the second rated current contact piece 7, so that the second rated current contact piece 7 and the second contact piece 5 always lead the same ⁇ che electrical potential.
  • the first rated current contact piece 6 with respect to the encapsulating 1 is mounted stationary.
  • the second contact piece 5 and the second rated current contact piece 7 are rigidly connected to each other via their electrically conductive connection, so that a relative movement of the second contact piece 5 with respect to the first contact piece 4 just ⁇ if a relative movement of the second rated current contact piece 7 with respect to the first rated current contact piece. 6 entails.
  • the first rated current contact piece 6 is designed socket-shaped, so that in the socket-shaped recess of the first rated current contact piece 6, the second rated current contact piece 7 is retractable and contactable.
  • first rated current contact piece 6 is movable relative to the encapsulating housing 1 and the second rated current contact piece 7 is designed to be stationary relative to the encapsulating housing 1. It can also be provided that both the first rated current contact piece 6 and the second rated current contact piece 7 are movable relative to the encapsulating housing.
  • a selection of the mobility or location variability of the two contact pieces 4, 5 or the two rated current contact pieces 6, 7 can be made as required. By a movement in each case both contact pieces 4, 5 or both rated current contact pieces 6, 7, which should take place in each case with opposite sense of direction, the contact separation speed can be increased at a turn-off or contacting speed at a power-up.
  • the second rated current contact piece 6 On the first rated current contact piece 6, which is mounted stationary relative to the capsule housing 1, the first to ⁇ connection point 3a is contacted by electrically conductive.
  • the second rated current contact piece 6 is provided with a circular cylindrical outer circumferential surface and projects into a guide sleeve 8.
  • the guide sleeve 8 is fixedly mounted to the housing 1 Kapselungsge ⁇ .
  • the second rated current contact piece 7 is displaceable along the symmetry axis 2 in the guide sleeve 8.
  • the two rated current contact pieces 6, 7 serve as Nenn ⁇ current path, which is designed as low impedance as possible, so that the contact resistance within the breaker ⁇ unit of the compressed gas circuit breaker is minimized.
  • the two contact pieces 4, 5 act as arcing contact pieces. In a turn-off, the rated current contact pieces 6, 7 are first separated. A current flow is communicated to the contact pieces 4, 5 that are still closed. After the contact pieces 4, 5 have been disconnected, an arc can be ignited. The arc is guided on the contact pieces 4, 5. Therefore, the two contact pieces 4, 5 are designed for a high erosion resistance and
  • the second contact piece 5 with its sleeve-shaped form is provided at its end facing the first contact piece 4 with a plurality of elastically deformable contact fingers.
  • the contact fingers sit on a drive tube 9 on the front side.
  • the drive tube 9 is aligned coaxially with the axis of symmetry 2 and displaceable along the symmetry axis 2.
  • a Isolierstoffdüse 10 is arranged at the second rated current contact piece 7 .
  • the insulating material 10 is formed rotationssym ⁇ metric and out to the symmetry axis 2 ⁇ oriented coaxially.
  • the insulating material nozzle 10 is connected at an angle to the second rated current contact piece 7 and, accordingly, can be moved along with a movement of the second rated current contact piece 7.
  • the Isolierstoffdüse 10 surrounds the contact fingers of the second contact piece 5 and projects beyond this in the direction of the first contact piece 4.
  • the insulating material 10 has a Nozzle throat 11, which frontally extends in front of a Buch ⁇ senö réelle the second contact piece 5.
  • the SI ⁇ senengstelle 11 is a cylindrical Ausneh ⁇ mung substantially, which is coaxial to the symmetry axis. 2
  • the cross-section of the nozzle constriction 11 in this case corresponds to the cross section of the first contact piece ⁇ 4, wherein the cross section of the nozzle throat 11 is slightly larger than the cross section of the first contact piece.
  • a premature contact of the two contact pieces 4, 5 before contacting the two rated current contact pieces 6, 7 is provided.
  • a separation of the two rated current contact pieces 6, 7 is provided before disconnecting the contact pieces 4, 5, ie, the contact pieces 4, 5 are compared to the rated current contact pieces 6, 7 configured as lagging.
  • the arc zone extends between the two contact pieces ⁇ 4, 5 and around the two contact pieces 4, 5 around. In the present case, the arc zone can also be found inside the nozzle throat 11 of the insulating nozzle 10.
  • the light ⁇ arc zone is connected via a supply duct 13 having a storage volume H
  • Heinrichstoffdüse 10 the feed channel 13 extends through the Isolierstoffdüse 10. It can be provided that the feed channel 13 in the manner of an annular channel the Insulated material nozzle 10 passes through and divides the insulating material nozzle 10 into an inner and an outer section. However, it can also be provided that one or more channels penetrate a wall of the insulating material nozzle 10 and open into the nozzle throat 11.
  • the hot gas storage volume 14 extends coaxially with the axis of symmetry 2 and has a substantially ring-cylindrical character.
  • the hot gas storage volume 14 extends coaxially to the symmetry axis 2 and lies on the circumference of the second contact piece 5 and is bounded by the second rated current contact piece 7.
  • the hot gas storage volume 14 is formed in the manner of a ring which is penetrated by the drive tube 9 and in turn is limited in the radial direction of the second rated current contact piece 7.
  • the hot gas storage volume 14 is also delimited by the insulating material nozzle 10.
  • the hot gas storage volume 14 is also delimited by the insulating material nozzle 10.
  • an overflow channel 16 is arranged.
  • the overflow channel 16 is implemented by a plurality of the separating wall 15 lying ⁇ bores, wherein the bores are parallel to the axis of symmetry. 2
  • the overflow channel 16 can be closed by means of a differential-pressure-controlled valve, in particular a one-way valve 17.
  • the partition wall 15 is designed as a piston, which is ⁇ inside the guide sleeve 8 along the symmetry axis 2 displaceable ⁇ bar.
  • the piston limits a volume- variable compression volume 18.
  • the piston receives the hot gas storage volume 14 in its interior.
  • the compression volume 18 extends from the arc zone in the direction of the axis of symmetry 2 behind the hot gas storage volume 14.
  • the compression volume 18, similar to the hot gas storage volume 14 has a hollow cylindrical shape, wherein a shell-side limitation of the compression volume 18 is given by the guide sleeve 8.
  • An inner shell-side limiter ⁇ tion of the compression volume 18 is given by the drive tube 9.
  • the partition wall 15 and the drive tube 9 are connected with each other in an angularly stable manner.
  • the partition wall 15 forms a movable frontal boundary of the compression volume 18. Furthermore, the compression volume 18 has a stationary end wall 19. The fixed end wall 19 is rigidly connected to the guide sleeve 8. The stationary end wall 19 is penetrated by the drive tube 9 and the drive tube 9 is movable relative to the stationary end wall 19.
  • a plurality of outflow openings 20a, 20b, 20c, 20d are arranged in a wall of the guide sleeve 8 . The positions of the discharge openings 20a, 20b, 20c, 20d can be selected in the wall of the guide sleeve 8 may be ⁇ example.
  • the number of outflow openings 20a, 20b, 20c, 20d is variable.
  • the Strö ⁇ flow resistance of the outflow openings 20a, 20b, 20c, 20d is greater than the flow resistance of the unsealed from the valve 17 overflow channel in sum 16.
  • Figure 1 is the position of the Abströmöff ⁇ calculations 20a, 20b, 20c, 20d chosen such that the first of the outflow openings 20a, 20b, 20c, 20d are dammed in the course of a ⁇ switching operation, when the first contact piece 4, the nozzle throat 11 has just released.
  • outflow openings 20a, 20b, 20c, 20d Because of the succession of several outflow openings 20a, 20b, 20c, 20d arranged axially one behind the other, a step-like reduction of the cross-section provided by the plurality of outflow openings 20a, 20b, 20c, 20d takes place. This results in a step-like increase in the total flow resistance of the outflow openings 20a, 20b, 20c, 20d.
  • the position of the outflow openings 20a, 20b, 20c, 20d is selected such that during a relative movement of the second rated current contact piece 7 within the guide sleeve 8, the rated current contact piece 7 or the piston / the partition wall 15 in front of the outflow openings 20a, 20b, 20c, 20d pushes.
  • the drive tube 9 is moved along the symmetry axis 2 by means of a drive device in such a way that the second contact piece 5 coupled thereto and the second rated current contact piece 7 are moved in the direction of the corresponding first contact piece 4 or the corresponding first rated current contact piece 6. In this way, the first contact piece 4 dips into the nozzle throat 11 of the insulating material 10. In one ranging from ⁇ approximation of spatially leading contact pieces 4, 5 may occur to the formation of a so-called pre-shock. With a galvanic contacting of the two contact pieces 4, 5 expires the rollover.
  • the Düsenengstelle 11 is further dammed by the first contact ⁇ piece 4 even after a separation of the two contact pieces 4, 5.
  • a burner nender between the contact pieces 4, 5 arc transfers to the arc zone thermal energy Ener ⁇ and heated there befindettess electrically insulating gas and heated to this switching gas or hot gas. Furthermore, it can lead to the burning of insulating material or conductor material, so that builds up in the arc zone and a plasma cloud.
  • An overpressure in the arc zone can be reduced in ⁇ example by the drive tube 9 in the direction of the axis of symmetry 2 by means of a hot gas flow.
  • a mechanical ⁇ specific densification of pre-preserved within the compression volume 18 cold insulating gas is effected by a movement of the movable partition wall 15, which decreases as a movable piston, the volume of the compression volume Vo ⁇ 18. Due to the Volu ⁇ menreduzi für the compression volume 18 befindli ⁇ ches cold insulating gas is increased in its pressure there.
  • a quantity of insulating gas can be deflated via the outflow openings 20a, 20b, 20c, 20d from the compression volume 18.
  • the damming of the nozzle throat 11 is canceled by the first contact piece 4.
  • the arc can continue to burn between the two contact pieces 4, 5.
  • the hot gas stored in the hot gas storage volume 14 and increased in pressure can flow back in the reverse direction through the feed channel 13 into the arc zone 11 and due to the increased flow blow the arc and the
  • Arc zone 11 of the plasma cloud located there be syndrome ⁇ men With a reduction in the pressure in the hot gas storage volume 14, mechanically compressed insulating gas can be transferred via the overflow channel 16 into the hot gas storage volume 14 in the compression volume 18 and be used from there via the feed channel 13 to blow out the arc.
  • the cold insulating gas acts after a first evacuation of the arc zone by the cached hot gas additionally cooling and is therefore particularly suitable to the hot arc cool, blow and finally extinguish.
  • the discharge openings 20a, 20b, 20c, 20d are gradually covered by the first contact piece 4, after the dam of the nozzle throat 11 has been replaced by the second rated current contact piece 7, so that the end of the Switching off an additional increase in the pressure within the Kompressionsvo- volume 18 can take place, as a fuming of the compressed
  • Insulating gas via the outflow openings 20a, 20b, 20c, 20d is possible only to a reduced extent. Via the overflow channel 16, the electrically insulating gas increased in pressure can relax into the hot gas storage volume 14.
  • FIG. 2 an alternative positioning of outflow openings 20e, 20f is provided.
  • the outflow openings 20e, 20f are in turn the casing side in the compression volume introduced 18, wherein the location is, however, chosen so that even in the off any damming of the Abström ⁇ openings 20e occurs 20f, ie, 20e, the outflow openings, 20f according to the construction of Figure 2 are permanently free from any overlap and thus permanently open.
  • FIG. 3 shows an alternative position of outflow openings 20 g, 20 h, which are now arranged in the stationary end wall 19 of the compression volume 18.
  • the voltages Abströmöff ⁇ 20g, 20h are in the construction according to FIG 3 kept permanently from any overlap, valve assembly o. ⁇ . ⁇ free so that they in their effect to those shown in the Figure 2 outlet openings 20e, 20f, respectively.
  • the outflow openings 20g, 20h shown in FIG. 3 cause a purging of compressed insulating gas from the compression volume 18 into the interior of the interrupter unit.
  • the overflow openings 20h, 20g provide a way out of the compression volume 18 in an area enclosed by the guide sleeve 8.
  • the electrically insulating gas exiting through the outflow openings 20e, 20h can also escape from the interrupter unit.
  • a backflow wave entste ⁇ hen which can delay the escape of compressed insulating gas from the compression volume 18th

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  • Supply Devices, Intensifiers, Converters, And Telemotors (AREA)

Abstract

Ein Leistungsschalter weist ein erstes Kontaktstück (4) sowie ein zweites Kontaktstück (5) auf. Zwischen den Kontaktstücken (4, 5) ist eine Lichtbogenzone angeordnet. In der Lichtbogenzone mündet ein Speisekanal (13), welcher die Lichtbogenzone mit einem Heißgasspeichervolumen (14) verbindet. Das Heißgasspeichervolumen (14) ist wiederum mit einem Kompressionsvolumen (18) verbunden. In einer Wandung (8) des Kompressionsvolumens (18) ist eine Abströmöffnung (20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h) angeordnet. Die Abströmöffnung (20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h) ist zumindest im kontaktieren Zustand der Kontaktstücke (4, 5) dauerhaft geöffnet.

Description

Beschreibung
Druckgas-Leistungsschalter Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckgas-Leistungs¬ schalter mit einer zwischen einem ersten Kontaktstück und einem zweiten Kontaktstück angeordneten Lichtbogenzone, welche über einen Speisekanal mit einem Heißgasspeichervolumen verbunden ist und das Heißgasspeichervolumen seinerseits mit einem volumenveränderlichen Kompressionsvolumen über einen
Überströmkanal verbunden ist, sowie mit einer zumindest eine Abströmöffnung aufweisenden, das Kompressionsvolumen begrenzenden Wandung. Ein derartiger Druckgas-Leistungsschalter ist beispielsweise in der Gebrauchsmusterschrift DE 200 15 563 Ul beschrieben. Der dortige Druckgas-Leistungsschalter weist ein erstes sowie ein zweites Kontaktstück auf, zwischen welchen sich eine Lichtbogenzone erstreckt. Innerhalb der Lichtbogenzone ist die Führung eines Lichtbogens vorgesehen. Die Lichtbogenzone ihrerseits ist über einen Speisekanal mit einem Heißgasspei¬ chervolumen verbunden, wobei sich an das Heißgasspeichervolu¬ men ein volumenveränderliches Kompressionsvolumen anschließt. Heißgasspeichervolumen und Kompressionsvolumen sind über einen Überströmkanal miteinander verbunden. Weiterhin ist in einer das Kompressionsvolumen begrenzenden Wandung eine Abströmöffnung angeordnet.
Das Heißgasspeichervolumen ist vorgesehen, um während eines Schaltvorganges generiertes Heißgas aufzunehmen. In Abhängig¬ keit des Schaltvorganges kann diese Gasmenge variieren. Dabei kann es vorkommen, dass in das Heißgasspeichervolumen derart viel Heißgas eingetragen wird, dass sich der Druck im Innern des Heißgasspeichervolumens stark erhöht. Die im Kompres- sionsvolumen vorgesehene Abströmöffnung ist mit einem Überdruckventil verschlossen. Bei Erreichen eines bestimmten Druckes im Kompressionsvolumen wird die Abströmöffnung freigegeben .
Das an der Abströmöffnung angeordnete Überdruckventil wird mechanisch aber auch thermisch belastet, wodurch ein Verschleiß an dem Überdruckventil auftreten kann. Infolgedessen müssen regelmäßig Revisionen an der Abströmöffnung vorgenom- men werden und das dort befindliche Überdruckventil gewartet oder ersetzt werden.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung einen Druckgas-Leistungs¬ schalter anzugeben, welcher eine Reduzierung des Wartungsauf- wandes ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Druckgas-Leis¬ tungsschalter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Abströmöffnung zumindest im kontaktierten Zustand der Kontaktstücke dauerhaft geöffnet ist.
Druckgas-Leistungsschalter sind elektrische Schaltgeräte, welche der Unterbrechung von Strömen dienen. Ein Leistungsschalter ist in der Lage, sowohl Nennströme als auch Fehler- ströme, wie Kurzschlussströme, zuverlässig mehrfach zu unter¬ brechen. Insbesondere beim Einsatz im Hoch- und Höchstspan- nungsbereich ist es zur Reduzierung von Isolationsabständen vorteilhaft, zur Isolation in einem Leistungsschalter Druckgas einzusetzen. Druckgas-Leistungsschalter weisen eine Un- terbrechereinheit auf, welche der Führung und Positionierung der Kontaktstücke dient. Die Unterbrechereinheit ist von einem elektrisch isolierenden Gas (Isoliergas) durchspült und umflutet, welches unter einem erhöhten Druck (Druckgas) steht. Durch eine Druckerhöhung wird die Isolationsfestigkeit des Gases erhöht, so dass voneinander abweichende elektrische Potentiale auf einem geringen Bauraum zuverlässig durch das unter Druck stehende Isoliergas voneinander isoliert sind. Druckgas-Leistungs-schalter weisen ein Kapselungsgehäuse auf, innerhalb welchem die Unterbrechereinheit positioniert ist. Das Innere des Kapselungsgehäuses ist mit dem unter erhöhtem Druck stehenden Isoliergas befüllt. Der Druck des Isolierga¬ ses ist dabei höher als der Druck des das Kapselungsgehäuse umgebenden Mediums und kann beispielsweise mehrere bar betra- gen. Als elektrisch isolierendes Gas hat sich insbesondere Schwefelhexafluorid als vorteilhaft erwiesen. Es können je¬ doch auch andere geeignete elektrisch isolierende Gase wie Stickstoff oder Gemische, welche Stickstoff und/oder Schwe- felhexafluorid aufweisen usw., Verwendung finden.
Neben einer elektrischen Isolation dient das Druckgas auch einer Unterstützung einer Wirkungsweise des Druckgas-Leis¬ tungsschalters während eines Schaltvorganges. Ein Druckgas- Leistungsschalter weist zumindest ein erstes und ein zweites Kontaktstück auf, zwischen welchen eine Lichtbogenzone ange¬ ordnet ist. Die beiden Kontaktstücke können beispielsweise als Lichtbogenkontaktstücke ausgeführt sein, welche
elektrisch parallel zu einem ersten und einem zweiten Nenn- stromkontaktstück verschaltet sind. Lichtbogenkontaktstücke sind dabei derart ausgestaltet, dass diese bei einem Ein¬ schaltvorgang zeitlich vor den Nennstromkontaktstücken miteinander in galvanischen Kontakt treten. Umgekehrt sind bei einem Ausschaltvorgang die Lichtbogenkontaktstücke länger im galvanischen Kontakt als die Nennstromkontaktstücke . So wir- ken die Lichtbogenkontaktstücke bei einem Einschaltvorgang voreilend und bei einem Ausschaltvorgang nacheilend gegenüber den zugehörigen elektrisch parallel geschalteten Nennstromkontaktstücken. Durch eine derartige Konfiguration ist es möglich, einen Lichtbogen vorzugsweise zwischen den Lichtbo- genkontaktstücken zu führen, so dass die Lichtbogenkontaktstücke die Nennstromkontaktstücke vor Erosion schützen und den Lichtbogen führen und lenken. Somit ist es möglich, dass die Nennstromkontaktstücke hinsichtlich ihrer elektri- sehen Tragfähigkeit optimiert werden, wohingegen die Lichtbo¬ genkontaktstücke hinsichtlich einer Abbrandfestigkeit gegen¬ über den thermischen Einwirkungen des Lichtbogens optimiert werden können. Die Kontaktstücke können jedoch auch sowohl die Lichtbogenführung als auch die Nennstromführung übernehmen. Diese Konstruktion ist insbesondere bei kostengünstigen Schaltgeräten vorteilhaft, an welche hinsichtlich der Schaltleistung nur begrenzte Anforderungen gestellt werden. Unabhängig ob die Kontaktstücke als separate Lichtbogenkontaktstücke und sepa¬ rate Nennstromkontaktstücke oder als Kombination aus Licht- und Nennbogenkontaktstücken ausgestaltet sind, sollte jedoch vorgesehen sein, dass bei einem Schaltvorgang eine Relativbewegung der Kontaktstücke zueinander erfolgt. Zumindest eines der Kontaktstücke ist dazu bezüglich des anderen Kontakt¬ stückes beweglich gelagert. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass beide Lichtbogenkontaktstücke beweglich gelagert werden, so dass die Kontakttrenngeschwindigkeit bei einem Ausschaltvorgang bzw. die Kontaktierungsgeschwindigkeit bei einem Einschaltvorgang in einfacher Weise vergrößert werden kann .
Bei einem Einschaltvorgang kann es mit zunehmender Annäherung der beiden Kontaktstücke zu einem Auftreten von Lichtbögen (Vorüberschläge) kommen. Zwischen den Kontaktstücken können Einschaltlichtbögen innerhalb der Lichtbogenzone entstehen. Dabei auftretende thermische Effekte bewirken eine Erhitzung des innerhalb der Lichtbogenzone befindlichen Isoliergases. Dieses Isoliergas wird erhitzt und dabei expandiert und wan- delt sich zu so genanntem heißen Schaltgas bzw. Heißgas um. Das Heißgas sollte aus der Lichtbogenzone abgeführt und ge¬ kühlt oder auch zwischengespeichert werden. Bei einem Ein¬ schaltvorgang ist eine galvanische Berührung der beiden Kon- taktstücke zum Abschluss des Einschaltvorganges vorgesehen, so dass gegebenenfalls auftretende Vorüberschläge selbständig erlöschen .
Wesentlich komplexer gestaltet sich die Situation bei einem Ausschalten, d. h., bei einem Unterbrechen eines stromdurch- flossenen Strompfades. Die in den Leistungsschalter durch einen Ausschaltlichtbogen eingetragene thermische Energie ist im Wesentlichen proportional zum Betrag des zu unterbrechenden Stromes sowie zur Dauer des Brennens eines Ausschalt- lichtbogens. Bei einem Ausschalten erfolgt eine galvanische Trennung der beiden Kontaktstücke voneinander. Selbst bei einer hohen Kontakttrenngeschwindigkeit ist es kaum möglich, einen durch den zu unterbrechenden Strompfad von einer Potentialdifferenz getriebenen elektrischen Strom sofort zum Erlö- sehen zu bringen. Der elektrische Strom fließt oft in der
Lichtbogenzone zunächst über einen Lichtbogen weiter. Ledig¬ lich in besonderen kurzen Momenten, d. h., in Momenten, in welchen beispielsweise bei einem Schwingen des Stromes bzw. der Spannung, beispielsweise in einem Wechselspannungssystem, der Strom gerade einen Stromnulldurchgang vollführt und die Kontakttrennung erfolgt, tritt lediglich ein kleiner oder kein Lichtbogen auf. Oft ist es jedoch so, dass eine Trennung der Kontaktstücke zu einem beliebigen Zeitpunkt erfolgt, zu welchem im Regelfall kein natürliches Erlöschen des Stromes erfolgt. Insbesondere bei Ausschaltungen in einem Fehlerfall ist eine Unterbrechung möglichst schnell herbeizuführen. Gerade vorliegende Schwingungszustände sind dann im Regelfall unbeachtlich . In der Lichtbogenzone tritt bei einem Ausschaltfall oft ein brennender Lichtbogen auf. Der in der Lichtbogenzone brennende Lichtbogen expandiert das um ihn herum befindliche elektrisch isolierende Gas und erodiert auch weitere im nähe- ren Umfeld befindliche Bauteile des Druckgas-Leistungsschal¬ ters. Somit entsteht in der Lichtbogenzone um den Lichtbogen herum eine Plasmawolke aus erhitztem elektrisch isolierten Gas sowie verdampften Materialien wie Kunststoffen oder Metallen. Zur Löschung des Lichtbogens ist diese Plasmawolke möglichst rasch aus der Lichtbogenzone herauszubefordern . Um eine entsprechende Strömung zu erzeugen, wird von dem Licht¬ bogen erhitztes und zu Heißgas gewandeltes elektrisch isolie¬ rendes Gas über den Speisekanal in das Heißgasspeichervolumen geleitet. Je leistungsstärker der Lichtbogen ist, d. h., je größer der auszuschaltende Strom ist und je länger der Licht¬ bogen brennt, desto mehr Heißgas wird von dem Lichtbogen ge¬ trieben in das Heißgasspeichervolumen hineingepresst , damit erhöht sich der Druck im Heißgasspeichervolumen. Aufgrund des speisenden Lichtbogens ist ein Rückströmen aus dem Heißgas- speichervolumen nicht unmittelbar möglich. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Speisekanal über die Lage der Kontaktstücke relativ zueinander verdämmt oder frei¬ gegeben wird. Dazu ist es beispielsweise möglich, eine Iso¬ lierstoffdüse einzusetzen, welche einer Führung und Lenkung sowie Begrenzung des brennenden Lichtbogens dient, wobei ein Kanal, beispielsweise eine Düsenengstelle, der Isolierstoff¬ düse mittels eines Kontaktstückes verdämmbar ist. Somit ist es auch möglich, ein Abströmen der heißen Schaltgase in den Speisekanal über die Position der Kontaktstücke relativ zu- einander zu steuern. Ergänzend zu einer Druckerhöhung im Innern des Heißgasspeichervolumens ist ein volumenveränderli¬ ches Kompressionsvolumen vorgesehen, welches durch mechanische Verdichtung von Isoliergas innerhalb des Kompressionsvo¬ lumens eine Druckerhöhung bewirkt. Über einen Überströmkanal können die im Kompressionsvolumen und im Heißgasspeichervolumen befindliche Gase miteinander korrespondieren, so dass beispielsweise eine Vermischung von im Kompressionsvolumen vorgehaltenen Gas mit dem im Heißgasspeichervolumen vorgehal- tenen Gas erfolgen kann. So ist es beispielsweise möglich, im Kompressionsvolumen vorwiegend elektrisch isolierendes Gas geringer Temperatur zu komprimieren und dieses in das Heißgasvolumen übertreten zu lassen und dort eine Kühlung des Heißgases zu bewirken.
Mit einem Freigeben eines Abströmweges ist es möglich, das unter erhöhtem Druck stehende, im Heißgasvolumen sowie im Kompressionsvolumen vorgehaltene Gas in die Lichtbogenzone über den Speisekanal strömen zu lassen. Der dort immer noch brennende Lichtbogen wird von dem über den Speisekanal rückströmenden Gasfluss umspült und die Plasmawolke wird aus der Lichtbogenzone ausgestoßen, dabei wird der Lichtbogen gekühlt und beblasen, so dass schlussendlich eine Unterbrechung des Lichtbogens und damit des im zu unterbrechenden Strompfad fließenden Stromes bewirkt ist.
Druckgas-Leistungsschalter sind zum Schalten von Strömen beliebiger Größe bis zu Kurzschlussströmen einsetzbar. So muss ein Leistungsschalter beispielsweise einen Nennstrom, aber auch einen Kurzschlussstrom zuverlässig ausschalten können. Gegebenenfalls beträgt der über den Leistungsschalter fließende Strom jedoch nur einen Bruchteil des Nennstromes. Jeder dieser Ströme muss zuverlässig ausgeschaltet werden. Da unab¬ hängig vom Betrag des zu unterbrechenden Stromes jeweils ein Zünden eines Ausschaltlichtbogens zu erwarten ist, muss der Leistungsschalter für jeden Schaltfall eine ausreichende druckerhöhte Gasmenge zum Umspülen eines Ausschaltlichtbogens erzeugen . Bei geringen Strömen ist kein überdurchschnittlicher Druckaufbau im Heißgasvolumen zu erwarten. Insbesondere bei dem Auftreten von Nennströmen oder Kurzschlussströmen kann der Lichtbogen jedoch eine derartige Intensität erreichen, dass Berstgrenzen des Heißgasspeichervolumens bzw. des Kompres¬ sionsvolumens erreicht werden können. In diesem Falle ist es notwendig, dass über die Abströmöffnung ein Abströmen von überzähligen Gasanteilen ermöglicht ist, so dass eine Begrenzung des im Heißgasvolumen bzw. im Kompressionsvolumen aufgebauten Druckes gewährleistet ist. Sieht man nunmehr vor, dass die Ausströmöffnung zumindest im kontaktierten Zustand des Kontaktstückes dauerhaft geöffnet ist, so ist dauerhaft ein Austausch von Gasmengen zwischen dem Innern des Kompressionsvolumens und den sich anschließenden Bereichen der Unterbrechereinheit bzw. dem Innern des Kapselungsgehäuses gegeben. Somit kann ein ständiges Hin- und Herströmen von Gasmengen erfolgen. Damit ist das Kompressionsvolumen zu diesem Zeitpunkt in jedem Falle über die Abströmöffnung mit den umgebenden Bereichen verbunden. Damit existiert keine Druckdifferenz zwischen dem Kompressionsvolumen und dem Bereich, welcher über die Abströmöffnung mit dem Kompressionsvolumen korrespondiert. Somit kann eine unerwünschte „Vorladung" des Kom¬ pressionsvolumens mit einer Vorkompression verhindert werden.
Vorteilhaft kann dabei sein, dass die Abströmöffnungen frü¬ hestens zu dem Zeitpunkt verschlossen werden, in welchem eine galvanische Trennung der Kontaktstücke erfolgt, d. h., ein Verschließen der Abströmöffnung geht einher mit einem möglichen Zünden eines Lichtbogens. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Verschließen der Abströmöffnung zu dem Zeitpunkt erfolgt, in welchem eine Freigabe des Speisekanals erfolgt, d. h., der Zeitpunkt, in welchem ein Rückströmen von zuvor expandiertem und im Heißgasspeichervolumen eingelagerten Heißgas beginnt. Mit der Freigabe des Speisekanals kann das Heiß- gasspeichervolumen entladen werden und damit kann die Abströmöffnung auch in diesem Zeitpunkt einem Verschluss unterliegen .
Vorteilhafterweise kann jedoch vorgesehen sein, dass die Ab¬ strömöffnung dauerhaft geöffnet ist.
In diesem Falle ist in einer Wandung des Kompressionsvolumens eine Abströmöffnung vorgesehen, welche unabhängig von der Relativlage der Kontaktstücke zueinander dauerhaft eine Öffnung in der Wandung des Kompressionsvolumens darstellt. Scheinbar ist eine derartige Konstruktion kontraproduktiv zu einer Funktionsweise eines volumenveränderlichen Kompressionsvolu¬ mens, da über eine dauerhaft geöffnete Abströmöffnung ein Entweichen von unter Druck stehendem Gas aus dem Innern des Kompressionsvolumens mehr oder weniger schnell zu erwarten ist. Bei einem entsprechend großen Querschnitt einer oder mehrerer Abströmöffnungen kann so ein relativ schnelles Abbauen eines Überdruckes eines zuvor durch eine Volumenände¬ rung des Kompressionsvolumens komprimierten Gases erfolgen. Bei einer entsprechenden Reduzierung des Querschnittes kann der Abbau entsprechend verlangsamt erfolgen.
Das Heißgasspeichervolumen und das Kompressionsvolumen können über einen Überströmkanal miteinander kommunizieren. Über den Überströmkanal ist es somit möglich, Gasmengen von dem einen Volumen in das andere Volumen übertreten zu lassen. Mit einer Anordnung der Abströmöffnung in dem Kompressionsvolumen kann ein Überdruckschutz des vorgelagerten Heißgasspeichervolumens über die Abströmöffnung innerhalb des Kompressionsvolumens gewährt werden.
Ein Hub des volumenveränderlichen Kompressionsvolumens ist durch die mechanische Auslegung des Druckgas-Leistungsschal- ters festgelegt. Unabhängig vom Betrag des zu unterbrechenden Stromes wird stets der gleiche Kompressionsdruck im Kompres¬ sionsvolumen aufgrund der Volumenänderung mechanisch erzeugt. Das Heißgasspeichervolumen wird jedoch in Proportionalität zur Leistung des auszuschaltenden Stromes und des brennenden Lichtbogens mehr oder weniger mit Heißgas befüllt. Ströme ge¬ ringer Leistung bewirken lediglich eine geringe Aufladung des Heißgasspeichervolumens. Ströme entsprechender größerer
Stärke, wie beispielsweise Kurzschlussströme, bewirken eine entsprechend stärkere Befüllung des Heißgasspeichervolumens. So ist es beispielsweise möglich, dass bei relativ kleinen Strömen, die nur eine geringe Aufladung des Heißgasspeichervolumens hervorrufen, eine Beblasung eines Lichtbogens im We¬ sentlichen durch die Wirkung der volumenveränderlichen Kom- pressionseinrichtung hervorgerufen wird. Wohingegen die durch den Lichtbogen erzeugten und im Heißgasspeichervolumen vorgehaltenen Heißgase von eher untergeordneter Bedeutung sind. Im umgekehrten Falle ist bei einer großen Ausschaltleistung, d. h., bei einem starken Strom, der einen entsprechend leis- tungsstarken Lichtbogen ausbildet, ein überproportionales Be¬ füllen des Heißgasspeichervolumens mit heißen Schaltgasen und damit eine überproportionale Druckerhöhung im Heißgasspei¬ chervolumen zu verzeichnen. Nach einem Freigeben des Speisekanals und einer Beblasung des Lichtbogens, d. h., in dem Heißgasspeichervolumen bzw. in dem Kompressionsvolumen vorgehaltene Gase strömen in Richtung der Lichtbogenzone wieder aus, bewirken bei leistungsstarken Strömen vor allem die im Heißgasspeichervolumen zwischengespeicherten Schaltgase, eine Umspülung des Lichtbogens, wohingegen die im Kompressionsvo- lumen komprimierten Gase von untergeordneter Bedeutung sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass in Verlauf des Überströmkanals ein differenzdruckgesteuertes Ventil angeordnet ist. Durch den Einsatz eines differenzdruckgesteuerten Ventils ist es möglich, zunächst die im Heißgasspeichervolumen vorgespeicherten Schaltgase, die einen entsprechend höheren Druck auf- weisen als die im Kompressionsvolumen komprimierten Isoliergase, über den Speisekanal in die Lichtbogenzone austreten zu lassen. Aufgrund der Druckdifferenz ist ein Überströmen von komprimiertem Isoliergas aus dem Kompressionsvolumen in das Heißgasspeichervolumen und darauf folgend über den Speiseka- nal in die Lichtbogenzone verhindert. Erst wenn das Heißgas¬ speichervolumen entladen ist, d. h., der Druck darin unter einen Grenzdruck gefallen ist, strömt das im Kompressionsvo¬ lumen in seinem Druck erhöhte Isoliergase in das Heißgasspei¬ chervolumen über und von dort über den Speisekanal in die Lichtbogenzone hinein. Ist ein zu unterbrechender Lichtbogen jedoch nur von geringer Leistung, kann es vorkommen, dass kein ausreichender Überdruck innerhalb des Heißgasspeichervo¬ lumens erzeugbar ist, so dass das im Kompressionsvolumen vorgehaltene im Druck erhöhte Isoliergas unmittelbar in das Heißgasspeichervolumen überströmt und von dort über den Speisekanal in die Lichtbogenzone strömt, um den dort brennenden leistungsschwachen Lichtbogen zu umspülen, zu kühlen und die Plasmawolke aus der Lichtbogenzone herauszubefordern . Zur Differenzdrucksteuerung kann eine entsprechende Ventilbaugruppe an dem Überströmkanal angeordnet werden, welche den Kanal in Abhängigkeit der Druckdifferenz im Heißgasspeichervolumen und im Kompressionsvolumen freigibt oder sperrt. Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Strömungswiderstand des durchlässigen Überströmkanals kleiner oder gleich ist als der Strömungswiderstand der geöffneten Abströmöffnung . Über eine Auslegung der Strömungswiderstände des Überströmka¬ nals sowie der Abströmöffnung ist es möglich, ein Abströmen frei von jeglichen Ventilen an der Abströmöffnung zu steuern. So ist es bei der Verwendung eines Überströmkanals mit einem kleineren, insbesondere einem wesentlich kleineren Strömungswiderstand, als der Strömungswiderstand der Abströmöff¬ nung (en) zu verzeichnen, dass das Abströmen von im Kompressionsvolumen komprimierten Isoliergas über die Abströmöffnung vernachlässigbar ist und eine ausreichende Komprimierung innerhalb des Kompressionsvolumens ermöglicht ist. Damit ist eine Möglichkeit gegeben, die Abströmöffnung frei von beweg¬ baren Baugruppen, welche die Abströmöffnung gegebenenfalls verdämmen, zu halten.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Kompressionsvolumen von einem relativ zu der Wandung bewegbaren Kolben begrenzt ist, wobei die Abströmöffnung zeitweise von dem Kolben verschlossen ist.
Das Kompressionsvolumen ist eine mechanische Kompressionsvorrichtung, welche aufgrund einer Volumenänderung im Innern befindliches Isoliergas komprimiert und im Druck erhöht. Das Kompressionsvolumen weist dazu einen relativ zu einer Wandung bewegbaren Kolben auf. Nutzt man nunmehr den Hub des Kolbens relativ zur Wandung, ist es möglich, die Abströmöffnung weggesteuert zu verschließen. Damit ist es möglich, den Zeit¬ punkt des Verschließens der Abströmöffnung hinsichtlich des Zeitpunktes der Kontakttrennung bzw. der Freigabe des Speise¬ kanals oder auf einen bestimmten Kontaktabstand hin etc. zu synchronisieren. Dazu kann eine Bewegung des Kolbens über eine entsprechende Getriebeanordnung mit der Relativbewegung der Kontaktstücke zueinander synchronisiert werden. Im ein¬ fachsten Falle ist eine kinematische Kette zwischen Kolben und einem der Kontaktstücke, welches relativ zu dem anderen bewegbar ist, gegeben. Eine Wegsteuerung hat weiterhin den Vorteil, dass die Abströmöffnung durch anderweitig nötige Baugruppen verdämmt werden. Damit sind zusätzliche Ventile oder ähnliches verhindert und eine robuste Konstruktion gege- ben .
Vorteilhafterweise kann dabei vorgesehen sein, dass die Wan¬ dung eine kreiszylindrische Mantelfläche des Kompressionsvo¬ lumens ist.
Das Kompressionsvolumen kann beispielsweise eine Mantelfläche eines Kreiszylinders aufweisen. Im Innern dieser Mantelfläche ist ein entsprechend formkomplementärer Kolben bewegbar, welcher in Längsachse der Zylinderachse der kreiszylindrischen Mantelfläche verschiebbar ist. Ist die Abströmöffnung nunmehr in eine Mantelfläche eingebracht, so ist durch die Lage der Abströmöffnung in der Mantelfläche der Zeitpunkt des Verdäm- mens in Abhängigkeit der Relativlage des Kolbens einstellbar. So ist es beispielsweise auch möglich zeitlich aufeinander gestaffelt mehrere Abströmöffnungen zu verdämmen und so den Strömungswiderstand der Gesamtheit der Abströmöffnungen im Verlauf eines Schaltvorganges variabel zu gestalten. Damit ist es möglich, den Druckaufbau im Kompressionsvolumen verschiedenartig zu gestalten. So ist es möglich, die Wirksam- keit der Kompressionseinrichtung zum Beginn eines Kompressionshubes durch entsprechend querschnittsgroße Abströmöff¬ nungen, z. B. durch eine Vielzahl von freigegebenen Abströmöffnungen zu reduzieren, wohingegen mit zunehmendem Verschließen der Abströmöffnung die Kompressionswirkung der Kom- pressionseinrichtung erhöht wird.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Wandung eine dem Kolben in Bewegungsrichtung gegenüberliegende Stirnseite des Kompressionsvolumens ist. Eine stirnseitige Wandung zur Aufnahme der Abströmöffnung er möglicht, die Abströmöffnung dauerhaft, unabhängig von der Lage des Kompressionskolbens der Kompressionseinrichtung in der Kompressionseinrichtung offen zu halten und damit stets einen Weg zur Verfügung zu stellen, um eine Entspannung des im Innern des Kompressionsvolumens komprimierten elektrisch isolierenden Gases zu ermöglichen. So ist es beispielsweise möglich, dass die Abströmöffnung selbst bei einem Erreichen der Endlage, d. h., der Lage, in welchem eine maximale Kompression zu erwarten wäre, eine Öffnung zur Abströmung von komprimiertem elektrisch isolierenden Gas aus dem Kompressionsvolumen zur Verfügung stellt.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sehe matisch in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher be¬ schrieben .
Dabei zeigt die
Figur 1 einen Schnitt durch einen Druckgas-Leistungsschal¬ ter in einer ersten Ausführungsvariante im Aus¬ schnitt, die Figur 2 einen Schnitt durch einen Druckgas-Leistungsschal¬ ter in einer zweiten Ausführungsvariante und die
Figur 3 einen Schnitt durch einen Druckgas-Leistungsschal¬ ter in einer dritten Ausführungsvariante im Aus¬ schnitt .
Zunächst wird beispielhaft für die Figuren 1, 2 und 3 die Konstruktion und Wirkungsweise eines Druckgas-Leistungsschal¬ ters erläutert. Dabei werden in den Figuren 1, 2 und 3 für die jeweils gleichartigen Konstruktionsteile die gleichen Be¬ zugszeichen verwendet und lediglich für voneinander abweichende Details alternative Bezugszeichen genutzt. Allen drei Figuren ist gemein, dass eine Symmetrieachse 2 die Figuren in ein erstes und ein zweites Halbbild unterteilt. Die Figuren zeigen jeweils in einem ersten Halbbild den eingeschalteten Zustand eines Druckgas-Leistungsschalters sowie in einem zweiten Halbbild den ausgeschalteten Zustand eines Druckgas-Leistungsschalters.
Die Figur 1 zeigt einen Schnitt eines Druckgas-Leistungs¬ schalters im Ausschnitt. Der Druckgas-Leistungsschalter weist ein Kapselungsgehäuse 1 auf. Das Kapselungsgehäuse 1 ist vor- liegend im Wesentlichen rohrförmig ausgestaltet und koaxial zu einer Symmetrieachse 2 ausgerichtet. Vorliegend ist das Kapselungsgehäuse 1 als aus einem Isolierwerkstoff bestehend dargestellt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Kapselungsgehäuse 1 elektrisch leitend ausgeführt ist. Im In- nern des Kapselungsgehäuses 1 ist eine Unterbrechereinheit des Druckgas-Leistungsschalters angeordnet. Die Unterbrecher¬ einheit ist im Wesentlichen koaxial zu der Symmetrieachse 2 ausgerichtet. Bei Verwendung eines elektrisch isolierenden Kapselungsgehäuses 1, wie in der Figur 1 dargestellt, stützt sich die Unterbrechereinheit unmittelbar an dem Kapselungsge¬ häuse ab, wobei elektrische Anschlusspunkte 3a, 3b fluiddicht durch das Kapselungsgehäuse 1 hindurchgeführt sind. Das Kap¬ selungsgehäuse 1 schließt die Unterbrechereinheit vollständig ein und stellt eine gasdichte Barriere dar. Bei einer Ausfüh- rung des Kapselungsgehäuses 1 als elektrisch leitfähiges Kap¬ selungsgehäuse ist die Unterbrechereinheit mittels einer Iso¬ lieranordnung gegenüber dem Kapselungsgehäuse 1 beabstandet und elektrisch isoliert gehalten. Die Anschlusspunkte 3a, 3b sind entsprechend elektrisch isoliert durch ein elektrisch leitfähiges Kapselungsgehäuse hindurchgeführt. Dazu können beispielsweise Freiluftdurchführungen eingesetzt werden. Die Anschlusspunkte 3a, 3b durchstoßen die Barriere des Kapse¬ lungsgehäuses jedoch unabhängig von dessen Konstruktion fluiddicht.
Eine Ausgestaltung eines Druckgas-Leistungsschalters mit einem elektrisch isolierenden Kapselungsgehäuse 1 wird als Live-Tank-Druckgas-Leistungsschalter bezeichnet. Eine Ausge- staltung eines Druckgas-Leistungsschalters mit einem
elektrisch leitfähigen Kapselungsgehäuse wird als Dead-Tank- Druckgas-Leistungsschalter bezeichnet. Ein derartiges Kapselungsgehäuse kann beispielsweise aus einem metallischen Mate¬ rial bestehen, welches Erdpotential führt.
Das Innere des Kapselungsgehäuses 1 ist mit einem elektrisch isolierenden Gas befüllt. Das elektrisch isolierende Gas ist mit einem höherem Druck versehen, als das Medium, welches das Kapselungsgehäuse 1 umgibt. Das elektrisch isolierende Gas ist beispielsweise Schwefelhexafluorid, Stickstoff oder ein ande¬ res geeignetes Gas. Das elektrisch isolierende Gas durchflutet das gesamte Innere des Kapselungsgehäuses 1. Das Kapselungsge¬ häuse 1 wirkt als gasdichte Barriere. Das im Innern des Kapse¬ lungsgehäuses 1 eingeschlossene isolierende Gas kann mehrere bar Überdruck aufweisen und durchflutet und durchströmt alle innerhalb des Kapselungsgehäuses 1 befindlichen Baugruppen. Als solches durchflutet es auch die Bauteile der Unterbrecher¬ einheit . Der Aufbau der im Innern des Kapselungsgehäuses 1 angeordne¬ ten Unterbrechereinheit ist unabhängig von der Art des Kapse¬ lungsgehäuses 1 im Wesentlichen als gleichartig anzunehmen. Vorliegend weist die Unterbrechereinheit ein erstes Kontakt¬ stück 4 sowie ein zweites Kontaktstück 5 auf. Das erste Kon- taktstück 4 sowie das zweite Kontaktstück 5 sind längs der Symmetrieachse 2 relativ zueinander bewegbar. Dabei ist das erste Kontaktstück 4 vorliegend ortsfest ausgeführt, während das zweite Kontaktstück 5 längs der Symmetrieachse 2 bezüg- lieh des Kapselungsgehäuses 1 verschiebbar ist. Es kann je¬ doch auch vorgesehen sein, dass in umgekehrter Weise das erste Kontaktstück 4 bewegbar und das zweite Kontaktstück 5 als feststehendes Kontaktstück oder beide Kontaktstücke 4, 5 bewegbar ausgeführt sind. Vorliegend ist das erste Kontakt- stück 4 bolzenförmig ausgestaltet, wohingegen das zweite Kontaktstück 5 gegengleich buchsenartig ausgeformt ist. Das erste Kontaktstück 4 ist von einem ersten Nennstromkontaktstück 6 koaxial umgeben. Das erste Nennstromkontaktstück 6 sowie das erste Kontaktstück 4 sind miteinander elektrisch leitend verbunden, so dass das erste Kontaktstück 4 sowie das erste Nennstromkontaktstück 6 stets das gleiche elektrische Potential führen. Das zweite Kontaktstück 5 ist von einem zweiten Nennstromkontaktstück 7 umgeben. Auch das zweite Kontaktstück 5 ist mit dem zweiten Nennstromkontaktstück 7 elektrisch leitend verbunden, so dass das zweite Nennstromkontaktstück 7 und das zweite Kontaktstück 5 stets das glei¬ che elektrische Potential führen. Ebenso wie das erste Kon¬ taktstück 4 ist das erste Nennstromkontaktstück 6 bezüglich des Kapselungsgehäuses 1 ortsfest gelagert. Das zweite Kon- taktstück 5 sowie das zweite Nennstromkontaktstück 7 sind über ihre elektrisch leitende Verbindung winkelstarr miteinander verbunden, so dass eine Relativbewegung des zweiten Kontaktstückes 5 bezüglich des ersten Kontaktstückes 4 eben¬ falls eine Relativbewegung des zweiten Nennstromkontakt- Stückes 7 bezüglich des ersten Nennstromkontaktstücks 6 zur Folge hat. Vorliegend ist das erste Nennstromkontaktstück 6 buchsenförmig ausgestaltet, so dass in die buchsenförmige Ausnehmung des ersten Nennstromkontaktstückes 6 das zweite Nennstromkontaktstück 7 einfahrbar und kontaktierbar ist. Es kann darüber hinaus auch vorgesehen sein, dass auch das erste Nennstromkontaktstück 6 relativ zum Kapselungsgehäuse 1 bewegbar ist und das zweite Nennstromkontaktstück 7 relativ zum Kapselungsgehäuse 1 ortsfest ausgeführt ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass sowohl das erste Nennstromkontaktstück 6 als auch das zweite Nennstromkontaktstück 7 relativ zum Kapselungsgehäuse bewegbar sind. Eine Auswahl der Bewegbarkeit bzw. Ortsveränderlichkeit der beiden Kontaktstücke 4, 5 bzw. der beiden Nennstromkontaktstücke 6, 7 kann bedarfsweise erfolgen. Durch eine Bewegung jeweils beider Kontaktstücke 4, 5 oder beider Nennstromkontaktstücke 6, 7, die jeweils mit entgegengesetztem Richtungssinn erfolgen sollte, kann die Kontakttrenngeschwindigkeit bei einem Ausschaltvorgang bzw. die Kontaktierungsgeschwindigkeit bei einem Einschaltvorgang erhöht werden.
Am ersten Nennstromkontaktstück 6, welches ortsfest relativ zum Kapselungsgehäuse 1 gelagert ist, ist der erste An¬ schlusspunkt 3a elektrisch leitend kontaktiert. Das zweite Nennstromkontaktstück 6 ist mit einer kreiszylinderartigen Außenmantelfläche versehen und ragt in eine Führungshülse 8 hinein. Die Führungshülse 8 ist ortsfest zum Kapselungsge¬ häuse 1 gelagert. Das zweite Nennstromkontaktstück 7 ist längs der Symmetrieachse 2 in der Führungshülse 8 verschieb- bar. Zwischen dem zweiten Nennstromkontaktstück 7 und der Führungshülse 8 ist eine in der Figur nicht näher darge¬ stellte elektrische Gleitkontaktanordnung innerhalb eines Fü¬ gespaltes angeordnet, so dass eine elektrisch leitende Kon- taktierung der Führungshülse 8 mit dem zweiten Nennstromkon- taktstück 7 und im Folgenden auch mit dem zweiten Kontaktstück 5 gegeben ist. Der zweite Anschlusspunkt 3b ist
elektrisch leitend mit der Führungshülse 8 verbunden. Somit ist ausgehend von dem ersten Anschlusspunkt 3a über das erste Nennstromkontaktstück 6, respektive das erste Kontaktstück 4 sowie das zweite Nennstromkontaktstück 7, respektive das zweite Kontaktstück 5 und die Führungshülse 8 zu dem zweiten Anschlusspunkt 3b ein Strompfad gegeben, welcher mittels des Druckgas-Leistungsschalters auftrennbar bzw. herstellbar ist.
Die beiden Nennstromkontaktstücke 6, 7 dienen dabei als Nenn¬ strompfad, welcher möglichst niederimpedant ausgeführt ist, so dass der Kontaktwiderstand innerhalb der Unterbrecherein¬ heit des Druckgas-Leistungsschalters möglichst gering ist. Die beiden Kontaktstücke 4, 5 wirken als Lichtbogenkontaktstücke. Bei einem Ausschaltvorgang werden zunächst die Nennstromkontaktstücke 6, 7 getrennt. Ein Stromfluss kommu- tiert auf die noch geschlossenen Kontaktstücke 4, 5. Nach einem Trennen der Kontaktstücke 4, 5 kann es zu einem Zünden eines Lichtbogens kommen. Der Lichtbogen wird an den Kontaktstücken 4, 5 geführt. Daher sind die beiden Kontaktstücke 4, 5 für eine hohe Abbrandfestigkeit ausgelegt und
ausgestaltet . Das zweite Kontaktstück 5 mit seiner buchsenförmigen Gestalt ist an seinem dem ersten Kontaktstück 4 zugewandten Ende mit einer Vielzahl von elastisch verformbaren Kontaktfingern versehen. Die Kontaktfinger sitzen an einem Antriebsrohr 9 stirnseitig auf. Das Antriebsrohr 9 ist koaxial zur Symmetrieachse 2 ausgerichtet und längs der Symmetrieachse 2 verschiebbar. An dem zweiten Nennstromkontaktstück 7 ist eine Isolierstoffdüse 10 angeordnet. Die Isolierstoffdüse 10 ist rotationssym¬ metrisch ausgeformt und koaxial zur Symmetrieachse 2 ausge¬ richtet. Die Isolierstoffdüse 10 ist winkelstarr mit dem zwei- ten Nennstromkontaktstück 7 verbunden und entsprechend bei einer Bewegung des zweiten Nennstromkontaktstückes 7 mitbeweg¬ bar. Die Isolierstoffdüse 10 umgibt die Kontaktfinger des zweiten Kontaktstückes 5 und überragt diese in Richtung des ersten Kontaktstückes 4. Die Isolierstoffdüse 10 weist eine Düsenengstelle 11 auf, welche sich stirnseitig vor einer Buch¬ senöffnung des zweiten Kontaktstückes 5 erstreckt. Die Dü¬ senengstelle 11 ist im Wesentlichen eine zylindrische Ausneh¬ mung, welche koaxial zur Symmetrieachse 2 verläuft. Der Quer- schnitt der Düsenengstelle 11 korrespondiert dabei zum Quer¬ schnitt des ersten Kontaktstückes 4, wobei der Querschnitt der Düsenengstelle 11 geringfügig größer als der Querschnitt des ersten Kontaktstückes 4 ist. Das von dem zweiten Nennstromkon- taktstück 7 fortragende Ende der Isolierstoffdüse 10 stützt sich winkelstarr an einer mit dem ersten Nennstromkontaktstück 6 verbundenen Stützhülse 12 ab. Die Isolierstoffdüse 10 glei¬ tet innerhalb der Stützhülse 12 während des Vollziehens einer Schaltbewegung. Zwischen den beiden Kontaktstücken 4, 5 erstreckt sich eine Lichtbogenzone, innerhalb welcher ein Licht- bogen bevorzugt geführt werden sollte. Ein Lichtbogen kann sowohl bei einem Einschalt- als auch bei einem Ausschaltvorgang auftreten, wobei der Lichtbogen vorzugsweise mit seinen Fußpunkten an den beiden Kontaktstücken 4, 5 brennen sollte. Um ein rechtzeitiges Kommutieren auf die Kontaktstücke 4, 5 zu gewährleisten, ist bei einem Einschaltvorgang ein voreilendes Kontaktieren der beiden Kontaktstücke 4, 5 vor einem Kontaktieren der beiden Nennstromkontaktstücke 6, 7 vorgesehen. Bei einem Ausschaltvorgang ist ein Trennen der beiden Nennstromkontaktstücke 6, 7 vor einem Trennen der Kontaktstücke 4, 5 vorgesehen, d. h., die Kontaktstücke 4, 5 sind gegenüber den Nennstromkontaktstücken 6, 7 als nacheilend ausgestaltet. Die Lichtbogenzone erstreckt sich zwischen den beiden Kontakt¬ stücken 4, 5 bzw. um die beiden Kontaktstücke 4, 5 herum. Vorliegend ist die Lichtbogenzone auch innerhalb der Dü- senengstelle 11 der Isolierstoffdüse 10 zu finden. Die Licht¬ bogenzone ist über einen Speisekanal 13 mit einem Heißgasspei¬ chervolumen 14 verbunden. Vorliegend erstreckt sich der Speisekanal 13 durch die Isolierstoffdüse 10. Es kann vorgesehen sein, dass der Speisekanal 13 nach Art eines Ringkanals die Isolierstoffdüse 10 durchsetzt und die Isolierstoffdüse 10 so in einen innenliegenden und einen außenliegenden Abschnitt unterteilt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Kanäle eine Wandung der Isolierstoffdüse 10 durchset- zen und in der Düsenengstelle 11 münden. Das Heißgasspeichervolumen 14 erstreckt sich koaxial zu der Symmetrieachse 2 und weist vorliegenden einen im Wesentlichen ringzylindrischen Charakter auf. Das Heißgasspeichervolumen 14 erstreckt sich koaxial zu der Symmetrieachse 2 und liegt am Umfang des zwei- ten Kontaktstückes 5 und ist durch das zweite Nennstromkon- taktstück 7 begrenzt. Somit ist das Heißgasspeichervolumen 14 nach Art eines Ringes geformt, welcher von dem Antriebsrohr 9 durchsetzt ist und seinerseits in radialer Richtung von dem zweiten Nennstromkontaktstück 7 begrenzt ist. An einer Stirn- seite, in welcher der Speisekanal 13 in dem Heißgasspeichervo¬ lumen 14 mündet, wird das Heißgasspeichervolumen 14 auch von der Isolierstoffdüse 10 begrenzt. Am dazu entgegengesetzten Ende ist die dortige Stirnseite als Trennwand 15 ausgestaltet. In der Trennwand 15 ist ein Überströmkanal 16 angeordnet. Vor- liegend ist der Überströmkanal 16 durch mehrere in der Trenn¬ wand 15 liegende Bohrungen realisiert, wobei die Bohrungen parallel zur Symmetrieachse 2 verlaufen. Vorliegend ist der Überströmkanal 16 mittels eines differenzdruckgesteuerten Ventils, insbesondere eines Einwegeventils 17, verschließbar.
Die Trennwand 15 ist als Kolben ausgestaltet, welcher inner¬ halb der Führungshülse 8 längs der Symmetrieachse 2 verschieb¬ bar ist. Der Kolben begrenzt ein volumenveränderliches Kom¬ pressionsvolumen 18. Der Kolben nimmt das Heißgasspeichervolu- men 14 in seinem Inneren auf. Das Kompressionsvolumen 18 erstreckt sich ausgehend von der Lichtbogenzone in Richtung der Symmetrieachse 2 hinter dem Heißgasspeichervolumen 14. Das Kompressionsvolumen 18 weist ähnlich wie das Heißgasspeichervolumen 14 eine hohlzylindrische Formgebung auf, wobei eine mantelseitige Begrenzung des Kompressionsvolumens 18 durch die Führungshülse 8 gegeben ist. Eine innenmantelseitige Begren¬ zung des Kompressionsvolumens 18 ist durch das Antriebsrohr 9 gegeben. Die Trennwand 15 sowie das Antriebsrohr 9 sind win- kelstarr miteinander verbunden. Die Trennwand 15 bildet eine bewegbare stirnseitige Begrenzung des Kompressionsvolumens 18. Weiterhin weist das Kompressionsvolumen 18 eine ortsfeste Stirnwand 19 auf. Die ortsfeste Stirnwand 19 ist winkelstarr mit der Führungshülse 8 verbunden. Die ortfeste Stirnwand 19 ist von dem Antriebsrohr 9 durchsetzt und das Antriebsrohr 9 ist relativ zur ortsfesten Stirnwand 19 bewegbar. In der Mantelfläche des Kompressionsvolumens 18, d. h., in einer Wandung der Führungshülse 8 sind mehrere Abströmöffnungen 20a, 20b, 20c, 20d angeordnet. Die Positionen der Abströmöffnungen 20a, 20b, 20c, 20d können in der Wandung der Führungshülse 8 be¬ darfsweise gewählt werden. Darüber hinaus ist auch die Anzahl der Abströmöffnungen 20a, 20b, 20c, 20d variabel. Der Strö¬ mungswiderstand der Abströmöffnungen 20a, 20b, 20c, 20d ist jedoch in Summe größer als der Strömungswiderstand des von dem Ventil 17 unverschlossenen Überströmkanals 16. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist die Lage der Abströmöff¬ nungen 20a, 20b, 20c, 20d derart gewählt, dass die Ersten der Abströmöffnungen 20a, 20b, 20c, 20d im Verlauf eines Aus¬ schaltvorganges dann verdämmt werden, wenn das erste Kontakt- stück 4 die Düsenengstelle 11 gerade freigegeben hat.
Aufgrund der axial hintereinander liegenden Abfolge mehrerer Abströmöffnungen 20a, 20b, 20c, 20d erfolgt eine stufenartige Reduzierung des durch die mehreren Abströmöffnungen 20a, 20b, 20c, 20d zur Verfügung gestellten Querschnittes. Damit erfolgt eine stufenartige Erhöhung des Gesamtströmungswiderstandes der Abströmöffnungen 20a, 20b, 20c, 20d. Die Lage der Abströmöffnungen 20a, 20b, 20c, 20d ist dabei derart gewählt, dass bei einer Relativbewegung des zweiten Nennstromkontaktstückes 7 innerhalb der Führungshülse 8 das Nennstromkontaktstück 7 bzw. der Kolben/die Trennwand 15 sich vor die Abströmöffnungen 20a, 20b, 20c, 20d schiebt.
Im Folgenden soll beispielartig die Funktionsweise des in der Figur 1 gezeigten Druckgas-Leistungsschalters beschrieben werden. Zunächst wird ein Einschaltvorgang beschrieben, wobei von dem Halbbild der Figur 1 auszugehen ist, in welchem die beiden Kontaktstücke 4, 5 sowie die beiden Nennstromkontaktstücke 6, 7 voneinander getrennt sind. Im Zuge eines Einschaltvorganges werden die Kontaktstücke 4, 5 sowie die Nennstromkontaktstücke 6, 7 miteinander in galvanischen Kontakt gebracht.
Über eine Antriebseinrichtung wird das Antriebsrohr 9 längs der Symmetrieachse 2 derart bewegt, dass das daran gekoppelte zweite Kontaktstück 5 sowie das zweite Nennstromkontaktstück 7 in Richtung des korrespondieren ersten Kontaktstückes 4 bzw. des korrespondierenden ersten Nennstromkontaktstückes 6 bewegt wird. Auf diesem Weg taucht das erste Kontaktstück 4 in die Düsenengstelle 11 der Isolierstoffdüse 10 ein. Bei einer aus¬ reichenden Annäherung der räumlich voreilenden Kontaktstücke 4, 5 kann es zum Entstehen eines so genannten Vorüberschlages kommen. Mit einer galvanischen Kontaktierung der beiden Kontaktstücke 4, 5 erlischt der Vorüberschlag.
Bei einem Ausschaltvorgang wird eine Antriebsbewegung auf das Antriebsrohr 9 aufgebracht, wodurch dieses mit entgegengesetz- tem Richtungssinn als bei einem Einschaltvorgang längs der Symmetrieachse 2 bewegt wird. Nunmehr erfolgt zunächst eine Trennung der beiden Nennstromkontaktstücke 6, 7. Die beiden Kontaktstücke 4, 5 verbleiben zu diesem Zeitpunkt noch in einem galvanischen Kontakt. Ein zwischen den beiden Anschluss- punkten 3a, 3b fließender elektrischer Strom kommutiert von der zwischen den Nennstromkontaktstücken 6, 7 gebildeten
Strombahn auf die zwischen den Kontaktstücken 4, 5 gebildete Strombahn. Die Relativbewegung zwischen den beiden Kontakt- stücken 4, 5 schreitet voran. Zu einem bestimmten Zeitpunkt erfolgt eine galvanische Trennung der beiden Kontaktstücke 4, 5. Aufgrund der zwischen den beiden Anschlusspunkten 3a, 3b herrschenden Potentialdifferenz wird über den Strompfad und die Kontaktstücke 4, 5 ein elektrischer Strom getrieben. Bei einem entsprechenden Schwingen des Stromes, beispielsweise aufgrund einer treibenden Wechselspannung, kann es zu einem natürlichen Erlöschen des Stromes kommen, d. h., es tritt kein Ausschaltlichtbogen auf. In einem entsprechend ungünstigeren Zeitpunkt tritt ein Ausschaltlichtbogen auf, welcher zwischen den beiden Kontaktstücken 4, 5 brennt. Aufgrund der axialen Ausdehnung der Düsenengstelle 11 in Richtung der Symmetrie¬ achse 2 wird auch nach einem Trennen der beiden Kontaktstücke 4, 5 die Düsenengstelle 11 weiterhin von dem ersten Kontakt¬ stück 4 verdämmt. Ein zwischen den Kontaktstücken 4, 5 bren- nender Lichtbogen trägt in die Lichtbogenzone thermische Ener¬ gie ein und erhitzt dort befindliches elektrisch isolierendes Gas und erhitzt dieses zu Schaltgas bzw. Heißgas. Weiterhin kann es zum Abbrand von Isoliermaterial oder Leitermaterial kommen, so dass sich in der Lichtbogenzone auch eine Plasma- wölke aufbaut. Ein Überdruck in der Lichtbogenzone kann bei¬ spielsweise durch das Antriebsrohr 9 in Richtung der Symmetrieachse 2 mittels einer Heißgasströmung reduziert werden.
In Nähe des Lichtbogens mündet in der Düsenengstelle 11 aus radialer Richtung der Speisekanal 13, so dass Heißgas auch über den Speisekanal 13 aus der Lichtbogenzone ausgeleitet wird. Der Speisekanal 13 mündet in dem Heißgasspeichervolumen 14, welches ein konstantes Volumen aufweist. Mit zunehmender Dauer des Brennens des Ausschaltlichtbogens in der Lichtbogen- zone wird zunehmend mehr Heißgas in das Heißgasspeichervolumen 14 hineingepresst , so dass innerhalb des Heißgasspeichervolu¬ mens 14 eine Erhöhung des dortigen Druckes erfolgt, da über den Speisekanal 13 dauerhaft heißes Schaltgas nachdrängt.
Während einer Ausschaltbewegung wird durch eine Bewegung der bewegbaren Trennwand 15, welche als bewegbarer Kolben das Vo¬ lumen des Kompressionsvolumens 18 verkleinert, eine mechani¬ sche Verdichtung von innerhalb des Kompressionsvolumens 18 vorgehaltenen kalten Isoliergases bewirkt. Aufgrund der Volu¬ menreduzierung des Kompressionsvolumens 18 wird dort befindli¬ ches kaltes Isoliergas in seinem Druck erhöht. Während des Kompressionsvorganges kann eine Menge von Isoliergas über die Abströmöffnungen 20a, 20b, 20c, 20d aus dem Kompressionsvolu- men 18 verpuffen. Durch eine Wahl des zur Verfügung stehenden Querschnittes für die Abströmöffnungen 20a, 20b, 20c, 20d kann diese Menge jedoch begrenzt werden. Mit einem weiteren Voranschreiten wird die Verdämmung der Düsenengstelle 11 durch das erste Kontaktstück 4 aufgehoben. Der Lichtbogen kann weiterhin zwischen den beiden Kontaktstücken 4, 5 brennen. Mit der Aufhebung der Verdämmung der Düsenengstelle 11 kann das innerhalb des Heißgasspeichervolumens 14 zwischengespeicherte und in seinem Druck erhöhte Heißgas in umgekehrter Richtung durch den Speisekanal 13 in die Lichtbogenzone 11 zurückströmen und auf- grund der erhöhten Strömung den Lichtbogen beblasen und die
Lichtbogenzone 11 von der dort befindlichen Plasmawolke beräu¬ men. Mit einer Reduzierung des Druckes in dem Heißgasspeichervolumen 14 kann im Kompressionsvolumen 18 mechanisch komprimiertes Isoliergas über den Überströmkanal 16 in das Heißgas- speichervolumen 14 übertreten und von dort über den Speisekanal 13 zur Beblasung des Lichtbogens genutzt werden. Das kalte Isoliergas wirkt nach einer ersten Räumung der Lichtbogenzone durch das zwischengespeicherte Heißgas zusätzlich kühlend und ist deshalb besonders geeignet, um den heißen Lichtbogen zu kühlen, zu beblasen und schlussendlich zum Erlöschen zu bringen .
Aufgrund der Position der Abströmöffnungen 20a, 20b, 20c, 20d werden die Abströmöffnungen 20a, 20b, 20c, 20d nach einem Aufheben der Verdammung der Düsenengstelle 11 durch das erste Kontaktstück 4 schrittweise von dem zweiten Nennstromkontakt- stück 7 überdeckt, so dass zum Ende der Ausschaltbewegung eine zusätzliche Erhöhung des Druckes innerhalb des Kompressionsvo- lumens 18 erfolgen kann, da ein Verpuffen des komprimierten
Isoliergases über die Abströmöffnungen 20a, 20b, 20c, 20d nur noch in einem verringerten Maße möglich ist. Über den Überströmkanal 16 kann das in seinem Druck erhöhte elektrisch isolierende Gas sich in das Heißgasspeichervolumen 14 hinein ent- spannen.
Die Figuren 2 und 3 zeigen nunmehr alternative Ausgestaltungen der Lagen von Abströmöffnungen. Die Funktion und Konstruktion der in den Figuren 2, 3 gezeigten Druckgas-Leistungsschalter entsprechen dem in der Figur 1 gezeigten Druckgas-Leistungsschalter. In der Figur 2 ist eine alternative Positionierung von Abströmöffnungen 20e, 20f vorgesehen. Die Abströmöffnungen 20e, 20f sind wiederum mantelseitig in das Kompressionsvolumen 18 eingebracht, wobei die Lage jedoch derart gewählt ist, dass selbst im Ausschaltzustand keinerlei Verdämmung der Abström¬ öffnungen 20e, 20f erfolgt, d. h., die Abströmöffnungen 20e, 20f gemäß der Konstruktion nach Figur 2 sind dauerhaft frei von jeglicher Überdeckung und somit dauerhaft geöffnet. In diesem Falle ist es besonders wichtig, die Strömungswider- stände des Überströmkanals 16 sowie die Strömungswiderstände der Abströmöffnungen 20e, 20f derart aufeinander abzustimmen, dass der Strömungswiderstand der Überströmkanäle 16 geringer (maximal gleich dem Strömungswiderstand der Abströmöffnungen 20e, 20f) ist, als der Strömungswiderstand der Abströmöffnung 20e, 20f.
Die Figur 3 zeigt eine alternative Lage von Abströmöffnungen 20g, 20h, welche nunmehr in der ortsfesten Stirnwand 19 des Kompressionsvolumens 18 angeordnet sind. Auch die Abströmöff¬ nungen 20g, 20h bei der Konstruktion gemäß Figur 3 sind dauerhaft von jeglicher Überdeckung, Ventilbaugruppe o. ä. frei¬ gehalten, so dass diese ihrer Wirkung nach den in der Figur 2 gezeigten Abströmöffnungen 20e, 20f entsprechen. Die in der Figur 3 gezeigten Abströmöffnungen 20g, 20h bewirken jedoch ein Übertreten bzw. Verpuffen von komprimierten Isoliergas aus dem Kompressionsvolumen 18 in das Innere der Unterbrechereinheit hinein. Die Überströmöffnungen 20h, 20g stellen einen Weg aus dem Kompressionsvolumen 18 in einen von der Führungshülse 8 umschlossenen Bereich dar. Über entsprechende Ausnehmungen 21 in der Führungshülse 8 kann das durch die Abströmöffnungen 20e, 20h austretende elektrisch isolierende Gas auch aus der Unterbrechereinheit austreten. Durch eine Anordnung der Ab- Strömöffnungen 20g, 20h an der ortsfesten Stirnwand 19 kann innerhalb der Unterbrechereinheit eine Rückstauwelle entste¬ hen, welche ein Austreten von komprimiertem Isoliergas aus dem Kompressionsvolumen 18 verzögern kann.

Claims

Patentansprüche
1. Druckgas-Leistungsschalter mit einer zwischen einem ersten Kontaktstück (4) und einem zweiten Kontaktstück
(5) angeordneten Lichtbogenzone, welche über einen Speisekanal (13) mit einem Heißgasspeichervolumen (14) verbunden ist und das Heißgasspeichervolumen (14) seinerseits mit einem volumenveränderlichen Kompressionsvolumen (18) über einen Überströmkanal (16) verbunden ist, sowie mit einer zumindest eine Abströmöffnung (20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h) auf¬ weisenden, das Kompressionsvolumen ( 18 ) begrenzenden Wandung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Abströmöffnung (20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h) zumindest im kontaktierten Zustand der Kontaktstücke (4, 5) dauerhaft geöffnet ist.
2. Druckgas-Leistungsschalter nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Abströmöffnung (20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h) dauerhaft geöffnet ist.
3. Druckgas-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
in Verlauf des Überströmkanals (16) ein differenzdruckgesteu- ertes Ventil (17) angeordnet ist.
4. Druckgas-Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der Strömungswiderstand des durchlässigen Überströmkanals
(16) kleiner oder gleich ist als der Strömungswiderstand der geöffneten Abströmöffnung (20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h) .
5. Druckgas-Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das Kompressionsvolumen (18) von einem relativ zu der Wandung bewegbaren Kolben (15) begrenzt ist, wobei die Abströmöffnung (20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h) zeitweise von dem Kolben verschlossen ist.
6. Druckgas-Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Wandung eine kreiszylindrische Mantelfläche (8) des Kom¬ pressionsvolumens (18) ist.
7. Druckgas-Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Wandung eine dem Kolben in Bewegungsrichtung gegenüberliegende Stirnseite (19) des Kompressionsvolumens (18) ist.
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