DE1240159B - Druckgasschalter - Google Patents

Description

DEUTSCHES ^fl^Ivä^ PATENTAMT

DeutscheKl.: 21c-35/10

AUSLEGESCHRIFT

Nummer: 1240159

Aktenzeichen: W 39403 VIII d/21 c

1240159 Anmeldetag: 24. Juni 1965

Auslegetag: 11. Mai 1967

Bei Druckgasschaltern ist es für die Erreichung einer hohen Schaltleistung bekanntlich wichtig, daß das Druckgas mit dem zwischen zwei Schaltstücken entstehenden Ausschaltlichtbogen intensiv in Berührung kommt. Zu diesem Zweck verwendet man häufig aus Isolierstoff bestehende Düsenkörper, die den Lichtbogen umgeben. Damit das durch den Düsenkörper strömende Druckgas den Lichtbogen nicht nur an seinem Außenrand beeinflußt, sondern möglichst weit in den Lichtbogenkern vordringt, werden die Isolierstoffdüsenkörper mit einer Verengung ausgeführt. Das Druckgas erhält dadurch zu seiner axialen, d. h. in Längsrichtung des Lichtbogens verlaufenden Bewegung eine Komponente in radialer Richtung, so daß es den gesamten Querschnitt des Lichtbogens erfaßt.

Druckgasschalter der vorgenannten Art sind verhältnismäßig weit verbreitet und haben sich auch im Betrieb bewährt, weil sie schon bei mäßigen Gasströmungen beachtliche Schaltleistungen ergeben. Um so erstaunlicher ist es, daß erfindungsgemäß durch in der Wand des Düsenkörpers vorgesehene seitliche Auslaßöffnungen in der Nähe der engsten Stelle des Düsenkörpers eine weitere Verbesserung der Schaltleistung um etwa 10% gegenüber Schaltern erreicht werden kann, die solche seitlichen Auslaßöffnungen nicht haben. Die Verbesserung wird praktisch ohne Mehraufwand erreicht, denn der neue Düsenkörper erfordert nicht mehr Material als die bisher üblichen, im wesentlichen .rotationssymmetrischen Düsenkörper. Man kann Düsenkörper, wie sie bei der Erfindung verwendet werden, z.B. in einfacher Weise dadurch herstellen, daß in einen bisher üblichen Düsenkörper Auslaßöffnungen gemäß der Erfindung gebohrt werden.

Die Erfindung unterscheidet sich nach Aufgabe und Wirkung wesentlich von einer aus der deutschen Patentschrift 926 146 bekannten Anordnung, bei der ein Lichtbogen möglichst stark verlängert werden soll. Zur Verlängerung des Lichtbogens arbeitet die bekannte Anordnung mit einem Isolierstoffkörper, in dessen Bohrung eine schraubenlinienförrnige Vertiefung eingearbeitet ist. Im Grund der Vertiefung, d. h. an der weitesten Stelle der Bohrung des Isolierstoffkörpers, sind Öffnungen vorgesehen, durch die das Löschmittel entweichen soll, damit es den Lichtbogen in die Vertiefung drückt.

Die Erfindung hat auch nichts mit Kanälen zu tun, die bei dem Schalter nach der deutschen Patentschrift 936456 Druckluft zu zwei Widerstandselektroden leiten, die seitlich neben den Hauptschaltstücken angeordnet sind. Die Kanäle wirken nämlich Druckgasschalter

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. jur. G. Hoepffner, Rechtsanwalt,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

James M. Telford, Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 6. August 1964 (387 823)

ebenso wie in der Patentschrift im gleichen Zusammenhang erwähnten metallischen Rohrleitungen oder LeitpIatten lediglich als Druckluftführung.
Bei einer bewährten Ausführungsform der Erfindung ist der Querschnitt der Auslaßöffnungen halb so groß wie der kleinste Düsenquerschnitt. Vorzugs.weise wird dieser Querschnitt auf vier Auslaßöffnungen verteilt, die symmetrisch angeordnet sind. Man erhält dann besonders gute Ergebnisse, wie durch später beschriebene Versuche bestätigt wurde. Die Auslaßöffnungen liegen zweckmäßig in Strömüngsrichtung des Gases hinter dem engsten Düsenquerschnitt. Hinter ihnen kann man zur Unterstützung der mit den Auslaßöffnungen erreichten Wirkung Nuten. oder Rippen auf der Innenseite des Düsenkörpers vorsehen.

Die mit der Erfindung erreichte Verbesserung der Schaltleistung macht sich besonders bei den an sich geringen Schaltleistungen von Schaltern bemerkbar, deren Gasströmung in bekannter Weise durch eine im Ausschaltaugenblick betätigte Pumpeinrichtung zum Verdichten des Gases hervorgerufen wird. Bei diesen Schaltern erhält man durch die Auslaßöffnungen eine Verringerung des in der Düse ent- stehenden Gegendruckes, der von der Pumpe überwunden werden muß. Deshalb können die Antriebskräfte der Schalter kleiner gehalten werden.

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Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines dreipoligen Gasschalters;

F i g. 2 ist ein Längsschnitt durch einen der Pole des Schalters nach Fig. 1; die Schaltstückanordnung ist zum Teil geöffnet;

F i g. 3 ist ein Längsschnitt durch die verbesserte Düsenanordnung gemäß der Erfindung in beträcht lieh vergrößertem Maßstab;

F i g. 4 ist ein Schnitt im wesentlichen längs der LinieIV-IV der Fig. 3, und

F i g. 5 ist ein Vertikalschnitt ähnlich dem der Fig. 3; er zeigt aber die Gasströmung bei der Licht- *5 bogenlöschung.

1 bezeichnet in F i g. 1 als Ganzes einen dreiphasigen Leistungsschalter mit mehreren seitlich mit Abstand angeordneten Poleinheiten, von denen die an einem Ende gelegene in F i g. 2 gezeichnet ist. Wie dargestellt, trägt ein aufrecht stehender geerdeter Rahmen 2 ein mittleres Metallgehäuse 3 mit zwei Stromwandlern 4, 5, die das Metallgehäuse umgeben, wie in F i g. 2 der Zeichnung näher dargestellt ist.

F i g. 1 zeigt ferner, daß ein Antriebsgehäuse 7 vorgesehen ist, das in seinem Inneren einen geeigneten Antrieb enthält. Der Antrieb bewirkt die Ausschalt- und Einschaltdrehbewegung einer Antriebswelle 8 (Fig. 2), die die verschiedenen Poleinheiten verbindet. Dies ergibt eine gleichzeitige Kontaktbewegung in den einzelnen Poleinheiten. Unter besonderem Bezug auf F i g. 2 ist festzustellen, daß in bekannter Weise zwei Isolierstoffgehäuseteile 10,11 seitwärts von dem zentrischen geerdeten Gehäuse 3 vorstehen, die Anschlüsse 15, 16 an gegenüberliegenden Enden tragen. Im Inneren des Gehäuses 3 ist ein Tragstück 20 angebracht, das vorzugsweise aus Isoliermaterial besteht und mit einem feststehenden Kolben 21 (Fig. 2B) verbunden ist, der am äußeren Ende angeordnet ist. Uber den Isolierstoffträger 20 gleitend ist ein Zylinder 25 angeordnet, der eine bewegliche Kontaktanordnung 26 sowie eine bewegliche Düse 27 trägt. Die Düse ist in den F i g. 3 und 4 der Zeichnung näher dargestellt.

Aus einer Betrachtung der Fig. 2B geht hervor, daß bei einer Drehbewegung der Antriebswelle entgegen dem Uhrzeigersinn, die durch den Antrieb im Inneren des Gehäuses 7 hervorgerufen wird, eine nach außen gerichtete Ausschaltbewegung des Zylinders 25 und somit eine Verdichtung des Gases er- reicht wird, das zwischen dem feststehenden Kolben 21 und der Nabe 27 eingeschlossen ist. Die Verdichtung dieses Gases führt zu einem Ausblasen aus der Düse 27 und zu einer innigen Vermischung mit dem Lichtbogen 30, der zwischen einem feststehenden Schaltstück 32 und einem zentrisch angeordneten beweglichen Lichtbogenschaltstück 34 gezogen wird. Die axiale Strömung des komprimierten Gases, z. B. von Schwefelhexafluorid (SF₆), ergibt eine Löschung des Lichtbogens 30 innerhalb der Düsenanordnung27.

Es ist festzustellen, daß der Durchmesser des feststehenden Schaltstückes 32 in bekannter Weise so groß ist, daß in der Einschaltstellung im wesentlichen der ganze Düsenquerschnitt 27 a versperrt wird. Dadurch wird eine Gasströmung durch die Düse behindert, bis die bewegliche Düsenanordnung 27 vom Schaltstück 32 weggezogen wurde, so daß

anschließend der ringförmige Auslaßquerschnitt 64 wirksam wird.

Wie gefunden wurde, ergeben seitlich, radial gerichtete Auslaßöffnungen 36, die, bezogen auf die Düsenverengung 27 a, auf der unteren Seite 40 liegen, eine beträchtliche Erleichterung der Unterbrechung. Zum Beispiel wurde durch Versuche nachgewiesen, daß ein Ausschaltstrom von 18 000 A bei einer üblichen Düsenanordnung durch die seitlichen öffnungen 36 unterhalb der Düsenverengung auf 20 000 A vergrößert werden konnte. Dies bedeutet eine Verbesserung um rund 10%. Die exakte Theorie, die diesen Unterbrechungsvorgang wiedergibt, liegt noch nicht in voller Klarheit vor. Es ist aber vorstellbar, daß bei der Unterbrechung kleinerer Ströme ein Saugeffekt erreicht wird, der tatsächlich Gas durch die Auslaßöffnungen 36 in den Lichtbogenraum zieht. Bei der Unterbrechung großer Ströme ergibt dagegen der Querschnitt der Auslaßöffnungen 36 eine Entlastung bei einem explosionsartigen Ausblasen der verdichteten Gase. In jedem Fall hat die verbesserte Düsenanordnung 27, die in den F i g. 3 und 4 gezeigt ist, die Ausschaltleistung eines Blasschalters mit einem Blaskolben um annähernd 10 % vergrößert.

Um eine erhöhte Spannungsfestigkeit zwischen den voneinander getrennten Schaltstücken in der Ausschaltstellung zu erreichen, sind mehrere mit Abstand voneinander angeordnete Nuten oder Rippen 50 vorgesehen, wie in F i g. 3 der Zeichnung näher dargestellt ist. Diese Nuten vergrößern nicht nur die Stoßspannungsfestigkeit an der Trennstrecke, sondern sie führen auch zu einer wünschenswerten Unterstützung der Unterbrechungswirkung, indem sie eine größere Turbulenz des Gases hervorrufen und eine Verlängerung des Lichtbogens 30 bewirken.

Auf Grund von theoretischen Betrachtungen wurde gefunden, daß beträchtlich verbesserte Ergebnisse durch die Verwendung von wenigstens vier runden seitlichen, symmetrisch gelegenen Ausblasöffnungen 36 erhalten werden könnten, die einen gesamten Auslaßquerschnitt von im wesentlichen der Hälfte des Querschnittes im Bereich der Düsenverengung 27a der Düse 27 aufweisen. Dies hat sich in Versuchen tatsächlich bestätigt. Außerdem wurde gefunden, daß die Auslaßöffnungen 36 so nahe wie möglich an der Düsenverengung 27a liegen sollten, wie in Fig.3 dargestellt ist, solange das Material der Düsenverengung nicht zu stark ausgebrannt wird. Ferner sollten die Auslaßquerschnitte im wesentlichen gleichförmig außen verteilt sein, wobei ein Minimum von vier runden Auslaßöffnungen zur Erzielung der besten Ergebnisse vorgesehen sein sollte. Längliche Schlitze oder Öffnungen, die nur auf einer Seite der Düse liegen, oder zwei seitliche öffnungen haben sich im wesentlichen als weniger wirksam erwiesen, so daß ein Minimum von vier Löchern 36 erforderlich sein dürfte.

Bei der Einschaltbewegung ergibt eine Drehung der Antriebswelle 8 im Uhrzeigersinn eine nach dem festen Kontakt zu gerichtete Einschaltbewegung des Zylinders 25 und infolgedessen eine Kontaktberührung zwischen dem beweglichen Schaltstück 26 und dem feststehenden Schaltstück 32. Aus der USA.-Patentschrift 3 114 815 gehen nähere Einzelheiten dieser Wirkungsweise hervor. Für das Verständnis der Erfindung genügt jedoch die vorhergehende kurze Beschreibung der Düse 27, die beträchtlich zur Ver-

Claims (6)

besserang der Ausschaltleistung des Schalters beiträgt. Patentansprüche:

1. Druckgasschalter mit einem an einer Stelle sich verengenden Isolierstoffdüsenkörper, in dem beim Ausschalten ein Lichtbogen zwischen zwei Schaltstücken brennt, der durch ein durch den Düsenkörper strömendes Druckgas beblasen wird, gekennzeichnet durch in der Wand des Düsenkörpers vorgesehene seitliche Auslaßöffnungen in der Nähe der engsten Stelle des Düsenkörpers.

2. Druckgasschalter nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Auslaßöffnungen halb so groß ist wie der kleinste Düsenquerschnitt.

3. Druckgasschalter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch vier symmetrisch verteilte Auslaßöffnungen.

4. Druckgasschalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen in Strömungsrichtung des Gases hinter dem engsten Düsenquerschnitt liegen.

5. Druckgasschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung des Gases hinter der Auslaßöffnung liegend Nuten oder Rippen auf der Innenseite des Düsenkörpers vorgesehen sind.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ihre Verwendung bei Drackgasschaltem, bei denen der Düsenkörper Teil einer im Ausschaltaugenblick betätigten Pumpeinrichtung zum Verdichten des Gases ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 926 146, 936 456;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1 023 509,
325.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen