DE19614104C2 - Druckgasschalter - Google Patents
DruckgasschalterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Druckgasschalter nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Druckgasschalter ist aus der DE 39 15 700 C2
bekannt. Bei dem dort beschriebenen Druckgasschalter ist in
der Druckkammer, in die von einem Ausschaltlichtbogen
erhitztes Löschgas bei einer Trennung der Kontaktstücke
zwischengespeichert wird, ein gasabgebendes Material
angeordnet. Das in die Druckkammer eindringende erhitzte
Löschgas vermischt sich mit dem von dem Material abgegebenen
Gas. Dadurch wird das Löschgas nicht nur gekühlt, sondern
gleichzeitig bezüglich seiner Masse vermehrt. Als ein
geeignetes gasabgebendes Material ist Polytetrafluorethylen
(PTFE) genannt. Mit dem beweglichen Kontaktstück ist eine
Isolierstoffdüse verbunden, mit Hilfe derer der
Ausschaltlichtbogen gezielt beblasen werden kann. Nach Abnahme
der Leistung des Ausschaltlichtbogens in der Nähe des
Stromnulldurchgangs strömt nämlich das in der Druckkammer
zwichengespeicherte Gasgemisch zurück in den Bereich der
Unterbrechungsstelle.
In der DE-OS 23 24 125 ist beschrieben, daß zur Erhöhung der
Strom-Zeit-Belastbarkeit die Isolierdüse aus einem Werkstoff
besteht, der zwecks Abführung der in seinem Inneren
entstehenden Gase eine Porosität in der Art einer
Filterstruktur besitzt. Gemäß der Fig. 1 ist die Isolierdüse
dabei in der Form einer vom Rand radial nach innen abstehenden
Erhebung ausgestaltet.
Aus der Fachzeitschrift "Bild der Wissenschaft", Heft 7, Juli
1993, Seite 111: "Fußball klaut Elektronen" und aus der
Fachzeitschrift "TR TRANSFER", Nr. 31, 1994, Seiten 14 bis 17,
H. Benninghoff: "Vom Halbmetall zum Supraleiter: Fullerene"
geht hervor, Fullerene z. B. zur Funkenunterdrückung in
Hochspannungsschaltern zu verwenden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten
Druckgasschalter derart weiterzuentwickeln, dass bei gleicher
Ausschaltleistung des Druckgasschalters der Gasdruck zum
Löschen des Lichtbogens niedriger gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen
Druckgasschalter nach Anspruch 1.
Im bekannten Falle besteht das Löschgas aus
Schwefelhexafluorid (SF6) und PTFE-Dampf. Infolge der großen
Anzahl innerer Freiheitsgrade des SF6-Moleküls und des damit
verbundenen Vermögens zu einer Speicherung von Energie
zeichnet sich SF6 durch eine gute thermische Löschfähigkeit
aus. Das Aufnahmevermögen für Energie begünstigt auch die
Anlagerung freier Elektronen an das viel schwerere Molekül und
ergibt damit ein ausgezeichnetes Isoliergas.
In neuerer Zeit sind als "Fullerene" bezeichnete
Kohlenstoffmodifikationen C60, C70 usw. bekannt geworden.
Es handelt sich dabei um sehr große Moleküle, in denen die
Kohlenstoffatome an der Oberfläche von nahezu runden Polyedern
angeordnet sind. Das Innere der Moleküle ist leer. Diese sehr
großen Moleküle besitzen - wegen der beträchtlichen
gegenseitigen Bewegungsmöglichkeiten der Atome - eine
erheblich größere Anzahl innerer Freiheitsgrade als die
Moleküle im SF6. Daduch sind die Lösch- und
Isoliereigenschaften deutlich verbessert.
Fullerene liegen nicht als Gase vor, sondern als Festsstoff
"Fullerit". Sie können daher nicht ohne weiteres dem SF6
beigemengt werden. Das erfindungsgemäße, gasabgebende Material
kann bspw. dadurch gewonnen werden, dass Fulleritpulver (oder
ein anderes Fullerene enthaltendes Material in Pulverform) dem
PTFE vor einem Sintervorgang zugesetzt wird. Bei der
Abdampfung des Materials unter dem Einfluss der Strahlung des
Ausschaltlichbogens werden somit Fullerene frei, die sich
zusammen mit dem PTFE-Dampf mit dem Lösgas vermischen und
dessen Lösch- und Isolierfähigkeit verbesern. Auf diese Weise
wird die Ausschaltleistung des Druckgasschalters erhöht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung lässt
sich der teure Werkstoff Fulleren nur sehr sparsam einsetzen,
und zwar dann, wenn er nur an den der Lichtbogenstrahlung
ausgesetzten Stellen angebracht wird.
Eine der beiden Isolierstoffdüsen ist vorzugsweise eine
Hilfsdüse, die eine Wandung des senkrecht in die
Unterbrechungsstelle mündenden Rückströmkanals bildet.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den
übrigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand
zweier Zeichnungen, aus denen sich weitere Einzelheiten und
Vorteile ergeben, näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines C60-Moleküls
und
Fig. 2 im Längsschnitt die wesentlichen Teile eines
erfindungsgemäßen Druckgasschalters.
In Fig. 1 ist die perspektivische Darstellung eines fußballförmigen
C60-Moleküls zu sehen. Die Kohlenstoffatome befinden sich an den Ecken
eines Polyeders, das Fünf- oder Sechsecke als begrenzende Flächen hat
(sogenannter gekappter Ikosaeder). Aus der großen Anzahl der
Kohlenstoffatome läßt sich das beträchtliche Energiespeicherungsvermögen
des gesamten Moleküls ermessen.
In Fig. 2 sind in einem Längsschnitt des erfindungsgemäßen
Druckgasschalters seine wesentlichen Elemente zu sehen. Der
Druckgasschalter ist mit einem Löschgas, beispielsweise SF6, gefüllt und
weist ein bewegliches Kontaktstück 1 auf, das mit einem ortsfesten
Kontaktstück 2 eine Unterbrechungsstelle bildet (die gasdichte Kapselung
für das Löschgas ist nicht dargestellt). Bei dem beweglichen
Kontaktstück 1 handelt es sich um einen Fingerkontakt und bei dem
feststehenden Kontaktstück 2 um einen Schaltstift. Beide Kontaktstücke 1
und 2 sind länglich ausgeformt, sie sind entlang einer gemeinsamen
Längsachse angeordnet und in der Fig. 2 in ihrer Lage bei der
Ausschaltstellung des Druckgasschalters dargestellt. Der Bereich zwischen
den Kontaktstücken 1 und 2 ist die Unterbrechungsstelle, der direkte Weg
zwischen den Kontaktstücken 1 und 2 ist die Schaltstrecke.
Bei einem Ausschaltvorgang entsteht zwischen den Kontaktstücken 1 und 2
- in der Unterbrechungsstelle - ein Ausschaltlichtbogen. Das bewegliche
Kontaktstück 1 ist koaxial von einer - mit dem Kontaktstück 1
verbundenen - Druckkammer 3 umgeben, in der bei einem Ausschaltvorgang
vom Lichtbogen erhitztes Löschgas zwischengespeichert wird, wie im
einzelnen weiter unten noch näher ausgeführt wird.
An der der Unterbrechungsstelle zugewandten Stirnseite der Druckkammer 3
ist eine Isolierstoffdüse 4 befestigt, die sowohl die beiden einander
zugewandten Enden der beiden Kontaktstücke 1 und 2 als auch die
Schaltstrecke seitlich umgibt. In ihrem Innern weist sie zwei Stufungen
- mit unterschiedlicher Stufenhöhe - auf, und zwar eine Stufung in
Richtung des beweglichen Kontaktstücks 1 und eine in die entgegengesetzte
Richtung. Die Stufungen werden gebildet durch eine sprungartige Änderung
des Innendurchmessers in Längsrichtung der Isolierstoffdüse 4.
In Richtung des zu dem beweglichen Kontaktstück 1 gehörigen Endes hat
die Isolierstoffdüse 4 einen größeren Innendurchmesser als in ihrem
mittleren Bereich, der unmittelbar die Unterbrechungsstelle umgibt.
In ihrem dem beweglichen Kontaktstück 1 zugewandten Bereich, umschließt
die Isolierstoffdüse 4 mit Abstand eine Hilfsdüse 5.
Diese Hilfsdüse 5 umgibt mit Abstand zum einen seitlich das Ende des
beweglichen Kontaktstücks 1 und zum andern die Stirnseiten der
Kontaktfinger des beweglichen Kontaktstücks 1. Dazu weist die Hilfsdüse 5
ebenfalls eine Stufung auf, die durch einen Bereich größeren
Innendurchmessers und einen daran anschließenden Bereich mit kleinerem
Innendurchmesser gebildet wird, wobei das Ende des Kontaktstücks 1 in
den Bereich mit dem größeren Innendurchmesser hineinragt.
Durch den Zwischenraum zwischen der Isolierstoffdüse 4 und der
Hilfsdüse 5 wird ein Rückströmkanal 6 gebildet, der den Bereich der
Unterbrechungsstelle mit der Druckkammer 3 verbindet. Durch die Stufung
im Innern der Isolierstoffdüse 4 und durch die parallele Ausbildung der
Außenwände der Hilfsdüse 5 zu den ihnen zugewandten Innenwänden der
Isoliestoffdüse 4 hat der Rückströmkanal 6 in der Längsschnittdarstellung
einen rechtwinkeligen Verlauf und mündet rechtwinkelig zur Schaltstrecke
in den Raum zwischen den Kontaktstücken 1 und 2 ein.
Durch diesen Rückströmkanal 6 dringt während eines Ausschaltvorgangs
vom Lichtbogen erhitztes Löschgas in die Druckkammer 3 ein und bewirkt
dort unter Vermischung mit dem vorhandenen Löschgas einen Druckaufbau.
Wenn die Lichtbogenenergie zum Stromnulldurchgang hin abnimmt, bewirkt
dieser Druck eine Umkehrung der Löschgasströmung: Das in der
Druckkammer 3 zwischengespeicherte Löschgas gelangt durch den
Rückströmkanal 6 in den Bereich der Unterbrechungsstelle und löscht den
Ausschaltlichtbogen.
In der Ausschaltstellung (und auch schon vor ihrem Erreichen) umgeben
die Bereiche an den Innenwänden der Isolierstoffdüse 4 und an der
Hilfsdüse 5, die einen kleineren Innendurchmesser aufweisen, unmittelbar
die Schaltstrecke. Sie sind folglich direkt der Strahlung des
Ausschaltlichtbogens ausgesetzt.
Diese Bereiche der Isolierstoffdüse 4 und der Hilfsdüse 5 weisen
Düseneinsätze 7 auf, die sich jeweils über die gesamten, der Schaltstrecke
zugewandten Bereiche erstrecken.
Zusätzlich sind die Bereiche des Rückströmkanals 6, die senkrecht zu der
Schaltstrecke angeordnet sind, ebenfalls mit Düseneinsätzem 7 aus
demselben Material überdeckt.
Bei der Herstellung dieser Düseneinsätze 7 wird Fulleritpulver oder ein
anderes Fulleren enthaltendes Material dem PTFE vor dem Sintervorgang
zugesetzt und damit in den Düsenkörper eingebaut. Bei der Abdampfung
des Düsenmaterials unter dem Einfluß der Strahlung des
Ausschaltlichtbogens werden somit Fullerene frei, die sich zusammen mit
dem PTFE-Dampf und dem Löschgas vermischen und dessen Lösch- und
Isolierfähigkeit verbessern. Auf diese Weise wird die Ausschaltleistung des
Druckgasschalters gesteigert.
Es ist auch denkbar, durch geeignete Sinterverfahren Düsenkörper (für die
Isolierstoffdüse 4 und/oder die Hilfsdüse 5) mit örtlich variabler
Fullerendotierung direkt zu pressen.
Diejenigen Bereiche der Isolierstoffdüse 4 und/oder der Hilfsdüse 5, die
unmittelbar der Lichtbogenenergie ausgesetzt sind, würden dann stärker
mit Fulleren dotiert als die anderen Bereiche der Düsenkörper. Mit anderen
Worten wären dann statt der Einsätze 7 in der Isolierstoffdüse 4 und in
der Hilfsdüse 5 an diesen Stellen Bereiche mit hoher Dotierung an Fulleren
vorgesehen.
Claims (6)
1. Druckgasschalter
- 1. - mit einer mit Löschgas gefüllten Löschkammer,
- 2. - mit zwei eine Unterbrechungsstelle bildenden Kontaktstücken (1, 2) innerhalb der Löschkammer,
- 3. - mit mindestens einem Rückströmkanal (6), der die Unterbrechungsstelle mit einer Druckkammer (3) verbindet,
- 4. - mit einem Material, das zumindest teilweise der von einem Ausschaltlichtbogen emittierten Strahlung ausgesetzt ist, und das durch den Einfluß des Ausschaltlichtbogens ein für die Lichtbogenlöschung geeignetes Gas abgibt,
- 1. - es sind genau zwei Isolierstoffdüsen (4, 5) vorhanden,
- 2. - zwischen den Isolierstoffdüsen (4, 5) ist zumindestens teilweise ein Abstand vorhanden,
- 3. - der bzw. jeder Rückströmkanal (6) verläuft zwischen den Isolierstoffdüsen (4, 5),
- 4. - der bzw. jeder Rückströmkanal (6) weist zumindest in seinem der Unterbrechungsstelle zugewandten Einlaßbereich das Material auf,
- 5. - das Material enthält mit Fullerit als Füllstoff durchsetztes Polytetrafluorethylen (PTFE).
2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Polytetrefluorethylen zur Strahlungsabsorption
mindestens ein weiterer Zusatzstoff beigemengt ist.
3. Druckgasschalter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet
durch folgende Merkmale:
- 1. - die Kontaktstücke (1, 2) sind länglich ausgebildet,
- 2. - sie sind entlang einer gemeinsamen Längsachse angeordnet, und
- 3. - der Rückströmkanal (6) mündet senkrecht zu dieser Längsachse in den Bereich der Unterbrechungsstelle.
4. Druckgasschalter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch
folgende Merkmale:
- 1. - das eine Kontaktstück (2) ist feststehend,
- 2. - das andere Kontaktstück (1) ist gegen das feststehende beweglich,
- 3. - die beiden Isolierstoffdüsen (4, 5) sind gemeinsam an dem beweglichen Kontaktstück (1) befestigt,
- 4. - zumindestens die eine der beiden Isolierstoffdüsen (4, 5) weist in ihrem Innendurchmesser eine Stufung auf, so daß in axialer Richtung auf einen Bereich mit großem Innendurchmesser ein Bereich mit kleinem Innendurchmesser folgt,
- 5. - in dem Bereich mit großem Innendurchmesser ist mit Abstand die zweite Isolierstoffdüse (5) angeordnet,
- 6. - die zweite Isolierstoffdüse (5) umgibt mit Abstand sowohl seitlich das Ende des beweglichen Kontaktstücks (1)
- 7. - als auch zumindest teilweise seine dem feststehenden Kontaktstück (2) zugewandte Stirnseite.
5. Druckgasschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die der Unterbrechungsstelle
zugewandten Bereiche der Isolierstoffdüsen (4, 5)
mindestens einen Einsatz aufweisen, der mit Fulleren
dotiert ist.
6. Druckgasschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der der Unterbrechungsstelle
zugewandte Einlaßbereich des Rückströmkanals (6) jeweils
mindestens einen Einsatz (7) aufweist, der mit Fulleren
dotiert ist.
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DE (1) | DE19614104C2 (de) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE202017103766U1 (de) | 2017-06-23 | 2017-07-18 | Abb Schweiz Ag | Hochspannungs-Leistungsschalter |
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DE102006034742A1 (de) * | 2006-07-24 | 2008-01-31 | Siemens Ag | Isolierstoffdüse, welche ein erstes Material und ein zweites Material aufweist |
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DE3915700C2 (de) * | 1989-05-13 | 1993-07-01 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt, De |
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- 1996-04-10 DE DE1996114104 patent/DE19614104C2/de not_active Expired - Fee Related
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