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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungsleistungsschalter
mit zwei Lichtbogenkontaktstücken,
die im Ausschaltfall voneinander getrennt werden und zwischen denen
gegebenenfalls in einem mit einem Löschgas gefüllten Lichtbogenraum ein Lichtbogen
gezogen wird, wobei im Verlauf eines Ausschaltvorganges im Lichtbogenraum
durch den Lichtbogen aufgeheiztes Löschgas von der Engstelle einer
den Lichtbogenraum umgebenden Isolierdüse aus durch wenigstens einen
Abströmkanal
abströmt, wobei
ein den Abströmkanal
begrenzendes Kon taktrohr im Sinne der Abströmrichtung wenigstens auf einem
Teil seiner Länge
konisch zulaufend ausgebildet ist.
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Bei
den bekannten Leistungsschaltern wird jeweils zwischen zwei Lichtbogenkontaktstücken im Ausschaltfall
ein Lichtbogen gezogen, der durch ein Löschgas beblasen wird und dadurch
gelöscht
und am Rückzünden gehindert
werden soll. Oft ist ein Heizraum vorgesehen, in dem durch den Lichtbogen aufgeheiztes
Löschgas
unter hohem Druck bis zum nächsten
Stromnulldurchgang des zu schaltenden Stromes gespeichert wird,
um danach beim Druckabfall im Lichtbogenraum zum Lichtbogenraum
zurückzuströmen und
dort das Löschgas
zu kühlen.
Um eine effektive Kühlung
zu erreichen, muss danach das Löschgas
durch einen Abströmkanal
in einen Expansionsraum abströmen
können.
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Damit
die Innenwände
eines Kapselungsgehäuses
eines Leistungsschalters durch kontaminierte heiße Löschgase nicht be schädigt oder
verschmutzt werden und das Löschgas
möglichst
bald für
einen neuen Schaltvorgang zur Verfügung steht, wird das Löschgas in
einer Kühleinrichtung
gekühlt
und entionisiert. Solche Kühleinrichtungen
weisen beispielsweise sog. mesh cooler in Form von Lochblechen und
Metallgeweben auf, in denen die Wechselwirkungsoberfläche für das heiße Löschgas extrem groß ist.
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Durch
die Kühlung
des Löschgases
wird auch verhindert, dass bei einem zeitnahen weiteren Schaltvorgang
ionisiertes Löschgas
in die Schaltstrecke zwischen den Lichtbogenkontaktstücken einströmt.
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Es
wurde gefunden, dass für
ein optimales Schaltverhalten ein gewisser Rückstau des Löschgases
im Abströmkanal
notwendig ist, dass jedoch ein zu großer Rückstau beispielsweise infolge
eines zu dichten Metallgewebes, durch das das Löschgas hindurchströmen muss,
die Lichtbogenlöschung
behindern kann.
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Weiterhin
ist aus der Patentschrift
CH
655 612 A5 ein metallgekapselter Druckgasschalter bekannt,
welcher einen Abströmkanal
aufweist, der auf einem Teil seiner Länge konisch zulaufend ausgebildet
ist. Aufgeheiztes Löschgas
wird bei der bekannten Konstruktion frei in den Abströmkanal eingeblasen.
Dadurch kann es zu Verwirbelungen des Löschgases kommen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungsleistungsschalter
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ein im Hinblick
auf die Lichtbogenlöschung
optimiertes Abströmverhalten
des Löschgases
durch den Abströmkanal
erreicht wird.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
das Kontaktrohr im Sinne der Abströmrichtung vor dem konisch zulaufenden
Teil einen ersten Bereich mit einem gegenüber der Engstelle der Isolierdüse verringerten
Strömungswiderstand
aufweist, wobei die Isolierdüse
am Kontaktrohr im ersten Bereich anliegt.
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Dadurch,
dass in dem Abströmkanal
in dem konischen Bereich des Kontaktrohres eine Einengung des Abströmquerschnitts
vorgesehen ist, strömt
das Löschgas
unter Abbremsung durch einen Bereich mit größerem spezifischem Strömungswiderstand,
um da nach beispielsweise in einem Bereich mit geringerem spezifischem
Strömungswiderstand, der
quasi eine Expansionsvolumen bildet, zu expandieren. Hierdurch ergibt
sich ein Rückstauverhalten, das
mehrere zeitliche aufeinanderfolgende Rückstaudruckwellen des Löschgases
im Lichtbogenbereich erzeugt. Dadurch läßt sich der Löschgasdruck im
Lichtbogenraum in seinen Zeitverlauf steuern und somit ein für die Lichtbogenlöschung bzw.
die Vermeidung einer Rückzündung des
Lichtbogens optimierter Druckverlauf erreichen.
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Unter
dem Begriff "spezifischer
Strömungswiderstand" wird in diesem Zusammenhang
der Strömungswiderstand
für das
Löschgas
bezogen auf die Längeneinheit
in Strömungsrichtung
verstanden.
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Das
Kontaktrohr trägt
beispielsweise an seinem dem Lichtbogenraum zugewandten Ende ein ein
Lichtbogenkontaktstück
konzentrisch umgebendes Dauerstromkontaktstück.
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Die
Erfindung kann vorteilhaft bei Isolierdüsenschaltern eingesetzt werden,
die mit einem Heizraum ausgestattet sind, in dem durch den Lichtbogen aufgeheiztes
Löschgas
bis zum Stromnulldurchgang des zu schaltenden Stroms unter hohem
Druck gespeichert werden kann. Zusätzlich kann eine mechanische
Kompressionsvorrichtung für
das Löschgas
in Form eines Kompressionskolbens und eines Kompressionszylinders
vorgesehen sein.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Kontaktrohr
ein Lichtbogenkontaktstück
in Form eines ortsfest oder antreibbar ausgebildeten Kontaktgins
umgibt.
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Zusätzliche
Querschnittsverengungen können
beispielsweise durch eine Verdickung des in dem Abströmkanal zentral
verlaufenden Kontaktgins erreicht werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß dem Kontaktrohr
im Sinne der Abströmrichtung
eine Einrichtung zur radialen Umlenkung der Löschgasströmung nachgeordnet ist.
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Eine
solche radiale Umlenkung kann beispielsweise in Form einer Düse vorgesehen
sein, die das axial abströmende
Löschgas
in eine radiale Richtung oder um mehr als 90° umlenkt. Hinter der Umlenkeinrichtung
kann ein größerer Expansionsraum für das Löschgas vorgesehen
sein.
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Die
Erfindung kann außerdem
vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß zwischen dem konisch zulaufenden
Bereich des Kontaktrohres und der Einrichtung zur Umlenkung der
Löschgasströmung ein
zylindrischer Bereich des Kontaktrohres vorgesehen ist.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung
gezeigt und nachfolgend beschrieben.
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Dabei
zeigen die 1 und 2 schematisch
in einem Längsschnitt
einen Teil einer Unterbrechereinheit eines Hochspannungsleistungsschalters.
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Insbesondere
zeigt:
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1 eine
Engstelle, die durch eine Einschnürung eines den Kontaktgin umgebenden
Kontaktrohres ausgebildet ist, und
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2 eine
Einschnürung,
die durch ein konisch zulaufendes Kontaktrohr ausgebildet ist.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt
einen Teil einer Unterbrechereinheit eines Hochspannungsleistungsschalters
mit einem Isoliergehäuse 1,
das beispielsweise aus Porzellan oder aus einem Verbundisolator
besteht und in dem zwei Dauerstromkontaktstücke 2, 3 angeordnet sind.
Das Gehäuse
kann in einer anderen Realisierung der Erfindung auch als geerdetes
Metallgehäuse
ausgebildet sein.
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Mit
dem beweglichen Dauerstromkontaktstück 2 ist ein bewegliches
und antreibbares Lichtbogenkontaktstück 4 verbunden, das
als Tulpenkontakt ausgebildet ist. Dieses Lichtbogenkontaktstück weist an
seinem Umfang radial federnd angeordnete Kontaktfinger auf.
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Im
Einschaltzustand wirkt das antreibbare Lichtbogenkontaktstück 4 mit
einem ortsfesten Lichtbogenkontaktstück 5 in Form eines
Kontaktgins zusammen. Dieser durchsetzt im Einschaltzustand die Engstelle 6 der
Isolierdüse 7 und
kontaktiert federnd mit dem antreibbaren Lichtbogenkontaktstück 4.
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Wird
im Ausschaltfall das antreibbare Lichtbogenkontaktstück 4 gemeinsam
mit der Isolierdüse 7 und
dem Dauerstromkontaktstück 2 in
Richtung des Pfeils 8 durch einen nicht dargestellten Schalterantrieb
beschleunigt, so werden zunächst
die Dauerstromkontaktstücke 2, 3 voneinander
getrennt und darauf die Lichtbogenkontaktstücke 4, 5.
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Zwischen
den Lichtbogenkontaktstücken 4, 5 wird
in dem Lichtbogenraum 9 ein Lichtbogen gezogen, der dort
befindliches Löschgas,
beispielsweise SF6 (Schwefelhexafluorid)
aufheizt, so daß dieses expandiert.
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Das
expandierte Löschgas
wird wenigstens zum Teil durch einen Heizkanal 10 in einen
Heizraum 11 geleitet, wo es zunächst gespeichert wird. Beim Stromnulldurchgang
des zu schaltenden Wechselstroms erlischt der Lichtbogen 12 und
das in dem Heizraum 11 gespeicherte Löschgas strömt durch den Heizkanal 10 zum
Lichtbogenraum 9 zurück,
um dort durch eine Kühlung
das Rückzünden des
Lichtbogens beim nächsten
erfolgenden Spannungsanstieg zu verhindern.
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Die
Lichtbogenkontaktstücke 4, 5 entfernen sich
unterdessen weiter voneinander, so daß nach kurzer Zeit der Abstand
zwischen ihnen so groß ist, daß eine Rückzündung des
Lichtbogens nicht zu befürchten
ist.
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Um
optimale Bedingungen für
die Löschung des
Lichtbogens im Lichtbogenraum und im Bereich der Düsenengstelle 6 zu
schaffen, ist gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgesehen, daß der
Abströmkanal
(12, 13, 14, 15), durch den
das Löschgas
beispielsweise auf der Seite des feststehenden Lichtbogenkontaktstücks 5 abströmt, zunächst einen
ersten Bereich 12 aufweist, der einen gegenüber der
Düsenengstelle 6 verringerten
spezifischen Strömungswiderstand
aufweist. Der Abströmquerschnitt
ist dort erheblich größer als
im Bereich der Düsenengstelle 6.
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An
den ersten Bereich 12 schließt sich ein zweiter Bereich 13 an,
der einen gegenüber
dem ersten Bereich größeren spezifischen
Strömungswiderstand
aufweist. Dieser zweite Bereich ist als Verengung des den Dauerstromkontakt 3 tragenden
Kontaktrohres 20 ausgebildet. Der zweite Bereich 13 weist
hierzu einen konisch zulaufenden Bereich und eine Düsenengstelle 22 auf.
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An
den zweiten Bereich 13 schließt sich in Strömungsrichtung
des Löschgases
der dritte Bereich 14 an, der zunächst eine konische Erweiterung des
Abströmkanals
und daran anschließend
einen zylindrischen Bereich aufweist, wobei im dritten Bereich der
spezifische Strömungswiderstand
geringer ist als in dem zweiten Bereich 13.
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An
den dritten Bereich 14 schließt sich ein vierter Bereich 15 an,
der im Vergleich zu dem dritten Bereich 14 einen größeren spezifischen
Strömungswiderstand
aufweist und der als Einrichtung zur radialen Umlenkung der Löschgasströmung nach
außen hin
ausgebildet ist.
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In
den Bereichen 13, 15 findet jeweils eine Abbremsung
der Löschgasströmung statt,
die zu einem Rückstau
des Löschgases
führt.
Somit laufen Druckwellen entgegen der Löschgasströmung in Richtung zum Lichtbogenraum 9 hin.
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Diese
strömungsaufwärts wandernden Druckwellen
wirken sich günstig
auf die Bedingungen zur Löschung
des Lichtbogens im Lichtbogenraum 9 aus. Die Abstände zwischen
den Bereichen mit größerem spezifischem
Strömungswiderstand
und zwischen den Bereichen mit geringem spezifischem Strömungswiderstand
können
so gewählt
werden, daß eine
optimale zeitliche Abfolge der zum Lichtbogenraum wandernden Rückstauwellen
und somit dort ein optimales zeitliches Druckprofil erreicht wird.
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In
der 2 ist eine Anordnung gezeigt, die bis auf den
Abströmkanal 23 der
in 1 dargestellten Anordnung gleicht. Dort ist ein
erster Bereich 16 des Abströmkanals vorgesehen, der im
wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und der einen geringeren spezifischen
Strömungswiderstand
aufweist als die Düsenengstelle 6 der
Isolierdüse 7.
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Auf
den ersten Bereich 16 folgt ein zweiter Bereich 17,
der einen gegenüber
dem ersten Bereich vergrößerten spezifischen
Strömungswiderstand
aufweist, dadurch, daß das
Kontaktrohr 21 sich dort konisch verengt.
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Auf
den zweiten Bereich 17 folgt ein dritter Bereich 18,
in dem eine radiale Umlenkung der Löschgasströmung nach außen stattfindet.
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In
dem Bereich 16 mit geringerem spezifischen Strömungswiderstand
kann das Löschgas
in gewissem Maß expandieren.
Auf diese Weise durchläuft
die abströmende
Löschgasmenge
in zeitlicher Aufeinanderfolge Rückstaubereiche
und Expansionsbereiche, so daß sich
ein bestimmtes zeitliches Muster von Druckwellen durch den Rückstau erzeugen
läßt. Das
hierdurch erzielbare zeitliche Profil der zurückwandernden Druckwellen im
Lichtbogenraum ist vom Abstand der einzelnen Bereiche voneinander und
von dem Verhältnis
der jeweils vorliegenden spezifischen Strömungswiderstände abhängig.
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Zusammenfassend
ist festzustellen, daß bei der
Unterbrechereinheit auf unterschiedliche Weise erreicht werden kann,
daß sich
in dem Abströmkanal Bereiche
mit geringerem spezifischen Strömungswiderstand
und Bereiche mit größerem spezifischen Strömungswiderstand
abwechseln, wobei Bereiche mit größerem spezifischem Strömungswiderstand
als konisch zulaufende Rohre mit Engstellen, aber auch als Metallgewebe,
Lochplatten oder Rückschlagventile
ausgebildet werden können,
während
Bereiche mit geringerem spezifischen Strömungswiderstand als zylindrische
Rohre oder sich erweiternde konusförmige Rohre ausgebildet sein
können.
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Es
erweist sich als vorteilhaft, daß nach der Isolierdüse im Abströmkanal wenigstens
ein Bereich mit geringerem spezifischem Strömungswiderstand in axialer
Richtung des Schalters durchlaufen wird, an den sich ein konisch
zulaufender Bereich mit größerem spezifischen
Strömungswiderstand
anschließt,
der ebenfalls in axialer Richtung des Schalters durchströmt wird
und daß frühestens
danach eine radiale Umlenkung der Gasströmung stattfindet.
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Entsprechend
wie anhand der 1 und 2 beschrieben
kann auch der antriebsseitige Abströmkanal ausgebildet sein, der
im Inneren des tulpenförmigen
Lichtbogenkontaktstücks
beginnt.