DE2411897A1 - Anordnung zur loeschung eines lichtbogens in einem gasstroemungsschalter - Google Patents
Anordnung zur loeschung eines lichtbogens in einem gasstroemungsschalterInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT P 24 11 897.6
Berlin und München VPA 74/7513 Kin/Hnl
Anordnung zur Löschung eines Lichtbogens in einem Gasströmungsschalter
Zusatz zum Patent (Patentanmeldung P 23 16 009.Oj
VPA 73/7546)
Gegenstand des Hauptpatentes (Patentanmeldung P 23 16 009.0) ist eine Anordnung zur Löschung eines Lichtbogens in einem
Gasströmungsschalter, insbesondere einem Blaskolbenschalter, bei dem in der Strömungsführung in der Nähe der Löschstrecke
wenigstens ein Rückschlagventil vorgesehen ist. Dieses Rückschlagventil ist in einem Strömungskanal angeordnet, der
durch ein Isolierstoffteil zur Löschstrecke führt. Als Löschmittel wird im allgemeinen Schwefelhexafluorid SFc verwendet,
das in gekapselten Hochspannungsanlagen zugleich als Isoliermittel dient. Die Gasströmungsschalter werden vorzugsweise
verwendet in elektrischen Anlagen mit hoher Spannung und zur Löschung eines Lichtbogens mit hoher Stromstärke.
In solchen Schaltern sind dann im allgemeinen mehrere Rückschlagventile in entsprechend gestalteten Strömungskanälen
vorgesehen. Der Löschkanal kann auch als Ringkanal gestaltet sein, der mit einer größeren Zahl federnder Zungen
versehen ist, die jeweils als Rückschlagventil dienen.
Der für die Lichtbogenlöschung erforderliche Löschmitteldruck wird während der Ausschaltbewegung durch eine Blaskolbeneinrichtung
in der Löschanordnung erzeugt. In der Löschanordnung nach dem Hauptpatent bilden die Rückschlagventile ein Düsenlöschsystem,
bei dem der vom Lichtbogen in der Löschstrecke erzeugte Druck zur Selbstbeblasung des Lichtbogens ausgenutzt
wird. Durch die Ventile wird eine Rückstreuung der
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heißen Löschgase In den Hochdruckteil, das ist beim Blaskolbenschalter der Koapressionsraum, verhindert. In dieser
Alisführungsform kann somit der vom Lichtbogen in der Löschatrecke erzeugte Oberdruck nicht mehr auf den Kolben einwirken. Der Blaskolbenschalter ist somit auch nur noch für
diesen begrenzten Gasdruck auszulegen.
Werden in einer derartigen Anordnung beim Ausschalten, insbesondere bei großen Strömen, durch den vom Lichtbogen in
der Löschstrecke erzeugten Druck die Ventile in den Strömungskanälen verschlossen, so tritt im Hochdruckteil infolge
der Bewegung des Blaskolbens eine weitere Kompression des Gases ein. Die erforderliche Kompressionsarbeit muß vom Antrieb geliefert werden.
Ss wurde nun erkannt, daß wegen der Kopplung zwischen beweglicher Elektrode und Blasvorrichtung eine übermäßig hohe
Kompression bis zum Wiederöffnen der Ventile aufgebaut wird. Die Kolbenbewegung ist nämlich durch die vorgeschriebene
Elektrodengeschwindigkeit festgelegt. Der Antrieb eines solchen Löschsystems muß deshalb für diese während des
Löschvorganges nicht ausgenutzte hohe Kompression im Hochdruckteil ausgelegt sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Kompression
auf einen Wert zu begrenzen, der zur Lichtbogenlöschung nach Abbau des Rückstaus notwendig ist, wenn die Rückschlagventile wieder öffnen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß parallel zur Löschstrecke wenigstens ein Überlaufventil für das Löschgas vorgesehen ist, das den
Hochdruck- und Niederdruckteil der Löschanordnung miteinander verbindet und wenigstens ein Überdruckventil enthält.
Diese Überlaufkanäle umgehen die Löschstrecke, und ihre Überdruckventile öffnen beim Überschreiten eines vorbestimmten Überdruckes im Kompressionsraum und ermöglichen damit
einen direkten Gasübertritt vom Hoch- zum Niederdrückteil
der Löschanordnung. Der Druck, bei dem die Überdruckventile öffnen, wird so eingestellt, daß nach Abbau des Rückstaus
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eine Lichtbogenlöschung gewährleistet ist. Der Antrieb für
den Blaskolben und der Hochdruckteil der Löseilanordnung
brauchen deshalb nur für diesen begrenzten Druck auegelegt zu sein.
Die Überlaufkanäle mit den Überdruckventilen können sowohl im Isolierstoffteil parallel zu den Strömungekanälen angeordnet
werden. In dieser Ausführungsfora ist dann zweckmäßig der Isolierstoffteil mit der beweglichen Elektrode
der Schalteinrichtung verbunden und dient zugleich als Blaskorben für die Löschanordnung.
Man kann aber auch die Überdruckventile in der Zylinderwand
der als Hohlzylinder auegebildeten beweglichen Elektrode anordnen, deren Innenraum dann mit dem Niederdruckteil der
Löschanordnung in Verbindung steht. Ferner können die Überströmventile auch beispielsweise in einer Trennwand zwischen
dem Hoch-, und dem Niederdruckteil des Schalters angeordnet werden.
Die Anzahl der Überdruckventile ist so eu wählen, daß der
beim Offnen freiwerdende Gesamtetrömungsquerschnitt ausreicht,
um das vom bewegten Kolben verdrängte Gaevolumen ohne nennenswerten Strömungswiderstand abfließen zu lassen.
Dies läßt sich mit einem oder wenigen Ventilen großen Querschnitts erzielen oder mit entsprechend vielen Ventilen
kleineren Querschnitts.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Pig.1 und 2 jeweils ein Ausführungsbeispiel
eines Grasströmungsschalters nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind.
In ?ig.1 ist eine im wesentlichen als Hohlzylinder gestaltete
bewegliche Elektrode mit 2, ein Isolierstoffteil mit .4-» eine feste, ebenfalls als Hohlzylinder gestaltete Elektrode
mit 8, und ein Strömungskanal mit 14 bezeichnet, der ringförmig ausgebildet sein und Rückschlagventile enthalten soll,
die aus federnden Zungen bestehen sollen und mit 62 bezeich-
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net sind. Eine rechte Stirnwand der Löseilanordnung ist mit
64, ein hohlzylindrischer Gehäuseteil aus Isolierstoff mit
66 und eine Trennwand zwischen dem Hochdruckteil 67 und einem Niederdruckteil 69 ist mit 70 bezeichnet. Ein Antrieb
72 für die bewegliche Elektrode 2 ist von einem hohlzylindrischen Gehäuseteil 74 umgeben.
Der Isolierstoffkörper 4, durch dessen düsenförmige Querschnittsverengung
das nicht näher bezeichnete freie Ende der festen Elektrode 8 hindurehragt, ist mit Überlaufkanälen 76
und 78 versehen, welche den Hochdruckteil 67 mit dem Niederdrucktei-1
68 verbinden. Diese Überlaufkanäle sind jeweils mit einem Deckel 80 bzw. 82 versehen, auf den mittels einer
Druckfeder 81 bzw. 83 ein vorbestimmter Anpreßdruck ausgeübt
wird. Die Deckel 80 und 82 wirken in Verbindung mit dem Anpreßdruck der Federn 81 bzw. 83 jeweils als Überdruckventil
für eine Gasströmung vom Hochdruckteil 67 zum Niederdruckteil 68.
Im geschlossenen Zustand der Lichtbogenlöscheinrichtung greift die Hohlelektrode 2, deren nicht näher bezeichneter
Kopf in an sich bekannter Weise als Kontaktsystem ausgebildet ist, über das freie Ende der festen Elektrode 8, die in
der dargestellten Anordnung ebenfalls als Hohlelektrode gestaltet ist, die aber auch massiv ausgebildet sein kann. Die
Ausführungsform als ,Hohlelektrode hat den Vorteil, daß mit Hilfe einer oder mehrerer Bohrungen 88 ein einfacher Druckausgleich
zwischen den Kammern 68 und 69 des Niederdruckteils über den nicht näher bezeichneten Hohlraum der Elektroden 2
und 8 ermöglicht wird.
Beim Abschalten eines Stromes wird die bewegliche Elektrode 2 mit dem Isolierstoffkörper 4, der das Düsensystem enthält,
nach links bewegt. Mit dieser Bewegung wird das in der Hochdruckkammer 67 befindliche Löschgas, z.B. Schwefelhexafluorid
SFg, das unter einem Druck von beispielsweise ρ =10 N/m
steht, komprimiert und sein Druck entsprechend erhöht. Sobald die bewegliche Hohlelektrode 2 über das freie Ende der
festen Elektrode 8 hinausgleitet, wird zwischen den beiden
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Elektrodenenden ein Lichtbogen gezogen. Wenn die Engstelle
des als Blaskolben dienenden Isolierstoffkörpers 4 frei wird, strömt das vorkomprimierte Löschgas aus dem Hochdruckteil
über die Rückschlagventile 62 durch den Strömungskanal 14 zur Lichtbogen-Löschstrecke und von dort in die Niederdruckkammern
68 und 69· Tritt nun durch die Wärmewirkung des Lichtbogens in der Löschstrecke ein solcher Druckanstieg auf,
daß der Druck in der Hochdruckkammer 67 überschritten wird, so werden durch diesen Staudruck die Rückschlagventile 62
geschlossen und eine Rückströmung der heißen Löschgase in den Kompressionsraum 67 wird verhindert.
Die Bewegung der Elektrode 2 wird im allgemeinen durch die
erforderliche Blaszeit, beispielsweise 20 msec, bestimmt. Während der Bewegung der Elektrode 2 wird das Löschgas im
Hochdruckteil auch nach dem Schließen der Rückschlagventile 62 weiter komprimiert, bis der Gasdruck in der Löschstrecke
unter dem Druck in der Hochdruckkammer 67 abgesunken ist. Da der Druck in der Löschstrecke aber den dreifachen
Auegangsdruck und mehr erreichen kann, bleiben die Rückschlagventile 62 einen erheblichen Teil von einer Stromhalbschwingung
geschlossen. Der Antrieb für den Blaskolben 4, der an die Antriebsstange 72 der Elektrode 2 angreifen
soll und in der Figur nicht dargestellt ist, muß somit für die hohe Kompressionsarbeit im Hochdruckteil der Löschanordnung
ausgelegt sein.
Nach der Erfindung sind deshalb parallel zur Löschstrecke die Überlaufkanäle 76 vorgesehen, die mit entsprechenden
ÜberlaufÜberdruckventilen 80 bis 83 versehen sind. Die Federkraft der Druckfedern 81 und 83 wird so eingestellt,
daß sie bei einem vorbestimmten Überdruck im Hochdruckteil 67, beispielsweise bei einem Druck von 1,5 P0 oder auch
2 ρ , öffnen und damit ein Abströmen eines Teils des Löschgases aus der Hochdruckkammer 67 in die Niederdruckkammer
68 ermöglichen. Das Löschgas kann dann unter Umgehung der Löschstrecke, in welcher der Lichtbogen brennt, solange
abströmen, bis der vorgewählte Druck in der Hochdruckkammer
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67 unterschritten wird. Danach strömt das Gas durch die sich
öffnenden Rückschlagventile 62 und den Strömungskanal 14 und löscht den Lichtbogen. Mit dieser Gestaltung wird somit der
Druck im Hochdruckteil der Löschanordnung auf einen vorbestimmten Wert begrenzt, der beispielsweise bei 2 ρ oder
2,5 P0 liegen kann, wobei pQ der stationär vorhandene Ausgangsdruck
bedeutet, der in der gesamten Löschanordnung herrscht.
In der Ausführungsform einer Löscheinrichtung nach Fig.1
sind die Deckel 80 und 82 der Überlaufkanäle 76 und 78 mittels Druckfedern als Überdruckventile ausgebildet. Es können
jedoch auch andere Ausführungsformen von Überdruckventilen
gewählt werden. Die Überdruckventile können beispielsweise auch als federnde Zungen gestaltet sein. Ferner können
die Überlaufkanäle auch an anderen Stellen der Löscheinrichtung
angeordnet werden. Wichtig ist nur, daß die Überlaufkanäle einen Parallelweg zur Löschstrecke bilden und eine Gasströmung
vom Hochdruckteil 67 zum Niederdruckteil 68 und 69 ermöglichen. Die Überlaufkanäle können deshalb auch eine
direkte Verbindung von der Hochdruckkammer 67 zur Niederdruckkammer
69 herstellen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise die zur Führung der Elektrode 2 dienende Trennwand 70
mit einem Überlaufkanal 90 versehen sein, der ein Überdruckventil 92 enthält.
lerner kann die Zylinderwand der beweglichen Elektrode 2 mit Bohrungen versehen sein, die jeweils einen Überlaufkanal 94
und 96 bilden und die jeweils mit einem Überdruckventil 98 bzw. 100 versehen sind, die beispielsweise aus federnden
Zungen bestehen können.
Die Trennwand 70 kann darüber hinaus mit einem Gaszuführungskanal 102 versehen sein, der ein Rückschlagventil 104
enthält, das beim Schließen des Schalters die Füllung der Hochdruckkammer 67 mit Löschgas ermöglicht.
In der Ausführungsform einer Löscheinrichtung nach Fig.2
sind lediglich einige Teile der Anordnung nach Fig.1 in der
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Umgebung der Löschstrecke veranschaulicht. Die feste Elektrode
8 ist ebenfalls als Hohlelektrode ausgebildet und der als Blaskolben 4 dienende Isolierstoffkörper mit einer düsenförmigen
Querschnittsverengung ist in einer Stellung innerhalb des Gehäuses 66 dargestellt, in der er bereits über
das freie Ende der festen Elektrode 8 hinwegbewegt ist. In dieser Stellung des Blaskolbens 4 ist somit beim Aussehaltvorgang
durch eine in der Figur nicht dargestellte bewegliche Elektrode ein in der Figur ebenfalls nicht dargestellter
Lichtbogen gezogen. Die Überlaufkanäle 76 und 78
sind jeweils mit einem Überdruckventil 106 bzw. 108 versehen. Diese Überdruckventile sind in ihrer geschlossenen
Stellung dargestellt. In ihrer geöffneten Stellung geben sie die Gasströmung durch besondere Kanäle 110 und 112 frei,
deren Mündung jeweils in der Hähe der Engstelle des Blaskolbens 4 liegt. Von diesen zusätzlichen Düsenkanälen können
zweckmäßig mehrere vorzugsweise wenigstens etwa gleichmäßig auf dem Umfang des Isolierstoffkörpers 4 verteilt sein.
Sobald die Überdruckventile 106 und 108 die zusätzlichen Kanäle 110 und 112 freigeben, strömt das Gas durch die Überlaufkanäle
76 und 78 unmittelbar hinter der Düsenengstelle aus und dient somit zur Beblasung des dort brennenden Lichtbogens.
Die Anordnung und Richtung der zusätzlichen Überlaufkanäle 110 und 112 wird so gewählt, daß das überströmende
kalte Löschgas in unmittelbarer Nähe des Lichtbogens im Strömungsschatten der als Löschdüse wirkenden Engstelle
des Isolierstoffkörpera 4 austritt. Durch dieses ausströmende
Löschgas wird verhindert, daß sich dort im Strömungsschatten der Löschdüse heiße Plasmawolken ansammeln, die die
Löschung des Lichtbogens ungünstig beeinflussen und eine Rückzündung begünstigen können.
9 Patentansprüche
2 Figuren
2 Figuren
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Claims (9)
1. Anordnung zur Löschung eines Lichtbogens in einem Gasströmungsschalter,
insbesondere einem Blaskolbenschalter, bei dem in der Strömungsführung in der Nähe der
Löschstrecke ein Rückschlagventil vorgesehen ist, das in einem Strömungskanal angeordnet ist, der durch ein Isolierstoff
teil zur Löschstrecke führt, nach Patent (Patentanmeldung P 23 16 009.0; VPA 73/7546), bei der ein Löschgas von einem Hochdruckteil
über die Löschstrecke zu einem Niederdruckteil strömt, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Löschstrecke
ein Überlauf kanal (76,78,90,94,96) für das Löschgas vorgesehen ist, der den Hochdruckteil (67) und
den Niederdruckteil (68,69) miteinander verbindet und wenigstens ein Überdruckventil (80 bis 83, 92, 98, 100,
106, 108) enthält.
2. Anordnung nach Anspruch 1 für einen Blaskolbenschalter, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (62)
und das Überdruckventil (80 bis 83) in dem Isolierstoffteil (4) angeordnet sind, das an einer beweglichen Elektrode
(2) befestigt ist und als Blaskolben für die Gasströmung dient.-
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierstoffteil (4) eine düsenförmige Querschnittsverengung für die Gasströmung bildet und daß der Überlaufkanal
(110, 112) im Niederdruckteil (68) in unmittelbarer Nähe der Löschstrecke im Strömungsschatten der
düsenförmigen Querschnittsverengung des Isolierstoffteils (4) endet.
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4. Anordnung naoh einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß als Überdruckventile federnde Zungen vorgesehen sind.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Überlaufkanal (76,78) mit einer Verschlußkappe (80,82) versehen ist, deren Anpreßdruck
durch Federkraft (81 bzw. 83) bestimmt ist.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlaufkanal (94,96) mit Überdruckventil (98,100)
in der Zylinderwand einer als Hohlzylinder gestalteten Elektrode (2) vorgesehen ist, deren Innenraum mit dem
Niederdruckteil (69) verbunden ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschanordnung zwei Hohlelektroden (2,8) enthält
und daß die Zylinderwand der zweiten Elektrode mit wenigstens einer Öffnung (88) versehen.ist.
und daß die Zylinderwand der zweiten Elektrode mit wenigstens einer Öffnung (88) versehen.ist.
8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlaufkanal (90) mit Überdruckventil (92) in
einer Trennwand (70) zwischen Hochdruck- und Niederdruckteil angeordnet ist.
einer Trennwand (70) zwischen Hochdruck- und Niederdruckteil angeordnet ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Füllung des Volumens (67) beim
Schließen der Löschanordnung ein Ansaugkanal (102) mit Rückschlagventil (104) vorgesehen ist.
Schließen der Löschanordnung ein Ansaugkanal (102) mit Rückschlagventil (104) vorgesehen ist.
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