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BLASDUESENANORDNUNG AN EINEM DRUCKGASSCHALTER
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blasdüsenanordnung an einem
Druckgasschalter gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Die Blasdüse einesDruckgasschalters hat bei einem Ausschalthub nicht
nur dem Druck des dem Druckraum entstromenden Druckgases zu widerstehen, sondern,
und vor allem den örtlich und zeitlich begrenzten Druckspitzen, die durch die plötzliche
Erhitzung des Druckgases durch den durch dieses beblasenen Schaltlichtbogens bedingt
sind.
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Diese Druckspitzen sind im Bereich der engsten Stelle des Düsenraumes
am ausgeprägtesten, weil hier das Druckgas unmittelbar benachbart zum Schaltlichtbogen
abströmt.
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Es ist daher in der CH-PS 423 927 bereits vorgeschlagen worden, den
Düsenkörper dadurch zu entlasten, dass im Bereich seiner engsten Stelle vom Düsenraum
Durchlässe ausgehen. Bei dieser bekannten Anordnung führen die Durchlässe im wesentlichen
radial nach aussen in den den Düsenkörper umgebenden Raum. Das durch diese Durchlässe
abströmende, erhitzte Druckgas ist aber - wegen der Erhitzung - stark ionisiert
und kann ausserdem MetalZdämpfe enthalten, die durch Abbrand der sich trennenden
Kontaktstücke an den Fusspunkten des Schaltlichtbogens entstanden sind. Das radiale
Abströmen dieser hochgespannten und elektrisch leitenden Gase durch die Durchlässe
der bekannten Anordnung beeinträchtigt die dielektrische Festigkeit des den Düsenkörper
umgebenden und von der nd eines Schaltergehäuses begrenzten Raumes, was besonders
dann schwerwiegend ist, wenn das Schaltergehause auf der
Höhe des
Düsenkörpers durch eine Metallkapselung gebildet ist.
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Bei einer anderen, bekannten, gattungsgemässen Anordnung, nämlich
gemäss der CH-PS 537 092,wurde das direkte radiale Abströmen der hochgespannten
erhitzten Schaltgase verhindert.Die Durchlässe münden zwar noch immer in den den
Düsenkörper umgebenden Raum, aber bevor sie in diesen Raum eintreten, prallen sie
auf eine geneigte, kegelige Wand, die die Strömungsrichtung der durch die Durchlässe
strömenden Gase in eine etwa parallel zur Achse des Düsenkörpers verlaufende Richtung
umlenken soll. Damit ist zwar eine unmittelbare "Verseuchung" des den Düsenkörper
umgebenden Raumes vermindert, aber die kinetische Energie der hochgespannten, die
Durchlässe durchströmenden Gase geht ungenutzt verloren.
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Bei diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine
Blasdüsenanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der nicht nur die
Verseuchung des den Düsenkörper umgebenden Raumes weiter vermindert werden kann,
sondern bei der auch die kinetische Energie der die Durchlässe durchströmenden Schaltgase
zur Unterstützung der den Schaltlichtbogen beblasenden Gasströmung herangezogen
werden kann.
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Zu diesem Zweck weist die vorgeschlagene Anordnung die im Kennzeichen
des Patentanspruches 1 definierten Merkmale auf.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen definiert.
Nachfolgend sind anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der vorgeschlagenen Anordnung
näher
beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 einen Axialschnitt durch die
im vorliegenden Zusammenhang interessierenden Teile, und zwar links in einer ersten
und rechts in einer zweiten Ausführungsform, und Fig. 2 einen Querschnitt im wesentlichen
längs der Linie II-II der Fig. 1.
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In Fig. 1 ist eine Blasdüsenanordnung 10 in nahezu offener Stellung
des zugeordneten Druckgasschalters dargestellt. Dieser besitzt einen ortsfesten
Kontaktsatz mit einem rohrförmigen Nennstromkontakt 11 und einem von diesem koaxial
umgebenen, ebenfalls rohrförmigen Lichtbogenkontak; 12. Das freie Ende des Lichtbogenkontaktes
12 steht über das Ende des Nennstromkontaktes 11 vor und ist mit einem Abbrandring
13 versehen.
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Der ortsfeste Kontaktsatz wirkt mit einem in Richtung des Doppelpfeiles
14 mittels eines nicht dargestellten Antriebes hin und her bewegbaren beweglichen
Kontaktsatz zusammen. Dieser weist ebenfalls einen Nennstromkontakt 15 auf, der
in einen Aussenmantel 16 eines Druckraumes i7 übergeht. Dieser Druckraum 17 ist
nach innen durch ein rohrförmiges Teil 18 begrenzt, das mittels radial nach innen
verlaufenden Stegen 19 starr mit dem Aussenmantel 16 verbunden ist. In dieses rohrförmige
Teil 18 ist ein beweglicher Lichtbogenkontakt 20 eingeschraubt, der somit elektrisch
mit dem beweglichen Nennstromkontakt 15 verbunden ist. Das freie Ende des J,ichtbogenkontaktes
20 steht ebenfallsüber das freie Ende des Nennstronkontaktes 15 vor und ist ebenfalls;
mit einen Abbrandrinq 21
versehen. Der Innendurchmesser des Abbrandringes
21 entspricht dem Aussendurchmesser des Lichtbogenkontaktes 12.
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Axial ist der Druckraum 17 durch einen nicht dargestellten, vorzugsweise
ortsfest abgestützten, ringförmigen Kolben begrenzt, der bei einem Ausschalthub
das im Druckraum 17 befindliche Gas, beispielsweise ein Löschgas wie SF6, unter
Druck setzt.
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Das unter Druck gesetzte Gas entströmt dann dem Druckraum 17 durch
zwischen den Stegen 19 vorhandene -Durchlässe 22 in einen (in Strömungsrichtung
gesehen) konvergierenden Einlassabschnitt 23 eines von einem Düsenkörper 24 umgebenen
Düsenraumes ein. Der Düsenkörper 24 ist aus einem elektrischen Isoliermaterial,
beispielsweise aus PTFE.
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Um die Gasströmung im Einlassabschnitt 23 möglichst zu beschleunigen
und um die Aussenfläche des beweglichen Lichtbogenkontaktes 20 zu schützen, ist
ein koaxial diesen umgebender Füllkörper 25 aus Isoliermaterial vorgesehen, der
ebenfalls am rohrförmigen Teil 18 befestigt, zum Beispiel wie dargestellt, eingeschraubt
ist.
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Auf den Einlassabschnitt 23 folgt eine engste Stelle 26, auf die ein
diffusorartig divergierender Ausblasraum 27 folgt. Im Bereich der engsten Stelle
26, jedoch auf einer axial in Richtung des Ausblasraumes etwas versetzten Höhe,
sind im Düsenkörper 24 in regelmässigen Umfangsabständen angeordnete Einlässe 28
von Durchlässen 29 vorhanden. Wie in Fig. 1 gezeigt, können diese Einlässe 28 sich
zunächst trichterförmig verengen, um dann in einen kurzen, radial verlaufenden Abschnitt
zu übergehen. Diese kurzen, radial verlaufenden Abschnitte der Durchlässe 29
gehen
über einen Krümmer in im wesentlichen parallel zur Achse des Düsenkörpers 24 verlaufende
Endabschnitte 30 über, die in den Ausblasraum 27 ausmünden.
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Bei der in Fig. 1 links dargestellten Ausführungsform ist der Ausblasraum
27 durch eine im wesentlichen konisch divergierende aber stetige Fläche begrenzt.
Dementsprechend erscheinen die Einmündungen der Endabschnitte 30 in den Ausblasraum
27 etwa in der Form von Ellipsen.
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Bei der in Fig. 1 rechts dargestellten Ausführungsform weist dagegen
die den Ausblasraum 27 begrenzende Fläche eine Unstetigkeit in Form einer Stufe
31 auf, durch welche - in Strömungsrichtung' gesehen - der Ausblasraum 27 eine plötzliche
Querschnittserweiterung erfährt. Der Innenumfang dieser Stufe 31 ist durch eine
Abrisskante 32 gebildet. Die Endabschnitte 30 der Durchlässe 29 enden bei dieser
Ausführungsform auf der Stufe 31. Auf die besonderen Eigenschaften dieser Ausführungsform
wird noch zurückzukommen sein.
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Da - wie erwähnt - der Düsenkörper 24 aus einem elektrischen Isoliermaterial,
beispielsweise PTFE, besteht, ist es - selbst wenn das Isoliermaterial giessfähig
sein sollte - schwierig, die Durchlässe 29 in einem einstücigen Düsenkörper 24 auszubilden.
Im Falle von PTFE, das bekanntlich nur gesintert werden kann, ist es praktisch nicht
möglich, den Düsenkörper 24 einstückig mit den Durchlässen 29 herzustellen. Daher
ist der Düsenkörper 2 im dargestellten Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgeführt.
Namentlich besitzt der Düsenkörper 24 einen Aussenteil 33, in den koaxial und vorzugsweise
im Pressitz
ein Innenteil 34 eingesetzt ist und in eingesetztem
Zustand beispielsweise durch quer verlaufende Stifte 35 (Fig. 2) aus demselben Isoliermaterial
gesichert ist. So können die Durchlässe 29 leicht durch Ausnehmungen in der Art
von Nuten gebildet werden, die an den stirnseitig.sowie umfangsseitig aneinander
grenzenden Stossflächen zwischen dem Aussenteil 33 und dem Innenteil 34 ausgebildet
sind. Diese Herstellungsweise gestattet auch ohne weiteres, wie in Fig. 2 dargestellt,
den Endabschnitten 30 der Durchlässe 29 einen Querschnitt in Form eines gekrümmten
Ovals zu geben.
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Es wird nun abermals auf die in Fig. 1 rechts dargestellte Ausführungsform
Bezug genommen, bei der - wie erwähnt -der Durchflussquerschnitt des Ausblasraumes
27 durch die innen durch die Abrisskante 32 begrenzte Stufe 31 eine plötzliche Erweiterung
erfährt. Strömungsmessungen haben ergeben, dass das von der engsten Stelle 26 direkt
in den Ausblasraum 27 strömende Gas nach Passieren der Abrisskante 32 nicht mehr
in Berührung mit der stromabwärts der Stufe 31 vorhandenen Wand des Ausblasraumes
27 gelangt, dies vor allem wegen der auf der Höhe der Stufe den Endabschnitten 30
der Durchlässe 29 parallel zur Achse des Düsenkörpers 24 entströmenden Gasströme.
In der Nähe des Stromnulldurchganges des Schaltlichtbogens kann sogar eine Umkehr
der Strömungsrichtung in den Durchlässen 29 stattfinden, was zu einer zusätzlichen
Zufuhr von verhältnismässig kühlem (expandierten) Gas in den Bereich der engsten
Stelle 26 und damit eine zusätzliche Kühlung des Schaltlichtbogens zur Folge haben
kann.