DE4111932A1 - Isolierstoffduese und verwendung der isolierduese in einem druckgasschalter - Google Patents
Isolierstoffduese und verwendung der isolierduese in einem druckgasschalterInfo
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Description
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer
Isolierstoffdüse aus fluoriertem Polymer und Bornitrid mit
axialsymmetrischer Kontur, deren Engstelle vorübergehend der
Einwirkung eines elektrischen Schaltlichtbogens ausgesetzt
ist. Die Erfindung betrifft auch einen Druckgasschalter, in
dem eine solche Isolierstoffdüse verwendet wird.
Die Erfindung nimmt dabei Bezug auf einen Stand der Technik,
wie er beispielsweise in EP-A1-2 68 156 angegeben ist. In
diesem Stand der Technik ist eine Isolierstoffdüse für einen
Druckgasschalter beschrieben, welche aus einem Fluoroplast
besteht, dem eine vergleichsweise geringe Menge von
lediglich bis zu 1 Volumenprozent an pulverförmigem
Bornitrid zugesetzt ist. Der Zusatz von Bornitrid in hoher
Konzentration bewirkt zwar eine Verbesserung des
Abbrandverhaltens der Isolierstoffdüse, jedoch wird
hierdurch deren mechanische Festigkeit herabgesetzt.
Zugleich werden durch den Abbrand des Druckgasschalters
Bornitridteilchen gebildet. Diese Teilchen sind
gegebenenfalls in Ketten angeordnet und erzeugen aufgrund
der vergleichsweise hohen Leitfähigkeit von Bornitrid
leitfähige Strecken. Dies setzt die Abschaltleistung des
Druckgasschalters herab.
Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen 1 und 9
definiert ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Isolierstoffdüse der eingangs genannten Art zu schaffen,
welche sich auch bei intensiver Lichtbogenbelastung durch
geringen Abbrand und hohe mechanische Festigkeit
auszeichnet, und zugleich einen Druckgasschalter der
eingangs genannten Art anzugeben, welcher auch nach
vergleichsweise zahlreichen Abschaltungen großer Ströme
immer noch eine gute Abschaltleistung und ein gutes
Isolationsvermögen aufweist.
Die Isolierstoffdüse nach der Erfindung läßt sich in
einfacher und preisgünstiger Weise herstellen und weist auch
bei Belastung mit äußerst intensiven Lichtbögen nur einen
vergleichsweise geringen Abbrand auf. Zugleich kann sie die
mit intensiven Lichtbögen verbundenen, großen radialen
Druckkräfte problemlos aufnehmen. Der mit dieser
Isolierstoffdüse versehene Druckgasschalter nach der
Erfindung zeichnet sich durch ein hohes Maß an
Betriebssicherheit aus. Dies ist vor allem dadurch bedingt,
daß die Isolierstoffdüse aufgrund ihres strukturierten
Aufbaus in Richtung der dielektrischen Beanspruchung nicht
nur ein hohes Isolationsvermögen besitzt, sondern zugleich
auch die bei einem Schaltvorgang quer dazu in radialer
Richtung wirkenden mechanischen Kräfte aufnehmen kann.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei
zeigen die beiden Fig. 1 und 2 jeweils eine Aufsicht auf
einen Schnitt durch eine Kontaktanordnung einer ersten bzw.
einer zweiten Ausführungsform eines Druckgasschalters mit
einer Isolierstoffdüse nach der Erfindung.
Die in den beiden Fig. 1 und 2 dargestellten
Kontaktanordnungen sind jeweils im wesentlichen
rotationssymmetrisch ausgebildet und weisen jeweils ein
feststehendes 1 und ein bewegliches Schaltstück 2 auf. Das
feststehende Schaltstück 1 ist mit einem hohlzylindrisch
ausgebildeten Nennstromkontakt 3 und einen vollzylindrisch
ausgebildeten Lichtbogenkontakt 4 versehen. Das bewegliche
Schaltstück 2 enthält hingegen einen in der nicht
dargestellten Einschaltposition des Schalters auf seiner
äußeren Mantelfläche vom Kontakt 3 beaufschlagten
zylindrisch ausgebildeten Nennstromkontakt 5 und einen
hohlzylindrisch ausgebildeten Lichtbogenkontakt 6, in
welchen in der Einschaltposition der Kontakt 4 eingreift.
Die beiden Lichtbogenkontakte 4, 6 und eine hohlzylindrisch
ausgebildete Isolierstoffdüse 7 mit axialsymmetrischer
Kontur sind mit gemeinsamer Achse angeordnet. Längs der
Achse sind beide Lichtbogenkontakte 4, 6 bei einem
Schaltvorgang relativ zueinander bewegbar. Die
Isolierstoffdüse 7 ist derart am beweglichen Schaltstück 2
befestigt, daß sie unterhalb ihrer Engstelle 8 gemeinsam
mit dem Lichtbogenkontakt 6 einen ringförmigen Blaskanal 9
begrenzt. Durch den Blaskanal strömt beim Ausschalten - wie
durch Pfeile angedeutet ist - aus einem Kompressionsraum 10
Druckgas in die zwischen den sich trennenden
Lichtbogenkontakten 4, 6 befindliche und einen
Schaltlichtbogen 11 aufnehmende Schaltstrecke. Dieses
Druckgas expandiert nach Beblasung des Schaltlichtbogens 11
hinter der Engstelle 8 und hinter der engsten Stelle des als
Düse ausgebildeten hohlzylindrischen Lichtbogenkontaktes 6
in einen nicht bezeichneten Expansionsraum. Hierbei erfolgt
neben der Beblasung des Schaltlichtbogens 11 auch eine
intensive Durchmischung des in der Schaltstrecke
befindlichen, vom Lichtbogen aufgeheizten Gases mit aus der
Isolierdüse unter Lichtbogeneinwirkung verdampftem Material
und kühlem Druckgas. Der Kompressionsraum 10 kann lediglich
ein Volumen sein, in dem vom Schaltlichtbogen 11 in der
Hochstromphase aufgeheiztes Gas als Druckgas, welches mit
Vorteil Schwefelhexafluorid ist, gespeichert wird, kann aber
auch - wie in den beiden Figuren dargestellt ist - einer
Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung zugehören, deren
beim Ausschalten gegen einen feststehenden Kolben 12
bewegter Zylinder das Druckgas erzeugt.
Bei beiden Ausführungsformen besteht die Isolierstoffdüse 7
zumindest im Bereich ihrer Engstelle 8 aus einem
Kompositwerkstoff, welcher von wechselweise
aufeinanderfolgenden und quer zur Achse erstreckten
Schichten 13, 14 aus dotierstofffreiem oder niedrig
dotiertem, fluoriertem Polymer (13) und hoch mit Bornitrid
gefülltem, fluoriertem Polymer (14) gebildet ist. Der
Kompositwerkstoff ist in eine Halterung 15 eingebettet, die
aus undotiertem oder nur niedrig dotiertem, fluoriertem
Polymer besteht.
Durch die senkrecht zur Achse erfolgende Strukturierung der
Isolierstoffdüse wird erreicht, daß beim Leitfähigwerden
des Bornitrides infolge der Einwirkung des Schaltlichtbogens
11 keine leitfähige Verbindung in Richtung des axial
wirkenden elektrischen Feldes gebildet wird. Die
dotierstofffreien oder höchstens sehr gering dotierten
Schichten 13 aus fluoriertem Polymer verhindern hierbei die
Ausbildung einer leitenden Verbindung zwischen zwei oder
mehreren der hoch mit Bornitrid gefüllten Schichten 14,
so daß die Isolierstoffdüse 7 mit großer Sicherheit auch
nach vielen Abschaltungen noch ein großes
Isolationsvermögen in Richtung des elektrischen Feldes
aufweist.
Die äußere mechanische Halterung 15 stellt sicher, daß die
beim Ausschalten in der Hochstromphase stromaufwärts der
Engstelle 8 der Isolierstoffdüse 7 auftretenden und radial
nach außen wirkenden hohen Druckkräfte stabilisiert werden
und eine unzulässig hohe Belastung des Kompositwerkstoffes
vermieden wird.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird dies dadurch
erreicht, daß der Kompositwerkstoff in die Halterung 15
eingesetzt wird. Der Kompositwerkstoff kann in diesem Fall
mit Vorteil durch ein Kompaktierungsverfahren hergestellt
werden. Bei einem solchen Kompaktierungsverfahren kann der
Einsatz aus einem Grünkörper druckgesintert werden, der aus
Pulvern von fluoriertem Polymer als Matrixmaterial und
Bornitrid als Füllstoff gebildet ist und bereits
Schichtstruktur mit Schichtdicken zwischen ca. 0,1 und 1
Millimeter aufweist. Der Einsatz kann etwa durch
mechanisches Anpassen, einen thermischen oder chemischen
Prozeß oder durch Verklebung mit der dotierstofffreien oder
lediglich niedrig mit Bornitrid oder einem anderen
wärmebeständigen, pulverförmigen Material dotierten
Isolierstoffhalterung 15 verbunden werden.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 werden unzulässige
mechanische Belastungen des Kompositwerkstoffes dadurch
vermieden, daß die dotierstofffreien oder niedrig dotierten
Schichten 13 aus fluoriertem Polymer miteinander in der
Isolierstoffhalterung 15 verbunden sind und nicht mehr wie
im Bereich der Engstelle 8 der Isolierstoffdüse 7
voneinander durch überwiegend Bornitrid enthaltende
Schichten 14 getrennt sind. Bei dieser Ausführungsform der
Erfindung kann die gesamte Isolierstoffdüse 7 mit Vorteil
durch ein Kompaktierungsverfahren hergestellt werden. Bei
diesem Verfahren wird ein aus Pulvern von fluoriertem
Polymer als Matrixmaterial und Bornitrid als Füllstoff
gebildeter und bereits die Schichtstruktur des
Kompositwerkstoffes und die Lage und Form der
Isolierstoffhalterung 15 aufweisender Grünkörper
druckgesintert. Zusätzliche Verfahrensschritte, wie Anpassen
oder Verkleben eines aus dem Kompositwerkstoff bestehenden
Einsatzes, entfallen bei dieser Ausführungsform der
Erfindung.
Als fluoriertes Polymer können vorzugsweise
Polytetrafluoräthylen, Polyvinylidenfluorid,
Polyvinylfluorid und/oder Äthylentetrafluoräthylen
Verwendung finden. Um eine gute Temperaturbeständigkeit zu
erreichen, sollten die hoch mit Bornitrid gefüllten
Schichten 14 mindestens einige, beispielsweise 5
Volumenprozent Bornitrid enthalten. Eine mit großer
Sicherheit ausreichende Abbrandbeständigkeit der
Isolierstoffdüse 7 bei noch ausreichend guten dielektrischen
Eigenschaften wird dann erreicht, wenn die Schichten 14
höchstens 60 Volumenprozent Bornitrid enthalten.
Bezugszeichenliste
1, 2 Schaltstücke
3, 5 Nennstromkontakte
4, 6 Lichtbogenkontakte
7 Isolierstoffdüse
8 Engstelle
9 Blaskanal
10 Kompressionsraum
11 Schaltlichtbogen
12 Kolben
13, 14 Schichten
15 Isolierstoffhalterung
3, 5 Nennstromkontakte
4, 6 Lichtbogenkontakte
7 Isolierstoffdüse
8 Engstelle
9 Blaskanal
10 Kompressionsraum
11 Schaltlichtbogen
12 Kolben
13, 14 Schichten
15 Isolierstoffhalterung
Claims (9)
1. Isolierstoffdüse (7) aus fluoriertem Polymer und
Bornitrid mit axialsymmetrischer Kontur, deren
Engstelle (8) vorübergehend der Einwirkung eines
elektrischen Schaltlichtbogens (11) ausgesetzt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffdüse (7)
zumindest im Bereich ihrer Engstelle (8) aus einem
Kompositwerkstoff besteht, welcher von wechselweise
aufeinanderfolgenden und quer zur Achse erstreckten
Schichten (13, 14) aus dotierstofffreiem oder niedrig
dotiertem, fluoriertem Polymer und hoch mit Bornitrid
gefülltem, fluoriertem Polymer gebildet ist.
2. Isolierstoffdüse nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kompositwerkstoff in eine
Isolierstoffhalterung (15) eingebettet ist.
3. Isolierstoffdüse nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kompositwerkstoff in die
Isolierstoffhalterung (15) eingesetzt ist.
4. Isolierstoffdüse nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffhalterung
(15) aus dotierstofffreiem oder niedrig dotiertem
fluoriertem Polymer besteht.
5. Isolierstoffdüse nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die dotierstofffreien oder niedrig
dotierten Schichten (13) aus fluoriertem Polymer
miteinander in der Isolierstoffhalterung (15) verbunden
sind.
6. Isolierstoffdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das fluorierte Polymer
Polytetrafluoräthylen, Polyvinylidenfluorid,
Polyvinylfluorid und/oder Äthylentetrafluoräthylen
enthält.
7. Isolierstoffdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die hoch mit Bornitrid
gefüllten Schichten (14) aus fluoriertem Polymer bis zu
60 Volumenprozent Bornitrid enthalten.
8. Isolierstoffdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kompositwerkstoff
durch Drucksintern eines aus Pulvern von fluoriertem
Polymer als Matrixmaterial und Bornitrid als Füllstoff
gebildeten Grünkörpers mit Schichtstruktur hergestellt
ist.
9. Verwendung der Isolierstoffdüse (7) nach einem der
Ansprüche 1 bis 7 in einem Druckgasschalter mit zwei im
wesentlichen rotationssymmetrischen Lichtbogenkontakten
(4, 6), bei dem die Lichtbogenkontakte (4, 6) und die
Isolierstoffdüse (7) mit gemeinsamer Achse angeordnet
und beide Lichtbogenkontakte (4, 6) längs der Achse
relativ zueinander beweglich sind, und bei dem einer
beider Lichtbogenkontakte (4, 6) im Einschaltzustand
des Schalters die Isolierstoffdüse (7) an deren
Engstelle (8) durchdringt und diese Engstelle (8) beim
Ausschalten freigibt, so daß zur Löschung eines hierbei
zwischen den sich trennenden Lichtbogenkontakten (4, 6)
gebildeten Schaltlichtbogens (11) verwendetes Druckgas
von einem Kompressionsraum (10) durch diese Engstelle
(8) in einen Expansionsraum strömt und hierbei den
Lichtbogen (11) bebläst.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914111932 DE4111932A1 (de) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | Isolierstoffduese und verwendung der isolierduese in einem druckgasschalter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19914111932 DE4111932A1 (de) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | Isolierstoffduese und verwendung der isolierduese in einem druckgasschalter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4111932A1 true DE4111932A1 (de) | 1992-10-15 |
Family
ID=6429427
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19914111932 Withdrawn DE4111932A1 (de) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | Isolierstoffduese und verwendung der isolierduese in einem druckgasschalter |
Country Status (1)
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8130 | Withdrawal |