DE69507453T2 - Hochspannungsschalter mit dielektrischem Gas mit Selbst-Beblasung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hochspannungs- AC-Unterbrecher (AC = alternating voltage) des sogenannten Puffertyps mit einem Gasdielektrikum, im allgemeinen Schwefelhexafluorid (SF&sub6;).
• Bei diesen Unterbrechern öffnet die Betätigung von Treiberbaugliedern, allgemein hydraulischen Betätigungsgliedern, einen beweglichen Kontakt und bewegt denselben schnell von einem festen Kontakt weg. Ein elektrischer Lichtbogen wird dann zwischen den zwei Kontakten entwickelt und ionisiert das Medium (Gas), durch den derselbe verläuft. Wenn der Strom seinen natürlichen Nullpunkt kreuzt, wird der Lichtbogen nur gelöscht, wenn zwei Bedingungen auftreten:
• a) der Spannungsgradient zwischen den Kontakten muß geringer sein als die Durchschlagfestigkeit des dazwischenliegenden isolierenden Mediums (Gas); dies wird erreicht, indem ein geeigneter Abstand zwischen den offenen Kontakten sichergestellt wird;
• b) das isolierende Medium muß seine dielektrischen Charakteristika wiedererlangt haben, d. h. dasselbe muß deionisiert sein.
• Um diese Bedingung zu erfüllen, wird das isolierende Gas in der Region, in der sich der Lichtbogen entwickelt, mit einem Fluß beaufschlagt, was das Gas erneuert, indem das ionisierte Gas durch nicht-ionisiertes Gas ersetzt wird.
• Der Gasfluß besitzt ferner die Funktion, den Weg des Lichtbogens zu modifizieren und die Elemente, die dem Lichtbogen direkt ausgesetzt sind, zu kühlen.
• Um das isolierende Gas mit einem Fluß zu beaufschlagen, sind Hochspannungsunterbrecher bekannt, bei denen die Kontakte in Gehäuse gehäust sind, die mit Gas mit einer hohen Durchschlagfestigkeit (dielektrischen Festigkeit) gefüllt sind, wobei der bewegliche Kontakt an einem Kompressionszylinder befestigt ist, der mit einem festen Kolben gekoppelt ist, um eine Kompressionskammer zu bilden, die durch geeignete Löcher mit einer Lichtbogenkammer kommuniziert.
• Die Öffnung des beweglichen Kontakts bewirkt eine Reduzierung des Volumens der Kompressionskammer und einen sich ergebenden Überschußdruck des Gases, das in dieselbe gehäust ist, im Vergleich zum Äußeren und zu der Lichtbogenkammer.
• Infolge dieses Überschußdrucks wird ein erster Gasfluß quer zu dem Lichtbogen von der Kompressionskammer zu der Lichtbogenkammer und von dort durch einen hohlen Betätigungsschaft des beweglichen Kontakts zu dem Raum in dem Gehäuse hin entwickelt, wobei, mit einer bestimmten Verzögerung, auch ein zweiter Fluß longitudinal zu dem Lichtbogen durch eine Düse, die in einem isolierenden Körper, der an dem beweglichen Kontakt befestigt ist, gebildet ist und die Lichtbogenkammer definiert, erzeugt, wobei sich die Düse während der letzten Bewegungsphase des beweglichen Kontakts von dem festen Kontakt weg öffnet.
• Aus diesem Grund werden diese Unterbrecher auch als Doppelflußunterbrecher bezeichnet.
• Eine Begrenzung dieser Unterbrecher besteht in der Praxis dahingehend, daß die Flußratencharakteristika der Flüsse über der Zeit zum Löschen des Lichtbogens unabhängig von der Intensität des Stroms, der zu unterbrechen ist, sind und ausschließlich von der Geometrie der Vorrichtung und von den Öffnungsdynamiken abhängen.
• Ein Lichtbogenlöschfluß wird noch vor dem Öffnen der Kontakte und der folgenden Bildung des Lichtbogens eingeleitet, mit einer resultierenden volumetrischen Verschwendung. Überdies besitzt der Fluß eine allmählich zunehmende Flußrate mit Werten, die anfänglich sehr gering und nur während der letzten Phase des Öffnens der Kontakte hoch sind.
• Wenn Ströme einer hohen Intensität, typischerweise Kurzschlußströme, unterbrochen werden sollen, werden folglich Flußbedingungen, die adäquat sind, um den Lichtbogen auszulöschen, ziemlich lange Zeit nach dem Moment erreicht, zu dem sich die Kontakte öffnen, und nach dem Auftreffen des Lichtbogens auf den isolierenden Körper, der die Lichtbogenlöschkammer bildet, zum Nachteil der Kontakte und zum Schaden des Netzwerks, das geschützt werden soll.
• Um Ströme geringer Intensität zu unterbrechen, kann andererseits, speziell wenn die Last induktiv oder kapazitiv ist, ein Phänomen, das als Aufspaltung des Lichtbogens bekannt ist, mit der Entwicklung von plötzlichen und gefährlichen Übergangsspannungen, die zu einem erneuten Zünden des Bogens führen können, da derselbe gelöscht war, als die Kontakte noch nicht ausreichend weit voneinander entfernt waren, auftreten.
• Verschiedene unterschiedliche Lösungsansätze wurden zum Verbessern des Wirkungsgrads dieser Unterbrecher vorgeschlagen.
• Gemäß einem ersten Lösungsansatz, der als der Puffer- und Saug-Typ bekannt ist, der beispielsweise bei Natsui u. a.: "Interrupting characteristics of puffer and suction type SF&sub6; gas interrupters, especially in thermal breakdown region", in IEEE Transactions on Power Apparatus & Systems; Bd. PAS- 103, Nr. 4, April 1984, erläutert ist, kommuniziert der Hohlraum in dem Betätigungsstab des beweglichen Kontakts, der die Lichtbogenkammer bildet, mit einer Saugkammer, die zwischen einem festen Zylinder und einem beweglichen Kolben, der an dem Betätigungsstab befestigt ist, gebildet ist, statt sich in das Gasvolumen in dem Gehäuse zu öffnen, so daß der Lichtbogenlöschfluß durch die Druckdifferenz, die zwischen den zwei Kammern, d. h. der Kompressionskammer und der Saugkammer, existiert und sehr schnell nach dem Beginn der Operation hinsichtlich des Öffnens der Kontakte bewirkt wird.
• Die Flußbedingungen, die es ermöglichen, den Lichtbogen zu löschen, werden somit sehr schnell erreicht, wobei jedoch die zeitliche Flußverteilung auch in diesem Fall nicht optimal ist, da derselbe Werte, die adäquat sind, um den Lichtbogen zu löschen, nur während der letzten Phase der Operation des Öffnens des Unterbrechers erreicht, und zu einem großen Anteil während der anfänglichen Phase des Öffnens der Kontakte verschwendet wird.
• Überdies kann der Fluß, der vom ersten Augenblick des Öffnens der Kontakte an bewirkt wird, während der Unterbrechung schwacher Ströme beschädigende Lichtbogenaufspaltungseffekte bewirken, wohingegen derselbe, wenn starke Ströme unterbrochen werden, in jedem Fall ineffektiv und verschwendet ist.
• Bei diesem Unterbrechertyp ist der Puffereffekt in der Praxis unabhängig von der Intensität des Stroms, der unterbrochen werden soll.
• Gemäß einem zweiten Lösungsansatz, der als der hybride Lösungsansatz bezeichnet wird, der beispielsweise in dem Dokument "Development of novel hybrid puffer interrupting chamber for SF&sub6; gas circuit breaker, utilizing self pressure rise phenomena by arc" in IEEE Transactions on Power Delivery, Bd. 4, Nr. 1, Jan. 1989, S. 355-367, erläutert ist, wird der Hohlraum in dem Betätigungsstab oder der Lichtbogenkammer, die bei einem Doppelflußpufferunterbrecher in Kommunikation mit dem Gasvolumen in dem Gehäuse ist, in Kommunikation mit der Kompressionskammer gebracht, und wird während der anfänglichen Phase des Öffnens der Kontakte von dem Gasvolumen in dem Gehäuse abgetrennt.
• Die thermische Energie, die durch den Lichtbogen entwickelt wird, wird somit zu dem Gasvolumen, das in dem Hohlraum in dem Betätigungsstab gehäust ist, übertragen, mit einer sich ergebenden Zunahme der Temperatur und des Drucks, die mit der Intensität des elektrischen Lichtbogens und folglich des Stroms, der unterbrochen werden soll, korreliert ist. Dieser Überschußdruck, der den, der in der Kompressionskammer vorliegt, übersteigt, bewirkt einen Gasfluß zu der Kompressionskammer hin, was ebenfalls die Temperatur und den Druck in derselben erhöht.
• Wenn die Düse der Lichtbogenkammer geöffnet ist, wird ein starker Gasfluß durch die Düse eingeleitet und nimmt aufgrund des größeren Drucks, der in der Kompressionskammer entwickelt wird, viel schneller zu als bei einem herkömmlichen Doppelflußunterbrecher.
• Dieser Fluß kann sich bis zu einem bestimmten Maß an die Intensität des Lichtbogenstroms anpassen.
• Während der letzten Phase der Öffnungsbewegung der Kontakte wird dann der Hohlraum in dem Betätigungsstab zu dem Raum in dem Gehäuse hin geöffnet, was ermöglicht, daß sich ein zweiter Fluß durch die Lichtbogenkammer und zu dem Raum in dem Gehäuse hin entwickelt.
• Bei dieser Lösung sind jedoch die bewirkten Flüsse ebenfalls nicht vollständig synchron und sind vordringlich in der letzten Phase der Operation des Öffnens der Unterbrecher konzentriert.
• Überdies ist der Effekt eines größeren Drucks, der durch den Lichtbogen bewirkt wird, nicht optimal, da derselbe auf dem Fluß von Gas von der Lichtbogenkammer zu der Kompressionskammer hin basiert. Es ist jedoch bekannt, daß der größte Teil der Energie, die durch den elektrischen Lichtbogen entwickelt wird (etwa 80%), in der Form von Strahlungsenergie vorliegt, die durch Absorption aufgrund des nicht perfekten Reflexionsgrads der Oberflächen und der nicht perfekten Transparenz des Gases in Wärme umgewandelt wird. Der größte Teil der Strahlungsenergie wird somit nicht verwendet und hat eine Erwärmung der inneren Oberfläche der Lichtbogenkammer zur Folge.
• Die Verteilung der Flüsse über der Zeit ist daher nicht optimal, wobei die Verteilung derselben in zwei Richtungen ebenfalls nicht die effektivste ist, wobei dies nachteilige Wirkungen hinsichtlich des größeren Volumens der Kompressionskammer und der größeren erforderlichen Betätigungsleistung besitzt.
• Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem und liefert einen Hochspannungsunterbrecher, der die Verteilung der Flüsse über der Zeit optimiert, wobei dieselben praktisch gleichmäßig in einem Bogenlöschzeitintervall, dem eine vorbestimmte minimale Lichtbogenbildungszeit, wobei nach dem Ablaufen derselben die optimalen Bedingungen, die zum Löschen des Lichtbogens erforderlich sind, sehr schnell erreicht werden, vorhergeht, konzentriert sind.
• Diese Ergebnisse werden durch einen Hochspannungsunterbrecher erreicht, bei dem eine Kompressionskammer einer Saugkammer zugeordnet ist, wobei die zwei Kammern durch eine Lichtbogenkammer, die in einem hohlen Betätigungsgliedstab gebildet ist, zu einem vorbestimmten Augenblick nach der Betätigung, um die Kontakte zu öffnen, was einer vorbestimmten Stellung der offenen Kontakte und einer vorbestimmten minimalen Lichtbogenbildungszeit entspricht, in Kommunikation miteinander gebracht werden.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung bringt der hohle Betätigungsgliedstab während des Öffnens der Kontakte und bevor die zwei Kammern, d. h. die Kompressionskammer und die Saugkammer, in Kommunikation miteinander gebracht werden, die Lichtbogenkammer in Kommunikation mit der Kompressionskammer, so daß die Energie, die durch den Lichtbogen entwickelt wird, zurückgewonnen und in eine Druckzunahme in der Kompressionskammer umgewandelt wird.
• Um diesen Effekt zu optimieren, ist die Lichtbogenkammer vorteilhafterweise mit einem optischen Hohlraum ausgebildet, um den größten Teil der Lichtbogenstrahlung in die Kompressionskammer zu transmittieren.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung verbindet ein Einwegventil die Saugkammer infolge eines leichten Überschußrelativdrucks zwischen der Saugkammer und der Kompressionskammer mit der Kompressionskammer, so daß das Schließen der Unterbrechung mit einem minimalen entgegenwirkenden Druck, der in die Kammern induziert wird, und mit einer minimalen erforderlichen Interventions- und Arbeitsleistung stattfindet.
• Die Charakteristika und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Hochspannungsunterbrechers und aus den beigefügten Zeichnungen deutlicher. Es zeigen:
• Fig. 1 einen diametralen Vertikalschnitt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Unterbrechers gemäß der vorliegenden Erfindung in der geschlossenen Stellung, die auf der linken Seite der mittleren vertikalen Achse der Zeichnung gezeigt ist, bzw. in der Stellung, in der die Kontakte am weitesten offen sind, die auf der rechten Seite der zentralen vertikalen Achse der Zeichnung gezeigt ist;
• Fig. 2 einen diametralen Vertikalschnitt des Unterbrechers von Fig. 1 in der Stellung und zu dem Zeitpunkt, der der Trennung der Kontakte entspricht, auf der linken Seite der mittleren vertikalen Achse der Zeichnung, bzw. in der Stellung und zu dem Zeitpunkt, der der minimalen Lichtbogenbildungszeit entspricht, auf der rechten Seite der mittleren vertikalen Achse der Zeichnung;
• Fig. 3 ein Zeitdiagramm, das qualitativ die Geschwindig keits-Zeit-Gleichung der Bewegung des Unterbrechers von Fig. 1 zeigt;
• Fig. 4 ein Zeitdiagramm, das qualitativ die Raum-Zeit- Gleichung der Bewegung des Unterbrechers von Fig. 1 zeigt;
• Fig. 5 ein qualitatives Zeitdiagramm der Drücke und Vakua, die in der Kompressions- bzw. der Saugkammer des Unterbrechers von Fig. 1 entwickelt werden, während einer Öffnungsoperation und relativ zu dem nominellen Arbeitsdruck des Unterbrechers;
• Fig. 6 ein qualitatives Zeitdiagramm des Massenflusses der Stöße von dielektrischem Gas, die während des Öffnens des Unterbrechers von Fig. 1 entwickelt werden;
• Fig. 7 ein qualitatives Zeitdiagramm der Massenflüsse, die bei einem herkömmlichen Doppelflußpufferunterbrecher entwickelt werden, zum Vergleich mit denjenigen, die bei einem Unterbrecher, der gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist, entwickelt werden;
• Fig. 8 ein qualitatives Zeitdiagramm der Massenflüsse, die bei einem Unterbrecher des Typs, der als ein Puffer- und Saugkammer-Unterbrecher bekannt ist, entwickelt werden, zum Vergleich mit denjenigen, die bei einem Unterbrecher, der gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist, entwickelt werden;
• Fig. 9 ein qualitatives Zeitdiagramm der Massenflüsse, die bei einem Unterbrecher des Typs, der als ein hybrider Unterbrecher bekannt ist, entwickelt werden, zum Vergleich mit denjenigen, die bei einem Unterbrecher, der gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist, entwickelt werden;
• Fig. 10 ein qualitatives Diagramm der Massenflüsse, die bei dem Unterbrecher von Fig. 1 entwickelt werden, in einem Maßstab, der bezüglich denjenigen der Fig. 7, 8 und 9 normiert ist; und
• Fig. 11 eine perspektivische Ansicht, die einen Abschnitt eines Betätigungsgliedstabs für den Unterbrecher von Fig. 1 zeigt, der die Wirkung der direkten Strahlung und das folgliche Erwärmen des Gases, das in der Druckkammer gehäust ist, durch die Strahlung, die durch den elektrischen Lichtbogen erzeugt wird, intensiviert.
• Bezugnehmend auf Fig. 1 umfaßt ein Unterbrecher, der gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist, der in ein Gehäuse 2, das vorzugsweise zylindrisch ist und einen Gehäuseraum definiert, der mit einem dielektrischen Gas, wie z. B. Schwefelhexafluorid (SF&sub6;) unter Druck gefüllt ist, gehäust ist, einen festen Lichtbogenkontakt 1 und eine bewegliche Anordnung, die einen beweglichen Lichtbogenkontakt 3, der auf dem Ende des festen Lichtbogenkontakts 1 gleitet, getragen ist, aufweist, eine Düse 5 aus einem isolierenden Material, die an dem Stab 4 befestigt ist, und einen Zylinder 6, der an dem Stab 4 befestigt ist und zusammen mit der Düse 5 und dem Stab 4 eine Kompressionskammer 7 eines variablen Volumens definiert, die durch einen festen Kolben 8, der koaxial zu dem Stab 4 und zu dem Zylinder 6 an einem zylindrischen Träger 9 befestigt ist.
• Der Betätigungsstab 4 ist hohl, zumindest in seinem Abschnitt, der nächstliegend zu dem beweglichen Lichtbogenkontakt 3 ist, und bildet eine zylindrische Lichtbogenbegrenzungskammer oder Lichtbogenkammer 10, die an einem Ende durch den festen Lichtbogenkontakt 1 geschlossen ist, wenn der Unterbrecher geschlossen ist, und die an dem anderen Ende durch eine Membran 11, die konisch oder abgeschnitten konisch ist, wobei der Scheitelpunkt derselben zu dem festen Lichtbogenkontakt 1 hin gerichtet ist, oder die, wie nachfolgend zu sehen sein wird, vorteilhaft als ein mehrfach parabolischer optischer Reflektor geformt ist, geschlossen ist.
• Der zylindrische Träger 9 bildet zusammen mit dem Kolben 8 eine zweite zylindrische Kammer 12, die durch einen beweglichen Kolben 13, der an dem Stab 4 befestigt ist, geschlossen ist.
• Während sich der bewegliche Kolben 13 von dem festen Kolben 8 weg bewegt, erhöht derselbe das Volumen der Kammer 12, die folglich einem Vakuum unterworfen wird.
• Die Kammer 12 wird auch als Saugkammer bezeichnet.
• Radiale Löcher 14 in der zylindrischen Wand des Stabs 4 in der Nähe der Membran 11 versetzen die Lichtbogenkammer 10 in Kommunikation mit dem Raum außerhalb des Stabs 4.
• Wenn, wie in Fig. 1(A) gezeigt ist, der Unterbrecher geschlossen ist, bringen die radialen Löcher 14 die Lichtbogenkammer 10 in Kommunikation mit der Kompressionskammer 7.
• Wenn, wie in Fig. 1(B) gezeigt ist, der Unterbrecher geöffnet ist, bringen die radialen Löcher 14 die Lichtbogenkammer 10 in Kommunikation mit der Saugkammer 12.
• Radiale Löcher 15 in dem zylindrischen Träger 9 des festen Kolbens 8 bringen die Saugkammer 12 in Kommunikation mit dem Raum in dem Gehäuse 2 außerhalb des Zylinders 6, wenn, wie in Fig. 1(B) gezeigt ist, der Unterbrecher in die Stellung geöffnet ist, in der die Kontakte am weitesten voneinander entfernt sind.
• Der Unterbrecher wird durch feste Stromkontakte 115, die, wenn der Unterbrecher geschlossen ist, in elektrischem Kontakt mit einem beweglichen Stromkontakt, der beispielsweise durch den Zylinder 6, der die Kompressionskammer definiert, gebildet ist, sind, durch eine Abschirmung 16 aus einem isolierenden Material, die den beweglichen Kontakt 3 umgibt und zusammen mit der Düse 5 eine konvergierende Ausflußleitung 18 aus der Kompressionskammer zu dem Hals der Düse 5 hin bildet, und durch ein Einwegventil 17 (oder mehrere Ventile), das die Saugkammer 12 durch den Kolben 8 in Kommunikation mit der Kompressionskammer 7 bringt, wenn die Saugkammer 12 unter einem übermäßigen Druck verglichen mit der Kammer 7 ist, vervollständigt.
• Der Unterbrecher von Fig. 1 wird durch eine Bewegung der beweglichen Teile relativ zu dem festen Kontakt geöffnet, was durch den axialen Abstand D zwischen der Stellung der Decke der Kompressionskammer 7, die durch die Düse 5 gebildet ist, wenn der Unterbrecher geschlossen ist, und die Stellung der Decke der Kompressionskammer, wenn der Unterbrecher vollständig geöffnet ist, dargestellt ist.
• Der Abstand D stellt vorteilhafterweise, jedoch nicht notwendigerweise, auch im wesentlichen die maximalen axialen Längen der Kompressionskammer 7 und der Saugkammer 12 dar.
• Dies bedeutet, daß, wenn der Unterbrecher vollständig offen ist, das Volumen der Kompressionskammer im wesentlichen Null ist und das gesamte Gas, das in der Kompressionskammer gehäust ist, ausgestoßen wurde.
• Wenn der Unterbrecher geschlossen ist, ist das Volumen der Kompressionskammer 12 im wesentlichen Null.
• Dies bedeutet, daß, beim Fehlen einer Infiltration von Gas durch Dichtungen, die nicht gezeigt sind, im wesentlichen kein Druck in der Saugkammer erzeugt wird, da die relative Volumenänderung der Saugkammer als ein Ergebnis des Öffnens des Unterbrechers virtuell unbegrenzt ist.
• Unter den verschiedenen Stellungen, die die bewegliche An ordnung annimmt, während sich dieselbe aus der Stellung, in der der Unterbrecher geschlossen ist, die in Fig. 1(A) gezeigt ist, in die Stellung, in der der Unterbrecher offen ist, die in Fig. 1(B) gezeigt ist, bewegt, ist es geeignet, bestimmte Zwischenstellungen, die in Fig. 2 gezeigt sind, zu identifizieren und zu definieren.
• Da eine eindeutige Beziehung zwischen den verschiedenen Stellungen und den Zeitpunkten, zu denen dieselben auftreten, die durch die Raum-Zeit-Bewegungsgleichung, die monoton ist, definiert sind, existiert, werden die Zwischenstellungen in Bezug auf die Zeit identifiziert:
• - Die Zeit TC, zu der die Kontakte geöffnet werden: ist der Moment, zu dem der bewegliche Kontakt 3 von dem festen Kontakt 1 getrennt wird, mit Bezug zu dem Moment, zu dem die Betätigung des Unterbrechers eingeleitet wurde, und entspricht geometrisch ausgedrückt einer Bewegung D1 des beweglichen Kontakts, die beispielsweise gleich 25% der Gesamtbewegung D ist.
• Die Stellung, die dieser Bewegung entspricht, ist in Fig. 2 auf der linken Seite der vertikalen mittleren Achse gezeigt und zeigt, daß die Düse 5 vollständig von dem festen Kontakt 1 verdeckt ist (mit Ausnahme eines minimalen Zwischenraums), und daß die Lichtbogenkammer 10 durch die Löcher 14 in Kommunikation mit der Kompressionskammer 7 ist.
• Die Löcher 14 sind tatsächlich vorteilhaft zwischen zwei Abständen D2m und D2M von der Decke der Kompressionskammer angeordnet, wobei diese Abstände geringer sind als der Abstand D - D1, d. h.: D - D1 > D2M > D2m.
• Die Kompressionskammer ist daher nicht in Kommunikation mit dem Raum in dem Gehäuse 2 und eine Volumenreduzierung derselben (in der Größenordnung von 25%) bringt eine Erhöhung des Drucks des Gases, das in derselben gehäust ist, mit sich, wobei ein bestimmter Teil desselben durch die Löcher 14 in die Lichtbogenkammer 10 fließt, deren Volumen während der Öffnungsoperation tendentiell größer wird.
• Die Zunahme des Drucks in der Kompressionskammer bewirkt keinen wesentlichen Gasfluß durch die Düse 5, da dieselbe durch den festen Kontakt bedeckt ist.
• - Die minimale Lichtbogenbildungszeit TAM oder, richtiger, die minimale Zeit der Lichtbogenbildung: ist der Moment, zu dem die Gasflußbedingungen, die ermöglichen, daß der Lichtbogen, der zwischen dem festen Kontakt und dem beweglichen Kontakt gebildet wird, gelöscht wird, in dem Unterbrecher erreicht sind.
• Bei bekannten Unterbrechern ist dies ein stark variabler Parameter.
• Bei dem Unterbrecher der vorliegenden Erfindung entspricht TAM jedoch einer bestimmten geometrischen Stellung des beweglichen Kontakts, die in Fig. 2 gezeigt ist (auf der rechten Seite der mittleren vertikalen Achse), die gleich einer Bewegung D2 in der Größenordnung von 70 bis 75% von D ist.
• In dieser Stellung beginnt das Öffnen der Düse 5 als ein Ergebnis der Relativbewegung zwischen dem festen Kontakt und der Düse 5, wobei die Löcher 14 einen bestimmten Abstand über den Kolben 8 hinaus zurückgelegt haben, was die Lichtbogenkammer 10 und die Saugkammer 12 in Kommunikation bringt.
• Die Kompressionskammer 7 ist andererseits nicht mehr durch die Löcher 14 in Kommunikation mit der Lichtbogenkammer, sondern durch die konvergierenden Ausflußleitungen, die zwischen der Düse 5 und der isolierenden Abschirmung 16 gebildet sind.
• Der Betrieb des Unterbrechers in seinen verschiedenen Betriebsphasen und die vorteilhaften Wirkungen, die erreicht werden, werden nun ausführlicher bezugnehmend auf die Zeitdiagramme der Fig. 3 bis 6 beschrieben.
• Die Fig. 3 und 4 zeigen die Geschwindigkeits-Zeit- und die Raum-Zeit-Bewegungsgleichung, die jeweils die Operation des Öffnens des Unterbrechers von Fig. 1 zeigen.
• Während eines ersten Zeitintervalls T0-T1 der Größenordnung von 8 bis 10 ms nimmt die Geschwindigkeit linear von Null bis zu einem Arbeitswert in der Größenordnung von 10 m/s zu, der für ein Zeitintervall in der Größenordnung von 10 bis 14 ms konstant bleibt.
• Diesem Intervall folgt ein Zeitintervall T2-T3, in dem die Geschwindigkeit auf Null abnimmt.
• Die geometrischen Abmessungen des Unterbrechers sind derart, daß die Lichtbogenbildungszeit TC unmittelbar nach der Zeit T1 erfolgt oder mit derselben zusammen fällt, und daß die minimale Lichtbogenbildungszeit TAM vor der Zeit T2 ist.
• Fig. 5 zeigt qualitativ das Überschußdruck- und das Vakuum- Phänomen, die in der Kompressionskammer 7 bzw. in der Saugkammer 12 stattfinden.
• Es ist klar, daß die Kompressionskammer in dem Zeitintervall T0 bis TC einer ziemlich kleinen Änderung (einer Volumenabnahme) in der Größenordnung von 20 bis 25% unterliegt.
• Diese Änderung wird teilweise durch die Volumenzunahme in der Lichtbogenkammer 10, mit der die Kompressionskammer durch die Löcher 14 und bis zu einem bestimmten Ausmaß auch durch die Leitungen 18 und den beweglichen Kontakt, der nicht notwendigerweise durch einen durchgehenden Ring, sondern durch eine Mehrzahl von getrennten Kontakten oder eine Kontakt-"Tulpe" gebildet ist, kommuniziert, ausgeglichen.
• Der Druck des Gases in der Kompressionskammer, der anfäng lich auf einem Wert P0 (in der Größenordnung von 6 Bar) ist und durch den Graphen P gezeigt ist, nimmt folglich in einem vernachlässigbaren Ausmaß zu, das viel kleiner ist als das Kompressionsverhältnis, das zu der Zeit TC entwickelt wird.
• In dieser Phase existieren auch leichte Leckagen von Fluid durch die Düse 5, die durch den festen Kontakt 1 mit einem bestimmten freien Zwischenraum geschlossen ist.
• Das Verhalten der Expansionskammer 12, in der eine Zunahme des Volumens mit einem virtuell unbegrenzten Expansionsverhältnis stattfindet, ist vollständig unterschiedlich.
• Beim Fehlen von Leckagen würde der Druck in der Kammer 12 abrupt auf Null abfallen und würde solange auf Null bleiben wie die Kammer nicht in Kommunikation mit einer Umgebung auf einem höheren Druck ist.
• Infolge der unvermeidbaren Leckagen ist die Druckkurve so, wie sie qualitativ durch den Graphen PS gezeigt ist.
• Wenn ein absoluter minimaler Druck sehr nahe bei Null erreicht wurde, wird dieser während des gesamten Intervalls T0 bis TC und über dasselbe hinaus beibehalten.
• Wenn sich die Kontakte zu der Zeit TC öffnen, wird ein elektrischer Lichtbogen zwischen den Kontakten mit einem Spannungsabfall in dem Lichtbogen, der abhängig von dem Abstand zwischen den Kontakten zwischen wenigen hundert Volt und einigen KV variabel ist, gezündet.
• Eine beträchtliche Ableitung von elektrischer Leistung findet folglich abhängig von dem Lichtbogenstrom statt, vordringlich in Form von abgestrahlter thermischer Energie.
• Die Energie, die vordringlich in der Lichtbogenkammer abgestrahlt wird, erwärmt das Gas, das in derselben gehäust ist, und erhöht den Druck desselben.
• Die Membran 11, die die Lichtbogenkammer verschließt, wirkt als ein Strahlungsreflektor, so daß ein großer Teil der Lichtbogenstrahlung durch die Löcher 14 zu dem Gas, das in der Kompressionskammer gehäust ist, transmittiert wird, welches ebenfalls erwärmt wird.
• Die Strahlungsmenge und ihre Verteilung über der Zeit hängen von der Stromintensität und von der Phasenbeziehung zwischen der Öffnung der Kontakte und der Stromwelle ab.
• Der Betrieb des Unterbrechers ist tatsächlich nicht mit dem Wechselstrom, der unterbrochen werden soll, der zu dem Zeitpunkt TC einen beliebigen Wert aufweisen kann, synchronisiert.
• In jedem Fall wird beim Vorliegen eines Kurzschlußstroms die Lichtbogenenergie in eine beträchtliche Druckzunahme des komprimierten Gases, das sich in der Kompressionskammer befindet, umgewandelt, was als 100% des Überschußdrucks, der nur durch die Volumenänderung der Kompressionskammer bewirkt wird, abgeschätzt werden kann.
• Die kumulative Druckänderung des Gases in der Kompressionskammer ist durch den Graphen PCC, der sich beinahe bis zu der minimalen Lichtbogenbildungszeit TAM erstreckt, qualitativ gezeigt.
• Tatsächlich halten während des Zeitintervalls TC, T4, wenn T4 leicht vor TAM ist, die Löcher 14 die Lichtbogenkammer in Kommunikation mit der Kompressionskammer.
• Es ist geeignet, herauszustellen, daß in dieser Phase die Lichtbogenstrahlung, die ferner partiell und lokal durch die nicht-metallischen Teile, beispielsweise den Hals 5A der Düse 5 und die isolierende Abschirmung 16, absorbiert wird, eine Oberflächenverdampfung dieser Teile und die Bildung einer Gasblase mit einer sehr hohen Temperatur und einer ent sprechend sehr geringen Dichte, die virtuell die Leitungen zwischen dem Hals der Düse und dem festen Kontakt 1 blockiert, bewirkt.
• Es existiert daher keine Leckage des Flusses zu dem Raum in dem Gehäuse hin.
• Dies ist mit Lichtbögen nicht der Fall, die durch schwache Ströme entwickelt werden, d. h. Ströme, die gleich oder geringer sind als die nominellen Betriebsströme.
• In diesem Fall ist die Energie, die durch den elektrischen Lichtbogen verteilt wird, gering, wobei die Druckzunahme in der Kompressionskammer im wesentlichen nur aufgrund der Volumenänderung der Kammer stattfindet.
• Die Druckänderung in der Kammer ist qualitativ durch den Graphen PN gezeigt, der viel flacher ist als der vorher genannte.
• Dieser Überschußdruck bewirkt einen kleinen Gasfluß von der Kompressionskammer zu der Lichtbogenlöschkammer durch die Löcher 14 und die Leitungen 18 und von dort durch das Loch zwischen dem Hals der Düse 5 und dem festen Kontakt 1 zu dem Raum in dem Gehäuse hin.
• Dieser Fluß löscht wirksam den Lichtbogen unter der Bedingung einer maximalen Geschwindigkeit, mit der sich die Kontakte auseinander bewegen (selbst bei einer Lichtbogenbildungszeit, die geringer als die minimale Lichtbogenbildungszeit ist), so daß das Risiko eines erneuten Zündens des Lichtbogens ausgeschlossen ist.
• Von der Zeit T4 bis zu der minimalen Lichtbogenbildungszeit TAM bewirkt für ein sehr kurzes Zeitintervall von weniger als einer Mikrosekunde, das von der axialen Abmessung des Kolbens 8 und den axialen Längen der Löcher 14, die in jedem Fall geringer als die axiale Abmessung des Kolbens 8 sind, abhängt, eine weitere Bewegung des Betätigungsstabs 4 einen gleichzeitigen Verschluß der Löcher 14 und deren nachfolgendes Öffnen zu der Saugkammer 12 hin, zu oder unmittelbar vor dem Zeitpunkt TAM.
• Das komprimierte Gas, das in der Kammer 7 gehäust ist, kann somit durch die Leitungen 18 zu der Lichtbogenkammer 10 hin und von dort zu der Saugkammer 12 hin fließen.
• Das gleichzeitige Öffnen des Halses der Düse 4, die nicht länger durch den festen Kontakt 1 verschlossen ist, ermöglicht ferner, daß das Gas, das in der Lichtbogenkammer 10 gehäust ist, zu dem Umgebungsraum in dem Gehäuse 2 hin fließt.
• Zwei Gasflüsse, die in Fig. 2D durch die Pfeile 20, 21 gezeigt sind, werden somit erzeugt.
• Diese Flüsse sind in Fig. 6 durch die Graphen QS (der Fluß durch den hohlen beweglichen Kontakt) und QN (der Düsenfluß) gezeigt, die qualitativ die Massenflüsse der zwei Ströme zeigen.
• Die Größen der zwei Flüsse sind im wesentlichen durch die Druckdifferenz, die zwischen der Kompressionskammer und der Saugkammer besteht, bestimmt.
• Diese Druckdifferenz ist besonders hoch, da dieselbe aufgrund des Überschußdrucks in der Kompressionskammer, der durch die thermische Wirkung des Lichtbogens intensiviert wird, und aufgrund des Vakuums, das in der Saugkammer vorliegt, das noch auf seinem absolut maximalen Wert ist, vorliegt.
• Zwei speziell intensive Flüsse QS und QN werden somit auf eine praktisch augenblickliche Art und Weise bewirkt, begrenzt lediglich durch die Trägheit des Fluids und durch die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druck/Vakuum-Welle, wobei ein Fluß QS als ein Ergebnis des allmählichen Füllens der Saugkammer, das nicht durch eine entsprechende Volumenzunahme versetzt ist, mit der Zeit abnimmt, während der andere Fluß QN als ein Ergebnis der Volumenreduzierung der Kompressionskammer mit einer noch höheren augenblicklichen volumetrischen Kompressionsrate dV/V, selbst wenn die augenblickliche Volumenänderung dV/dt abnimmt, mit der Zeit zunimmt.
• Schließlich ändert sich während des Zeitintervalls TAM, T3 der Druck in der Kompressionskammer qualitativ, wie in Fig. 5 durch den Graphen PC1 (im Falle der Unterbrechung eines Stroms hoher Intensität) oder PN1 in dem Falle eines Stroms schwacher Intensität gezeigt ist, wobei sich der Druck in der Saugkammer entsprechend dem Graphen PS ändert, der schnell einen Wert in der Nähe des oder gleich dem Umgebungsdruck des Raums in dem Gehäuse 2 erreicht, der zu einer Zeit T5 leicht vor der Zeit T3, zu der der Unterbrecher vollständig offen ist, erreicht wird.
• Um zu verhindern, daß die Druckdifferenz zwischen der Kompressionskammer und der Saugkammer als ein Ergebnis des weiteren Füllens der Saugkammer reduziert wird, sind die Austrittlöcher 15 (Fig. 1) vorteilhafterweise entlang der Bewegung des Kolbens 13 derart angeordnet, daß die Saugkammer 12 zumindest beginnend mit der Zeit T5 in Kommunikation mit dem Raum in dem Gehäuse gebracht werden.
• Ein leichter Überschußdruck in der Saugkammer relativ zu dem Druck in dem Raum in dem Gehäuse erzeugt folglich einen Gasfluß von der Saugkammer zu dem Äußeren hin, was den Überschußdruck begrenzt und ermöglicht, daß der Fluß QS beibehalten wird, selbst wenn derselbe abnimmt, bis der Unterbrecher vollständig geöffnet ist.
• Mit geeigneten Querschnittabmessungen der Saugkammer, um ein volumetrisches Verhältnis zwischen der Saugkammer und der Kompressionskammer sehr nahe bei 1 aufzuweisen, kann die Saugkammer relativ zu dem Gehäusedruck auch auf einem Vakuum gehalten werden, bis der Unterbrecher vollständig geöffnet ist (Zeit T3).
• In diesem Fall wird während der letzten Öffnungsphase ein Rückwärtsfluß durch die Austrittöffnungen 15 zu der Saugkammer hin entwickelt.
• In beiden Fällen ist auf den Abschluß der Öffnungsoperation hin die Diffusion von heißem Gas, das in der Saugkammer gehäust ist, zu dem Äußeren hin und das Mischen desselben mit dem kalten Gas in dem Gehäuseraum mit einem nachfolgenden Abkühlen der Saugkammer sichergestellt.
• Zusammenfassend kann herausgestellt werden, daß, mit Ausnahme von vernachlässigbaren Fluidleckagen, das gesamte Gasvolumen, das anfänglich in der Kompressionskammer existiert, verwendet wird, um zwei Bogenlöschflüsse zu erzeugen, die teilweise in den Gehäuseraum 2 und teilweise in die Saugkammer entladen werden.
• Die Flüsse sind in einem begrenzten Zeitintervall zwischen der minimalen Lichtbogenbildungszeit TAM und der Zeit T3, zu der der Unterbrecher vollständig geöffnet ist, begrenzt, und bewirken eine besonders hohe, maximale, kumulative Flußrate QT = QS + QN mit einem im wesentlichen konstanten Fluß während des gesamten Zeitintervalls von TAM bis T3.
• Der Unterbrecher kann folglich eine effektive und konstante Lichtbogenlöschungswirkung zu einem bestimmten Zeitpunkt zwischen TAM und T3 durchführen, wenn der Lichtbogenstrom seinen natürlichen Nullpunkt durchläuft, wobei dieses Ereignis vollständig asynchron zu dem Öffnen des Unterbrechers ist.
• Um die Vorteile, die der Unterbrecher der vorliegenden Erfindung gegenüber bekannten Unterbrechern liefert, deutlicher herauszustellen, zeigen die Fig. 7, 8, 9 und 10 in vergleichender Form die Massenflüsse, die durch die Unter brecher verschiedener Typen, die Kompressionskammern eines gleichen Volumens, der gleichen Bewegung und der gleichen Bewegungsgleichungen aufweisen, entwickelt werden.
• Ein Öffnungsbetrieb mit Strömen hoher Intensität wird betrachtet, da dies der wichtigste Betrieb ist.
• Überdies werden, solange die Kontakte geschlossen sind, dieselben der Einfachheit halber als lecktest betrachtet, ebenso wie die Düse, solange dieselbe geschlossen ist.
• Fig. 7 zeigt den Massenfluß, der durch einen herkömmlichen Doppelflußpufferunterbrecher entwickelt wird.
• Fig. 8 zeigt den Fluß, der durch einen Unterbrecher mit Saug/Kompressions-Kammern entwickelt wird.
• Fig. 9 zeigt den Fluß, der durch einen hybriden Unterbrecher entwickelt wird, während schließlich Fig. 10 den Fluß zeigt, der durch einen Unterbrecher, der gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist, entwickelt wird.
• Es ist klar, daß die kumulativen Flußgraphen in den verschiedenen Fällen die gleiche Fläche haben sollten, da in allen Fällen gilt: QT.dt = VOL, wobei VOL das Volumen der Kompressionskammer ist.
• Im Fall eines Doppelflußpufferunterbrechers (Fig. 7) wird ein Fluß QS in dem Stab von der Zeit TC an eingeleitet.
• Zu dem Zeitpunkt TU, zu dem die Düse sich zu öffnen beginnt, wird ein zunehmender Düsenstoß QN eingeleitet und zu dem des Stabs hinzugefügt. Der kumulative Fluß QT zwischen TU und der Zeit T3 nimmt im wesentlichen linear zu. Der nutzbare Löschfluß QOFF wird daher zu einer Zeit TAM lange nach TU erreicht.
• Im Falle eines Unterbrechers mit einer Saugkammer (Fig. 8) wird ein stationärer Saugfluß QS (aufgrund der Saugkammer) von der Zeit TC an eingeleitet und ein Düsenfluß QN wird zu der Zeit TU eingeleitet.
• Der kumulative Fluß nimmt linear von der Zeit TU beginnend von einer höheren Basis und mit einem geringeren Gradienten als in dem vorherigen Fall zu.
• Aufgrund der Verteilung wegen des Flusses QS wird der brauchbare Löschfluß schneller erreicht als bei dem vorherigen Fall, zu einer Zeit TAM, die näher bei TU ist.
• In dem Fall eines hybriden Unterbrechers werden ausgehend von der Zeit TU zwei Flüsse QN und QS schnell mit sehr hohen anfänglichen Flußgradienten, die dann mit einer nahezu trapezförmigen Kurve des Flusses QT abnehmen, eingeleitet.
• Der brauchbare Löschfluß QOFF wird zu einer Zeit TAM näher bei TU als in dem Fall des Unterbrechers mit einer Saugkammer erreicht.
• Jedoch ist bei all diesen Fällen das Gasvolumen, das vor der minimalen Lichtbogenbildungszeit aus der Kompressionskammer entfernt wird, verschwendet, da dasselbe keinen wirksamen Beitrag leisten kann, um den Lichtbogen zu löschen.
• Überdies ist das Gasvolumen, das aus der Kompressionskammer beseitigt wird und dem Überschlußfluß relativ zu dem brauchbaren Löschfluß QOFF entspricht, ebenfalls verschwendet.
• Das Verhalten des Unterbrechers gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich hiervon vollständig.
• Zu der Zeit TU werden gleichzeitig zwei Flüsse QN und QS aufgrund der kombinierten Wirkungen der Saugkammer und der thermischen Überkompression des Gases in der Kompressionskammer mit extrem hohen Flußgradienten eingeleitet, so daß der brauchbare Löschflußzustand QOFF beinahe augenblicklich zu einer Zeit TAM, die praktisch mit TU zusammenfällt, erreicht wird.
• Überdies bewirken die zwei Flüsse QN und QS, die mit der Zeit zunehmen bzw. abnehmen, einen kumulativen Fluß, der über die Zeit beinahe gleichmäßig ist, da das Vakuum in der Saugkammer abnimmt, was die Druckzunahme in der Kompressionskammer kompensiert, was die Druckdifferenz zwischen den zwei Kammern auf einem im wesentlichen konstanten Pegel hält.
• Folglich sind nicht nur Gasverschwendungen vor der minimalen Lichtbogenbildungszeit TAM vermieden, sondern es ist ferner möglich, daß die Abmessungen der Kompressionskammer und entsprechend der Saugkammer derart sind, daß der praktisch konstante kumulative Fluß gleich dem oder etwas größer als der wirksame Löschfluß QOFF ist.
• Dies umfaßt eine wesentliche Reduzierung des Volumens und daher des Querschnitts der Kompressionskammer für eine gegebene Bewegung des beweglichen Kontakts, mit einer Reduzierung der Masse, der Trägheitsmassen und der ausgeübten Widerstandskräfte im Vergleich zu bekannten Lösungen.
• Somit ergibt sich eine schnellere Betriebsgeschwindigkeit für eine gegebene Unterbrecherbetriebsleistung oder alternativ die Verwendung von weniger leistungsstarken und somit weniger aufwendigen Betätigungsgliedvorrichtungen für eine gegebene Betriebsgeschwindigkeit.
• Ein weiterer wichtiger Aspekt besteht darin, daß das Vorverlegen der minimalen Lichtbogenbildungszeit TAM relativ zu der Zeit T3, zu der der Unterbrecher vollständig geöffnet ist, ein brauchbares Lichtbogenlöschintervall oder "Fehler- Beseitigbar-Intervall" definiert, das um so länger ist, je größer das Vorverlegen von TAM ist.
• Das brauchbare Lichtbogenlöschintervall ist kein variabler Parameter, sondern eine vorbestimmte Entwurfsbedingung, die von den Arbeitsbedingungen abhängt.
• Bei einem Unterbrecher, der dazu bestimmt ist, in einem Netzwerk mit einer Wechselspannung von 50 Hz zu arbeiten, muß das brauchbare Lichtbogenlöschintervall etwas größer als 10 ms sein, was eine Halbperiode einer Spannungs- oder Strom-Welle ist.
• Wenn diese Anforderung erfüllt ist, ist es sicher, daß, sogar wenn der Nulldurchgang des Stroms, der unterbrochen werden soll, unmittelbar vor der minimalen Lichtbogenbildungszeit auftritt (und der Strom folglich nicht unterbrochen wird), der Strom zu einer Zeit innerhalb des brauchbaren Lichtbogenlöschintervalls auf seinen natürlichen Nullwert zurückkehren wird und wirksam unterbrochen werden wird.
• Es ist daher aus einem Vergleich der Fig. 7 bis 10 klar, daß das gleiche brauchbare Lichtbogenlöschintervall für einen gegebenen wirksamen Löschfluß mit einer viel geringeren volumetrischen Kapazität der Kompressionskammer erhalten wird.
• Es ist ferner klar, daß für eine gegebene Gesamtbetriebszeit des Unterbrechers, die durch die Trägheit des Unterbrechers und durch die Leistung der verfügbaren Betätigungsglieder bestimmt ist, das Zeitintervall zwischen dem Moment, zu dem die Operation als ein Ergebnis des Erkennens des Ereignisses, das dieselbe bewirkt, und dem Moment, zu dem der Strom unterbrochen wird, um so stärker reduziert wird, um so weiter die minimale Lichtbogenbildungszeit fortschreitet, wodurch eine Beschädigung, die durch die Verzögerung der Unterbrechung bewirkt werden könnte, reduziert wird.
• Um die Beschreibung zu vervollständigen, ist es geeignet, das Verhalten des Unterbrechers während des Schließens zu betrachten.
• In einer ersten Phase der Schließoperation kann das Gasvolu men, das in der Saugkammer gehäust ist, durch die Löcher 15 nach außen und durch die Löcher 14 zu der Lichtbogenkammer hin fließen.
• Gleichzeitig kann Gas durch den Hals der Düse 5, die geöffnet ist, und durch die Leitungen 18 in die Kompressionskammer fließen (die während der Schließoperation als eine Saugkammer arbeitet).
• Wenn die Löcher 15 und 14 blockiert sind, bewirkt ein leichter Überschußdruck in der Kammer 12 relativ zu der Kompressionskammer (die während des Schließens des Unterbrechers als eine Saugkammer wirkt) ein Öffnen des Ventils 17 und die Übertragung eines Gasvolumens von der Kammer 12 zu der Kammer 7.
• Das Schließen des Unterbrechers wird daher unter solchen Umständen durchgeführt, bei denen Widerstandskräfte vernachlässigbar sind, und mit einer minimalen Leistung und Arbeit, so daß die Schließoperation ebenfalls besonders schnell erfolgen kann.
• Es wurde oben herausgestellt, daß der Wirkungsgrad des Betriebs des Unterbrechers erhöht ist, indem die Lichtbogenstrahlung optimal verwendet wird, um das Gas in der Kompressionskammer zu erwärmen.
• Zu diesem Zweck ist die Lichtbogenkammer ausgebildet, um einen optischen Hohlraum darzustellen, vorzugsweise mit metallischen Oberflächen, die durch Läpp-Prozesse und dergleichen spiegelartig gemacht sind, und Reflektoren, die die Strahlung durch die Löcher 14 zu der Kompressionskammer hin übertragen.
• Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Betätigungsstabs 4, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Membran, die die Lichtbogenkammer verschließt, zeigt.
• Es ist klar, daß die radialen Löcher 14 zur Kommunikation zwischen der Lichtbogenkammer und der Kompressionskammer kein kontinuierliches ringförmiges Loch bilden können, da die mechanische Kontinuität mit einer ausreichenden mechanischen Stärke zwischen dem Teil des Stabs, der über den Löchern angeordnet ist, und dem, der unter denselben angeordnet ist, sichergestellt sein muß. Aus diesem Grund sind die verschiedenen Löcher 14 (vier in Fig. 11) durch aufrechte Elemente getrennt, die den oberen und den unteren Abschnitt des Stabs verbinden, und die Abmessungen und eine Abschirmungswirkung für die Lichtbogenstrahlung aufweisen, die gleich oder sogar größer als der Strahlungsabschnitt, der durch die Löcher 14 geboten wird, sind.
• Aus diesem Grund ist die Membran 11, die an der Basis der Löcher 14 angeordnet ist, vorteilhaft wie eine Pyramide mit einer Anzahl von Flächen 40, 41 mit Austiefungen, die wie Rotationsparaboloide geformt sind, die gleich der Anzahl von Löchern 14 ist und denselben gegenüber liegen, geformt. Die Achse jedes Rotationsparaboloids ist vorzugsweise in der gleichen Richtung ausgerichtet wie die Achse des Betätigungsstabs oder divergiert von derselben um einen Winkel von weniger als 30º. Überdies befindet sich der Fokus jedes Paraboloids in der Ebene eines zugeordneten Lochs 14 oder leicht außerhalb der äußeren zylindrischen Oberfläche des Stabs.
• Der größte Teil der Lichtbogenstrahlung, der in der Lichtbogenkammer im wesentlichen entlang der Achse der Kammer abgestrahlt wird, wird somit in die Kompressionskammer fokussiert, wo derselbe durch das Gas, das in dieselbe gehäust ist, absorbiert wird.
• Alternativ könnten die aufrechten Verbindungselemente zwischen dem oberen und dem unteren Teil des Betätigungsstabs durch vertikale Verbindungsplatten, die radial angeordnet sind, und nicht durch die zylindrische Wand des Stabs ge bildet sein, um den Abschirmungseffekt auf ein Minimum zu reduzieren.
• Diese Lösung ist bis zu einem bestimmten Ausmaß effektiver, ist jedoch strukturell viel komplexer und aufwendiger, da die perfekte axiale Ausrichtung der zwei Abschnitte, die somit verbunden sind, sichergestellt werden muß.
• Die vorher genannte Beschreibung bezieht sich auf ein System mit festem Kontakt und beweglichem Kontakt, wobei es jedoch klar ist, daß die Rollen des festen Kontakts und des beweglichen Kontakts ausgetauscht oder sogar geteilt werden können, wobei beide Lichtbogenkontakte relativ zu einem Gehäuse beweglich sein können. Die Ausdrücke fester Kontakt und beweglicher Kontakt sollten daher als sich auf ein Referenzelement und auf ein Element, das relativ zu dem Referenzelement beweglich ist, interpretiert werden.

Claims (8)

1. Ein Gasdielektrikuum-Hochspannungsunterbrecher des Lichtbogen-Puffertyps mit folgenden Merkmalen:

- einem ersten festen Kontakt (1) und einem Kontakt (3), der relativ zu dem festen Kontakt (1) bewegbar ist und durch einen Betätigungsstab (4) geöffnet wird, in dem eine Lichtbogenkammer (10) gebildet ist, wobei der Stab (4) einen vorbestimmten Öffnungsweg D aufweist,

- einer bewegbaren Anordnung, die an dem Stab befestigt ist, und die eine isolierende Düse (5) mit einem Düsenhals, der auf dem festen Kontakt (1) verschiebbar ist, einen Zylinder (6), der mit dem Stab (4) und der Düse (5) eine Druckkammer (7) bildet, die durch einen ersten Kolben (8) geschlossen ist, der relativ zu dem ersten Kontakt (1) befestigt ist und durch einen Trägerzylinder (9) getragen wird, und einen zweiten Kolben (13) aufweist, der an dem Stab (4) befestigt ist und in dem Trägerzylinder (9) bewegbar ist, wobei der erste befestigte Kolben (8), der Trägerzylinder (9) und der bewegbare Stab eine Saugkammer (12) bilden, die durch den zweiten Kolben (13) geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß

der Stab (4) Löcher (14) zur Kommunikation zwischen einer Lichtbogenkammer (10) und der Druckkammer (7) für Positionen des beweglichen Stabes (4), die einem ersten Bruchteil des Öffnungsweges entsprechen, und zur Kommunikation zwischen der Lichtbogenkammer (10) und der Saugkammer (12) für Positionen des Stabes, die einem zweiten Bruchteil des Öffnungsweges entsprechen, der von dem ersten Bruchteil getrennt ist, aufweist.

2. Ein Unterbrecher gemäß Anspruch 1, bei dem die axialen Längen der Kommunikationslöcher (14) des Stabs (4) nicht größer sind als die axiale Abmessung des ersten Kolbens (8).

3. Ein Unterbrecher gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem sich der zweite Bruchteil des Öffnungsweges zwischen einer Position des Stabes (4), bei der der Hals der isolierenden Düse (5) in die Lichtbogenkammer (12) vollständig offen ist und die Kommunikationslöcher (14) beginnen, sich in die Saugkammer (12) zu öffnen, und einer Öffnungsweggrenzposition des Stabes (4) befindet.

4. Ein Unterbrecher gemäß einem der Ansprüche 1, 2 und 3, bei dem die Lichtbogenkammer (10) zylindrisch ist und an einem Ende durch eine spitzenförmige Membrane (11) geschlossen ist, wobei der Scheitelpunkt derselben hin zu dem festen Kontakt (1) ausgerichtet ist.

5. Ein Unterbrecher gemäß einem der Ansprüche 1, 2, 3 und 4, der eine Mehrzahl von Austrittslöchern (15), die in dem Trägerzylinder (9) gebildet sind und sich in die Saugkammer (12) öffnen, für Positionen des bewegbaren Stabes (4) aufweist, die einem End-Bruchteil des Öffnungsweges entsprechen.

6. Ein Unterbrecher gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der mindestens ein Einwegflußventil (17) in dem ersten Kolben aufweist, wobei das Ventil (17) durch einen übermäßigen Druck in der Saugkammer (12) relativ zu dem Druck in der Druckkammer (7) geöffnet wird, wodurch die Saugkammer (12) in eine Kommunikation mit der Druckkammer (7) gebracht wird.

7. Ein Unterbrecher gemäß den vorhergehenden Ansprüchen, bei dem der Stab (4) einen optischen Reflektor (11) mit einer Mehrzahl von reflektierenden Oberflächen (40, 41) auf weist, wobei jede derselben zum Fokussieren von Strahlung, die durch den Lichtbogen in der Lichtbogenkammer (10) erzeugt wird, in einem oder über eines der Kommunikationslöcher (14) hinaus dient.

8. Ein Unterbrecher gemäß Anspruch 7, bei dem die reflektierenden Oberflächen (40, 41) Segmente von Rotationsparaboloiden sind, die Achsen aufweisen, die von der Achse des Stabes (4) um weniger als 30º abweichen.