EP0160853B2

EP0160853B2 - Druckgasschalter

Info

Publication number: EP0160853B2
Application number: EP19850104380
Authority: EP
Inventors: Friedrich Dr. Pinnekamp
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1984-05-08
Filing date: 1985-04-11
Publication date: 1995-05-17
Anticipated expiration: 2005-04-11
Also published as: JPH0664976B2; EP0160853A2; DE3574520D1; JPS60243920A; DE3421356A1; EP0160853B1; EP0160853A3

Description

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Druckgasschalter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik von Drukgasschaltern Bezug, wie er in der FR-A-23 85 214 beschrieben ist.
Aus Fig. 10 von FR 23 85 214 A1 ist ein Druckgasschalter mit einer Druckkammer 22 entnehmbar. Die Druckkammer enthält in koaxialer Anordnung zwei torusförmige Kammern 9, 10, welche durch eine einen feststehenden Kontakt 3 tragende, zylinderförmige Wand voneinander getrennt sind. Die Kammer 10 ist mit ihrem unteren Ende mit einem beim Ausschalten den Schaltlichtbogen aufnehmenden Lichtbogenraum und mit ihrem oberen Ende über Öffnungen 11 in der Wand mit dem oberen Ende der Kammer 9 verbunden. Das untere Ende der Kammer 9 mündet in einen vom unteren Ende der Wand und einer Ausströmführung 23 begrenzten Ringspalt 8, welcher im Einschaltzustand und zu Beginn des Ausschaltvorganges durch einen beweglichen Kontakt 4 gegenüber dem Lichtbogenraum abgeschlossen ist. Beim Ausschalten strömt daher durch den Schaltlichtbogen aufgeheiztes Löschgas zunächst ausschliesslich über die Kammer 10 und die Öffnungen 11 in die Kammer 9 ein. Bei einer in axialer länger als in radialer Richtung erstreckten Kammer 9 ist daher die Vermischung von einströmendem aufgeheiztem Löschgas mit in der Kammer befindlichem kühlem Löschgas nicht besonders günstig. Zudem ist der zur Führung von Nennstrom vorgesehene Kontakt 4 der oxidierenden und korrodierenden Wirkung der vom Lichtbogenraum durch die Kammer 10 geführten heissen Gase ausgesetzt.
In der DE 24 38 017 A1 ist ein Druckgasschalter mit zwei feststehenden Kontaktstücken, einem Überbrückungsschaltstück, einem mit der freien Stirnseite des Überbrückungsschaltstückes starr verbundenen Turbulenzgitter und einer Kolben-Zylinder-Blaseinrichtung beschrieben. Beim Ausschalten umgibt bei diesem Schalter das Turbulenzgitter den zwischen den feststehenden Kontaktstücken befindlichen Lichtbogenraum unmittelbar und ist dann zugleich im Zuge einer aus der Blaseinrichtung austretenden Druckgasströmung angeordnet. Das Turbulenzgitter dient hierbei der Bildung einer turbulenten Druckgasströmung in dem den Lichtbogen umgebenden Anströmgebiet des Lichtbogenraums.
Ein weiterer Druckgasschalter ist in der EP-A-0 067 460 beschrieben. Bei diesem bekannten Schalter wird das vom Schaltlichtbogen erhitzte Löschgas in einer die Schaltstücke koaxial umgebenden, toroidal ausgebildeten Heizkammer gespeichert und strömt, wenn die Heizwirkung des Lichtbogens bei Annäherung an den Stromnulldurchgang nachläßt, in einen Ringraum. In diesem Ringraum wird es mit frischem Löschgas aus einer Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung gemischt, so daß das gemischte Gas eine niedrigere Temperatur als das erhitzte Löschgas aufweist. Das auf eine vergleichsweise niedrige Temperatur herabgemischte Löschgas wird anschließend in die zwischen beiden Schaltstücken befindliche Schaltstrecke geleitet, wo es den Schaltlichtbogen wirkungsvoll bebläst. Ein solcher Schalter ist jedoch verhältnismäßig aufwendig und benötigt zudem für den Antrieb der Kompressionsvorrichtung zusätzliche Antriebsenergie.
Die Erfindung löst die Aufgabe, einen Druckgasschalter der gaftungsgemäßen Art anzugeben, bei dem das zur dielektrischen Wiederverfestigung der Schaltstrecke verwendete Löschgas unter Einsparung einer Kompressionsvorrichtung am Ende der Hochstromphase bei einer Gastemperatur zur Verfügung steht, welche ganz erheblich unter der Temperatur des aufgeheizten Löschgases liegt.
Die Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Druckgasschalter zeichnet sich dadurch aus, daß das erhitzte Löschgas und das in der Heizkammer vor dem Schaltvorgang gespeicherte kühle Löschgas nahezu optimal vermischt werden, wodurch für die dielektrische Wiederverfestigung der Schaltstrecke nach dem Stromnulldurchgang ausreichend gekühltes Löschgas zur Verfügung steht. Gleichzeitig ist es möglich, eine aus Kostenerwägungen und Konstruktionsgründen vorteilhafte, vorwiegend in axialer Richtung erstreckte Heizkammer zu verwenden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Hierbei zeigt die einzige Figur eine Aufsicht auf einen längs seiner Schaltstückachse geschnittenen, erfindungsgemäß ausgebildeten Druckgasschalter.
In der Figur ist der erfindungsgemäß ausgebildete Druckgasschalter im linken Teil in der Einschaltstellung angegeben. hingegen im rechten Teil während des Ausschaltens. Hierbei ist ein mit einem Löschgas, wie etwa Schwefelhexafluorid von einigen bar Druck, gefülltes Gehäuse mit 1 bezeichnet. In diesem Gehäuse 1 befindet sich ein als feststehendes Düsenrohr ausgebildetes Schaltstück 2, in welches in der Einschaltstellung ein bewegliches, vollzylindrisches Schaltstück 3 eingefahren ist. Das Schaltstück 3 durchsetzt in der Einschaltstellung eine nicht bezeichnete Öffnung eines als Düse ausgebildeten Isolierstoffkörpers 4, welcher am Schaltstück 2 angebracht ist. Im Isolierstoffkörper 4 ist eine die Schaltstücke 2 und 3 toroidförmig umgebende Heizkammer 5 ausgespart, welche an ihrer Innenseite vom Schaltstück 2 begrenzt wird und zwischen dem Isolierstoffkörper 4 und dem oberen Ende des Schaltstückes 2 ein Ringspalt 6 aufweist, welcher in der Einschaltstellung durch das Schaltstück 3 vom Inneren des Schaltstückes 2 abgetrennt ist. Die Heizkammer weist in axialer Richtung eine Erstreckung L auf, welche um ein Mehrfaches größer ist als deren Tiefe D in radialer Richtung.
Im Inneren der Heizkammer 5 ist eine die Schaltstücke 2, 3 koaxial umgebende, zylindermantelförmige Trennwand 7 aus isolierendem Material, wie etwa Polytetrafluoräthylen, angebracht, welche die Heizkammer 5 in zwei Kammern 8 und 9 unterteilt. Beide Kammern sind torusförmig ausgebildet. Die Kammer 8 ist von der Kammer 9 umschlossen und ist mit dieser über Öffnungen 10 in der Trennwand 8 verbunden. Die Kammer 8 weist gegenüber der Kammer 9 eine vergleichsweise geringe Tiefe in radialer Richtung auf und mündet in den Ringspalt 6. Die Öffnungen 10 sind auf azimutal um die Schaltstückachse verlaufenden Kreisen angeordnet, deren Mittelpunktsabstände voneinander in axialer Richtung etwa der in radialer Richtung erstrecken Tiefe d der außenliegenden Kammer 9 entsprechen.
Die Wirkungsweise dieses Schalters ist wie folgt: Beim Ausschalten (rechter Teil der Figur) wird das Schaltstück 3 nach oben bewegt. Sobald sich die Schaltstücke 2 und 3 trennen, bildet sich zwischen ihnen ein Schaltlichtbogen 11. Der Schaltlichtbogen heizt in der Hochstromphase das in der Schaltstrecke zwischen den Schaltstücken 2 und 3 befindliche Löschgas stark auf, wodurch dessen Druck ansteigt. Das erhitzte Löschgas hohen Druckes strömt durch den gegenüber der Öffnung des Schaltstückes 2 vergleichsweise großen Ringspalt 6 in die Heizkammer 5 und wird dort in der Kammer 8 längs der Trennwand 7 zum vom Isolierstoffkörper 4 begrenzten oberen und unteren Ende der Kammer 8 geführt.
Der Strömungsquerschnitt der als Ringkanal ausgebildeten Kammer 8 braucht nicht größer als der Strömungsquerschnitt des Ringspaltes 6 zu sein, da dann im allgemeinen gewährleistet ist, daß die durch Pfeile dargestellte Strömung des aufgeheizten Löschgases im wesentlichen widerstandsfrei erfolgt. Ein besonders günstiger Verlauf der Strömung wird dann erreicht, wenn die radiale Tiefe der ersten Kammer 8 von der Einmündung des Ringspaltes 6 in axialer Richtung zumindest teilweise abnimmt. Befindet sich der als Eintrittsöffnung der Heizkammer 5 wirkende Ringspalt 6 ungefähr gleich weit vom oberen und unteren Ende der Heizkammer 5 bzw. der Kammer 8 entfernt, so kann der Strömungsquerschnitt der Kammer 8 sogar erheblich kleiner als der Strömungsquerschnitt des Ringspaltes 6 gehalten sein, da in diesem Fall die Löschgasströmung in zwei annähernd gleich große Teilströme aufgeteilt wird, welche sich längs der Trennwand 7 zum oberen und unteren Ende der Kammer 8 hin bewegen.
Das längs der Trennwand 7 geführte erhitzte Löschgas mischt sich nur unwesentlich mit dem in der Kammer 8 befindlichen kühlen Löschgas und drängt dieses unter Druckerhöhung im wesentlichen durch die Öffnungen 10 in die äußere Kammer 9. Die Öffnungen 10 sind hierbei so bemessen, daß der Druckausgleich zwischen den Kammern 8 und 9 auch bei starker Aufheizung des Löschgases infolge hoher zu unterbrechender Ströme sehr rasch erfolgt. Demzufolge reicht es im allgemeinen aus, wenn die Trennwand 7 höchstens einige Millimeter dick ist. Eine günstige Aufteilung des einströmenden aufgeheizten Löschgases wird dann erzielt, wenn der Strömungsquerschnitt der auf einem azimutal um die Zylinderachse verlaufenden Kreis angeordneten Öffnungen 10 ungefähr gleich ist dem Strömungsquerschnitt der Kammer 8 an der diesem Kreis zugeordneten axialen Position der Kammer 8.
Bei weiterem Druckanstieg infolge Lichtbogenaufheizung strömt das erhitzte Löschgas über die Öffnungen 10 in die Kammer 9 ein, wo es sich mit dem dort befindlichen Löschgas vor dem Druckausgleich mischt. Hierbei wandern von den Öffnungen 10 Mischungsgrenzen 12, 13 und 14 zwischen kühlem und gemischtem Löschgas in die Kammer 9 hinein. Durch geeignete Verteilung der Öffnungen 10 auf der Trennwand 7 wird erreicht, daß bei einer Heizkammer 5 von geringer radialer Teife D aber vergleichsweise großer axialer Erstreckung L die Mischungsgrenzen beim Druckausgleich nahezu das gesamte Volumen der Kammer 9 überdecken.
Hierbei haben Mischungsversuche ergeben, daß bei einer Heizkammer 5 mit einem Tiefen-Längen-Verhältnis D/L von ca. 0,1 das bei einem Schaltvorgang aufgeheizte Löschgas nahezu vollkommen mit dem in der Heizkammer 5 vorhandenen kühlen Löschgas vermischt wird, wenn die Abstände benachbarter Öffnungen 10 etwa der Tiefe d der Kammer 9 entsprechen. Gegenüber einer Heizkammer mit vergleichbarer Abmessung D und L, jedoch ohne Trennwand, wird hierdurch die Vermischung nahezu verdoppelt. Bei Heizkammern mit einem D/L-Verhältnis von 0,5 ist bei entsprechend beabstandeter Anordnung der Öffnungen 10 die Vermischung gegenüber einer entsprechend bemessenen Heizkammer immer noch erheblich verbessert. Die auf azimutal um die Zylinderachse verlaufenden Kreisen befindlichen Öffnungen können gleichmäßig voneinander beabstandet sein, können aber auch als azimutal um die Zylinderachse verlaufender Spalt ausgebildet sein. Die Trennwand 10 kann dann mittels radial nach außen erstreckter Stege an der die Heizkammer 5 nach außen begrenzenden Wand des Isolierkörpers 4 befestigt sein.
Nach der Hochstromphase strömt das in der Kammer 9 gemischte, gekühlte Löschgas durch die Öffnungen 10 über die ringkanalartig ausgebildete Kammer 8 und den Ringkanal 6 zurück in die Schaltstrecke und unterbricht den Lichtbogen 11. Die Qualität des auf die Schaltstrecke einwirkenden Löschgases wird hierbei noch dadurch verbessert, daß bei dessen Ausströmen aus den Öffnungen 10 eine zusätzliche Durchmischung mit dem in der Kammer 8 befindlichen unvermischten und daher heißen Löschgas stattfindet.

Claims

Druckgasschalter mit zwei zylinderförmigen, längs der Zylinderachse relativ zueinander beweglichen Schaltstükken (2, 3) und mit einer die Schaltstücke (2, 3) koaxial umgebenden, sich in axialer länger als in radialer Richtung erstreckenden Heizkammer (5) zur Aufnahme von Löschgas, welches bei einem Schaltvorgang durch einen zwischen beiden Schaltstücken (2, 3) brennenden Schaltlichtbogen (11) aufgeheizt, über einen vom Ende eines (2) beider Schaltstücke und von einem Isolierstoffkörper (4) begrenzten Ringspalt (6) in die Heizkammer (5) geführt, dort mit kühlem Löschgas gemischt und nach dem Mischen zum Schaltlichtbogen (11) zurückgeführt wird, bei dem die Heizkammer (5) durch eine koaxial zu den Schaltstücken (2, 3) angeordnete Trennwand (7) in zwei torusförmig ausgebildete Kammern (8, 9) unterteilt ist, von denen die innenliegende Kammer (8) mit dem Ringspalt (6) und die außenliegende Kammer (9) mit der innenliegenden Kammer (8) über Öffnungen (10) in der Trennwand (7) verbunden ist, welche Öffnungen (10) auf einem azimutal um die Zylinderachse verlaufenden Kreis angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der durch das eine Schaltstück (2) und den Isolierstoffkörper (4) begrenzte Weg für das Löschgas nach dem Mischen von der inneren Kammer (8) zum Schaltlichtbogen zurückführt, daß der Isolierstoffkörper (4) die innen- (8) und die außenliegende Kammer (9) umgibt, daß die Öffnungen (10) auf mehr als zwei azimutal um die Zylinderachse verlaufenden und axial beabstandeten Kreisen angeordnet sind, deren Mittelpunktabstände voneinander höchstens dem Doppelten der sich in radialer Richtung erstreckenden Tiefe (d) der außenliegenden Kammer (9) entsprechen, daß der Strömungsquerschnitt aller auf einem azimutal um die Zylinderachse verlaufenden Kreis angeordneten Öffnungen (10) ungefähr gleich ist dem Strömungsquerschnitt der innenliegenden Kammer (8) an der diesem Kreis entsprechenden axialen Position, und daß der Abstand benachbarter Öffnungen (10) höchstens dem Doppelten der sich in radialer Richtung erstreckenden Tiefe (d) der außenliegenden Kammer (9) entspricht.
Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (8) als axial erstreckter Ringkanal mit einer verglichen mit der zweiten Kammer (9) geringen radialen Tiefe ausgebildet ist.
Druckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (6) ungefähr gleich weit von beiden Enden des Ringkanals entfernt in den Ringkanal mündet.
Druckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (6) an einem Ende des Ringkanals in den Ringkanal mündet.
Druckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Tiefe der ersten Kammer (8) von der Einmündung des Ringspaltes (6) in axialer Richtung gesenen zumindest teilweise abnimmt.
Druckgasschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (10) als azimutal um die Zylinderachse erstreckte Spalte ausgebildet sind.
Druckgasschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Öffnungen (10) in axialer Richtung etwa der in radialer Richtung erstrecken Tiefe (d) der zweiten Kammer (9) entspricht.