WO1992011652A1 - Druckgasschalter - Google Patents

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WO1992011652A1
WO1992011652A1 PCT/EP1991/002442 EP9102442W WO9211652A1 WO 1992011652 A1 WO1992011652 A1 WO 1992011652A1 EP 9102442 W EP9102442 W EP 9102442W WO 9211652 A1 WO9211652 A1 WO 9211652A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sleeve
pressure
area
openings
switching point
Prior art date
Application number
PCT/EP1991/002442
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eckardt Von Bonin
Original Assignee
Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh filed Critical Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh
Priority to JP4501661A priority Critical patent/JPH06503916A/ja
Publication of WO1992011652A1 publication Critical patent/WO1992011652A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/72—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid having stationary parts for directing the flow of arc-extinguishing fluid, e.g. arc-extinguishing chamber
    • H01H33/74—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid having stationary parts for directing the flow of arc-extinguishing fluid, e.g. arc-extinguishing chamber wherein the break is in gas

Definitions

  • the invention relates to a gas pressure switch according to the preamble of claim 1.
  • a pressure gas switch is known from DE-OS 2039240, in which a fixed contact piece is located in a housing filled with extinguishing gas
  • blowing nozzle 10 is arranged in the central axis of a tubular sleeve spaced from the housing and in which a blowing nozzle is fixedly connected to a movable contact piece, the mating contact piece with which it forms a switching point.
  • the blow nozzle surrounds both switching elements in the switch-on position.
  • the object of the invention according to claim 1 is to create a pressure gas switch which has the smallest possible external dimensions 25, can be produced as inexpensively as possible and in which reignitions are largely excluded.
  • Such a sleeve can be located, for example, in an outdoor switch within a porcelain housing.
  • a sleeve according to the invention could also be used in a metal-encapsulated, 35 gas-insulated high-voltage switchgear (fully insulated switchgear), where pressure waves can also occur when the device is switched off.
  • There the sleeve is surrounded by an electrically conductive, earthed housing.
  • An advantage that can be achieved with the invention according to claim 1 is that during the arc duration, extinguishing gas penetrates from the area between the sleeve and the housing into the interior of the sleeve through the radial openings in the part of the sleeve facing the switching point; this prevents the formation of negative pressure there, which could cause pressure waves and reignitions.
  • the sleeve does not necessarily have to be arranged vertically.
  • a saving of porcelain is only possible with a given dielectric strength of the pressure gas switch by reducing the switch diameter, because the length of the porcelain insulator practically determines the insulation strength, which is predetermined by the nominal voltage of the pressure gas switch.
  • a simple to produce shape of the cross-sectional reducing element is specified in claim 4.
  • the openings in the area of the sleeve facing the sound space are evenly distributed over the circumference according to claim 5; It has been shown that, in order to avoid reignitions, it is more favorable to arrange a plurality of smaller openings distributed over the circumference than to provide a few openings which are each correspondingly larger - with the same total area of the openings.
  • a uniform distribution of the openings at the end of the sleeve facing away from the switching point has a favorable effect, because this protective measure allows hot protective gas to escape from the inside of the sleeve particularly well after the arc has arisen; it has also been found here that a uniform distribution of several small openings over the circumference of the sleeve is more favorable than the uniform arrangement of fewer, correspondingly larger openings.
  • the total area of the openings which are arranged adjacent to the pressure wave barrier is preferably at least as large as the cross-sectional area which is arranged perpendicular to the longitudinal axis of the sleeve and extends between the socket and the inner wall of the sleeve.
  • FIG. 1 shows in longitudinal section the essential elements of a pressure gas switch according to the invention (Fig. 1a); a cross section through the DruckgasstschLter is shown in Fig. 1b;
  • Fig. 2 shows in section the areas with positive and negative pressure during the duration of the arc within a gas pressure switch according to the prior art, which has no pressure wave barrier and no openings at the lower end of the fixed contact carrier;
  • Fig. 3 indicates the propagation of the pressure waves in one
  • Fig. 1a a longitudinal section of a compressed gas switch according to the invention is shown in the open air version.
  • Porcelain which is filled with the extinguishing gas SF ⁇ , is a fixed, tubular, conductive sleeve (2), which is attached with its end facing away from the WegsteLLe electrically conductive to an outwardly leading connection contact piece ( 3).
  • a radial metal support (4) is attached to the inside of the sleeve (2) in the area facing the switching point, on which, facing the switching point, a pin-shaped, fixed switching piece (5) is attached.
  • the socket (5) lies in the longitudinal axis of the sleeve (2 ) and ends approximately at the lower edge of the sleeve (2).
  • the TuLpenutton (6) is fixed in a tubular, in the direction of the longitudinal axis of the housing (1) arranged, movable contact carrier (7).
  • This contact carrier (7) is electrically conductive and has at its end facing the switching point on the outer edge of a nominal current contact piece (8) which, in the switched-on position, is encompassed by a nominal current contact (9) on the end of the fixed sleeve (2) facing the switching point.
  • Switch (6) interrupted, and there arises an arc.
  • the arc develops within a blow nozzle (10) which is attached to the sliding contact carrier (7).
  • the fixed sleeve ( 2) and the movable contact carrier (7) are arranged at a small distance from the inner wall of the housing (1) made of porcelain.
  • the smallest possible diameter of the housing (1) is advantageous to save the expensive material porcelain; on the other hand, when switching off, an electric field is formed between the nominal current contact (9) of the fixed sleeve (2) and the nominal current contact piece (8) of the movable contact carrier (7), which, if the diameter of the housing (1) is too small, causes a voltage breakdown in the air space outside the housing (1) can cause. A part of the field lines runs through the housing ( 1) and through the outside air surrounding it.
  • the dielectric strength of air is lower than that of the shielding gas SF ⁇ , there may be a voltage breakdown in the air outside the housing (1) if the distance between the nominal current contacts and the inner wall of the housing (1) is too small.
  • Near the end facing the switching point, e.g. B. at a short distance from the lower edge of the fixed sleeve (2) is arranged in its interior a cross-sectional element (11) in the form of a to the longitudinal axis of the sleeve (2) projecting edge, which is part of a
  • the pressure wave barrier is not designed so that it closes the sleeve (2) in a completely sealing manner; rather, it limits the spread of pressure waves as an obstacle.
  • the cross-section-reducing element (11) is located in the quarter of the sleeve (2) facing the switching point.
  • the protruding edge surrounds the blowing nozzle (10) at a short distance in the switch-on position.
  • the fixed pin-shaped contact piece ( 5 ) ends at the height of the cross-section-reducing element (11).
  • openings in the wall of the fixed sleeve (2) namely openings (12) on the end of the sleeve (2) facing away from the switching point near the connection contact piece (3) and openings (13) on the end of the sleeve facing the switching point ( 2), slightly above the cross-section-reducing element (11). These openings (13) are located in the quarter of the sleeve (2) facing the switching point.
  • the cross-section-reducing element (11) does not end exactly in the direction of the switching point with the edge of the sleeve (2) facing the switching point, but lies slightly above this edge and in the direction of the switching point after the openings (13).
  • the movement is transmitted from a drive (not shown) to the displaceable contact carrier (7) via a switching rod (14). Between the movable switching piece (6) and the switching rod (14) there is a space which contains a pressure chamber, not shown, and a compression device for blowing the arc at low currents.
  • FIG. 1b shows a cross section through the compressed gas switch perpendicular to the longitudinal axis of the sleeve (2), namely between the metal support (4) and the openings (13) arranged adjacent to the cross section reducing element (11).
  • the inner wall of the sleeve (2) is approximately as large as the total area of all openings (13). This dimension largely ensures that sufficient arc extinguishing gas is generated by the Can flow in openings (13) in order to avoid the creation of a vacuum inside the sleeve (2).
  • Fig. 2 shows the areas with overpressure (16) and with underpressure (17) within a pressure gas switch according to the prior art, which, apart from the missing openings (13) (according to Fig. 1a) in the area of the sleeve (2 ') and the missing cross-section-reducing element (11) (according to FIG. 1a) is identical in construction with a pressure gas switch according to the invention according to FIGS. 1a and 1b.
  • the normal pressure is established inside the pressure gas switch after all the compensation processes caused by switching off have subsided.
  • the jet of hot extinguishing gas is abruptly interrupted in the case of pressure gas switches without a compression device, whereas in the case of pressure gas switches with a compression device, residual gas still flows out of the pump and prevents the formation of negative pressure for a certain time.
  • the pressure field shown in Fig. 2 then begins to equalize. Part of the excess pressure is released by the hot extinguishing gas escaping through the openings (12) in the area of the sleeve (2 1 ) facing away from the switching point.
  • the substantial equalization of the pressure differences takes place in the form of pressure waves, which are noticeable in that reignitions can occur after about 20 to 50 ms after the arc has been extinguished. This time passes between the fading of the hot
  • REPLACEMENT BLADE Backfire is caused by the penetration of a vacuum zone belonging to the pressure wave into the area between the contact pieces.
  • the vacuum reduces the strength of the extinguishing gas.
  • Fig. 3 indicates the pressure conditions after the extinction of the arc inside the sleeve (2 ').
  • a location coordinate (18) which runs parallel to the central axis of the sleeve (2 ')
  • the pressure distribution which runs symmetrically to the central axis, is shown in simplified form a short time after the arc has been extinguished.
  • the spatial coordinate (18) denotes the normal line of the normal pressure of the extinguishing gas as it prevails after all the compensating processes in the interior of the housing (1) have subsided.
  • An arrow (21) pointing away from the switching point indicates the direction of propagation of the pressure wave.
  • the location of the pressure distribution in the sleeve (2 1 ), symmetrical to the longitudinal axis, is also shown above a location coordinate (22) that runs parallel to the central axis of the sleeve (2 1 ), namely after the reflection of the pressure wave at the upper end the sleeve (2).
  • An arrow (25) pointing towards the switching point indicates the direction of propagation of the pressure wave.
  • the pressure zone in such a pressure switch switches between the two contact pieces and can be there
  • the likelihood of reignition is significantly lower, because the openings (13) prevent the creation of a pressure gradient inside the sleeve (2) and, as a result, the propagation of pressure waves.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Circuit Breakers (AREA)

Abstract

In einem Druckgasschalter mit zwei Schaltstücken, zwischen denen sich beim Ausschalten ein Lichtbogen bildet, und einer rohrförmigen, elektrisch leitenden Hülse (2), in deren Mittelachse das eine Schaltstück (5) angeordnet ist und die im Bereich ihres einen Endes, das den beiden Schaltstücken abgewandt ist, seitlich mehrere Öffnungen (12) aufweist, können Rückzündungen entstehen, die durch Druckwellen innerhalb der Hülse (2) hervorgerufen werden. Die Hülse (2) ist in geringem Abstand von einem Gehäuse umgeben, das entweder aus Porzellan besteht oder elektrisch leitend und geerdet ist. Um die Entstehung von Rückzündungen zu verhindern, weist die Hülse (2) in dem Bereich, der den beiden Schaltstücken zugewandt ist, seitlich mehrere Öffnungen (13) und eine Druckwellensperre, die ein querschnittsverminderndes Element (11) enthält, auf.

Description

Beschreibung
DruckgasschaLter i
5 Die Erfindung betrifft einen Druckgasschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist aus der DE-OS 2039240 ein DruckgasschaLter bekannt, bei dem in einem mit Löschgas gefuLLten Gehäuse ein feststehendes SchaLtstuck
10 in der Mittelachse einer rohrförmigen, vom Gehäuse beabstandeten Hülse angeordnet ist und bei dem eine Blasdüse fest mit einem beweglichen Schaltstück, dem Gegenkontaktstück, mit dem es eine Schaltstelle bildet, verbunden ist. Die Blasdüse umgibt in der EinschaltsteLlung beide Schaltstücke. In der rohrförmigen Hülse
15 befinden sich im von der Schaltstelle abgewandten Teil Öffnungen, durch die vom Lichtbogen erhitztes und ionisiertes Löschgas entweichen kann. Es gelangt in eine Zone zwischen der Innenwand des Gehäuses und der Hülse, die von den Schaltstücken weit entfernt ist. Die während eines Ausschaltvorgangs innerhalb der Hülse entstehenden
20 Druckwellen im Löschgas begünstigen das Entstehen von Rückzündungen des Lichtbogens.
Der Erfindung gemäss Anspruch 1 liegt die Aufgabe zugrunde, einen DruckgasschaLter zu schaffen, der möglichst geringe Aussenabmessungen 25 aufweist, möglichst kostengünstig herstellbar ist und bei dem Rückzündungen weitgehend ausgeschlossen sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen DruckgasschaLter nach Anspruch 1.
30 Das Prinzip der Erfindung besteht darin, die Ausbreitung von
Druckwellen im Innern der Hülse möglichst zu unterbinden.
Eine solche Hülse kann sich beispielsweise in einem FreiLuftschalter innerhalb eines Gehäuses aus PorzelL befinden.
Eine erfindungsgemässe Hülse könnte auch in einer metallgekapselten, 35 gasisolierten Hochspannungsschaltanlage (Vollisolierte Schaltanlage) eingesetzt werden, wo ebenfalls beim Ausschalten Druckwellen entstehen können. Dort ist die Hülse von einem elektrisch leitenden, geerdeten Gehäuse umgeben. Ein mit der Erfindung gemäss Anspruch 1 erzielbarer Vorteil besteht darin, dass während der Lichtbogendauer durch die radialen Öffnungen im der SchaltsteLLe zugewandten Teil der Hülse Löschgas aus dem Bereich zwischen der Hülse und dem Gehäuse ins Innere der Hülse eindringt; dadurch wird dort die Entstehung von Unterdruck vermieden, der Druckwellen und Rückzündungen hervorrufen könnte. Die Hülse braucht nicht unbedingt senkrecht angeordnet sein.
Bei der Entstehung des Lichtbogens während des Ausschaltvorgangs tritt mit grosser Geschwindigkeit ein Strahl heissen Löschgases aus der Blasdüse hervor und erzeugt in ihrem sich verbreiternden Bereich eine Überdruckzone. Falls die Hülse unten keine radialen Öffnungen aufweist und deshalb in diesem Bereich kein Schutzgas in die Hülse radial einströmen kann, ruft die mit hoher Geschwindigkeit aus der Blasdüse hervortretende Löschgasströmung in diesem Bereich der Hülse eine achsensymmetrische Unterdruckzone hervor. Wenn der Lichtbogen gelöscht ist und eine Überdruck- und eine Unterdruckzone entstanden sind, beginnt der Abbau der Druckunterschiede, indem sich Druckwellen ausbreiten. Diese werden am der SchaltsteLLe abgewandten Ende der Hülse reflektiert. Auf diese Weise gelangt - mit zeitlicher
Verzögerung - eine Unterdruckzone zwischen die Schaltstücke. Dieser Unterdruck begünstigt Rückzündungen, die 20 bis 50 ms nach dem Erlöschen des Lichtbogens - im Anschluss an die erste Reflexion der durch den Lichtbogen hervorgerufenen Unterdruckzone - entstehen. Es hat sich gezeigt, dass ein Druckgefälle im Innern der Hülse vermieden wird, wenn in ihrem unteren Teil genügend grosse Öffnungen vorhanden sind; durch die Öffnungen gelangt Schutzgas aus dem Raum zwischen Hülse und Innenwand des Gehäuses ins Innere der Hülse, sobald dort der Druck abzusinken beginnt. Die Öffnungen sorgen also für einen Druckausgleich und verhindern die Entstehung von
Unterdruck. Infolgedessen entsteht auch keine Druckwelle, die eine Rückzündung hervorrufen könnte.
Durch die zusätzlichen Öffnungen im der Schaltstelle zugewandten Bereich der Hülse ist es möglich, den Durchmesser des
Selbstblasschalters klein zu halten, wobei trotzdem die Wahrscheinlichkeit von Rückzündungen nach jedem Ausschaltvorgang gering ist. Auf diese Weise wird bei einem Freiluftschalter gemäss Anspruch 2 Material für das aus Porzellan bestehende Gehäuse eingespart. Da das Porzellan bei derartigen Druckgasschaltern einen beträchtlichen Kostenpunkt darstellt, ist der erfindungsgemässe DruckgasschaLter besonders wirtschaftlich herstellbar.
Eine Einsparung an Porzellan ist bei vorgegebener Spannungsfestigkeit des Druckgasschalters nur durch eine Verringerung des Schalterdurchmessers möglich, weil die Länge des Porzellanisolators praktisch die Isolationsfestigkeit festlegt, die durch die Nennspannung des Druckgasschalters vorbestimmt ist.
Eine einfach herzustellende Form des querschnittsvermindernden Elementes ist in Anspruch 4 angegeben.
Vorzugsweise sind die Öffnungen im der Schalltstelle zugewandten Bereich der Hülse gLeichmässig über den Umfang verteilt gemäss Anspruch 5; es hat sich gezeigt, dass es für die Vermeidung von Rückzündungen günstiger ist, mehrere kleinere Öffnungen auf dem Umfang verteilt anzuordnen als wenige Öffnungen vorzusehen, die - bei gleicher GeamtfLache der Öffnungen - jeweils entsprechend grösser sind.
Günstig wirkt sich eine gleich ässige Verteilung der Öffnungen am der Schaltstelle abgewandten Ende der Hülse gemäss Anspruch 6 aus, weil durch diese Massnah e besonders gut nach der Entstehung des Lichtbogens heisses Schutzgas aus dem Innern der Hülse entweichen kann; auch hier hat es sich herausgestellt, dass eine gleichmässige Verteilung mehrerer kleiner Öffnungen über den Umfang der Hülse günstiger ist als die gleichmässige Anordnung weniger, entsprechend grösserer Öffnungen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 7 angegeben. Die Nennstromkontaktstucke führen die Betriebsströme, wenn der DruckgasschaLter geschlossen ist; sie sind nicht dem
Kontaktabbrand durch den Lichtbogen ausgesetzt, da der Lichtbogen an den Schaltstücken entsteht, die erst nach dem öffnen der Nennstromkontaktstucke auseinandergefahren werden. Vorzugsweise ist die Gesamtfläche der Öffnungen, die benachbart der Druckwellensperre angeordnet sind, mindestens so gross wie die Querschnittsfläche, die senkrecht zur Längsachse der Hülse angeordnet ist und sich zwischen dem SchaLtstuck und der Innenwand der Hülse erstreckt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von drei Figuren näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt im Längsschnitt die wesentlichen Elemente eines erfindungsgemässen Druckgasschalters (Fig. 1a); ein Querchnitt durch den DruckgasschaLter ist in Fig. 1b dargestellt;
Fig. 2 zeigt im Schnitt die Bereiche mit Überdruck und Unterdruck während der Dauer des Lichtbogens innerhalb eines Druckgasschalters nach dem Stand der Technik, der keine Druckwellensperre und keine Öffnungen am unteren Ende des feststehenden Kontaktträgers aufweist;
Fig. 3 deutet die Ausbreitung der Druckwellen in einem
Selbstblasschalter gemäss Fig. 2 nach dem ersten Erlöschen des Lichtbogens an.
In allen drei Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1a ist im Längsschnitt ein erfindungsgemässer DruckgasschaLter in FreiLuftausführung dargestellt. In einem länglichen, senkrecht stehenden, abgedichteten Gehäuse (1) aus
Porzellan, das mit dem Löschgas SFβ gefüllt ist, befindet sich eine feststehende, rohrförmige, leitende Hülse (2), die mit ihrem der SchaltsteLLe abgewandten Ende elektrisch leitend an einem nach aussen führenden Anschlusskontaktstück (3) befestigt ist. Im Innern der Hülse (2) ist im der Schaltstelle zugewandten Bereich eine radiale MetaLlstütze (4) befestigt, an der, zur Schaltstelle weisend, ein stiftförmiges, feststehendes Schaltstück (5) angebracht ist. Das SchaLtstuck (5) liegt in der Längsachse der Hülse (2) und endet annähernd an der Unterkante der Hülse (2). Wenn der DruckgasschaLter geschlossen ist, wird das Schaltstück (5) von einem beweglichen Schaltstück (6), das als TuLpenkontaktstück ausgebildet ist, umgriffen. Der TuLpenkontakt (6) ist in einem rohrförmigen, in Richtung der Längsachse des Gehäuses (1) angeordneten, verschiebbaren Kontaktträger (7) befestigt. Dieser Kontaktträger (7) ist elektrisch leitend und weist an seinem der SchaltsteLLe zugewandten Ende an der Aussenkante ein Nennstromkontaktstück (8) auf, das in der Einschaltstellung von einem Nennstromkontakt (9) am der SchaltsteLLe zugewandten Ende der feststehenden Hülse (2) umgriffen wird. Beim öffnen des Druckgasschalters wird zunächst der Stromfluss über die Nennstromkontaktstucke (8, 9) unterbrochen.
Erst im Verlaufe der weiteren Ausschaltbewegung ist der Kontakt zwischen dem feststehenden Schaltstück (5) und dem beweglichen
SchaLtstuck (6) unterbrochen, und es entsteht dort ein Lichtbogen. Der Lichtbogen entwickelt sich innerhalb einer Blasdüse (10), die an dem verschiebbaren Kontaktträger (7) befestigt ist. Die feststehende Hülse (2) und der bewegliche Kontaktträger (7) sind in einem kleinen Abstand zur Innenwand des Gehäuses (1) aus Porzellan angeordnet. Für die Bemassung dieses Abstandes sind zwei grundlegende Gesichtspunkte miteinander in Einklang zu bringen: Einerseits ist zur Einsparung des teuren Werkstoffes Porzellan ein möglichst geringer Durchmesser des Gehäuses (1) vorteilhaft; andererseits bildet sich beim Ausschalten ein elektrisches Feld zwischen dem Nennstromkontakt (9) der feststehenden Hülse (2) und dem Nennstromkontaktstück (8) des beweglichen Kontaktträgers (7), das bei zu kleinem Durchmesser des Gehäuses (1) einen Spannungsdurchbruch im Luftraum ausserhalb des Gehäuses (1) hervorrufen kann. Ein Teil der Feldlinien verläuft nämlich durch das Gehäuse (1) und durch die es umgebende Aussenluft. Weil die Durchschlagsfestigkeit von Luft geringer ist als die des Schutzgases SFβ, kann es bei zu geringem Abstand zwischen den Nennstromkontakten und der Innenwand des Gehäuses (1) zu einem Spannungsdurchbruch in der Luft ausserhalb des Gehäuses (1) kommen. Nahe dem der Schaltstelle zugewandten Ende, z. B. in kurzem Abstand vom unteren Rand der feststehenden Hülse (2) ist in ihrem Innern ein querschnittsverminderndes Element (11) in Form einer zur Längsachse der HüLse (2) vorstehenden Kante angeordnet, welche Bestandteil einer
ERSATZBLAT Druckwellensperre ist. Allerdings ist die Druckwellensperre nicht etwa so gestaltet, dass sie vollständig dichtend die Hülse (2) verschliesst; vielmehr beschränkt sie als Hindernis die Ausbreitung von Druckwellen. Das querschnittsvermindernde Element (11) befindet sich im der SchaltsteLLe zugewandten Viertel der Hülse (2). Die vorstehende Kante umgibt in der Einschaltstellung mit geringem Abstand die Blasdüse (10). Das feststehende stiftförmige Schaltstück (5) endet auf der Höhe des querschnittsvermindernden Elementes (11).
In der Wand der feststehenden Hülse (2) sind mehrere Öffnungen vorhanden, und zwar öffungen (12) am der SchaltsteLLe abgewandten Ende der Hülse (2) nahe unter dem Anschlusskontaktstück (3) und Öffnungen (13) am der SchaltsteLLe zugewandten Ende der Hülse (2), geringfügig oberhalb des querschnittsvermindernden Elementes (11). Diese Öffnungen (13) befinden sich im der SchaltsteLLe zugewandten Viertel der Hülse (2).
Das querschnittsvermindernde Element (11) schliesst in Richtung auf die SchaltsteLLe hin nicht genau mit dem zur SchaltsteLLe weisenden Rand der Hülse (2) ab, sondern es liegt geringfügig oberhalb dieses Randes und dabei in Richtung der SchaltsteLLe nach den Öffnungen (13).
über eine Schaltstange (14) wird die Bewegung von einem nicht dargestellten Antrieb auf den verschiebbaren Kontaktträger (7) übertragen. Zwischen dem beweglichen Schaltstück (6) und der Schaltstange (14) befindet sich eine Raum, der eine nicht dargestellte Druckkammer und eine Kompressionseinrichtung für die Beblasung des Lichtbogens bei kleinen Strömen enthält.
Fig. 1b zeigt einen senkrecht zur Längsachse der Hülse (2) liegenden Querschnitt durch den DruckgasschaLter, und zwar zwischen dem Metallstützer (4) und den dem querschnittsvermindernden Element (11) benachbart angeordneten Öffnungen (13). Die Querschnittsfläche (15) zwischen dem Schaltstück (5) und der
Innenwand der Hülse (2) ist etwa so gross wie die Gesamtfläche aller Öffnungen (13). Durch diese Bemassung ist weitgehend sichergestellt, dass bei der Entstehung eines Lichtbogens genügend Löschgas durch die Öffnungen (13) nachströmen kann, um die Entstehung eines Unterdrucks im Innern der Hülse (2) zu vermeiden.
Fig. 2 zeigt die Bereiche mit Überdruck (16) und mit Unterdruck (17) innerhalb eines Druckgasschalters nach dem Stand der Technik, der bis auf die fehlenden Öffnungen (13) (nach Fig. 1a) im der SchaltsteLLe zugewandten Bereich der Hülse (2') und das fehlende querschnittsvermindernde Element (11) (nach Fig. 1a) baugleich ist mit einem erfindungsgemässen DruckgasschaLter nach Fig. 1a und 1b. Der Normaldruck stellt sich im Innern des Druckgasschalters nach dem Abklingen aller durch das Ausschalten verursachter Ausgleichsvorgänge ein. In einem solchen DruckgasschaLter entstehen beim Zünden eines Lichtbogens Druckunterschiede, die nach seinem Erlöschen Druckwellen hervorrufen: Direkt nach der Entstehung des Lichtbogens tritt ein Strahl heissen Löschgase mit hoher Geschwindigkeit aus der Blasdüse (10) hervor und erzeugt einen Unterdruck im "Windschatten" der Gasströmung (ähnliche Druckverhältnisse treten bei Explosionen und beim Flug von Geschossen auf). Das Lδschgas steht wegen der Hitzeentwicklung unter hohem Druck und erzeugt im Innern der Hülse (2) einen sich von der SchaltsteLLe weg verbreiternden achsensymmetrischen Überdruckbereich.
Nach dem Erlöschen des Lichtbogens im letzten StromnuLLdurchgang wird bei Druckgasschaltern ohne Kompressionseinrichtung der Strahl heissen Löschgases abrupt unterbrochen, wohingegen bei Druckgasschaltern mit Kompressionseinrichtung weiterhin noch Restgas aus der Pumpe ausströmt und für eine gewisse Zeit die Bildung von Unterdruck verhindert. Das in Fig. 2 dargestellte Druckfeld beginnt anschliessend sich auszugleichen. Ein Teil des Überdrucks wird durch Entweichen des heissen Löschgases über die im der SchaltsteLLe abgewandten Bereich der Hülse (21) befindlichen Öffnungen (12) abgebaut. Der wesentliche Ausgleich der Druckunterschiede geht jedoch in Form von Druckwellen vor sich, die sich dadurch bemerkbar machen, dass Rückzündungen nach etwa 20 bis 50 ms nach der Löschung des Lichtbogens auftreten können. Diese Zeit vergeht zwischen dem Abklingen des heissen
Löschgasstrahles direkt nach dem Erlöschen des Lichtbogens und dem Eindringen der Druckwellen in den Bereich zwischen den Scha stücken nach der ersten oder zweiten Reflexion der Druckwelle. Die
ERSATZBLAT Rückzündungen werden hervorgerufen durch das Vordringen einer zur Druckwelle gehörigen Unterdruckzone in den Bereich zwischen den Schaltstücken. Der Unterdruck setzt die Festigkeit des Löschgases herab. Mit Hilfe der Öffnungen (13) (nach Fig. 1) wird dagegen bei einem erfindungsgemässen DruckgasschaLter die Entstehung von
Unterdruck vermieden, weil zum Druckausgleich genügend Löschgas aus dem Bereich zwischen der Hülse (2) und der Innenwand des Gehäuses (1) nachströmen kann (bei einer vollisolierten Schaltanlage ist zwischen der Hülse und einem elektrisch Leitenden, geerdeten Gehäuse ein entsprechender Bereich vorhanden).
Fig. 3 deutet die Druckverhältnisse nach dem Erlöschen des Lichtbogens im Innern der Hülse (2') an. In der linken Hälfte der Figur ist über einer Ortskoordinate (18), die parallel zur Mittelachse der Hülse (2') verläuft, vereinfacht die symmetrisch zur Mittelachse verlaufende DruckverteiLung kurze Zeit nach dem Erlöschen des Lichtbogens dargestellt. Die Ortskoordinate (18) bezeichnet als Nullinie den Normaldruck des Löschgases, wie er nach dem Abklingen aller Ausgleichsvorgänge im Innern des Gehäuses (1) herrscht. In einem mit "+" gekennzeichneten, zur Mittelachse der Hülse (21) symmetrischen Bereich (19) in der oberen Hälft der Hülse (2') herrscht im Vergleich zum Normaldruck Überdruck, in einem mit "-" gekennzeichneten achsensymmetrischen Bereich (20), der unter der Überdruckzone liegt, besteht eine Zone mit Unterdruck.
Ein von der Schaltstelle weg gerichteter Pfeil (21) gibt die Ausbreitungsrichtung der Druckwelle an. In der rechten Bildhälfte ist ebenfalls über einer Ortskoordinate (22), die parallel zur Mittelachse der Hülse (21) verläuft, die symmetrisch zur Längsachse bestehende Druckverteilung in der Hülse (21) dargestellt, und zwar nach der Reflexion der Druckwelle am oberen Ende der Hülse (2). Ein Bereich (23), der mit einem "+" gekennzeichnet ist, weist nach der Reflexion Überdruck auf, in einem darunterliegenden, mit "-" gekennzeichneten Bereich (24) herrscht Unterdruck. Ein zur SchaltsteLLe gerichteter Pfeil (25) gibt die Ausbreitungsrichtung der Druckwelle an.
Nach der Reflexion gelangt bei einem solchen DruckgasschaLter die Zone des Unterdrucks zwischen die beiden SchaLtstücke und kann dort
ERSAT Rückzündungen hervorrufen.
Bei einem erfindungsgemässen DruckgasschaLter nach Fig. 1a und 1b ist die Wahrscheinlichkeit für Rückzündungen wesentlich geringer, weil mit Hilfe der Öffnungen (13) die Entstehung von einem Druckgefälle im Innern der Hülse (2) und infolgedesssen auch die Ausbreitung von Druckwellen verhindert wird.

Claims

Patentansprüche
1. DruckgasschaLter mit einem Gehäuse, in dem zwei eine SchaltsteLLe bildende, koaxial angeordnete SchaLtstücke sich befinden, mit einer rohrförmigen, mit Abstand zum Gehäuse angeordneten elektrisch leitenden Hülse, in deren Längsachse das eine Schaltstück angeordnet ist und die in ihrem der SchaltsteLLe abgewandten Bereich mehrere radiale Öffnungen aufweist, und mit einer Blasdüse, die bei geschlossenem DruckgasschaLter die Enden beider SchaLtstücke seitlich umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass ungefähr am der SchaltsteLLe zugewandten Ende der Hülse (2) ein als Druckwellensperre dienendes querschnittverminderndes Element (11) angebracht ist, und dass in Richtung von der SchaltsteLLe weg in geringem Abstand von diesem Element sich in der Hülse (2) radiale Öffnungen (13) befinden, die so gross sind, dass während der Zeit, in der heisse Löschgase aus der Blasdüse (10) in den oberen Berich der Hülse (2) eindringen, genügend Löschgas aus dem Bereich zwischen Hülse (2) und Gehäuse (1) in den Innenraum der Hülse (2) nachströmen kann, um die Entstehung einer Unterdruckzone zu verhindern.
2. DruckgasschaLter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus Porzellan besteht.
3. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus elektrisch leitendem Material besteht und geerdet ist.
4. DruckgasschaLter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das querschnittvermindernde Element (11) der Druckwellensperre als eine zur Längsachse der Hülse (2) hineinragende Kante ausgebildet ist.
5. DruckgasschaLter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geringfügig in Richtung von der SchaltsteLLe weg hinter dem querschnittsvermindernden Element (11) vorhandenen Öffnungen (13) gleichmässig über den Umfang der Hülse (2) verteilt sind.
6. DruckgasschaLter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der SchaltsteLLe abgewandten, im Bereich der
Hülse (2) vorhandenen Öffnungen (13) gleichmässig über den Umfang der Hülse (2) verteilt sind.
7. DruckgasschaLter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (2) bei geschlossenem DruckgasschaLter den Betriebsstrom führt, dass dabei der Strom über einen an der Hülse (2) befestigtes Nennstromkontaktstück (9) fliesst und über ein mit einem Kontaktträger (7) für das bewegliche Schaltstück (6) verbundenes Nennstromkontaktstück (8) geleitet wird.
8. DruckgasschaLter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtfläche aller Öffnungen (13), die sich in dem zur Schaltstelle zugewandten Bereich der Hülse (2), benachbart dem querschnittsvermindernden Element (11) befinden, mindestens so gross ist wie die senkrecht zur Längsachse der Hülse (2) sich erstreckende Querschnittsfläche (15) zwischen dem in der Längsachse der Hülse (2) angeordneten Schaltstück (5) und der Innenwand der Hülse (2).
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2039240A1 (de) * 1969-08-12 1971-04-08 Merlin Gerin Druckgasschalter,insbesondere mit Selbstbeblasung
EP0073175A1 (de) * 1981-08-27 1983-03-02 Siemens Aktiengesellschaft Elektrischer Druckgasschalter
EP0359224A1 (de) * 1988-09-16 1990-03-21 Gec Alsthom Sa Hochspannungsschalter mit gasförmigem Dielektrikum zum Beblasen

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