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Die Erfindung betrifft eine Leistungsschalteranordnung mit einer Schaltstrecke und einem von der Schaltstrecke fortführenden Auspuffkanal für in der Schaltstrecke anfallendes Schaltgas.
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Eine derartige Leistungsschalteranordnung ist beispielsweise aus der deutschen Patentschrift
DE 197 02 822 B1 bekannt. Dort ist eine Leistungsschalteranordnung beschrieben, welche einen Heizraum zum Zwischenspeichern von Schaltgas aufweist. Dem Heizraum ist ein Kompressionsraum nachgeordnet, der im Zuge einer Ausschaltbewegung durch einen angetriebenen Kompressionskolben innerhalb eines Kompressionszylinders des Kompressionsraumes Löschgas komprimiert. Sobald der Löschgasdruck im Kompressionsraum höher ist als der Druck im vorgeschalteten Heizraum, strömt über ein Ventil Löschgas in den Heizraum. Von dort gelangt das vorherig komprimierte Löschgas in eine Schaltstrecke und bebläst einen dort gegebenenfalls brennenden Lichtbogen.
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Bei der bekannten Leistungsschalteranordnungen ist eine direkte Beblasung des Lichtbogens vorgesehen, um diesen zu kühlen bzw. nach einem erfolgten des Lichtbogens ein Rückzünden desselben zu verhindern.
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Die Schaltstrecke stellt im Allgemeinen innerhalb einer Leistungsschalteranordnung einen der thermisch am stärksten belasteten Bereiche dar. Durch den Lichtbogen wird Schaltgas erhitzt und ein Plasma erzeugt. Gegebenenfalls wird durch ein Verbrennen von Isolierwerkstoffen zusätzlich Hartgas erzeugt. Aufgrund der in der Schaltstrecke entstehenden Überhitzung und Druckerhöhung ist ein entsprechend starkes Einblasen eines Löschmediums nötig. Zur Erzeugung einer wirkungsvollen Strömung des Löschbediums ist der Kompressionszylinder des bekannten Kompressionsraumes ausreichend großvolumig zu dimensionieren. Eine entsprechend großvolumige Bauweise führt zu einer Vergrößerung der benötigten Antriebsenergie für den Kompressionskolben. Eine erhöhte Antriebsenergie ist durch eine vergrößerte Antriebseinrichtung bereit zu stellen. Eine beliebige Vergrößerung einer Antriebseinrichtung führt zu unwirtschaftlichen Leistungsschalteranordnungen.
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Daher ist es Aufgabe der Erfindung eine Leistungsschalteranordnung derart weiterzubilden, dass trotz Erhöhung der Schaltleistung die benötigte Antriebsenergie nur in begrenztem Maße steigt.
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Erfindungsgemäß wird dies bei einer Leistungsschalteranordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine Kühlmedieneinblasöffnung in den Auspuffkanal mündet.
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Ein Schaltstrecke ist beispielsweise zwischen relativ zueinander bewegbaren Schaltkontaktstücken ausgebildet. Zur Herstellung eines elektrischen Strompfades werden die Schaltkontaktstücke miteinander in galvanischen Kontakt gebracht. Zur Unterbrechung eines elektrischen Strompfades werden die Schaltkontaktstücke voneinander getrennt, so dass eine Isolierstrecke zwischen denselben entsteht. Leistungsschalteranordnungen sind derartig dimensioniert, dass in dem jeweiligen Strompfad auftretende Ströme durch die Leistungsschalteranordnung beherrscht, d. h. auch ausgeschaltet werden können. So können Leistungsschalteranordnungen beispielsweise Nennströme, d. h. Ströme welche dem Bemessungsstrom des zu schaltenden Strompfades entsprechen, schalten. Leistungsschalteranordnungen sind jedoch auch in der Lage, Kurzschlussströme zuverlässig zu unterbrechen. Kurzschlussströme betragen ein Vielfaches eines Nennstromes des Strompfades. Bei einem Schaltvorgang einer Leistungsschalteranordnung kommt es in Abhängigkeit des Zeitpunktes einer galvanischen Trennung der Schaltkontaktstücke ggf. zum Entstehen eines Lichtbogens. In diesem Falle ist eine treibende Spannung derartig groß, dass auch nach erfolgter galvanischer Trennung der Schaltkontaktstücke voneinander ein Strom durch ein in der Schaltstrecke befindliches beispielsweise fluides Medium hindurchgetrieben wird. Innerhalb des fluiden Mediums ist ein elektrischer Strom in Form eines Lichtbogens geführt. Um einen derartigen Lichtbogen zu lenken und einzudämmen ist dieser vorzugsweise zumindest zeitweise einer fluiden Strömung ausgesetzt.
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In Unterbrechereinheiten von Leistungsschalteranordnungen hat sich der Einsatz von elektrisch isolierenden Flüssigkeiten wie Ölen oder von elektrisch isolierenden Gasen wie Schwefelhexafluorid, Stickstoff oder anderen elektrisch isolierenden Gasen und Gasgemischen als fluide Medien als wirkungsvoll erwiesen. Das fluide Medium ist in und um die Schaltstrecke herum angeordnet und wird bei bekannten Leistungsschalteranordnungen zusätzlich möglichst unmittelbar in die Schaltstrecke eingeblasen, um den Lichtbogen zu kühlen. Die zur Einblasung notwendige Energie ist in Anbetracht der dem Lichtbogen innewohnenden Energie nicht unbeachtlich. Neben der Energie zum Bewegen der relativ zueinander bewegbaren Schaltkontaktstücke muss auch die Energie zur fluiden Beströmung des Lichtbogens während eines Schaltvorganges aufgebracht werden.
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Ein durch einen Lichtbogen beeinflusstes fluides Medium wie z. B. ein in der Schaltstrecke befindliches Gas, ein dort erzeugtes Gas oder auch ein erzeugtes Plasma usw. ist aus der Schaltstrecke zu entfernen, um ein Nachströmen eines „frischen” Mediums höherer elektrischer Isolationsfähigkeit zu ermöglichen. Das abzuführende Volumen wird oberbegrifflich unabhängig von seiner Zusammensetzung und Zustand ob flüssig oder gasförmig oder plasmatisch etc. als Schaltgas bezeichnet. Über einen Auspuffkanal gelangt in der Schaltstrecke anfallendes Schaltgas zumindest teilweise in andere von der Schaltstrecke abgelegene Bereiche der Leistungsschaltanordnung. Über den Auspuffkanal wird das Schaltgas aus der Schaltstrecke entfernt.
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Sieht man nunmehr eine Kühlmedieneinblasöffnung an dem Auspuffkanal vor, so ist es möglich, den Auspuffkanal zusätzlich mit einer bestimmten Strömung zu beaufschlagen. Dabei sollte die Strömung derart gerichtet sein, dass in Richtung des abströmenden Schaltgases dieses zusätzlich beschleunigt wird bzw. dessen Abströmung unterstützt ist. So ist es beispielsweise möglich, bei einer entsprechenden Beabstandung der Kühlmedieneinblasöffnung zu einer in der Nähe der Schaltstrecke befindlichen Mündungsöffnung des Auspuffkanals einen Unterdruck im Auspuffkanal zu erzeugen, so dass das in der Schaltstrecke befindliche Schaltgas angesaugt und beschleunigt aus der Schaltstrecke herausgeleitet wird. Als Kühlmedium eignet sich das elektrisch isolierende Medium, welches die Unterbrechereinheit durchströmt und umströmt. Sofern die Schaltstrecke durch ein Gas isoliert ist, sollte das Kühlmedium auch als Gas ausgebildet sein. Sollte sich in der Schaltstrecke eine Flüssigkeit befinden, sollte das Kühlmedium auch flüssig sein. Das Kühlmedium sollte vorteilhafterweise elektrisch isolierend wirken, so dass zusätzlich zu einer Beschleunigung der Strömung in dem Auspuffkanal bei einer Vermengung des in den Auspuffkanal eingeblasenen Kühlmediums mit dem Schaltgas die Isolationsfestigkeit des Schaltgases durch eine Kühlung erhöht wird.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass an die Kühlmedieneinblasöffnung eine Kompressionseinrichtung angeschlossen ist.
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Eine Kompressionseinrichtung ist in der Lage, zu bestimmten Zeitpunkten bestimmte Kühlmedienmengen komprimiert vorzuhalten bzw. zu erzeugen und diese bedarfsweise freizugeben und über die Kühlmedieneinblasöffnung in den Auspuffkanal einzuleiten. Durch eine Komprimierung wird das Kühlmedium in seinem Druck erhöht. Durch eine Komprimierung ist der zur Vorhaltung einer bestimmten Menge an Kühlmedium benötigte Raum begrenzt. Dabei kann die Kompressionseinrichtung verschiedenartig wirken. So ist es beispielsweise möglich, eine nach mechanischen Arbeitsweisen wirkende Kompressionseinrichtung einzusetzen, d. h. die Kompressionseinrichtung arbeitet nach Art einer mechanischen Pumpe. Dabei kann die Kompressionseinrichtung eine kontinuierliche Druckerhöhung bewirken, beispielsweise durch einen kontinuierlichen Verdichterbetrieb. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Kompressionseinrichtung lediglich vorübergehend während eines Ausschaltvorganges oder eines Einschaltvorganges eine bestimmte Menge an komprimiertem Kühlmedium zur Verfügung stellt.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass eine thermodynamische Kompressionseinrichtung zum Einsatz gelangt, d. h. aufgrund einer Temperaturänderung und damit verbundener Volumenänderung des Kühlmediums kann in einem abgeschlossenen Raum eine Druckerhöhung des Kühlmediums erfolgen. Bei dem Einsatz einer thermodynamischen Kompressionseinrichtung ist darauf zu achten, dass die Temperatur des Kühlmediums nicht überhöht wird, um eine ausreichende kühlende Wirkung des Kühlmediums auf das im Allgemeinen überhitzte Schaltgas ausüben zu können.
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Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass die Schaltstrecke in einem Schaltgefäß angeordnet ist und der Auspuffkanal außerhalb des Schaltgefäßes mündet.
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Wie eingangs beschrieben, dient eine Leistungsschalteranordnung der Schaltung von Strömen, d. h. es wird eine Unterbrechung/Herstellung eines Strompfades durch die Leistungsschalteranordnung vorgenommen. Je nach Bedarf können dabei die Leistungsschalteranordnungen verschiedenartig ausgeformt sein. Üblicherweise ist im industriellen Bereich der Einsatz von mehrphasigen Elektroenergieübertragungssystemen vorgesehen. Zu einer Leistungsschalteranordnung gehören in diesem Falle mehrere Unterbrechereinheiten, wobei die Unterbrechereinheiten jeweils der Unterbrechung eines bestimmten zugeordneten Strompfades des mehrphasigen Elektroenergieübertragungssystems dienen. Dabei sind die Unterbrechereinheiten der mehreren Strompfade üblicherweise gleichartig ausgebildet und ein Schaltvorgang der einzelnen Phasen erfolgt zeitgleich bzw. zumindest zeitlich abgestimmt aufeinander in den mehreren Phasen des Elektroenergieübertragungsnetzes. Jede Unterbrechereinheit verfügt dabei über eine entsprechende Schaltstrecke, welche eine galvanische Trennung, d. h. eine elektrische Potentialtrennung der jeweiligen Schaltkontaktstücke übernimmt. Dazu ist die Schaltstrecke einer Unterbrechereinheit typischerweise innerhalb eines Schaltgefäßes angeordnet.
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Das Schaltgefäß einer Unterbrechereinheit ist beispielsweise längs einer Hauptachse ausgerichtet und im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu dieser ausgebildet. Die Endseiten des Schaltgefäßes können beispielsweise durch elektrisch leitende Überwürfe begrenzt sein, welche auch einer elektrischen Kontaktierung der Unterbrechereinheit dienen können. So können die Überwürfe beispielsweise im Wesentlichen rohrförmig gestaltet sein, wobei auf einer Mantelfläche eine Kontaktierungseinrichtung vorgesehen ist, über welche ein Leiteranschluss einer Zuleitung kontaktiert werden kann, um eine Unterbrechereinheit und damit die Unterbrechereinheit in einen Strompfad eines Elektroenergieübertragungsnetzes einzuschleifen. Die beiden endseitig angeordneten Überwürfe dienen somit auch einer Führung und Leitung eines elektrischen Stromes zu den im Innern befindlichen Schaltkontaktstücken. Als solches sollten zumindest in der Ausschaltstellung der Leistungsschalteranordnung die beiden endseitigen Überwürfe elektrisch isoliert zueinander angeordnet sein. Um die Unterbrechereinheit als eine bauliche Einheit handhaben zu können, sind die Überwürfe über eine Isolierstoffbrücke winkelstarr miteinander verbunden. Diese Isolierstoffbrücke kann beispielsweise in Form eines Rohres ausgestaltet sein, so dass entlang der Hauptachse ein mantelseitig annähernd geschlossenes Schaltgefäß der Unterbrechereinheit gegeben ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass als Isolierstoffbrücke einzelne Stäbe oder ähnliches eingesetzt sind, so dass ein offenes Schaltgefäß gebildet ist. Im Bereich der Isolierstoffbrücke sollte vorzugsweise auch die Schaltstrecke angeordnet sein. Die Schaltstrecke kann beispielsweise koaxial zu der Hauptachse, welche durch die an entgegengesetzten Enden der Hauptachse angeordneten Überwürfe in ihrer Ausrichtung definiert ist, angeordnet sein.
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Insbesondere bei einem geschlossenen Schaltgefäß ist es vorteilhaft, das Schaltgas zu einem Ort außerhalb des Schaltgefäßes abzuleiten. Der Auspuffkanal kann dazu im Innern des Schaltgefäßes im Bereich der Schaltstrecke münden. Mit seinem anderen Ende mündet der Auspuffkanal vorteilhafterweise außerhalb des Schaltgefäßes. Der Auspuffkanal ist soweit geführt, dass er zumindest in einer das Schaltgefäß begrenzenden Hüllkurve mündet. So ist es beispielsweise möglich, dass an einem Überwurf mantelseitig oder stirnseitig eine Öffnung vorgesehen ist, welche die Mündungsöffnung des Auspuffkanals darstellt. Über diese Mündungsöffnung kann das Schaltgas in die Umgebung des Schaltgefäßes abströmen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass das Schaltgefäß von einem fluiddichten Kapselungsgehäuse umschlossen ist.
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Durch ein fluiddichtes Kapselungsgehäuse ist es möglich, einen Zugriff auf das Schaltgefäß (bzw. die Unterbrechereinheit), welche im Innern des Kapselungsgehäuses angeordnet ist, zu erschweren. Dabei kann vorgesehen sein, dass in einem Kapselungsgehäuse die Unterbrechereinheit(en) einer einzigen Phase eines mehrphasigen Elektroenergieübertragungssystems angeordnet ist (einphasige Isolation). Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass in einem gemeinsamen Kapselungsgehäuse mehrere oder sämtliche Unterbrechereinheiten einer Leistungsschalteranordnung zum Schalten mehrerer Phasen eines mehrphasigen Elektroenergieübertragungssystems befindlich sind (mehrphasige Isolation). Das Innere des fluiddichten Kapselungsgehäuses kann beispielsweise mit einem elektrisch isolierenden Fluid befüllt sein. Aufgrund der fluiddichten Ausgestaltung des Kapselungsgehäuses ist ein Verflüchtigen des Fluides in unerwünschter Weise erschwert. Vorteilhafterweise ist eine nahezu 100%ige Versiegelung des Kapselungsgehäuses anzustreben. Als Fluid eignen sich elektrisch isolierende Gase oder elektrisch isolierende Flüssigkeiten, welche das Innere des Kapselungsgehäuses ausfüllen. Durch eine Drucküberhöhung gegenüber der Umgebung des Kapselungsgehäuses ist eine zusätzliche Steigerung der Isolationsfestigkeit des Fluides ermöglicht. Insbesondere bei Gasen kann so eine Erhöhung der Isolierfestigkeit des Gases gegenüber atmosphärischen Bedingungen bewirkt werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann weiter vorsehen, dass die Kompressionseinrichtung den Auspuffkanal zumindest teilweise begrenzt.
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Wird der Auspuffkanal zumindest teilweise von der Kompressionseinrichtung selbst begrenzt, ist eine kompakte Ausgestaltung der gesamten Leistungsschalteranordnung ermöglicht. So kann durch eine entsprechende Oberflächengestaltung der einzelnen Baugruppen der Kompressionseinrichtung der Verlauf und die Lage des Auspuffkanals selbst bestimmt und beeinflusst werden. So ist es beispielsweise möglich, die Kompressionseinrichtung rotationssymmetrisch in der Grundform eines Zylinders auszugestalten, wobei entlang eines äußeren Mantels der Kompressionseinrichtung der Auspuffkanal verläuft. Dadurch ist es möglich, über die Kompressionseinrichtung den Auspuffkanal zumindest abschnittsweise mit einem kreisringförmigen Querschnitt zu versehen. Damit ist auch eine Möglichkeit geschaffen, um aus der Kühlmedieneinblasöffnung ausströmendes Kühlmedium möglichst verwirbelungsarm, d. h. möglichst reibungsarm in den Auspuffkanal einzublasen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Leistungsschalteranordnung ein Schaltgas zwischenspeichervolumen aufweist, welches sich bezüglich einer Hauptachse auf einer ersten Seite der Schaltstrecke erstreckt und der Auspuffkanal sich auf einer der ersten Seite entgegengesetzten zweiten Seite der Schaltstrecke erstreckt.
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Ein Schaltgaszwischenspeichervolumen dient einem Zwischenspeichern von Schaltgas. In der Schaltstrecke generiertes Schaltgas wird in das Schaltgaszwischenspeichervolumen hineingeleitet und dort für ein bestimmtes Zeitintervall zwischengespeichert. Nach Ablauf des Zeitintervalls strömt das zwischengespeicherte Schaltgas aus dem Schaltgaszwischenspeichervolumen wieder in die Schaltstrecke zurück und dient einer Beströmung derselben. Von einem Lichtbogen erzeugte thermische Energie wird genutzt, um das Schaltgas in dem Schaltgaszwischenspeichervolumen in seinem Druck zu erhöhen und bei einem Zurückführen eine Beströmung der Schaltstrecke zu bewirken. Das Schaltgaszwischenspeichervolumen kann auch in Kombination mit einem zusätzlichen Kompressionsvolumen wirken, welches ein Rückströmen von Schaltgas aus dem Schaltgaszwischenspeichervolumen in die Schaltstrecke zusätzlich unterstützt. Sowohl der von dem Schaltgaszwischenspeichervolumen als auch der von dem zusätzlichen Kompressionsvolumen erzeugte Fluidstrom wird in die Schaltstrecke eingeleitet und durchläuft die Schaltstrecke, um anschließend zumindest teilweise über den Auspuffkanal von der Schaltstrecke fortgeführt zu werden. Durch eine Anordnung von Auspuffkanal und Schaltgaszwischenspeichervolumen auf entgegengesetzten Seiten der Schaltstrecke bezüglich der Hauptachse, ist eine im Wesentlichen gestreckte rotationssymmetrische Ausgestaltung eines Schaltgefäßes, vorzugsweise nach Art eines Zylinders mit abgerundeten Stirnseiten, ermöglicht. Eine derartige langgestreckte Form ermöglicht die Konstruktion von schlanken Leistungsschalteranordnungen, welche darüber hinaus auch eine dielektrisch günstige äußere Gestaltung der Schaltgefäße aufweisen. Die Hauptachse ist durch die Lage der endseitigen Überwürfe und die zwischen den Überwürfen befindliche Isolierstoffbrücke definiert. Somit erstreckt sich die Hauptachse längs der Abfolge von endseitigem Überwurf, Isolierstoffbrücke und dem sich anschließenden endseitigen Überwurf.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Schaltstrecke von einer Isolierstoffdüse umgeben ist, welche relativ zu einem Schaltkontaktstück bewegbar ist.
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Durch den Einsatz einer Isolierstoffdüse in der Schaltstrecke ist es möglich, eine Ausdehnung eines brennenden Lichtbogens zu begrenzen, d. h. der Lichtbogen wird innerhalb eines Isolierstoffdüsenkanals der Isolierstoffdüse geführt und brennt im Innern der Isolierstoffdüse. Somit ist ein unerwünschtes Ausbrechen und Überschlagen des Lichtbogens auf weitere Baugruppen der Leistungsschalteranordnung erschwert. Die Isolierstoffdüse begrenzt weiterhin den Raum, in welchem der Lichtbogen brennt, so dass ein Geblasen der Schaltstrecke mit einem verringerten Volumen an Kühlmedien oder zwischengespeichertem Schaltgas zu erfolgen braucht. Damit wird der Ort des heißen Lichtbogens innerhalb des Schaltgefäßes im Bereich der Schaltstrecke konzentriert und der Lichtbogen ist vorzugsweise im Wesentlichen längs einer Hauptachse geführt. Ein Ausbauchen bzw. Ausbrechen des Lichtbogens wird durch die Isolierstoffdüse erschwert. Eine Bewegung der Isolierstoffdüse relativ zu einem Schaltkontaktstück ermöglicht es, eine Verdämmung des Isolierstoffdüsenkanals zu steuern. So ist es beispielsweise möglich, den Isolierstoffdüsenkanal zumindest zeitweise beispielsweise mittels eines Schaltkontaktstückes zu verdämmen, so dass gezielt eine Druckerhöhung durch einen brennenden Lichtbogen innerhalb der Isolierstoffdüse bzw. in angrenzenden Bereichen, beispielsweise dem Schaltgaszwischenspeichervolumen, erfolgen kann. Damit ist der Isolierstoffdüsenkanal mittels einer Ventileinrichtung offen oder verdämmt. Dabei kann das Verdämmen derart erfolgen, dass der Isolierstoffdüsenkanal nahezu 100%ig verschlossen ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass nur eine teilweise Verdämmung erfolgt, so dass aus dem teilweise verdämmten Ende des Isolierstoffdüsenkanals beispielsweise Schaltgas ausströmen kann. Der Isolierstoffdüsenkanal sollte dabei derart geformt sein, dass ein Austreten von Fluiden aus demselben möglichst in Richtung einer Mündung des Auspuffkanals erfolgt, so dass ein möglichst kurzer Übergang von Schaltgas aus der Isolierstoffdüse in den Auspuffkanal erfolgen kann. In den Isolierstoffdüsenkanal kann vorzugsweise zumindest zweitweise ein Schaltkontaktstück hineinragen. In diesem Falle kann das Schaltkontaktstück auch einem zumindest zeitweisen und zumindest teilweisen Verdämmen des Isolierstoffdüsenkanals dienen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Kompressionseinrichtung eine mechanische Kompressionseinrichtung ist, welche über die Isolierstoffdüse angetrieben ist.
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Durch eine Relativbewegung der Isolierstoffdüse innerhalb des Schaltgefäßes ist es möglich, kinematische Energie an der Isolierstoffdüse abzugreifen und diese Energie in die Kompressionseinrichtung einzuleiten. Die Relativbewegung der Isolierstoffdüse bezüglich des Schaltgefäßes ermöglicht, die Kompressionseinrichtung zu betreiben. Dabei vollführt die Isolierstoffdüse während einer Schaltbewegung einen bestimmten Hub, wobei dieser Hub die Arbeitsweise der Kompressionseinrichtung bzw. das Volumen des zu komprimierenden Kühlmediums definiert. So ist es beispielsweise möglich, eine Pumpe anzutreiben, welche das Isoliermedium durch eine Bewegung der Isolierstoffdüse bzw. eines an die Isolierstoffdüse angekoppelten Kolbens oder dergleichen komprimiert. Damit ist eine separate Antriebseinrichtung für eine der Unterbrechereinheit zugeordnete Kompressionseinrichtung vermieden. Damit kann die Unterbrechereinheit in ihren Abmessungen beibehalten werden. Weiter kann über eine derartige Kopplung ein Synchronisieren von Bewegungen der einzelnen bewegbaren Bauteile der Unterbrechereinheit erfolgen.
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Üblicherweise wird zur Erzeugung einer Relativbewegung der Isolierstoffdüse bzw. einer Relativbewegung der die Schaltstrecke begrenzenden und relativ zueinander bewegbaren Schaltkontaktstücke eine Antriebseinrichtung eingesetzt, die ihre Bewegung beispielsweise über eine Stange oder ein anderweitiges Getriebe in das Schaltgefäß hinein überträgt. Durch eine Separierung der Unterbrechereinheit von der Antriebseinrichtung und einer Übertragung einer Bewegung über ein entsprechendes Getriebe, kann die Antriebseinrichtung beispielsweise auf einem anderen elektrischen Potential befindlich sein, als das Schaltgefäß oder Teile des Schaltgefäßes. Weiterhin kann über das Getriebe eine räumliche Beabstandung des Schaltgefäßes und der Antriebseinrichtung erfolgen, so dass beispielsweise in räumlich beengten Einbaulagen die Antriebseinrichtung entfernt von dem Schaltgefäß angeordnet werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Kompressionseinrichtung koaxial zu der Hauptachse ausgerichtet ist.
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Eine koaxiale Ausrichtung einer Kompressionseinrichtung zu der Hauptachse ermöglicht, eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Konstruktion der Unterbrechereinheit beizubehalten und lediglich in axialer Richtung der Hauptachse die Unterbrechereinheit zu verlängern. In den verlängerten Abschnitt ist nunmehr die Kompressionseinrichtung einsetzbar. Diese Kompressionseinrichtung kann beispielsweise einen Kompressionszylinder und einen relativ zu dem Kompressionszylinder bewegbaren Kompressionskolben aufweisen, wobei eine Relativbewegung zwischen Kompressionskolben und Kompressionszylinder vorzugsweise in Richtung der Hauptachse erfolgt. Insbesondere bei einer Nutzung der Kompressionseinrichtung zur Festlegung des Verlaufes des Auspuffkanals ist so ein strömungsgünstiger Querschnitt gegeben, wodurch im Bereich der Kompressionseinrichtung der Auspuffkanal beispielsweise als ringspaltförmiger Abschnitt ausgeführt sein kann.
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Eine weitere Ausgestaltung kann vorsehen, dass im Verlauf des Auspuffkanals eine Prallplatte zur Umlenkung des Schaltgases angeordnet ist, gegen welche das Schaltgas gestrahlt wird und das Kühlmedium ebenfalls gegen die Prallplatte gestrahlt ist, wobei die Ströme von Schaltgas und Kühlmedium aus entgegengesetzten Richtungen gegen die Prallplatte gestrahlt werden.
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Eine Prallplatte dient einem Umlenken von Schaltgas. Eine Prallplatte kann dazu beispielsweise mit einer strömungsgünstigen Kontur versehen sein. Eine derartige Prallplatte sollte vorzugsweise eine topfförmige Struktur aufweisen, wobei die Umlenkflächen zur Reibungsverlustreduzierung jeweils gebrochen sein sollten. So kann die Prallplatte beispielsweise nach Art einer Innenmantelfläche eines Hohltoroides oder einer Hohlkugel ausgestaltet sein, so dass eine Umlenkung von gegen die Prallplatte gelenktem Gas um 180° erfolgt.
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Ist diese Prallplatte bezogen auf die Hauptachse aus beiden Richtungen als Umlenkeinrichtung ausgebildet, ist es möglich, zum einen Schaltgas an der einen Seite der Prallplatte umzulenken und an der anderen Seite ein Kühlmedium gegen die Prallplatte zu lenken und dieses Kühlmedium ebenfalls an der Prallplatte umzulenken, um dieses über die Kühlmedienausblasöffnung in den Auspuffkanal einzuleiten. So ist es zum einen möglich, eine Kühlung der Prallplatte und damit auch eine indirekte Kühlung des auf der anderen Seite befindlichen Schaltgases zu bewirken. Zum anderen kann eine kompakte Lenkung des Kühlmediums über die Prallplatte erfolgen und das Kühlmedium kann sich entspannen und auf einer großen Fläche verteilen, um beispielsweise zu einer querschnittsgroßen Kühlmedieneinblasöffnung gelenkt zu werden. Zur Lenkung des Kühlmediums kann die Prallplatte eine topfförmige Struktur aufweisen, deren Umlenktöpfe entgegengesetzt zueinander ausgerichtet sind. Die Prallplatte kann beispielsweise auch von einem Antriebselement wie einer Antriebsstange oder ähnlichem durchsetzt sein, um einen Antrieb der Kompressionseinrichtung zu ermöglichen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass das Schaltgas und das Kühlmedium miteinander vermischt werden, wobei das Kühlmedium und das Schaltgas laminar ineinander gelenkt sind.
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Innerhalb des Auspuffkanals erfolgt eine Vermischung des Kühlmediums und des Schaltgases. Durch ein laminares Ineinanderleiten, d. h. ein geschichtetes Ineinanderströmen von Schaltgas und Kühlmedium wird zum einen ein relativ verwirbelungsarmes Ineinanderlenken der beiden Fluidströme bewirkt. Die Strömungsgeschwindigkeit im Innern des Auspuffkanals ist durch ein laminares Vermengen der beiden Teilströme nur unwesentlich reduziert. Zum anderen ist aufgrund des laminaren Ineinanderlenkens zusätzlich eine große Berührungsfläche der Fluidströme untereinander gewährleistet, so dass eine gute Kühlung des Schaltgases durch das Kühlmedium erfolgt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass eine Strömung des Kühlmediums durch ein Ventil gesteuert ist.
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Eine Nutzung eines Ventils zum beschicken der Kühlmedieneinlassöffnung ist eine Möglichkeit, das Kühlmedium in der Kompressionseinrichtung mit einem bestimmten Druck zu beaufschlagen und erst nach Erreichen eines Grenzdruckes über das Ventil eine Freigabe des Kühlmediums zu bewirken. Damit kann sichergestellt werden, dass das Kühlmedium möglichst schlagartig über die Kühlmedieneinblasöffnung in den Auspuffkanal einströmt und eine gute Kühlung bzw. Beeinflussung des Schaltgases erfolgt. Das Ventil kann dabei beispielsweise ein Ventil sein, welches differenzdruckabhängig das komprimierte Kühlmedium freigibt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Ventil weggesteuert ist, wobei eine Freigabe des komprimierten Kühlmediums beispielsweise erst nach Erreichen einer bestimmten Schaltposition der Schaltkontaktstücke zueinander erfolgt. Damit kann unabhängig von äußeren Einwirkungen der Zeitpunkt des Einblasens des komprimierten Kühlmediums in den Auspuffkanal je nach Voranschreiten einer Schaltbewegung gesteuert werden.
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Eine weitere Ausgestaltung kann vorsehen, dass ein Kühlmedium von dem Kapselungsgehäuse begrenzt ist.
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Eine Begrenzung des Kühlmediums durch das Kapselungsgehäuse ermöglicht, das innerhalb des Kapselungsgehäuses befindliche Isoliermedium auch als Kühlmedium zu nutzen. Weiterhin ist so die Möglichkeit gegeben, aus der Mündungsöffnung des Schaltgefäßes austretendes Schaltgas sowie ein gegebenenfalls beigemengtes Kühlmedium in das Kapselungsgehäuse ausströmen zu lassen und dort in einem großen Raum entspannen zu lassen. Weiterhin ist über die Innenwandung des Kapselungsgehäuses eine thermische Verbindung zur Umgebung der Leistungsschalteranordnung gegeben, so dass eine Kühlung von Schaltgas/Kühlmedium nach einem Austreten aus dem Auspuffkanal ermöglicht ist.
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Innerhalb des Kapselungsgehäuses ist es nunmehr möglich, dass das Schaltgas rekombiniert oder abkühlt oder dass aus dem Schaltgas beispielsweise während eines Schaltvorganges entstehende Störstoffe herausgefiltert werden können. Dazu können innerhalb des Kapselungsgehäuses beispielsweise entsprechende Filtereinrichtungen angeordnet sein.
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Das innerhalb des Kapselungsgehäuses befindliche Isoliermedium durchströmt und umströmt das Schaltgefäß und die weiteren Bauteile der Unterbrechereinheit der Leistungsschalteranordnung, so dass nach einem erfolgten Geblasen eines Lichtbogens nach einer gewissen Zeit auch wieder eine vollständige Durchsetzung des Schaltgefäßes mit einem „regulären” Isoliermedium gegeben ist. Dieses steht nunmehr zur Verfügung, um beispielsweise in der Kompressionseinrichtung als Kühlmedium zwischengespeichert und in den Auspuffkanal eingestrahlt zu werden oder durch einen brennenden Lichtbogen zu Schaltgas gewandelt zu werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass ein Schaltkontaktstück in den Auspuffkanal hineinragt und relativ zu einer den Auspuffkanal begrenzenden Wandung bewegbar gelagert ist.
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Um ein möglichst schnelles Einschalten bzw. Unterbrechen eines Strompfades zu bewirken, ist vorteilhaft, eine Trennung/Kontaktierung der Schaltkontaktstücke mit einer hohen Geschwindigkeit zu vollziehen. Insbesondere bei einem Antrieb zweier Schaltkontaktstücke einer Schaltstrecke in entgegengesetzte Richtungen ist in einfacher Weise eine erhöhte Kontakttrenngeschwindigkeit erzielbar. Zur verbesserten Raumnutzung ist es beispielsweise möglich, ein bewegbares Schaltkontaktstück in den Auspuffkanal hineingleiten zu lassen. Eine Mündungsöffnung des Auspuffkanals ist nahe der Schaltstrecke befindlich, da der Auspuffkanal sich auch um das in denselben hineinbewegbare Schaltkontaktstück erstreckt. Damit ist es auch möglich, aus der Schaltstrecke austretendes Schaltgas möglichst direkt in den Auspuffkanal übertreten zu lassen. So kann eine Mündungsöffnung beispielsweise nach Art einer Auffanghaube ausgestaltet sein, um austretende Schaltgase aus der Schaltstrecke möglichst verlustarm in den Auspuffkanal hineinzuleiten.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass das Schaltkontaktstück über die Isolierstoffdüse angetrieben ist.
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Über die Isolierstoffdüse kann ein Schaltkontaktstück bewegt werden. Antriebskräfte werden dazu über die Isolierstoffdüse auf das Schaltkontaktstück übertragen. Dazu kann ein entsprechendes Getriebe eingesetzt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn über die Isolierstoffdüse auch die Kompressionseinrichtung angetrieben ist. So ist es möglich, auf der einen Potentialseite des Schaltgefäßes eine Bewegung einzukoppeln und dort eine Bewegung der Isolierstoffdüse zu initiieren und mittels der Isolierstoffdüse die Bewegung elektrisch isoliert auch über die Schaltstrecke hinweg auf die andere Potentialseite des Schaltgefäßes zu übertragen. Da sich die Isolierstoffdüse und die Schaltkontaktstücke der Schaltstrecke innerhalb des Schaltgefäßes befinden, kann die Übertragungsmimik innerhalb desselben angeordnet werden. Damit ist es möglich, das Schaltgefäß unabhängig vom Kapselungsgehäuse zu montieren, die einzelnen Baugruppen zueinander zu justieren und das Schaltgefäß als modulare Einheit in das Kapselungsgehäuse einzufügen.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.
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Dabei zeigt die
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1 einen Querschnitt durch eine Leistungsschalteranordnung, die
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2 einen Querschnitt durch eine Unterbrechereinheit der Leistungsschalteranordnung im ausgeschalteten Zustand und die
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3 einen Ausschnitt aus 2 im eingeschalteten Zustand.
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Anhand der 1 wird zunächst der prinzipielle Aufbau einer Leistungsschalteranordnung beschrieben. Die 1 zeigt eine Leistungsschalteranordnung in sogenannter Dead-Tank-Bauweise im Schnitt. Die Leistungsschalteranordnung weist ein Kapselungsgehäuse 1 auf. Das Kapselungsgehäuse 1 ist vorliegend im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgestaltet und weist eine im Wesentlichen kreiszylindrische äußere Kontur auf. Das Kapselungsgehäuse 1 ist aus einem elektrisch leitenden Material geformt und führt Erdpotential. Vorzugsweise kann das Kapselungsgehäuse 1 als Aluminiumgusskonstruktion ausgestaltet werden. Dabei kann das Kapselungsgehäuse 1 mehrstückig ausgebildet sein, wobei zwischen den einzelnen Stücken auf einen fluiddichten Verbund zu achten ist. Weiterhin sollten Wandungen des Kapselungsgehäuses 1 ebenfalls fluiddicht ausgestaltet sein.
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Das Kapselungsgehäuse 1 ist auf einem Traggestell beabstandet zu dem jeweiligen Untergrund angeordnet. Auf der von dem Untergrund abgewandten Seite weist das Kapselungsgehäuse einen ersten Stutzen 2 sowie einen zweiten Stutze 3 auf. Die Achsen der beiden Stutzen 2, 3 sind dabei aus einer Senkrechten ausgelenkt und entgegengesetzt zueinander verkippt. An die Stutzen 2, 3 sind jeweils eine erste Freiluftdurchführung 4 sowie eine zweite Freiluftdurchführung 5 angeordnet. Die beiden Freiluftdurchführungen 4, 5 sind mit ihrem erdseitigen Ende fluiddicht jeweils mit dem ersten bzw. mit dem zweiten Stutzen 2, 3 verbunden. Die beiden Freiluftdurchführungen 4, 5 dienen einem fluiddichten Durchführen von Zuleitungen 6a, 6b durch eine Wandung des Kapselungsgehäuses 1 in einer elektrisch isolierten Art und Weise. Dazu weisen die Freiluftdurchführungen 4, 5 jeweils einen elektrisch isolierenden Grundkörper auf, der an seiner Außenseite mit einer Verrippung versehen ist, so dass die Freiluftdurchführungen 4, 5 freiluftfest sind. An den freien Enden der Grundkörper sind die Zuleitungen 6a, 6b fluiddicht durch den jeweiligen isolierenden Grundkörper nach außen geführt. An den freien Enden der Zuleitungen 6a, 6b, die außerhalb des Kapselungsgehäuses 1 liegen, ist es nunmehr möglich, eine elektrische Leitung, beispielsweise eine Freileitung, anzuschließen und die Leistungsschalteranordnung in einen zu schaltenden Strompfad einzuschleifen.
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Im Innern des Kapselungsgehäuses ist eine Unterbrechereinheit 7 angeordnet. Die Unterbrechereinheit 7 ist im Wesentlichen koaxial zu einer Hauptachse 8 ausgerichtet. Die Hauptachse 8 ist im vorliegenden Falle mit einer Rotationsachse des Kapselungsgehäuses 1 identisch. Die Unterbrechereinheit 7 weist eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Kontur auf, wobei die Rotationsachse der Unterbrechereinheit 7 mit der Hauptachse 8 zusammenfällt. Dadurch sind die Unterbrechereinheit 7 sowie das Kapselungsgehäuse 1 im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet.
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Zur Begrenzung der äußeren Kontur der Unterbrechereinheit 7 ist ein geschlossenes Schaltgefäß vorgesehen. Das geschlossene Schaltgefäß weist einen ersten endseitigen Überwurf 9 sowie einen zweiten endseitigen Überwurf 10 auf. Die beiden endseitigen Überwürfe 9, 10 sind aus einem elektrischen Leitermaterial gebildet. An den beiden endseitigen Überwürfen 9, 10 ist mantelseitig jeweils ein Kontaktierungselement 11a, 11b angeordnet. Über die Kontaktierungselemente 11a, 11b sind die Zuleitungen 6a, 6b jeweils mit dem ersten bzw. mit dem zweiten endseitigen Überwurf 9, 10 elektrisch leitend verbunden. Neben einer elektrischen Kontaktierung der Zuleitungen 6a, 6b über die Kontaktierungselemente 11a, 11b an den beiden endseitigen Überwürfen 9, 10 können diese auch einer mechanischen Halterung und Positionierung der Zuleitungen 6a, 6b dienen. Die voneinander abgewandten Enden der endseitigen Überwürfe 9, 10 können rohrartig geöffnet sein, können teilweise oder auch vollständig verschlossen sein. Je nach Bedarf können unterschiedliche Konstruktionsvarianten gewählt werden. Vorteilhaft ist dabei, wenn eine dielektrisch günstige abschließende Gestalt des Schaltgefäßes gegeben ist.
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Neben den beiden endseitigen Überwürfen 9, 10 weist das Schaltgefäß eine Isolierstoffbrücke 12 in Form eines geschlossen umlaufenden Rohres auf. Dieses Rohr kann beispielsweise ein glasfaserverstärkter Kunststoffkörper sein. Über die Isolierstoffbrücke 12 sind die beiden endseitigen Überwürfe 9, 10 relativ zueinander positioniert und mechanisch winkelstarr miteinander verbunden, so dass ein geschlossenes Schaltgefäß gegeben ist. Alternativ kann die Isolierstoffbrücke 12 auch in Form von käfigartig angeordneten Isolierstäben oder anderweitigen Isolierelementen ausgestaltet sein. Durch die Nutzung eines geschlossenen Schaltgefäßes ist das Innere der Unterbrechereinheit 7 durch das Schaltgefäß selbst begrenzt und auch im ausgebauten Zustand vor mechanischen Einwirkungen weitgehend geschützt. Weiterhin kann die Unterbrechereinheit 7 vormontiert werden und im vormontierten Zustand in das Kapselungsgehäuse 1 eingeführt werden. Die Unterbrechereinheit 7 ist über Isolierstützer 13a, 13b im Innern des Kapselungsgehäuses 1 gelagert. Vorliegend ist eine mantelseitige Abstützung der Unterbrechereinheit 7 vorgesehen. Es können jedoch auch alternative Ausgestaltungen von Isolierstützern vorgesehen sein.
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Der erste endseitige Überwurf 9 weist stirnseitig eine Ausnehmung auf, durch welche eine Schaltstange 14 in das Innere des Schaltgefäßes hineinragt. Die Schaltstange 14 ist längs der Hauptachse 8 bewegbar. Durch eine Bewegung der Schaltstange 14 kann in das Innere des Schaltgefäßes der Unterbrechereinheit 7 eine Bewegung eingekoppelt werden, so dass beispielsweise eine Schalthandlung der Unterbrechereinheit 7 der Leistungsschalteranordnung durchgeführt werden kann. Eine Wandung des Kapselungsgehäuses 1 ist von einer drehbaren Welle 15 durchsetzt. Im Innern des Kapselungsgehäuses 1 ist an der Welle 15 ein Hebelarm 16 montiert, welcher eine Drehbewegung der Welle 15 in eine lineare Bewegung der Schaltstange 14 wandelt. Die Welle 15 ist drehbeweglich und fluiddicht durch die Wandung des Kapselungsgehäuses 1 hindurch nach außen geführt. Auf der Außenseite des Kapselungsgehäuses 1 ist nunmehr die Anordnung einer in der 1 nicht dargestellten Antriebseinrichtung möglich, welche der Abgabe einer Bewegung für Schaltstange 14 über die Welle 15 dient.
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Das Kapselungsgehäuse 1 bildet eine fluiddichte Umhüllung der Unterbrechereinheit 7. Das Innere des Kapselungsgehäuses 1 ist mit einem elektrisch isolierenden Medium befüllt. Dieses Medium durchströmt das Kapselungsgehäuse 1 und umströmt und durchströmt die im Innern des Kapselungsgehäuses 1 befindlichen Einbauten. Vorzugsweise ist das elektrisch isolierende Medium ein Isoliergas wie Schwefelhexafluorid oder Stickstoff oder ein anderes geeignetes Isoliergas bzw. Isoliergasgemisch. Zur Erhöhung der elektrischen Isolationsfestigkeit ist es vorteilhaft, das elektrisch isolierende Gas unter einen gegenüber der Umgebung erhöhten Druck zu setzen, so dass die Isolationsfestigkeit des Isoliermediums zusätzlich erhöht ist. In diesem Falle ist das Kapselungsgehäuse 1 als Druckbehälter auszulegen.
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Die 1 stellt lediglich eine schematische Abbildung einer Leistungsschalteranordnung dar. Hinsichtlich der detaillierten Ausgestaltungen kann es zu entsprechenden Abweichungen kommen. Insbesondere hinsichtlich der Dimensionierung einzelner Bauteile sowie der Ausgestaltung insbesondere hinsichtlich einer dielektrisch günstigen Gestalt sowie einer druckfesten Ausgestaltung kann es zu Abweichungen kommen. Die 1 dient lediglich einer prinzipiellen Darstellung einer Leistungsschalteranordnung.
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Neben der in der 1 gezeigten Ausgestaltungsvariante einer Leistungsschalteranordnung nach Art einer Dead-Tank-Leisterschalteranordnung, d. h. die Unterbrechereinheit ist von einem elektrisch leitenden Kapselungsgehäuse umgeben, welches Erdpotential führt, ist auch die Möglichkeit gegeben, eine Leistungsschalteranordnung nach Art einer Life-Tank-Bauweise auszuführen. In diesem Falle ist das Kapselungsgehäuse der Unterbrechereinheit elektrisch isolierend ausgeführt und dieses Kapselungsgehäuse ist elektrisch isoliert bezüglich eines Erdpotentiales aufgestellt.
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Im Folgenden wird anhand der 2 und 3 der Aufbau einer Unterbrechereinheit 7 sowie deren Wirkungsweise beschrieben. Dabei stellen die Darstellungen der 2 und 3 lediglich prinzipielle schematische Abbildungen dar, die bei einer realen Auslegung einer Leistungsschalteranordnung abweichend ausgeführt sein können.
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Die 2 zeigt eine detailliertere Darstellung der aus 1 bekannten Unterbrechereinheit 7. In der 2 sind ein erster endseitiger Überwurf 9 sowie ein zweiter endseitiger Überwurf 10 erkennbar, welche über eine Isolierstoffbrücke 12 miteinander verbunden sind. Auch bei der Ausgestaltungsvariante gemäß der 2 ist ein geschlossenes Schaltgefäß der Unterbrechereinheit 7 gegeben, dessen endseitige Überwürfe 9, 10 durch eine Isolierstoffbrücke 12 in Form eines Rohres verbunden sind.
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Die beiden endseitigen Überwürfe 9, 10 sind an ihren einander zugewandten Enden jeweils mit einer Fassung ausgestattet, die einem Einschieben und Halten der Isolierstoffbrücke 12 dienen. Die beiden endseitigen Überwürfe 9, 10 sind über die Isolierstoffbrücke 12 mechanisch miteinander verbunden und elektrisch isoliert voneinander gehalten. Zur Erzielung einer dielektrisch günstigen Form sind die einander zugewandten Enden der endseitigen Überwürfe 9, 10 jeweils mit wulstigen Anformungen versehen, um elektrische Felder günstig zu beeinflussen. Sowohl der erste endseitige Überwurf 9 als auch der zweite endseitige Überwurf 10 als auch die Isolierstoffbrücke 12 sind im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgestaltet und koaxial zur Hauptachse 8 angeordnet. Der erste endseitige Überwurf 9 ist an seinem von der Isolierstoffbrücke 12 abgewandten Ende topfförmig geschlossen ausgestaltet, wobei eine zentrische Ausnehmung freigehalten ist, um die Schaltstange 14 in das Innere des Schaltgefäßes der Unterbrechereinheit 7 hineinragen zu lassen. Die Schaltstange 14 ist beispielsweise eine glasfaserverstärkte Konstruktion, die rohrförmig ausgestaltet ist. Das von der Isolierstoffbrücke 12 abgewandte Ende des zweiten endseitigen Überwurfes 10 ist als offene Stirnseite ausgebildet, so dass eine kreisförmige Öffnung an dem von der Isolierstoffbrücke 12 abgewandten Ende des zweiten endseitigen Überwurfes 10 ausgebildet ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der zweite endseitige Überwurf 10 mit einer Einschnürung oder einer zumindest teilweise verschlossenen Stirnseite ausgestattet ist. Vorliegend ist der von der Isolierstoffbrücke 12 abgewandte Bereich des zweiten endseitigen Überwurfes 10 radial erweitert.
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Die Schaltstange 14 ist mit einem ersten Schaltkontaktstück 17 verbunden. Das erste Schaltkontaktstück 17 ist vorliegend rohrförmig ausgestaltet und gemeinsam mit der Schaltstange 14 längs der Hauptachse 8 bewegbar. An seinem von der Schaltstange 14 abgewandten Ende ist das erste Schaltkontaktstück 17 mit einem buchsenförmigen Kontaktierungsbereich ausgestattet. Der buchsenförmige Kontaktierungsbereich ist vorliegend durch eine Vielzahl von radial um die Hauptachse 8 verteilten Kontaktfingern, die elastisch verformbar sind, begrenzt. Das erste Schaltkontaktstück 17 ist von einem ersten Nennstromkontaktstück 18 umgeben. Das erste Nennstromkontaktstück 18 ist hohlzylindrisch ausgestaltet und gemeinsam mit dem ersten Schaltkontaktstück 17 längs der Hauptachse 8 verschiebbar. Das erste Schaltkontaktstück 17 und das erste Nennstromkontaktstück 18 sind galvanisch miteinander verbunden und führen stets dasselbe elektrische Potential. Das erste Nennstromkontaktstück 18 ist in einer Führungshülse 19, welche winkelstarr mit dem ersten endseitigen Überwurf 9 verbunden ist, geführt. Die Führungshülse 19 ist elektrisch leitend sowohl mit dem ersten endseitigen Überwurf 9 als auch mit dem ersten Nennstromkontaktstück 18 verbunden. Die Führungshülse 19 ist darüber hinaus mit einer dielektrisch günstig abgerundeten Form in Richtung einer Schaltstrecke 20 ausgestattet.
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An einer Innenmantelfläche des ersten Nennstromkontaktstückes 18 ist eine Isolierstoffdüse 21 befestigt. Die Isolierstoffdüse 21 ist gemeinsam mit dem ersten Nennstromkontaktstück 18 bewegbar. Das erste Schaltkontaktstück 17 ist von einer Hilfsisolierstoffdüse 22 umgeben. Zwischen der Isolierstoffdüse 21 und der Hilfsisolierstoffdüse 22, die einander teilweise überlappen, ist ein ringförmiger Heizkanal 23 gebildet.
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Der Heizkanal 23 mündet in einem zwischen dem ersten Schaltkontaktstück 17 und der Führungshülse 19 bzw. dem ersten Nennstromkontaktstück 18 befindlichen Schaltgaszwischenspeichervolumen 24. Das Schaltgaszwischenspeichervolumen 24 dient einer zeitlich begrenzten Zwischenspeicherung von Schaltgas während eines Schaltvorganges. Dem Schaltgaszwischenspeichervolumen 24 ist eine Kompressionseinrichtung nachgeschaltet. Die Kompressionseinrichtung weist einen bewegbaren Kolben 25 auf, welcher mit dem ersten Schaltkontaktstück 17 gemeinsam bewegbar ist. Der Kolben 25 ist innerhalb eines durch die Führungshülse 19 gebildeten Kompressionszylinders bewegbar, so dass ein Kompressionsvolumen entsteht.
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Die Isolierstoffdüse 21 ragt von dem ersten Nennstromkontaktstück 18 fort zu einem zweiten Schaltkontaktstück 26 hin. Das zweite Schaltkontaktstück 26 ist bolzenförmig ausgestaltet und relativ zum zweiten endseitigen Überwurf 10 des Schaltgefäßes längs der Hauptachse 8 bewegbar. An die gemeinsam mit dem ersten Nennstromkontaktstück 18 sowie dem ersten Schaltkontaktstück 17 bewegbare Isolierstoffdüse 21 ist eine Antriebsstange 27 angekoppelt. Auf der Antriebsstange 27 ist ein Mitnahmebolzen 28 befindlich, welcher bei einer Bewegung der Antriebsstange 27 parallel zur Hauptachse 8 bewegt wird. Das zweite Schaltkontaktstück 26 ist längs der Hauptachse 8 bewegbar gelagert und an seinem von der Schaltstrecke 20 abgewandten Ende mit einem Gabelhebel 29 verbunden. Der Gabelhebel ist mit seinem ersten Ende mit einem Langloch des zweiten Schaltkontaktstückes 26 verbunden. Sein anderes Ende ist gabelförmig ausgestaltet, so dass bei einer Bewegung der Antriebsstange 27 der Mitnahmebolzen 28 in die Gabel einfährt und den Gabelhebel 29 um sein Drehlager 30 herumschwenkt und so eine entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der Isolierstoffdüse 21 gerichtete Bewegung des zweiten Schaltkontaktstückes 26 hervorruft. Bei einem Einschaltvorgang bewegt sich der Mitnahmebolzen 28 von der Schaltstrecke 20 weg, wohingegen bei einer Ausschaltbewegung der Mitnahmebolzen 28 in Richtung der Schaltstrecke 20 verschoben wird.
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Koaxial zum zweiten Schaltkontaktstück 26 ist ein zweites Nennstromkontaktstück 31 angeordnet. Das zweite Nennstromkontaktstück 31 ist ortsfest zum zweiten endseitigen Überwurf 10 und damit ortsfest zum Schaltgefäß der Unterbrechereinheit 7 gelagert. Die beiden Schaltkontaktstücke 17, 26 sind als Lichtbogenkontaktstücke der Unterbrechereinheit 7 ausgestaltet. Die beiden Nennstromkontaktstücke 18, 31 wirken als Nennstromkontaktstücke der Unterbrechereinheit 7. Bei einem Einschaltvorgang werden zunächst die beiden Schaltkontaktstücke 17, 26 und darauf zeitlich folgend die beiden Nennstromkontaktstücke 18, 31 miteinander in galvanischen Kontakt gebracht. Bei einem Ausschaltvorgang trennen sich zunächst die beiden Nennstromkontaktstücke 18, 31 und zeitlich darauf folgend die beiden Schaltkontaktstücke 17, 26. Das heißt, bei einem Einschaltvorgang sind die beiden Schaltkontaktstücke 17, 26 den beiden Nennstromkontaktstücken 18, 31 voreilend, wohingegen bei einem Ausschaltvorgang die beiden Schaltkontaktstücke 17, 26 gegenüber den beiden Nennstromkontaktstücken 18, 31 nacheilen. Dadurch ist sichergestellt, dass bei einem Schaltvorgang entstehende Lichtbögen an den Schaltkontaktstücken 17, 26 geführt sind und die Nennstromkontaktstücke 18, 31 vor Kontaktabbrand geschützt sind.
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Die Isolierstoffdüse 21 weist einen Isolierstoffdüsenkanal 32 auf. In diesen Isolierstoffdüsenkanal 32 ragt das zweite Schaltkontaktstück 26 hinein. Bei einem Schaltvorgang wird das zweite Schaltkontaktstück 26 durch den Isolierstoffdüsenkanal 32 hindurchbewegt. Aufgrund der Profilierung, d. h. der unterschiedlichen Querschnittsgebung im Verlauf des Isolierstoffdüsenkanals 32 verdämmt das Schaltkontaktstück 26 den Isolierstoffdüsenkanal 32 zumindest zeitweilig.
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Das zweite Nennstromkontaktstück 31 ist neben seiner Stromtragfunktion auch als Teil eines Auspuffkanales 33 ausgebildet. Die Erstreckung des Auspuffkanals 33 ist in der 2 durch den mit Pfeilen angedeuteten Strömungsverlauf dargestellt. Das zweite Nennstromkontaktstück 31 ist im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet und erstreckt sich im Wesentlichen koaxial zur Hauptachse 8. Mit seinem von der Schaltstrecke 20 abgewandten Ende ist das zweite Nennstromkontaktstück 33 einer Prallplatte 34 zugewandt. Die Prallplatte 34 weist dabei eine topfförmige Struktur auf, wobei das von der Schaltstrecke 20 abgewandte Ende des zweiten Nennstromkontaktstückes 31 in eine topfförmige Ausnehmung der Prallplatte 34 hineinragt. Am Topfboden weist die Prallplatte 34 eine hohltoroidförmige Innenmantelfläche auf, so dass an diesem Punkt eine Umlenkung der Richtung des Auspuffkanales 33 erfolgt. Zwischen der Außenmantelfläche der Prallplatte 34 und einer Innenmantelfläche des zweiten endseitigen Überwurfes 10 ist der weitere Verlauf des Auspuffkanales 33 definiert, so dass ein weiterer Richtungswechsel im Verlauf des Auspuffkanals 33 erfolgt.
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Im Bereich des freien Endes des zweiten endseitigen Überwurfes 10 ist eine Kompressionseinrichtung 35 angeordnet. Die Kompressionseinrichtung 35 weist einen hohlzylindrischen Kompressionszylinder auf, welcher ortsfest zum zweiten endseitigen Überwurf 10 gelagert ist. Weiterhin ist die Kompressionseinrichtung 35 mit einem Kompressionskolben 36 versehen. Der Kompressionskolben 36 ist mit einer weiteren Antriebsstange 37 verbunden. Die weitere Antriebsstange 37 ist wiederum mit der Antriebsstange 27, die an der Isolierstoffdüse 21 angeschlagen ist, verbunden, so dass eine Bewegung der Isolierstoffdüse über die weitere Antriebsstange 37 auch auf den Kompressionskolben 36 übertragen wird. Die weitere Antriebsstange 37 greift durch die Prallplatte 34 hindurch. Zu einer Komprimierung eines Kühlmediums ist eine stirnseitige Fläche des Kompressionszylinders der Kompressionseinrichtung 35 mit einer federbelasteten Wand 38 verschlossen. Die federbelastete Wand 38 ist bei Erreichen eines Überdruckes im Innern der Kompressionseinrichtung 35 längs der Hauptachse 8 gegen die Kraft einer Feder verschiebbar, so dass aus der Kompressionseinrichtung 35 komprimiertes Kühlmedium gegen die Prallplatte 34 gestrahlt werden kann. Die Prallplatte 34 weist zur Lenkung des Kühlmediumstromes eine weitere topfförmige Ausgestaltung 39 auf, welche eine Lenkung des aus der Kompressionseinrichtung 35 austretenden Kühlmediums bewirkt. Am Rand der weiteren topfförmigen Ausgestaltung 39 befindet sich entsprechend auch die Kühlmedieneinblasöffnung, über welche das komprimierte Kühlmedium aus der Kompressionseinrichtung 35 in den Auspuffkanal 33 eingeblasen werden kann. Dabei ist die Lage der Kühlmedienausblasöffnung derart gewählt, dass ein laminares Einströmen von Kühlmedium in einen Strom vom Schaltgas im Innern des Auspuffkanales 33 möglich ist.
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Im Folgenden soll die Arbeitsweise der Unterbrechereinheit 7 bei einem Ausschaltvorgang beschrieben werden. Die 3 zeigt die Lage von dem Kompressionskolben 36 der Kompressionseinrichtung 35 im Einschaltzustand der beiden Schaltkontaktstücke 17, 26 sowie der beiden Nennstromkontaktstücke 18, 31. Die federbelastete Wand 38 verschließt den Kompressionsraum der Kompressionseinrichtung 31. Die Schaltkontaktstücke 17, 26 und die Nennstromkontaktstücke 18, 31 stehen miteinander in galvanischen Kontakt und sollen in die in der 2 gezeigte Lage überführt werden. Dazu wird eine Antriebsbewegung über die Schaltstange 14 in das Innere der Unterbrechereinheit 7 eingekoppelt. Es erfolgt eine gemeinsame Bewegung von dem ersten Nennstromkontaktstück 18 und dem ersten Schaltkontaktstück 17 von der Schaltstrecke fort in Richtung des ersten endseitigen Überwurfes 9. Dabei wird die Isolierstoffdüse 21 ebenfalls in diese Richtung bewegt. Aufgrund der Wirkung als Umlenkgetriebe bewegt der Gabelhebel 29 das zweite Schaltkontaktstück 26 in Richtung des zweiten endseitigen Überwurfes 10. Das zweite Nennstromkontaktstück 31 bleibt unbewegt. Zunächst erfolgt eine Trennung der beiden Nennstromkontaktstücke 18, 31 und zeitlich darauf folgt eine Trennung der beiden Schaltkontaktstücke 17, 26. Dabei befindet sich das zweite Schaltkontaktstück 26 im Isolierstoffdüsenkanal 32 der Isolierstoffdüse 21 und verdämmt eine Engstelle des Isolierstoffdüsenkanales 32 zeitweise. Zu diesem Zeitpunkt ist jedoch bereits eine galvanische Trennung der beiden Schalt kontaktstücke 17, 26 erfolgt, so dass ggf. ein Lichtbogen zwischen den beiden Schaltkontaktstücken 17, 26 zündet. Der Lichtbogen expandiert elektrisch isolierendes Gas, erhitzt dieses isolierende Gas und erzeugt ein Schaltgas. In der Schaltstrecke 20, die zwischen den beiden Schaltkontaktstücken 17, 26 befindlich ist, wird Schaltgas generiert. Dieses Schaltgas strömt durch den Heizkanal 23 in das Schaltgaszwischenspeichervolumen 24 hinein. Aufgrund der zunehmenden Temperatur und des zunehmend nachströmenden Schaltgases erhöht sich der Druck im Innern des Schaltgaszwischenspeichervolumens 24. Ein Abströmen aus demselben ist wegen des Verdämmens des Isolierstoffdüsenkanales 32 mittels des zweiten Schaltkontaktstückes 26 nicht möglich. Gleichzeitig erfolgt eine Komprimierung von Löschgas aufgrund einer Mitnahme des Kolbens 25 in dem dem Schaltgaszwischenspeichervolumen 24 nachgeschalteten Kompressionsraum. Bei einem entsprechenden Überdruck in dem dem Schaltgaszwischenspeichervolumen 24 nachgeschalteten Kompressionsraum erfolgt ein Überströmen von in diesem Kompressionsraum komprimierten Löschgas in den Schaltgaszwischenspeicherraum 24. Dafür sind entsprechende druckabhängig steuerbare Überströmkanäle in dem Kolben 25 angeordnet.
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Mit einem Fortschreiten der Ausschaltbewegung wird das zweite Schaltkontaktstück 26 aus der Engstelle des Isolierstoffdüsenkanales 32 herausbewegt und der Isolierstoffdüsenkanal 32 ist freigegeben (s. 2). Das im Schaltgaszwischenspeichervolumen 24 befindliche Schaltgas strömt über den Heizkanal 23 in die Isolierstoffdüse 21 ein und durch den Isolierstoffdüsenkanal 32 zumindest teilweise in Richtung des zweiten Nennstromkontaktstückes 31. Aufgrund der haubenartigen Überspannung der Mündungsöffnung des Isolierstoffdüsenkanales 32 durch das zweite Nennstromkontaktstück 31 wird das ausströmende Schaltgas in das Innere des zweiten Nennstromkontaktstückes 31 geführt. Das zweite Nennstromkontaktstück 31 als Teil des Auspuffkanales 33 leitet das Schaltgas in Richtung der Prallplatte 34. Dort wird das Schaltgas um 180° umgelenkt und gegen eine Innenwand des zweiten endseitigen Überwurfes 10 gestrahlt, um wieder in entgegengesetzter Richtung umgelenkt zu werden. Dadurch entsteht ein meandrierender Verlauf des Auspuffkanales 33 und auf einem begrenzten Raum kann eine Wegverlängerung des Auspuffkanales 33 erzielt werden. In einem ringspaltförmigen Abschnitt des Auspuffkanales 33, welcher zwischen der Prallplatte 34 und einer Innenmantelfläche des zweien endseitigen Überwurfes 10 gebildet ist, erfolgt nunmehr ein Abströmen des Schaltgases koaxial zur Hauptachse 8.
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Während einer Ausschaltbewegung wird zeitgleich mit einer Übertragung der Ausschaltbewegung über die Isolierstoffdüse 21 auf die Antriebsstange 27 auch die weitere Antriebsstange 37 mitbewegt und dadurch der Kompressionskolben 36 bewegt, wodurch im Innern der Kompressionseinrichtung 35 ein Kühlmedium komprimiert wird. Das Kühlmedium ist beispielsweise das im Innern des Kapselungsgehäuses 1 befindliche elektrisch isolierende Gas. Bei einem Überschreiten eines Grenzdruckes im Innern der Kompressionseinrichtung 35 bewegt sich die federbelastete Wand 38 gegen die Kraft der Feder und gibt das im Innern der Kompressionseinrichtung 35 zwischengespeicherte und in seinem Druck erhöhte Kühlmedium frei. Das Kühlmedium wird gegen die Prallplatte 34 gestrahlt. Dabei ist die Strahlrichtung derartig gerichtet, dass das heiße Schaltgas und das Kühlmedium aus entgegengesetzten Richtungen gegen die Prallplatte 34 gestrahlt werden. Dadurch ist gewährleistet, dass die von dem heißen Schaltgas erhitzte Prallplatte 34 von dem aus der Kompressionseinrichtung 35 ausströmenden Kühlmedium gekühlt ist und damit auch eine indirekte Kühlung der heißen Schaltgase über die gekühlte Prallplatte 34 erfolgt. Weiterhin kann über die Prallplatte 34 der Kühlmittelstrom radial nach außen umgelenkt werden, so dass das Kühlmittel über die Kühlmedieneinblasöffnung laminar in die Schaltgasströmung eingekoppelt wird, so dass eine großflächige Kontaktierung von Schaltgas und Kühlmedium gewährleistet ist. Der vereinigte Strom von Schaltgas und Kühlmedium strömt nunmehr um die Kompressionseinrichtung radial geschichtet in Richtung der stirnseitig angeordneten Mündung des Auspuffkanals in dem zweiten endseitigen Überwurf 10 und strömt von dort in einen Zwischenraum zwischen Unterbrechereinheit 7 und einer Innenwandung des Kapselungsgehäuses 1. Der Auspuffkanal mündet in einer Stirnseite des Schaltgefäßes der Unterbrechereinheit 7.
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Nach dem Verlassen des Schaltgefäßes kann das Schaltgas sowie das komprimierte zusätzlich eingeblasene Isoliergas innerhalb des Kapselungsgehäuses 1 rekombinieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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