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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsschalter, insbesondere
im Bereich der Mittelspannungsebene, mit gegeneinander relativ beweglichen
Kontakten und einem Gas zu Isolierzwecken.
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In
der nicht vorveröffentlichten
DE 101 31 018 A1 ist
ein Leistungsschalter mit Autokompressionskammer vorbeschrieben,
bei dem mit Hilfe eines Drucksteuerelementes verbesserte Schaltergebnisse
erzielt werden. Dabei wird dort im Einzelnen ausgeführt, dass
ein Lichtbogen im natürlichen
Stromnulldurchgang dadurch verlöscht,
dass er infolge einer starken Druckentwicklung in der Autokompressionskammer
stark beblasen wird, was schließlich
zur Deionisierung der Schaltstrecke führt. Bei großen Strömen im zweistelligen
kA-Bereich setzt durch die ausgeprägte Rotation des Lichtbogens
und damit des gesamten in der Autokompressionskammer befindlichen
Gases eine Strömung
aus dem Bereich außerhalb
der Autokompressionskammer in den Bereich innerhalb der Autokompressionskammer über eine
Saugwirkung ein. Hierzu ist die Autokompressionskammer mit einer
zusätzlichen Öffnung,
beispielsweise in Form eines Ringspaltes am Schaltbolzen, versehen,
durch die Gas in die Kammer eindringen kann.
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Es
hat sich gezeigt, dass ein Stromgrenzwert existiert, mit dessen Überschreiten
die Saugwirkung einsetzen sollte. Die Saugwirkung ist unmittelbar
gekoppelt an die Rotationsgeschwindigkeit des Gases bzw. des Lichtbogens
in der Autokompressionskammer, während
die Rotationsgeschwindigkeit des Lichtbogens wiederum direkt vom
Lichtbogenstrom abhängt.
Diese Gasrotation erzeugt durch zentrifugalbedingte Gasverdrängung im
Bereich der Rotationsachse einen Unterdruck relativ zum Druck des Außenbereiches
der Autokompressionskammer.
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Der
Unterdruck ist die Hauptursache für die Saugwirkung. Liegt der
Strom unterhalb des genannten Grenzwertes, ist die Gasgeschwindigkeit
gering für
die Ausbildung des Unterdruckes, so dass infolge der immer vorhandenen
Aufheizung des Gases in der Autokompressionskammer durch den Lichtbogen
ein Überdruck
in der Kammer relativ zum Druck im Außenbereich der Kammer herrscht.
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Letzterer Überdruck
hat bei kleineren Strömen
unterhalb des beschriebenen Grenzwertes immer einen Gasverlust aus
dem Kammervolumen durch die beschriebene Zusatzöffnung zur Folge. Der Gasverlust
kann im "worst case" dazu führen, dass die
Gasdichte in der Kammer beim Erreichen des natürlichen Stromnulldurchganges
nicht mehr ausreicht, wodurch Schaltversager auftreten können.
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In
der
DE 101 31 018
A1 wird bereits ausgeführt,
dass ein Ventilelement, das durch Druckverhältnisse steuerbar ist, die
Zusatzöffnung
verschließen
kann, so lange in der Autokompressionskammer ein Überdruck
herrscht. Die Zusatzöffnung
wird dann freigegeben, wenn der Druck in der Autokompressionskammer
lokal unter den Umgebungsdruck absinkt.
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Des
Weiteren wird in der
EP
0 800 191 A2 ein Leistungsschalter beschrieben, bei dem
zur Kontaktierung ein verschiebbarer Schaltbolzen zwischen zwei
Festkontakten vorhanden ist. Über
eine verschließbare
Leitung kann dabei ein Löschmedium zugeführt werden.
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Ausgehend
vom Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, bei einem Leistungsschalter mit über eine
Zusatzöffnung
verbundenen Gasräumen
Mittel anzugeben, mit denen das Verschließen und die Freigabe der Zusatzöffnung automatisiert
erfolgen kann.
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Die
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch
die Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Mit
der Erfindung ist es nunmehr möglich,
die gemäß der
DE 101 31 018 A1 vorgesehene
zusätzliche Öffnung nach
Bedarf zu verschließen
oder zu öffnen.
Insbesondere für
den Fall, dass die Öffnung eine
Ringöffnung
um den Schaltbolzen ist, kann das Ventilelement in einfacher Weise
durch ein Ringplättchen
realisiert sein, das durch den in die Autokompressionskammer eintauchenden
beweglichen Schaltbolzen angebracht ist. Die träge Masse eines solchen Plättchens
muss gering sein, so dass es den infolge Druckänderungen auftretenden beschleunigenden Kräften im
Schalter unmittelbar folgen kann. Dies ist notwendig, damit die
Ventilwirkung in den relevanten Zeitabschnitten im Millisekunden-Bereich
eintreten kann.
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Mit
der weiteren Erfindung wird also der Gegenstand des Hauptpatentes
in sachgerechter Weise weitergebildet, wobei praktische Erprobungen
die Funktionsfähigkeit
der konstruktiven Ausbildung gezeigt haben.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispieles
anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Dazu
wird im Wesentlichen auf die
1 der
DE 101 31 018 A1 Bezug
genommen. Die nachfolgend beschriebene Figur zeigt ein ergänztes Beispiel mit
geeignetem Ventilelement.
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In
der Figur ist beispielhaft der obere Teil einer im Zusammenhang
mit Autokompressionsschaltern an sich bekannten Schaltkammer 10 dargestellt. Die
Schaltkammer 10 umschließt als Gehäusewandung 104 ein
Volumen derart, dass eine Autokompressionskammer aus Isoliermaterial
gebildet wird. Innerhalb der Schaltkammer 10 befinden sich
ein beweglicher Kontakt 101, ein feststehender Kontakt und
ein Mittel zur Magnetfelderzeugung, welche beiden letzteren Elemente
in der oberen Teilfigur nicht dargestellt sind.
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Im
oberen Teil der Gehäusewandung 104 mit abschließendem Deckel 109 taucht
der Schaltbolzen 101 mit beweglichem Schaltkontakt ein,
welcher axial verschiebbar ist. Um den Schaltbolzen 101 ist
ein Ringschlitz 107 gebildet, durch den die strömungstechnische
Verbindung der Gehäusewandung 104 der
Autokompressionskammer mit der Umgebung erreicht wird.
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In
der Figur ist die Stirnwand 109 ringförmig um den Schaltbolzen 101 so
ausgestellt, dass durch Teilelemente 305, 310 und 311 ein
separates Teilvolumen 320 umschlossen ist. In diesem Teilvolumen 320 ist
ein Ringplättchen
zwischen zwei Anschlägen 310 und 311 angeordnet,
so dass es durch axiale Verschiebung in zwei Endpositionen haltbar
ist.
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In
der Figur wird das Ventilelement also durch das bewegliche Plättchen 300 realisiert,
das beispielsweise als Ring um den in die Autokompressionskammer
eintauchenden beweglichen Schaltbolzen 101 angebracht ist.
Das Plättchen 300 ist
aus einem leichten, elektrisch nicht leitendem Material gefertigt,
beispielsweise aus thermoplastischem, duroplastischem oder auch
aus andersartigem Kunststoff. Seine träge Masse muss so gewählt sein,
dass es den infolge Druckänderungen
auftretenden beschleunigenden Kräften
im Schalter nahezu instantan folgen kann, damit die Ventilwirkung
in den für den
Schalter relevanten Zeitabschnitten im Millisekunden-Bereich eintreten
kann.
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Das
Plättchen 300 bewegt
sich im zusätzlichen,
beispielsweise in den Deckel 109 der Autokompressionskammer
integrierten Raum 320, der vorteilhafterweise die vergrößerte Außenkontur
des Plättchens 300 einnimmt.
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Der
axiale Weg des Plättchens 300 entlang des
Schaltbolzens 101 und damit der Raum, in dem sich das Plättchen 300 bewegt,
ist in beiden möglichen
Richtungen durch Anschläge 310, 311 begrenzt.
In Richtung der Umgebung ist der obere Anschlag 310 durchgehend.
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Fertigungstechnisch
kann der Anschlag 310 in Richtung der Umgebung vorteilhafterweise – wie auch
der gesamte Raum, in dem sich das Plättchen 300 bewegt – unmittelbar
Bestandteil des beispielsweise spritztechnisch hergestellten Deckels 109 der Autokompressionskammer
mit Gehäusewandung 104 sein.
Der Anschlag in Richtung Autokompressionskammer kann durch nachträgliches
Einbringen von zusätzlichen
Elementen, beispielsweise durch Klebung oder Schnappverbindungen
realisiert werden.
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Es
hat sich gezeigt, dass mit der beschriebenen Autokompressionskammer
der Schalter wesentlich verbessert wird. Funktionsmäßig herrscht
in der Autokompressionskammer 104 relativ zur Umgebung
ein Überdruck.
Das Plättchen 300 wird
durch den Überdruck
gegen den Anschlag 310 in Richtung Umgebung getrieben und
verschließt
die Autokompressionskammer 104 nahezu hermetisch. Der ohne das
Ventilelement 300 ansonsten auftretende Gasverlust, der
bei kleinen Strömen
ansonsten zu Schaltversagern führen
könnte,
wird somit vollständig
vermieden.
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In
einer anderen Schaltphase herrscht innerhalb der Autokompressionskammer
relativ zur Umgebung ein Unterdruck. Das Plättchen 300 wird durch den
Unterdruck gegen den inneren Anschlag 311 gezogen und gibt
die Zusatzöffnung
frei. Gas kann um das Plättchen 300 herum
durch den Raum, in dem sich das Plättchen bewegt, in die Autokompressionskammer 104 gesaugt
werden. Damit tritt der gewünschte
Effekt der durch Saugwirkung unterstützten Lichtbogenlöschung ein.