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Druckgas-Leistungsschalter Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckgas-Leistungsschalter
mit geschlossenem Gasumlauf, dessen Hochdruckkessel vollständig und dessen die Schaltkammern
enthaltender Niederdruckkessel mindestens teilweise gegen Wärmeverluste des Löschgases
thermisch isoliert sind und der eine Kühleinrichtung zur Abgabe der in den Schaltkammern
entstehenden Stromwärme an die umgebende Atmosphäre besitzt.
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Bekanntlich weisen manche Gase, die sich zur Lichtbogenlöschung eignen,
bei dem für die Löschung erforderlichen Gasdruck eine verhältnismäßig hohe Verflüssigungstemperatur
auf; diese beträgt z. B. 7° C für Schwefelhexafluorid (SFs) von 14 at. Zur Aufrechterhaltung
einer Minimaltemperatur, die das Löschgas im Betrieb nicht unterschreiten darf,
ist es deshalb mit Rücksicht auf die oft tiefere Umgebungstemperatur am Aufstellungsort
des Leistungsschalters notwendig, eine zeitweilige Beheizung des Löschgases vorzusehen.
Andererseits sind Maßnahmen zur Kühlung der Schaltkammer zu treffen, um die in diesen
erzeugte Wärme an die Umgebung abzuführen, damit die thermische Beanspruchung der
Schaltelemente eine festgelegte obere Grenze nicht überschreiten kann. Die gleichzeitige
Wirkung der Kühlung neben der Beheizung des Löschgases bringt es bei bekannten Druckgas-Leistungsschaltern
mit sich, daß die Heizenergie ungebührlich hoch ausfällt.
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Zu den bekannten Druckgas-Leistungsschalterndieser Art gehört eine
Ausführung, bei der im Fuß des Niederdruckkessels Heizelemente und ein Thermostat
eingebaut sind, die den innerhalb des Niederdruckkessels angeordneten Hochdruckbehälter
für das Löschgas auf der gewünschten Temperatur halten. Den Wärmeübergang auf den
Hochdruckbehälter vermittelt das im Niederdruckkessel gespeicherte Gas durch Konvektion.
Die Kühlung der Schaltkammer anderseits erfolgt durch Wärmeabgabe des Gases an die
Kühlfläche des Niederdruckkessels. Die von den Heizelementen aufzubringende Heizleistung
wird unter diesen Umständen wesentlich bestimmt durch die Kühlfläche des Niederdruckkessels
und des Kesselfußes sowie durch die Differenz zwischen der Temperatur des Löschgases
und der Umgebungstemperatur. Praktisch ist die Heizleistung annähernd proportional
der genannten Temperaturdifferenz.
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Bei einem anderen bekannten Druckgas-Leistungsschalter wird durch
ein thermisches Ventil Löschgas aus dem Hochdruckbehälter in den Niederdruckkessel
abgeblasen, wenn die Temperatur des Hochdruckbehälters unter einen vorgegebenen
Minimalwert absinkt. Auf diese Weise wird der Kompressor in Betrieb gesetzt und
ein Teil der Kompressionswärme zur Erhöhung der Temperatur des komprimierten, dem
Hochdruckbehälter zugeführten Gases verwendet. Auch bei dieser Lösung ist die erforderliche
Heizleistung der Temperaturdifferenz zwischen dem Löschgas und seiner Umgebung angenähert
proportional. Überdies hat diese Methode einen schlechten Wirkungsgrad, der den
Aufwand an Heizleistung noch mehr erhöht.
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Eine Verbesserung ergibt sich, wenn der Hochdruckkessel vollständig
und der Niederdruckkessel teilweise isoliert sind. Auf diese Weise wird der Druckgas-Leistungsschalter
vor zu großem Wärmeverlust, aber auch vor unerwünschter Wärmeeinstrahlung geschützt.
Um bei kühler Tages- oder Jahreszeit das Gas auf der notwendigen Betriebstemperatur
halten zu können, ist eine Heizungseinrichtung notwendig. Zur Abführung der erzeugten
Stromwärme, insbesondere bei SF,- Schaltern, muß auch eine Kühlmöglichkeit vorgesehen
werden, üblicherweise durch eine Kühlfläche am Niederdruckkessel. Da die Kühleinrichtung
weder abschalt- noch regelbar ist, bleibt sie dauernd wirksam, selbst wenn gerade
geheizt werden muß. Hinzu kommt noch, daß die Schalter nicht an die klimatischen
Verhältnisse des Aufstellungsortes angepaßt werden können, so daß sie gleichzeitig
für hohe Kühl- und hohe Heizleistung eingerichtet werden müssen. Die Heizleistung
steigt dadurch so an, daß normalerweise nicht genügend Strom für einen so hohen
Eigenbedarf zur Verfügung
steht und daher eine besondere Einrichtung
für die Deckung der Heizleistung vorgesehen werden muß.
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Die Erfindung hat zum Ziel, den Heizbetrieb eines derartigen Druckgas-Leistungsschalters
wirtschaftlicher zu gestalten, insbesondere die für die Aufrechterhaltung der minimal
zulässigen Temperatur des Löschgases benötigte Heizleistung auf das technisch erreichbare
Minimum herabzusetzen.
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Bei einem Druckgas-Leistungsschalter läßt sich erfindungsgemäß eine
Beschränkung der Heizleistung durch eine Kühleinrichtung mit konvektivem Wärmeübergang
erreichen, deren Kühlwirkung in Abhängigkeit von der Temperatur des Löschgases im
Niederdruckkessel regelbar ist. Auf diese Weise kann der Wärmeaustausch zwischen
den Schaltkammern und dem Gas im Niederdruckkessel und der Umgebung derart gesteuert
werden, daß nur von den Schaltkammern herrührende überschußwärme, jedoch keine von
den Heizkörpern erzeugte Wärme an die Umgebung abgegeben wird.
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Nachstehend werden an Hand der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher erläutert. F i g. 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung
je einen einpoligen Druckgas-Leistungsschalter mit innerer bzw. äußerer Regelung
der Konvektionskühlung.
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Die Grundkonzeption ist bei beiden Ausführungsbeispielen dieselbe.
In einem aufrecht stehenden Niederdruckkessel 1 sind zwei Schaltkammern 2 angeordnet,
die je eine Schalteinrichtung 3 enthalten. Auf der einen Seite weist der Niederdruckkessel
1 zwei Durchführungen 4 auf, welche die Leiter 5 für die Stromzufuhr zu den in Reihe
geschalteten Schalteinrichtungen 3 aufnehmen. Auf der gleichen Seite ist an den
Niederdruckkessel 1 der Hochdruckbehälter 6 für das Löschgas (z. B. SFs) angeflanscht,
mit dem die Schaltkammern 2 durch kurze, düsenförmige Rohrstücke 7 verbunden sind.
Der Hochdruckbehälter 6 ist durch eine Ummantelung 8 vollständig thermisch isoliert
und enthält einen Heizkörper 9 sowie einen Temperaturfühler 10. Im unteren Teil
des Niederdruckkessels 1 sind ebenfalls ein Heizkörper 11 und ein Temperaturfühler
12 angeordnet.
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In der Ausführungsform nach F i g. 1 ist auch der Niederdruckkessel
1 von einem Mantel 13 aus thermisch isolierendem Material vollständig umgeben. Auf
der dem Hochdruckbehälter 6 gegenüberliegenden Seite ist ein Luftkühler 14 an den
Niederdruckkessel 1 angeschlossen. In der Zuleitung zum Luftkühler 14 befindet sich
ein elektromagnetisch betätigbares Regelventil 15, das die durch Pfeile angedeutete
Gaszirkulation in Abhängigkeit von der im oberen Teil des Niederdruckkessels 1 herrschenden
Gastemperatur, die von einem Temperaturfühler 16 erfaßt wird, regelt. Der Luftkühler
14 ist so bemessen, daß er gerade imstande ist, bei höchster Umgebungstemperatur
und geöffnetem Regelventil 15 die Stromwärme der Schalteinrichtungen 3 an die Umgebung
abzuführen, so daß die Temperatur der Schaltelemente die zulässige Grenze nicht
überschreitet.
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Den ganzen Regelvorgang steuern drei Temperaturwächterrelais 17,18
und 19, von denen das Relais 17 durch den Temperaturfühler 16 beeinflußt wird und
beim überschreiten einer oberen Grenze der Gastemperatur im Niederdruckkessel anspricht.
Der Kontakt dieses Relais 17 schließt beim Ansprechen den Stromkreis eines Elektromagneten
20 zur Betätigung des Regelventils 15. Die Relais 18 und 19 stehen unter dem Einfuß
der Temperaturfühler 10 bzw. 12 und sprechen an, wenn die Gastemperatur im Hochdruckbehälter
6 bzw. im Niederdruckkessel 1 je einen unteren Grenzwert unterschreitet, wodurch
der betreffende Heizkörper 9 bzw.11 eingeschaltet wird. Jedes der Relais 17,18 und
19 arbeitet in einem bestimmten Temperaturbereich, d. h., sinkt bzw. steigt die
Temperatur nach dem Ansprechen eines Relais 17 bzw. 18,19 an der Meßstelle um beispielsweise
5° C, dann öffnet sich der Relaiskontakt wieder.
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Die Wirkungsweise der Temperaturregelung beim Druckgas-Leistungsschalter
nach F i g. 1 ist kurz folgende: Sofern die Umgebungstemperatur tief ist und in
den Schaltkammern 2 keine Stromwärme erzeugt wird, ist das Regelventil
15 geschlossen und dadurch der Wärmeaustausch mit der Umgebung auf ein Minimum
beschränkt. Mißt der Temperaturfühler 12 eine zu niedrige Temperatur, dann spricht
das Temperaturwächterrelais 19 an, wodurch der Heizkörper 11 eingeschaltet und demzufolge
die Temperatur der Schalteinrichtungen 3 erhöht wird. Bei zu niedriger Temperatur
im Hochdruckbehälter 6 schaltet das Temperaturwächterrelais 18 den Heizkörper 9
ein, so daß die Gastemperatur im Hochdruckbehälter wieder ansteigt.
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Wenn bei hoher Umgebungstemperatur und maximaler Stromwärmeentwicklung
die Gastemperatur im Niederdruckkessel die festgelegte obere Grenze erreicht, schaltet
das Temperaturwächterrelais 17 den Elektromagneten 20 ein, der das Regelventil 15
öffnet, wodurch sich der Wärmeaustausch mit der Umgebung auf ein Maximum einstellt.
Die Gastemperaturen an den Temperaturfühlern 10 und 12 haben bereits vor dem Erreichen
der Grenztemperatur am Temperaturfühler 16 die festgelegten Mindesttemperaturen
so weit überschritten, daß die Temperaturwächterrelais 18 und 19 die Heizkörper
9 und 11 abgeschaltet haben. Es wird also lediglich die in den Schaltkammern 2 entstehende
Stromwärme über den Luftkühler 14 an die Umgebung abgeführt.
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Die Ausführungsform nach F i g. 2 unterscheidet sich von derjenigen
nach F i g. 1 dadurch, daß an Stelle eines separaten Luftkühlers der Niederdruckkessel
l nur teilweise thermisch isoliert ist und die Oberfläche des nicht isolierten Teils
als Kühlfläche die Funktion des Luftkühlers übernimmt.
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Nach F i g. 2 weist der Niederdruckkessel 1 eine Ummantelung 21 aus
thermisch isolierendem Material auf, die von unten bis etwas über die Hälfte des
Kessels reicht. Den blanken Teil 22 des Niederdruckkessels 1 umgibt ein als Windschutz
dienendes Mantelrohr 23, das einen Kanal ringförmigen Querschnitts für die Kühlluftströmung
freiläßt. Die obere Öffnung des Mantelrohres 23 ist durch eine Belüftungsklappe
24 abgeschlossen, welche sich durch Erregen des Elektromagneten 20 abheben läßt.
Wie das Regelventil 15 in F i g. 1 hat die Belüftungsklappe 24 die Funktion, den
Wärmeaustausch zwischen dem Niederdruckkessel l und der Umgebung zu regeln.
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Im übrigen ist der Druckgas-Leistungsschalter nach F i g. 2 gleich
aufgebaut wie derjenige nach F i g. 1, und auch die Mittel zur Steuerung des Heiz-
und des Kühlsystems sind die gleichen.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen
Druckgas-Leistungsschalters besteht darin, daß die regelbare Kühleinrichtung nur
bei Bedarf in Tätigkeit gesetzt wird und daher die Kühlung nie der Heizung entgegenwirkt,
wenn diese eingeschaltet ist. Zusammen mit dem Umstand, daß der Schalter nun bestens
isoliert sein kann, ergibt sich eine bedeutende Verkleinerung des Wärmebedarfs,
und die notwendige Heizleistung weist eine Größenordnung auf, die im Rahmen des
ohnehin für andere Zwecke vorgesehenen Eigenbedarfs liegt, und zu ihrer Deckung
ist somit keine zusätzliche Einrichtung notwendig.