EP4024425B1

EP4024425B1 - Schaltvorrichtung mit beweglichem düsenelement

Info

Publication number: EP4024425B1
Application number: EP21217081.5A
Authority: EP
Inventors: Stefan Bernards; Christian AACH
Original assignee: Fritz Driescher KG Spezialfabrik fur Elektrizitatswerksbedarf & Co GmbH
Current assignee: Fritz Driescher KG Spezialfabrik fur Elektrizitatswerksbedarf & Co GmbH
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2024-10-09
Anticipated expiration: 2041-12-22
Also published as: EP4024425A1; EP4024425C0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung, insbesondere für Mittelspannungsschaltanlagen, mit einer gekapselten, ein Löschgas enthaltenden Schaltkammer, mit einem ersten Kontakt und einem zweiten Kontakt, die in der Schaltkammer angeordnet sind, wobei mindestens der erste Kontakt relativ zum zweiten Kontakt beweglich ist und die Kontakte miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden können, und mit einer Beblasungseinrichtung, die eine Düseneinrichtung mit zumindest einer Düse aufweist, zum Beblasen eines Bereichs, in dem sich beim Trennen der Kontakte ein Schaltlichtbogen ausbildet, mit dem Löschgas.
Lasttrennschalter und deren Kontakte sind bekannt und werden vielfach in Mittelspannungsschaltanlagen eingesetzt. Beim Trennen der Kontakte unter Last entstehen Schaltlichtbögen, die an den Kontakten thermische Schäden verursachen können. Aus diesem Grund wird der Kopf der Kontakte üblicherweise mit einem abbrandresistenten Material versehen. Als abbrandresistente Materialien eignen sich auf Grund des hohen Schmelzpunktes vor allem Wolfram und Wolfram enthaltende Legierungen. Doch auch Wolfram unterliegt nach einer Vielzahl von Schaltzyklen einem Verschleiß.
Daher ist man bestrebt, die auftretenden Lichtbögen so schnell wie möglich zu löschen. Dies gilt umso mehr, als sich mit zunehmender Dauer eines Schaltlichtbogens der Druck in der Löschkammer erhöht, was im Extremfall zu einem Platzen der Schaltkammer führen kann. Das ist unbedingt zu vermeiden.
Es gibt Lasttrennschalter, deren Kontakte in einer ein Isoliergas enthaltenden Löschkammer angeordnet sind, ebenso wie es Lasttrennschalter gibt, die vollständig in einem ein Isoliergas enthaltenden Kessel angeordnet sind. In beiden Fällen dient das Isoliergas als Löschgas dazu, einen Schaltlichtbogen, der sich beim Trennen zweier Kontakte zwischen den Kontakten aufzieht, schnell zu löschen. Um die Löschwirkung zu vergrößern, ist es bekannt, den Bereich, in dem sich ein Schaltlichtbogen ausbilden kann, während des Trennens der Kontakte mit dem Löschgas zu beblasen. Hierfür sind beispielsweise Schalterkonstruktionen bekannt, bei denen das Löschgas in einer Kompressionskammer während des Trennens komprimiert und durch Düsen in den Schaltlichtbogenbereich eingeblasen wird. Dadurch wird der Schaltlichtbogen gekühlt und die Länge seiner Wegstrecke erheblich verlängert, so dass er schneller erlischt.
JP H08 315697 A offenbart eine Schaltvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Unter einem Löschgas wird vorliegend ein Gas oder auch ein Gasgemisch verstanden. Als Löschgas wurde bislang wegen seiner sehr guten Isolationseigenschaften überwiegend Schwefelhexafluorid (SF₆) verwendet. SF₆ ist allerdings das stärkste bekannte Treibhausgas. Deshalb gibt es erhebliche Bemühungen, in elektrischen Schaltanlagen andere Isoliergase einzusetzen, die weniger klimaschädlich sind. Unter anderem gibt es Ansätze, SF₆ durch Gasgemische, die ein oder mehrere Fluornitrile oder Fluorketone enthalten, zu ersetzen. Allerdings haben diese Gasgemische meist den Nachteil, dass ihre Durchschlagseigenschaften schlechter sind und sie sich, anders als SF₆, unter Einwirkung eines Schaltlichtbogens auf Dauer chemisch zersetzen. Deshalb besteht die Gefahr, dass die bislang in den Schaltern verwendeten, auf Einsatz von Isoliergas basierenden Systeme zum Löschen von Schaltlichtbögen einen Schaltlichtbogen nicht ausreichend schnell löschen, so die Abschalt- und Löschbedingungen nicht mehr gegeben sind. Hinzu kommt, dass sich der Innendruck in der Schaltkammer durch die chemischen Zersetzungsprodukte mit jedem Schaltzyklus erhöht, so dass die Anzahl der Schaltzyklen, die ein Lasttrennschalter ausführen kann, begrenzt ist.
Unter einer Beblasungseinrichtung wird eine solche verstanden, die das Löschgas zum Beblasen des Bereichs, in dem sich ein Schaltlichtbogen an bzw. zwischen den Kontakten ausbilden kann, bereitstellt und in diesen Bereich einbläst. Bestandteile der Beblasungseinrichtung können insbesondere eine oder mehrere Düsen sowie eine Kammer, in der das Löschgas unter Druck zum Beblasen bereitgestellt wird, sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltvorrichtung mit verbesserten Lichtbogenlöscheigenschaften bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltvorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst durch mindestens ein relativ zu den Kontakten bewegliches Düsenelement, das zumindest teilweise die Düse bildet, wobei die Beweglichkeit des Düsenelements durch einen Anschlag begrenzt ist.
Mit einem relativ zu den Kontakten beweglichen Düsenelement wird es möglich, die Düse vergleichsweise nah an den Bereich heranzuführen, an dem sich ein Schaltlichtbogen am Kontakt ausbildet (im Folgenden der Einfachheit halber Schaltlichtbogenbereich genannt), oder die Düse nah an diesem Bereich auszubilden und das Düsenelement durch den mindestens einen Anschlag in einer optimierten Position zu halten. Dabei kann das Düsenelement die mindestens eine Düse vollständig beinhalten oder aber zusammen mit anderen Elementen, insbesondere mit Teilen eines der Kontakte, gemeinsam eine Düse bilden. Damit kann die Effektivität des Beblasens eines Schaltlichtbogens mit Löschgas deutlich erhöht werden. Mit dieser Optimierung wird es insbesondere möglich, im Schaltraum Löschgase zu verwenden, deren Löscheigenschaften weniger effizient als die von SF₆ sind.
Vorzugsweise, weil konstruktiv einfach und äußerst effektiv, ist das Düsenelement entlang eines der Kontakte beweglich geführt. Ist das Düsenelement eine Ringscheibe, kann ein als Kontaktstift ausgebildeter Kontakt als zentrale Führung dienen. Wenn der Anschlag dann nicht am Stiftkontakt selbst ausgebildet ist, sondern ein mit dem äußeren Bereich der Ringscheibe zusammenwirkender Anschlag ist, der Bestandteil einer Außenführung für die Ringscheibe ist, die im Bereich des Kontaktkopfes des Kontaktstifts wirkt, kann die Ringscheibe zum Zeitpunkt des Trennens etwas höher als der Kontaktkopf ausgebildet sein, so dass sich zwischen Ringscheibe und Kontaktstift ein Ringspalt bildet, durch den Löschgas auf den Kontaktkopf des Kontaktstiftes geblasen wird. Ringscheibe und Kontaktkopf wirken dann zusammen als Düse. Dabei kann die Form des Kontaktkopfs und auch die Gestaltung der Ringscheibe, insbesondere an ihrer dem Ringspalt zugeordneten Innenseite, für eine optimierte Düsenwirkung ausgebildet sein. So kann der Kontaktkopf vorzugsweise halbkugelförmig ausgebildet sein, kann aber im Querschnitt beispielsweise auch die Kontur eines halben Ovals aufweisen oder in anderer Weise für eine optimale Löschgasströmung optimiert sein.
Grundsätzlich ist es auch denkbar, das Düsenelement durch zwei oder mehrere Ringabschnitte auszubilden, die in der Schaltkammer verschwenkbar auf Höhe des Kontaktkopfes eines der Kontakte gelagert sind und während des Trennens der Kontakte in den Bereich des Kontaktkopfes geklappt werden, wo sie, gegebenenfalls zusammen mit dem Kontaktkopf, ähnlich wie die Düsenscheibe als Teil einer Düse wirken. Ebenso ist denkbar, dass das Düsenelement eine leichte Kugel ist, die beispielsweise innerhalb einer Kontakttulpe geführt ist und in einer Art Käfig außerhalb der Kontakttulpe einen Anschlag findet, wo sie während des Trennens der Schalter gehalten wird, so dass ein Löschgasstrom durch die Kugel in Zusammenwirken mit dem Tulpenkontakt selbst als Düse wirkt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung ist das Düsenelement innerhalb eines Bechers geführt, in dessen Boden mindestens ein Löschgaskanal zum Bereitstellen des Löschgases zum Beblasen des Schaltlichtbogenbereichs vorgesehen ist. Der Becher kann beispielsweise mit einer Hülse gebildet werden, die auf einem Boden der Schaltkammer sitzt und beispielsweise einen Kontaktstift umgibt. Die Hülse kann auch innerhalb eines Tulpenkontaktes auf dem Boden des Tulpenkontaktes angeordnet sein und zusammen mit dem Boden einen Becher bilden. Wenn durch den Löschgaskanal am Boden des Bechers Löschgas einströmt, wird das im Becher geführte Düsenelement durch das Löschgas in seine Position zum Beblasen des Schaltlichtbogenbereichs gefördert. Wenn der Becher vertikal angeordnet und der Boden des Bechers an seiner Unterseite ist, hebt das Löschgas das Düsenelement während des Trennens der Kontakte entgegen der Schwerkraft an. Sind die Kontakte voneinander getrennt, kann das Düsenelement wieder aufgrund der Schwerkraft zum Boden absinken.
Alternativ oder in Ergänzung hierzu können auch Mittel, beispielsweise Federelemente, vorgesehen sein, um das mindestens eine Düsenelement nach dem Trennen der Kontakte wieder in eine Ausgangsposition zurückzuziehen, und zwar insbesondere dann, wenn das Düsenelement in seiner Position zum Beblasen eines Schaltlichtbogenbereichs einem Schließen der Kontakte entgegensteht. Dies ist ganz unabhängig davon, ob die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung einen Becher aufweist oder nicht.
Es ist des Weiteren von Vorteil, wenn ein Anschlag für das Düsenelement an der zur Schaltkammer offenen Seite des Bechers angeordnet ist. Wenn der Anschlag nicht am Kontakt selbst angeordnet ist, ist es einfacher, den Anschlag so vorzusehen, dass das Düsenelement während des Trennens der Kontakte in etwa in der Höhe des Kontaktkopfes gehalten werden kann.
Im Prinzip ist es denkbar und möglich, das Löschgas zum Beblasen des Schaltlichtbogenbereichs aus einer Überdruckkammer oder durch ein Pumpensystem in die Schaltkammer einzubringen. Die Erfindung ist allerdings gekennzeichnet durch eine Löschkammer und einen Kolben, der die Löschkammer zumindest in eine Kompressionskammer und die Schaltkammer unterteilt, wobei die Kontakte in der Schaltkammer angeordnet sind und das Löschgas in der Kompressionskammer während des Trennens der Kontakte durch den Kolben komprimiert wird, und zumindest einen Löschgaskanal, über den während des Trennens der Kontakte der Düse Löschgas aus der Kompressionskammer zugeführt werden kann. Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung ist dann ein Selbstblasschalter.
Ist ein Becher zur Führung des Düsenelements vorgesehen, ist es bei einem erfindungsgemäßen Selbstblasschalter dann sinnvoll, wenn der Boden des Bechers durch den Kolben gebildet wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist im Düsenelement ein Löschgaskanal vorgesehen, der an einem der Kompressionskammer zugewandten Ende des Düsenelements beginnt und in mindestens einer Düse zum Beblasen des Schaltlichtbogenbereichs, in dem sich beim Trennen der Kontakte ein Schaltlichtbogen ausbildet, endet.
Das Düsenelement hat bei dieser Ausbildung (auch) die Funktion einer eigenständigen Düse zum Beblasen des Schaltlichtbogenbereichs.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Selbstblasschalters verschließt das Düsenelement in mindestens einer Position alle Löschgaskanäle des Kolbens gegenüber der Schaltkammer, und zwar insbesondere in der Zeit, in der die Kontakte des Schalters geschlossen sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Selbstblasschalters ist mindestens ein vorzugsweise während des Trennens der Kontakte verschließbarer Ausgleichskanal zwischen Schaltkammer und Kompressionskammer vorgesehen, über den eine Druckdifferenz zwischen Schaltkammer und Kompressionskammer abgebaut werden kann. Ein solcher Ausgleichskanal kann beispielsweise im Außenbereich des Kolbens vorgesehen und über eine verschiebbare Kolbendichtung verschließbar sein. Dabei kann der Kolben zumindest teilweise relativ zum Becher beweglich ausgebildet sein, wobei der Kolben relativ zum Becher eine erste Position einnehmen kann, in der der Ausgleichskanal geöffnet ist, und eine zweite Position einnehmen kann, in der der Ausgleichskanal verschlossen ist. So kann ein Teil des Kolbens beispielsweise als Ringscheibe ausgeformt sein, die den Becher zur Führung des Düsenelements umgibt und am Becher zwischen zwei Positionen geführt ist. In der Kolbenringscheibe können Durchgangslöcher vorgesehen sein, die in der ersten Position der Kupplungsringscheibe offen sind, so dass der Schaltraum und der Kompressionsraum fluidisch miteinander verbunden sind, und in der zweiten Position der Kupplungsringscheibe von einem am Becher ausgebildeten Abdichtungselement verschlossen sind.
Um zu vermeiden, dass beim Öffnen der Kontakte ein Unterdruck in einem Becher, beispielsweise einem Feldsteuerbecher, der den zweiten Kontakt umgibt, ein schnelles Öffnen der Kontakte bremst, ist es von Vorteil, wenn im Bodenbereich des Bechers Strömungsöffnungen vorgesehen sind, so dass Löschgas aus der Schaltkammer in den Becher einströmen kann, während die Kontakte voneinander getrennt werden.
Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung ist nicht nur zur Verwendung mit SF₆ als Löschgas, sondern insbesondere auch für den Einsatz von einem Löschgas, das ein Fluorketon und/oder ein Fluornitril enthält, geeignet.
Außerdem eignet sich die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung für den Einsatz als Lasttrennschalter, insbesondere für Mittelspannungen im Bereich von 1 bis 52 kV.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, näher erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung mit Düsenscheibe in geschlossener Schaltstellung;
Fig. 2 a: einen vergrößerten Ausschnitt der in Fig. 1 dargestellten Schaltvorrichtung in geschlossener Stellung;
Fig. 2b: einen vergrößerten Ausschnitt der in Fig. 1 dargestellten Schaltvorrichtung in einer ersten Stellung während des Trennens;
Fig. 2c: einen vergrößerten Ausschnitt der in Fig. 1 dargestellten Schaltvorrichtung in einer zweiten Stellung während des Trennens;
Fig. 2d: einen vergrößerten Ausschnitt der in Fig. 1 dargestellten Schaltvorrichtung in einer dritten Stellung während des Trennens;
Fig. 2e: einen vergrößerten Ausschnitt der in Fig. 1 dargestellten Schaltvorrichtung in geöffneter Stellung;
Fig. 2f: einen vergrößerten Ausschnitt der in Fig. 1 dargestellten Schaltvorrichtung in einer Stellung während des Schließens
Fig. 3a: einen Längsschnitt durch eine andere erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in einer ersten Stellung während des Trennens;
Fig. 3b: die in Fig. 3a dargestellte erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in einer zweiten Stellung während des Trennens;
Fig. 3c: die in Fig. 3a dargestellte erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in einer Stellung während des Schließens.

In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer Lasttrennschalter in geschlossener Schaltstellung abgebildet. Der Lasttrennschalter weist eine gekapselte, ein Löschgas enthaltende Löschkammer 1 auf. In der Löschkammer 1 sind ein unterer, beweglicher Kontakt mit einem Kontaktstift 2 und ein oberer, feststehender Kontakt angeordnet. Der feststehende Kontakt weist einen innerhalb eines Feldsteuerbechers 3 angeordneten Tulpenkontakt 4 auf. Am dem unteren, dem beweglichen Kontakt zugewandten Ende des Feldsteuerbechers 3 ist ein Lichtbogenkontakt 3a aus einem abbrandresistenten Material vorgesehen. Außerdem sind im bodennahen Bereich des Feldsteuerbechers seitliche Strömungsöffnungen 3b vorgesehen. Der Kontaktstift 2 ist am oberen Ende eines Bolzens 5 angeordnet, der durch die Bodenwand 6 der Löschkammer 1 hindurchgeführt ist und dessen unteres Ende einen ersten Schalterpol 7 bildet. Der Tulpenkontakt 4 ist mit einem außerhalb der Löschkammer 1 angeordneten Schalterpol 8 elektrisch verbunden.
Beide Kontakte sind konzentrisch zu einer Längsachse L angeordnet, in deren Richtung der Bolzen 5 axial beweglich ist, so dass der Kontaktstift 2 in den Tulpenkontakt 4 eingeführt werden kann, um eine leitende Verbindung herzustellen, und Kontaktstift 2 und Tulpenkontakt 4 wieder voneinander getrennt werden können. Der Kopf des Kontaktstiftes weist einen halbkugelförmigen Kontaktkopf 9 aus einem abbrandresistenten Material auf.
Am Übergang des Bolzens 5 zum Kontaktstift 2 ist eine Schulter ausgebildet, auf der ein Kolben 12 sitzt. Der Kolben 12 trennt die Löschkammer in eine Schaltkammer 13, in dem Kontaktstift 2 und Tulpenkontakt 4 angeordnet sind, und einen Kompressionsraum 14. Der Kolben 12 ist mit einer Hülse 15 verbunden, die sich konzentrisch um den Kontaktstift 2 herum erstreckt und diesen überragt. Der Innendurchmesser der Hülse 15 ist derart, dass sie den Feldsteuerbecher 3 umschließt, wenn der Kontaktstift 2 in den Tulpenkontakt 4 eingeführt ist.
Der Kolben 12 wird mit einem beweglichen Kolbenring 16 zur Innenwand der Löschkammer 1 abgedichtet. Weiterhin wirkt der Kolbenring 16 als Ventilverschluss für Ausgleichskanäle 17, die am äußeren Umfang des Kolbens 12 angeordnet sind. Darüber hinaus sind Löschgaskanäle 18 im Kolben 12 nahe dem Bolzen 5 als fluidische Verbindung von Kompressionsraum 14 und Innenraum der Hülse 15 vorgesehen.
Die Hülse 15 bildet zusammen mit dem durch den Kolben 12 gebildeten Boden eine Art Becher, in dem eine den Kontaktstift 2 umschließende Düsenringscheibe 19 geführt ist, deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser des Kontaktstifts 2 und deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Hülse entspricht. In eingeschaltetem Zustand liegt die Düsenringscheibe 19 im Bereich des Bodens des Bechers auf den Löschgaskanälen 18 auf und deckt sie im eingeschalteten Zustand des Lasttrennschalters ab. Die Hülse 15 weist an ihrem oberen Ende eine radial einwärts gewandte Krempe 15a auf, die eine axiale Bewegung der Düsenringscheibe 19 nach oben begrenzt. Die Düsenringscheibe 19 dient als Abdeckung des Lichtbogenkontakts 4 zu Beginn der Schaltbewegung und zur Steuerung und Konzentration des Löschgasstroms während des Trennvorgangs auf einen Bereich der Lichtbogenzone zwischen Kontaktkopf 9 des beweglichen Kontakts und dem Lichtbogenkontakt 3a des feststehenden Kontakts.
Der dargestellte Lasttrennschalter arbeitet nach dem Prinzip eines Blaskolbenschalters als Selbstblasschalter.
In den Figuren 2a - 2f ist die Funktionsweise des in Figur 1 dargestellten Lasttrennschalters dargestellt.
In Figur 2a befindet sich der Lasttrennschalter in eingeschaltetem Zustand. Der Kontaktstift 2 ist in den Tulpenkontakt 4 eingeführt. Der bewegliche Kolbenring 16 liegt im unteren Ende einer umlaufenden Nut im Kolben 12 und die Ausgleichskanäle 17 von der Kolbenoberseite zu Kolbenunterseite sind geöffnet. Die bewegliche Düsenringscheibe 19 liegt auf den Löschgaskanälen 18 des Kolbens 12 auf und verschließt sie.
Zur Kontakttrennung bewegt sich der Kontaktstift 2, wie in Figur 2b mit einem Pfeil im Bolzen 5 dargestellt, nach unten aus dem Tulpenkontakt 4 heraus. Durch diese Bewegung verschiebt sich der Kolbenring 16 ans obere Ende der umlaufenden Nut im Kolben 12 und verschließt so die Ausgleichskanäle 17. Das Löschgasvolumen im Kompressionsraum wird komprimiert, und durch den Überdruck wird die bewegliche Düsenscheibe 19 in der Hülse 15 angehoben und gegen den Lichtbogenkontakt 3a gepresst. Durch Passung von Hülse 15 und Düsenscheibe 19 wird eine Strömung von Löschgas aus der Kompressionskammer zum Kontaktkopf 9 des beweglichen Kontakts zunächst verhindert. Der Weg der Strömung des Löschgases ist in den Figuren 2b bis 2d und 2f durch Pfeile angezeigt.
Sobald der Kontaktkopf 9 mit seiner Kontaktfläche den Lichtbogenkontakt 3a passiert, zündet ein Lichtbogen zwischen dem Kontaktkopf 9 und dem Lichtbogenkontakt 3a. Nahezu gleichzeitig bildet sich ein Ringspalt zwischen der Innenfläche der beweglichen Düsenringscheibe 19 und dem Kontaktkopf 9 aus. In Figur 2c ist zu sehen, wie in der Folge das Löschgas von der Kompressionskammer in die Schaltkammer strömt. Die Strömung verläuft durch die Löschgaskanäle 18, entlang des Kontaktstiftes 2, durch den Ringspalt zwischen der beweglichen Düsenringscheibe 19 und dem Kontaktkopf 9, am Lichtbogenkontakt 3a vorbei in den Tulpenkontakt 4 hinein und aus oberen Strömungsöffnungen 3b im Feldsteuerbecher 3 heraus. Die Düsenringscheibe 19 wird dabei von der Löschgasströmung an die Krempe 15a der Hülse 15 angedrückt, so dass ihre Position in Bezug zum Kontaktkopf 9 fixiert ist. Die Düsenwirkung ist dabei im Bereich des Kontaktkopfes besonders hoch.
Figur 2d zeigt den gleichen Lasttrennschalter in weiter vorangeschrittener Trennbewegung. Über den gesamten Schaltweg erfolgt eine konzentrierte Strömung des Löschgases entlang dem oben beschriebenen Weg. Ein erneutes Zünden des Lichtbogens nach seiner Löschung wird dadurch so lange verhindert, bis die Trennstrecke zwischen den Kontakten ausreichend groß für eine dauerhafte Spannungsfestigkeit ist.
Figur 2e zeigt den Lasttrennschalter in ausgeschaltetem Zustand. In diesem Zustand ist die maximale Trennstrecke zwischen den Kontakten erreicht und die Druckdifferenz zwischen der Kolbenoberseite und der Kolbenunterseite wurde durch die Löschgasströmung ausgeglichen. Durch den ausbleibenden Staudruck an der beweglichen Düsenringscheibe 19 fällt diese durch ihr Eigengewicht innerhalb der Hülse 15 nach unten und verschließt die Löschgaskanäle 18 wieder.
Bei der in Figur 2f beginnenden Einschaltbewegung bewegt sich der Bolzen 5 samt Kontaktstift in Richtung des feststehenden Tulpenkontakts 4. Dadurch verschiebt sich Kolbenring 16 ans untere Ende der umlaufenden Nut des Kolbens 12, und die Ausgleichskanäle 17 öffnen sich. Durch das von dem Kolben 12 verdrängte Löschgasvolumen beim Einschalten erhöht sich der Druck in der Schaltkammer und es bildet sich eine Löschgasströmung durch die Ausgleichskanäle 17 in die Kompressionskammer aus. Am Ende dieser Bewegung ist der Lasttrennschalter wieder eingeschaltet und der Löschgasdruck in Schaltkammer und Kompressionskammer ist ausgeglichen.
In der in Figur 3a dargestellten bevorzugten Ausführungsform des Selbstblasschalters, weist der Kolben 12 eine Kolbenringscheibe 20 und eine Kupplungsringscheibe 21 auf. Der Kolben 12 wird mittels der Kolbenringscheibe 20 zur Innenwand der Löschkammer 1 abgedichtet. Die Kupplungsringscheibe 21 ist im Inneren der Kolbenringscheibe 20 angeordnet und sitzt auf einer am Übergang des Bolzens 5 zum Kontaktstift 2 ausgebildeten Schulter. Ferner ist die Kupplungsringscheibe 21 mit der Hülse 15 verbunden, sodass die Hülse 15 und die Kupplungsringscheibe 21 einen Becher ausbilden, wobei zumindest ein Teil der Kupplungsringscheibe 21 die Hülse 15 an der Außenfläche derart überragt, dass an dem Becher eine Krempe 21a ausgebildet ist. Der Innendurchmesser der Kolbenringscheibe 20 ist größer als der Außendurchmesser des Bolzens 5, so dass der lichte Bereich zwischen Bolzen 5 und Kolbenringscheibe 20 als Ausgleichskanal dient. Der Becher wirkt dann als Ventilschluss für den Ausgleichskanal. Hierfür kann die Kupplungsringscheibe 21 an der Unterseite ein nicht dargestelltes Dichtungselement aufweisen.
Im Bereich des oberen inneren Rands der Kolbenringscheibe 20 sind in Umfangsrichtung Rastnasenstifte 22 ausgebildet, die mit der Krempe 21a des Bechers zusammenwirken, sodass der Becher und die Kolbenringscheibe 20 verbunden sind und die Kolbenringschiebe 20 relativ zum Becher entlang einer vorgegebenen Strecke axial beweglich geführt ist. Dadurch wird die Kolbenringscheibe 20 bei einer Bewegung der Kupplungsringscheibe 21 von dieser mitgenommen, wobei sie relativ zum Becher zwei Endpositionen einnehmen kann. In der ersten Endposition sind die Ausgleichskanäle 17 geöffnet. In der zweiten Endposition liegt die Kupplungsringscheibe 21 derart an einer an der Kolbenringscheibe 20 ausgebildeten Dichtungsfläche 20a an, dass die Ausgleichskanäle 17 verschlossen sind.
Sinnvollerweise sind mindestens drei, vorzugsweise 5 oder 7 Rastnasenstifte 22, vorgesehen, die umlaufend gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Es kann aber auch eine gerade Anzahl von Rastnasenstiften vorgesehen sein, und die Verteilung muss nicht zwingend gleichmäßig sein.
Figur 3a zeigt den Lasttrennschalter während der Kontakttrennung, wobei der Kontaktstift 2 durch den Bolzen 5, wie mit dem Pfeil dargestellt, nach unten bewegt wird. Durch die Bewegung des Bolzens 5 und den dadurch im Kompressionskammer 14 entstehenden Überdruck verschiebt sich der vor Kontakttrennung in der ersten Endposition befindliche Kolbenscheibenring 20 in die zweite Endposition und verbleibt in dieser Position während der kompletten Trennbewegung. In dieser Position nimmt der Becher die Kolbenringscheibe 20 bei seiner Bewegung mit, sodass der Kolben 12 das Löschgasvolumen in dem Kompressionskammer 14 komprimiert, wodurch in diesem ein Überdruck entsteht. Durch den Überdruck werden die Kolbenringscheibe 20 mit der Dichtungsfläche 20a und die Kupplungsringscheibe 21 derart aneinander gedrückt, dass der durch den zentralen Bereich der Kolbenringscheibe 20 gebildete Ausgleichskanal verschlossen ist. Gleichzeitig strömt das Löschgas durch die Löschgaskanäle 18, sodass die bewegliche Düsenscheibe 19 in der Hülse durch den Überdruck angehoben und gegen den unteren Rand des Lichtbogenkontakts 3a gepresst wird, wobei das Löschgas zunächst noch nicht in die Schaltkammer 13 strömt. Figur 3b zeigt den gleichen Lasttrennschalter in weiter vorangeschrittener Trennbewegung. Zwischen der Innenfläche der beweglichen Düsenringscheibe 19 und dem Kontaktkopf 9 ist ein Ringspalt ausgebildet, sodass das Löschgas in die Schaltkammer 13 strömt, wie durch die Pfeile dargestellt ist.
In Figur 3c ist eine beginnende Einschaltbewegung dargestellt, bei der sich der Bolzen 5 in Richtung des feststehenden Tulpenkontakts 4 bewegt. Aufgrund des sich dabei in der Schaltkammer 13 ausbildenden Überdrucks wird die Kolbenringscheibe 20 in Richtung ihrer ersten Endposition bewegt. Dadurch wird zwischen Kolbenringscheibe 20 und Kupplungsringscheibe 21 ein Spalt freigegeben, sodass das Löschgas, wie durch den Pfeil dargestellt, in die Kompressionskammer 14 strömen kann.

Bezugszeichen

1: Löschkammer
2: Kontaktstift
3: Feldsteuerbecher
3a: Lichtbogenkontakt
3b: Strömungsöffnungen
4: Tulpenkontakt
5: Bolzen
6: Boden der Löschkammer
7: erster Schalterpol
8: zweiter Schalterpol
9: Kontaktkopf
12: Kolben
13: Schaltkammer
14: Kompressionskammer
15: Hülse
15a: Krempe
16: Kolbenring
17: Ausgleichskanäle
18: Löschgaskanäle
19: Düsenringscheibe
20: Kolbenringscheibe
20a: Dichtungsfläche
21: Kupplungsringscheibe
21a: Krempe
22: Haken

Claims

Schaltvorrichtung, insbesondere für Mittelspannungsschaltanlagen, mit einer gekapselten, ein Löschgas enthaltenden Schaltkammer (13), mit einem ersten Kontakt und einem zweiten Kontakt, die in der Schaltkammer (13) angeordnet sind, wobei mindestens der erste Kontakt relativ zum zweiten Kontakt beweglich ist und die Kontakte miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden können, und mit einer Beblasungseinrichtung, die eine Düseneinrichtung mit zumindest einer Düse aufweist, zum Beblasen eines Bereichs, in dem sich beim Trennen der Kontakte ein Schaltlichtbogen ausbildet, mit dem Löschgas, und mit mindestens einem relativ zu den Kontakten beweglichen Düsenelement, das zumindest teilweise die Düse bildet, wobei die Beweglichkeit des Düsenelements mindestens durch einen Anschlag begrenzt ist gekennzeichnet durch eine Löschkammer (1) und einen Kolben (12), der die Löschkammer (1) zumindest in eine Kompressionskammer (14) und die Schaltkammer (13) unterteilt, wobei die Kontakte in der Schaltkammer (13) angeordnet sind und das Löschgas in der Kompressionskammer (14) während des Trennens der Kontakte durch den Kolben (12) komprimiert wird, und zumindest einen Löschgaskanal (18), über den der Düse während des Trennens der Kontakte Löschgas aus der Kompressionskammer (14) zugeführt werden kann.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine bewegliche Düsenelement entlang eines der Kontakte geführt ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Düsenelement platten- oder scheibenartig ausgebildet und insbesondere eine Ringscheibe (19) ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt, an dem das Düsenelement geführt ist, ein Kontaktstift (2) ist und mit dem Düsenelement mindestens zu einem Zeitpunkt während des Trennens der Kontakte als Düse zusammenwirkt, wobei ein Kontaktkopf (9) des Kontaktstiftes (2) vorzugsweise halbkugelförmig ist.
Schaltvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement innerhalb eines Bechers geführt ist, in dessen Boden mindestens ein Löschgaskanal (18) zum Bereitstellen des Löschgases zum Beblasen des Bereichs, in dem sich beim Trennen der Kontakte ein Schaltlichtbogen ausbildet, vorgesehen ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Anschlag für das Düsenelement an der zur Schaltkammer offenen Seite des Bechers.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des Bechers durch den Kolben (12) gebildet ist.
Schaltvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Löschgaskanal im Düsenelement, der vorzugsweise an einem der Kompressionskammer (14) zugewandten Ende des Düsenelements beginnt und in mindestens einer Düse zum Beblasen des Bereichs, in dem sich beim Trennen der Kontakte ein Schaltlichtbogen ausbildet, endet.
Schaltvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement in mindestens einer Position alle Löschgaskanäle (18) des Kolbens (12) gegenüber der Schaltkammer (13) verschließt.
Schaltvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen vorzugsweise während des Trennens der Kontakte verschließbaren Ausgleichskanal (17) zwischen Schaltkammer (13) und Kompressionskammer (14), über den eine Druckdifferenz zwischen Schaltkammer (13) und Kompressionskammer (14) abgebaut werden kann.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 10, der auf einen der Ansprüche 5 oder 6 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12) zumindest teilweise relativ zum Becher beweglich ist, wobei der Kolben (12) relativ zum Becher eine erste Position einnehmen kann, in der der Ausgleichskanal (17) geöffnet ist, und eine zweite Position einnehmen kann, in der der Ausgleichskanal (17) verschlossen ist.
Schaltvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kontakt über einen Becher, insbesondere einen Feldsteuerbecher (3) verfügt, in dessen Bodenbereich Strömungsöffnungen (3b) vorgesehen sind.
Schaltvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschgas ein Fluorketon und/oder ein Fluornitril enthält.
Schaltvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Lasttrennschalter ist.