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WO2005062330A1 - Löschkammer und hochleistungsschalter mit starker lichtbobenbeblasung - Google Patents

Löschkammer und hochleistungsschalter mit starker lichtbobenbeblasung Download PDF

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Publication number
WO2005062330A1
WO2005062330A1 PCT/CH2004/000740 CH2004000740W WO2005062330A1 WO 2005062330 A1 WO2005062330 A1 WO 2005062330A1 CH 2004000740 W CH2004000740 W CH 2004000740W WO 2005062330 A1 WO2005062330 A1 WO 2005062330A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
volume
compression
expansion
compression volume
switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/CH2004/000740
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Nohl
Timo Kehr
Oliver Cossalter
Michael Pohle
Joachim Stechbarth
Cornelia Zachaeus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Technology AG filed Critical ABB Technology AG
Publication of WO2005062330A1 publication Critical patent/WO2005062330A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H33/91—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism the arc-extinguishing fluid being air or gas
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    • H01H2033/908—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism using valves for regulating communication between, e.g. arc space, hot volume, compression volume, surrounding volume
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    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H33/901—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism making use of the energy of the arc or an auxiliary arc
    • H01H33/903—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism making use of the energy of the arc or an auxiliary arc and assisting the operating mechanism

Definitions

  • the invention relates to the field of high-performance switch technology. It relates to an arcing chamber according to the preamble of claim 1 and a corresponding high-performance switch.
  • Such an arcing chamber and a corresponding high-performance switch are known, for example, from published patent application DE 1 95 36 673 AI.
  • This switch has at least one cylindrical quenching chamber which is provided with a fixed contact, with a movable contact and with an extinguishing zone between the two contacts.
  • a shaft of the movable contact is firmly connected to a heating volume which is closed on the fixed contact side by an insulating nozzle penetrated by at least one heating channel.
  • the quenching chamber has a first compression volume, which is operatively connected to the heating volume and a second compression volume. Between The first and the second compression volume are provided with a movable auxiliary piston which is connected to the movable contact via a deflection device.
  • the auxiliary piston is moved antiparallel to the direction of movement of the movable contact piece, so that the first compression volume is initially compressed, while the second compression volume sucks in clean extinguishing gas.
  • the auxiliary piston is then moved parallel to the direction of movement of the movable contact piece, so that the first compression volume is supplied with clean extinguishing gas from the second compression volume. This will strengthen
  • the high-performance switch described has the disadvantage that it requires a deflection device to achieve the relatively complicated auxiliary piston movement.
  • strong blowing of the arc and thus a more reliable switching, even in difficult switching cases, are to be achieved, without the need for a deflection device.
  • the blowing should take place using as clean a gas as possible.
  • the quenching chamber according to the invention for a high-performance circuit breaker is filled with an extinguishing gas and has:
  • first contact piece and a second contact piece at least one of which is a movable contact piece and which are movable relative to one another by means of a drive
  • the expansion volume allows an effective enlargement of the extinguishing gas available for blowing the arc, which is located in the two compression volumes. Because the total volume formed by the two compression volumes does not have to be constant, but can decrease during a switch-off process in favor of the expansion volume.
  • the expansion volume can advantageously be connected to a reservoir volume (tank volume) or an outflow channel, so that an increase in the expansion volume during a switch-off process does not represent any appreciable additional load for a drive that drives the movable contact piece.
  • the expansion volume and the second compression volume are arranged in such a way that a volume change in the second compression volume brings about an opposite, equal volume change in the expansion volume.
  • the expansion volume and the second compression volume can share the same space (the same total volume), and a piston of a piston-cylinder arrangement including the expansion volume can be identical to a piston of a piston-cylinder arrangement including the second compression volume. This enables a simple construction of the arcing chamber. And the arcing chamber can have a small construction volume.
  • the first compression volume is connected to the second compression volume by an inflow channel.
  • the quenching chamber has an axis, and the first compression volume is connected to the second compression volume by an inflow channel which extends parallel to the axis.
  • the two compression volumes can be arranged one behind the other with respect to the axis, which enables a slim design of the quenching chamber (small construction volume of the quenching chamber).
  • the volume occupied by the inflow channel is small if it is elongated is designed so that, for a given quench chamber volume, the amount of gas available for blowing by compression of the compression volumes can be large.
  • a pressure control valve is advantageously arranged in the inflow channel to open the inflow channel if there is a pressure p 2 in the second compression volume which is greater than a pressure pi in the first compression volume by at least a predeterminable pressure difference ⁇ p and otherwise to close the inflow channel.
  • At least one of the contact pieces is penetrated by an outflow channel, and the expansion volume is connected to the outflow channel.
  • Expansion volume presses against the piston of a piston-cylinder arrangement ending the expansion volume. If this piston is at the same time the piston of a piston-cylinder arrangement containing the second compression volume, the piston represents a differential piston. In addition, this is the expansion volume absorbed gas contaminated quenching gas, so that gas of greater cleanliness is available for arc blowing during further switching operations. Opening the expansion volume to the outflow channel can also prevent the formation of negative pressures in the expansion volume if it is enlarged during a switch-off process. Such a vacuum would lead to an additional load on the drive.
  • the quenching chamber advantageously has a reservoir volume (tank volume) and the expansion volume is connected to the reservoir volume.
  • a reservoir volume tank volume
  • the expansion volume is connected to the reservoir volume.
  • clean extinguishing gas can be sucked into the expansion volume and / or extinguishing gas, in particular contaminated extinguishing gas, can be released from the expansion volume into the reservoir volume. Opening the expansion volume to the reservoir volume can prevent the formation of negative pressures in the expansion volume.
  • the reservoir volume is typically contained in an insulating arcing chamber housing.
  • a valve is particularly advantageously provided for closing the connection between the expansion volume and the outflow channel during a switch-on process and for opening the connection between the expansion volume and the outflow channel a switch-off process.
  • contaminated extinguishing gas is absorbed by the expansion volume during a switch-off process and released to the reservoir volume during a switch-on process.
  • contaminated extinguishing gas is effectively removed from the extinguishing zone with each switching cycle, as a result of which the extinguishing chamber has a permanently good switching effect.
  • the valve can advantageously be sleeve-shaped (sleeve valve), advantageously such that it on a cylindrical outflow pipe containing the outflow channel.
  • the valve can, for example, be designed such that it can be switched by pressure differences, or that it can be switched as a function of the drive movement.
  • a valve is particularly advantageously provided for closing the connection between the expansion volume and the reservoir volume during a switch-off process and for opening the connection between the expansion volume and the reservoir volume a switch-on process. This ensures the effect of the differential piston described above.
  • the piston of the piston-cylinder arrangement containing the second compression volume is rigidly connected to the movable contact piece.
  • This piston and the piston of the piston-cylinder arrangement containing the second compression volume advantageously show movements which are rectified and possibly also of the same size.
  • the piston of the piston-cylinder arrangement containing the second compression volume is also advantageously rigidly connected to the movable contact piece.
  • the heating volume is identical to the first compression volume.
  • a buffer switch is essentially realized.
  • a reheating valve is arranged between the heating volume and the first compression volume for separating the first compression volume from the heating volume in the event that there is a pressure PH in the heating volume which is greater than a pressure pi in the first compression volume, and for connecting the heating volume to the first compression volume if there is a pressure PH in the heating volume which is less than a pressure pi in the first compression volume.
  • An auto-blow switch is thereby essentially realized.
  • This advantageously has the pressure control valve mentioned above.
  • An auto blow switch can be switched with low drive energy, so it only requires a small drive.
  • a high-performance switch according to the invention contains an arcing chamber according to the invention and has the corresponding advantages.
  • a high-performance switch can be gas-insulated (arranged in an extinguishing gas-filled earthed chamber) or can also be designed as an outdoor switch (with a shield on the extinguishing chamber housing). If the high-performance switch is gas-insulated, a quenching chamber housing can optionally be dispensed with, the reservoir volume of the quenching chamber then being identical to a reservoir volume of the gas-insulated high-performance switch.
  • An arcing chamber according to the invention can of course also be used in combination with other interruption units or switches, for example with a vacuum switch, in a high-performance switch.
  • FIG. 1 shows a sectional area through a high-performance switch according to the invention as a buffer switch, open at the top, closed in the bottom;
  • FIG. 2 shows a sectional area through a high-performance switch according to the invention as an auto-blow switch, open at the top and closed at the bottom;
  • Fig. 1 shows schematically a partial section through a quenching chamber according to the invention, which is advantageously used in a buffer switch.
  • the upper half, marked 0 shows the open state
  • the lower half, marked C the closed switching state.
  • the quenching chamber is essentially rotationally symmetrical and has an axis A.
  • the quenching chamber contains an extinguishing gas, for example SF ⁇ or possibly also N 2 , advantageously under pressure, and is enclosed here by an electrically insulating quenching chamber housing 16 which contains a reservoir volume 17.
  • the housing 16 is typically closed at both ends by metal connecting flanges, not shown.
  • the housing 1 6 may be dispensed with; in this case the metallic encapsulation of the high-voltage system could limit the arcing chamber.
  • a nominal current path that is usually present is not shown for the sake of clarity.
  • the arcing chamber has an electrically conductive first fixed contact 1 and an electrically conductive movable contact 2.
  • the contact 1 In the closed state, the movable contact 2 rests resiliently on the fixed contact 1 with its end facing the fixed contact 1.
  • the movable contact 2 has a cylindrically shaped metallic shaft which extends in the opposite direction to the fixed contact 1 and forms an outflow pipe 1 2 which contains a cylindrically shaped outflow channel 1 3 on the inside.
  • the movable contact 2 makes a movement along the axis A during a switching movement. It is driven by a drive, not shown.
  • the movement of the nozzles 1 1 a, 1 1 b and the movement of a piston K2 are also coupled to the movement of the second contact piece 2.
  • the coupling between movable contact 2 and insulating nozzle 1 l a is illustrated by a line of action 23.
  • these couplings have a mechanical rigid coupling.
  • transmissions can also be interposed, for example.
  • pressure-tight bearings are to be provided, which can be carried out in one of the known ways and are illustrated by black circles.
  • the first compression volume 7 has an annular cylinder base B1, cylinder walls ZI and an annular piston Kl.
  • the latter is formed in the illustrated embodiment by the insulating nozzle 1 1 a.
  • an embodiment of insulating nozzle 1 l a and piston K 1 as separate, preferably adjacent parts is preferred.
  • a second piston-cylinder arrangement consisting of the second, annular piston K2, a second, annular cylinder bottom B2 and cylinder walls Z2, contains a second compression volume 8 Compression volume reduced.
  • the first and second compression volumes 1, 2 are connected to one another via an inflow channel 9. Extinguishing gas, which is pressed into the inflow channel 9 when the compression volume 8 is reduced, is previously deflected at the bottom B2.
  • the excess pressure resulting from the compression of the extinguishing gas present in the two compression volumes 1, 2 is reduced by the heating duct 6 and in this way serves to blow the arc 4, which is thereby extinguished.
  • the amount of gas available for arc quenching is thus determined by the amount of gas that is made available by the two compression volumes 7, 8 together.
  • the two compression volumes 7, 8 are arranged one behind the other with respect to the axis A, as a result of which a slim design of the arcing chamber is achieved.
  • the length of an arcing chamber is generally a maximum provided for the arcing chamber
  • the movement of the second piston K2 also changes a third volume, which is referred to as the expansion volume 1 0.
  • the expansion volume 10 is arranged in a third piston-cylinder arrangement, which is formed by a third piston K3, which is identical here to the second piston K2, and a third cylinder base B3, which is essentially formed by the cylinder base B1, and of third cylinder walls Z3, which are essentially identical to the cylinder walls Z2.
  • a change in volume of the second compression volume 8 results in an opposite change in volume of the expansion volume 1 0, which also in the case shown Amount is the same.
  • the expansion volume 10 shares with the second compression volume 8 essentially the same physical space.
  • the expansion volume 1 0 is opened towards the outflow channel 1 3 by means of a connecting opening 1 4. It is formed, for example, by one or more openings in the outflow pipe.
  • gas in particular contaminated gas, can flow through the connection opening 14 from the outflow channel 13 into the expansion volume 10. This not only ensures that there is no negative pressure in the expansion volume 1 0, which would put an additional load on the drive, but drive support can even be achieved by the heated gas flowing out of the extinguishing zone 3 and flowing into the expansion volume 10.
  • an improved blowing is achieved because gas is sucked out of the quenching zone 3 through the connecting opening 1, whereby contaminated gas is sucked out of the quenching zone 3 and more gas for blowing the arc 4 can flow through the heating channel 6 into the quenching zone.
  • reservoir volume 1 7 are provided at the end of the outflow channel 1 3 facing away from the first contact piece 1, 2 openings in the outflow pipe 1, reservoir volume 1 7 are provided. If the connection opening 1 4 is present, these can be dimensioned smaller or possibly omitted entirely, as a result of which improved drive support can be achieved.
  • an outflow opening 15 is also provided, which connects the expansion volume 10 to the reservoir volume 17 and which is channel-shaped as an outlet channel 15. There are typically several such channels crossing the inflow channel 9 and forming the outlet channel 15. During a switch-off process, contaminated gas can be expelled from the expansion volume 10 into the reservoir volume 17 through the outlet channel 15.
  • the expansion volume 1 0 serves as an exhaust volume and the outflow opening 1 5 serves as an exhaust.
  • the outflow opening 15 can be provided in addition or as an alternative to the connecting opening 14.
  • the gas flows into the expansion volume 10 and out of it can be regulated, so that for example more or less
  • the contact piece 2 and the three pistons K1, K2, K3 move in such a way that the compression volumes 7, 8 increase and the expansion volume 1 0 decrease.
  • Clean quenching gas can advantageously be sucked into the compression volumes 7, 8 through an inlet valve 22, so that clean gas for the arc blowing is available for a later switch-off process.
  • the contaminated gas is expelled from the expansion volume 1 0 through the outlet channel 15 into the reservoir volume 17 and / or through the connecting opening 14 into the outflow channel 13.
  • the outflow opening 1 5 and the connecting opening 1 4 are advantageously dimensioned such that the major part of the gas expelled from the expansion volume 10 reaches the reservoir volume 1 7.
  • the inlet valve 22 is advantageously not arranged in the vicinity of the outflow opening 15, as is also shown in FIG. 1. This prevents the intake valve 22 from sucking in contaminated gas.
  • Fig. 1 the essential gas flows are indicated by dashed lines. Above, in the open state 0, for switching on, below, in the closed state C, for switching off.
  • An optional pressure control valve 20 is also provided in the quenching chamber in FIG. 1 and is arranged in the inflow channel 9. Without the pressure valve 20, the inflow channel 9 is continuously open as a connection between the two compression volumes 7 and 8.
  • the pressure control valve 20 opens the inflow channel 9 only when a pressure p 2 prevailing in the second compression volume 8 is greater than at least one predeterminable differential pressure ⁇ p> 0 than one in the first
  • Compression volume 7 prevailing pressure pi (where here pi is PH, the pressure in the heating volume 5, which is equal to the first compression volume 7 in the buffer switch shown in FIG. 1).
  • pi is PH, the pressure in the heating volume 5, which is equal to the first compression volume 7 in the buffer switch shown in FIG. 1).
  • a spring is shown between the valve disc and the stop of the schematically illustrated pressure control valve 20, which strives to close the valve 20.
  • FIG. 2 shows a further advantageous embodiment of the invention. It is an arcing chamber for an auto blow switch.
  • This quenching chamber largely corresponds to the quenching chamber shown in FIG. 1 and is described on the basis thereof.
  • the representations of the quenching chambers in Figs. 1 and 2 correspond to each other.
  • the quenching chamber in FIG. 2 has a reheating valve 21.
  • the reheat valve 21 when closed, separates the first one Compression volume 7 of the reheating volume 5. It is designed so that it opens when the pressure pi in the first compression volume 7 is greater than the pressure PH in the heating volume 5. This avoids the occurrence of higher pressures, such as those caused by the ignition of the arc 4, on the piston Kl. And the quenching chamber can be operated with a smaller drive, i.e. with a lower drive energy.
  • valve 1 8 which is advantageously designed as a sleeve valve 1 8, is provided at the connection opening 1 4 and an outlet valve 1 9 is provided at the outflow opening 1 5.
  • These valves can be used individually or advantageously together.
  • the respective valve 1, 8.1, 9 can also be used if only one of the two openings 14, 15 is provided.
  • the valve or valves 1, 8.1, 9 can also be used advantageously in a buffer switch (see FIG. 1).
  • Valve 1 8 opens the connection between outflow duct 1 3 and expansion volume 1 0 during a switch-off process.
  • the drive can be supported against the piston K3 by the resulting gas flow of contaminated gas.
  • the valve 1 8 closes this connection, so that the contaminated extinguishing gas present in the expansion volume 1 0 is not ejected into the outflow channel 1 3 but only into the reservoir volume 1 7 during the reduction in the expansion volume 1 0 due to the movement of the piston K3 , According to passes via the bleed passage 3 1 less or no polluted gas properties are achieved in the quenching zone 3 so that improved switching ⁇ .
  • the valve 1 8 is advantageously designed as a sleeve valve 1 8, which consists essentially of a sleeve 1 8, which is substantially tubular is formed and is slidably mounted on the outflow pipe 1 2.
  • the sleeve 1 8 In the case of a vertically mounted quenching chamber (vertically with the gravitationally downward movement of the movable contact piece 2 when switching off), the sleeve 1 8 is in contact with the piston K3 or a stop (not shown) and closes the connection opening 1 4. Only during a switching off process the connection opening 1 4 released because the sleeve 1 8 remains at the top due to its inertia, while the outflow pipe 1 2 moves down.
  • the sleeve 1 8 then moves down (due to gravity) and closes the connecting opening 1 4.
  • the corresponding movement of the sleeve can be realized, for example, by a spring which tends to push the sleeve in to move the position in which the connection opening 1 4 is closed.
  • Sleeve valves can also be used in other switches and / or arcing chambers, in which it is necessary to open and close one or more openings in a cylindrical part of the switch.
  • the sleeve can be arranged on the outside of the cylindrical part (such as, for example, on the outflow pipe 12) or also therein.
  • a sleeve valve is not limited to circular cross sections, but can also be used if the part of the switch which has the openings to be closed has an oval or square cross section or has another essentially prismatic shape.
  • the valve 1 8 can also be designed as a rattling valve.
  • the outlet valve 1 9 serves to close the outflow opening 1 5 during a switch-off process and to open it during a switch-on process. It can work depending on the stroke or pressure, so that an optimal exhaust pressure can be set. It is also possible to design the outlet valve 1 9 as a sleeve, similar to the valve 1 8. During a switch-off process, the outlet valve 19 prevents the gas stream entering the expansion volume 10 through the connection opening 14 from escaping into the reservoir volume 17. In this way, maximum drive support can be achieved. During a switch-on process, contaminated gas can flow through the
  • Outflow opening 1 5 are discharged into the reservoir volume 1 7, so that the extinguishing zone 3 is not contaminated by the contaminated gas.
  • the outlet valve 1 9 advantageously opens the outflow opening 1 5 only in the open state O, that is to say when the drive no longer drives the movable contact piece 2.
  • No pressure control valve 20 is provided in the arcing chamber shown in FIG. 2, as in FIG. 1.
  • the use of such a valve 20 is also possible in an auto-blow switch.
  • a particularly simple quenching chamber is obtained when there is no connection opening 1 4 and thus also no valve 1 8, and when an outlet valve 1 9 is also dispensed with, so that the outflow opening 1 5 is always open.
  • the piston K2, K3 then does not act as a differential piston, and the drive does not receive any support.
  • the quenching chambers shown include a first piston K1 of a first piston-cylinder arrangement, which contains the first compression volume 7, and a second piston K2 of a second piston-cylinder arrangement, which contains the second compression volume 8.
  • the two compression volumes 7, 8 are arranged and connected to one another in such a way that a change in one of the two compression volumes 7, 8 causes an equally large change in the total volume formed by the compression volumes 7, 8. This can, as shown, can be achieved without an opposite movement of the two pistons K1, K2 being necessary.
  • the inner cylinder wall of the essentially hollow cylindrical inflow channel 9 is essentially formed by the outer wall of the hollow cylinder Z2. It is also possible to design the quenching chamber in such a way that the inner cylinder wall of the inflow channel 9 is formed by the outflow pipe 12 and the outer cylinder wall of the inflow channel 9 is formed by the outer wall of the hollow cylinder Z2.
  • the outflow opening 15 could then be designed as a simple opening in the outer wall of the hollow cylinder Z2 instead of as a channel. Such an embodiment is advantageous, for example if no connection opening 14 is provided.
  • connection opening between expansion volume and outflow channel

Landscapes

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

Abstract

Die mit einem Löschgas gefüllte Löschkammer für einen Hochleistungsschalter weist ein erstes Kontaktstück (1) und ein zweites Kontaktstück (2) auf, von welchen mindestens eines beweglich ist. Bei einem Ausschaltvorgang ist in einer Löschzone (3) ein zu löschender Lichtbogen (4) zwischen den beiden Kontaktstücken (1,2) ausbildbar. Es ist ein Heizvolumen (5) zur Aufnahme von durch den Lichtbogen (4) erhitztem Löschgas vorhanden, mittels welchem der Lichtbogen (4) beblasbar ist, und es ist ein erstes Kompressionsvolumen (7) vorhanden, welches derart angeordnet ist, dass es bei einem Ausschaltvorgang verkleinert wird, so dass Löschgas aus dem ersten Kompressionsvolumen (7) in die Löschzone (3) geleitet wird. Zusätzlich ist ein zweites Kompressionsvolumen (8) und ein von dem ersten (7) und dem zweiten (8) Kompressionsvolumen getrennt angeordnetes Expansionsvolumen (10) vorhanden. Das Expansionsvolumen (10) ist derart angeordnet, dass sich bei einer Vergrösserung des Gesamtvolumens von erstem (7) und dem zweitem (8) Kompressionsvolumen sein Volumen verkleinert und bei einer Verkleinerung des Gesamtvolumens von erstem (7) und dem zweitem (8) Kompressionsvolumen sein Volumen vergrössert. Das erste (7) und das zweite (8) Kompressionsvolumen sind über einen parallel zu einer Achse (A) der Löschkammer länglich erstreckten Zuströmkanal (9) miteinander verbunden. Das Expansionsvolumen (10) ist mit einem Abströmkanal (13) und/oder einem Reservoirvolumen (17) verbunden. Es wird eine verbesserte Lichtbogenbeblasung, insbesondere mit sauberem Löschgas, erreicht.

Description

LÖSCHKAMMER UND HOCHLEISTUNCSSCHALTER MIT STARKER LICHTBOCENBEBLASUNC
B E S C H R E I B U N G
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Hochleistungsschaltertechnik. Sie bezieht sich auf eine Löschkammer gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einen entsprechenden Hochleistungsschalter.
Stand der Technik
Eine derartige Löschkammer und ein entsprechender Hochleistungsschalter sind beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 1 95 36 673 AI bekannt. Dieser Schalter weist mindestens eine zylindrisch ausgebildete Löschkammer auf, welche mit einem feststehenden Kontakt, mit einem beweglichen Kontakt und mit einer Löschzone zwischen den beiden Kontakten versehen ist. Ein Schaft des beweglichen Kontakts ist mit einem Heizvolumen fest verbundenen, welches festkontaktseitig durch eine von mindestens einem Heizkanal durchsetzte Isolierdϋse abgeschlossen wird. Die Löschkammer weist ein erstes Kompressionsvolumen auf, welches mit dem Heizvolumen und einem zweiten Kompressionsvolumen in Wirkverbindung steht. Zwischen dem ersten und dem zweiten Kompressionsvolumen ist ein beweglicher Hilfskolben vorgesehen, welcher über eine Umlenkungsvorrichtung mit dem beweglichen Kontakt verbunden ist. Während eines Ausschaltvorgangs wird der Hilfskolben antiparallel zu der Bewegungsrichtung des beweglichen Kontaktstücks bewegt, so dass das erste Kompressionsvolumen zunächst komprimiert wird, während das zweite Kompressionsvolumen sauberes Löschgas ansaugt. Danach wird der Hilfskolben parallel zu der Bewegungsrichtung des beweglichen Kontaktstücks bewegt, so dass das erste Kompressionsvolumen mit sauberem Löschgas aus dem zweiten Kompressionsvolumen versorgt wird. Dadurch wird eine verstärkte
Beblasung des Lichtbogens, insbesondere mit relativ sauberem Löschgas, erreicht.
Der beschriebene Hochleistungsschalter hat den Nachteil, dass er einer Umlenkungsvorrichtung zum Erreichen der relativ komplizierten Hilfskolbenbewegung bedarf.
Darstellung der Erfindung
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Löschkammer und einen Hochleistungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile nicht aufweisen. Insbesondere soll eine starke Beblasung des Lichtbogens und somit ein sichereres Schalten, auch in schwierigen Schaltfällen, erreicht werden, wobei es keiner Umlenkungsvorrichtung bedürfen soll. Zusätzlich soll die Beblasung mittels möglichst sauberem Gas erfolgen. Diese Aufgabe löst eine Vorrichtung und mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches.
Die erfindungsgemässe Löschkammer für einen Hochleistungsschalter ist gefüllt mit einem Löschgas und weist auf:
- ein erstes Kontaktstück und ein zweites Kontaktstück, von welchen mindestens eines ein bewegliches Kontaktstück ist, und welche mittels eines Antriebs relativ zueinander beweglich sind,
- eine zwischen den beiden Kontaktstücken angeordnete Löschzone, in welcher bei einem Ausschaltvorgang ein Lichtbogen zwischen den beiden
Kontaktstücken ausbildbar ist, und
- ein Heizvolumen zur Aufnahme von durch den Lichtbogen erhitztem Löschgas, mittels welchem der Lichtbogen beblasbar ist, wobei ein erstes Kompressionsvolumen vorhanden ist, welches derart angeordnet ist, dass es bei einem Ausschaltvorgang verkleinert wird, so dass Löschgas aus dem ersten Kompressionsvolumen in die Löschzone geleitet wird, und
- ein zweites Kompressionsvolumen.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass ein von dem ersten und dem zweiten Kompressionsvolumen getrennt angeordnetes Expansionsvolumen vorhanden ist, welches derart angeordnet ist, dass sich bei einer Vergrösserung des Gesamtvolumens von erstem und dem zweitem Kompressionsvolumen sein Volumen verkleinert und bei einer Verkleinerung des Gesamtvolumens von erstem und dem zweitem Kompressionsvolumen sein Volumen vergrössert.
Das Expansionsvolumen erlaubt eine effektive Vergrösserung des zur Beblasung des Lichtbogens zur Verfügung stehenden Löschgases, welches sich in den beiden Kompressionsvolumina befindet. Denn das von den beiden Kompressionsvolumina gebildete Gesamtvolumen muss nicht konstant sein, sondern kann sich während eines Ausschaltvorgangs zugunsten des Expansionsvolumens verkleinern. Vorteilhaft kann das Expansionsvolumen mit einem Reservoirvolumen (Tankvolumen) oder einem Abströmkanal verbunden sein, so dass eine Vergrösserung des Expansionsvolumens während eines Ausschaltvorgangs keine nennenswerte Zusatzbelastung für einen das bewegliche Kontaktstück antreibenden Antrieb darstellt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind das Expansionsvolumen und das zweite Kompressionsvolumen derart angeordnet, dass eine Volumenänderung des zweiten Kompressionsvolumens eine entgegengesetzt gleich grosse Volumenänderung des Expansionsvolumens bewirkt. Dadurch können sich das Expansionsvolumen und das zweite Kompressionsvolumen denselben Raum (dasselbe Gesamtvolumen) teilen, und ein Kolben einer das Expansionsvolumen einschliessenden Kolben- Zylinder-Anordnung kann identisch sein mit einem Kolben einer das zweite Kompressionsvolumen einschliessenden Kolben-Zylinder-Anordnung. Dadurch ist ein einfacher Aufbau der Löschkammer möglich. Und die Löschkammer kann ein geringes Bauvolumen aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das erste Kompressionsvolumen mit dem zweiten Kompressionsvolumen durch einen Zuströmkanal miteinander verbunden. Besonders vorteilhaft weist die Löschkammer eine Achse auf, und das erste Kompressionsvolumen ist mit dem zweiten Kompressionsvolumen durch einen parallel zu der Achse länglich erstreckten Zuströmkanal miteinander verbunden. Dadurch kann eine Hintereinanderanordnung der beiden Kompressionsvolumina bezüglich der Achse realisiert werden, welche eine schlanke Bauform der Löschkammer ermöglicht (geringes Bauvolumen der Löschkammer). Ausserdem ist das von dem Zuströmkanal beanspruchte Volumen klein, wenn dieser länglich ausgebildet ist, so dass bei gegebenem Löschkammervolumen die durch Komprimierung der Kompressions-volumina zur Beblasung verfügbare Gasmenge gross sein kann.
Vorteilhaft ist in dem Zuströmkanal ein Druckregelventil angeordnet zum Öffnen des Zuströmkanals, wenn im zweiten Kompressionsvolumen ein Druck p2 herrscht, der um mindestens eine vorgebbare Druckdifferenz Δp > 0 grösser ist als ein Druck pi in dem ersten Kompressionsvolumen, und zum Verschliessen des Zuströmkanals anderenfalls. Dadurch sind zwei verschiedene Drücke in den beiden Kompressionsvolumina realisierbar. Es kann dadurch eine zweistufige und teilweise verlängerte Beblasung des Lichtbogens erreicht werden. Auch kann dadurch eine verbesserte Durchmischung von sauberem und verunreinigtem Löschgas erreicht werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens eines der Kontaktstücke von einem Abströmkanal durchsetzt, und das Expansionsvolumen ist mit dem Abströmkanal verbunden. Dadurch ist es möglich, dass durch den Lichtbogen in der Löschzone erhitztes Löschgas durch den Abströmkanal in das Expansionsvolumen gelangt und somit die Vergrösserung des Expansionsvolumens während eines Ausschaltvorgangs vereinfacht. Auf diese Weise wird eine Antriebsunterstützung erreicht: Die von einem das bewegliche Kontaktstück antreibenden Antrieb aufzuwendende Energie kann verringert werden durch das in das Expansionsvolumen einströmende Löschgas, welches in dem
Expansionsvolumen gegen den Kolben einer das Expansionsvolumen beinaltenden Kolben-Zylinder-Anordnung drückt. Ist dieser Kolben gleichzeitig der Kolben einer das zweite Kompressionsvolumen beinhaltenden Kolben-Zylinder-Anordnung, so stellt der Kolben einen Differentialkolben dar. Ausserdem ist das von dem Expansionsvolumen aufgenomme Gas verunreinigtes Löschgas, so dass bei weiteren Schaltvorgängen Gas von grösserer Sauberkeit zur Lichtbogenbeblasung verfügbar ist. Eine Öffnung des Expansionsvolumens zum Abströmkanal kann ausserdem die Bildung von Unterdrücken in dem Expansionsvolumen verhindern, wenn es während eines Ausschaltvorgangs vergrössert wird. Ein solcher Unterdruck würde zu einer zusätzlichen Belastung des Antriebs führen.
Vorteilhaft weist die Löschkammer ein Reservoirvolumen (Tankvolumen) auf, und das Expansionsvolumen ist mit dem Reservoirvolumen verbunden. Dadurch kann sauberes Löschgas in das Expansionsvolumen eingesaugt werden und/oder Löschgas, insbesondere verunreinigtes Löschgas, aus dem Expansionsvolumen in das Reservoirvolumen abgegeben werden. Eine Öffnung des Expansionsvolumens zum Reservoirvolumen kann die Bildung von Unterdrücken in dem Expansionsvolumen verhindern. Typischerweise ist das Reservoirvolumen in einem isolierenden Löschkammergehäuse enthalten.
In dem Fall, dass das Expansionsvolumen sowohl mit dem Abströmkanal als auch mit dem Reservoirvolumen verbunden ist, ist besonders vorteilhaft ein Ventil vorgesehen zum Verschliessen der Verbindung zwischen dem Expansionsvolumen und dem Abströmkanal bei einem Einschaltvorgang und zum Öffnen der Verbindung zwischen dem Expansionsvolumen und dem Abströmkanal bei einem Ausschaltvorgang. Auf diese Weise wird bei einem Ausschaltvorgang verunreinigtes Löschgas von dem Expansionsvolumen aufgenommen und bei einem Einschaltvorgang an das Reservoirvolumen abgegeben. Verunreinigtes Löschgas wird auf diese Weise bei jedem Schaltzyklus effektiv aus der Löschzone entfernt, wodurch eine dauerhaft gute Schaltwirkung der Löschkammer erreicht wird. Vorteilhaft kann das Ventil hülsenförmig ausgebildet sein (Hülsenventil), vorteilhaft so, dass es auf einem zylindrischen, den Abströmkanal beinhaltenden Abströmrohr gleitet. Das Ventil kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass es durch Druckdifferenzen schaltbar ist, oder dass es in Abhängigkeit von der Antriebsbewegung schaltbar ist.
In dem Fall, dass das Expansionsvolumen sowohl mit dem Abströmkanal als auch mit dem Reservoirvolumen verbunden ist, ist besonders vorteilhaft ein Ventil vorgesehen zum Verschliessen der Verbindung zwischen dem Expansionsvolumen und dem Reservoirvolumen bei einem Ausschaltvorgang und zum Öffnen der Verbindung zwischen dem Expansionsvolumen und dem Reservoirvolumen bei einem Einschaltvorgang. Dadurch wird die oben beschriebene Wirkung des Differentialkolbens sichergestellt.
Besonders vorteilhaft werden die beiden genannten Ventile aufgewiesen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Kolben der das zweite Kompressionsvolumen beinhaltenden Kolben-Zylinder-Anordnung starr mit dem beweglichen Kontaktstück verbunden. Dies ist eine besonders einfache und robuste Realisierung der Bewegung dieses Kolbens. Dadurch kann ein getriebe- und kulissenfreier Antrieb des Kolbens erreicht werden. Vorteilhaft zeigen dieser Kolben und der Kolben der das zweite Kompressionsvolumen beinhaltenden Kolben-Zylinder-Anordnung gleichgerichtete und gegebenenfalls auch gleich grosse Bewegungen. Mit Vorteil ist auch der Kolben der das zweite Kompressionsvolumen beinhaltenden Kolben-Zylinder-Anordnung starr mit dem beweglichen Kontaktstück verbunden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Heizvolumen mit dem ersten Kompressionsvolumen identisch. Auf diese Weise wird im wesentlichen ein Pufferschalter realisiert. Dieser hat eine sehr gute Schaltfähigkeit. ln einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen dem Heizvolumen und dem ersten Kompressionsvolumen ein Rückheizventil angeordnet zum Separieren des ersten Kompressionsvolumens von dem Heizvolumen in dem Fall, dass in dem Heizvolumen ein Druck PH herrscht, der grösser ist als ein Druck pi in dem ersten Kompressionsvolumen, und zum Verbinden des Heizvolumens mit dem ersten Kompressionsvolumen, falls in dem Heizvolumen ein Druck PH herrscht, der kleiner ist als ein Druck pi in dem ersten Kompressionsvolumen. Dadurch wird im wesentlichen ein Selbstblasschalter realisiert. Dieser weist vorteilhaft das oben erwähnte Druckregelventil auf. Ein Selbstblasschalter ist bereits mit geringer Antriebsenergie schaltbar, bedarf also nur eines kleinen Antriebs.
Ein erfindungsgemässer Hochleistungsschalter beinhaltet eine erfindungsgemässe Löschkammer und weist die entsprechenden Vorteile auf. Ein solcher Hochleistungsschalter kann gasisoliert sein (angeordnet in einer löschgasgefüllten geerdeten Kammer) oder auch als Freiluftschalter (mit einer Beschirmung auf dem Löschkammergehäuse) ausgebildet sein. Wenn der Hochleistungsschalter gasisoliert ist, kann gegebenenfalls auf ein Löschkammergehäuse verzichtet werden, wobei das Reservoirvolumen der Löschkammer dann identisch ist mit einem Reservoirvolumen des gasisolierten Hochleistungsschalters. Eine erfindungsgemässe Löschkammer kann selbstverständlich auch zusammen mit weiteren Unterbrechungseinheiten oder Schaltern, beispielsweise mit einem Vakuumschalter, kombiniert in einem Hochleistungsschalter eingesetzt werden.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Vorteile gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und den Figuren hervor. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Schnittfläche durch einen erfindungsgemässen Hochleistungsschalter als Pufferschalter, oben in geöffnetem, unten in geschlossenem Zustand;
Fig. 2 eine Schnittfläche durch einen erfindungsgemässen Hochleistungsschalter als Selbstblasschalter, oben in geöffnetem, unten in geschlossenem Zustand;
Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele stehen beispielhaft für den Erfindungsgegenstand und haben keine beschränkende Wirkung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt schematisch einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemässe Löschkammer, die vorteilhaft in einem Pufferschalter zum Einsatz kommt. Die obere, mit 0 gekennzeichnete Hälfte zeigt den geöffneten Zustand, die untere, mit C gekennzeichnete Hälfte, den geschlossenen Schaltzustand. Die Löschkammer ist im wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebaut und weist eine Achse A auf. Die Löschkammer beinhaltet ein Löschgas, beispielsweise SFβ oder gegebenenfalls auch N2, vorteilhaft unter Druck, und ist hier umschlossen von einem elektrisch isolierenden Löschkammer- gehäuse 1 6, welches ein Reservoirvolumen 1 7 beinhaltet. Das Gehäuse 1 6 wird typischerweise an beiden Enden von nicht dargestellten, metallischen Anschlussflanschen abgeschlossen. Wird der Leistungsschalter in einer metallgekapselten gasisolierten Hochspannungsanlage eingesetzt, so kann gegebenenfalls auf das Gehäuse 1 6 verzichtet werden; in diesem Fall könnte die metallische Kapselung der Hochspannungsanlage die Löschkammer begrenzen. Eine in der Regel vorhandene Nennstrombahn ist zugunsten einer besseren Anschaulichkeit nicht dargestellt.
Die Löschkammer weist einen elektrisch leitenden ersten, feststehenden Kontakt 1 und einen elektrisch leitenden beweglichen Kontakt 2 auf. Bei bestimmten Leistungsschaltertypen ist es jedoch möglich, dass der Kontakt 1 ebenfalls beweglich ausgebildet ist. Im geschlossenen Zustand liegt der bewegliche Kontakt 2 mit seinem dem feststehenden Kontakt 1 zugewandten Ende federnd auf dem feststehenden Kontakt 1 auf. Der bewegliche Kontakt 2 weist einen zylindrisch ausgebildeten metallischen Schaft auf, der sich in die dem feststehenden Kontakt 1 entgegengesetzte Richtung erstreckt und ein Abströmrohr 1 2 bildet, welches innen einen zylindrisch ausgebildeten Abströmkanal 1 3 beinhaltet. Der bewegliche Kontakt 2 macht bei einer Schaltbewegung eine Bewegung entlang der Achse A. Er ist angetrieben durch einen nicht-dargestellten Antrieb.
Werden die beiden Kontaktstücke 1 ,2 mittels des Antriebs voneinander getrennt (Ausschaltvorgang), so bildet sich zwischen ihnen ein Lichtbogen 4 aus, welcher das in einer zwischen den Kontaktstücken 1 ,2 angeordneten Löschzone 3 vorhandene Gas erhitzt und verunreinigt. Dieses Gas kann zwischen einer Isolierdüse 1 l a und dem Festkontakt 1 entweichen, ebenso kann das Gas in die dem Festkontakt 1 abgewandte Richtung in den Abströmkanal 1 3 expandieren, und es kann durch einen Heizkanal 6 entweichen, welcher gebildet wird durch einen Zwischenraum zwischen der Isolierdüse 1 l a und einer an dem beweglichen Kontaktstück 2 angeordneten Hilfsdüse 1 1 b.
An die Bewegung des zweiten Kontaktstücks 2 ist auch die Bewegung der Düsen 1 1 a, 1 1 b und die Bewegung eines Kolbens K2 gekoppelt. Die Kopplung zwischen beweglichem Kontakt 2 und Isolierdüse 1 l a ist durch eine Wirkungslinie 23 veranschaulicht. Im dargestellten Fall liegt bei diesen Kopplungen eine mechanische starre Kopplung vor. Es sind aber beispielsweise auch Getriebe dazwischenschaltbar. An Stellen, wo es zu gegenseitigen Berührungen zwischen bewegten und feststehenden Teilen (oder zwischen verschiedenartig bewegten Teilen) kommt, sind druckdichte Lagerungen vorzusehen, welche auf eine der bekannten Arten ausführbar sind und durch schwarze Kreise veranschaulicht sind.
Durch den Antrieb wird ein erstes Kompressionsvolumen 7, welches im dargestellten Falle gleich einem Heizvolumen 5 ist, verkleinert. Das erste Kompressionsvolumen 7 weist einen kreisringförmigen Zylinderboden Bl , Zylinderwände ZI und einen kreisringförmigen Kolben Kl auf. Letzterer wird in der dargestellten Ausführungsform durch die Isolierdüse 1 1 a gebildet. Im allgemeinen ist eine Ausführung von Isolierdüse 1 l a und Kolben Kl als separate, vorzugsweise aneinandergrenzende Teile bevorzugt.
Eine zweite Kolben-Zylinder-Anordnung, bestehend aus dem zweiten, kreisringförmigen Kolben K2, einem zweiten, kreisringförmigen Zylinderboden B2 und Zylinderwänden Z2, beinhaltet ein zweites Kompressionsvolumen 8. Bei einem Ausschaltvorgang wird auch das zweite Kompressionsvolumen verkleinert. Über einen Zuströmkanal 9 sind das erste und das zweite Kompressionsvolumen 1 ,2 miteinander verbunden. Löschgas, das bei Verkleinerung des Kompressionsvolumens 8 in den Zuströmkanal 9 gedrückt wird, wird zuvor am Boden B2 umgelenkt. Der durch die Kompression des in den beiden Kompressionsvolumina 1 ,2 vorhandenen Löschgases entstehende Überdruck wird durch den Heizkanal 6 abgebaut und dient auf diese Weise der Beblasung des Lichtbogens 4, welcher dadurch gelöscht wird. Die zur Lichtbogenlöschung zur Verfügung stehende Gasmenge wird also durch die Gasmenge bestimmt, die von den beiden Kompressionsvolumina 7,8 zusammen zur Verfügung gestellt wird.
Die beiden Kompressionsvolumina 7,8 sind bezüglich der Achse A hintereinander angeordnet, wodurch eine schlanke Bauform der Löschkammer erreicht wird. Die Länge einer Löschkammer ist im allgemeinen durch eine maximal für die Löschkammer vorgesehene
Spannung gegeben, die zwischen den Kontaktstücken anliegt. Zum Erzielen eines vorteilhaften geringen Bauvolumens ist ein geringer Löschkammerdurchmesser, wie er durch die Hintereinanderanordnung der beiden Kompressionsvolumina 7,8 erreicht wird, wünschenswert.
Durch die Bwegung des zweiten Kolbens K2 wird auch ein drittes Volumen, welches als Expansionsvolumen 1 0 bezeichet ist, verändert. Das Expansionsvolumen 10 ist in einer dritten Kolben-Zylinder-Anordnung angeordnet, welche gebildet wird von einem dritten Kolben K3, welcher hier identisch ist mit dem zweiten Kolben K2, und einem dritten Zylinderboden B3, welcher im wesentlichen von dem Zylinderboden Bl gebildet wird, und von dritten Zylinderwänden Z3, welche im wesentlichen identisch mit den Zylinderwänden Z2 sind. Eine Volumenänderung des zweiten Kompressionsvolumens 8 hat eine entgegengesetzte Volumenänderung des Expansionsvolumens 1 0 zur Folge, welche im dargestellten Fall auch im Betrag gleich gross ist. Das Expansionsvolumens 10 teilt sich mit dem zweiten Kompressionsvolumen 8 im wesentlichen denselben physikalischen Raum.
In der dargestellten Ausführungsform ist das Expansionsvolumen 1 0 mittels einer Verbindungsöffnung 1 4 zum Abströmkanal 1 3 hin geöffnet. Sie wird beispielsweise durch eine Öffnung oder mehrere Öffnungen in dem Abströmrohr gebildet. Während eines Ausschaltvorgangs kann durch die Verbindungsöffnung 14 Gas, insbesondere verunreinigtes Gas, aus dem Abströmkanal 1 3 in das Expansionsvolumen 1 0 strömen. Dadurch wird nicht nur gewährleistet, dass im Expansionsvolumen 1 0 kein Unterdruck entsteht, der den Antrieb zusätzlich belasten würde, sondern es kann sogar eine Antriebsunterstützung erreicht werden durch das aus der Löschzone 3 ab- und in das Expansionsvolumen 10 einströmende erhitzte Gas. Zudem wird eine verbesserte Beblasung erreicht, weil durch die Verbindungsöffnung 1 4 Gas aus der Löschzone 3 abgesaugt wird, wodurch verunreinigtes Gas aus der Löschzone 3 abgesaugt wird und mehr Gas zur Beblasung des Lichtbogens 4 durch den Heizkanal 6 in die Löschzone strömen kann.
Im allgemeinen sind an dem dem erste Kontaktstück 1 abgewandten Ende des Abströmkanals 1 3 im Abströmrohr 1 2 Öffnungen zu, Reservoirvolumen 1 7 vorgesehen. Diese können bei vorhandener Verbindungsöffnung 1 4 kleiner dimensionsiert werden oder eventuell ganz weggelassen werden, wodurch eine verbesserte Antriebsunterstützung erreicht werden kann.
Ausserdem ist in der Ausführungsform gemäss Fig. 1 noch eine Abströmöffnung 1 5 vorgesehen, welche das Expansionsvolumen 10 mit dem Reservoirvolumen 1 7 verbindet und welche kanalförmig als ein Auslasskanal 1 5 ausgebildet ist. Es sind typischerweise mehrere solche, den Zuströmkanal 9 kreuzende und den Auslasskanal 1 5 bildende einzelne Kanäle vorgesehen. Bei einem Abschaltvorgang kann durch den Auslasskanal 1 5 verunreinigtes Gas aus dem Expansionsvolumen 10 in das Reservoirvolumen 1 7 ausgestossen werden. Das Expansionsvolumen 1 0 dient insofern als ein Auspuffvolumen und die Abströmöffnung 1 5 als Auspuff.
Die Abströmöffnung 1 5 kann zusätzlich oder alternativ zu der Verbindungsöffnung 14 vorgesehen sein. Durch entsprechende Dimensionierung der Abströmöffnung 1 5 und der Verbindungsöffnung 14 sind die Gasströme in das Expansionsvolumen 1 0 und aus diesem heraus regulierbar, so dass beispielsweise mehr oder weniger
Antriebsunterstützung durch den Gasstrom erreicht wird oder ein verstärkter Ausstoss verunreinigten Gases in das Reservoirvolumen 1 7.
Während eines Einschaltvorgangs bewegt sich das Kontaktstück 2 sowie die drei Kolben Kl ,K2,K3 so, dass die Kompressionsvolumina 7,8 vergrössert und das Expansionsvolumen 1 0 verkleinert wird. Vorteilhaft kann durch ein Einlassventil 22 sauberes Löschgas in die Kompressionsvolumina 7,8 eingesaugt werden, so dass für einen späteren Ausschaltvorgang sauberes Gas für die Lichtbogenbeblasung vorhanden ist. Dieses Ventil 22 ist, wie auch die weiteren in den Figs. 1 ,2 dargestellten Ventile, schematisch dargestellt durch Öffnungen, die mittels einer Ventilscheibe abgedeckt werden können, wobei meistens noch ein den Hub der Ventilscheibe begrenzender Anschlag dargestellt ist. Aus dem Expansionsvolumen 1 0 wird das verunreinigte Gas durch den Auslasskanal 1 5 in das Reservoirvolumen 1 7 und/oder durch die Verbindungsöffnung 14 in den Abströmkanal 1 3 ausgestossen. Vorteilhaft werden die Abströmöffnung 1 5 und die Verbindungsöffnung 1 4 so dimensioniert, dass der überwiegende Teil des aus dem Expansionsvolumen 10 ausgestossenen Gases in das Reservoirvolumen 1 7 gelangt. Vorteilhaft ist das Einlassventil 22 nicht in der Nähe der Abströmöffnung 1 5 angeordnet, wie es auch in Fig. 1 dargestellt ist. Dadurch wird ein Einsaugen von verunreinigtem Gas durch das Einlassventil 22 vermieden.
In Fig. 1 sind die wesentlichen Gasströme durch gestrichelte Linien angedeutet. Oben, im geöffneten Zustand 0, für das Einschalten, unten, im geschlossenen Zustand C, für das Ausschalten.
In der Löschkammer in Fig. 1 ist noch ein optionales Druckregelventil 20 vorgesehen, welches in dem Zuströmkanal 9 angeordnet ist. Ohne das Druckventil 20 ist der Zuströmkanal 9 als Verbindung der beiden Kompressionsvolumina 7 und 8 ständig geöffnet. Das Druckregelventil 20 öffnet den Zuströmkanal 9 nur dann, wenn ein in dem zweiten Kompressionsvolumen 8 herrschender Druck p2 um mindestens einen vorgebbaren Differenzdruck Δp > 0 grösser ist als ein in dem ersten
Kompressionsvolumen 7 herrschender Druck pi (wobei hier pi gleich PH, dem Druck in dem Heizvolumen 5 ist, welches bei dem in Fig. l dargestellten Pufferschalter gleich dem ersten Kompressionsvolumen 7 ist). Zur Veranschaulichung dessen ist zwischen der Ventilscheibe und dem Anschlag des schematisch dargestellten Druckregelventils 20 eine Feder dargestellt, welche das Ventil 20 zu schliessen bestrebt ist.
In Fig. 2 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Es ist eine Löschkammer für einen Selbstblasschalter. Diese Löschkammer entspricht weitgehend der in Fig. 1 dargestellten Löschkammer und wird ausgehend davon beschrieben. Auch die Darstellungen der Löschkammern in den Figs. 1 und 2 entsprechen einander.
Die Löschkammer in Fig. 2 weist ein Rückheizventil 21 auf. Das Rückheizventil 21 separiert, wenn es geschlossen ist, das erste Kompressionsvolumen 7 von dem Rückheizvolumen 5. Es ist so gestaltet, dass es sich öffnet, wenn der Druck pi im ersten Kompressionsvolumen 7 grösser als der Druck PH in dem Heizvolumen 5 ist. Dadurch wird das Anstehen grösser Drücke, wie sie durch das Entflammen des Lichtbogens 4 entstehen, an dem Kolben Kl vermieden. Und die Löschkammer kann mit einem kleineren Antrieb, also mit geringerer Antriebsenergie betrieben werden.
Weiterhin sind in Fig. 2 noch an der Verbindungsöffnung 1 4 ein vorteilhaft als Hülsenventil 1 8 ausgebildetes Ventil 1 8 und an der Abströmöffnung 1 5 ein Auslassventil 1 9 vorgesehen. Diese Ventile sind einzeln oder vorteilhaft zusammen einsetzbar. Das jeweilige Ventil 1 8,1 9 ist auch dann einsetzbar, wenn nur eine der zwei Öffnungen 14, 1 5 vorgesehen sind. Das oder die Ventile 1 8,1 9 sind ebenfalls bei einem Pufferschalter (siehe Fig. 1 ) vorteilhaft einsetzbar.
Das Ventil 1 8 öffnet während eines Ausschaltvorgangs die Verbindung zwischen Abströmkanal 1 3 und Expansionsvolumen 1 0. Somit kann der Antrieb durch die dadurch entstehende Gasströmung verunreinigten Gases gegen den Kolben K3 unterstützt werden. Während eines Einschaltvorgangs verschliesst das Ventil 1 8 diese Verbindung, so dass das im Expansionsvolumen 1 0 vorhandene verunreinigte Löschgas während der Verringerung des Expansionsvolumens 1 0 durch die Bewegung des Kolbens K3 nicht in den Abströmkanal 1 3, sondern nur in das Reservoirvolumen 1 7 ausgestossen wird. Entsprechend gelangt über den Abströmkanal 1 3 weniger oder kein verunreinigtes Gas in die Löschzone 3, so dass verbesserte Schalt¬ eigenschaften erreicht werden.
Vorteilhaft ist das Ventil 1 8 als ein Hülsenventil 1 8 ausgebildet, welches im wesentlichen aus einer Hülse 1 8 besteht, welche im wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist und auf dem Abströmrohr 1 2 gleitend gelagert ist. Im Falle einer vertikal gelagerten Löschkammer (vertikal mit der Gravitation nach unten gerichtete Bewegung des beweglichen Kontaktstücks 2 beim Ausschalten) liegt die Hülse 1 8 an dem Kolben K3 oder einem nicht- dargestellten Anschlag an und verschliesst die Verbindungsöffnung 1 4. Einzig während eines Ausschaltvorgangs wird die Verbindungsöffnung 1 4 freigegeben, weil die Hülse 1 8 aufgrund ihrer Trägheit oben stehen bleibt, während das Abströmrohr 1 2 sich nach unten bewegt. Am Ende der Ausschaltbewegung bewegt sich dann die Hülse 1 8 herunter (aufgrund der Gravitation) und verschliesst die Verbindungsöffnung 1 4. Im Falle von horizontal ausgerichteten Löschkammern kann die entsprechende Bewegung der Hülse beispielsweise durch eine Feder realisiert werden, die bestrebt ist, die Hülse in die Position zu bewegen, in der die Verbindungsöffnung 1 4 geschlossen ist. Hülsenventile sind auch in anderen Schaltern und/oder Löschkammern einsetzbar, bei denen es gilt, eine oder mehrere Öffnungen in einem zylindrischen Teil des Schalters zu öffnen und zu verschliessen. Die Hülse kann, wie dargestellt, aussen auf dem zylindrischen Teil (wie beispielsweise auf dem Abströmrohr 1 2) oder auch darin angeordnet sein. Selbstverständlich ist ein Hülsenventil nicht auf kreisförmige Querschnitte beschränkt, sondern auch einsetzbar, wenn der Teil des Schalters, der die zu verschliessenden Öffnungen aufweist, einen ovalen oder eckigen Querschnitt aufweist oder eine sonstige im wesentlichen prismatische Form aufweist.
Das Ventil 1 8 kann aber auch als ein Klapperventil ausgebildet sein.
Das Auslassventil 1 9 dient dazu, die Abströmöffnung 1 5 während eines Ausschaltvorgangs zu verschliessen und während eines Einschaltvorgangs zu öffnen. Es kann vorteilhaft hub- oder druckabhängig arbeiten, so dass ein optimaler Auspuffdruck eingestellt werden kann. Es ist auch möglich, das Auslassventil 1 9, ähnlich wie das Ventil 1 8, als eine Hülse auszubilden. Während eines Ausschaltvorgangs verhindert das Auslassventil 1 9, dass der durch die Verbindungsöffnung 14 in das Expansionsvolumen 1 0 eindringende Gasstrom in das Reservoirvolumen 1 7 austreten kann. Auf diese Weise kann eine maximale Antriebsunterstützung erreicht werden. Während eines Einschaltvorgangs kann verunreinigtes Gas durch die
Abströmöffnung 1 5 in das Reservoirvolumen 1 7 abgegeben werden, so dass die Löschzone 3 durch das verunreinigte Gas nicht verunreinigt wird. Vorteilhaft öffnet das Auslassventil 1 9 die Abströmöffnung 1 5 erst im offenen Zustand O, also wenn der Antrieb das bewegliche Kontaktstück 2 nicht mehr antreibt.
In der in Fig. 2 dargestellten Löschkammer ist kein Druckregelventil 20 vorgesehen, wie in Fig. 1 . Der Einsatz eines solchen Ventils 20 ist aber auch in einem Selbstblasschalter möglich.
Eine besonders einfache Löschkammer ergibt sich, wenn es keine Verbindungsöffnung 1 4 gibt und somit auch kein Ventil 1 8, und wenn auch noch auf ein Auslassventil 1 9 verzichtet wird, so dass die Abströmöffnung 1 5 stets geöffnet ist. Der Kolben K2,K3 wirkt dann nicht als ein Differentialkolben, und der Antrieberhält keine Unterstüzung.
Die dargestellten Löschkammern beinhalten einen ersten Kolben Kl einer ersten Kolben-Zylinder-Anordnung, welche das erste Kompressionsvolumen 7 beinhaltet, und einen zweiten Kolben K2 einer zweiten Kolben-Zylinder- Anordnung, welche das zweite Kompressionsvolumen 8 beinhaltet. Die beiden Kompressionsvolumina 7,8 sind dabei derart angeordnet und miteinander verbunden, dass eine Veränderung eines der beiden Kompressionsvolumina 7,8 eine gleich grosse Veränderung des von den Kompressionsvolumina 7,8 gebildeten Gesamtvolumens bewirkt. Dies kann, wie dargestellt, erreicht werden, ohne dass eine gegenläufige Bewegung der beiden Kolben Kl ,K2 notwendig wäre.
Während eines Schaltvorganges bewegen sich die Kolben K1 ,K2,K3 in den oben diskutierten Ausführungsformen parallel und mit derselben
Geschwindigkeit und nur in eine Richtung. Sie bewegen sich kontinuierlich während eines Schaltvorganges. Es ist aber auch möglich, andere Bewegungen vorzusehen, welche eine oder mehrere dieser Eigenschaften nicht aufweisen, insbesondere Bewegungen, mit verschiedenartigen Geschwindigkeiten für verschiedene Kolben, beispielsweise erzeugt mittels Getrieben, Übersetzungen oder Kulissen. Auch gegensinnige Bewegungen von Kolben, insbesondere von den Kolben Kl und K2 sind möglich.
In den oben dargestellten Ausführungsbeispielen wird die innere Zylinderwand des im wesentlichen hohizylinderförmigen Zuströmkanals 9 im wesentlichen von der äusseren Wand des Hohlzylinders Z2 gebildet. Es ist auch möglich, die Löschkammer derart zu gestalten, dass die innere Zylinderwand des Zuströmkanals 9 durch das Abströmrohr 1 2 gebildet wird und die äussere Zylinderwand des Zuströmkanals 9 durch die äussere Wand des Hohlzylinders Z2. Die Abströmöffnung 1 5 könnte dann als einfache Öffnung in der äusseren Wand des Hohlzylinders Z2 ausgebildet sein statt als ein Kanal. Eine solche Ausführungsform ist vorteilhaft, beispielsweise wenn keine Verbindungsöffnung 14 vorgesehen ist.
Durch das Variieren der Totvolumina der ersten und der zweiten Kolben- Zylinder-Anordnung ist es möglich, auch ohne ein Druckregelventil 20 in den beiden Kompressionsvolumina 7,8 verschieden grosse Drücke pi , p2 zu erzielen. Bezugszeichenliste
1 erstes Kontaktstück (feststehendes Kontaktstück)
2 zweites Kontaktstück (bewegliches Kontaktstück)
3 Löschzone
4 Lichtbogen
5 Heizvolumen 6 Heizkanal
7 erstes Kompressionsvolumen
8 zweites Kompressionsvolumen
9 Zuströmkanal
1 0 Expansionsvolumen 1 1 a Düse, Isolierdüse
1 l b Düse, Hilfsdüse
1 2 Abströmrohr
1 3 Abströmkanal
14 Verbindungsöffnung (zwischen Expansionsvolumen und Abströmkanal)
1 5 Abströmöffnung, Auslasskanal (zwischen Expansionsvolumen und Reservoirvolumen)
1 6 Löschkammergehäuse, Isoliergehäuse
1 7 Reservoirvolumen, Tankvolumen 1 8 Ventil, Hülsenventil
1 9 Ventil, Auslassventil
20 Ventil, Druckregelventil
21 Ventil, Rückheizventil, Klapperventil
22 Ventil, Einlassventil 23 Wirkungslinie A Achse der Löschkammer
Bl Zylinderboden der ersten Kolben-Zylinder-Anordnung
B2 Zylinderboden der zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung
B3 Zylinderboden der dritten Kolben-Zylinder-Anordnung C geschlossen (closed)
Kl Kolben der ersten Kolben-Zylinder-Anordnung
K2 Kolben der zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung
K3 Kolben der dritten Kolben-Zylinder-Anordnung
O geöffnet (open) pi Druck im ersten Kompressionsvolumen p2 Druck im zweiten Kompressionsvolumen
PH Druck im Heizvolumen
Δp Differenzdruck p2 - pi
ZI Zylinderwand der ersten Kolben-Zylinder-Anordnung Z2 Zylinderwand der zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung
Z3 Zylinderwand der dritten Kolben-Zylinder-Anordnung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Löschkammer für einen Hochleistungsschalter, gefüllt mit einem Löschgas, aufweisend 5 - ein erstes Kontaktstück (1 ) und ein zweites Kontaktstück (2), von welchen mindestens eines ein bewegliches Kontaktstück (2) ist, und welche mittels eines Antriebs relativ zueinander beweglich sind, - eine zwischen den beiden Kontaktstücken (1 ,2) angeordnete Löschzone (3), in welcher bei einem Ausschaltvorgang ein Lichtbogen w (4) zwischen den beiden Kontaktstücken (1 ,2) ausbildbar ist, - ein Heizvolumen (5) zur Aufnahme von durch den Lichtbogen (4) erhitztem Löschgas, mittels welchem der Lichtbogen (4) beblasbar ist, wobei ein erstes Kompressionsvolumen (7) vorhanden ist, welches derart angeordnet ist, dass es bei einem Ausschaltvorgang verkleinert
15 wird, so dass Löschgas aus dem ersten Kompressionsvolumen (7) in die Löschzone (3) geleitet wird, und - ein zweites Kompressionsvolumen (8), dadurch gekennzeichnet, dass ein von dem ersten (7) und dem zweiten (8) Kompressionsvolumen 0 getrennt angeordnetes Expansionsvolumen (1 0) vorhanden ist, welches derart angeordnet ist, dass sich bei einer Vergrösserung des Gesamtvolumens von erstem (7) und dem zweitem (8) Kompressionsvolumen sein Volumen verkleinert und bei einer Verkleinerung des Gesamtvolumens von erstem (7) und dem zweitem (8) 5 Kompressionsvolumen sein Volumen vergrössert.
2. Löschkammer gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsvolumen (1 0) und das zweite Kompressionsvolumen (8) derart angeordnet sind, dass eine Volumenänderung des zweiten Kompressionsvolumens (8) eine entgegengesetzt gleich grosse Volumenänderung des Expansionsvolumens (10) bewirkt.
3. Löschkammer gemäss Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch 5 gekennzeichnet, dass die Löschkammer eine Achse (A) aufweist, und dass das erste (7) und das zweite (8) Kompressionsvolumen über einen parallel zu der Achse (A) länglich erstreckten Zuströmkanal (9) miteinander verbunden sind.
w
4. Löschkammer gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zuströmkanal (9) ein Druckregelventil (20) angeordnet ist zum Öffnen des Zuströmkanals (9), wenn im zweiten Kompressionsvolumen (8) ein Druck p2 herrscht, der um mindestens eine vorgebbare Druckdifferenz Δp > 0 grösser ist als ein Druck pi in dem ersten Kompressionsvolumen
15 (7) und zum Verschliessen des Zuströmkanals (9) anderenfalls.
5. Löschkammer gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Kontaktstücke (1 ,2) von einem Abströmkanal (1 3) durchsetzt ist, und dass das 0 Expansionsvolumen (10) mit dem Abströmkanal (1 3) verbunden ist.
6. Löschkammer gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Löschkammer ein Reservoirvolumen (1 6) aufweist, und dass das Expansionsvolumen (10) mit dem 5 Reservoirvolumen (1 7) verbunden ist.
7. Löschkammer gemäss Anspruch 5 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (1 8) vorgesehen ist zum Verschliessen der Verbindung (1 4) zwischen dem Expansionsvolumen (10) und dem 0 Abströmkanal (1 3) bei einem Einschaltvorgang und zum Öffnen der Verbindung (14) zwischen dem Expansionsvolumen (10) und dem Abströmkanal (1 3) bei einem Ausschaltvorgang.
8. Löschkammer gemäss Anspruch 5 und Anspruch 6 oder gemäss 5 Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (1 9) vorgesehen ist zum Verschliessen der Verbindung (14) zwischen dem Expansionsvolumen (10) und dem Reservoirvolumen (1 7) bei einem Ausschaltvorgang und zum Öffnen der Verbindung (14) zwischen dem Expansionsvolumen (10) und dem Reservoirvolumen (1 7) bei einem w Einschaltvorgang.
9. Löschkammer gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Kolben (Kl ) einer zweiten Kolben- Zylinder-Anordnung, welche das zweite Kompressionsvolumen (8)
15 beinhaltet, starr mit dem beweglichen Kontaktstück (2) verbunden ist.
1 0. Löschkammer gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizvolumen (5) mit dem ersten Kompressionsvolumen (8) identisch ist. 0 1 1 . Löschkammer gemäss einem der Ansprüche 1 -9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Heizvolumen (5) und dem ersten Kompressionsvolumen (7) ein Rückheizventil (21 ) angeordnet ist zum Separieren des ersten Kompressionsvolumens (7) von dem Heizvolumen 5 (5) in dem Fall, dass in dem Heizvolumen (5) ein Druck PH herrscht, der grösser ist als ein Druck pi in dem ersten Kompressionsvolumen (7), und zum Verbinden des Heizvolumens (5) mit dem ersten Kompressionsvolumen (7), falls in dem Heizvolumen (5) ein Druck PH herrscht, der kleiner ist als ein Druck pi in dem ersten 0 Kompressionsvolumen (7). Hochleistungsschalter, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Löschkammer gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche beinhaltet.
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