Hochspannungs-Leistungsschalter

Abstract

 Der Leistungsschalter enthält einen isoliergasgefüllten Behälter (K) und eine im Behälter (K) angeordnete, längs einer Achse (X) ausgerichtete und mit Hochspannung beaufschlagbare Schalteinheit (E) mit einer Löschkammer (20) und einem Auspuffvolumen (30). Das Auspuffvolumen (30) ist über einen Gaseinlass (22) mit einer beim Ausschalten in der Löschkammer (20) sich bildenden Lichtbogenzone (27) verbunden und kommuniziert über einen im Gehäuse (10) angeordneten Gasauslass (36) mit dem Inneren des Behälters (K). Das Auspuffvolumen weist eine ringförmig um die Achse (X) geführte Kammer (32) auf, in der aus der Lichtbogenzone (27) zuströmendes Heissgas (S1) durch Rezirkulation mit kühlem Isoliergas vermischt wird.
Um das Heissgas besonders wirkungsvoll zu kühlen und um so die Schaltleistung zu verbessern, ist die Mischkammer (32) nach Art eines Hohlzylinders ausgebildet und weist zwei kreisringförmige Stirnseiten (3, 3') auf, ist eine vom Heissgas angeströmte beider Stirnseiten (3) von zwei axial gegeneinander versetzt angeordneten Platten gebildet, und ist zwischen den beiden Platten ein radial ausgerichteter Ringspalt angeordnet, durch den das zugeführte Heissgas (S1) überwiegend in radialer Richtung ins Innere der Mischkammer (32) strömt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsschalter, enthaltend einen isoliergasgefüllten Behälter und eine im Behälter angeordnete, längs einer Achse ausgerichtete und mit Hochspannung beaufschlagbare Schalteinheit mit einer Löschkammer und mindestens einem Auspuffvolumen. Das Auspuffvolumen ist über einen Einlass mit einer beim Ausschalten in der Löschkammer sich bildenden Lichtbogenzone verbunden und kommuniziert über einen Auslass, der durch ein Gehäuse der Schalteinheit geführt ist, mit dem Inneren des Behälters. Das Auspuffvolumen weist eine ringförmig um die Achse geführte Kammer auf, in der aus der Lichtbogenzone zuströmendes Heissgas durch Rezirkulation mit kühlem Isoliergas vermischt wird.

[0002] Bei diesem Schalter bildet sich beim Ausschalten in der Lichtbogenzone Heissgas mit Temperaturen, die im allgemeinen höher 10 000 K sind. Das Heissgas wird in das Auspuffvolumen ausgestossen. Bevor es dielektrisch hoch beanspruchte Bereiche des Schalters erreicht, muss es daher gekühlt werden, da der Schalter nur dann die anliegende Hochspannung, welche typischerweise zwischen einigen kV und mehreren hundert kV liegt, halten kann. Die Kühlung wird im allgemeinen durch Mischen des Heissgases mit kühlem Isoliergas erreicht und/oder durch Übertragung von Wärme aus dem Heissgas in feste Teile des Schalters, wie etwa metallene Wände oder Gitter. Aus Kostengründen ist das Auspuffvolumen jedoch klein zu halten, so dass zum Mischen mit dem Heissgas nur eine relativ geringe Menge an kühlem Isoliergas zur Verfügung steht.

Hintergrund der Erfindung

[0003] Eine Ausführungsform des Schalters der eingangs genannten Art ist beschrieben in EP 1 605 485 A1. Der beschriebene Schalter weist eine Löschkammer, ein der Löschkammer nachgeschaltetes Auspuffvolumen und ein zwischen Löschkammer und Auspuffvolumen angeordnetes und eine Prallplatte enthaltendes Zwischenvolumen auf. Beim Ausschalten strömt durch einen Schaltlichtbogen in der Löschkammer erzeugtes Heissgas aus einer Isolierdüse über das Zwischenvolumen ins Auspuffvolumen. Hierbei trifft das Heissgas auf die Prallplatte und wird umgelenkt. Danach trifft es auf eine Engstelle einer Lavaldüse. Stromabwärts der Prallplatte entsteht so ein Rezirkulationsgebiet, in dem sich eine effektive Strömung ausbildet, die zu einer besonders guten Durchmischung des Heissgases mit im Zwischenvolumen bereits vorhandenen kühlerem Isoliergas führt. Hierdurch und durch weitere Abkühlung des Heissgases im nachgeschalteten Auspuffvolumen werden die dielektrischen Eigenschaften des Heissgases verbessert und so die Schaltleistung des Schalters erhöht.

[0004] EP 1 768 150 A1 zeigt einen Hochspannungsschalter, dessen Schaltleistung durch Vorkühlen des beim Ausschalten gebildeten Heissgases mittels eines mit kaltem Isoliergas gefüllten Zwischenvolumens erreicht wird, bei dem das Heissgas in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen der eine das Zwischenvolumen durchströmt und hierbei das Kaltgas verdrängt, während der andere am Zwischenvolumen vorbeigeführt wird und sich danach mit dem verdrängten Kaltgas zu einem dielektrisch hochwertigen Isoliergas vermischt.

[0005] Bei einem aus WO 2006/066420 A1 bekannten Leistungsschalter rezirkuliert das Heissgas in einem als Hülse ausgebildeten Auspuffbereich und baut so im Hülseninneren Staudruck auf. Das Heissgas strömt daher nachfolgend in Form einer Vielzahl von Gasjets durch Öffnungen in der Hülse. Durch Aufprall der Gasjets auf eine Wand werden so eine Vielzahl von Wirbeln erzeugt, die durch turbulent konvektiven Wärmeübergang in die Prallwand eine intensive Kühlung des Heissgases bewirken.

Zusammenfassung der Erfindung

[0006] Die Erfindung wird im Hauptanspruch definiert und charakterisiert, während die abhängigen Ansprüche weitere Merkmale der Erfindung beschreiben.

[0007] Zweck der Erfindung ist es, einen Leistungsschalter mit einer verbesserten Schaltleistung zu schaffen.

[0008] Beim erfindungsgemässen Leistungsschalter ist im Auspuffvolumen eine nach Art eines Hohlzylinders ausgebildete Mischkammer mit zwei kreisringförmigen Stirnseiten vorgesehen, ist eine vom zugeführten Heissgas angeströmte vordere beider Stirnseiten von zwei axial gegeneinander versetzt angeordneten Platten gebildet, und ist zwischen den beiden Platten ein radial ausgerichteter Ringspalt angeordnet, durch den das zugeführte Heissgas überwiegend in radialer Richtung ins Innere der Mischkammer strömt.

[0009] Das aus dem Ringspalt ins Innere der Kammer tretende Heissgas weist einen der Breite des Ringspalts proportionalen Impuls auf und strömt entlang der Kammerwand. Es wird so ein praktisch das gesamte Volumen der Mischkammer ausfüllender, torusförmiger Wirbel hoher Energie erzeugt. Dieser Wirbel sorgt für eine rasche und intensive Mischung des einströmenden Heissgases mit dem gesamten in der Mischkammer vorhandenen kühlen Isoliergas, wodurch eine besonders effektive Kühlung des Heissgases erreicht wird. Das aus dem Auspuffvolumen tretende Gas weist daher auch beim Abschalten grosser Kurzschlussströme Eigenschaften auf, die den Anforderungen in dielektrisch hoch beanspruchten Bereichen des Schalters genügen.

[0010] Mit Vorteil ist eine erste der beiden Platten an einem als Innenrohr und eine zweite der beiden Platten an einem als Aussenrohr ausgeführten Teil des Gehäuses befestigt und ist der Aussenradius der ersten Platte mindestens gleich dem Innenradius der zweiten Platte. Das durch den Ringspalt vorwiegend in axialer Richtung in die Mischkammer einströmende Heissgas verteilt sich dann nämlich gleichmässig über den gesamten Umfang des Ringspalts und bewirkt so eine weitgehend gleichförmige Ausbildung des Wirbels. Dementsprechend vermischt sich das Heissgas sehr homogen mit dem kühlen Löschgas.

[0011] Dadurch, dass die zweite Platte gegenüber der ersten Platte stromaufwärts der Heissgasströmung, also näher an der Lichtbogenzone angeordnet ist als die erste Platte, wird in der Mischkammer ein Wirbel erreicht, der von der vorderen Stirnseite zunächst an das Aussenrohr und erst dann über die hintere der beiden Stirnseiten an das Innenrohr gelangt. Auf das gut kühlbare und eine grosse Oberfläche aufweisende Aussenrohr kann so schon zu Beginn des Mischvorgangs Wärme aus dem Heissgas übertragen werden.

[0012] Es ist anzustreben, dass die Länge der Mischkammer in axialer Richtung etwa gleich der Höhe der Kammer in radialer Richtung ist. Es ist dann sichergestellt, dass sich der Wirbel ohne grossen Strömungswiderstand in der Mischkammer ausbilden kann, und dass der Wirbel ohne wesentliche Reibungsverluste durch die umgebende Wand der Mischkammer über einen vergleichsweise grossen Zeitraum erhalten bleibt.

[0013] Damit das in die Mischkammer einströmende Heissgas eine hohe Strömungsgeschwindigkeit und damit einen hohen Impuls aufweist, wird der Strömungsquerschnitt des Ringspalts gering gehalten, zumindest kleiner als der Strömungsquerschnitt des Einlasses ins Auspuffvolumen und grösser als der Strömungsquerschnitt des Auslasses aus dem Auspuffvolumen in einen die Schalteinheit umgebenden und mit Isoliergas gefüllten Aussenraum.

[0014] Die dielektrischen Eigenschaften des Heissgases können zusätzlich verbessert werden, wenn das Auspuffvolumen mindestens zwei in Reihe geschaltete, gleichartig ausgebildete Mischkammern aufweist, wobei die vom Einlass abgewandte hintere Stirnseite der vorgeschalteten ersten Mischkammer zugleich die vordere Stirnseite der nachgeschalteten zweiten Mischkammer bildet. Hierbei ist es vor besonderem Vorteil, dass der homogene Wirbel in der vorgeschalteten ersten Mischkammer einen Staudruck aufbaut. Dieser Staudruck sorgt für eine starke Strömung des aus der vorgeschalteten ersten in die nachgeschaltete zweite Mischkammer tretenden Gases.

[0015] Das mindestens eine hohlzylindrische Mischkammer aufweisende Auspuffvolumen ist im allgemeinen stromaufwärts einer in der Löschkammer vorgesehenen und die Lichtbogenzone radial begrenzenden Isolierdüse angeordnet. Alternativ kann es aber auch stromabwärts der Isolierdüse angeordnet sein. In einer besonders leistungsstarken Ausführungsform des Schalters nach der Erfindung schliesst sich stromabwärts der Isolierdüse ein zweites Auspuffvolumen an. Auch in diesem zweiten Auspuffvolumen ist mit Vorteil mindestens eine hohlzylindrische Mischkammer angeordnet, da dann beim Austreten des in der Mischkammer dielektrisch verbesserten und abgekühlten Heissgases aus dem zweiten Auspuffvolumen in das umgebende Isoliergas eine unzulässig hohe dielektrische Belastung vermieden wird.

[0016] Das Heissgas muss nicht notwendigerweise unmittelbar aus der Lichtbogenzone in die hohlzylinderförmige Mischkammer strömen. Es kann auch mittelbar von der Lichtbogenzone in die Mischkammer gelangen, beispielsweise über eine der Mischkammer vorgeschaltete Vormischkammer.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0017] Anhand von Zeichnungen wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig.1

eine Aufsicht auf einen längs einer Symmetrieachse geführten Schnitt durch einen Hochspannungs-Leistungsschalter nach der Erfindung beim Ausschalten eines Kurzschlussstroms,

Fig.2

in vergrösserter Darstellung mehrere im Schalter nach Fig.1 vorgesehene hohlzylinderförmige Mischkammern, und

Fig.3

ein Diagramm, in dem die Durchschlagsspannung U_DB [10⁵ V ] zwischen einer auf Hochspannungspotential befindlichen Schalteinheit und einem die Schalteinheit aufnehmenden, isoliergasgefüllten und geerdeten Metallbehälter in Funktion der Zeit t [s ] bei einem Schalter nach dem Stand der Technik und bei zwei Ausführungsformen des Schalters nach der Erfindung dargestellt ist.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0018] In den Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Teile. Der in Fig. 1 dargestellte Hochspannungs-Leistungsschalter weist einen mit einem komprimierten Isoliergas, etwa auf der Basis Schwefelhexafluorid oder eines Schwefelhexafluorid enthaltenden Gasgemischs, gefüllten und im allgemeinen aus Metall, gegebenenfalls auch aus einem witterungsständigen Isolierstoff, bestehenden Behälter K auf. Im Behälter befindet sich eine mit Hochspannung beaufschlagbare Schalteinheit E , welche längs einer Achse X ausgerichtet ist und ein axialsymmetrisches, weitgehend rohrförmiges Gehäuse 10 aufweist. Das Gehäuse 10 nimmt eine Löschkammer 20 sowie zwei Auspuffvolumen 30 und 40 auf, von denen sich das Auspuffvolumen 30 an das untere Ende und das Auspuffvolumen 40 an das obere Ende der Löschkammer 20 anschliesst. Das Gehäuse 10 ist in koaxialer Anordnung von zwei Metallhohlkörpern 11 und 12 sowie einem Isolierrohr 13 gebildet, welches die beiden Metallhohlkörper gasdicht miteinander verbindet und einen durch die Hochspannung bestimmten Isolationsabstand zwischen den beiden Metallhohlkörpern 11, 12 bildet.

[0019] In der Löschkammer 20 befindet sich eine Kontaktanordnung mit zwei längs der Achse X relativ zueinander verschiebbaren Schaltstücken mit jeweils einem Nennstrom- und einem Lichtbogenkontakt. Ein mit dem Bezugszeichen 21 gekennzeichneter Lichtbogenkontakt eines von einen Antrieb D bewegbaren ersten beider Schaltstücke ist hohl ausgebildet und kommuniziert über Austrittsöffnungen 22 mit einer im Auspuffvolumen 30 angeordneten Vormischkammer 31. Der Lichtbogenkontakt des feststehend angeordneten zweiten Schaltstücks ist mit dem Bezugszeichen 23 gekennzeichnet und ist als Stift ausgebildet. Das bewegliche Schaltstück und damit auch der Lichtbogenkontakt 21 sind über einen Gleitkontakt 24 und den Metallhohlkörper 11 mit einem nicht dargestellten ersten Stromanschluss der Schalteinheit E elektrisch leitend verbunden. Das feststehende Schaltstück und damit auch der Lichtbogenkontakt 23 sind über einen Speichen enthaltenden Tragring 25 und den Metallhohlkörper 12 mit einem nicht dargestellten zweiten Stromanschluss der Schalteinheit E elektrisch leitend verbunden.

[0020] Das bewegliche Schaltstück trägt eine die beiden Lichtbogenkontakte 21 und 23 koaxial umgebende Isolierdüse 26 aus einem bei Lichtbogeneinwirkung löschgasabgebenden polymeren Isoliermaterial, vorzugsweise Polytetrafluorethylen. Die Isolierdüse 26 begrenzt eine Lichtbogenzone 27 radial nach aussen. Die Lichtbogenzone wird beim Ausschalten durch die sich trennenden Lichtbogenkontakte 21, 23 gebildet und nimmt hierbei den auf den beiden Kontakten 21, 23 fussenden Schaltlichtbogen auf.

[0021] Das Auspuffvolumen 30 ist vom Metallhohlkörper 11 umschlossen und enthält neben der Vormischkammer 31 auch vier in Reihe geschaltete Mischkammern 32, 33, 34 und 35, welche jeweils ringförmig um die Achse X geführt sind. Die Mischkammern 32, 33 und 34 sind jeweils nach Art eines Hohlzylinders ausgebildet und weisen jeweils zwei kreisringförmige Stirnseiten 3, 3' auf (nur bei der Mischkammer 32 bezeichnet).

[0022] Wie Fig. 2 entnommen werden kann, sind die beiden Stirnflächen 3, 3' jeweils von zwei axial gegeneinander versetzt angeordneten Platten 3a, 3b resp. 3a', 3b' (nur bei der Kammer 32 bezeichnet) gebildet sind. Zwischen den beiden Platten 3a, 3b resp. 3a', 3b' erstreckt sich ein radial ausgerichteter Ringspalt 3c resp. 3c'. Ersichtlich sind die beiden Platten 3a und 3b resp. 3a' und 3b' jeweils als Kreisring ausgebildet. Die Platten 3a und 3a' sind an einem als Aussenrohr 11a und die Platten 3b und 3b' an einem als Innenrohr 11b ausgebildeten Teil des Metallhohlkörpers 11 befestigt. Der Aussenradius der Platten 3b und 3b' ist mindestens gleich dem Innenradius der Platte 3a und 3a'. Fig. 1 kann entnommen werden, dass die Mischkammer 32 über die Vormischkammer 31 mit den als Gaseinlass des Auspuffvolumens 30 wirkenden Austrittsöffnungen 22 verbunden ist, und dass die Mischkammer 35 als Gasauslass des Auspuffvolumens 30 wirkende Austrittsöffnungen 36 aufweist. Durch diese Öffnungen 36 kann während des Betriebs des Schalters Isoliergas aus dem Behälter K ins Innere des Gehäuses 10, d.h. in die beiden Auspuffvolumen 30, 40 und die Löschkammer 20, strömen und strömt beim Ausschalten Auspuffgas aus dem Auspuffvolumen 30 in den isoliergasgefüllten Behälter K aus.

[0023] Beim Ausschalten baut der Schaltlichtbogen während der Hochstromphase des abzuschaltenden Stroms in der Löschkammer 20 einen hohen Gasdruck auf. Bei Annäherung des Stroms an einen Nulldurchgang treten aus der Löschkammer 20 zwei entgegensetzt gerichtetete Heissgasströmungen S1 und S2 aus, von denen die Strömung S1 durch den als Düse ausgebildeten hohlen Lichtbogenkontakt 21 und die Strömung S2 durch die Engstelle und den Diffusor der Isolierdüse 26 geführt werden.

[0024] Die Strömung S1 wird durch die Austrittsöffnungen 22 in die Vormischkammer 31 eingelassen, in der das einströmende Heissgas beruhigt und durch Vormischen mit kühlem Isoliergas vorgekühlt wird. Das beim Ausschalten grosser Kurzschlussströme im allgemeinen Temperaturen höher 3000 K aufweisende, vorgekühlte Heissgas prallt nun auf die Stirnfläche 3a der Mischkammer 32 und wird in radialer Richtung abgelenkt. Das abgelenkte Heissgas S1 wird in dem aus Fig.2 ersichtlichen Ringspalt 3c beschleunigt und tritt mit hoher Geschwindigkeit und mit vorwiegend radial ausgerichteter Strömungsrichtung ins Innere der Mischkammer 32 ein. Hierbei wird es weitgehend entlang der Innenwand der Mischkammer 32 geführt. Es bildet sich so ein praktisch den ganzen Innenraum der Mischkammer 32 erfassender homogener Strömungswirbel W aus, der nach Art eines Torus ausgebildet ist und der das zuströmende Heissgas S1 äusserst schnell mit dem bereits vorhandenen kühlen Isoliergas vermischt und so die dielektrischen Eigenschaften des Heissgases S1 weiter verbessert.

[0025] Der Impuls resp. die Geschwindigkeit des einströmenden Heissgases S1 und damit die Intensität des induzierten Wirbels W können durch Verkleinerung des in Fig.2 mit dem Bezugszeichen A gekennzeichneten Strömungsquerschnitts des Ringspalts 3c erhöht werden. Um auch beim Ausschalten mittlerer oder kleiner Kurzschlussströme einen zur Impuls- und damit zur Wirbelbildung ausreichenden Staudruck stromaufwärts der Mischkammer 32 zu erreichen, sollte der Strömungsquerschnitt A des Ringspalts 3c kleiner als der Strömungsquerschnitt des durch die Austrittsöffnungen 22 definierten Gaseinlasses und grösser als der Strömungsquerschnitt des durch die Austrittsöffnungen 36 definierten Gasauslasses des Auspuffvolumen 30 sein. Ist die aus Fig. 2 ersichtliche Länge L der Mischkammer 32 in axialer Richtung etwa gleich der Höhe R der Kammer 32 in radialer Richtung, so ist sichergestellt, dass sich der Wirbel W bei geringem Strömungswiderstand ausbilden und sich dementsprechend über einen grossen Zeitraum halten kann. Dadurch, dass bei der Mischkammer 32 die am Aussenring 11a befestigte Platte 3a gegenüber der Platte 3b stromaufwärts der Heissgasströmung S1 angeordnet ist, wird die Heissgasströmung S1 in der Mischkammer 32 zunächst radial nach aussen geführt und gelangt der Wirbel W so zunächst an das gut kühlbare Aussenrohr 11a, auf das er schon zu Beginn des Mischvorgangs in vorteilhafter Weise Wärme aus dem Heissgas übertragen hat.

[0026] Die dielektrischen Eigenschaften der Heissgasströmung S1 werden durch die nachfolgend von ihr durchströmten gleichartigen Mischkammern 33 und 34 und die Mischkammer 35 sukzessive verbessert. Hierbei ist es von Vorteil, dass der homogene Wirbel W in der Mischkammer 32 einen Staudruck aufbaut, der für eine starke Strömung der aus der Mischkammer 32 in die Mischkammer 33 tretenden Strömung S1 sorgt. Bei grossen Kurzschlussströmen reicht der Impuls der aus der Mischkammer 32 tretenden Heissgasströmung S1 im allgemeinen noch aus, um auch in der Kammer 33 und in den nachfolgenden Kammern 34 und 35 noch gut ausgebildete Wirbel zu erzeugen. Da Hochspannungs-Leistungsschalter ausserhalb des isoliergasgefüllten Behälters, d.h. an Luft, die anliegende Hochspannung halten müssen, erstrecken sie sich im allgemeinen in axialer Richtung wesentlich länger als radial. Daher können mehrere in Reihe geschaltete Mischkammern in der Schalteinheit E eingebaut sein, ohne die durch die Grösse der Hochspannung vorbestimmte Länge in axialer Richtung zu überschreiten.

[0027] Alternativ oder - wie in Fig.1 dargestellt - zusätzlich kann auch im Auspuffvolumen 40 mindestens eine der Mischkammer 32 vergleichbare hohlzylindrische Kammer 41 vorgesehen sein, bei der die aus dem Diffusor der Isolierdüse 26 tretende Heissgasströmung S2 mit einer radial gerichteten Strömungskomponente ins Innere der Mischkammer 41 geführt wird und hierbei den Wirbel W' bildet. Da die Heissgasströmung S1 entlang dem stiftförmigen Lichtbogenkontakt 23 axial geführt aus der Düse 26 austritt, wird sie einfacher Weise an einer zentral angeordneten, kreisringförmigen Platte 43 umgelenkt und kann dann mit einer radial nach innen geführten Strömungskomponente durch den von der Platte 43 und einer an einem Aussenrohr 12a des Metallhohlkörpers 12 befestigten, kreisscheibenförmigen Platte 44 begrenzten Ringspalt ins Innere der Mischkammer 41 gelangen. Ist die Platte 43 gegenüber der Platte 44 stromabwärts der Heissgasströmung S2 angeordnet, so wird die Heissgasströmung S2 wie die Heissgasströmung S1 bei der Mischkammer 32 mit einer radial nach innen gerichteten Strömungskomponente in die Mischkammer 41 geführt. An einem von Austrittsöffnungen 45 gebildeten Gasauslass des Auspuffvolumens 40 gelangt dann gekühltes Auspuffgas in den Raum zwischen Metallhohlkörper 12 und Behälter K und wird so die dielektrische Festigkeit in diesem Raum beim Auspuffen von Schaltgas nicht wesentlich reduziert. Mindestens eine nachgeschaltete weitere Mischkammern 42 verbessert die dielektrischen Eigenschaften der Heissgasströmung S2 zusätzlich.

[0028] In dem in Fig. 3 dargestellten Diagramm wurde die zeitliche Abhängigkeit der Durchschlagsspannung U_BD bei drei vergleichbar ausgebildeten Schaltern während eines Nulldurchgang CZ des abzuschaltenden Stroms ermittelt. Hierbei bedeutet Erf1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Schalters mit einer entsprechend der Mischkammer 32 ausgebildeten Mischkammer, Erf2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemässen Schalters mit zwei solcher in Reihe geschalteter Mischkammern und SdT eine Ausführungsform nach dem Stand der Technik ohne eine solche Mischkammer. Aus dem Diagramm geht hervor, dass das Minimum der Durchschlagsspannung bei beiden Ausführungsformen nach der Erfindung wesentlich höher liegt als beim Schalter nach dem Stand der Technik, und dass zugleich die Durchschlagsspannung bei den beiden Ausführungsformen nach der Erfindung wesentlich geringeren Schwankungen unterworfen ist als beim Schalter nach dem Stand der Technik. Daher zeichnet sich der Schalter nach der Erfindung durch eine verbesserte Schaltleistung aus.

[0029] Durch die Verwendung einer in Reihe geschalteten zweiten Mischkammer bei der Ausführungsform Erf2 wird die Durchschlagsspannung gegenüber der Ausführungsform Erf1 ersichtlich erhöht und somit die Schaltleistung zusätzlich verbessert.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0030] 

A

Strömungsquerschnitt

CZ

Stromnulldurchgang

D

Antrieb

E

Schalteinheit

K

Behälter

L

Länge

R

Höhe

S1, S2

Heissgasströmungen

t

Zeit

U_BD

Durchschlagsspannung

W, W'

Wirbel

X

Achse

3, 3'

Stirnseiten

3a, 3b, 3a', 3b'

Platten

3c, 3c'

Ringspalte

10

Gehäuse

11, 12

Metallhohlkörper

11a, 12a

Aussenrohre

11b

Innenrohr

13

Isolierrohr

20

Löschkammer

21, 23

Lichtbogenkontakte

22

Austrittsöffnungen, Gaseinlass

24

Gleitkontakt

25

Tragring

26

Isolierdüse

27

Lichtbogenzone

30

Auspuffvolumen

31

Vormischkammer

32, 33, 34, 35

Mischkammern

36

Austrittsöffnungen, Gasauslass

36

Austrittsöffnungen, Gasauslass

40

Auspuffvolumen

41, 42

Mischkammern

43, 44

Platten

45

Austrittsöffnungen, Gasauslass

Ansprüche

1. Leistungsschalter, enthaltend einen isoliergasgefüllten Behälter (K) und eine im Behälter (K) angeordnete, längs einer Achse (X) ausgerichtete und mit Hochspannung beaufschlagbare Schalteinheit (E) mit einer Löschkammer (20) und mindestens einem Auspuffvolumen (30, 40), welches über einen Gaseinlass (22) mit einer beim Ausschalten in der Löschkammer (20) sich bildenden Lichtbogenzone (27) verbunden ist, und welches über einen Gasauslass (36, 45), der durch ein Gehäuse (10) der Schaltereinheit (E) geführt ist, mit dem Inneren des Behälters (K) kommuniziert, bei dem das Auspuffvolumen (30, 40) eine ringförmig um die Achse (A) geführte Kammer (32, 33, 34, 35, 41, 42) aufweist, in der aus der Lichtbogenzone (27) zuströmendes Heissgas (S1, S2) durch Rezirkulation mit kühlem Isoliergas vermischt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (32) nach Art eines Hohlzylinders ausgebildet ist und zwei kreisringförmige Stirnseiten (3, 3') aufweist, dass eine vom Heissgas (S1) angeströmte erste (3) beider Stirnseiten (3, 3') von zwei axial gegeneinander versetzt angeordneten Platten (3a, 3b) gebildet ist, und dass zwischen den beiden Platten (3a, 3b) ein radial ausgerichteter Ringspalt (3c) angeordnet ist, durch den das zugeführte Heissgas (S1) überwiegend in radialer Richtung ins Innere der Mischkammer (32) strömt.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Platten (3a, 3b) jeweils als Kreisring ausgebildet sind, dass eine erste (3b) beider Platten an einem als Innenrohr (11b) und eine zweite (3a) beider Platten an einem als Aussenrohr (11a) ausgeführten Teil des Gehäuses (10) befestigt ist, und dass der Aussenradius der ersten Platte (3b) mindestens gleich dem Innenradius der zweiten Platte (3a) ist.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die am Aussenrohr (11a) befestigte zweite Platte (3a) gegenüber der ersten Platte (3b) stromaufwärts der Heissgasströmung (S1) angeordnet ist.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) der Mischkammer (32) in axialer Richtung etwa gleich der Höhe (R) der Kammer (32) in radialer Richtung ist.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt (A) des Ringspalts (3c) kleiner als der Strömungsquerschnitt des Gaseinlasses (22) und grösser als der Strömungsquerschnitt des Gasauslasses (36) ist.

6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Auspuffvolumen (30) eine der Mischkammer (32) vorgeschaltete Vormischkammer (31) enthält.

7. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Auspuffvolumen (30) mindestens zwei in Reihe geschaltete, gleichartig ausgebildete Mischkammern (32, 33, 34) aufweist, wobei die gegenüber der ersten Stirnseite (3) stromabwärts der Heissgasströmung (S1) angeordnete zweite Stirnseite (3') der vorgeschalteten ersten Mischkammer (32) zugleich eine Stirnseite der nachgeschalteten zweiten Mischkammer (34) bildet.

8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Auspuffvolumen (30) stromaufwärts einer in der Löschkammer (20) vorgesehenen und die Lichtbogenzone (27) radial begrenzenden Isolierdüse (26) angeordnet ist.

9. Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Isolierdüse (26) ein zweites Auspuffvolumen (40) mit mindestens einer hohlzylindrischen Mischkammer (41) angeordnet ist.

10. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Auspuffvolumen (40) stromabwärts einer in der Löschkammer (20) vorgesehenen und die Lichtbogenzone (27) radial begrenzenden Isolierdüse (26) angeordnet ist.

Zeichnung