Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungsschalter gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein derartiger Schalter geht aus der DE-A-2 500 095 hervor. Bei diesem Schalter münden ein Kompressionsraum und ein Aufheizvolumen in einen vom beweglichen Schaltstück und einer Blasdüse begrenzten und der Löschstrecke benachbarten ringförmigen Bereich. Bei Annäherung des abzuschaltenden Stroms an einen Nulldurchgang werden zwischen dem Kompressionsraum und dem Aufheizvolumen befindliche Rückschlagventile geschlossen. Auf diese Weise kann zumindest kurzzeitig heißes Löschgas im Aufheizvolumen gespeichert werden, welches aufgrund der dabei herrschenden Druckverhältnisse auch in den ringförmigen Bereich eindringen kann. Hierbei dürfte sich an einer in den ringförmigen Bereich hineinragenden Kante eine turbulente Grenzschicht von heißem Löschgas aus dem Aufheizvolumen und kühlem Löschgas aus dem Kompressionsvolumen bilden. Dieser Schalter weist ein aufwendiges Ventilsystem zur Steuerung der Druckverhältnisse im Kompressionsraum und Aufheizvolumen auf und benötigt zudem einen vergleichsweise starken Antrieb.

Bei einem aus der FR-A-2 292 325 bekannten Schalter münden ein in einem düsenförmig ausgehöhlten Isolierstoffkörper ausgespartes Aufheizvolumen sowie der Kompressionsraum einer Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung in die zwischen den Kontaktstücken befindliche Löschstrecke. Hierdurch wird zwar erreicht, daß auch beim Schalten großer Ströme äußerst rasch frisches Löschgas aus dem Kompressionsraum im Bereich des Düsenengnis des Isolierstoffkörpers zur Beblasung des Schaltlichtbogens zur Verfügung steht, dem vom Düsenengnis abgewandten Ende der Löschstrecke jedoch nur verhältnismäßig heißes und ionenreiches Gas aus dem im Isolierstoffkörper vorgesehenen Aufheizvolumen zugeführt wird. Dieses Gas weist keine optimalen Löscheigenschaften auf, so daß ein Wiederzünden des Schaltlichtbogens nach einem Strömnulldurchgang nicht ohne weiteres auszuschließen ist.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 021 951 sowie der deutschen Patentanmeldung DE-A-2 404 721 sind ferner Schalter bekannt, bei denen der bei einem Schaltvorgang zwischen den Kontaktstücken gezogene Schaltlichtbogen unter der Wirkung des Magnetfeldes einer vom abzuschaltenden Strom durchflossenen Spule um eine Achse rotiert. Hierdurch wird die Heizwirkung des Schaltlichtbogens in einer Löschkammer verstärkt und steht bei einem Nulldurchgang des abzuschaltenden Stromes aufgeheiztes Gas zur Beblasung des Schaltlichtbogens zur Verfügung. Um beim Schalten kleiner Ströme eine ausreichende Beblasung des Schaltlichtbogens zu ermöglichen, ist bei diesen Schaltern jeweils noch eine Kolben-Zylinder-Kompressions-Vorrichtung vorgesehen, durch welche Gas aus der Löschkammer durch die zwischen den Kontaktstücken befindliche Löschstrecke gesaugt wird. Bei diesem Schalter wird zumindest in der Anfangsphase des Löschvorganges ausschließlich heißes Löschgas zur Beblasung des Schaltlichtbogens verwendet, so daß ein Wiederzünden des Schaltlichtbogens nach einem Stromnulldurchgang nicht auszuschließen ist.

In der deutschen Patentanmeldung DE-A-2 349 263 ist ferner ein Schalter mit einem Brennraum beschrieben, in dem bei einem Schaltvorgang ein mit dem Schaltlichtbogen in Reihe liegender Hilfslichtbogen gezündet wird. Dieser Hilfslichtbogen heizt das in der Brennkammer befindliche Gas auf, wodurch der Antrieb des Schalters unterstützt wird. Zur Beblasung des Schaltlichtbogens weist dieser Schalter eine Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung auf. Bei diesem Schalter steht zur Beblasung des Schaltlichtbogens vergleichsweise frisches Gas zur Verfügung, jedoch ist ein solcher Schalter relativ aufwendig.

Bei einem in der französischen Patentanmeldung FR-A-2 156 219 offenbarten Schalter wird die Beblasung des Schaltlichtbogens dadurch verbessert, daß eine Kolben-Zylinder-Vorrichtung Gas aus einer Kompressionskammer in die zwischen den Kontaktstücken befindliche Löschstrecke befördert, welches Gas nach Durchströmen der Löschstrecke sodann von einer Saugkammer der Kolben-Zylinder-Vorrichtung aufgenommen wird. Ein solcher Schalter ist vergleichsweise kompliziert aufgebaut und benötigt zur Betätigung der Kolben-Zylinder-Vorrichtung einen verhältnismäßig starken Antrieb.

Bei einem aus dem schweizerischen Patent 568 649 bekannten Schalter kann zwar der Antrieb durch Ausnutzung des durch die Schaltlichtbogengase erzeugten Druckstoßes verhältnismäßig schwach bemessen sein und kann die Energie des Druckstoßes zugleich zur Unterstützung der Beblasung herangezogen werden, jedoch weist dieser Schalter ein zur pneumatischen Umlenkung der Schaltlichtbogengase notwendiges Mehrkammersystem mit mehreren von den heißen Löschgasen beaufschlagten Ventilen auf.

Schließlich sind aus der französischen Patentanmeldung FR-A-2 373 141 sowie der deutschen Patentanmeldung DE-A-2 741 022 Schalter bekannt, bei denen das in einer abgeschlossenen Kammer befindliche Löschgas im wesentlichen durch einen unter der Wirkung eines Magnetfeldes rotierenden Lichtbogen aufgeheizt und verdichtet wird. Bei Ausschaltströmen steigt der Gasdruck in der Aufheizkammer stark an und wird oberhalb eines vorgegebenen Druckwertes eine die Aufheizkammer begrenzende Wand in eine weitere abgeschlossene Kammer hineinbewegt. Hierdurch wird in dieser Kammer befindliches frisches Löschgas komprimiert und sodann zur Löschung des Schaltlichtbogens verwendet. Bei diesem Schalter wird zumindest in der Anfangsphase des Löschvorganges ausschließlich heißes Löschgas zugeführt. Darüber hinaus ist die Stärke der Löschgasbeblasung von der Stärke des abzuschaltenden Stromes abhängig.

Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 angegeben ist, löst die Aufgabe, einen Schalter anzugeben, bei dem ein Wiederzünden des Schaltlichtbogens nach dem Stromnulldurchgang mit einfachen Mitteln unter Einsparung von Antriebsenergie vermieden wird.

Der erfindungsgemäße Leistungsschalter zeichnet sich dadurch aus, daß trotz einfachen Aufbaus und relativ schwachen Antriebs in allen Schaltfällen ein verhältnismäßig großer Anteil an vergleichsweise frischem Löschgas zur Beblasung des Schaltlichtbogens zur Verfügung steht. Hierdurch werden in wirtschaftlicher Weise eine wirkungsvolle Beblasung des Schaltlichtbogens und damit ein günstiges Löschvermögen erreicht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Leistungsschalters ist im abhängigen Anspruch 2 angegeben. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung in vereinfachter Form dargestellt. Hierbei zeigt die einzige Figur eine Aufsicht auf einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Leistungsschalter, wobei auf der linken Seite der Hochspannungsleistungsschalter in der Einschaltstellung angegeben, hingegen auf der rechten Seite jeweils eine Ausschaltphase des betreffenden Hochspannungsleistungsschalters dargestellt ist.

In der Figur ist eine Aufsicht auf einen Schnitt durch die Kontaktanordnung eines erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalters dargestellt. Ein bewegliches, als Düsenrohr ausgebildetes Kontaktstück 1 ist mit Kontaktfingern eines feststehenden Kontaktstückes 2 in Eingriff (vergleiche linke Seite). Unterhalb des feststehenden Kontaktstückes 2 ist eine ringförmige Elektrode 3 angeordnet, welche mit einem Ende einer Spule 4 elektrisch leitend verbunden ist. Das andere Ende der Spule steht mit dem Kontaktstück 2 in elektrisch leitender Verbindung. Die Spule 4 ist an einem lsolierstoffkörper 5 angebracht, in welchem Ringräume 6, 7 und 8 vorgesehen sind. Der Ringraum 6 steht über eine ringförmige Mündung 9, der Ringraum 8 über einen Ringkanal 10 und eine ringförmige Mündung 11 mit einem ringförmigen Bereich 12 in Verbindung. Die Ringräume 6 und 7 sind über eine in einer Wand 14 vorgesehene Öffnung 13 miteinander verbunden. Die Ringräume 7 und 8 werden durch einen Ringkolben 15 voneinander getrennt. Dieser Ringkolben 15 ist über Stege 16 mit dem beweglichen Kontaktstück 1 verbunden und ist Teil einer Kompressionsvorrichtung für Löschgas, welches in allen angegebenen Räumen und Kanälen vorgesehen ist. Am Ringraum 8 sind Rückschlagventile 20 vorgesehen, welche bei der Betätigung der Kompressionsvorrichtung einen Druckabfall im Ringraum 8 verhindern und beim Einschalten das Zuströmen frischen Löschgases ermöglichen.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalters ist nun wie folgt:

Beim Ausschalten wird das Kontaktstück 1 nach unten bewegt. Gleichzeitig bewegt sich auch der Ringkolben 15 der Kompressionsvorrichtung nach unten und komprimiert im Ringraum 8 befindliches Löschgas, wobei Rückschlagventile 1 einen Druckabfall in den Ringräumen 6 und 7 verhindern. Sobald sich die Kontaktstücke 1 und 2 voneinander getrennt haben, wird sich zwischen ihnen ein Lichtbogen 17 bilden. Mit zunehmendem Abstand zwischen den .Kontaktstücken 1 und 2 wandert der Fußpunkt des Lichtbogens 17 vom feststehenden Kontaktstück 2 zur ringförmigen Elektrode 3 und schaltet hierbei die nun vom Abschaltstrom durchflossene Spule 4 ein (vergleiche die rechte Seite von Fig. 1). Das magnetische Feld der Spule bewirkt eine Rotation des Lichtbogens 17 um eine Kontaktstückachse. Hierbei wird Löschgas in der Hochstromphase stark erhitzt, wodurch zugleich auch der Druck des Löschgases ansteigt.

Das erhitzte, unter hohem Druck stehende Löschgas wird im Ringraum 6 gespeichert. Ein Teil des in dem Ringraum 6 gespeicherten Löschgases gelangt über die Öffnung 13 in den Ringraum 7, in dem es auf den Ringkolben 15 eine in Ausschaltrichtung wirkende und somit den Schalterantrieb unterstützende Kraft ausübt. Hierdurch wird verhindert, daß der Ringkolben 15 gegen den durch Aufheizung bewirkten Druckaufbau des Löschgases arbeitet und es so zu einer Antriebsabbremsung kommt.

Gleichzeitig wird das im Ringraum 8 befindliche frische Löschgas komprimiert und strömt, wenn die Heizwirkung des Lichtbogens 17 bei Annäherung an den Stromnulldurchgang nachläßt, in der durch Pfeile angebenen Richtung über den Ringkanal 10 zum Bereich 12 und mischt sich dort mit dem nun ebenfalls aus dem Ringraum 6 strömenden erhitzten Löschgas. Die Vermischung des frischen und des heißen Löschgases wird dadurch noch unterstützt, daß die Ringräume 6 und 8 durch die zylinderförmige Wand 14 voneinander getrennt sind, und daß die Wand 14 eine in den Bereich 12 hineinragende Kante 19 aufweist. Die Kante 19 verursacht eine turbulente Grenzschicht zwischen frischem und heißem Löschgas und fördert dadurch deren Vermischung.

Vom Bereich 12 wird das unter hohem Druck stehende, aber erheblich abgekühlte Löschgas in die zwischen dem beweglichen Kontaktstück 1 und der Ringelektrode 3 befindliche Löschstrecke geleitet, wo es den Lichtbogen bis weit über den Stromnulldurchgang hinaus besonders wirkungsvoll bebläst und anschließend über die düsenförmige Öffnung des Kontaktstückes 1 in einen Expansionsraum gelangt.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den Ringkolben 15 als Differentialkolben auszubilden, dessen größere Fläche den Ringraum 7 begrenzt.