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EP0195904A1 - Gas blast switch - Google Patents

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Info

Publication number
EP0195904A1
EP0195904A1 EP86101492A EP86101492A EP0195904A1 EP 0195904 A1 EP0195904 A1 EP 0195904A1 EP 86101492 A EP86101492 A EP 86101492A EP 86101492 A EP86101492 A EP 86101492A EP 0195904 A1 EP0195904 A1 EP 0195904A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
outflow pipe
arc
chamber
switching
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.)
Granted
Application number
EP86101492A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0195904B1 (en
Inventor
Imre Horváth
Lutz Dr. Niemeyer
Wolfgang Dr. Widl
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.)
BBC Brown Boveri AG Switzerland
Original Assignee
BBC Brown Boveri AG Switzerland
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 BBC Brown Boveri AG Switzerland filed Critical BBC Brown Boveri AG Switzerland
Publication of EP0195904A1 publication Critical patent/EP0195904A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0195904B1 publication Critical patent/EP0195904B1/en
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/98—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being initiated by an auxiliary arc or a section of the arc, without any moving parts for producing or increasing the flow

Definitions

  • the invention starts with a compressed gas switch according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a prior art of gas pressure switches, as described in DE-C2 28 11 947.
  • the known pressure gas switch has an extinguishing gas-filled heating volume, in which when the extinguishing gas pressure is switched off, the thermal heating effect of an arc drawn between two separating contact pieces increases to a greater or lesser extent, depending on the strength of the current to be switched off.
  • a valve which is dependent on the position of the movable two switching elements.
  • Another valve is also required manoeuvrable to prevent overloading the heating volume when switching comparatively large currents.
  • the invention as characterized in the claims solves the problem of specifying a pressure gas switch of the type mentioned at the beginning, with which large and small flows can be switched even without the use of pressure-controlling valves.
  • the compressed gas switch according to the invention is characterized in that the use of at least one outflow pipe arranged between the arc and exhaust space enables an increased pressure build-up in the heating volume when switching small flows and an excessive build-up of pressure is avoided when switching large flows. Pressure-controlling valves can therefore be dispensed with and the bursting strength of a housing receiving the heating volume can be kept comparatively low.
  • the switching chamber 5 contains a heating volume 6 comprising the fixed switching element 3 and one when switching off between the separating ones Switching pieces 3 and 4 located arc space 7, in which an arc 8 drawn between the switching pieces 3 and 4 burns (right side of Fig. 1).
  • a nozzle opening 10 which is delimited by an insulating material body 9 and which is closed in the switched-on state by the movable contact piece 4 and through which extinguishing gas flows in the direction of the arrow when a supplied current I approaches a zero current passage.
  • the part of the arc chamber 7 located downstream of the nozzle opening 10 is connected via an outflow pipe 11 to an exhaust chamber 12 enclosed by the housing (not shown).
  • a plurality of discharge pipes can also be provided instead of one discharge pipe 11.
  • the switch according to the invention acts as follows: the fixed contact piece 3 engaged contact piece 4 moved down by a drive, not shown. In the course of the switch-off movement, the two switching pieces 3 and 4 separate and the arc 8 burning in the arc space 7 is drawn between these switching pieces. Due to its thermal effect, the arc 8 increases the pressure of the quenching gas in the heating volume 6.
  • the cool extinguishing gas located in the discharge pipe 11 blocks the outflow of the heated extinguishing gas from the arc chamber 7 and thus also from the heating volume 6, since it is at a much lower speed than that due to the lower pressure Speed of sound is blown out.
  • the cool quenching gas is pushed out of the outflow pipe 11 from the quenching gas, which is under increased pressure and is located in the heating volume 6, and the arc 8 is blown.
  • the upper and lower limits of the distance L are determined by a compression wave which arises in the heating phase of the arc and propagates at the speed of sound in the quenching gas, which is carried away in the outflow pipe 11 and reflected at its open end as a dilution wave.
  • there are dimensioning ranges for the distance L from c / 16f to c / 5f or from c / 10f to c / 32f.
  • the cross section of the outflow pipe 11 should be larger than the cross section of the nozzle opening 10 in order to ensure the desired pressure drop across the nozzle opening 10. It is advisable to make the cross-section of the discharge pipe 11 smaller than 0.8 xfx V H x p F / ( ⁇ p LB xc ), where U H is the size of the heating volume 6, f is the mains frequency of the current to be switched off, P F is the filling pressure of the extinguishing gas , ⁇ p LB the pressure built up by the arc 8 in the heating volume 6 in addition to the filling pressure PF at maximum current, for which the blocking effect of the outflow pipe 11 is just still required (generally approx. 1 bar) and c is the speed of sound. With such a dimensioning, the energy loss caused by the outflow of the heated extinguishing gas into the downstream of the nozzle opening 10 and upstream of the phase boundary between hot and cold gas in the outflow pipe 11 is limited to approximately ZO%.
  • the outflow pipe 11 can, as shown in FIG. 1, be cylindrical. But it can also - as shown in dashed lines in Fig. 1 - be curved. In this way, the advantage is additionally achieved that the exhaust gases reach the exhaust space 12 at any desired (in particular dielectric-free) location.
  • the outflow pipe 11 is also possible to arrange directly in the movable switching element 4.
  • the drain pipe should be made of a heat-resistant material.
  • Such material is preferably made of metal, such as copper or steel, and can, for example, form the entire wall of the outflow pipe or can only be arranged at some points on this wall.

Landscapes

  • Circuit Breakers (AREA)
  • Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)

Abstract

Der vorzugsweise zum Schalten von Mittelspannungen geeignete Druckgasschalter löscht den bei einem Schaltvorgang zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Schaltstücken (3, 4) gezogenen Lichtbogen (8) ausschließlich durch eine lichtbogenerzeugte Löschgasströmung. Dieser Schalter soll große und kleine Ströme ohne den Einsatz drucksteuernder Ventile ausschalten können. Dies wird dadurch erreicht, daß zwischen Lichtbogen (7)- und Auspuffraum (12) dieses Schalters mindestens ein Abströmrohr (11) vorgesehen ist, welches ein zum Auspuffraum (12) hin geöffnetes Ende aufweist. Dieses Abströmrohr (11) ist auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Druckwelle bemessen, welche während der Aufheizphase des Lichtbogens (8) im Lichtbogenraum (7) gebildet wird.The compressed gas switch, which is preferably suitable for switching medium voltages, extinguishes the arc (8) drawn during a switching operation between two switching pieces (3, 4) that are movable relative to one another only by an arc-generated quenching gas flow. This switch should be able to switch off large and small currents without the use of pressure-controlling valves. This is achieved in that at least one outflow pipe (11) is provided between the arc (7) and exhaust space (12) of this switch, which has an end open towards the exhaust space (12). This outflow pipe (11) is dimensioned for the propagation speed of a pressure wave which is formed in the arc space (7) during the heating phase of the arc (8).

Description

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Druckgasschalter gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention starts with a compressed gas switch according to the preamble of claim 1.

Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik von Druckgasschaltern Bezug, wie er in der DE-C2 28 11 947 beschrieben ist. Der bekannte Druckgasschalter weist ein löschgasgefülltes Aufheizvolumen auf, in welchem beim Ausschalten der Löschgasdruck durch die thermische Heizwirkung eines zwischen zwei sich trennenden Schaltstücken gezogenen Lichtbogens je nach Stärke des abzuschaltenden Stromes mehr oder weniger stark erhöht wird. Um beim Ausschalten vergleichsweise kleiner Ströme einen zur Beblasung des Lichtbogens ausreichenden Löschgasdruck zu erhalten, ist es jedoch erforderlich, ein vorzeitiges Abströmen des Löschgases aus dem Aufheizvolumen durch ein von der Stellung des beweglichen beider Schaltstücke abhängigen Ventils zu verhindern. Darüber hinaus ist ein weiteres Ventil notwendig, um eine Ueberlastung des Aufheizvolumens beim Schalten vergleichsweise grosser Ströme zu verhindern.With this preamble, the invention relates to a prior art of gas pressure switches, as described in DE-C2 28 11 947. The known pressure gas switch has an extinguishing gas-filled heating volume, in which when the extinguishing gas pressure is switched off, the thermal heating effect of an arc drawn between two separating contact pieces increases to a greater or lesser extent, depending on the strength of the current to be switched off. However, in order to obtain an extinguishing gas pressure sufficient to blow the arc when switching off comparatively small currents, it is necessary to prevent the extinguishing gas from flowing out of the heating volume prematurely by a valve which is dependent on the position of the movable two switching elements. Another valve is also required manoeuvrable to prevent overloading the heating volume when switching comparatively large currents.

Die Erfindung wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen Druckgasschalter der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem grosse und kleine Ströme auch ohne den Einsatz drucksteuernder Ventile geschaltet werden können.The invention as characterized in the claims solves the problem of specifying a pressure gas switch of the type mentioned at the beginning, with which large and small flows can be switched even without the use of pressure-controlling valves.

Der erfindungsgemässe Druckgasschalter zeichnet sich dadurch aus, dass durch den Einsatz mindestens eines zwischen Lichtbogen- und Auspuffraum angeordneten Abströmrohres beim Schalten kleiner Ströme ein erhöhter Druckaufbau im Aufheizvolumen ermöglicht und beim Schalten grosser Ströme ein übermässiger Druckaufbau vermieden wird. Daher können drucksteuernde Ventile entfallen und kann die Berstfestigkeit eines das Aufheizvolumen aufnehmenden Gehäuses vergleichsweise gering gehalten werden.The compressed gas switch according to the invention is characterized in that the use of at least one outflow pipe arranged between the arc and exhaust space enables an increased pressure build-up in the heating volume when switching small flows and an excessive build-up of pressure is avoided when switching large flows. Pressure-controlling valves can therefore be dispensed with and the bursting strength of a housing receiving the heating volume can be kept comparatively low.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to several exemplary embodiments shown in the drawing.

Hierbei zeigt:

  • Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäss ausgebildeten Druckgasschalters,
  • Fig. 2 ein Diagramm, in dem die zeitliche Abhängigkeit des Stromes I und der Löschgasdrücke pl und P2 unmittelbar stromabwärts einer Düsenöffnung bei einem Druckgasschalter gemäss Fig. 1 mit verschieden bemessenen Abströmrohren angegeben sind,
  • Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäss ausgebildeten Druckgasschalters,
  • Fig. 4 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäss ausgebildeten Druckgasschalters, und
  • Fig. 5 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäss ausgebildeten Druckgasschalters.
Here shows:
  • 1 is a plan view of a section through a first embodiment of a compressed gas switch designed according to the invention,
  • 2 shows a diagram in which the temporal dependence of the current I and the extinguishing gas pressures p 1 and P2 are indicated immediately downstream of a nozzle opening in a pressure gas switch according to FIG. 1 with differently dimensioned discharge pipes,
  • 3 shows a plan view of a section through a second embodiment of a compressed gas switch designed according to the invention,
  • 4 shows a plan view of a section through a third embodiment of a compressed gas switch designed according to the invention, and
  • 5 shows a plan view of a section through a fourth embodiment of a compressed gas switch designed according to the invention.

In allen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei allen in den Figuren 1, 3, 4 und 5 dargestellten Druckgasschaltern sind in ein nicht dargestelltes, mit einem Isoliergas, wie etwa Schwefelhexafluorid von 4 bis 6 bar, gefüllten Gehäuse zwei Stromanschlüsse-1 bzw. 2 geführt, welche in elektrisch leitender Verbindung mit einem feststehenden Schaltstück 3 bzw. einem beweglichen Schaltstück 4 stehen. Wie auf der linken Seite von Fig. 1 dargestellt ist, kontaktieren beide Schaltstücke 3 und 4 einander im eingeschalteten Zustand in einer im Gehäuse befindlichen Schaltkammer 5. Die Schaltkammer 5 enthält ein das feststehende Schaltstück 3 umfassendes Aufheizvolumen 6 sowie einen beim Ausschalten zwischen den sich trennenden Schaltstücken 3 und 4 befindlichen Lichtbogenraum 7, in dem ein zwischen den Schaltstücken 3 und 4 gezogener Lichtbogen 8 brennt (rechte Seite von Fig. 1). Im Lichtbogenraum 7 befindet sich eine von einem Isolierstoffkörper 9 begrenzte und im Einschaltzustand vom beweglichen Schaltstück 4 verschlossene Düsenöffnung 10, durch welche bei Annäherung eines zugeführten Stromes I an einen Stromnulldurchgang in Pfeilrichtung Löschgas strömt. Der stromabwärts der Düsenöffnung 10 befindliche Teil des Lichtbogenraumes 7 ist über ein Abströmrohr 11 mit einem vom nicht dargestellten Gehäuse umschlossenen Auspuffraum 12 verbunden. Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, können anstelle eines Abströmrohres 11 auch mehrere Abströmrohre vorgesehen sein.The same parts are provided with the same reference symbols in all the figures. In all of the pressure gas switches shown in FIGS. 1, 3, 4 and 5, two power connections 1 and 2 are led into a housing (not shown) filled with an insulating gas, such as sulfur hexafluoride from 4 to 6 bar, which are in electrically conductive connection with a fixed contact piece 3 or a movable contact piece 4. As shown on the left-hand side of FIG. 1, both switching elements 3 and 4 contact one another in the switched-on state in a switching chamber 5 located in the housing. The switching chamber 5 contains a heating volume 6 comprising the fixed switching element 3 and one when switching off between the separating ones Switching pieces 3 and 4 located arc space 7, in which an arc 8 drawn between the switching pieces 3 and 4 burns (right side of Fig. 1). In the arc chamber 7 there is a nozzle opening 10 which is delimited by an insulating material body 9 and which is closed in the switched-on state by the movable contact piece 4 and through which extinguishing gas flows in the direction of the arrow when a supplied current I approaches a zero current passage. The part of the arc chamber 7 located downstream of the nozzle opening 10 is connected via an outflow pipe 11 to an exhaust chamber 12 enclosed by the housing (not shown). As shown in FIG. 1, a plurality of discharge pipes can also be provided instead of one discharge pipe 11.

Der erfindungsgemässe Schalter wirkt wie folgt: Beim Ausschalten wird das mit. dem feststehenden Schaltstück 3 in Eingriff befindliche Schaltstück 4 durch einen nicht dargestellten Antrieb nach unten bewegt. Im Zuge der Ausschaltbewegung trennen sich beide Schaltstücke 3 und 4 und wird zwischen diesen Schaltstücken der im Lichtbogenraum 7 brennende Lichtbogen 8 gezogen. Durch seine thermische Wirkung erhöht der Lichtbogen 8 den Druck des im Aufheizvolumen 6 befindlichen Löschgases.The switch according to the invention acts as follows: the fixed contact piece 3 engaged contact piece 4 moved down by a drive, not shown. In the course of the switch-off movement, the two switching pieces 3 and 4 separate and the arc 8 burning in the arc space 7 is drawn between these switching pieces. Due to its thermal effect, the arc 8 increases the pressure of the quenching gas in the heating volume 6.

Beim Schalten grosser Ströme ist dieser Druck so gross, dass nach Freigabe der Düsenöffnung 10 durch das Schaltstück 4 eine aus dem Aufheizvolumen 6 durch den Lichtbogenraum 7 und das Abströmrohr 11 zum Auspuffraum 12 geführte Löschgasströmung eine intensive Beblasung des Lichtbogens 8 bewirkt. Da das Aufheizvolumen 6 hierbei nahezu ständig mit dem Auspuffraum 12 in Verbindung steht und das im Abströmrohr 11 befindliche kühle Gas aufgrund des anstehenden überkritischen Druckverhältnisses mit Schallgeschwindigkeit ausgeblasen wird, wird eine übermässige Druckbelastung des Aufheizvolumens 6 vermieden.When switching large flows, this pressure is so great that after the nozzle opening 10 is released by the switching element 4, an extinguishing gas flow led from the heating volume 6 through the arc chamber 7 and the discharge pipe 11 to the exhaust chamber 12 causes an intensive blowing of the arc 8. Since the heating volume 6 is almost constantly connected to the exhaust space 12 and the cool gas in the outflow pipe 11 is blown out at the speed of sound due to the supercritical pressure ratio, an excessive pressure load on the heating volume 6 is avoided.

Beim Schalten kleiner Ströme hingegen, blockiert nach Freigabe der Düsenöffnung 10 das im Abströmrohr 11 befindliche kühle Löschgas länger die Abströmung des aufgeheizten Löschgases aus dem Lichtbogenraum 7 und damit auch aus dem Aufheizvolumen 6, da es aufgrund des kleineren Druckes mit einer wesentlich kleineren Geschwindigkeit als der Schallgeschwindigkeit ausgeblasen wird. Bei Annäherung an-den Stromnulldurchgang wird auch hier das kühle Löschgas von dem unter erhöhtem Druck stehenden und im Aufheizvolumen 6 befindlichen Löschgas aus dem Abströmrohr 11 herausgeschoben und der Lichtbogen 8 beblasen. Verglichen mit einem Druckgasschalter ohne ein derartiges Abströmrohr stellt sich hierbei während der Aufheizphase ein gegenüber dem Fülldruck pF des in der Schaltkammer 5 befindlichen Löschgases erhöhter Löschgasdruck im Aufheizvolumen 6 ein, welcher im Stromnulldurchgang gegenüber dem Fülldruck pF des Löschgases um den Wert Δp1 erhöht ist. Diese zusätzliche Druckerhöhung reicht im allgemeinen aus, um den Lichtbogen 8 im Stromnulldurchgang ausreichend beblasen zu können.When switching small currents, on the other hand, after the nozzle opening 10 is released, the cool extinguishing gas located in the discharge pipe 11 blocks the outflow of the heated extinguishing gas from the arc chamber 7 and thus also from the heating volume 6, since it is at a much lower speed than that due to the lower pressure Speed of sound is blown out. When approaching the zero-current point, here too the cool quenching gas is pushed out of the outflow pipe 11 from the quenching gas, which is under increased pressure and is located in the heating volume 6, and the arc 8 is blown. Compared with a gas blast switch without such a gas exit tube arises in this case during the heating phase, a F p with respect to the filling pressure of the quenching gas increased quenching gas pressure present in the control chamber 5 in Aufheizvolumen 6 a, which in the current zero crossing with respect to the filling pressure p F of the quenching gas by the value Dp 1 increases is. This additional pressure increase is generally sufficient to be able to sufficiently blow the arc 8 at zero current.

Der vorstehend beschriebene Sachverhalt ist aus Fig. 2 ersichtlich, in welcher die Verläufe des zu schaltenden Stromes I und des Löschgasdruckes pl unmittelbar stromabwärts der Düsenöffnung 10 sowie des Druckes p1H im Aufheizvolumen 6 während einer nach dem Zeitpunkt t0 beginnenden Periode T des abzuschaltenden Stromes bei einem erfindungsgemässen Druckgasschalter mit einem ca. 0,7 m langen Abströmrohr angegeben sind. Das Abströmrohr 11 ermöglicht während der auf den Zeitpunkt t0 folgenden Hochstromphase das Ansteigen des Druckes pl des Löschgases stromabwärts der Düsenöffnung 10 auf einen maximalen Wert. Entsprechend steigt auch der Gasdruck im Aufheizvolumen 6 auf diesen Wert. Bei Annäherung an den Stromnulldurchgang zum Zeitpunkt t0 + T/2 ist der Druck pl des Löschgases unmittelbar stromabwärts der Düsenöffnung 10 auf den Wert des Fülldruckes PF des Löschgases gefallen und es steht zur Beblasung des Lichtbogens 8 eine Druckdifferenz von Δp1 zur Verfügung, welche aus der Differenz der Löschgasdrücke im Aufheizvolumen 6 p1H und unmittelbar hinter der Düsenöffnung 10 resultiert.The situation described above can be seen in FIG. 2, in which the courses of the current I to be switched and the extinguishing gas pressure p l immediately downstream of the nozzle opening 10 and the pressure p 1H in the heating volume 6 during a period T 0 to be switched off after the time t 0 Current are specified in a pressure gas switch according to the invention with an approximately 0.7 m long discharge pipe. The outflow pipe 11 enables the pressure p 1 of the extinguishing gas downstream of the nozzle opening 10 to rise to a maximum value during the high-current phase following the time t 0 . Accordingly, the gas pressure in the heating volume 6 also rises to this value. When the current zero crossing at time t 0 + T / 2 is approached, the pressure p 1 of the extinguishing gas has dropped to the value of the filling pressure P F of the extinguishing gas immediately downstream of the nozzle opening 10 and a pressure difference of Δp 1 is available for blowing the arc 8 , which results from the difference between the extinguishing gas pressures in the heating volume 6 p 1H and immediately behind the nozzle opening 10.

Eine zusätzliche Erhöhung der beim Stromnulldurchgang zur Beblasung des Lichtbogens 8 zur Verfügung stehenden Druckdifferenz wird dadurch erreicht, dass der Abstand L zwischen der Düsenöffnung 10 und dem zum Auspuffraum 12 hin geöffneten Ende des Abströmrohres 11 optimiert wird. Es hat sich gezeigt, dass bei einem Abstand L zwischen c/32f und c/5f, wobei c die Schallgeschwindigkeit im Löschgas unter Füllbedingungen und f die Netzfrequenz des abzuschaltenden Stromes sind, sich eine zusätzliche Vergrösserung der wirksamen Druckdifferenz Δp1 über der Düsenöffnung 10 ergibt. Hierbei bestimmen sich die obere und untere Grenze des Abstandes L durch eine in der Aufheizphase des Lichtbogens entstehende und sich mit Schallgeschwindigkeit im Löschgas ausbreitende Verdichtungswelle, welche im Abströmrohr 11 fortgeleitet und an dessen geöffnetem Ende als Verdünnungswelle reflektiert wird. Je nachdem ob 1 oder 2 Reflexionen erwünscht sind, ergeben sich Dimensionierungsbereiche für den Abstand L von c/16f bis c/5f bzw. von c/10f bis c/32f.An additional increase in those available for blowing the arc 8 when the current passes through zero Pressure difference is achieved in that the distance L between the nozzle opening 10 and the end of the outflow pipe 11 which is open towards the exhaust chamber 12 is optimized. It has been shown that at a distance L between c / 32f and c / 5f, where c is the speed of sound in the extinguishing gas under filling conditions and f is the mains frequency of the current to be switched off, there is an additional increase in the effective pressure difference Δp 1 above the nozzle opening 10 . Here, the upper and lower limits of the distance L are determined by a compression wave which arises in the heating phase of the arc and propagates at the speed of sound in the quenching gas, which is carried away in the outflow pipe 11 and reflected at its open end as a dilution wave. Depending on whether 1 or 2 reflections are desired, there are dimensioning ranges for the distance L from c / 16f to c / 5f or from c / 10f to c / 32f.

Bei Druckgasschaltern für vergleichsweise grosse Kurzschlussströme ist es besonders vorteilhaft, den Abstand L grösser c/lOf und kleiner c/5f zu machen, da dann die Laufzeit der Verdünnungswelle im Abströmrohr 11 derart bemessen ist, dass diese Welle nach Reflexion am geöffneten Ende des Abströmrohres 11 etwa zum Zeitpunkt des Stromnulldurchganges im Bereich der Düsenöffnung 10 eintrifft und dort eine beträchtliche Druckabsenkung hervorruft.In the case of compressed gas switches for comparatively large short-circuit currents, it is particularly advantageous to make the distance L greater than c / lOf and less than c / 5f, since the running time of the dilution wave in the outflow pipe 11 is then dimensioned such that this wave after reflection at the open end of the outflow pipe 11 arrives at the point of the current zero crossing in the area of the nozzle opening 10 and causes a considerable drop in pressure there.

Bei einem erfindungsgemäss ausgeführten Druckgasschalter mit einem im vorgenannten Bereich liegenden und beispielsweise 0,30 m betragende Abstand L ergibt sich der in Fig. 2 dargestellte Verlauf des Löschgasdruckes p2 unmittelbar stromabwärts der Düsenöffnung 10. Hieraus ist ersichtlich, dass bei einem derart dimensionierten Druckgasschalter zum Zeitpunkt des Stromnulldurchganges, nämlich bei t0 + T/2, im Aufheizvolumen 6 ein Löschgas mit einem Druck p2H zur Verfügung steht, dessen Druckdifferenz Δp2 zum Druck p2 des Löschgases unmittelbar stromabwärts der Düsenöffnung 10 etwa doppelt so hoch ist wie die entsprechende Druckdifferenz Δp1 beim Druckgasschalter mit einem ausserhalb des vorstehend genannten Bereichs dimensionierten Abströmrohr 11. Dies ist vor allem dadurch bedingt, dass durch die geeignete Bemessung des Abstandes L der Druck des Löschgases zum Zeitpunkt des Stromnulldurchganges unmittelbar hinter der Düsenöffnung 10 erheblich unter dem Wert des Fülldruckes PF des Löschgases abgesenkt ist.In the case of a compressed gas switch designed according to the invention with a distance L lying in the aforementioned range and, for example, 0.30 m, the course of the extinguishing gas pressure p 2 shown in FIG. 2 results immediately downstream of the nozzle opening 10. From this, it can be seen that with such a compressed gas switch for Time of zero current crossing, namely at t 0 + T / 2, in the heating volume 6 an extinguishing gas is available with a pressure p 2H , the pressure difference Δp 2 to the pressure p 2 of the extinguishing gas immediately downstream of the nozzle opening 10 is approximately twice as high as the corresponding pressure difference Δp 1 at Compressed gas switch with an outflow pipe 11 dimensioned outside the above-mentioned range. This is primarily due to the fact that the suitable dimensioning of the distance L lowers the pressure of the extinguishing gas at the time of zero current flow directly behind the nozzle opening 10 significantly below the value of the filling pressure PF of the extinguishing gas is.

Bei Druckgasschaltern für vergleichsweise kleine Kurzschlussströme reicht es im allgemeinen aus, den Abstand L grösser c/20f und kleiner c/12f zu machen, da das Abströmrohr 11 wegen des vergleichsweise geringen Druckaufbaus im Aufheizvolumen 6 dann eine ausreichende Sperrwirkung bis zum Eintreffen einer am geöffneten Ende des Abströmrohres 11 zweifach reflektierten Verdünnungswelle aufweist.In the case of compressed gas switches for comparatively small short-circuit currents, it is generally sufficient to make the distance L greater than c / 20f and less than c / 12f, since the outflow pipe 11 then has a sufficient blocking effect until one arrives at the open end due to the comparatively low pressure build-up in the heating volume 6 of the outflow pipe 11 has a twice reflected dilution wave.

Der Querschnitt des Abströmrohres 11 sollte grösser bemessen sein als der Querschnitt der Düsenöffnung 10, um den erwünschten Druckabfall über der Düsenöffnung 10 sicherzustellen. Es empfiehlt sich, den Querschnitt des Abströmrohres 11 kleiner 0,8 x f x VH x pF/(ΔpLB x c) zu machen, wobei UH die Grösse des Aufheizvolumens 6, f die Netzfrequenz des abzuschaltenden Stromes, PF den Fülldruck des Löschgases, Δ pLB den vom Lichtbogen 8 im Aufheizvolumen 6 zusätzlich zum Fülldruck PF aufgebauten Druck bei maximalem Strom, für den die Sperrwirkung des Abströmrohres 11 gerade noch benötigt wird (im allgemeinen ca. 1 bar) und c die Schallgeschwindigkeit bedeuten. Bei einer solchen Dimensionierung wird der Energieverlust, der durch das Abströmen des aufgeheizten Löschgases in den stromabwärts der Düsenöffnung 10 und stromaufwärts der Phasengrenze zwischen Heiss- und Kaltgas im Abströmrohr 11 befindlichen Raum entsteht, auf ca. ZO % begrenzt.The cross section of the outflow pipe 11 should be larger than the cross section of the nozzle opening 10 in order to ensure the desired pressure drop across the nozzle opening 10. It is advisable to make the cross-section of the discharge pipe 11 smaller than 0.8 xfx V H x p F / (Δp LB xc ), where U H is the size of the heating volume 6, f is the mains frequency of the current to be switched off, P F is the filling pressure of the extinguishing gas , Δ p LB the pressure built up by the arc 8 in the heating volume 6 in addition to the filling pressure PF at maximum current, for which the blocking effect of the outflow pipe 11 is just still required (generally approx. 1 bar) and c is the speed of sound. With such a dimensioning, the energy loss caused by the outflow of the heated extinguishing gas into the downstream of the nozzle opening 10 and upstream of the phase boundary between hot and cold gas in the outflow pipe 11 is limited to approximately ZO%.

Das Abströmrohr 11 kann wie in Fig. 1 dargestellt ist, zylinderförmig ausgebildet sein. Es kann aber auch - wie gestrichelt in Fig. 1 dargestellt ist - gekrümmt ausgebildet sein. Hierdurch wird zusätzlich noch der Vorteil erreicht, dass die Auspuffgase an einer beliebigen (insbesondere dielektrisch unbelasteten) Stelle in den Auspuffraum 12 gelangen.The outflow pipe 11 can, as shown in FIG. 1, be cylindrical. But it can also - as shown in dashed lines in Fig. 1 - be curved. In this way, the advantage is additionally achieved that the exhaust gases reach the exhaust space 12 at any desired (in particular dielectric-free) location.

Ferner ist es, wie in Fig. 1 angegeben ist, denkbar, anstelle eines einzigen Abströmrohres 11 mehrere Abströmrohre einzusetzen. Hierbei ist lediglich zu beachten, dass die Querschnitte dieser Abströmrohre 11 zusammengenommen innerhalb der vorstehend angegebenen Grenzen für den Wert des Querschnittes des Abströmrohres 11 liegen.Furthermore, as indicated in FIG. 1, it is conceivable to use a plurality of outflow pipes instead of a single outflow pipe 11. It should only be noted here that the cross sections of these outflow pipes 11 taken together lie within the limits specified above for the value of the cross section of the outflow pipe 11.

Zur Erzielung einer kompakten Bauweise des erfindungsgemässen Druckgasschalters ist es, wie in Fig. 3 angegeben ist, möglich, das Abströmrohr aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten und zentral zum beweglichen Schaltstück 4 geführten Rohrabschnitten 13 und 14 zu erstellen oder, wie in Fig. 4 angegeben ist, das Abströmrohr 11 als Wendel 15 auszubilden und diese Wendel 15 peripher zum beweglichen Schaltstück 4 anzuordnen.In order to achieve a compact construction of the compressed gas switch according to the invention, it is possible, as indicated in FIG. 3, to create the outflow pipe from two pipe sections 13 and 14 which are arranged concentrically to one another and are guided centrally to the movable switching element 4 or, as indicated in FIG. 4 to design the outflow pipe 11 as a helix 15 and to arrange this helix 15 peripherally to the movable switching element 4.

Wie in Fig. 5 angegeben ist, ist es auch möglich, das Abströmrohr unmittelbar im beweglichen Schaltstück 4 anzuordnen. Zwecks Erzielung einer kompakten Bauweise ist es entsprechend der Ausführungsform gemäss Fig. 3 auch in diesem Fall zweckmässig, das Abströmrohr 11 aus zwei konzentrischen Rohrabschnitten 13 und 14 aufzubauen. Das Abströmrohr sollte aus einem hitzebeständigen Material bestehen. Zur Erzielung einer zusätzlichen Kühlwirkung auf die Auspuffgase ist es vorteilhaft, im Abströmrohr in ausreichendem Masse gut wärmeleitendes Material vorzusehen. Solches Material ist vorzugsweise aus Metall, wie etwa Kupfer oder Stahl, und kann beispielsweise die gesamte Wand des Abströmrohres bilden oder aber lediglich an einigen Stellen dieser Wand angeordnet sein. Bei einem überwiegend aus einem gut wärmeleitenden Metall bestehenden Abströmrohr empfiehlt es sich, die mittlere Wandstärke dieses Rohres grösser 0,5 mm zu machen. Das Abströmrohr weist dann eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität auf, um einen erheblichen Teil der beim Schalten grosser Kurzschlussströme in der Aufheizphase des Lichtbogens mit den Auspuffgasen durch die Düsenöffnung 10 in das Abströmrohr 11 fliessenden Energie kurzzeitig aufnehmen zu können. Auf diese Weise wird vorübergehend eine Aufheizung des Auspuffraumes 12 vermieden, wodurch die Druckdifferenz zwischen Aufheizvolumen 6 und Auspuffraum 12 vergrössert und die Gefahr von Auspuffüberschlägen vermindert wird.As indicated in FIG. 5, it is also possible to arrange the outflow pipe directly in the movable switching element 4. In order to achieve a compact design, it is also appropriate in this case, in accordance with the embodiment according to FIG. 3, to construct the outflow pipe 11 from two concentric pipe sections 13 and 14. The drain pipe should be made of a heat-resistant material. To achieve an additional cooling effect on the exhaust gases, it is advantageous to provide sufficient heat-conducting material in the exhaust pipe. Such material is preferably made of metal, such as copper or steel, and can, for example, form the entire wall of the outflow pipe or can only be arranged at some points on this wall. In the case of a discharge pipe consisting predominantly of a good heat-conducting metal, it is advisable to make the mean wall thickness of this pipe greater than 0.5 mm. The outflow pipe then has sufficient thermal conductivity and heat capacity to absorb a considerable part of the energy flowing when switching large short-circuit currents in the heating phase of the arc with the exhaust gases through the nozzle opening 10 into the outflow pipe 11. In this way, heating of the exhaust space 12 is temporarily avoided, as a result of which the pressure difference between the heating volume 6 and the exhaust space 12 is increased and the risk of exhaust overturns is reduced.

Claims (11)

1. Druckgasschalter mit (a) einem löschgasgefüllten Gehäuse, (b) einer im Gehäuse befindlichen Schaltkammer (5), (c) einem im Gehäuse befindlichen und aufgeheiztes Löschgas aus der Schaltkammer (5) aufnehmenden Ausfpuffraum (12), (d) zwei in der Schaltkammer (5) relativ zueinander beweglich angeordneten Schaltstücken (3, 4), (e) einem in der Schaltkammer (5) befindlichen und ein erstes (3) beider Schaltstücke (3, 4) umfassendes Aufheizvolumen (6), (f) einem in der Schaltkammer (5) befindlichen und mit dem Aufheizvolumen (6) beim Ausschalten verbindbaren Lichtbogenraum (7), (g) einer im Lichtbogenraum (7) befindlichen und beim Ausschalten vom Löschgas durchströmten Düsenöffnung (10), bei dem (h) ein bei einem Schaltvorgang zwischen den Schaltstücken (3, 4) gebildeter Lichtbogen (8) durch eine lichtbogenerzeugte Löschgasströmung beblasen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass (i) zwischen Lichtbogen (7)- und Auspuffraum (12) mindestens ein zum Auspuffraum (12) hin geöffnetes Abströmrohr (11) vorgesehen ist. 1. Gas pressure switch with (a) an extinguishing gas-filled housing, (b) a switching chamber (5) located in the housing, (c) an extinguishing gas (12), which is located in the housing and is heated, from the switching chamber (5), (d) two switching pieces (3, 4) arranged movably relative to one another in the switching chamber (5), (e) a heating volume (6) located in the switching chamber (5) and comprising a first (3) of both switching pieces (3, 4), (f) an arc chamber (7) located in the switching chamber (5) and connectable to the heating volume (6) when switched off, (g) a nozzle opening (10) located in the arc chamber (7) and flowed through when the quenching gas is switched off, in which (h) an arc (8) formed during a switching process between the switching pieces (3, 4) is blown by an arc-generated extinguishing gas flow,
characterized in that (i) at least one outflow pipe (11) which is open towards the exhaust space (12) is provided between the arc (7) and the exhaust space (12). 2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass (j) der Abstand zwischen der Düsenöffnung-(10) und dem zum Auspuffraum (12) hin geöffneten Ende des Abströmrohrs (11) grösser c/32f und kleiner c/5f ist, wobei c die Schallgeschwindigkeit des in der Schaltkammer (5) befindlichen Löschgases und f die Netzfrequenz des abzuschaltenden Stromes sind. 2. Gas pressure switch according to claim 1, characterized in that (j) the distance between the nozzle opening (10) and the end of the outflow pipe (11) which is open towards the exhaust chamber (12) is greater than c / 32f and less than c / 5f, where c is the speed of sound of the extinguishing gas in the switching chamber (5) and f is the mains frequency of the current to be switched off. 3. Druckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass (k) der Abstand zwischen der Düsenöffnung (10) und dem zum Auspuffraum (12) hin geöffneten Ende des Abströmrohres (11) grösser c/16f ist. 3. Gas pressure switch according to claim 2, characterized in that (k) the distance between the nozzle opening (10) and the end of the outflow pipe (11) which is open towards the exhaust chamber (12) is greater than c / 16f. 4. Druckgasschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass (1) der Abstand zwischen der Düsenöffnung (10) und dem zum Auspuffraum (12) hin geöffneten Ende des Abströmrohres (11) grösser c/lOf ist. 4. Gas pressure switch according to claim 3, characterized in that (1) the distance between the nozzle opening (10) and the end of the outflow pipe (11) which is open towards the exhaust chamber (12) is greater than c / 10f. 5. Druckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass (m) der Abstand zwischen der Düsenöffnung (11) und dem zum Auspuffraum (12) hin geöffneten Ende des Abströmrohres (11) kleiner c/10f ist. 5. Gas switch according to claim 2, characterized in that (m) the distance between the nozzle opening (11) and the end of the outflow pipe (11) which is open towards the exhaust chamber (12) is less than c / 10f. 6. Druckgasschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass (n) der Abstand zwischen der Düsenöffnung (10) und dem zum Auspuffraum (12) hin geöffneten Ende des Abströmrohres (11) grösser c/20f und kleiner c/12f ist. 6. Gas pressure switch according to claim 5, characterized in that (n) The distance between the nozzle opening (10) and the end of the outflow pipe (11) which is open towards the exhaust chamber (12) is greater than c / 20f and less than c / 12f. 7. Druckgasschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass (o) der Querschnitt des Abströmrohres (11) grösser als der Querschnitt der Düsenöffnung (10) und (p) kleiner 0,8 x f x VH x pF/(ΔpLB x c) ist, wobei VH die Grösse des Aufheizvolumens 6, PF den Fülldruck des Löschgases in der Schaltkammer (5) und ΔpLB den vom Lichtbogen im Aufheizvolumen zusätzlich zum Fülldruck PF aufgebauten Druck bei maximalem Strom, für den die Sperrwirkung des Abströmrohres (11) gerade noch benötigt wird, bedeuten. 7. Gas switch according to one of claims 2 to 6, characterized in that (o) the cross section of the outflow pipe (11) is larger than the cross section of the nozzle opening (10) and (p) less than 0.8 xfx VH xp F / (Δp LB xc), where V H is the size of the heating volume 6, PF the filling pressure of the extinguishing gas in the switching chamber (5) and Δp LB the pressure built up by the arc in the heating volume in addition to the filling pressure PF at maximum current, for which the blocking effect of the outflow pipe (11) is just needed. 8. Druckgasschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass (p) das mindestens eine Abströmrohr (11) gekrümmt ausgebildet ist. 8. Pressure gas switch according to one of claims 1 to 7, characterized in that (p) the at least one outflow pipe (11) is curved. 9. Druckgasschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass (r) das mindestens eine Abströmrohr (11) als Wendel (15) ausgebildet ist. 9. Gas pressure switch according to claim 8, characterized in that (r) the at least one outflow pipe (11) is designed as a helix (15). 10. Druckgasschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass (s) das mindestens eine Abströmrohr (11) zwei konzentrische Rohrabschnitte (13, 14) aufweist, von denen (t) ein äusserer Rohrabschnitt (14) zum Auspuffraum (12) hin geöffnet ist, und ein mit dem äusseren Rohrabschnitt (14) verbundener innerer Rohrabschnitt (13) an den Lichtbogenraum (7) anschliesst. 10. Pressure gas switch according to one of claims 1 to 7, characterized in that (s) the at least one outflow pipe (11) has two concentric pipe sections (13, 14), of which (t) an outer pipe section (14) to the exhaust chamber (12) is open, and an inner pipe section (13) connected to the outer pipe section (14) connects to the arc chamber (7). 11. Druckgasschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass (u) das Abströmrohr (11) von einem gut wärmeleitenden Material, wie Kupfer oder Stahl, gebildet ist und eine mittlere Wandstärke grösser 0,5 mm aufweist. 11. Gas pressure switch according to one of claims 1 to 10, characterized in that (u) the outflow pipe (11) is formed from a good heat-conducting material, such as copper or steel, and has an average wall thickness greater than 0.5 mm.
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