Isolierdüse und elektrische Schalteinrichtung mit der Isolierdüse

Die Erfindung betrifft eine Isolierdüse für eine elektrische Schalteinrichtung und eine elektrische Schalteinrichtung umfassend die Isolierdüse, mit einem ersten Innenbereich auf einer ersten Seite, ausgebildet zur Aufnahme eines ersten elektrischen Kontaktstücks, und einem zweiten Innenbereich auf einer zweiten Seite, ausgebildet zur Aufnahme eines zweiten elektrischen Kontaktstücks. Das zweite Kontaktstück ist relativ zum ersten Kontaktstück beweglich anordenbar. In einem Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Innenbereich ist ein durchgehender Kanal angeordnet, ausgebildet als Engstelle der Isolierdüse.

Hochspannungsleistungsschalter sind elektrische Schalteinrichtungen zum Schalten von Spannungen, insbesondere größer 70 kV und Strömen insbesondere im Bereich von 10 A bis zu

6 kA. Im Fehlerfall können hohe Kurzschlussströme auftreten, insbesondere bis zu 100 kA. Die Schalteinrichtungen sind ausgelegt, Stromkreise zu verbinden und zu unterbrechen sowie im geschlossenem Zustand Betriebs- und Kurzschlussströme sicher zu führen. Beim Schalten von Spannungen und Strömen, insbesondere im Hochspannungsbereich treten in der Regel Lichtbögen auf, die den Schaltvorgang unterstützen und sicher zu beherrschen sind. Ein spezieller Aufbau der Schalteinrichtung, welcher eine Unterbrechereinheit mit zwei Kontaktstücken und eine Isolierdüse umfasst, sorgt für ein Löschen auftretender Lichtbögen beim Schalten. Eine derartige elektrische Schalteinrichtung mit Isolierdüse ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 296 07 660 Ul bekannt. Eine besondere Ausführungsform von elektrischen Schalteinrichtungen zum Schalten von Hochspannungen sind Selbstkomp- ressions-Hochspannungsleistungsschalter . Sie besitzen in der Regel zwei KontaktSysteme , das Nennstrom- und das Lichtbogen- kontaktsystem. Das Nennstromkontaktsystem ist im geschlossenen Zustand eine niederohmige Verbindung zwischen zwei

Schaltseiten, wodurch eine verlustfreie bzw. verlustarme elektrische Verbindung zwischen Leitern der zwei Schaltseiten gewährleistet wird. Das Nennstromkontaktsystem ist nicht dafür ausgelegt mit dem Schaltlichtbogen in Berührung zu kommen .

Das Lichtbogenkontaktsystem ist im Unterschied dazu abbrand- fest ausgebildet und tritt nur während der Schaltvorgänge in Erscheinung. Es trägt den Lichtbogen bei einer Ausschaltung vom Zeitpunkt der Kontakttrennung bis zur Löschung und bei Einschaltung vom Vorüberschlagszeitpunkt bis zur Kontaktgabe. Die beiden Kontaktsysteme werden gestaffelt betätigt, so dass beim Öffnen das Nennstromkontaktsystem vor dem Lichtbogenkontaktsystem öffnet und beim Schließen das Nennstromkontaktsystem nach dem Lichtbogenkontaktsystem schließt. Dadurch wird das Nennstromkontaktsystem dem Schaltlichtbogen nicht ausge- setzt, es entstehen am Nennstromkontaktsystem aufgrund unterschiedlicher Impedanz beider Kontaktsysteme nur energiearme Kommutierungslichtbögen .

Funktionsbedingt werden die Lichtbogenkontakte, welche im Weiteren auch als Kontaktstücke bezeichnet werden, mit einem geringen Gasspalt durch eine Hilfs- und Isolierdüse geführt, um dadurch einen wandstabilisierten Schaltlichtbogen zu erzeugen. Während der Lichtbogenphase wird eine Strömung durch die Engstelle unterbunden bzw. reduziert, und dadurch wird ein Druckaufbau in einem Heizvolumen bewirkt. Bei der Bewegung der Lichtbogenkontakte in dem kleinen Bauraum der Düse müssen Maßnahmen ergriffen werden, um Kollisionen zwischen den Lichtbogenkontakten und den Isolierteilen der Düse zu verhindern. Neben mechanischen Zerstörungen durch ungünstige Zusammenstöße der Lichtbogenkontakte mit Isolierteilen besteht aus dielektrischer Sicht die Gefahr, dass bei Reduktion des Gasspaltes die Feldstärkebelastung kritische Werte erreicht und zu einer Überlastung der Isolierteile führt. Das KontaktSystem muss ausgelegt sein um in möglichst kleiner Zeit betätigt zu werden, wobei es schnell auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt wird, und nach einer relativ kurzen Strecke wieder in eine Ruhelage abgebremst wird. Der Bewe- gungsablauf wird durch ein komplexes Getriebe gesteuert, bei welchem Bauteile ineinander greifen, zusammenstoßen und/oder abgelenkt werden. Dabei erfährt das Kontaktsystem im Verlauf der Längsbewegung eine zusätzliche Querbeschleunigung, welche zu einer Pendelbewegung der Lichtbogenkontakte in der Düsen- engstelle führen kann. Der Abstand zwischen Kontakt und Isolierteil kann so ein kritisches Maß unterschreiten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Isolierdüse für eine elektrische Schalteinrichtung, insbesondere einen Hochspannungsleistungsschalter anzugeben, welche die zuvor beschriebenen Probleme löst. Insbesondere ist es Aufgabe einen Aufbau einer Isolierdüse anzugeben, welcher eine Berührung von Lichtbogenkontakten mit der Isolierdüse, zumindest im Bereich des Lichtbogens verhindert und einen guten Druck- aufbau im Heizvolumen gewährleistet.

Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Isolierdüse für eine elektrische Schalteinrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch eine elektrische Schalteinrichtung gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Isolierdüse und/oder elektrischen Schalteinrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei sind Gegenstände der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen von Unteransprüchen sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar.

Eine erfindungsgemäße Isolierdüse für eine elektrische

Schalteinrichtung umfasst einen ersten Innenbereich auf einer ersten Seite, ausgebildet zur Aufnahme eines ersten elektri- sehen Kontaktstücks, und einen zweiten Innenbereich auf einer zweiten Seite, ausgebildet zur Aufnahme eines zweiten elektrischen Kontaktstücks. Das zweite Kontaktstück ist relativ zum ersten Kontaktstück beweglich anordenbar. Die Isolierdüse umfasst weiterhin einen durchgehenden Kanal, angeordnet in einem Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Innenbereich, welcher als Engstelle der Isolierdüse ausgebildet ist. Der Kanal weist erfindungsgemäß wenigstens zwei unterschied- liehe Bereiche mit voneinander verschiedenen Querschnitten auf .

Durch den beschriebenen Aufbau der Isolierdüse mit einem Kanal, welcher wenigstens zwei unterschiedliche Bereiche mit voneinander verschiedenen Querschnitten aufweist, kann eine

Berührung von Lichtbogenkontakten mit der Isolierdüse verhindert bzw. reduziert werden, insbesondere im Bereich des

Lichtbogens und gleichzeitig ein guter Druckaufbau im Heizvolumen gewährleistet werden. Um eine Berührung der Lichtbogen- kontakte mit der Düsenengstelle zu verhindern, kann der

Durchmesser der Isolierdüsenengstelle größer als technisch erforderlich gestaltet werden, insbesondere in einem ersten Bereich des Kanals. Bei durchgehend größerem Querschnitt als erforderlich im Kanal würde jedoch der Druckaufbau im Heizvo- lumen verringert, welcher notwendig ist um einen Lichtbogen zu löschen. Deshalb wird in einem Bereich des Kanals mit geringer dielektrischer Beanspruchung ein verringerter Durchmesser des Kanals gewählt, wodurch ein ausreichender Druckaufbau gewährleistet werden kann und eine Führung von Kon- taktstücken erfolgt. Somit kann in einem ersten Bereich mit hoher dielektrischer Beanspruchung durch einen großen Kanal - querschnitt bzw. Kanaldurchmesser eine Berührung der Lichtbogenkontakte mit der Düsenengstelle verhindert werden und durch einen zweiten Bereich mit geringer dielektrischer Bean- spruchung, welcher einen kleinen Kanalquerschnitt bzw. Kanal - durchmesser aufweist, kann ein ausreichender Druckaufbau gewährleistet werden.

Der erster Bereich des Kanals kann einen Querschnitt aufwei - sen, welcher im Wesentlichen größer ist als der Querschnitt eines zweiten Bereichs des Kanals, zur Verringerung der Wechselwirkung bei Auftreten eines Lichtbogens zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktstück mit Material der Isolierdü- se, wobei der erste Bereich insbesondere auf einer Seite des Kanals angeordnet ist zur ersten Seite der Isolierdüse hin. In diesem Bereich, welcher dielektrisch hoch beansprucht ist, wird durch die Engstellengeometrie mit großem Querschnitt ein definierter, großer Abstand zwischen Lichtbogenkontakt und Isoliermaterial eingehalten. Ein einfädeln in diesen Bereich ohne Berührung des Isoliermaterials der Düse wird durch einen vergrößerten Durchmesser in diesem Bereich erleichtert. Ein zweiter Bereich des Kanals kann einen zweiten Querschnitt aufweisen, welcher im Wesentlichen im Bereich des Querschnitts des zweiten Kontaktstücks ist, zur mechanischen Stützung des zweiten Kontaktstücks, wobei der Bereich insbesondere auf einer Seite des Kanals angeordnet ist zur zweiten Seite der Isolierdüse hin. In diesem Bereich erfolgt eine

Führung des Kontaktstücks durch die Engstellengeometrie, wobei der Bereich eine geringe dielektrische Beanspruchung aufweist. Eine Berührung zwischen Lichtbogenkontakt und Isoliermaterial in diesem Bereich ist unkritisch, da in diesem Be- reich die Kontaktstücke relativ weit voneinander entfernt sind. Eine Pendelbewegung der Lichtbogenkontakte kann durch die Führung in diesem Bereich der Isolierdüsenengstelle unterbunden werden. Der wenigstens eine erste Bereich des Kanals kann eine Zylinderform aufweisen, insbesondere in Verbindung mit einem zylinderförmigen zweiten Bereich des Kanals. Bei zylinderförmigen Kontaktstück kann ein gleicher Abstand zu allen Seiten hin zwischen Isoliermaterial und Kontaktstück gewährleistet werden, insbesondere in einer Phase der starken Annäherung der Kontakte zueinander. Ein größerer Abstand, insbesondere welcher in einer Phase der starken Annäherung konstant bleibt, gewährleistet eine geringe bis keine Wechselwirkung des Lichtbogens mit dem Isoliermaterial in diesem Bereich.

Ein zylinderförmiger zweiter Bereich des Kanals, d.h. eine Zylinderform der Isolierdüsenengstelle im zweiten Bereich mit kleinerem Querschnitt als der erste Bereich hat den Vorteil, dass der Schaltlichtbogen zeitlich möglichst früh mit dem Isoliermaterial in Berührung kommt, und ein Druckanstieg im Heizvolumen möglichst früh eingeleitet wird. Der wenigstens eine erste Bereich des Kanals kann alternativ oder zusätzlich eine konische Form aufweisen, insbesondere die Form eines Kegelstumpfes mit einer Deckfläche, welche den Querschnitt des ersten Bereichs des Kanals aufweist und einer Grundfläche mit einem größerem Querschnitt, wobei die Grund- fläche auf der Seite des Kanals angeordnet ist zur ersten

Seite der Isolierdüse hin. Dadurch nimmt der Abstand des Kontaktstücks zum Isolierdüsenmaterial mit zunehmender dielektrischer Beanspruchung kontinuierlich zu, wobei das Isoliermaterial bei kleineren Hubstellungen progressiv entlastet wird.

Im Kanal, auf der Seite des Kanals zur zweiten Seite der Isolierdüse hin kann eine konische Einlaufschräge angeordnet sein, in Form eines Kegelstumpfs mit zunehmendem Querschnitt in Richtung der zweiten Seite der Isolierdüse hin. Diese er- möglicht ein besseres Einfädeln eines Kontaktstückes in die Engstelle, ohne verkanten oder starke mechanische Beanspruchung des Isolierdüsenmaterials. Eine mechanische Schädigung der Isolierdüse durch Abrieb bei Kontakt des Kontaktstückes mit dem Isoliermaterial, z. B. bei Pendelbewegung des Kon- taktstückes gegenüber der Mittelachse der Düse, wird verhindert oder ist zumindest reduziert. Eine starke mechanische Schädigung der Düse, z. B. durch Verkanten bzw. Verkeilen des Kontaktstückes in der Engstelle wird verhindert. Die konische Einlaufschräge zu einer Mittelachse der Isolierdüse hin kann einen Winkel im Bereich von kleiner 10 Grad aufweisen. In diesem Bereich ist ein geringer Winkel zwischen Kontaktstück bzw. dessen Bewegungsrichtung gegeben, so dass bei mechanischem Kontakt des Kontaktstücks mit dem Isolierma- terial das Kontaktstück in Richtung Mittelachse zurückgelenkt wird, ohne Verkanten oder ohne großen Materialabrieb zu erzeugen . Im Kanal, auf der Seite des Kanals zur zweiten Seite der Isolierdüse hin kann ein zylinderförmiger Einlauf ereich angeordnet sein, mit einem Querschnitt größer als der Querschnitt des zweiten Bereichs. Dieser weist die gleiche Wirkung auf wie die zuvor beschriebene konische Einlaufschräge , und kann ein Einfädeln des Kontaktstückes in die Engstelle der Düse erleichtern. Ein zylinderförmiger Einlaufbereich ist einfacher und kostengünstiger herzustellen als eine konische Einlaufschräge .

In einem zylindrischen Bereich des Kanals mit einem ersten Querschnitt kann ein zylindrischer Bereich mit einem zweiten Querschnitt kleiner dem ersten Querschnitt angeordnet sein. Damit ergibt sich eine Geometrie mit Vorteilen, wie sie zuvor für eine zylindrische Einlaufschräge und einen zylinderförmigen ersten und zweiten Bereich beschrieben wurden.

Die Isolierdüse, Bereiche des Kanals, und/oder der Kanal selbst können rotationssymmetrisch sein, insbesondere mit kreisrunden Querschnitten.

Auf der ersten Seite in einem Außenbereich kann eine Klemmeinrichtung und/oder ein Gewinde zum Haltern der Düse angeordnet sein, insbesondere ein um die Düse umlaufendes Gewin- de. Damit kann die Düse mechanisch sicher und fest in der elektrischen Schalteinrichtung befestigt sein, insbesondere auf der Seite und mit dem Tulpenkontaktstück benachbart zum Heizraum, in welchen das erhitzte Gas strömen kann. Auf der zweiten Seite in einem Außenbereich kann eine Ausnehmung zum Haltern einer Dichtung angeordnet sein, insbesondere einer PTFE Dichtung. Damit kann die zweite Seite in der elektrischen Schalteinrichtung gasdicht mechanisch stabil gelagert werden.

Die Isolierdüse kann aus PTFE bestehen oder PTFE umfassen. PTFE als Werkstoff für die Isolierdüse zeigt gute elektrische Isolatoreigenschaften, gute mechanische, chemische und ther- mische Stabilität, und kann durch seine mechanischen Schmiereigenschaften ein Verklemmen von Kontaktstücken verhindern.

Eine erfindungsgemäße elektrische Schalteinrichtung umfasst ein erstes und ein zweites elektrisches Kontaktstück, wobei das zweite elektrische Kontaktstück relativ zum ersten elektrischen Kontaktstück beweglich angeordnet ist. Weiterhin umfasst die elektrische Schalteinrichtung eine zuvor beschriebene Isolierdüse. Die elektrische Schalteinrichtung kann in Form eines druckgasisolierten Leistungsschalters ausgebildet sein. Die Vorteile der erfindungsgemäßen elektrischen Schalteinrichtung sind analog den Vorteilen, wie sie zuvor im Zusammenhang mit der Isolierdüse beschrieben worden sind. Das zweite elektrische Kontaktstück kann eine komplementäre Form und/oder im Wesentlichen einen gleichen Querschnitt zu wenigstens einem Bereich des Kanals bzw. der Engstelle aufweisen. Mit einer komplementären Form und einem Querschnitt im Bereich der Engstelle des Kanals, insbesondere dem Bereich mit dem kleinsten Querschnitt, kann ein guter, temporärer Gasverschluss des Kanals bewirkt werden. Sich erhitzendes, expandierendes Gas im Bereich eines Lichtbogens kann in Richtung Heizraum expandieren, insbesondere durch einen Fluidka- nal z. B. umfasst von der ersten Seite der Isolierdüse, und das Gas kann in einem zweiten Schritt, bei einer Rückströmung den Lichtbogen zum Erlöschen bringen.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen elektrischen Schalteinrichtung nach Anspruch 14 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen der Isolierdüse für eine elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 1 und umgekehrt .

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.

Dabei zeigt die Fig. 1 einen Schnitt entlang einer Längsachse 2 einer Isolierdüse 1 für eine elektrische Schalteinrichtung nach dem Stand der Technik, und

Fig. 2 einen Schnitt analog Fig. 1 mit einem Kanal 5, welcher eine erste Seite 3 und eine zweite Seite 4 verbindet, und nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wenigs- tens zwei zylinderförmige Bereiche 8, 9 mit unterschiedlichen Querschnitten aufweist, und

Fig. 3 einen Schnitt analog Fig. 2 mit einem Ka- nal 5, welcher einen zylinderförmigen 9 und einen konischen 8 Bereich aufweist, und

Fig. 4 einen Schnitt analog Fig. 1 mit einer Ein- laufschräge 10 im Kanal 5 zu einer Seite 4 hin, und

Fig. 5 einen Schnitt analog Fig. 2 mit einem Kanal 5, welcher zwei zylinderförmige Berei- che 8, 9 mit unterschiedlichen Querschnitten und eine Einlaufschräge 10 analog Fig. 4 aufweist, und

Fig. 6 einen Schnitt analog Fig. 1 mit einem Ka- nal 5, welcher einen zylinderförmigen Bereich 12 aufweist, der einen zylinderförmigen Bereich 13 mit kleinerem Querschnitt einschließt, und Fig. 7 einen Schnitt entlang der Mittelachse 2 einer erfindungsgemäßen elektrischen

Schalteinrichtung 14 mit Isolierdüse 1. Voneinander abweichende, funktionsgleiche Details der in den Figuren 1 bis 7 gezeigten Konstruktionen sind untereinander kombinierbar bzw. austauschbar. Die Figur 1 zeigt eine Isolierdüse 1 für eine elektrische

Schalteinrichtung in Schnittdarstellung entlang einer Mittelachse, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, vgl. insbesondere DE 296 07 660 Ul . Die Isolierdüse 1 ist rotationssymmetrisch um die Mittelachse 2 aufgebaut. Die Wandung der Isolierdüse 1 umschließt auf einer ersten Seite 3 einen im Wesentlichen zylinderförmigen Hohlraum mit einem ersten Durchmesser d _i( und auf einer gegenüberliegenden, zweiten Seite 4 einen im Wesentlichen konischen Hohlraum mit einem gleich großen oder kleineren Durchmesser d ₂ , welcher in Rich- tung erster Seite 3 abnimmt. Zwischen den zwei Seiten 3, 4 ist ein durchgehenden Kanal angeordnet, welcher als eine Engstelle 5 ausgebildet ist und im Wesentlichen die Form eines zylinderförmiger Hohlraums aufweist, mit einem dritten Durchmesser d ₃ , welcher kleiner ist als der Durchmesser di auf der ersten Seite 3 und der Durchmesser d ₂ auf der zweiten Seite 4. Die Durchmesser können im Bereich von Millimetern liegen, insbesondere der erste Durchmesser di im Bereich von 50 bis 100 mm, der zweite Durchmesser d ₂ im Bereich von 30 bis 60 mm und der dritte Durchmesser d ₃ im Bereich von 20 bis 30 mm.

Auf der ersten Seite 3 ist am äußeren Umfang der Isolierdüse 1 eine Klemmeinrichtung 6 vorgesehen, um die Isolierdüse 1 in einer elektrischen Schalteinrichtung zu befestigen. Alterna- tiv oder zusätzlich können auch andere Befestigungseinrichtungen verwendet werden, z. B. Gewinde 6. Über die Klemmeinrichtung 6 kann die Isolierdüse 1 mechanisch stabil an elektrischen Kontaktstücken auf der ersten Seite 3 befestigt werden .

Auf der zweiten Seite 4 ist am äußeren Umfang der Isolierdüse 1 eine Ausnehmung 7 zum Haltern einer Dichtung vorgesehen, welche ebenfalls in Form einer Klemmeinrichtung ausgebildet sein kann, um die Isolierdüse 1 in einer elektrischen Schalteinrichtung zu befestigen. Die Dichtung ermöglicht z. B. eine gasdichte Verbindung zu einem elektrischen Kontaktstück auf der zweiten Seite 4, wobei über die Klemmeinrichtung die Iso- lierdüse 1 mechanisch stabil an dem elektrischen Kontaktstück befestigt werden kann. Als Dichtung kann z. B. eine PTFE- Dichtung verwendet werden.

In Figur 2 ist eine erfindungsgemäße Isolierdüse 1 in

Schnittdarstellung gezeigt, analog Fig. 1. Die Isolierdüse 1 weist einen Kanal 5 auf, welcher die Hohlräume der ersten Seite 3 und der zweiten Seite 4 der Isolierdüse 1 miteinander verbindet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung um- fasst der Kanal 5 wenigstens zwei zylinderförmige Bereiche 8, 9 mit unterschiedlichen Querschnitten. Der erste Bereich 8 weist einen größeren Durchmesser auf als der zweite Bereich 9.

Bei einer fest mit einem elektrischen Kontaktstück auf der ersten Seite 3 verbundenen Isolierdüse kann ein zweites Kontaktstück von der zweiten Seite 4 bei einem Kontaktieren in die Isolierdüse eingeführt werden. Das erste Kontaktstück kann im zylinderförmigen Hohlraum der ersten Seite 3 nahe dem Kanal 5 fest angeordnet sein. Bei Annäherung der Kontakte un- ter Hochspannungsbeanspruchung entsteht ein Lichtbogen zwischen den Kontakten, welcher auch als Vorüberschlag bezeichnet wird. In einer ersten Phase der Annäherung der Kontaktstücke zueinander ist der Abstand der Kontaktstücke noch relativ groß und die dielektrische Beanspruchung des Isolierdü- senmaterials gering. Das zweite Kontaktstück wird in den Kanal 5 in den zweiten Bereich 9 mit geringem Durchmesser eingeführt .

Durch den geringen Durchmesser erfolgt eine gute Führung des bewegten Kontaktstückes und ein frühzeitiger Druckaufbau. Das Kontaktstück kann einen Durchmesser im Wesentlichen im Bereich des Durchmessers des Kanals 5 im zweiten Bereich 9 aufweisen, mit komplementärer Form, oder einen etwas geringeren Durchmesser. Durch die geringe Größe eines Spalts zwischen bewegtem Kontaktstück und Kanal 5 im zweiten Bereich 9 wird eine Gasaustausch bzw. Gasstrom in diesem Bereich unterbunden bzw. behindert. Die Bewegung des zweiten Kontaktstückes und die Erwärmung des Gases im Bereich des Lichtbogens, wobei sich das Gas durch die Erwärmung ausdehnt, führen zu einem Druckaufbau im Bereich zwischen den Kontaktstücken. Der hohe Druck kann Gas in eine Druckkammer strömen lassen, wie im Folgenden in Verbindung mit Figur 7 im Detail beschrieben wird.

Bei weiterer Annährung der Kontaktstücke zueinander nehmen der Abstand zwischen den Kontaktstücken ab und die dielektrische Belastung zu. Das zweite Kontaktstück bewegt sich mit seiner Spitze im Kanal 5 in dem ersten Bereich 8 mit größerem Durchmesser als dem Durchmesser des zweiten Bereichs 9. Dadurch ist ein größerer Abstand zwischen Material der Isolierdüse 1 und dem zweiten Kontaktstück in diesem Bereich gegeben. Das Material wird weniger stark beansprucht und somit weniger bzw. nicht beschädigt.

Die gute Führung des zweiten Kontaktstückes im zweiten Bereich 9, in welchem eine geringe dielektrische Beanspruchung erfolgt, unterbindet Pendelbewegungen des Kontaktstücks. Im dielektrisch hoch beanspruchten Bereich wird durch die Engstellengeometrie mit größerem Durchmesser des Kanals 5 ein definierter Abstand zwischen Kontaktstück und Isoliermaterial eingehalten. Eine Schädigung des Materials wird dadurch reduziert bzw. verhindert.

In Figur 3 ist eine Isolierdüse 1 in Schnittansicht analog der Figur 2 dargestellt. Der Kanal 5 weist im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in Figur 2 neben einem zylinderförmigen Bereich 9 einen konischen Bereich 8 auf. Der konische Be- reich hat die Form eines Kegelstumpfes, mit einer größeren Grundfläche zur ersten Seite 3 hin gegenüber der Deckfläche zur zweiten Seite 4 hin, welche der Querschnittsfläche bzw. Grundfläche des Zylinders entspricht, der den Kanal 5 im zweiten Bereich 9 ausbildet. Somit nimmt der Durchmesser des Kanals 5 beginnend vom Ende des zweiten Bereichs 9 in Richtung erste Seite 3 im ersten Bereich 8 kontinuierlich zu. Der Vorteil der Zunahme des Abstands zwischen Kontaktstück und Isoliermaterial in Richtung erste Seite 3 ist analog dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 mit zylindrischer Form, statt konischer Form des Kanals 5 im Bereich 8 in Figur 3. Der zunehmende Abstand zwischen Kontaktstück und Isoliermaterial in Richtung der ersten Seite 3 ergibt einen zunehmenden Abstand zwischen Kontaktstück und Isoliermaterial bei Bewegung des Kontaktstückes in Richtung erste Seite 3, wobei sich der Abstand der zwei Kontaktstücke zueinander verringert. Die Engstelle im Bereich 9 des Kanals 5, mit im Wesentlichen glei- ehern Durchmesser und gleicher Form wie das Kontaktstück, weist die zuvor beschriebenen Vorteile auf, dass das Kontaktstück mechanisch gestützt wird zur Unterdrückung von z. B. Pendelbewegungen und dass ein frühzeitiger Druckaufbau bei Erwärmung des Gases durch den Lichtbogen erfolgt. Mit stei- gender dielektrischer Beanspruchung nimmt der Abstand zwischen Kontaktstück und Isoliermaterial zu, was eine Schädigung der Isolierdüse 1 verhindert bzw. verringert.

In Figur 4 ist eine Isolierdüse 1 analog der Isolierdüse in Figur 1 in Schnittdarstellung gezeigt. Die Isolierdüse 1 weist im Kanal 5 auf der Seite des Kanals 5, welche der zweiten Seite 4 zugewandt ist eine Einlaufschräge 10 auf. Die Einlaufschräge 10 kann z. B. in Form einer inneren Mantelfläche des Kanals 5 bestehen, welche einen Winkel zur Mittelach- se im Bereich von 10° bildet. Diese Mantelfläche kann in Form einer Mantelfläche eines Konus ausgebildet sein, welcher mit einer Deckfläche in Richtung erster Seite 3 endet, welche ein Querschnitt des zylindrischen Kanalteils 5 ist. Die Einlauf- schräger erleichtert das Einführen des Kontaktstückes in den Kanal 5, insbesondere ohne Verkanten des Kontaktstückes oder Materialabrieb von der Isolierdüse 5. In Figur 5 ist eine Isolierdüse 1 analog der Isolierdüse 5 der Figur 2 in Schnittansicht dargestellt, mit einer Einlaufschräge 10 analog der Einlaufschräge 10 bekannt aus dem Ausführungsbeispiel der Figur 4. Alternativ, in den Figuren nicht dargestellt, kann statt einem zylindrischen Bereich 8 eine Isolierdüse 10 mit einem konischen Bereich 8, wie in Figur 3 dargestellt ist, und einer Einlaufschräge 10, wie in Figur 4 und 5 dargestellt ist, ausgebildet sein. Die Vorteile sind wie zuvor beschrieben, analog den Vorteilen einer Ein- laufschräge 10, wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt, und eines vergrößerten Durchmessers des Kanals 5 im Bereich 8, wie in den Figuren 2, 3 und 5 dargestellt ist.

In Figur 6 ist eine Isolierdüse 1 mit einem durchgehenden, zylinderförmigen Kanal 5 analog dem Kanal 5 in Figur 1 dargestellt, wobei in einem zylinderförmigen Bereich 12 mit einem ersten Durchmesser ein zylinderförmiger Bereich 13 mit einem zweiten, kleineren Durchmesser angeordnet ist. Der in der Schnittdarstellung in Figur 6 gezeigte zylinderförmige Be- reich 13 mit kleinerem Durchmesser ist vom Bereich 12 um- fasst, wobei der Bereich 13 im Ausführungsbeispiel der Figur 6 näher zur Seite 4 als zur Seite 3 im Kanal 5 angeordnet ist. Es ergibt sich eine Isolierdüse 1, analog der Isolierdüse 1 gezeigt in Figur 5, nur mit einem zylindrischen Einlauf- bereich statt einem konischen Einlaufbereich 10. Die Vorteile sind wie im Ausführungsbeispiel der Figur 5 beschrieben, wobei sich ein zylindrischer Einlaufbereich einfacher und kostengünstiger fertigen lässt als ein konischer Einlaufbereich 10.

In Fig. 7 ist ein Schnitt entlang der Mittelachse 2 einer elektrischen Schalteinrichtung 14 mit Isolierdüse 1 dargestellt, wobei als Isolierdüse eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Isolierdüse verwendet werden kann.

Die elektrische Schalteinrichtung 14, insbesondere ausgebildet als Hochspannungs-Leistungsschalter, umfasst ein erstes und ein zweites elektrisches Kontaktstück 15, 16, d.h. Licht- bogenkontaktstücke , welche einander koaxial gegenüberstehend angeordnet sind. Weiterhin umfasst die elektrische Schalteinrichtung 14 zwei einander koaxial gegenüberstehend angeordnete Dauerstromkontaktstücke 18, 19, welche jeweils ein Kon- taktstück 15, 16 umgeben.

Das erste Kontaktstück 15 ist als Tulpenkontakt ausgebildet und wird im Zuge einer Ausschaltbewegung in Richtung des Pfeils 20 angetrieben. Während der Ausschaltbewegung brennt zwischen den Kontaktstücken 15, 16 ein Lichtbogen 17, welcher das in seinem Einflussbereich befindliche Löschgas, z. B. SF ₆ aufheizt. Dieses Löschgas fließt zumindest teilweise durch einen Kanal 21, welcher zwischen dem Tulpenkontaktstück 15 und der ersten Seite 3 der Isolierdüse 1 als Ummantelung aus- gebildet wird. Das Löschgas fließt durch den Kanal 21 in den Heizgasraum 22, wo es zunächst gespeichert wird und von wo es zum Lichtbogen 17 zurückfließt, sobald dort der Löschgasdruck absinkt. Dies ist normalerweise bei einem Stromnulldurchgang des zu schaltenden Stroms der Fall. Das zurückströmende

Löschgas bebläst dann den Lichtbogen 17 und unterstützt die Löschung bzw. die dielektrische Wiederverfestigung der

Schaltstrecke zwischen den Kontaktstücken 15, 16.

Um die Strömung des zum Lichtbogen 17 zurückströmenden Lösch- gases bezüglich Stärke und Richtung kontrollieren zu können, ist die Isolierdüse bzw. Isoliergasdüse 1 vorgesehen, die den Lichtbogen umgibt. Die Isolierstoffdüse 1 kann, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 dargestellt ist, mit dem antreibbaren ersten Kontaktstück 15 beim Ausschaltvorgang in Rich- tung des Pfeils 20 stark beschleunigt werden. Alternativ, in den Figuren nicht dargestellt, können auch beide Kontaktstücke 15, 16 angetrieben und so aufeinander zubewegt werden. Aufgrund der stark beschleunigten Bewegung und wegen der hohen im Bereich der Isolierdüse 1 herrschenden Temperaturen und Gasdrücke, muss die Isolierdüse 1 besonders stabil und sicher an einem mit dem Antrieb des Schalters verbundenen Bauteil, z. B. dem zylindrischen Flansch 23 befestigt sein. Die Isolierdüse 1 ist in den Flansch 23 eingeschraubt

und/oder geklemmt, und kann dazu ein Gewinde und/oder eine Klemmeinrichtung 6 aufweisen. Bei Ausführung mit einem Gewinde 6 kann dieses in ein Innengewinde des Flansches 23 ein- greifen. Von der Antriebsseite der elektrischen Schalteinrichtung 14 her, welche als Unterbrechereinheit eines Hoch- spannungs-Leistungsschalters ausgebildet sein kann, ist ein Stutzen 24 in die Isolierdüse 1 hineingeschoben und stützt die Isolierdüse 1 gegen radiale Verformungen von innen. Der Stutzen 24 ist mit einem Flansch 25 verbunden, der den Düsenkörper 1 radial überdeckt und mit dem zylindrischen Flansch 23 mittels Schrauben 26 verbunden ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Stutzen 24 nicht verdrehbar ist. Der Stutzen 24 kann an seiner äußeren Mantelfläche eine Rändelung aufweisen, die in den Düsenkörper 1 eingepresst sein kann und gegen dessen innere Mantelfläche 27 auf der ersten Seite 3 drückt. Dadurch kann eine Verdrehung der Isolierdüse 1 im Gewinde 28 verhindert werden. Die elektrische Schalteinrichtung 14 kann in einem Isolierstoffgehäuse 29 gasdicht eingeschlos- sen sein, damit kein Isoliergas, z. B. SF ₆ in die Umwelt entweichen kann.

Der Stutzen 24 und der Flansch 25 können aus Metall bestehen, beispielsweise Aluminium. Die Isolierdüse 1 ist z. B. aus PTFE . Eine Dichtung für die Ausnehmung zum Haltern der Dichtung 7 kann ebenfalls aus PTFE hergestellt sein. Kontakte 15, 16, 18, 19 sind vorteilhaft aus elektrisch gut leitenden Materialien ausgebildet, wie z. B. Metallen, insbesondere Stahl oder Kupfer.

In Figur 7 ist die Isolierdüse 1 in allgemeiner Form schematisch dargestellt, ohne die erfindungsgemäße Ausbildung des Kanals 5 mit unterschiedlichen Durchmessern zu zeigen. Die Verwendung einer erfindungsgemäßen Isolierdüse 1, wie in Fi- guren 2 bis 6 dargestellt und zuvor beschrieben wurde, mit einer Engstelle in Form eines Kanals 5 mit unterschiedlichen Durchmessern, erlaubt bei Kontaktierung der Lichtbogenkontakte 15 und 16 einen schnellen Druckaufbau im Heizgasraum 22, und mit steigender dielektrischer Belastung bei Annährung der Kontakte 15, 16 in einem ersten Bereich 8 eine geringere Belastung der Isolierdüse 1. Bei Verwendung einer Einlaufschräge 10 und/oder eines zylinderförmigen Bereichs 12 zur zweiten Seite 4 hin, kann beim Einführen des Kontaktes 16 in die Engstelle 5 ein Verkanten und/oder ein starker Materialabrieb von der Isolierdüse 1 durch den Kontakt 16 verhindert werden.

Die Ausbildung einer Einlaufschräge 10 im Kanal 5, d.h. in der Engstelle verbessert weiter das Einführen des Kontaktes 16 gegenüber der konischen Ausbildung des Hohlraums auf der zweiten Seite 4 der Isolierdüse 1. Ein Durchmesser der Engstelle 5 im zweiten Bereich 9 des Kanals 5 im Bereich des Durchmessers bzw. im Wesentlichen mit dem Durchmesser des zweiten Kontaktstücks 16 erlaubt einen frühzeitigen Druckaufbau beim Erhitzen des Gases durch den Lichtbogen 17, da ein Gasstrom in Richtung zweite Seite 4 behindert bzw. unterbunden wird. Das durch den Lichtbogen 17 erhitzte Gas, welches expandiert wird in Richtung erster Seite 3 und über den Kanal 21 in den Heizgasraum 22 gedrückt.

Bei weiterer Annährung des Kontaktstücks 16 an das Kontaktstück 15 durchquert die Spitze des Kontaktstücks 16 mit dem Lichtbogen 17 den ersten Bereich 8 des Kanals 5, welcher ei- nen größeren Durchmesser als der zweite Bereich des Kanals 9 aufweist. Der größere Durchmesser ergibt einen größeren Abstand des Kontaktstücks 16 zum Isoliermaterial der Isolierdüse 1, wodurch die mit Abnahme des Abstands der Kontaktstücke 15, 16 zunehmende dielektrische Belastung ausgeglichen bzw. verhindert werden kann. Die Isolierdüse 1 wird durch den größeren Durchmesser des Kanals 5 im ersten Bereich 8 gegenüber dem Durchmesser im Bereich 9 weniger geschädigt, da ein ausreichender, definierter Abstand Kontaktstück 16 und Isolierdüse 1 im Bereich des Lichtbodens 17 und/oder im ersten Be- reich 8 des Kanals 5 eingehalten werden kann. Weiterhin bewirkt der geringe Durchmesser im zweiten Bereich 9, welcher im Wesentlichen dem Durchmesser des Kontaktstücks 16 entspricht, dass das erhitzte Gas nicht in Richtung zweite 4, sondern in Richtung erste Seite 3 strömt und somit in den Heizgasraum 22. Dabei erhöht sich weiter der Druck im Heizgasraum 22. Z. B. beim Nulldurchgang des Stroms nimmt der Lichtbogen 17 zwischen den angenäherten Kontaktstücken 15, 16 ab und der erhöhte Gasdruck im Heizgasraum 22 führt zu einer Gasströmung im Kanal 21 in Richtung zurück zum Lichtbogen 17. Dies bewirkt ein Ausblasen des Lichtbogens 17, der Lichtbogen 17 er- lischt. Die Kontaktstücke 15, 16 werden elektrisch kontaktiert und verhindern bei Annäherung der Dauerstromkontakt- stücke 18, 19 die Ausbildung von Lichtbögen. Ein elektrischer Kontakt zwischen den Dauerstromkontaktstücken 18, 19 kann ohne Schädigung der Dauerstromkontaktstücke 18, 19 durch Licht- bögen erfolgen. Bei elektrischer Kontaktunterbrechung ist der Prozess analog, nur in umgekehrter Richtung.

Die Dauerstromkontaktstücke 18, 19 können getrennt werden ohne Lichtbogen bzw. Schädigung durch Lichtbögen. Die Lichtbo- genkontaktstücke 15, 16 werden darauf folgend getrennt, wobei ein Lichtbogen 17 zwischen dem ersten und zweiten Kontaktstück 15, 16 entsteht. Der Bereich 9 des Kanals 5 der Isolierdüse 1, mit im Wesentlichen gleichem Durchmesser wie das Kontaktstück 16 sorgt für ein Blocken eines Gasstroms in Richtung zweite Seite 4, wie zuvor beschrieben. Das Gas, welches durch den Lichtbogen 17 erhitzt wird und sich ausdehnt strömt in den Heizgasraum 22. Der größere Durchmesser des Kanals 5 im ersten Bereich 8 sorgt für einen größeren Abstand zwischen Kontaktstück 16 und Isoliermaterial der Isolierdüse 1 in diesem Bereich 8, wodurch eine Schädigung des Materials durch den Lichtbogen verhindert bzw. verringert wird.

Bei weiterer Bewegung des zweiten Kontaktstückes 16 vom ersten Kontaktstück 15 weg, wird dieses aus dem Kanal 5 geführt und im Weiteren kann es aus dem Bereich der zweiten Seite 4 der Isolierdüse 1 geführt werden. Beim Verlassen des zweiten Bereichs 9 des Kanals 5 durch das zweite Kontaktstück 16 wird die Blockade des Gasflusses in Richtung zweiter Seite 4 auf- gehoben. Das Gas kann in den Bereich in Richtung zweite Seite 4 strömen, was durch den erhöhten Druck des Gases in dem Heizgasraum 22 bewirkt wird, und das Gas bläst dabei den Lichtbogen 17 aus. Die elektrische Trennung der Kontakte 15, 16, 18, 19 ist abgeschlossen.

Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander und mit Ausführungsbeispielen bekannt aus dem Stand der Technik kombiniert werden. Das erste Kontaktstück 15, insbesondere Tulpenkontaktstück kann fest gegenüber der Isolierdüse 1 in der elektrischen Schalteinrichtung 14 verbaut sein, wobei das zweite Kontaktstück 16 beweglich angeordnet ist. Alternativ können auch beide Kontaktstücke 15, 16 beweglich in der elektrischen Schalteinrichtung 14 angeordnet sein, insbesondere auch beweglich gegenüber der Isolierdüse 1. Die Isolierdüse 1 kann aus PTFE bestehen, oder alternativ oder zusätzlich andere Isoliermaterialien wie z. B. Plastik umfassen. Das Isoliergas kann aus SF ₆ , aus anderen Gasen oder Gasgemischen bestehen.

Die Isolierdüse 1 kann aus einem zylinderförmigen Bereich auf einer Seite und einem kegelstumpfförmigen Bereich auf der gegenüberliegenden Seite sowie einem durchgehenden Kanal als Engstelle bestehen, welcher die beiden Seiten fluidisch ver- bindet. Der Bereich auf der ersten Seite kann auch andere

Formen als Zylinder aufweisen, und der Bereich auf der zweiten Seite kann eine andere Form als ein Kegelstumpf aufweisen. Wesentlich für die Erfindung ist, dass der Kanal 5 als Engstelle wenigstens zwei Bereiche mit unterschiedlichen Querschnitten bzw. Durchmessern aufweist. Ein Bereich des Kanals 5 ist ausgebildet zum Blockieren eines Gasstroms in Richtung einer Seite und ein zweiter Bereich ist ausgebildet in einer Form, bei welcher die Schädigung des Isoliermaterials der Isolierdüse 1 durch einen Lichtbogen unterbunden bzw. zumindest reduziert wird. Der Bereich zum Blockieren des Gasstroms kann alternativ und/oder zusätzlich zur Unterbindung von Pendelbewegungen oder anderen Bewegungen des beweglichen Kontaktes in Richtung Isolierdüsenwandung ausgebildet sein. Bezugszeichenliste

1 Isolierdüse

2 Mittelachse

3 erste Seite

4 zweite Seite

5 durchgehender Kanal als Engstelle ausgebildet

6 Klemmeinrichtung und/oder Gewinde

7 Ausnehmung zum Haltern einer Dichtung

8 erster Bereich des Kanals

9 zweiter Bereich des Kanals

10 konische Einlaufschräge

11 zylinderförmiger Einlaufbereich

12 erster zylinderförmiger Bereich

13 zweiter zylinderförmiger Bereich

14 elektrischen Schalteinrichtung

15 erstes Kontaktstück

16 zweites Kontaktstück

17 Lichtbogen

18 erstes Dauerstromkontaktstück

19 zweites Dauerstromkontaktstück

20 Richtung bei Ausschaltbewegung

21 Kanal

22 Heizgasraum

23 zylindrischer Flansch

24 Stutzen

25 Flansch

26 Schrauben

27 innere Mantelfläche der Isolierdüse

28 Gewinde

29 Isolierstoffgehäuse