Unterbrechereinheit eines Leistungsschalters

Die Erfindung betrifft eine Unterbrechereinheit eines Leis tungsschalters, die ein mit einem Löschgas befüllbares gas isoliertes Gehäuse aufweist.

Leistungsschalter weisen Kontaktelemente auf, die zum Öffnen und Schließen eines Stromkreises zwischen einer Ausschalt stellung, in der die Kontaktelemente voneinander getrennt sind, und einer Einschaltstellung, in der Kontaktelemente an einander anliegen, relativ zueinander bewegbar sind. Ein gas isolierter Leistungsschalter weist eine Unterbrechereinheit auf, die mit einem Löschgas zum Löschen eines Lichtbogens be- füllt ist, der bei dem Trennen von Kontaktelementen in einem Lichtbogenbereich der Unterbrechereinheit entsteht. Durch ei nen Lichtbogen wird das Löschgas in dem Lichtbogenbereich lo kal stark erhitzt und dissoziiert zu einem Heißgas. Das Heiß gas kann zu lokalen dielektrischen Schwächen des Leistungs schalters führen und wird daher beispielsweise durch Vermi schung mit kälterem Löschgas abgekühlt oder/und von dem

Lichtbogenbereich in einen dielektrisch weniger kritischen Bereich der Unterbrechereinheit geleitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gasisolierte Unterbrechereinheit eines Leistungsschalters anzugeben, die hinsichtlich der Strömungsführung von Heißgas in der Unter brechereinheit verbessert ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An spruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Eine erfindungsgemäße Unterbrechereinheit eines Leistungs schalters umfasst ein mit einem Löschgas befüllbares gasiso- liertes Gehäuse und eine in dem Gehäuse angeordnete Gasleit struktur mit einer Leitröhre und wenigstens einem Umleitele ment. Die Leitröhre verläuft rohrartig um eine Längsachse der Unterbrechereinheit zur Leitung von Heißgas, das in einem Lichtbogenbereich der Unterbrechereinheit durch Erhitzung von Löschgas durch einen Lichtbogen entsteht, von dem Lichtbogen bereich weg. Das wenigstens eine Umleitelement ist dazu aus gebildet, aus der Leitröhre austretendes Heißgas in eine um die Längsachse herum verlaufende zirkulare Strömung zu ver setzen .

Die Erfindung sieht also eine Strömungsführung von Heißgas in einer Unterbrechereinheit vor, die Heißgas durch eine Leit röhre axial, das heißt entlang der Längsachse der Unterbre chereinheit, von dem Lichtbogenbereich wegleitet und aus der Leitröhre austretendes Heißgas durch wenigstens ein Umlei telement in eine um die Längsachse herum verlaufende zirkula re Strömung versetzt. Dadurch wird Heißgas in einem von dem Lichtbogenbereich entfernten Bereich in dem Gehäuse des Um leitelements durch die zirkulare Strömung mit dort befindli chem kälterem Löschgas vermischt und durch so genannte turbu lente Kühlung abgekühlt. Durch die zirkulare Strömung wird das Volumen des Gehäuses der Unterbrechereinheit besser zur Kühlung von Heißgas genutzt und somit die Kühlung des Heißga ses verbessert gegenüber einer Kühlung, die nur eine axiale oder radiale Strömung von Heißgas verwendet. Dadurch kann wiederum die dielektrische Festigkeit der Unterbrechereinheit erhöht werden, und die Unterbrechereinheit kann für höhere Ströme ausgelegt werden.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht ein von einer Röhren außenoberfläche der Leitröhre abstehendes bandartiges Umlei telement vor, das helixartig gewunden um die Längsachse herum verläuft. Dabei kann eine an die Röhrenaußenoberfläche gren zende, dem Lichtbogenbereich zugewandte Umleitoberfläche des bandartigen Umleitelements in einem von 90 Grad verschiedenen Abstehwinkel von der Röhrenaußenoberfläche abstehen. Ferner kann die Leitröhre im Bereich des bandartigen Umleitelements seitliche Röhrenöffnungen aufweisen. Insbesondere können die Öffnungsgrößen der seitlichen Röhrenöffnungen mit dem Abstand der Röhrenöffnungen von dem Lichtbogenbereich zunehmen.

Die vorgenannten Ausgestaltungen der Erfindung bewirken eine zirkulare Strömung von Heißgas durch ein helixartig um die Außenoberfläche der Leitröhre verlaufendes bandartiges Umlei telement. Durch einen geeignet gewählten Abstehwinkel kann die zirkulare Strömungsführung optimiert werden. Die Röhren öffnungen ermöglichen den seitlichen Austritt von Heißgas aus dem Leitrohr zu dem Umleitelement. Die Zunahme der Öffnungs größen der seitlichen Röhrenöffnungen mit dem Abstand von dem Lichtbogenbereich bewirkt, dass Heißgas in größeren Mengen erst mit wachsendem Abstand von dem Lichtbogenbereich aus dem Leitrohr austreten kann und somit höchstens geringe Mengen von Heißgas zurück zu dem Lichtbogenbereich gelangen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht ein turbinen artiges Umleitelement vor, das ringförmig um ein von dem Lichtbogenbereich abgewandtes offenes Leitröhrenende der Leitröhre verläuft und nach außen von der Leitröhre abstehen de Umleitschaufein aufweist. Beispielsweise weisen die Um- leitschaufein gegen eine zu der Längsachse orthogonale Ebene verkippte Schaufeloberflächen auf. Ferner kann das turbinen artige Umleitelement um die Längsachse drehbar sein.

Die vorgenannten Ausgestaltungen der Erfindung bewirken eine zirkulare Strömung von Heißgas durch ein turbinenartig ausge bildetes Umleitelement. Durch eine geeignet gewählte Verkip pung kann die zirkulare Strömungsführung optimiert werden. Durch eine Drehbarkeit des Umleitelements kann die zirkulare Strömung turbulent gekühlt werden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht ein durch ein von dem Lichtbogenbereich abgewandtes offenes Leitröhrenende in die Leitröhre hineinragendes schneckenartiges Umleitele ment mit einer dem Lichtbogenbereich zugewandten Rille vor. Die Rille hat im Wesentlichen die Form einer um die Längsach- se herum verlaufenden konischen Spirale, deren Durchmesser sich zu dem Lichtbogenbereich hin verkleinert. Ferner kann ein Trichterelement vorgesehen sein, das lichtbogenbereichs seitig vor dem schneckenartigen Umleitelement in der Leitröh re angeordnet ist und eine Trichteröffnung aufweist, durch die die Längsachse verläuft. Beispielsweise verengt sich das Trichterelement wenigstens in einem um die Trichteröffnung herum verlaufenden Bereich konisch in Richtung zu dem Licht bogenbereich. Ferner kann die Leitröhre im Bereich des schne ckenartigen Umleitelements seitliche Röhrenöffnungen aufwei sen. Dabei können die Öffnungsgrößen der seitlichen Röhren öffnungen mit dem Abstand der Röhrenöffnungen von dem Licht bogenbereich insbesondere zunehmen.

Die vorgenannten Ausgestaltungen der Erfindung bewirken eine zirkulare Strömung von Heißgas durch ein schneckenartiges Um leitelement mit einer Rille, die die Form einer konischen Spirale hat. Durch das Trichterelement kann Heißgas dem lichtbogenbereichsseitigen Ende der Rille zugeführt werden, so dass das dem Umleitelement zugeführte Heißgas dem Verlauf der Rille von dessen lichtbogenbereichsseitigem Ende folgt und besonders effizient in zirkulare Strömung versetzt wird. Durch die seitlichen Röhrenöffnungen in dem Leitrohr kann zirkular strömendes Heißgas in den Außenbereich des Leitrohrs geleitet werden, um es mit dort befindlichem kälteren Lösch gas zu vermischen und dadurch turbulent zu kühlen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Leitröhre von einer Innenoberfläche des Gehäuses beabstandet zwischen dem Lichtbogenbereich und einem Endbereich des Ge häuses angeordnet ist. Dadurch wird Heißgas durch die Leit röhre in einen Endbereich des Gehäuses und damit vorteilhaft weit von dem Lichtbogenbereich weg geleitet.

Ein erfindungsgemäßer Leistungsschalter weist eine erfin dungsgemäße Unterbrechereinheit auf. Die Vorteile eines der artigen Leistungsschalter ergeben sich aus den oben genannten Vorteilen einer erfindungsgemäßen Unterbrechereinheit. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbei spielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu tert werden. Dabei zeigen:

FIG 1 eine Schnittdarstellung einer Unterbrechereinheit eines Leistungsschalters mit einem ersten Ausfüh rungsbeispiel einer Gasleitstruktur,

FIG 2 eine perspektivische Darstellung der in Figur 1 ge zeigten Gasleitstruktur,

FIG 3 eine Schnittdarstellung einer Unterbrechereinheit eines Leistungsschalters mit einem zweiten Ausfüh rungsbeispiel einer Gasleitstruktur,

FIG 4 eine perspektivische Darstellung des Umleitelements der in Figur 3 gezeigten Gasleitstruktur,

FIG 5 eine Schnittdarstellung einer Unterbrechereinheit eines Leistungsschalters mit einem dritten Ausfüh rungsbeispiel einer Gasleitstruktur,

FIG 6 eine perspektivische Darstellung des Umleitelements der in Figur 5 gezeigten Gasleitstruktur .

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit densel ben Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Unterbrecherein heit 1 eines Leistungsschalters mit einem ersten Ausführungs beispiel einer Gasleitstruktur 3, wobei die Unterbrecherein heit 1 nur in einem für die Erfindung relevanten Bereich dar gestellt ist. Figur 2 zeigt einen Ausschnitt einer perspekti- vischen Darstellung der in Figur 1 gezeigten Gasleitstruk- tur 3.

Die Unterbrechereinheit 1 weist ein mit einem Löschgas be- füllbares gasisoliertes Gehäuse 5 auf. In dem Gehäuse 5 sind unter anderem in Figur 1 nicht dargestellte Kontaktelemente angeordnet, die zum Öffnen und Schließen eines Stromkreises zwischen einer Ausschaltstellung, in der die Kontaktelemente voneinander getrennt sind, und einer Einschaltstellung, in der Kontaktelemente aneinander anliegen, relativ zueinander bewegbar sind. Insbesondere weist die Unterbrechereinheit 1 Lichtbogenkontaktelemente auf, zwischen denen beim Trennen in einem Lichtbogenbereich der Unterbrechereinheit 1 ein Licht bogen brennt .

Die Gasleitstruktur 1 weist eine Leitröhre 7 und ein bandar tiges Umleitelement 9 auf. Die Leitröhre 7 ist von einer In nenoberfläche 10 des Gehäuses 5 beabstandet zwischen dem Lichtbogenbereich und einem Endbereich 11 des Gehäuses 5 an geordnet. Die Leitröhre 7 verläuft rohrartig um eine Längs achse 13 der Unterbrechereinheit 1 zur Leitung von Heißgas, das in dem Lichtbogenbereich durch Erhitzung von Löschgas durch einen Lichtbogen entsteht.

Das Umleitelement 9 steht von einer Röhrenaußenoberfläche 15 der Leitröhre 7 ab und verläuft helixartig gewunden um die Längsachse 13 herum. Eine an die Röhrenaußenoberfläche 15 grenzende, dem Lichtbogenbereich zugewandte Umleitoberflä che 17 des Umleitelements 9 steht in einem von 90 Grad ver schiedenen Abstehwinkel 19 von der Röhrenaußenoberfläche 15 ab. In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Abstehwinkel 19 kleiner als 90 Grad. Alternativ kann der Ab stehwinkel 19 jedoch auch größer als 90 Grad sein.

Die Leitröhre 7 weist im Bereich des bandartigen Umleitele ments 9 seitliche Röhrenöffnungen 21 auf. Die Öffnungsgrößen dieser Röhrenöffnungen 21 nehmen mit dem Abstand der Röhren öffnungen 21 von dem Lichtbogenbereich zu. Die Innenoberflä- che 10 des Gehäuses 5 weist in dem Endbereich 11 des Gehäu ses 5 eine Wölbung 23 auf, die einem offenen Leitröhrenen de 25 der Leitröhre 7 zugewandt ist.

Heißgas strömt von dem Lichtbogenbereich im Wesentlichen axi al, das heißt entlang der Längsachse 13, durch die Leitröh re 7. Ein Teil des durch die Leitröhre 7 strömenden Heißgases tritt aus den seitlchen Röhrenöffnungen 21 aus der Leitröh re 7 zu dem Umleitelement 9 hin aus. Der andere Teil des Heißgases tritt aus dem Leitröhrenende 25 der Leitröhre 7 aus und wird durch die Innenoberfläche 10 des Gehäuses 5 zu dem Umleitelement 9 hin geleitet. Durch das Umleitelement 9 wird aus der Leitröhre 7 austretendes Heißgas außerhalb der Leit röhre 7 in eine helixartig um die Längsachse 13 verlaufende zirkulare Strömung versetzt und mit dort befindlichem kälte rem Löschgas vermischt, wodurch das Heißgas durch so genannte turbulente Kühlung abgekühlt wird. Strömungsrichtungen der Strömung des Heißgases sind in Figur 1 mit Pfeilen angedeu tet .

Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung einer Unterbrecherein heit 1 eines Leistungsschalters mit einem zweiten Ausfüh rungsbeispiel einer Gasleitstruktur 3, wobei die Unterbre chereinheit 1 wiederum nur in einem für die Erfindung rele vanten Bereich dargestellt ist.

Die Gasleitstruktur 1 weist eine Leitröhre 7 und ein turbi nenartiges Umleitelement 27 auf. Die Leitröhre 7 ist wie in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel von einer Innen oberfläche 10 des Gehäuses 5 der Unterbrechereinheit 1 beab- standet zwischen dem Lichtbogenbereich und einem Endbe reich 11 des Gehäuses 5 angeordnet und verläuft rohrartig um die Längsachse 13 der Unterbrechereinheit 1.

Figur 4 zeigt eine perspektivische Darstellung des Umleitele ments 27. Das Umleitelement 27 verläuft ringförmig um das von dem Lichtbogenbereich abgewandte offene Leitröhrenende 25 der Leitröhre 7 und weist nach außen von der Leitröhre 7 abste- hende Umleitschaufein 29 auf. Die Umleitschaufein 29 weisen gegen eine zu der Längsachse 13 orthogonale Ebene verkippte Schaufeloberflächen 31, 33 auf. Das Umleitelement 27 kann ortsfest gegenüber der Leitröhre 7 angeordnet oder um die Längsachse 13 drehbar ausgebildet sein.

Die Innenoberfläche 10 des Gehäuses 5 weist in dem Endbe reich 11 des Gehäuses 5 eine Wölbung 23 auf, die dem offenen Leitröhrenende 25 der Leitröhre 7 zugewandt ist.

Heißgas strömt von dem Lichtbogenbereich im Wesentlichen axi al durch die Leitröhre 7, tritt aus dem Leitröhrenende 25 aus der Leitröhre 7 aus und wird durch die Innenoberfläche 10 des Gehäuses 5 zu dem Umleitelement 27 hin geleitet. Durch das Umleitelement 27 wird das Heißgas außerhalb der Leitröhre 7 in eine helixartig um die Längsachse 13 verlaufende zirkulare Strömung versetzt und mit dort befindlichem kälterem Löschgas vermischt, wodurch das Heißgas durch turbulente Kühlung abge kühlt wird. Auch in Figur 3 sind Strömungsrichtungen der Strömung des Heißgases mit Pfeilen angedeutet.

Figur 5 zeigt eine Schnittdarstellung einer Unterbrecherein heit 1 eines Leistungsschalters mit einem dritten Ausfüh rungsbeispiel einer Gasleitstruktur 3, wobei die Unterbre chereinheit 1 wiederum nur in einem für die Erfindung rele vanten Bereich dargestellt ist.

Die Gasleitstruktur 1 weist eine Leitröhre 7, ein schnecken artiges Umleitelement 35 und ein Trichterelement 37 auf. Die Leitröhre 7 ist wie in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungs beispiel von einer Innenoberfläche 10 des Gehäuses 5 der Un terbrechereinheit 1 beabstandet zwischen dem Lichtbogenbe reich und einem Endbereich 11 des Gehäuses 5 angeordnet und verläuft rohrartig um die Längsachse 13 der Unterbrecherein heit 1.

Figur 6 zeigt eine perspektivische Darstellung des Umleitele ments 35. Das Umleitelement 35 ist in dem Gehäuse 5 an dessen Endbereich 11 angeordnet und ragt durch das von dem Lichtbo genbereich abgewandte offene Leitröhrenende 25 in die Leit röhre 7 hinein. Das Umleitelement 35 weist eine dem Lichtbo genbereich zugewandte Rille 39 auf, die im Wesentlichen die Form einer um die Längsachse 13 herum verlaufenden konischen Spirale hat, deren Durchmesser sich zu dem Lichtbogenbereich hin verkleinert.

Das Trichterelement 37 ist lichtbogenbereichsseitig vor dem Umleitelement 35 in der Leitröhre 7 angeordnet und weist eine Trichteröffnung 41 auf, durch die die Längsachse 13 verläuft. Das Trichterelement 37 verengt sich in einem um die Trichter öffnung 41 herum verlaufenden Bereich konisch in Richtung zu dem Lichtbogenbereich.

Die Leitröhre 7 weist im Bereich des Umleitelements 35 zwi schen dem Trichterelement 37 und dem Endbereich 11 des Gehäu ses 5 seitliche Röhrenöffnungen 21 auf. Die Öffnungsgrößen dieser Röhrenöffnungen 21 nehmen mit dem Abstand der Röhren öffnungen 21 von dem Lichtbogenbereich zu.

Heißgas strömt von dem Lichtbogenbereich im Wesentlichen axi al durch die Leitröhre 7 zu dem Trichterelement 37 und durch Trichteröffnung 41 zu dem Umleitelement 35. Durch die Ril le 39 des Umleitelements 35 wird das Heißgas in eine der Ril le 39 folgende zirkulare Strömung um die Längsachse 13 ver setzt. Ein Teil des Heißgases tritt aus den seitlichen Röh renöffnungen 21 aus der Leitröhre 7 aus. Der andere Teil des Heißgases tritt aus dem Leitröhrenende 25 der Leitröhre 7 aus. Außerhalb der Leitröhre 7 strömt Heißgas zirkular um die Längsachse 13 und wird mit dort befindlichem kälterem Lösch gas vermischt, wodurch das Heißgas durch turbulente Kühlung abgekühlt wird. Strömungsrichtungen der Strömung des Heißga ses sind in den Figuren 5 und 6 wiederum mit Pfeilen angedeu tet .

Die in den Figuren 1 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiele können auch miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann das Leitrohr 7 des in den Figuren 3 und 4 oder in den Figuren 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiels einen Ab schnitt aufweisen, an dem ein in den Figuren 1 und 2 gezeig tes bandartiges Umleitelement 9 angeordnet ist.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.