(57)【要約】      （修正有）【課題】絶縁強度を増大し、運転上の信頼性が高い高電圧スイッチを提供する。【解決手段】クエンチ・チャンバーは、軸に沿って配向されたハウジングと；ハウジングの中に保持されたアーキング・コンタクト装置と；ハウジングにより境界が定められる排出ガス・ボリュームと；排出ガス９のための、ハウジングの壁面を通過する出口チャネルと；を有し、軸の回りを環状の形状で通る電気的に遮蔽されたエッジ２１が、ハウジング・アタッチメント１８の一方の端面２０の上に配置され、そのエッジ２１で、排出ガス９の出口チャネルから出て来る流れが、ハウジング・アタッチメント１８から分離される。排出ガス９が、エッジ２１で、ハウジング・アタッチメント１８から分離されるので、そのガスは、外側で径方向の境界を定められるガスジェット３０の形態で、金属コンテナの中に入る。【選択図】図２
2008147183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧スイッチであって、
絶縁ガスで満たされた金属コンテナ（１）を有し、
この金属コンテナの中に組み込まれたクエンチ・チャンバー（２）を有し、
このクエンチ・チャンバーは、軸（Ａ）に沿って配向されたハウジング（３）と；ハウジングの中に保持されたアーキング・コンタクト装置（４）と；ハウジング（３）により境界が定められる排出ガス・ボリューム（１０）と；排出ガス（９）のための、ハウジングの壁面を通過する出口チャネル（１２）と；を有しており、
前記出口チャネル（１２）は、軸方向に金属コンテナ（１）の中に入るように主として配向された口部（１６）で開口し、
前記口部（１６）は、内側で、ハウジング（３）の管状の第一の部分（１７）により境界が定められ、外側で、前記ハウジング部分（１７）の周囲をそれから距離を隔てて取り囲む管状のハウジング・アタッチメント（１８）により境界が定められる、
高電圧スイッチにおいて、
電気的に遮蔽された第一のエッジ（２１）が、ハウジング・アタッチメント（１８）の一つの端面（２０）に配置され、軸の回りを環状の形状で通り、排出ガス（９）の出口チャネル（１６）から出て来る流れをハウジング・アタッチメント（１８）から分離するために使用されること、
を特徴とする高電圧スイッチ。
【請求項２】
下記特徴を有する請求項１に記載の高電圧スイッチ：
前記第一のエッジ（２１）は、排出ガス（９）の流れ方向で、ハウジング・アタッチメント（１８）の内表面（２２）の境界を定める。
【請求項３】
下記特徴を有する請求項１または２に記載の高電圧スイッチ：
前記エッジ（２１）は、凸状に湾曲した面に対して径方向内側にオフセットして配置され、この面は、前記端面（２０）の電気的な遮蔽として働く。
【請求項４】
下記特徴を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の高電圧スイッチ：
前記エッジ（２１）は、流れ方向で前記端面の境界を定めるリムに対して、流れ方向に対して反対方向に、軸方向にオフセットして配置されている。
【請求項５】
下記特徴を有する請求項４に記載の高電圧スイッチ：
前記リムから前記エッジ（２１）まで延びるステップ（２３）が、前記端面に設けられている。
【請求項６】
下記特徴を有する請求項１から５のいずれか１項に記載の高電圧スイッチ：
軸（Ａ）の周りを通り、外表面に対して径方向外側にオフセットされた電気的に遮蔽された第二のエッジ（２５）を有するフロー・リング（２４）が、ハウジング部分（１７）の外表面の上に配置されている。
【請求項７】
下記特徴を有する請求項６に記載の高電圧スイッチ：
前記フロー・リング（２４）は、鋸歯の形態のプロファイルを有し、この鋸歯は、排出ガス（９）の流れ方向に対して反対方向に配置された急峻なフランク（２６）を備えている。
【請求項８】
下記特徴を有する請求項６または７に記載の高電圧スイッチ：
円錐状に拡大する第二のハウジング部分（２７）が、前記フロー・リング（２４）に隣接している。
【請求項９】
下記特徴を有する請求項８に記載の高電圧スイッチ：
フロー・リング（２４）の、排出ガス（９）の流れ方向に配置されたフラットなフランク（２８）が、前記円錐状に拡大する第二のハウジング部分（２７）よりも大きな傾斜を有している。
【請求項１０】
下記特徴を有する請求項８または９に記載の高電圧スイッチ：
ハウジング・アタッチメント（１８）に適合する直径を備えた管状の第三のハウジング部分（２９）が、前記円錐状に拡大する第二のハウジング部分（２７）に隣接している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求項１の前提部分に記載された高電圧スイッチに係る。このスイッチは、絶縁ガスで満たされた金属コンテナ、及びこの金属コンテナの中に組み込まれたクエンチ・チャンバーを有している。このクエンチ・チャンバーは、軸に沿って配向されたハウジング；ハウジングの中に保持されたアーキング・コンタクト装置；ハウジングにより境界が定められた排出ガス・ボリューム；及び、排出ガスのための、ハウジングの壁面を通過する出口チャネル；を有している。この出口チャネルは、金属コンテナの中へ軸の方向に主として配向された口部で開口している。
【０００２】
このスイッチの運転の間、スイッチング・チャンバーは、高電圧電位にあり、短絡電流の切り離しの間にスイッチイング・アークにより作り出された高温の排出ガスが、この出口チャネルを通って、金属コンテナ（グランド電位にある）の中に入る。この高温の排出ガスは、低い密度であり、それ故に、局所的に且つ一時的に、金属コンテナの中の絶縁ガスの絶縁特性を低下させる。
【背景技術】
【０００３】
最初に挙げたタイプの高電圧スイッチが、先行する欧州特許出願：出願番号 EP 06 40 5112.1 （２００６年３月１４日出願）の中に記載されている。このスイッチは、クエンチ・チャンバーを有し、このクエンチ・チャンバーは、ハウジングの中に保持されたアーキング・コンタクト装置、及びハウジングの中に一体化された排出ユニットを有している。この排出ユニットは、ハウジングにより境界が定められる排出ガス・ボリューム、及び、排出ガスのための、ハウジングを通過する出口を有している。ポットの形態の排出モジュールが、排出ユニットを覆って同軸上に配置されている。このハウジング及びポットは、電気的に遮蔽され、軸方向に配向された出口流れの開口で、排出チャネルの口部の境界を定めている。
【０００４】
排出ガスは、それ故に、一般的に、クエンチ・チャンバーを保持し絶縁ガスで満たされた金属コンテナとハウジングの間のガスの絶縁の質に対して、取るに足らない程度の悪い影響しか与えることがなく、それによって、スイッチはまた、例えば高電圧の周波数を、例えば５０Ｈｚから１６・２／３Ｈｚまで、減少させる場合のように、長時間継続する大電力スイッチイング・アークで負荷がかけられることが可能になる。
【特許文献１】欧州特許出願第 EP 06 40 5112.1 号（２００６年３月１４日出願）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、特許請求項に規定されているように、最初に挙げたタイプの高電圧スイッチを提供する目的に基づいており、この高電圧スイッチは、高い運転上の信頼性により区別される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に基づくスイッチの場合、環状の形状で軸の周りを通る電気的に遮蔽されたエッジが、外側で出口の口部の境界を定めるハウジング・アタッチメントの一方の端面の上に配置されている。この口部に運ばれる排出ガスの流れは、このエッジ上でハウジング・アタッチメントから分離され、そして、外側で径方向に境界が定められたガスジェットとして、金属コンテナの中に入ることができる。高温のガスジェットは、低い密度を有し、それ故に比較的弱い絶縁特性しか有していないが、上記のエッジ上での流れの分離のために、ハウジング・アタッチメントの端面上の電気的に高い負荷を受ける領域から、運び去られる。
【０００７】
このことは、高温の排出ガスが、ハウジング・アタッチメントの内表面から、端面の凸状に湾曲した面の上を通って、同様に凸状に湾曲した曲率を有するハウジング・アタッチメントの外表面まで、そして絶縁的に高い負荷を受ける領域の中に流れる過程において、コアンダ効果（Coanda effect）によって運ばれることを防止する。このような絶縁的に高い負荷を受ける領域は、主として、端面、及びハウジング・アタッチメントの外側の端面隣接する部分（即ち、ハウジング・アタッチメントの、電場の負荷を受ける表面の曲率半径が比較的小さい領域）に隣接して位置している。
【０００８】
コアンダ効果の抑制は、金属コンテナ（絶縁ガスで満たされアース電位にある）の中への、排出ガスの出口ポイントでのスイッチの絶縁強度が３０％まで増大されることを可能にし、従って、スイッチの運転上の信頼性がかなり改善されることを可能にする。
【０００９】
一般的に、上記のエッジは、ハウジング・アタッチメントの電場の負荷を受ける表面の曲率半径と比べて、小さい曲率半径を有している。もし、上記のエッジが、排出ガスの流れ方向でハウジング・アタッチメントの内表面の境界を定める場合には、流れは、容易に位置が定められることが可能な絶縁的に高い負荷を受ける領域で、定められたやり方で分離されることになる。
【００１０】
良好な絶縁特性を実現するため、この場合、上記のエッジは、凸状に湾曲した面に対して径方向内側にオフセットして配置され、この面が、端面の電気的な遮蔽として働き、および／または、上記のエッジは、流れ方向で端面の境界を定めるリムに対して、流れ方向に対して反対方向に軸方向にオフセットして配置される。もし、リムからエッジまで延びるステップが端面に設けられた場合には、たとえ流速が低くても、金属コンテナに入る際に、排出ガスがハウジング・アタッチメンから分離されることが可能であり、上記のエッジは、同時に、特に効率的に電気的に遮蔽される。
【００１１】
口部から金属コンテナの中へ出て来る高温の排出ガスが、内側で口部の境界を定めるハウジング部分に隣接するハウジングの部分に沿って運ばれることを防止するため、軸の周りを通り且つ電気的に遮蔽された第二のエッジを有するフロー・リングが、この口部に対応するハウジング部分の外表面の上に配置される。この第二のエッジは、外表面に対して径方向外側にオフセットされている。
【００１２】
フロー・リングは、好ましくは、排出ガスの流れ方向に対して反対方向に配置された急峻なフランクを備えた鋸歯の形態のプロファイルを有している。このようなフランクは、鋸歯の先端を形成する第二のエッジ上での、流れの信頼性の高い分離をもたらし、それ故に、ハウジング・アタッチメントに設けられたエッジとともに、環状の断面を備えた絶縁的に好ましいフリー・ジェットの形成を可能にする。
【００１３】
一般的に、上述のハウジング部分またはフロー・リングに隣接するハウジングの部分は、円錐状に広がっている。もし、フロー・リングのフラットなフランク（排出ガスの流れ方向に配置されているが、円錐状に拡大するハウジング部分と比べて、より大きな傾斜を有する場合には、口部から出て来るフリー・ジェットが高い信頼性で維持される。
【００１４】
もし、ハウジング・アタッチメントに適合する直径を備えた管状のハウジング部分が、円錐状に拡大するハウジング部分に隣接している場合には、金属コンテナの幾何学的寸法により予め定められる隔離ギャップが維持されることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施形態の一つの例が、以下のテキストにおいて、図面を参照しながらより詳細に説明される。両方の図面において、同じ参照符号は、同じ効果を有する部分を指している。
【００１６】
図１に示された高電圧スイッチは、絶縁ガスで満たされたほぼ管状の金属コンテナ１を有している。絶縁ガスは、例えば、６フッ化硫黄、窒素、酸素または二酸化炭素、またはこれらのガスの混合物（空気など）に基づくものであり、数バールまでの圧力である。
【００１７】
この金属コンテナの中にクエンチ・チャンバー２が配置されている。このクエンチ・チャンバーは、金属コンテナ１の中でポスト・インシュレータ（図示せず）の助けにより、電気的に絶縁されて保持されている。クエンチ・チャンバー２は、軸Ａに対してほぼ対称であるようにデザインされたハウジング３を有し、ハウジングの内側に、二つのアーキング・コンタクト５，６を備えたクエンチング・コンタクト装置４を有している。それらのアーキング・コンタクトは、互いに相対的に移動することが可能である。
【００１８】
一般的に、クエンチ・チャンバー・ハウジング３はまた、定格電流コンタクト装置をも保持している。この定格電流コンタクト装置は、連続電流を運ぶように意図され、アーキング・コンタクト５，６に並列に接続されているが、図を簡潔にするためここには示されていない。
【００１９】
クエンチ・チャンバー・ハウジングが、その両端でガス・タイトな状態で取り付けられた絶縁チューブ７と金属の二つの中空ボディにより形成されている。二つの中空ボディの内、ハウジング３の右手側のエンドを構成する中空ボディ８のみが描かれている。第二の中空ボディ（図示せず）は、ハウジング１の左手側のエンドを構成し、ポスト・インシュレータ（同様に図示せず）に取り付けられている。
【００２０】
二つの中空ボディは、一般的に、鋳造金属（例えば鋼またはアルミニウムに基づくもの）から作られており、高温の排出ガス９を保持するために使用される。その排出ガスは、スイッチング・プロセスの間にスイッチ電流を運ぶために、コンタクト装置４の中で形成され、そして、クエンチ・チャンバー２の、スイッチの運転の間、即ち、１００ｋＶあるいはそれ以上までの高い電圧負荷がかけられるとき及び５０ｋＶあるいはそれ以上までの短絡電流を運ぶときに、強い電場に曝される部分を遮蔽するために使用される。
【００２１】
中空ボディ８は、排出ガス・ボリューム１０の境界を定め、排出ガス・ボリュームの中に配置されたガス混合装置１１を保持する。排出ガス９は、排出ガス・ボリューム１０から、ハウジング３を通過する出口チャネル１２を介して外側へ、絶縁ガスで満たされた金属コンテナ１の中に運ばれる。
【００２２】
スイッチ電流は、右から、カップの形態のスリーブ１４の中に導電性を有する状態で挿入された電流移送ボルト１３を通って供給される。カップまたはスリーブ１４のベースには、ガス混合装置１１が取り付けられている。カップのリム（縁）は、径方向に外側に延ばされ、ネジ接続１５の助けにより境界に取り付けられ、この境界が中空ボディ８の軸方向に配向された開口の境界を定め、それを通ってボルト１３が外側に出る。
【００２３】
図から分かるように、出口チャネル１２は、軸方向に伸びる口部１６（中空シリンダーの形態である）で、金属コンテナ１の中へ開口している。口部１６は、内側で、ハウジング１の管状部分１７により境界が定められ、外側で、ハウジング部分１７の周囲をそれから距離を隔てて取り囲む管状のハウジング・アタッチメント１８により境界が定められる。ハウジング・アタッチメント１８は、中空ボディ８（ポットの形態である）の終端要素１９の一部であり、ネジ接続１５によりスリーブ１４に接続され、前記スリーブ１４を保持し、そして、このスリーブに、要素１９が径方向のウエブまたはネジ（図示せず）を介して取り付けられている。
【００２４】
図２から分かるように、軸Ａ（図１）の回りの環状の形状の中を通過するセパレイション・エッジ２１が、ハウジング・アタッチメント１８の一つの端面２０に形成されている。このエッジは、左側で、即ち排出ガス９の流れ方向で、ハウジング・アタッチメント１８の内表面２２の境界を定め、端面２０（電気的な遮蔽を提供する）の凸状に湾曲した面に対して、径方向内側にオフセットして配置されている。
【００２５】
図から分かるように、エッジ２１が、左側で端面の境界を定めるリムに対して、右にオフセットして、即ち流れ方向に対して反対方向にオフセットして、設けられている。エッジ２１の径方向及び軸方向のオフセットは、端面に形成された、そのリムからエッジ２１まで延びるステップ２３により実現される。
【００２６】
セパレイション・エッジ２５を備えたフロー・リング２４（リングの形態で軸の周りを通っている）が、ハウジング部分１７の外側の壁面に形成されている。このエッジ２５は、ハウジング３またはハウジング部分１７の周囲を取り囲む外側の壁面に対して、径方向外側にオフセットして配置されている。フロー・リング２４は、鋸歯の形態のプロファイルを有し、この鋸歯は、排出ガス９の流れ方向に対して反対方向に配置された急峻なフランク２６を有している。
【００２７】
円錐状に拡大するハウジング部分２７が、排出ガスの流れ方向でフロー・リング２４に隣接している。排出ガスの流れ方向に配置されたフロー・リング２４のフラットなフランク２８は、円錐状に拡大するハウジング部分２７と比べてより大きな傾斜を有し、そして、それに隣接して、ハウジング・アタッチメント１８に適合する直径を備えた管状のハウジング部分２９がある。
【００２８】
短絡電流の切り離しの間、アーキング・コンタクト６は、矢印の方向へ作動する駆動機構により、左側へ移動する。切り離される電流から生ずるスイッチイング・アークＳは、アーキング・コンタクト装置４の開口コンタクト５，６の間で飛ぶ。このアークは、周囲を取り囲む絶縁ガスを加熱し、電流のゼロ交差でクエンチされることが可能である。スイッチイング・アークＳにより形成された高温のガスは、排出ガス９として、排出ガス・ボリューム１０の中へ送られ、そこで、ガス混合装置１１上で予冷され、出口チャネル１２の中のクエンチ・チャンバー・ハウジング３の壁面を通って送られ、そして、主として軸方向に配向された口部１６を出た後、環状のフリー・ジェット３０として金属ハウジング３の中に噴射される。
【００２９】
排出ガス９が、右から左へ、口部１６の中で軸方向に運ばれ、そして、ハウジング・アタッチメント１８の内表面２２及びハウジング部分１７の外表面に沿って流れる。内表面２２に付着する排出ガスの境界層は、セパレイション・エッジ２１で終わり、それによって、排出ガスがハウジング・アタッチメント１８から分離され、ジェットとして、電気的に低い負荷を受ける領域で、金属コンテナ１の中に入ることができる。これは、高温の排出ガス（それらの低い密度のために比較的弱い絶縁特性を有している）が、電気的に高い負荷を受ける領域に入ることを防止し、特に、ハウジング・アタッチメント１８の外表面の、端面２０の凸状に湾曲した面に隣接する領域、及び同様に凸状に湾曲したそれに隣接する部分などに入ることを防止する。
【００３０】
上述の面の凸状に湾曲した形状は、接地された金属コンテナ１とクエンチ・チャンバー２（高電圧電位にある）の間に形成される電場をコントロールするために必要であり、即ち、端面２０での強い局所的な電場を減少させるため、そして、シャープなセパレイション・エッジ２１に隣接する強い局所的な電場を避けるために必要である。
【００３１】
もし、セパレイション・エッジ２１が無い場合には、コアンダ効果（Coanda effect）が境界層に生ずることになる。そのコアンダ効果は、凸状に湾曲した端面２０に延び、それに隣接する表面部分に延びる内表面２２に付着し、高温の排出ガスが、電気的に比較的高い負荷を受ける領域に運ばれる結果をもたらすことになる。
【００３２】
ハウジング・アタッチメント１８からの口部１６から出て来る排出ガス９の分離は、端面２０の表面の曲率半径よりかなり小さくなるようにデザインされたセパレイション・エッジ２１の曲率半径により助けられる。このような小さい曲率半径は、それ故に、もし必要であれば、好ましくない高い電場の負荷を局所的にもたらすことがある。セパレイション・エッジ２１は、端面２０の湾曲した面に対して径方向内側にオフセットして配置され、この端面は、ステップ２３を形成して、電気的な遮蔽をもたらすが、しかし、図から分かるように、端面２０に対して、排出ガス９の流れ方向に対して反対方向に、軸方向にもオフセットされている。これは、排出ガスの流れ９が、高い信頼性でハウジング・アタッチメント１８から分離されることのみではなく、それと同時に、セパレイション・エッジ２１が、金属コンテナの中の電場に対して、特に効率的に遮蔽されることを確保する。
【００３３】
ハウジング部分１７の外側の壁面の中に形成されたフロー・リング２４は、口部１６から金属コンテナ１の中へ出て来る高温の排出ガス９が、ハウジング部分２７に沿って運ばれることを防止する。その理由は、排出ガスの流れが、セパレイション・エッジ２５で、ハウジング部分１７の外側の壁面から分離されることが可能であるからである。二つのセパレイション・エッジ２１及び２５は、かくして、フリー・ジェット３０の形成をもたらすことが可能であり、このフリー・ジェットは、絶縁的に特に好ましいやり方で、口部１６から、ハウジングと更に接触することなく、直接に絶縁ガスの中に運ばれる。この絶縁ガスは、金属コンテナ１に貯えられ、冷たくそしてそれ故に絶縁的に高い質を有している。急峻なフランク２６は、排出ガスの流れ９をハウジング３から分離することを容易にする。
【００３４】
円錐状に拡大するハウジング部分２７からの排出ガスの流れの分離を更にシンプルにするために、フロー・リングのより平坦なフランク２８が円錐状に拡大するハウジング部分２７と比べて、より大きな傾斜を有することが好ましい。
【００３５】
ハウジング部分２９が、ハウジング・アタッチメント１８の直径にほぼ適合する直径を有しているので、金属コンテナ１の幾何学的寸法により予め定められる隔離ギャップが、接地されたコンテナ壁面とハウジング・アタッチメント１７（高電圧電位にある）の間に、維持されることが可能である。
【００３６】
図２の中に示されているように、エッジ２１は一般的に円の形態であるが、しかし、もし必要ならば、周方向に互いに間隔を開けて配置され、軸の周りに均一に分散された部分的なエッジで構成されても良い。そのような部分的なエッジは、周方向に均一に分散され軸方向に通る複数のチャネル要素から形成される口部により形成されることが可能である。一般的に、それらのチャネル要素の断面のプロファイルはバナナ型であり、それは流れの観点から好ましいが、しかし、例えば円形のまたは楕円形の形状などの、製造が容易な別の形状を有していても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明に基づくガス絶縁型の高電圧スイッチの一部分の、軸に沿う断面の平面図を示す。
【図２】図２は、図１の中で境界に印が付けられたスイッチの部分の拡大図を示す。
【符号の説明】
【００３８】
１…金属コンテナ、２…スイッチング・チャンバー、３…スイッチング・チャンバー・ハウジング、４…アーキング・コンタクト装置、５，６…アーキング・コンタクト、７…絶縁チューブ、８…中空ボディ、９…排出ガス、１０…排出ガス・ボリューム、１１…ガス混合装置、１２…出口チャネル、１３…導電体，ボルト、１４…スリーブ、１５…ネジ接続、１６…口部、１７…ハウジング部分、１８…ハウジング・アタッチメント、１９…終端要素、２０…端面、２１…セパレイション・エッジ、２２…内表面、２３…ステップ、２４…フロー・リング、２５…セパレイション・エッジ、２６，２８…フランク、２７，２９…ハウジング部、３０…フリー・ジェット、Ａ…軸、Ｓ…スイッチイング・アーク。
【図１】
2008147183.tif 000003
【図２】
2008147183.tif 000004