CH624240A5

CH624240A5 - Electrical gas-blast power circuit breaker having rapid thermal and dielectric recovery

Info

Publication number: CH624240A5
Application number: CH1467577A
Authority: CH
Inventors: Martin Hudis
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1976-12-02
Filing date: 1977-11-30
Publication date: 1981-07-15
Also published as: FR2373140A1; IT1088334B; DE2753375A1; JPS5386473A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Gasstromlei-stungsschalter mit einer schnellen thermischen und dielektri- 25 sehen Erholung nach der Lichtbogenbildung. The invention relates to electrical gas flow circuit breakers with rapid thermal and dielectric recovery after arcing.

Die Leistungsfähigkeit von elektrischen Gasstromleistungs' Schaltern ist eine Funktion der Schnelligkeit einer Laststromunterbrechung und des Betriebsdrucks des Leistungsschaltergases. Eine Vergrösserung in der zeitlichen Änderungsge- 20 schwindigkeit des Laststroms reduziert die Schalterleistungsfähigkeit (das heisst die maximale Anstiegsgeschwindigkeit der Wiederkehrspannung, die nach Auftreten eines Null-Last-stroms ausgehalten werden kann), während eine Vergrösserung im Betriebsdruck des Gases die Schalterleistungsfähigkeit35 vergrössert. Schwefelhexafluorid (SFs) Gasstrom-Leistungs-schalter sind auf einen maximalen Betriebsdruck von 3,16 kp/cm2 begrenzt, und zwar durch die auf den Schalter als eine Auslegungsnorm ausgeübte -40 °C Umgebungsbedingung; der Betriebsdruck des Gases kann durch Erwärmen des 40 Schalters vergrössert werden, doch handelt es sich hierbei um einen aufwendigen und nicht vollständig zuverlässigen Weg zum Erreichen einer Vergrösserung der Schalterleistungsfähigkeit. Ein Hinzufügen von Stickstoff zu SFs wurde als ein Weg zum Erreichen höherer Gasbetriebsdrücke ohne Erwärmen « bzw. Erhitzen vorgeschlagen, doch wird hierdurch nicht die Schalterleistungsfähigkeit verbessert, da Stickstoff ein langsames Lichtbogenbildungsgas ist und nicht die thermische Erholung eines Gasstromschalters verbessert. The performance of electrical gas flow power switches is a function of the speed of a load current interruption and the operating pressure of the breaker gas. An increase in the rate of change of the load current over time 20 reduces the switch performance (i.e. the maximum rate of rise of the return voltage that can be sustained after the occurrence of a zero load current), while an increase in the operating pressure of the gas increases the switch performance35. Sulfur hexafluoride (SFs) gas flow circuit breakers are limited to a maximum operating pressure of 3.16 kp / cm2 due to the -40 ° C environmental condition applied to the switch as a design standard; the operating pressure of the gas can be increased by heating the switch, but this is a costly and not fully reliable way of increasing the switch performance. Adding nitrogen to SFs has been suggested as a way to achieve higher gas operating pressures without heating, but it does not improve switch performance because nitrogen is a slow arcing gas and does not improve the thermal recovery of a gas flow switch.

Der erfindungsgemässe, elektrische Gasstrom-Leistungs- so Schalter mit schneller, thermischer und dielektrischer Erholung und mit gegeneinander beweglichen Kontakten innerhalb einer Lichtbogenkammer ist im Patentanspruch 1 charakterisiert. The electrical gas flow power switch according to the invention with rapid, thermal and dielectric recovery and with mutually movable contacts within an arc chamber is characterized in claim 1.

Speziell wurde festgestellt, dass Tetrafluormethan (CF4) und Hexafluoräthan (C2F6) schnelle Lichtbogenerholungsgase 55 sind, die eine Geschwindigkeits- und Druckabhängigkeit ähnlich wie SFs haben. Es wurde festgestellt, dass ein Mischung von SFs in einer 75 volumenprozentigen Verdünnung mit CF4 die grosse Durchschlagfestigkeitseigenschaft von SFö zeigt. Specifically, it has been found that tetrafluoromethane (CF4) and hexafluoroethane (C2F6) are fast arc recovery gases 55 that have a speed and pressure dependency similar to SFs. It was found that a mixture of SFs in a 75 volume percent dilution with CF4 shows the high dielectric strength of SFö.

Diese Mischung oder alternativ eine Mischung von C2F6 und 60 SFs bildet die grosse Durchschlagfestigkeitseigenschaft von SFs, aber bei einem höheren Betriebsdruck ohne Erhitzen bzw. Erwärmen. Das CF4 (wie auch C2F6) eine schnelles Lichtbogenbildungsgas ist, vergrössert es die Geschwindigkeit der thermischen und dielektrischen Erholung gegenüber dem Fall mit 65 SFs allein. Da ferner die Lichtbogenbildung durch diese Gasmischung zu einer Bildung von CS, einem stabilen Gas, statt von festem Kohlenstoff führt, wird das Problem der Verkohlung der This mixture or alternatively a mixture of C2F6 and 60 SFs forms the great dielectric strength of SFs, but at a higher operating pressure without heating or heating. The CF4 (as well as C2F6) is a fast arcing gas, it increases the speed of thermal and dielectric recovery compared to the case with 65 SFs alone. Furthermore, since the arcing through this gas mixture leads to the formation of CS, a stable gas, instead of solid carbon, the problem of carbonization of the

Schalterinnenflächen durch die Gasmischung erheblich vermindert. Dementsprechend wird eine Steigerung in der maximalen Anstiegsgeschwindigkeit der Erholungsspannung erreicht, die von dem Schalter nach Auftreten des Null-Laststroms ausgehalten werden kann. Switch inner surfaces significantly reduced by the gas mixture. Accordingly, there is an increase in the maximum rate of rise of the recovery voltage that the switch can withstand after the zero load current occurs.

Das Hinzusetzen von CF4 oder C2F6 zu SFs für eine Verwendung als das lichtbogenlöschende Gas in einem Gasstrom-Leistungsschalter führt zu einem Schalter grosser Durchschlagfestigkeit, bei dem das Gas bei grossem Betriebsdruck angewendet wird, ohne dass die Notwendigkeit für ein übermässiges Erwärmen des Gases besteht. Der Schalter hat hierdurch eine vergrösserte Geschwindigkeit bezüglich einer thermischen Erholung bzw. Wiedergewinnung und einer dielektrischen Erholung bzw. Wiedergewinnung. Eine Verkohlung wird ebenfalls reduziert, da die Mischung bei Abwesenheit eines Lichtbogens statt festen Kohlenstoffs stabiles CS Gas bildet. Adding CF4 or C2F6 to SFs for use as the arc extinguishing gas in a gas flow circuit breaker results in a high breakdown resistance switch in which the gas is applied at high operating pressure without the need for excessive heating of the gas. As a result, the switch has an increased speed with regard to thermal recovery or recovery and dielectric recovery or recovery. Charring is also reduced since the mixture forms stable CS gas instead of solid carbon in the absence of an arc.

Die Erfindung wird bezüglich ihres Aufbaues und ihrer Betriebsweise nachfolgend zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen derselben unter Hinweis auf die Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below with regard to its structure and its mode of operation, together with further objectives and advantages thereof, with reference to the drawings, for example. Show it:

Figur 1 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht einen Blastyp-Leistungsschalter, der eine Mischung der vorliegenden Erfindung enthält, 1 is a partially sectioned side view of a blower type circuit breaker containing a blend of the present invention.

Figur 2 einen Teil des in Figur 1 dargestellten Schalters in vergrösserter Darstellung sowie in seiner Schliessposition, Figur 3 eine Schnitt längs der Linie 3-3 aus Figur 2, 2 shows part of the switch shown in FIG. 1 in an enlarged view and in its closed position, FIG. 3 shows a section along the line 3-3 from FIG. 2,

Figur 4 den in Figur 2 dargestellten Schalter in seiner vollständigen Öffnungsposition, FIG. 4 shows the switch shown in FIG. 2 in its fully open position,

Figur 5 in einer Schnittansicht einen Teil des in Figur 1 dargestellten Schalters in einer mittleren Position, durch die er während eines Öffnungsvorganges betätigt wird, 5 shows a sectional view of part of the switch shown in FIG. 1 in a middle position, by which it is actuated during an opening process,

Figur 6 in einer grafischen Darstellung die relative anfängliche Anstiegsgeschwindigkeit der Erholungsspannung (recovery voltage) für unterschiedliche Verhältnisse von SFs sowie CF4 in einer hieraus bestehenden Mischung und für unterschiedliche Verhältnisse von SFs sowie C2F6 in einer hieraus bestehenden Mischung, FIG. 6 shows a graphical representation of the relative initial rate of increase of the recovery voltage for different ratios of SFs and CF4 in a mixture thereof and for different ratios of SFs and C2F6 in a mixture thereof,

Figur 7 in einer grafischen Darstellung die Abhängigkeit der Schalterspannung von der Zeit seit Beginn des Öffnens des Schalters und Figure 7 is a graphical representation of the dependence of the switch voltage on the time since the opening of the switch and

Figur 8 in einer grafischen Darstellung die Abhängigkeit der Erholungsspannung von der Zeit nach Stromnull für verschiedene Gase und Mischungen hieraus. Figure 8 is a graphical representation of the dependence of the recovery voltage on the time after zero current for various gases and mixtures thereof.

Die Figuren 1 bis 5 zeigen einen Gasstrom-Leistungsschal-ter von Blastyp gemäss der Beschreibung in dem US-Patent 3 739 125. Wie es in Figur 1 dargestellt ist, weist der Leistungsschalter ein zylindrisches Gehäuse 12 aus isolierendem Material und ein Paar von Endkappen 14 sowie 16 auf, die an entgegengesetzten Enden des Gehäuses 12 in geeigneter Weise luftdicht mit diesem verschlossen sind und als entgegengesetzte elektrische Anschlüsse für den Leistungsschalter dienen. Eine von einer leitenden Kontaktstange 22 getragene obere oder stationäre Elektrode 21 ist in passender Weise mit der oberen Endkappe 14 verbunden. Eine unter Elektrode 20 ist mit einer beweglichen leitenden Kontaktstange 24 verbunden, die die Elektrode 20 trägt und die sich durch die untere Endkappe 16 erstreckt, wobei sie durch eine geeignete Führung 25 an der unteren Endkappe 16 für eine vertikale Hin- und Herbewegung geführt ist. Beide Glieder 20 und 24 haben einen rohrförmigen Aufbau mit einem darin befindlichen axialen Durchgang bzw. Kanal 46, durch den Gas in einer Abwärtsrichtung strömen kann, um über aus Figur 2 ersichtliche Öffnungen 48 abgelassen zu werden. Das Gehäuse 12 ist mit dem lichtbogenlöschenden Gas nach der vorliegenden Erfindung unter einem vorbestimmten Druck gefüllt. Figures 1 through 5 show a blast type gas flow circuit breaker as described in U.S. Patent 3,739,125. As shown in Figure 1, the circuit breaker has a cylindrical housing 12 made of insulating material and a pair of end caps 14 and 16, which are suitably hermetically sealed at opposite ends of the housing 12 and serve as opposite electrical connections for the circuit breaker. An upper or stationary electrode 21 carried by a conductive contact rod 22 is suitably connected to the upper end cap 14. An under electrode 20 is connected to a movable conductive contact rod 24 which supports the electrode 20 and which extends through the lower end cap 16, being guided by a suitable guide 25 on the lower end cap 16 for vertical reciprocation. Both members 20 and 24 have a tubular structure with an axial passage or channel 46 therein through which gas can flow in a downward direction in order to be discharged via openings 48 shown in FIG. The housing 12 is filled with the arc extinguishing gas according to the present invention under a predetermined pressure.

Innerhalb eines Gehäuses 30 unterhalb der unteren Endkappe 16 wird die Kontaktstange 24 betätigt, um sich in einer vertikalen Richtung zu bewegen. Ein flexibles leitendes Within a housing 30 below the lower end cap 16, the contact rod 24 is actuated to move in a vertical direction. A flexible senior

3 624240 3 624240

Geflecht 27 sorgt für eine elektrische Verbindung zwischen der unteren Ende greift jede Verbindungsstange 77 in verschiebba-Kontaktstange 24 und der unteren Endkappe 16. rer Weise in eine Öffnung 82a in einer stationären Führungs- Braid 27 provides an electrical connection between the lower end, each connecting rod 77 engages in slidable contact rod 24 and the lower end cap 16 or in an opening 82a in a stationary guide

Gemäss Figur 2 weist der stationäre Kontakt 21 ein leiten- platte 82 aus isolierendem Material, wobei diese Öffnung die des Rohr 40 auf, welches die Kontaktstange 22 umgibt und hier- Stange 77 geradlinig vertikal führt. According to FIG. 2, the stationary contact 21 has a conductive plate 82 made of insulating material, this opening having that of the tube 40 which surrounds the contact rod 22 and here guides rod 77 in a straight, vertical manner.

mit elektrisch verbunden ist. Das Rohr 40 ist an seinem unteren 5 Wenn die Kontaktstange 24 während eines öffnungsvor-Ende längsgeschlitzt, um über den Umfang verteilte Kontakt- ganges des Leistungsschalters nach unten bewegt wird, führt finger 34 zu bilden, die längs der äusseren Oberfläche des sie über den Bolzen 75 zu einem Verschwenken der Hebel 72 is electrically connected. The tube 40 is at its lower 5 when the contact rod 24 is slit longitudinally during an opening forward end to move down the circumferentially spaced contacts of the circuit breaker, fingers 34 form to form along the outer surface of it over the bolt 75 for pivoting the lever 72

beweglichen Kontaktes 20 gleiten, und zwar während der aus ihrer in Figur 2 dargestellten Position in die Position aus anfänglichen Kontaktöffnungsbewegung und während der Figur 4, so dass die Verbindungsstangen 77 und die Düse 50 in schliesslichen Kontaktschliessbewegung. Ein in dem leitenden 10 die Positionen aus Figur 4 abwärts bewegt werde. In den in den Rohr 40 angeordnetes rohrförmiges Kontaktglied 45 ist an sei- Figuren 2 und 4 dargestellten Positionen ist jeder Hebel 72 ent-nem oberen Ende mit der stationären Kontaktstange 22 ver- sprechend von einer horizontalen Bezugsebene 84 verlagert bunden, und sein unteres Ende liegt gemäss Figur 2 an dem bzw. versetzt, und zwar um im wesentlichen gleiche entgegenbeweglichen Kontakt 20 an, wenn der Leistungsschalter gesetzte Winkel 80 sowie 81. Jede Verbindungsstange 77 wird geschlossen ist. Ein Kanal bzw. Durchgang 42 erstreckt sich 15 durch ihren Betätigungshebel 72 an einem Punkt betrieben, der axial durch die rohrförmigen Glieder 45 sowie 22 und hat aus etwa auf halbem Wege zwischen den Endschwenkpunkten des Figur 1 ersichtliche grosse Ablassöffnungen 44 an seinem obe- Hebels 72 liegt, wenn der Leistungsschalter entweder vollstän-ren Ende. dig geschlossen oder vollständig geöffnet wird. Somit beträgt movable contact 20 slide, namely from the position shown in Figure 2 to the position of initial contact opening movement and during Figure 4, so that the connecting rods 77 and the nozzle 50 in final contact closing movement. One in the leading 10 the positions of Figure 4 are moved down. In the tubular contact member 45 arranged in the tube 40, at positions shown in FIGS. 2 and 4, each lever 72 is bound with the stationary contact rod 22 displaced prominently from a horizontal reference plane 84, and its lower end lies as shown in Figure 2 on or offset, namely by substantially the same counter-moving contact 20 when the circuit breaker set angles 80 and 81. Each connecting rod 77 is closed. A channel or passage 42 extends 15 operated by its actuating lever 72 at a point which runs axially through the tubular members 45 and 22 and has large drain openings 44 on its upper lever 72 which can be seen from about halfway between the end pivot points of FIG is when the circuit breaker is either complete end. dig closed or fully opened. Is thus

Der Leistungsschalter wird geöffnet, indem die bewegli- die von der Düse 50 zwischen den Positionen aus den Figuren 2 chen Kontaktstange 24 aus ihrer in Figur 2 dargestellten Posi- 20 und 4 durchlaufenden Distanz etwa die Hälfte desjenigen tion zu den aus Figur 4 ersichtlichen Position nach unten Weges, der von der beweglichen Kontaktstange 24 bei der bewegt wird, um hierdurch den beweglichen Kontakt 20 von Bewegung von der vollständigen Schliessposition zur vollständen stationären Kontakt 21 zu trennen. Der Leistungsschalter digen Öffnungsposition durchlaufen wird. Die mittlere wird dadurch geschlossen, dass die bewegliche Kontaktstange Geschwindigkeit der Düse beträgt somit während einer sol-24 aus ihrer in Figur 4 dargestellten Position zu der Position aus 25 chen Bewegung etwa die Hälfte derjenigen Geschwindigkeit Figur 2 nach oben zurückbewegt wird. der beweglichen Kontaktstange, wobei der Hals 52 der Düse The circuit breaker is opened by moving the movable contact rod 24 from the nozzle 50 between the positions from FIGS. 2 and 20 from the position shown in FIG. 2 and 4 by about half of that distance to the position shown in FIG way below, which is moved by the movable contact rod 24 in order to thereby separate the movable contact 20 from movement from the fully closed position to the completely stationary contact 21. The circuit breaker will go through its opening position. The middle one is closed by the fact that the movable contact rod speed of the nozzle is thus during a sol-24 movement from its position shown in FIG. 4 to the position of 25 movements approximately half of the speed shown in FIG. the movable contact rod, the neck 52 of the nozzle

Die Kontakte 20 und 21 sind von einer Düse 50 aus elek- während des grössten Teils eines jeden Öffnungsvorganges im trisch isolierendem Material umgeben. Gemäss Figur 5 enthält wesentlichen auf halbem Wege zwischen den Enden der Elek-die Düse 50 zwischen ihren Enden einen Halsbereich 52, wo der troden 20 und 21 gehalten wird. Dieses führt zu allgemein sym-Strömungskanal bzw. -durchgang 54 durch die Düse seine klein- 3» metrischen Strömungsbedingungen in der Düse, ste Querschnittsfläche hat. Eine Vielzahl von Einblaskanälen 56 Wenn die bewegliche Kontaktstange 24 zum öffnen des erstreckt sich radial durch die Wandungen der Düse 50, wobei Schalters nach unten getrieben wird, trennt sie den bewegli-die Einblaskanäle an ihren inneren Enden den Hals 52 schnei- chen Kontakt 20 von dem stationären Kontakt 21, um den den. Durch die Einblaskanäle kann ein lichtbogenlöschendes beweglichen Kontakt 20 aus seiner Position gemäss Figur 2 Gas in den Halsbereich der Düse eingeblasen werden. Diese 35 innerhalb des Halses 52 abzuziehen, wodurch zwischen den Kanäle sind in Figur 3 dargestellt, wobei es sich um einen Quer- Kontakten ein Lichtbogen 55 gezogen bzw. erzeugt wird, der schnitt längs der Linie 3-3 aus Figur 2 handelt. sich gemäss Figur 5 durch den Hals erstreckt. Die Abwärtsbe- The contacts 20 and 21 are surrounded by a nozzle 50 made of electrical material during most of the opening process in the trically insulating material. According to FIG. 5, essentially halfway between the ends of the elec- tric nozzle 50, there is a neck area 52 between its ends, where the tread 20 and 21 are held. This leads to a generally symmetrical flow channel or passage 54 through the nozzle with its small metric flow conditions in the nozzle, which has the largest cross-sectional area. A plurality of injection channels 56 When the movable contact rod 24 for opening the extends radially through the walls of the nozzle 50, with the switch being driven downward, it separates the movable injection channels at their inner ends from the neck 52 of the sharp contact 20 from the stationary contact 21 to the. An arc-quenching movable contact 20 can be blown into the neck area of the nozzle from its position according to FIG. 2 through the blowing channels. 3 to be removed within the neck 52, as a result of which between the channels are shown in FIG. 3, whereby an arc 55 is drawn or generated by means of a transverse contact, which is cut along the line 3-3 from FIG. 2. extends through the neck according to FIG. The downward

Mit dem äusseren Umfang der Düse 50 ist ein ringförmiger wegung der Kontaktstange 24 wirkt auch über das Gestänge 70 Kolben 60 gekoppelt, der im inneren Umfangsbereich des in der Weise, dass die Düse 50 und der Kolben 60 nach unten With the outer circumference of the nozzle 50 is an annular movement of the contact rod 24 also acts via the linkage 70 piston 60, which in the inner circumferential area of the way that the nozzle 50 and the piston 60 down

Zylinders 12 axial verschiebbar ist. Eine Dichtung 62 am äusse- 40 bewegt werden, wodurch lichtbogenlöschendes Gas aus dem ren Umfang des Kolbens 60 verhindert ein über den Kolben Zylinderraum 67 durch die Einblaskanäle 56 in den Lichtbogenerfolgendes Lecken bzw. Vorbeiströmen von unter Druck bereich gedrückt wird. Wenn das lichtbogenlöschende Gas gesetztem Gas. Die innere Peripherie eines an dem Gehäuse 12 durch die Einblaskanäle 56 strömt, folgt es den in Figur 5 durch befestigten ringförmigen Gliedes 64, das sich von dem Gehäuse Pfeile 83 dargestellten Strömungspfaden ; das heisst dass nach radial einwärts erstreckt, nimmt in verschiebbarer Weise den 43 einem Eintreten in den Lichtbogenbereich in dem Hals 52 ein äusseren Umfang der Düse 50 auf und wirkt als eine Düsenfüh- Teil des lichtbogenlöschenden Gases allgemein axial zum rung während der Düsenbewegung. Eine von dem ringförmi- Lichtbogen in Richtung zur beweglichen Elektrode 20 strömt, gen Glied 64 getragene Dichtung 66 verhindert, dass unter während der verbleibende Teil allgemein axial zum Lichtbogen Druck gesetztes Gas zwischen dem Düsenumfang und dem in Richtung zur stationären Elektrode 21 strömt. Cylinder 12 is axially displaceable. A seal 62 on the outer 40 are moved, whereby arc-quenching gas from the circumference of the piston 60 prevents a piston chamber 67 from being pushed through the blow-in channels 56 into the arc, resulting in leakage or by-flow from under pressure area. When the arc extinguishing gas set gas. The inner periphery of a flowing on the housing 12 through the blowing channels 56, it follows the annular member 64 fastened in FIG. 5 by the flow paths shown by the housing arrows 83; that is, extending radially inward, slidably receives an outer periphery of the nozzle 50 upon entry into the arc area in the neck 52 and acts as a nozzle guide portion of the arc extinguishing gas generally axially for movement during nozzle movement. A seal 66 carried by the annular arc flowing towards the movable electrode 20 against the member 64 prevents gas under pressure which is generally axially pressurized to the arc between the nozzle circumference and that towards the stationary electrode 21 during the remaining part.

ringförmigen Glied 64 hindurchströmt. 5C Während des anfänglichen Teils des Öffnungsvorganges flows through annular member 64. 5C During the initial part of the opening process

Wenn sich die Düse von ihrer in Figur 2 dargestellten Posi- unterbindet die sich noch in dem Hals 52 der Düse befindliche tion nach unten bewegt, wird das in einem Raum 67 zwischen bewegliche Elektrode 20 eine Strömung durch die Einblaska-dem Kolben 60.und dem ringförmigen Glied 64 befindliche Gas näle 56 in den Halsbereich. Diese Blockierung ermöglicht es, komprimiert und über die Einblaskanäle 56 in der Düse hinaus- dass durch die Kolbenbewegung bei der anfänglichen Kontaktgedrückt. 55 Öffnungsbewegung ein gewisser Druckaufbau in dem Zylinder- If the nozzle stops from its position shown in FIG. 2 and the position still located in the neck 52 of the nozzle moves downward, this becomes a flow in a space 67 between movable electrode 20 through the blow-in piston 60 and the annular member 64 located gas channels 56 in the neck area. This blocking enables it to be compressed and pushed beyond the injection channels 56 in the nozzle - by the piston movement at the initial contact. 55 opening movement a certain pressure build-up in the cylinder

Diese Abwärtsbewegung der Düse 50 erfolgt während räum 67 erfolgt. Wenn der Öffnungsvorgang so weit fortge- This downward movement of the nozzle 50 takes place during space 67. If the opening process continues so far

eines Öffnungsbetriebes des Leistungsschalters, wenn von der schritten ist, bis die Elektrode 20 die Einblaskanäle 56 freigibt, beweglichen Kontaktstange 24 über ein Gestänge 70 auf die steht dann in dem Zylinderraum 67 ein spürbarer Druck zur Düse eine Kraft übertragen wird. Das Gestänge 70 weist Verfügung, der das lichtbogenlöschende Gas durch die Kanäle gemäss der schematischen Darstellung in Figur 2 zwei Hebel 60 56 in den Lichtbogenbereich drückt. an opening operation of the circuit breaker, when the step is taken until the electrode 20 releases the injection channels 56, movable contact rod 24 via a linkage 70 on which then a noticeable pressure is transmitted to the nozzle in the cylinder space 67 to transmit a force. The linkage 70 has an arrangement which presses the arc-quenching gas through the channels according to the schematic illustration in FIG. 2 into two levers 60 56 into the arc area.

72 auf, die jeweils schwenkbar am Gehäuse angelenkt sind. Wenn der augenblickliche Strom zum Zeitpunkt der Kon- 72, which are each pivotally connected to the housing. If the current at the time of the

Jeder Hebel 72 hat einen an seinem äusseren Ende längsverlau- takttrennung klein ist, strömt Gas durch die Einblaskanäle 56 in fenden Schlitz 74, der in verschiebbarer Weise einen an der den Lichtbogenbereich. Wenn jedoch der augenblickliche Stange 24 befestigten Querbolzen 75 aufnimmt. Eine Verbin- Strom gross ist, ist der durch den Lichtbogen in dem Hals 52 dungsstange 77 aus isolierendem Material ist über eine Bolzen- 65 entwickelte Druck gross genug, um eine Strömung durch die und Schlitzkupplung 78,79 schwenkbar mit einem mittleren Einblaskanäle 56 in den Halsbereich zu unterbinden. Bei diesen Punkt an jedem Gestängeglied bzw. Hebel 72 verbunden und Hochstrombedingungen erfolgt tatsächlich ein Verstopfen an ihrem oberen Ende an die Düse 50 angekoppelt. An ihrem oder Verblocken des Düsenhalses 52 und der Einblaskanäle 56 Each lever 72 has a longitudinal separation separation that is small at its outer end, gas flows through the injection channels 56 into the opening 74 that slidably engages the arc area. However, when the instant rod 24 receives attached cross bolt 75. If the connection current is large, the pressure rod 77 made of insulating material by the arc in the neck 52 is large enough via a bolt 65 to allow a flow through the and slot coupling 78, 79 to be pivoted with a central injection channel 56 into the To prevent the neck area. Connected at this point to each link 72 and high current conditions, plugging actually occurs at its upper end coupled to the nozzle 50. On her or blocking the nozzle neck 52 and the injection channels 56

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durch den Lichtbogen und die Lichtbogenprodukte. Somit wird SFs durch die gestrichelte Linie dargestellt, die noch mehr das Gas im Zylinderraum 67 in wünschenswerter Weise stärker einer geraden Linie angenähert ist. Dies ist eine vorteilhafter komprimiert, wenn sich der Kolben 60 weiter nach unten Umstand, da das Hinzufügen von CF4 oder C2F6 zu SF6 die rela- through the arc and the arc products. Thus, SFs is represented by the dashed line, which desirably more closely approximates the gas in the cylinder space 67 to a straight line. This is more advantageously compressed when the piston 60 further downward circumstance, since adding CF4 or C2F6 to SF6 the rela-

bewegt. Er erfolgt kein überflüssiges Einblasen während der tive anfängliche Anstiegsgeschwindigkeit der Erholungsspan-anfänglichen Hochstromperiode, wenn ein solches Einblasen 5 nung um einem angemessen kleinen Wert reduziert, und kleine zum Löschen des Lichtbogens wenig oder nicht hilft. Wenn Änderungen in den Mischungsverhältnissen führen zu keiner jedoch der augenblickliche Strom auf einen niedrigen Wert bedeutenden Änderung dieses Wertes. emotional. There is no unnecessary blowing during the tive initial rate of increase of the recovery voltage-initial high current period, when such blowing reduces the voltage by a reasonably small amount, and small helps little or no to extinguish the arc. If changes in the mixing ratios lead to none however the current flow to a low value significantly changes this value.

kurz vor dem Stromnulldurchgang fällt, erfolgt kein längeres Eine Wirkung des Zusetzens von per- bzw. durchfluorier- shortly before the zero current falls, there is no longer an effect of the addition of perfluorinated or

Verstopfen des Halses durch den Lichtbogen, und der während tem Alkan zu SFs ist in Figur 7 dargestellt, die eine grafische der früheren Verstopfungsperiode aufgebaute grosse Druck '0 Darstellung der Erholungsspannung in Abhängigkeit von der sorgt für einen wirksamen Gasstrom durch die Einblaskanäle mit dem Stromnull beginnenden Zeit beinhaltet. In dem Augen-56. Während dieser Niedrigstromperiode kühlt der Strom blick, wenn ein Leistungsschalter infolge eines Kurzschlussfeh- Blockage of the neck by the arc, and that during the alkane to SFs is shown in Figure 7, which is a graphical representation of the recovery voltage as a function of the graph of the previous period of constipation, which provides an effective gas flow through the injection channels starting at the current zero Includes time. In the eyes-56. During this low current period, the current cools when a circuit breaker is short-circuited.

durch die Kanäle 56 den Lichtbogen und die Lichtbogenpro- lers öffnet, zeigt das Einschwingverhalten der Erholungsspan-dukte, so dass der erwünschte schnelle Aufbau der dielektri- nung des Leistungsschalters sofort nach Auftreten des Strom-schen bzw. Durchschlagfestigkeit bei Stromnull begünstigt 15 nulls Spannungsspitzen, wie es in Figur 7 dargestellt ist. Der wird. Das durch die hohlen Durchgänge in den Elektroden strö- Spitzenwert der anfänglichen Spitze, welche bei 50-100 KV mende Gas wird über entsprechende Ablassöffnungen 44 und auftreten kann, wird in typischer Weise in 5-10 jxs für eine 48 in den jeweiligen Kontaktstangen abgelassen. maximale Erholungseffektivspannung von 200-300 KV opening the arc and the arc prober through the channels 56 shows the transient response of the recreational products, so that the desired rapid build-up of the dielectric of the circuit breaker immediately after the occurrence of the current or dielectric strength at zero current favors 15 nulls voltage peaks, as shown in Figure 7. It will. The initial peak current flowing through the hollow passages in the electrodes, which can occur at 50-100 KV gas, via corresponding vent openings 44 and, is typically vented in 5-10 jxs for a 48 in the respective contact rods. maximum recovery effective voltage of 200-300 KV

Wenn somit das Gehäuse 12 des Leistungsschalters aus den erreicht. Obwohl diese Spitzen (die durch Übertragungslei-Figuren 1 -5 mit SFs in einer 75 volumenprozentigen Verdün- 20 tungseffekte begründet werden) mit der Zeit gedämpft werden, nung mit CFt gefüllt wird, und zwar bei Drücken von können sie ein Neuzünden bzw. Rückzünden des Lichtbogens Thus, when the housing 12 of the circuit breaker reaches from the. Although these peaks (which are based on transmission lines 1 -5 with SFs in a 75 volume percent dilution effect) are attenuated over time, are filled with CFt, and when pressed, they can re-ignite or re-ignite the Arc

9,49 kp/cm2 ( 135 psi) von CF4 und 3,16 kp/cm2 (45 psi) von SFs, begründen, bevor die Erholungsspannung die volle Leitungs-zeigt der Schalter die grosse Durchschlagfestigkeit, die durch bzw. Netzspannung erreicht (was 200-300 jis erfordern kann). SFs allein bei demselben Gesamtdruck erreicht würde. Somit Das Hinzufügen des perfluorierten Alkans zu SFs ermöglicht wird eine SFs+CF4-Mischung durch die Einblaskanäle 56 in den25 ein Verwenden eines Gasdruckes über dem reinen SFs Verflüs-Halsbereich 52 eingeblasen und aus diesem in entgegengesetz- sigungsdruck, so dass die dielektrische Erholungsgeschwindig-ten axialen Richtungen unter Vorbeiströmen an den Elektro- keit der Gasmischung schneller bzw. grösser ist als die den 20 und 21 abgelassen. Anstiegsgeschwindigkeit der in Figur 7 dargestellten ersten 9.49 kp / cm2 (135 psi) of CF4 and 3.16 kp / cm2 (45 psi) of SFs, justify before the recovery voltage is full - the switch shows the high dielectric strength that can be achieved by or mains voltage (which May require 200-300 jis). SFs would be achieved at the same total pressure alone. Thus, the addition of the perfluorinated alkane to SFs enables an SFs + CF4 mixture to be blown through the blowing channels 56 in FIG. 25 using a gas pressure above the pure SFs liquefaction neck area 52 and out of it to counter pressure so that the dielectric recovery rate axial directions while flowing past the electronics of the gas mixture is faster or larger than that of the 20 and 21 discharged. Rise rate of the first shown in Figure 7

Durch Anwenden von SFs in Verbindung mit CF4 oder CïFs Spannungsspitze. Dementsprechend wird die Wahrscheinlichkann somit der Betriebsdruck über die 3,16 kp/cm2 (45 psi) SFs 30 keit einer vorzeitigen Lichtbogenrückzündung verringert. Betriebsdruckgrenze bei minimalem Aufwand ohne Erhitzen bzw. Erwärmen des Schalters gesteigert werden. Das heisst, Figur 8 ist eine grafische Darstellung der innerhalb von dass die Verflüssigung der lichtbogenlöschenden Gasmischung Mikrosekunden nach Stromnull auftretenden spezifischen bei sehr viel höherem Druck erfolgt, als es für SF6 allein zutrifft. Werte der Erholungsspannung, wobei das relative Leistungs-CF» hat eine kritische Temperatur von -45 °C und kann bei 35 vermögen von SFs allein, von CF4 allein, von einer Mischung irgendeinem Druck benutzt werden. Ferner sind Fluorkohlen- aus 50% SFs sowie 50% CFt und von einer Mischung von 25% stoffgase (das heisst die perfluorierten Alkane CF4 und C2F6) SFs sowie 75% CF4 dargestellt ist. Es ist ersichtlich, dass das preiswerter als SF6 erhältlich. Verhalten der Gasmischungen enge Parallelen zu dem Verhal- By using SFs in conjunction with CF4 or CïFs voltage spike. Accordingly, the likelihood of operating pressure being reduced beyond 3.16 kp / cm2 (45 psi) SFs 30 can be reduced in the event of premature arc reignition. Operating pressure limit can be increased with minimal effort without heating or heating the switch. That is to say, FIG. 8 is a graphical representation of the specifics occurring within that the liquefaction of the arc-extinguishing gas mixture occurs microseconds after zero current at a much higher pressure than is the case for SF6 alone. Recovery voltage values, where the relative power CF »has a critical temperature of -45 ° C and can be used at 35 by SFs alone, by CF4 alone, by a mixture of any pressure. Furthermore, fluorocarbons from 50% SFs and 50% CFt and from a mixture of 25% material gases (ie the perfluorinated alkanes CF4 and C2F6) SFs and 75% CF4 are shown. It can be seen that this is cheaper than SF6. Behavior of the gas mixtures closely parallels to the behavior

Es ist festzustellen, dass ein Zusatz von CF4 oder C2F6 zu ten von SFs allein hat, während sich das Verhalten von CF4 SFs eine Änderung bezüglich der relativen Régénérations- bzw.40 allein deutlich von demjenigen von SFä sowie den Gasmischun-Erholungsgeschwindigkeit des Leistungsschalters führt, wobei gen als unterlegen unterscheidet. Somit ist es klar, dass es wün-diese in unerwarteter Weise in einer im wesentlichen linearen sehenswert ist, die Gasmischungen in den Gasstromschaltern Beziehung zum Anteil der Gase in der Mischung steht. Dies ist anzuwenden. It should be noted that the addition of CF4 or C2F6 to the SFs alone, while the behavior of CF4 SFs has a change in relative regeneration or 40 alone significantly different from that of SFa and gas mixture recovery speed of the circuit breaker, where gene differs as inferior. Thus, it is clear that it is unexpectedly worth seeing in a substantially linear manner that the gas mixtures in the gas flow switches are related to the proportion of gases in the mixture. This is applicable.

durch die durchgezogenen Kurven in Figur 6 dargestellt, Die vorstehenden Ausführungen beschreiben einen Gas weiche die relative anfängliche Geschwindigkeit des Anstieges 45 Stromschalter, der eine schnelle thermische und dielektrische der Erholungsspannung (im Vergleich zu reinem SFs) in Abhän- Erholung zeigt, welche zu einer Vergrösserung in der maxima-gigkeit von dem relativen SF6 Gehalt der Gasmischung sind, len Anstiegsgeschwindigkeit der Erholungsspannung führt, die und zwar bei einem stromaufwärtigen Gesamtüberdruck (über nach Auftreten des Null-Laststromes ausgehalten werden kann, dem atmosphärischen Druck) von 21,09 kp/cm2 (300 psi) für Der Leistungsschalter verwendet ein Fluorkohlenstoffgas, so eine Änderungsgeschwindigkeit des Laststromes von 13 AJ\is. 50 dass eine von der Lichtbogenbildung herrührende Verkohlung Bei einer noch grösseren Änderungsgeschwindigkeit des Last- (carbonization) durch Bilden eines stabilen kohlenstoffhaltigen stromes (25 AJ\is) ist die Wirkung des Mischens von CF4 mit Gases reduziert wird. represented by the solid curves in Figure 6, The foregoing describes a gas soft the relative initial rate of rise 45 current switch that shows a fast thermal and dielectric of the recovery voltage (compared to pure SFs) depending on recovery, which leads to an enlargement The maximum of the relative SF6 content of the gas mixture leads to a rate of increase in the recovery voltage, which is at an upstream total pressure (above atmospheric pressure which can be endured after the zero load current has occurred) of 21.09 kp / cm2 (300 psi) for The circuit breaker uses a fluorocarbon gas, so a rate of change of the load current of 13 AJ \ is. 50 that charring resulting from arcing With an even greater rate of change in the load (carbonization) by forming a stable carbon-containing stream (25 AJ \ is), the effect of mixing CF4 with gases is reduced.

G G

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

624240

PATENT CLAIMS

1. Electrical gas flow circuit breaker with fast, thermal and dielectric recovery and with mutually movable contacts within an arc chamber, through which an arc-quenching gas flows 5, when the contacts are separated under electrical overload current conditions, characterized in that the arc-quenching gas is a mixture Contains sulfur hexafluoride and a fluorocarbon gas.

2. Gas flow circuit breaker according to claim 1, 10 characterized in that the fluorocarbon gas is a per or. contains completely fluorinated alkane.

3. Gas flow circuit breaker according to claim 1, characterized in that the fluorocarbon gas contains tetrafluoromethane. is

4. Gas flow circuit breaker according to claim 1, characterized in that the fluorocarbon gas contains hexa-fluoroethane.

20th