CH625907A5

CH625907A5 - Gas-blast power circuit breaker

Info

Publication number: CH625907A5
Application number: CH376578A
Authority: CH
Inventors: Richard Thaler
Original assignee: Sprecher & Schuh Ag
Priority date: 1978-04-07
Filing date: 1978-04-07
Publication date: 1981-10-15
Also published as: ATA66679A; AT375490B; DE2853201C2; DE2853201A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckgas-Leistungsschalter, mit einem beweglichen Kontaktstift und mit einer diesem zugeordneten Löschgas-Blaseinrichtung und mit einem durchblasbaren, rohrförmigen, festen Kontaktstück, welches in Ein-schaltstellung einerseits an einer Kontaktfläche im Eingriff mit dem Kontaktstift steht und andererseits den Auslass der Blaseinrichtung verschlossen hält und welches im Zuge des Ausschalthubes die Blaseinrichtung freigibt, wodurch wenigstens ein Teil des anfallenden Löschgases durch das Kontaktstück hindurch strömt. Das Ausschaltvermögen eines solchen Leistungsschalters, namentlich bei Klemmenkurzschluss und bei Abstandskurzschluss, ist umso grösser, je höher der Widerstand des Lichtbogenkanals im Zeitpunkt unmittelbar vor dem 5 Stromnulldurchgang ist. Einer der Wege, um dies zu realisieren besteht darin, wie dies bei den Schaltern der eingangs genannten Art bereits der Fall ist, den Lichtbogen in axialer Richtung kräftig zu beblasen und damit zu kühlen, wodurch der leitfähige Querschnitt des Lichtbogenkanals eingeschnürt und mithin io sein Widerstand pro Längeneinheit erhöht wird. Daraus ergibt sich bereits ein weiterer Weg, nämlich jener, den Lichtbogen kurz vor dem Stromnulldurchgang zu verlängern, in dem der am festen Kontaktstück sich ausbildende Fusspunkt des Lichtbogens gezwungen wird, am festen Kontaktstück nach hinten, 15 d. h. vom beweglichen Kontaktstift weg zu wandern. Dies wird in relativ bescheidenem Masse schon durch die Beblasung zusammen mit einer besonderen Formgebung des festen Kontaktstückes erreicht. In diesem Zusammenhang sei auf den Druckgasschalter gemäss der Schweizer Patentschrift 556 602 20 hingewiesen. The invention relates to a compressed gas circuit breaker, with a movable contact pin and with an associated extinguishing gas blowing device and with a blow-through, tubular, fixed contact piece, which is in the ON position on the one hand at a contact surface in engagement with the contact pin and on the other hand the outlet of Keeps the blowing device closed and which releases the blowing device in the course of the switch-off stroke, as a result of which at least some of the extinguishing gas produced flows through the contact piece. The breaking capacity of such a circuit breaker, especially in the case of terminal short-circuit and distance short-circuit, is greater the higher the resistance of the arcing channel at the point in time immediately before the zero current crossing. One of the ways to achieve this is, as is already the case with the switches of the type mentioned at the beginning, to blow the arc vigorously in the axial direction and thus to cool it, thereby constricting the conductive cross section of the arc channel and consequently its resistance is increased per unit length. This already results in a further way, namely that of extending the arc shortly before the current zero crossing, in which the base point of the arc, which is formed on the fixed contact piece, is forced backwards on the fixed contact piece, 15 d. H. to move away from the movable contact pin. This is achieved to a relatively modest extent by the blowing together with a special shape of the fixed contact piece. In this context, reference should be made to the pressure gas switch according to Swiss patent 556 602 20.

In der DT-OS 26 24 595 wurde ausserdem zusätzlich vorgeschlagen, im Inneren des festen Kontakstückes einen aus Ringscheiben aufgebauten Hohlzylinder aus ferromagnetischem Material anzuordnen. Diese Massnahme soll zu elektromagne-25 tischen Kräften führen, die im Zuge des Ausschaltvorganges den Fusspunkt des Lichtbogens weit in das Innere des festen Kontaktstückes treiben. Diese Massnahme kommt aber dem Einbau einer Induktivität in unmittelbarer Nähe der Schaltstrecke gleich, was allgemein schlecht für die Abschaltung des 3o Bogens ist, weil dadurch der Lichtbogenstrom der Lichtbogenspannung nacheilt, d. h. der Stromnulldurchgang wird erst erreicht, wenn die Spannung über der Schaltstrecke bereits wieder im Anwachsen ist. In DT-OS 26 24 595 it was additionally proposed to arrange a hollow cylinder made of ferromagnetic material in the interior of the fixed contact piece. This measure is intended to lead to electromagnetic forces which, in the course of the switch-off process, drive the base point of the arc far into the interior of the fixed contact piece. However, this measure equates to the installation of an inductance in the immediate vicinity of the switching path, which is generally bad for switching off the 3o arc, because it causes the arc current to lag behind the arc voltage. H. the current zero crossing is only reached when the voltage across the switching path has already increased again.

Bei anderen vorbekannten Schaltern (zum Beispiel gemäss 35 CH-PS 444 938) sind Massnahmen vorgesehen, die bewirken, dass der Fusspunkt des Lichtbogens auf der Seite des festen Kontaktstückes so schnell als möglich nach dem Zünden, also während der ganzen Stromhalbwelle und nicht erst kurz vor dem Stromnulldurchgang auf eine Hilfselektrode (Abbrand-40 elektrode) kommutiert. Dadurch wird aber die Lichtbogenspannung von allem Anfang an und damit die Schaltarbeit vergleichsweise hoch. Bei diesem Stand der Technik ist es ein Zweck der Erfindung, einen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Lichtbogenspannung erst kurz vor 45 dem Stromnulldurchgang derart erhöht wird, dass der Lichtbogenstrom der Lichtbogenspannung voreilt, d. h. dass der Anstieg der wiederkehrenden Spannung über der Schaltstrecke auf eine längere Zeit nach dem Erreichen des Stromnulldurchganges verzögert wird. In other previously known switches (for example in accordance with 35 CH-PS 444 938) measures are provided which have the effect that the base point of the arc on the side of the fixed contact piece as quickly as possible after ignition, i.e. during the entire current half-wave and not just for a short time commutated to an auxiliary electrode (erosion 40 electrode) before the zero current crossing. As a result, however, the arc voltage is comparatively high from the start and thus the switching work is comparatively high. In this prior art, it is a purpose of the invention to provide a switch of the type mentioned in the introduction, in which the arc voltage is increased only shortly before the current zero crossing in such a way that the arc current leads the arc voltage, i. H. that the increase in the recurring voltage across the switching path is delayed for a longer time after the current zero crossing has been reached.

so Dieser Zweck wird bei dem vorgeschlagenen Schalter gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die Innenseite des festen Kontaktstückes im Anschluss an die Kontaktfläche in Richtung von seinem freien Ende weg über einen Teil seiner Länge mit einer elektrischen Isolierschicht ausgekleidet ist. 55 Merkmale bevorzugter Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. This purpose is achieved in the proposed switch according to the invention in that the inside of the fixed contact piece is lined with an electrical insulating layer over part of its length following the contact surface in the direction away from its free end. Features of preferred embodiments are defined in the dependent claims.

Ausführungsbeispiele des vorgeschlagenen Schalters sind nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt: Embodiments of the proposed switch are described below with reference to the drawing. It shows:

60 Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt durch Teile eines Druckgas-Leistungsschalters, rechts in Ein-, links in einer Löschstellung, 60 shows a schematic axial section through parts of a compressed gas circuit breaker, on the right in the on position, on the left in an extinguishing position,

Fig. 2 und 3 Axialschnitte durch die festen Kontaktstücke von Ausführungsvarianten, und 65 Fig. 4 den zeitlichen Verlauf des Bogenstromes und der Bo-genspannung kurz vor dem Stromnulldurchgang für einen herkömmlichen Schalter (ohne ferromagnetische Einlagen im festen Kontaktstück) und für einen Schalter gemäss der Erfindung. 2 and 3 axial sections through the fixed contact pieces of design variants, and 65 Fig. 4 shows the time course of the arc current and the arc voltage shortly before the current zero crossing for a conventional switch (without ferromagnetic deposits in the fixed contact piece) and for a switch according to the Invention.

3 3rd

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Der in Fig. 1 nur mit seinen im vorliegenden Zusammenhang wichtigsten Bestandteilen dargestellte Druckgas-Lei-stungsschalter 10 weist ein festes, rohrförmiges Kontaktstück 11 auf, sowie einen beweglichen Kontaktstift 12, der in Einschaltstellung (Fig. 1 rechts) mit einer Kontaktfläche 13 am 5 freien Ende des Kontaktstückes 11 in Eingriff steht und der über einen nicht dargestellten Antrieb in Richtung des Pfeiles The compressed gas circuit breaker 10 shown in FIG. 1 only with its most important components in the present context has a fixed, tubular contact piece 11, as well as a movable contact pin 12, which in the switched-on position (FIG. 1 right) with a contact surface 13 on the 5th Free end of the contact piece 11 is engaged and the drive via a drive, not shown, in the direction of the arrow

14 in Ausschaltstellung bringbar ist. Auf dem beweglichen Kontaktstift 12 ist der Boden 15 eines Pumpzylinders 16 aufgezogen, der sich somit mit dem Kontaktstift 12 mitbewegt. Der 10 Pumpzylinder 16 ist verschiebbar auf einem zum Beispiel über Säulen 17 oftsfest abgestützten Pumpkolben 18 geführt. Auf der dem Pumpkolben 18 abgekehrten Seite ist auf dem Boden 14 can be brought into the off position. The bottom 15 of a pump cylinder 16 is drawn onto the movable contact pin 12 and thus moves with the contact pin 12. The 10 pump cylinder 16 is displaceably guided on a pump piston 18, which is supported in a stationary manner, for example via columns 17. On the side facing away from the pump piston 18 is on the floor

15 eine Blasdüse 19 aus einem elektrisch isolierten Material befestigt, deren engste Stelle 20 in Blasrichtung gesehen ström-15 abwärts vom freien Ende 21 des Kontaktstiftes 12 angeordnet ist und - wie der Fig. 1 rechts zu entnehmen ist - in Einschaltstellung das feste Kontaktstück 11 sozusagen dichtend umschliesst. 15 a blowing nozzle 19 made of an electrically insulated material is attached, the narrowest point 20 of which, viewed in the blowing direction, is arranged downstream from the free end 21 of the contact pin 12 and - as can be seen on the right in FIG. 1 - the fixed contact piece 11, so to speak, in the switched-on position sealingly encloses.

Der Einlass 22 der Blasdüse 19 steht über Durchlässe 23 im 2o Boden 15 mit dem vom Boden, vom Kolben 18 und vom Pumpzylinder 16 begrenzten Pumpraum 24 in Verbindung, wobei die Öffnungen 23 durch in Richtung zum Einlass 22 hin öffnende Rückschlagklappen 25 gesteuert sind. The inlet 22 of the blow nozzle 19 is connected via passages 23 in the bottom 15 to the pump chamber 24 delimited by the bottom, the piston 18 and the pump cylinder 16, the openings 23 being controlled by non-return flaps 25 opening towards the inlet 22.

Die Innenseite 26 des festen Kontaktstückes 11 ist im 25 Anschluss an die Kontaktfläche 13 mit einer elektrischen Isolierschicht 27 ausgekleidet, deren Länge mit dem Masspfeil B bezeichnet ist. The inside 26 of the fixed contact piece 11 is lined with an electrical insulating layer 27, the length of which is indicated by the arrow B, in connection with the contact surface 13.

Wenn beim Ausschalten der Stift 12 die Kontaktfläche ver-lässt, zündet zunächst zwischen dem Scheitel 21 des Stiftes 12 30 und der Stirnseite des Kontaktstückes 11 ein Lichtbogen, der durch das aus dem Pumpraum 24 anfallende und durch die etwa gleichzeitig freigegebene Blasdüse 19 ausgeblasene Löschgas in axialer Richtung beblasen wird. Das feste Kontaktstück 11 ist durchblasbar, d. h. es ist an seinem in Fig. 1 nicht sichtbaren, 35 oberen Ende mit Auslassöffnungen versehen, so dass ein Teil des Löschgases längs des durch den Pfeil 28 angedeuteten Weges durch das Kontaktstück 11 hindurch und ein weiterer Teil des Löschgases längs des Pfeiles 29 an der Aussenseite des Kontaktstückes 11 vorbeiströmt. 40 If, when the pin 12 is switched off, the contact surface is left, an arc ignites between the apex 21 of the pin 12 30 and the end face of the contact piece 11, which is extinguished by the quenching gas emerging from the pump chamber 24 and blown out by the blowing nozzle 19, which is released at about the same time is blown in the axial direction. The fixed contact piece 11 is blow-through, i. H. it is provided at its upper end, not visible in FIG. 1, with outlet openings, so that part of the extinguishing gas along the path indicated by arrow 28 through contact piece 11 and another part of the extinguishing gas along arrow 29 on the outside of the contact piece 11 flows past. 40

Es sei nun kurz auf Fig. 4 verwiesen. Mit der gestrichelten Kurve 30 ist der Verlauf des Kurzschlussstromes angedeutet, den dieser ohne Ausschaltungsvorgang nehmen würde. Nach der Trennung der Kontakte 11,12 wird aber der Kurzschlussstrom aufgrund der Lichtbogenspannung einerseits und auf- 45 grund des Ladestromes der prallel über der Schaltstrecke liegenden Eigenkapazität verzerrt, wobei der zuletztgenannte Ladestrom seinerseits etwa proportional zur zeitlichen Änderung der Lichtbogenspannung ist. Es resultiert daraus ein Verlauf des Lichtbogenstromes entsprechend der in Fig. 4 ausgezo- 50 gen eingezeichneten Kurve 31 bzw. der strichpunktierten Kurve 31a. Würde der Lichtbogen nun ohne Kommutierung auf eine grössere Länge weiterbrennen, nähme die Lichtbogenspannung kurz vor dem Stromnulldurchgang den mit der ausgezogenen Kurve 32 in Fig. 4 angegebenen Verlauf, d. h. der Nulldurchgang der Bogenspannung und des Bogenstromes erfolgte um eine Zeit ti nach dem unbeeinflussten Stromnulldurchgang. Beim nach Fig. 1 beschriebenen Schalter dagegen wird der Lichtbogen 34 kurz vor dem Stromnulldurchgang durch die Strömung des Gases in das Kontaktstück 11 hinein- 60 getrieben, worauf er auf die stromabwärts der Isolierschicht 27 Reference is now made briefly to FIG. 4. The dashed curve 30 indicates the course of the short-circuit current that it would take without the switching-off process. After the contacts 11, 12 are disconnected, however, the short-circuit current is distorted on the one hand due to the arc voltage and on the basis of the charging current due to the intrinsic capacitance lying parallel over the switching path, the latter charging current itself being approximately proportional to the change in the arc voltage over time. This results in a course of the arc current corresponding to curve 31 drawn in in FIG. 4 or the dash-dotted curve 31a. If the arc would continue to burn to a greater length without commutation, the arc voltage would take the course indicated by the solid curve 32 in FIG. 4 shortly before the zero current crossing, ie. H. the arc voltage and the arc current passed zero at a time ti after the unaffected current zero crossing. 1, on the other hand, the arc 34 is driven into the contact piece 11 shortly before the zero current crossing by the flow of the gas, whereupon it is applied to the downstream of the insulating layer 27

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befindliche blanke Innenseite des Kontaktstückes 11 kommu-tiert und sich somit sprungartig verlängert, wie in Fig. 1 dargestellt. Daraus folgt eine Erhöhung der Lichtbogenspannung, die somit einen Verlauf etwa gemäss der strichpunktierten Kurve 33 in Fig. 4 nimmt. Damit eilt der Nulldurchgang der Spannung und des Bogenstromes jenem des unbeeinflussten Stromes um eine Zeit h nach, welche Zeit erheblich grösser als ti ist. Die Schaltstrecke wird somit nach dem Löschen des Bogens während einer längeren Zeit gekühlt, so dass die elektrische Wiederverfestigung der Schaltstrecke gewährleistet ist. In der Tat wirkt der vorgeschlagenen Schalter durch die bei der Kommutierung sprungartig erfolgende Verlängerung des Lichtbogens so, als wären in Serie geschaltete Unterbrechungsstellen vorhanden. located bare inside of the contact piece 11 commu-tiert and thus abruptly lengthened, as shown in Fig. 1. This results in an increase in the arc voltage, which thus takes a course approximately according to the dash-dotted curve 33 in FIG. 4. Thus the zero crossing of the voltage and the arc current lags behind that of the unaffected current by a time h, which time is considerably greater than ti. The switching path is thus cooled for a longer time after the arc has been erased, so that the electrical re-consolidation of the switching path is ensured. In fact, due to the sudden extension of the arc during commutation, the proposed switch acts as if there were interruption points connected in series.

Um bei der Ausführungsform der Fig. 1 das Kommutieren des Lichtbogens, d. h. seine Verlängerung um das Mass B auf alle Fälle zu gewährleisten, ist es zweckmässig, dass das Mass B bzw. die Erhöhung der Lichtbogenspannung geringer zu wählen ist, als die Durchbruchspannung über die Strecke C, d. h. zwischen der Achse des Kontaktstückes 11 und der Kontaktfläche 13. In order to commutate the arc in the embodiment of FIG. H. to ensure its extension by dimension B in all cases, it is expedient that the dimension B or the increase in the arc voltage is to be chosen less than the breakdown voltage over the distance C, i. H. between the axis of the contact piece 11 and the contact surface 13.

Bei der Ausführungsform der Fig. 2 ist in Inneren des Kontaktstückes 11 eine Abbrandelektrode in Form eines Abbrandstiftes 35 vorgesehen, der an seinem der Kontaktfläche 13 abgekehrten Ende über Stege 36 elektrisch leitend mit dem Kontaktstück 11 verbunden ist. An dem der Kontaktfläche 13 zugekehrten Ende ist am Abbrandstift 35 ein Stift 37 aus einem bei Einwirkung eines Lichtbogens ein Löschgas abgebenden Isoliermaterial befestigt. Die Strecke B ist hier nicht gleichbedeutend mit der Länge der Isolierschicht 27, sondern entspricht dem Abstand der Kontaktfläche 13 von dem leitenden Ende des Abbrandstiftes 35. In beiden Fällen indessen wird der Lichtbogen kurz vor dem Stromnulldurchgang um die Strecke B verlängert Der Stift 37 unterstützt durch seine Abgabe von Löschgas die Wirkung des aus der Blasdüse 19 anfallenden Löschgases. In the embodiment of FIG. 2, an erosion electrode in the form of an erosion pin 35 is provided in the interior of the contact piece 11 and is connected in an electrically conductive manner to the contact piece 11 at its end facing away from the contact surface 13 via webs 36. At the end facing the contact surface 13, a pin 37 is attached to the erosion pin 35 from an insulating material which releases an extinguishing gas when exposed to an arc. The distance B is not synonymous with the length of the insulating layer 27, but corresponds to the distance of the contact surface 13 from the conductive end of the erosion pin 35. In both cases, however, the arc is extended by the distance B shortly before the zero current passage. The pin 37 is supported by its discharge of extinguishing gas the effect of the extinguishing gas arising from the blowing nozzle 19

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 besitzt das Kontaktstück 11 eine Anzahl radiale Durchlassöffnungen 38, durch welche das von der Blasdüse 19 anfallende Löschgas abströmen kann. Die Innenseite ist mit der Isolierschicht 27 ausgekleidet. Als Abbrandelektrode, auf die der Lichtbogen 34 kommutieren soll, ist eine Scheibe 39 im Innern des Kontaktstückes 1 vorgesehen, die mit diesem leitend verbunden ist. Um ein Kommutieren des Lichtbogens auf die Scheibe 39 zu gewährleisten, obwohl die Gasströmung aus der Blasdüse 19 nicht bis zu der Scheibe 39 gelangen kann, ist auch die Aussenseite des Kontaktstückes 1 mit einer elektrischen Isolierschicht 40 versehen, deren Länge jener der Isolierschicht 27 übertrifft. Wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 kann an der Abbrandelektrode (hier an der Scheibe 39) der Stift 37 befestigt sein. Die Anordnung ist zweckmässig so zu treffen, dass die Durchlassöffnungen 38 zwischen die Kontaktfläche 13 und das freie Ende des Stiftes 37 zu liegen kommen, damit das vom Stift 37 abgegebene Gas nicht der Strömung des aus der Blasdüse anfallenden Löschgases entgegenwirkt. In the embodiment of FIG. 3, the contact piece 11 has a number of radial passage openings 38 through which the quenching gas produced by the blowing nozzle 19 can flow out. The inside is lined with the insulating layer 27. As the erosion electrode on which the arc 34 is to commutate, a disk 39 is provided in the interior of the contact piece 1, which is conductively connected to the latter. In order to ensure commutation of the arc onto the disk 39, although the gas flow from the blowing nozzle 19 cannot reach the disk 39, the outside of the contact piece 1 is also provided with an electrical insulating layer 40, the length of which exceeds that of the insulating layer 27. As in the exemplary embodiment according to FIG. 2, the pin 37 can be attached to the erosion electrode (here on the disk 39). The arrangement is expediently such that the passage openings 38 come to lie between the contact surface 13 and the free end of the pin 37, so that the gas emitted by the pin 37 does not counteract the flow of the extinguishing gas arising from the blow nozzle.

Sowohl bei der Ausführungsform der Fig. 2 als auch bei der Ausführungsform der Fig. 3 wird nicht nur die sprungartige Verlängerung des Lichtbogens erzwungen, sondern meistens auch - wegen des Stiftes 37 bzw. der von diesem abgebenen Gasen - dessen Gabelung, was die Kühlung und die Löschung weiter begünstigt. Both in the embodiment of FIG. 2 and in the embodiment of FIG. 3, not only the sudden extension of the arc is forced, but mostly - because of the pin 37 or the gases emitted by it - its fork, which the cooling and the deletion further favored.

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

625907 PATENT CLAIMS

1. Compressed gas line switch, with a movable contact pin and with an associated extinguishing gas blowing device and with a blow-through, tubular, fixed contact piece, which in the switched-on position is on the one hand in engagement with the contact pin on a contact surface and on the other hand closes the outlet of the blowing device holds and which releases the blowing device in the course of the switch-off stroke, whereby at least part of the extinguishing gas flowing through the contact piece, characterized in that the inside of the fixed contact piece (11) following the contact surface (13) in the direction away from its free end is lined with an electrical insulating layer (27) over part of its length.

2. Circuit breaker according to claim 1, characterized in that in the interior of the fixed contact piece (11) a in the region of the insulating layer pin (37) is arranged from a gas-emitting material when exposed to the arc.

3. Circuit breaker according to claim 2, characterized in that passage openings (38) leading radially out of the fixed contact piece (11) are formed in the fixed contact piece (11) between the end of the pin (37) and the contact surface (13).

4. Circuit breaker according to claim 1, characterized in that the outside of the fixed contact piece (11) is provided at its free end with an outer electrical insulating layer (40) which is longer than the insulating layer (27) present on the inside.

5. Circuit breaker according to claim 2 or 3, characterized in that the pin (37) on an inside of the fixed contact piece (11) arranged and with this electrically connected consumable electrode (35, 39) is held.

6. Circuit breaker according to claim 5, characterized in that the pin (37) on one end face of a coaxially in the fixed contact piece (11) arranged burn-off pin (35) is attached.

7. Circuit breaker according to claims 3 and 5, characterized in that the erosion electrode is a in the fixed contact piece (11) in connection to the passage openings (38) attached discs (39).

8. Circuit breaker according to claim 1, characterized in that the length of the insulating layer (27) is dimensioned such that the arc voltage over the length of the insulating layer (27) is less than the breakdown voltage from the contact surface (13) of the fixed contact piece (11 ) to the axis of the fixed contact piece.

9. Circuit breaker according to claim 5, characterized in that the distance between the contact surface (13) and the end of the erosion electrode (35, 39) closest to it is dimensioned such that the arc voltage is less than the breakdown voltage of this distance the contact surface (13) of the fixed contact piece (11) to the same axis.