CH654140A5

CH654140A5 - HIGH VOLTAGE CIRCUIT BREAKERS.

Info

Publication number: CH654140A5
Application number: CH951880A
Authority: CH
Inventors: Not-Duri Barth; Heinrich Dr Zimmermann; Thomas Gysel; Peter Leupp
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1980-12-23
Filing date: 1980-12-23
Publication date: 1986-01-31
Also published as: DE3140466A1; DE3140466C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspamiungsleistungsschalter gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a high-voltage circuit breaker according to the preamble of patent claim 1.

Ein derartiger Schalter ist etwa aus den Brown Boveri Mitt. 65 (1978) S. 234 bekannt. Such a switch is known, for example, from Brown Boveri Mitt. 65 (1978) p. 234.

Beim Ausschalten eines solchen Schalters wird der mit dem Zylinder der Kompressionsvorrichtung verbundene Kontakt axial verschoben, wodurch der Druck des Löschgases in dem durch die sich nahezu gasdicht überlappenden Kontakte und die Isolierstoffdüse begrenzten Volumen erhöht wird, so dass kurz nach der Kontakttrennung, noch bevor das Düsenengnis von den Kontakten freigegeben ist, eine Beblasung des Lichtbogens mit komprimiertem Löschgas einsetzen kann. Hierbei expandiert das Löschgas in das angetriebene, düsenförmig ausgebildete Schaltstück, wodurch eine Beblasung des zwischen den Kontakten gezogenen Lichtbogens erfolgt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei einem derartigen Schalter die Beblasung des Lichtbogens in der Anfangsphase nicht voll wirksam und dementsprechend auch die Ausschaltleistung nicht optimal ist. When such a switch is switched off, the contact connected to the cylinder of the compression device is axially displaced, as a result of which the pressure of the extinguishing gas is increased in the volume limited by the almost gas-tight overlapping contacts and the insulating material nozzle, so that shortly after the contact separation, even before the nozzle constriction is released from the contacts, can blow the arc with compressed quenching gas. Here, the extinguishing gas expands into the driven, nozzle-shaped switching element, as a result of which the arc drawn between the contacts is blown. However, it has been shown that with such a switch, the blowing of the arc is not fully effective in the initial phase and, accordingly, the breaking capacity is also not optimal.

Weitere Hochspannungsleistungssehalter mit einer beim Ausschalten erzeugten Löschgasströmung sind aus FR-A-2 417 173, FR-A-2 188 285, FR-A-2 242 768, FR-A-2 255 353 und US-A-4 207 447 bekannt. Further high-voltage power switches with an extinguishing gas flow generated when switched off are known from FR-A-2 417 173, FR-A-2 188 285, FR-A-2 242 768, FR-A-2 255 353 and US-A-4 207 447 .

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemässen Schalter zu schaffen, bei dem die Ausschaltleistung durch intensive Beblasung und verbesserten Gasaustausch zwischen Ausschaltlichtbogen und umgebendem Löschgas mit einfachen Mitteln erhöht wird. It is an object of the invention to provide a generic switch in which the breaking capacity is increased by simple means by intensive blowing and improved gas exchange between the switching arc and the surrounding quenching gas.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. This object is achieved by the characterizing features of claim 1.

Der erfindungsgemässe Schalter zeichnet sich dadurch aus, dass der Ausschaltlichtbogen bereits kurz nach der Trennung der beiden Abbrandkontakte wirksam doppelt beblasen wird, wodurch bereits in der Anfangsphase der Kontakttrennung eine gute Verwirbelung der heissen Lichtbogengase mit frischem Löschgas und eine hohe Ausschaltleistung erreicht wird. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Schalters ist darin zu sehen, dass der Abstand zwischen der Oberfläche der Isolierstoffdüse und dem Lichtbogen grösser als bei dem gattungsgemässen Schalter ist, wodurch eine thermische Belastung der Oberfläche der Isolierstoffdüse weitgehend vermieden wird, so dass im Stromnulldurchgang zwischen den Kontakten eine sehr hohe wiederkehrende Spannung anliegen kann, ohne dass Überschläge aufgrund einer thermisch überlasteten Isolierstoffdüsenoberfläche zu befürchten sind. The switch according to the invention is characterized in that the switch-off arc is effectively double-blown shortly after the separation of the two erosion contacts, as a result of which a good swirling of the hot arc gases with fresh quenching gas and a high switch-off power are achieved even in the initial phase of the contact separation. Another advantage of the switch according to the invention can be seen in the fact that the distance between the surface of the insulating material nozzle and the arc is greater than that of the generic switch, whereby thermal stress on the surface of the insulating material nozzle is largely avoided, so that there is a zero current passage between the contacts very high recurring voltage can be present without fear of flashovers due to a thermally overloaded insulating material nozzle surface.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Further advantageous features of the invention result from the dependent claims.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung in vereinfachter Form dargestellt. Exemplary embodiments of the invention are shown in simplified form below with reference to the drawing.

Es zeigt: It shows:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch die Kontaktanordnung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters, 1 is a plan view of a section through the contact arrangement of a first embodiment of the high-voltage circuit breaker according to the invention,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch die Kontaktanordnung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters, und Fig. 2 is a plan view of a section through the contact arrangement of a second embodiment of the high-voltage circuit breaker according to the invention, and

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch die Kontaktanordnung einer dritten Ausführangsform des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters. Fig. 3 is a plan view of a section through the contact arrangement of a third embodiment of the high-voltage circuit breaker according to the invention.

In allen Figuren ist die Ausführungsform des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters während des Ausschaltens dargestellt, wobei in der linken Hälfte jeweils diejenige Ausschaltphase dargestellt ist, in der sich die Kontakte bereits soweit voneinander getrennt haben, dass zwischen ihnen der Ausschaltlichtbogen brennt, wohingegen in der rechten Hälfte jeweils diejenige Ausschaltphase dargestellt ist, in der die beiden Kontakte gerade ausser Eingriff kommen. In all figures, the embodiment of the high-voltage circuit breaker according to the invention is shown during the switch-off, the switch-off phase in which the contacts have already separated from one another to such an extent that the switch-off arc burns between them, whereas that in the right half is shown in the left half Shutdown phase is shown, in which the two contacts are just disengaging.

In allen Figuren sind ein bewegliches 1 und ein feststehendes Schaltstück 2 dargestellt. Das bewegliche Schaltstück 1 weist einen Abbrandkontakt 3 und einen Hauptkontakt 4 auf, das feststehende Schaltstück 2 einen Abbrandkontakt 5 und einen über einen Steg 8 mit dem Abbrandkontakt 5 leitend verbundenen Hauptkontakt 6 auf. Der bewegliche Abbrandkontakt 3 ist als Düse, deren Engnis mit 7 bezeichnet ist, ausgebildet und ist starr mit einer Isolierstoffdüse 9, welche vorzugsweise aus Poly-tetrafluoräthylen besteht, verbunden. Die Isolierstoffdüse 9 ist an dem vom Düsenengnis 10 abgewandten Ende auf dem als Ringkolben 11 ausgebildeten beweglichen Teil einer Kompressionsvorrichtung befestigt. Der Ringkolben 11 ist mit dem von einem nicht dargestellten Antrieb bewegten Schaltstück 1 verbunden, und ist in einem Zylinder 12 geführt. Mit 13 ist ein Volumen bezeichnet, welches in der Einschaltstellung sowie in der in der rechten Hälfte der Fig. 1 dargestellten Ausschaltphase durch die Isolierstoffdüse 9 sowie die Abbrandkontakte 3 und 5 begrenzt ist. Der zwischen den sich trennenden Abbrandkontakten 3 und 5 gezogene Ausschaltlichtbogen ist mit dem Bezugszeichen 14 markiert, während die nach der Trennung der Abbrandkontakte 3 und 5 einsetzende Löschgasströmung mit 15 bezeichnet ist. In all figures, a movable 1 and a fixed switching piece 2 are shown. The movable contact 1 has an erosion contact 3 and a main contact 4, the fixed contact 2 has an erosion contact 5 and a main contact 6, which is conductively connected to the erosion contact 5 via a web 8. The movable erosion contact 3 is designed as a nozzle, the constriction of which is designated 7, and is rigidly connected to an insulating material nozzle 9, which is preferably made of poly-tetrafluoroethylene. The insulating material nozzle 9 is fastened at the end facing away from the nozzle constriction 10 on the movable part of a compression device designed as an annular piston 11. The annular piston 11 is connected to the switching element 1, which is moved by a drive (not shown), and is guided in a cylinder 12. 13 denotes a volume which is limited by the insulating nozzle 9 and the erosion contacts 3 and 5 in the switch-on position and in the switch-off phase shown in the right half of FIG. 1. The switch-off arc drawn between the separating erosion contacts 3 and 5 is marked with the reference number 14, while the extinguishing gas flow which begins after the disconnection of the erosion contacts 3 and 5 is denoted by 15.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Hochspan-nungsleistungsschalters ist nun wie folgt: The mode of operation of the high-voltage circuit breaker according to the invention is now as follows:

In der nicht dargestellten Einschaltstellung des Schalters durchsetzt der feststehende Abbrandkontakt 5 das Düsenengnis 10 der Isolierstoffdüse 9 und sind die beiden Abbrandkontakte 3 und 5 derart miteinander in Eingriff, dass das Volumen 13 gasdicht gegenüber dem Inneren des beweglichen Abbrandkon- In the switch position (not shown), the fixed erosion contact 5 passes through the nozzle constriction 10 of the insulating nozzle 9 and the two erosion contacts 3 and 5 engage with one another in such a way that the volume 13 is gas-tight with respect to the interior of the movable erosion contact.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

654140 654140

taktes 3 abgeschottet ist. Die beiden Hauptkontakte 4 und 6 sind miteinander in Eingriff. bar 3 is sealed off. The two main contacts 4 and 6 are in engagement with each other.

Beim Ausschalten wird das bewegliche Schaltstück 1 nach unten bewegt, wodurch zunächst die beiden Hauptkontakte 4 und 6 voneinander getrennt, und der abzuschaltende Strom vom Dauerstrompfad auf den Abbrandkontaktpfad kommu-tiert wird. Gleichzeitig wird der mit dem beweglichen Kontakt 3 verbundene Kolben 11 in dem Zylinder 12 nach unten geführt. Da sich die gesamte Kontaktanordnung in einem Isoliergas, wie beispielsweise Schwefelhexafluorid, befindet, wird hierdurch das unterhalb des Kolbens 11 befindliche Gas komprimiert. Da dieses Gas mit dem Volumen 13 in Verbindung steht, wird hiermit zugleich auch das im Volumen 13 vorgesehene Gas komprimiert. Ein Teil des komprimierten Gases strömt durch den zwischen Düsenengnis 10 der Isolierstoffdüse 9 und feststehendem Abbrandkontakt 5 befindlichen Ringspalt ab. Erreichen die Abbrandkontakte 3 und 5 die in der rechten Hälfte der Fig. 1 dargestellte Lage, so beginnt das komprimierte Gas nun auch durch den zwischen den beiden Abbrandkontakten 3 und 5 gebildeten Ringspalt ins Innere des düsenförmig ausgebildeten Abbrandkontaktes 3 zu strömen. Wie in der linken Hälfte von Fig. 1 dargestellt ist, wird der nach Aufhebung des Kontakteingriffes zwischen den beiden Abbrandkontakten 3 und 5 gebildete Lichtbogen 14 nun durch die Gasströmung 15 doppelt bebla-sen, wodurch eine besonders wirkungsvolle Verwirbelung der heissen Lichtbogengase mit frischem Löschgas und somit eine erhöhte Ausschaltleistung erreicht wird. Um bereits kurz nach der Kontakttrennung eine wirkungsvolle Doppelbeblasung zu erzielen, sind der Durchmesser des Abbrandkontaktes 5 und der Durchmesser des Engnisses 10 der Isolierstoffdüse 9 derart bemessen, dass die Fläche F2 des Ringspaltes zwischen Abbrandkontakt 5 und Engnis 10 der Isolierstoffdüse 9 mindestens 30% der Grösse der Durchtritts fläche Fi des Düsenengnisses 7 des beweglichen Abbrandkontaktes 3 beträgt. When switching off, the movable contact piece 1 is moved downward, as a result of which the two main contacts 4 and 6 are initially separated from one another, and the current to be switched off is commutated from the continuous current path to the erosion contact path. At the same time, the piston 11 connected to the movable contact 3 is guided downward in the cylinder 12. Since the entire contact arrangement is in an insulating gas, such as sulfur hexafluoride, the gas located below the piston 11 is thereby compressed. Since this gas is connected to the volume 13, the gas provided in the volume 13 is also compressed. Part of the compressed gas flows out through the annular gap located between the nozzle constriction 10 of the insulating material nozzle 9 and the fixed erosion contact 5. If the erosion contacts 3 and 5 reach the position shown in the right half of FIG. 1, the compressed gas now also begins to flow through the annular gap formed between the two erosion contacts 3 and 5 into the interior of the nozzle-shaped erosion contact 3. As shown in the left half of Fig. 1, the arc 14 formed after the removal of the contact between the two erosion contacts 3 and 5 is now double-blown by the gas flow 15, whereby a particularly effective swirling of the hot arc gases with fresh quenching gas and thus an increased breaking capacity is achieved. In order to achieve effective double blowing shortly after the contact separation, the diameter of the erosion contact 5 and the diameter of the throat 10 of the insulating material nozzle 9 are dimensioned such that the area F2 of the annular gap between the erosion contact 5 and the throat 10 of the insulating material nozzle 9 is at least 30% of the size the passage area Fi of the nozzle 7 of the movable erosion contact 3 is.

Bei einem Schalter mit einem Durchmesser des feststehenden Abbrandkontaktes 5 von ca. 40 mm kann bei einer Ringspaltbreite zwischen 3 und 4 mm die Ausschaltleistung erheblich gegenüber einem Schalter mit gleichen Abmessungen, aber mit einem erheblich schmaleren Ringspalt erhöht werden. 5 Die Ausführungsform des erfindungsgemässen Schalters gemäss Fig. 2 weist zusätzlich noch das Merkmal auf, dass am feststehenden Abbrandkontakt 5 eine Verdickung 16 vorgesehen ist, deren Durchmesser dem Durchmesser des Düsenengnisses 10 der Isolierstoffdüse 9 entspricht. Diese Verdickung 16 io durchsetzt im eingeschalteten Zustand das Düsenengnis 10 der Isolierstoffdüse 9. Dieser Schalter weist zusätzlich noch den Vorteil auf, dass erst nach einer Vorkompressionsphase ein Ringspalt zwischen Düsenengnis 10 und Abbrandkontakt 5 gebildet wird. Dies bedingt einen geringeren Verbrauch an Lösch-15 gas und somit eine kleinere Dimensionierung der Kompressions-vorrichtung 11, 12 und des Antriebes. In the case of a switch with a diameter of the fixed erosion contact 5 of approx. 40 mm and with an annular gap width between 3 and 4 mm, the breaking capacity can be increased considerably compared to a switch with the same dimensions but with a considerably narrower annular gap. 5 The embodiment of the switch according to the invention according to FIG. 2 additionally has the feature that a thickening 16 is provided on the fixed erosion contact 5, the diameter of which corresponds to the diameter of the nozzle neck 10 of the insulating material nozzle 9. This thickening 16 io passes through the nozzle cone 10 of the insulating material nozzle 9 in the switched-on state. This switch additionally has the advantage that an annular gap is formed between the nozzle cone 10 and the erosion contact 5 only after a pre-compression phase. This requires a lower consumption of extinguishing gas and thus a smaller dimensioning of the compression device 11, 12 and the drive.

In der Ausführungsform gemäss Fig. 3 ist am feststehenden Abbrandkontakt 5 ebenfalls eine Verdickung 16 vorgesehen, deren Durchmesser gleich dem Durchmesser des Düsenengnisses 20 10 der Isolierstoffdüse 9 ist, hierbei weist jedoch die Verdik-kung 16 an ihrem dem beweglichen Abbrandkontakt 3 zugewandten Ende etwa denselbenn Abstand vom Düsenengnis 10 der Isolierstoffdüse 9 auf, wie die einander zugewandten Enden der Abbrandkontakte 3, 5 voneinander. Bei dieser Ausfüh-25 rungsform des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungs-schalters ergibt sich erst bei der Kontakttrennung zwischen der Verdickung 16 und dem Düsenengnis 10 der Isolierstoffdüse 9 ein Ringspalt, durch den komprimiertes Löschgas abströmen kann. Dies ist auf der rechten Seite von Fig. 3 dargestellt. 30 Durch diese zusätzlichen Massnahmen ergibt sich der Vorteil, dass erst im Zeitpunkt der Kontakttrennung komprimiertes Löschgas entweicht, was bedeutet, dass das gesamte zur Verfügung stehende komprimierte Löschgas ausschliesslich zur Beblasung des zwischen den Abbrandkontakten 3, 5 gezogenen 35 Ausschaltlichbogens zur Verfügung steht. In the embodiment according to FIG. 3, a thickening 16 is also provided on the fixed erosion contact 5, the diameter of which is equal to the diameter of the nozzle neck 20 10 of the insulating nozzle 9, but here the thickening 16 has approximately the same at its end facing the movable erosion contact 3 Distance from the nozzle cone 10 of the insulating nozzle 9, like the mutually facing ends of the erosion contacts 3, 5 from one another. In this embodiment of the high-voltage circuit breaker according to the invention, an annular gap through which compressed extinguishing gas can flow out only arises when the contact between the thickening 16 and the nozzle constriction 10 of the insulating material nozzle 9. This is shown on the right side of FIG. 3. 30 These additional measures have the advantage that compressed extinguishing gas only escapes at the time of the contact separation, which means that the entire available compressed extinguishing gas is available exclusively for blowing the 35 arcing arc drawn between the burnout contacts 3, 5.

3 Blätter Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

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1. High-voltage circuit breaker with two mutually movable and coaxially arranged erosion contacts (3, 5), of which the first (3) is nozzle-shaped and rigidly connected to an insulating nozzle (9), and the second (5) in the closed position of the insulating nozzle ( 9) penetrates into its narrow part (10) and engages inside the first erosion contact (3), with a device for compressing extinguishing gas, in which a movable part (11) is rigid with one (3) of the two erosion contacts (3, 5) is connected and with eir nem by the insulating nozzle (9) and the two erosion contacts (3, 5) limited volume (13), in which compressed extinguishing gas is contained when switching off before disconnecting both erosion contacts (3, 5), characterized in that the diameter of the second erosion contact (5) and the diameter of the nozzle neck (10) of the insulating material nozzle (9) are dimensioned such that when the erosion contacts (3, 5) from the nozzle cone (10). Isolierstoffdüse (9) and the second erosion contact (5) limited annular area (F2) at least 30% of the size of the passage area (Fi) of the nozzle cone (7) of the first erosion contact (3).

2. High-voltage circuit breaker according to claim 1, characterized in that the diameter of the nozzle neck (10) of the insulating nozzle (9) is at least 3 mm larger than the diameter of the second erosion contact (5).

2nd

PATENT CLAIMS

3. High-voltage circuit breaker according to claim 1 or 2, characterized in that a cylindrical thickening (16) is provided on the second erosion contact (5), the diameter of which is equal to the diameter of the nozzle neck (10) of the insulating nozzle (9).

4. High-voltage circuit breaker according to claim 3, characterized in that the thickening (16) at its end facing the first erosion contact (3) has approximately the same distance from the nozzle cone (10) of the insulating nozzle (9) as the mutually facing ends of the erosion contacts (3 , 5) from each other.