CH658936A5

CH658936A5 - METAL-ENCLOSED HIGH VOLTAGE SWITCHGEAR.

Info

Publication number: CH658936A5
Application number: CH507482A
Authority: CH
Inventors: Andreas Dr Plessl
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1982-08-26
Filing date: 1982-08-26
Publication date: 1986-12-15
Also published as: DE3237146A1; DE3237146C3; DE3237146C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein metallgekapseltes Hochspannungsschaltgerät, insbesondere einen Trennschalter gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a metal-encapsulated high-voltage switching device, in particular a disconnector according to the preamble of claim 1.

Werden Hochspannungsschaltgeräte unter Spannung betätigt, so zündet über die Trennstrecke, z.B. zwischen einem beweglichen Schaltstift und einem diesem zugeordneten Gegenschaltstück, z.B. einem Nachlaufstift, ein Funke. Nach Ausbildung des Funkenkanals stellt sich um diesen herum s ein radiales elektrisches Feld ein, welches vor der Funkenzündung entlang der Trennstrecke ausgerichtet war. Bei grossen Vor- bzw. Rückzünddistanzen zwischen Schaltstift und Nachlaufstift kann es zu Erdüberschlägen kommen. Diese entstehen dadurch, dass aus dem primären Funken-lo kanal, besonders wenn dieser ausserhalb der Achse der Trennstrecke liegt, entlang des radialen elektrischen Feldes sekundäre Funkenkanäle in radialer Richtung abzweigen und auf der äusseren metallischen Kapselung ansetzen. Dadurch kann es zu Beschädigungen des Hochspannungs-15 schaltgerätes kommen, wodurch z.B. ganze Anlagenteile eines elektrischen Energieversorgungsnetzes ausfallen oder wenigstens nachhaltig in ihrer Verfügbarkeit beeinträchtigt werden können. If high-voltage switchgear is actuated under voltage, it ignites via the isolating path, e.g. between a movable switching pin and a counter contact piece assigned to it, e.g. a trailing pin, a spark. After the spark channel has been formed, a radial electric field is established around it, which was aligned along the separation path before the spark ignition. In the case of large pre-ignition or re-ignition distances between the switching pin and the trailing pin, earth flashovers can occur. These arise from the fact that secondary spark channels branch off in the radial direction from the primary spark channel, especially if it lies outside the axis of the separation path, along the radial electrical field and attach to the outer metallic encapsulation. This can damage the high-voltage switching device, which can cause e.g. Entire system parts of an electrical power supply network fail or at least their availability can be permanently impaired.

Aus der DE-AS 2 831 131 ist ein metallgekapseltes Hoch-20 spannungsschaltgerät mit zwei in der Ausschaltstellung die Trennstrecke begrenzenden Feldelektroden und einem die Trennstrecke in der Einschaltstellung durchsetzenden beweglichen Schaltstift bekannt. Zur Vermeidung von Erdüberschlägen ist aus dieser Schrift weiter bekannt, die den 25 Schaltstift koaxial umgebende Feldelektrode mit diesem gemeinsam in eine Zwischenstellung zu bewegen, wodurch das elektrische Feld am Funkenkanal zwischen den Feldelektroden in günstiger Weise durch Abschirmung beeinflusst wird. Die Führung von Schaltstift und der ihn umgebenden 30 Feldelektrode ist gemäss dieser Schrift mittels eines mit Lenkern versehenen Hebelgetriebes derart ausgeführt, dass beim Einschaltvorgang zunächst die Feldelektrode in die Zwischenstellung überführt, und erst wenn diese erreicht ist, der Schaltstift aus dieser heraus und über diese hinaus in die Ein-35 schaltstellung bewegt wird. Beim Ausschaltvorgang sind die Verhältnisse umgekehrt. DE-AS 2 831 131 discloses a metal-encapsulated high-20 voltage switching device with two field electrodes which delimit the isolating distance in the switched-off position and a movable switching pin which penetrates the isolating distance in the switched-on position. To avoid arcing, it is also known from this document that the field electrode coaxially surrounding the switching pin is moved together with it into an intermediate position, as a result of which the electric field on the spark channel between the field electrodes is favorably influenced by shielding. The guidance of the switching pin and the surrounding 30 field electrode is carried out according to this document by means of a lever mechanism provided with handlebars in such a way that the field electrode is first transferred to the intermediate position when the switch is switched on, and only when this is reached, the switching pin out of and beyond it is moved to the on position. The situation is reversed when switching off.

Bei dieser Lösung wird zwar ein gewisser Abschirmeffekt bezüglich des elektrischen Feldes am Funkenkanal erreicht, jedoch ist dieser Abschirmeffekt nicht optimal, da zwischen 40 den Feldelektroden in der Zwischenstellung ein Abstand geringer als die Zünddistanz für eine Funkenbildung zwischen diesen Feldelektroden nicht eingestellt werden darf. Im übrigen ist das offenbarte mechanische Hebelgetriebe sehr aufwendig. With this solution, a certain shielding effect is achieved with regard to the electrical field on the spark channel, but this shielding effect is not optimal, since a distance between the field electrodes in the intermediate position must not be set smaller than the ignition distance for sparking between these field electrodes. In addition, the mechanical lever mechanism disclosed is very expensive.

45 Der Erfindung liegt daher insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein metallgekapseltes Hochspannungsschaltgerät der eingangs genannten Art anzugeben, bei welchem Erdüberschläge während der Schaltvorgänge auf einfachere und optimale Weise vermieden werden können. 45 The invention is therefore based in particular on the object of specifying a metal-encapsulated high-voltage switching device of the type mentioned, in which earth flashovers can be avoided in a simpler and optimal way during the switching operations.

50 Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung gelöst durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. 50 This object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of patent claim 1.

Weitere Merkmale, Vorteile sowie bevorzugte Ausgestal-55 tungen der Erfingung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Es zeigt: Further features, advantages and preferred embodiments of the invention result from the following description of exemplary embodiments in conjunction with the accompanying drawings. It shows:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste beispielsweise Ausfüh-60 rungsform der erfindungswesentlichen Teile eines Hochspannungsschaltgerätes, a) in der Ausschaltstellung, b) in einer Gleichgewichtsstellung, c) in der Einschaltstellung und Fig. 1 shows a section through a first example embodiment of the parts of a high-voltage switching device essential to the invention, a) in the off position, b) in an equilibrium position, c) in the on position and

Fig. 2 ebenfalls im Schnitt eine Abwandlung der erfindungswesentlichen Teile des Hochspannungsschaltgerätes 65 nach Fig. 1, jedoch nur in der Ausschaltstellung. Fig. 2 also in section a modification of the essential parts of the invention of the high-voltage switching device 65 of FIG. 1, but only in the off position.

In den Figuren sind gleiche Teile mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Alle zum unmittelbaren Ver- In the figures, the same parts are provided with the same reference numerals. All for immediate

3 3rd

658 936 658 936

ständnis der Erfindung nicht notwendigen Konstruktionsmerkmale sind in den Figuren fortgelassen worden. Understanding of the invention design features not necessary have been omitted in the figures.

Auch ist in den Figuren jeweils nur eine Hälfte des vollständigen Schnittbildes des Hochspannungsschaltgerätes gezeigt, da sich die zweite Hälfte jeweils aus der Rotationssymmetrie um die als Strich-Punkt-Linie ausgeführte Mittellinie ergibt. Also only one half of the complete sectional view of the high-voltage switching device is shown in the figures, since the second half results in each case from the rotational symmetry around the center line designed as a dash-dot line.

Gemäss Fig. 1 sind mit 1 und 2 zwei Feldelektroden bezeichnet. Die Feldelektrode 1 ist in Richtung zur Feldelektrode 2 hin (bzw. von dieser weg) beweglich. Mit 3 ist ein beweglicher Schaltstift bezeichnet, der von der Feldelektrode 1 koaxial umgeben ist. Das Gegenschaltstück zum Schaltstift 3 ist durch einen Nachlaufstift 4 und einen Hauptstromfinger 5 ausgebildet, die von der Feldelektrode 2 koaxial umgeben sind. Mit 6 ist die äussere metallische Kapselung bezeichnet. Schaltstift 3 und die ihn umgebende Feldelektrode 1 sind über eine Feder 7 miteinander verbunden. Die Feder 7 ist mit ihrem der Trennstrecke zwischeaden Feldelektroden 1,2 abgewandten Ende am Schaltstift 3 und mit ihrem anderen Ende an der diesen umgebenden Feldelektrode 1 befestigt. Die Ausschaltstellung des Hochspannungsschaltgerätes ist in Fig. 1 unter a) dargestellt. In dieser Stellung ist der Schaltstift 3 ganz in der ihn umgebenden Feldelektrode 1 versenkt. Die Feldelektrode 1, die, wie oben erläutert, beweglich ist, schlägt in dieser Stellung mit einem an ihrer Innenwand angebrachten Anschlaglappen 8 an einen ersten feststehenden Anschlag 9 an. Die Feder 7 ist dabei auf Zug belastet und hält somit die Feldelektrode 1 fest am Anschlag 9. 1, 1 and 2 denote two field electrodes. The field electrode 1 is movable towards (or away from) the field electrode 2. 3 with a movable switching pin is designated, which is coaxially surrounded by the field electrode 1. The counter contact piece to the switching pin 3 is formed by a trailing pin 4 and a main current finger 5, which are coaxially surrounded by the field electrode 2. The outer metallic encapsulation is designated by 6. Switching pin 3 and the field electrode 1 surrounding it are connected to one another via a spring 7. The spring 7 is fastened to the switching pin 3 with its end facing away from the separating distance between the field electrodes 1, 2 and with its other end to the field electrode 1 surrounding it. The switch-off position of the high-voltage switching device is shown in Fig. 1 under a). In this position, the switching pin 3 is completely sunk in the field electrode 1 surrounding it. The field electrode 1, which, as explained above, is movable, strikes in this position with a stop tab 8 attached to its inner wall against a first fixed stop 9. The spring 7 is loaded under tension and thus holds the field electrode 1 firmly against the stop 9.

Beim Einschaltvorgang wird der Schaltstift 3 in üblicher Weise mittels eines bekannten und deshalb auch nicht dargestellten Antriebes in Richtung zum Gegenschaltstück 4, 5 bzw. der Feldelektrode 2 bewegt. Dabei entspannt sich zunächst die Feder 7. Solange die Feder 7 jedoch noch gespannt ist, verbleibt die Feldelektrode 1 am Anschlag 9. Die Befestigungspunkte der Feder 7 am Schaltstift 3 und an der Feldelektrode 1 sind nun so gewählt, dass die Feder 7 gerade entspannt ist, wenn die Spitze des Schaltstiftes 3 im Vergleich zur Länge der Trennstrecke in der Ausschaltstellung geringfügig über die Feldelektrode 1 in die Trennstrecke hinein vorsteht, und zwar mindestens soweit, dass sich bei anliegender Potentialdifferenz (zwischen den Feldelektroden) an dieser Spitze ein höheres elektrisches Feld ausbildet als an der Feldelektrode 1. Dieser Gleichgewichtszustand mit gerade entspannter Feder 7 ist in Fig. 1 unter b) dargestellt. When switching on, the switching pin 3 is moved in the usual way by means of a known and therefore not shown drive in the direction of the counter-switching piece 4, 5 or the field electrode 2. The spring 7 initially relaxes as long as the spring 7 is still tensioned, the field electrode 1 remains at the stop 9. The fastening points of the spring 7 on the switching pin 3 and on the field electrode 1 are now selected such that the spring 7 is just relaxed , when the tip of the switching pin 3 protrudes slightly beyond the length of the isolating section in the off position via the field electrode 1 into the isolating section, at least to the extent that a higher electric field is formed at this tip if there is a potential difference (between the field electrodes) than at the field electrode 1. This state of equilibrium with the spring 7 just relaxed is shown in FIG. 1 under b).

Bei entspannter Feder 7 wird die bewegliche Feldelektrode 1 vom Schaltstift 3 synchron mitgenommen, bis der Anschlaglappen 8 an einen zweiten feststehenden Anschlag 10 anschlägt, wodurch die Weiterbewegung der Feldelektrode 1 in einer Zwischenstellung begrenzt wird. In dieser Zwischenstellung wird der Nachlaufstift 4 bereits durch den Schaltstift 3 kontaktiert. When the spring 7 is relaxed, the movable field electrode 1 is carried synchronously by the switching pin 3 until the stop tab 8 strikes a second fixed stop 10, whereby the further movement of the field electrode 1 is limited in an intermediate position. In this intermediate position, the trailing pin 4 is already contacted by the switching pin 3.

Bei der Weiterbewegung des Schaltstiftes 3 unter Zurückdrängung des z.B. federnd abgestützten Nachlaufstiftes 4 in die Einschaltstellung, welche in Fig. 1 unter c) dargestellt ist, wird die Feder 7 auf Druck belastet und hält deshalb die Feldelektrode 1 fest in der Zwischenstellung am Anschlag 10. When moving the switching pin 3 while pushing back the e.g. Spring-supported trailing pin 4 in the switch-on position, which is shown in FIG. 1 under c), the spring 7 is loaded under pressure and therefore holds the field electrode 1 firmly in the intermediate position at the stop 10.

Beim Ausschaltvorgang sind die Verhältnisse genau entgegengesetzt wie beim beschriebenen Einschaltvorgang. When switching off, the conditions are exactly opposite to those described in the switching on process.

Solange die Feder 7 auf Druck belastet ist, bleibt die Feldelektrode 1 in der Zwischenstellung am Anschlag 10. Erst wenn sich der Schaltstift 3 soweit zurückbewegt hat, dass die Fe der 7 entspannt ist, löst sich die Feldelektrode 1 vom Anschlag 10 und bewegt sich synchron mit dem Schaltstift 3 zurück bis sie am Anschlag 9 anschlägt. Schliesslich wird der As long as the spring 7 is under pressure, the field electrode 1 remains in the intermediate position at the stop 10. Only when the switching pin 3 has moved back so far that the spring 7 is relaxed, the field electrode 1 detaches from the stop 10 and moves synchronously with the switch pin 3 until it stops at the stop 9. Finally, the

Schaltstift 3 in der Feldelektrode 1 versenkt, wobei sich die Feder 7 wiederum spannt. Switch pin 3 sunk in the field electrode 1, the spring 7 in turn tensioning.

Bei einem Ein- bzw. Ausschaltvorgang unter Spannung zündet über die Trennstrecke ein Funke. Da der Schaltstift 3 während der Schaltvorgänge wie erläutert immer über die Feldelektrode 1 in die Trennstrecke hinein vorsteht und einen grösseren Krümmungsradius an seiner Spitze aufweist als die ihn umgebende Feldelektrode 1, bildet sich an der Spitze des Schaltstiftes 3 eine höhere elektrische Feldstärke aus als an der Feldelektrode 1, weshalb der Funke sicher auf der Spitze des Schaltstiftes 3 ansetzt. Die Feldelektrode 1 kann deshalb ohne Gefahr dicht hinter der Spitze des Schaltstiftes 3 in die Zwischenstellung mitgeführt werden, die sich aus dem gleichen Grund in einem weit geringeren Abstand von der Feldelektrode 2 befinden kann als etwa der Zünddistanz zwischen den Feldelektroden 1, 2 bei nicht vorstehendem Schaltstift 3 entsprechen würde. Die Feldelektrode 1 zentriert durch ihre jeweils unmittelbare Nähe zum Funken diesen stark auf die Achse der Trennstrecke und reduziert gleichzeitig durch Verdrängung des elektrischen Feldes aus dem Raum zwischen den Feldelektroden 1, 2 nach aussen zur äusseren Kapselung 6 hin, die radiale elektrische Feldstärke am Funkenkanal in optimaler Weise. Dadurch wird in besonders vorteilhafter und einfacher Weise die Entwicklung von Erdüberschlägen gleich zweifach ursächlich verhindert. When switching on or off under voltage, a spark ignites across the isolating gap. Since the switching pin 3 always protrudes through the field electrode 1 into the separation path during the switching operations and has a larger radius of curvature at its tip than the field electrode 1 surrounding it, a higher electric field strength is formed at the tip of the switching pin 3 than at the Field electrode 1, which is why the spark attaches securely to the tip of the switching pin 3. The field electrode 1 can therefore be carried close behind the tip of the switching pin 3 into the intermediate position without danger, which for the same reason can be located at a much smaller distance from the field electrode 2 than the ignition distance between the field electrodes 1, 2 in the case of the above Switch pin 3 would correspond. Due to its immediate proximity to the spark, the field electrode 1 centers it strongly on the axis of the separating path and at the same time reduces the radial electric field strength at the spark channel by displacing the electric field from the space between the field electrodes 1, 2 to the outer encapsulation 6 optimal way. As a result, the development of arcing is prevented in two particularly advantageous and simple ways.

Fig. 2 zeigt wie Fig. 1 unter a) die erfindungswesentlichen Teile des Hochspannungsschaltgerätes in der Ausschaltstellung, jedoch in einer zwei konstruktive Merkmale betreffenden anderen, bevorzugten Ausführungsform. 2 shows, like FIG. 1 under a), the parts of the high-voltage switching device which are essential to the invention in the switched-off position, but in another preferred embodiment which relates to two structural features.

So ist zum einen nach Fig. 2 die Feldelektrode 1 aus mehreren ineinandergeschalteten Teilstücken 11,12 und 13 zusammengesetzt und ist deshalb bei den Schaltvorgängen teleskopartig ausziehbar bzw. zusammenschiebbar. Die einzelnen Teilstücke 11,12,13 können dabei z.B. über Zwischenringe oder Kugellager beweglich gegeneinander gelagert und durch übliche Mittel gegen ein Auseinanderfallen beim Ausziehen gesichert werden. Die Zwischenstellung ist dann durch die maximale Ausziehlänge der Feldelektrode 1 bestimmt, während in der Ausschaltstellung die Teilstücke 11, 12, 13 praktisch vollkommen ineinandergeschoben sind. Die Feldelektrode 1 benötigt daher in dieser Ausführungsform in vorteilhafter Weise nicht mehr Raum als z.B. eine feststehende Feldelektrode. Zum anderen ist nach Fig. 2 die auf Druck und Zug belastete Feder 7 nach Fig. 1 durch zwei Federn 14 und 15 ersetzt, welche jeweils nur auf Druck belastet werden und daher mechanisch zuverlässiger sind. Die Druckfedern 14 und 15 sind jeweils mit einem ihrer Enden am Schaltstift 3 und mit ihren anderen Enden an der Feldelektrode 1, und zwar in der teleskopartigen Ausführungsform der Feldelektrode 1 am innersten 13 ihrer Teilstücke 11, 12,13 abgestützt. Da die Druckfedern nur auf Druck belastet werden, ist es unnötig, sie am Schaltstift 3 oder an der Feldelektrode 1 zu befestigen; eine Abstützunggenügt. Die Abstützpunkte sind dabei wieder so gewählt, dass der Schaltstift 3 in seiner durch die beiden Druckfedern 14 und 15 bestimmten relativen Gleichgewichtslage zur Feldelektrode 1 geringfügig über diese hinaus in die Trennstrecke hinein vorsteht. In dieser Gleichgewichtslage können die Druckfedern 14 und 15 durchaus auf Druck belastet sein. Auch können sie unterschiedliche Federkonstanten, Längen oder Durchmesser aufweisen. Vorzugsweise werden die Längen der Druckfedern 14 und 15 und die Abstützpunkte so gewählt, dass in der Ausschaltstellung und in der Einschaltstellung jeweils eine der Druckfedern 14 oder 15 entlastet oder wenigstens fast entlastet ist. 2, the field electrode 1 is composed of a plurality of interconnected sections 11, 12 and 13 and can therefore be telescopically pulled out or pushed together during the switching operations. The individual sections 11, 12, 13 can e.g. are movably supported against each other via intermediate rings or ball bearings and secured against falling apart when pulled out by conventional means. The intermediate position is then determined by the maximum extension length of the field electrode 1, while in the switched-off position the sections 11, 12, 13 are practically completely pushed into one another. In this embodiment, the field electrode 1 therefore advantageously does not require more space than e.g. a fixed field electrode. On the other hand, according to FIG. 2, the spring 7 loaded according to FIG. 1, under pressure and tension, is replaced by two springs 14 and 15, which are each only loaded under pressure and are therefore mechanically more reliable. The compression springs 14 and 15 are each supported with one of their ends on the switching pin 3 and with their other ends on the field electrode 1, in the telescopic embodiment of the field electrode 1 on the innermost 13 of its sections 11, 12, 13. Since the compression springs are only loaded under pressure, it is unnecessary to attach them to the switching pin 3 or to the field electrode 1; one support is sufficient. The support points are again chosen so that the switching pin 3 in its relative equilibrium position, determined by the two compression springs 14 and 15, protrudes slightly beyond the field electrode 1 into the separation path. In this equilibrium position, the compression springs 14 and 15 may well be under pressure. They can also have different spring constants, lengths or diameters. The lengths of the compression springs 14 and 15 and the support points are preferably selected such that one of the compression springs 14 or 15 is relieved or at least almost relieved in the switched-off position and in the switched-on position.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

SO SO

55 55

60 60

65 65

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

658 936 PATENT CLAIMS

1. Metal-encapsulated high-voltage switching device with two field electrodes (1, 2) delimiting a separating distance between two potentials in the switched-off position and a movable switching pin (3) penetrating the separating distance in the switched-on position, with which the field electrode (1) surrounding it coaxially can be moved together into an intermediate position characterized in that when the switching pin (3) and the field electrode (1) surrounding it move between the switch-off position and the intermediate position of the switching pin (3), at least as far beyond the field electrode (1) surrounding it and into the isolating distance protrudes that s there is a higher electric field at its protruding tip than at the surrounding field electrode (1) if there is a potential difference.

2. High-voltage switching device according to claim 1, characterized in that the distance between the two field electrodes (1, 2) in the intermediate position is smaller than the ignition distance for a spark between the field electrodes (1, 2) for a given potential difference.

3. High-voltage switching device according to claim 1 or 2, characterized in that the switching pin (3) with the surrounding field electrode (1) is resiliently connected in the direction of movement.

4. High-voltage switching device according to claim 3, characterized in that the resilient connection is formed by a spring (7) which, with its end facing away from the isolating section, is fastened to the switching pin (3) and with its other end to the field electrode (1) surrounding it is.

5. High-voltage switching device according to claim 3, characterized in that the resilient connection is formed by a combination of two compression springs (14, 15), one of the compression springs (14) with its end facing away from the isolating section on the switching pin (3), with its other end on the surrounding field electrode (1) and the second compression spring (15) is attached in the reverse manner.

6. High-voltage switching device according to claim 4 or 5, characterized in that the position of the fastening points of the spring (7) or the compression springs (14, 15) is selected such that the switching pin (3) in its by the spring (7) or understands the compression springs (14, 15) determined equilibrium position relative to the field electrode (1) surrounding it into the separation path.

7. High-voltage switching device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the movement of the field electrode surrounding the switching pin (3) is limited by stops (9, 10) in the off position and in the intermediate position.

8. High-voltage switching device according to claim 1, characterized in that the field electrode (1) surrounding the switching pin (3) is made telescopically extendable from a plurality of nested and mutually movable sections (11, 12, 13).

9. High-voltage switching device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the switching pin contacts a movable trailing pin (4) when the field electrode (1) surrounding the switching pin (3) is in the intermediate position.