DD241810A1

DD241810A1 - SWITCHPOL FOR CIRCUIT BREAKER

Info

Publication number: DD241810A1
Application number: DD28176385A
Authority: DD
Inventors: Klaus Boehme; Michael Digmayer; Heinz Schneidereit
Original assignee: Buchwitz Otto Starkstrom
Priority date: 1985-10-16
Filing date: 1985-10-16
Publication date: 1986-12-24
Also published as: EP0222073A2; EP0222073A3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schalterpool fuer Leistungsschalter, der mit einer Vakuumschaltkammer ausgeruestet ist. Sie geht von einer Anordnung aus, wo die Vakuumschaltkammer in einem Isoliergehaeuse angeordnet ist. In selbigen sind wenigstens zwei Steuerelektroden vorgesehen, die die Vakuumschaltkammer umfassen und die gleichzeitig an das Potential des jeweils naechstliegenden Anschlusses der Vakuumschaltkammer angelenkt sind. Es kommt darauf an, durch Potentialverteilung einerseits Teilentladungen sicher zu vermeiden und die dielektrische Beanspruchung im Isolierstoff des Isoliergehaeuses in Grenzen zu halten; andererseits soll das Schaltvermoegen der Schaltkammer nicht unguenstig beeinflusst werden. Die Erfindung lehrt, den Metallschirm der Vakuumschaltkammer und/oder eine dritte Steuerelektrode durch die Gestaltung der beiden Steuerelektroden so zu beeinflussen, dass sie im geschlossenen Zustand des Schalters volles Potential und im geoeffneten Zustand desselben etwa halbes Potential annehmen. Die Anordnung ist auch fuer die Faelle geeignet, wo die aeussere Oberflaeche des Isoliergehaeuses keinen Erdbelag aufweist bzw. wo mehrere Schalterpole in einem Gefaess untergebracht sind, das mit einem Isoliergas, z. B. SF6, gefuellt ist.The invention relates to a switch pool for circuit breaker, which is equipped with a vacuum interrupter chamber. It is based on an arrangement where the vacuum interrupter chamber is arranged in a Isoliergehaeuse. In selbigen at least two control electrodes are provided which comprise the vacuum interrupter chamber and are simultaneously articulated to the potential of the next closest connection of the vacuum interrupter chamber. It is important to avoid by potential distribution on the one hand partial discharges safely and to keep the dielectric stress in the insulating material of Isoliergehaeuses within limits; On the other hand, the switching capacity of the switching chamber should not be affected unfavorably. The invention teaches to influence the metal screen of the vacuum interrupter chamber and / or a third control electrode by the design of the two control electrodes so that they assume full potential in the closed state of the switch and about half potential in the opened state thereof. The arrangement is also suitable for cases where the outer surface of Isoliergehaeuses has no earth covering or where several switch poles are housed in a Gefaess, with an insulating gas, eg. B. SF6, is filled.

Description

Dadurch liegen zumindest im Schaltzustand „Aus" Abschnitte vor, die elektrisch hoch belastet sind; hinreichende Angaben, wie diese Belastungen und die damit verbundene Teilentladungsgefahr auf ein möglichst niedriges Maß reduziert werden können, wurden bisher nicht gemacht.As a result, there are at least in the switching state "off" sections that are electrically highly loaded, sufficient information on how these loads and the associated partial discharge risk can be reduced to the lowest possible level, have not been made.

Object of the invention

Die Erfindung verfolgt das Ziel, einen Schalterpol gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches isoliertechnisch zu verbessern.The invention aims to improve a switch pole according to the preamble of claim isoliertechnisch.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalterpol gemäß des Oberbegriffes des Patentanspruches so weiterzubilden, daß bei beiden Schaltzuständen „Ein" und „Aus" die elektrische Feldstärke und die damit verbundene Gefahr von Teilentladungen in Abschnitten zwischen Isolierstoffgehäuse und Vakuumschaltkammer auf ein Mindestmaß reduziert und im Zusammenhang damit der Einfluß benachbarter Elektroden auf die Spannungsverteilung in der Vakuumschaltkammer sowie deren Ausschaltvermögen nahezu vermieden werden kann.The invention has the object of developing a switch pole according to the preamble of claim so that in both switching states "on" and "off" the electric field strength and the associated risk of partial discharges in sections between Isolierstoffgehäuse and vacuum interrupter chamber is reduced to a minimum and In connection with this, the influence of adjacent electrodes on the stress distribution in the vacuum interrupter chamber as well as their breaking capacity can be almost avoided.

Diese Aufgabe wird bei einem Schalterpol gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches genannten Merkmale Anwendung finden.This object is achieved in a Schalterpol according to the preamble of the main claim in that according to the invention mentioned in the characterizing part of the main claim features application.

embodiment

Das Erfindungskonzept wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die den Patentansprüchen angefügten Zeichnungen erläutertThe inventive concept will be explained below with reference to an embodiment with reference to the drawings attached to the claims

Es zeigen: Show it:

Fig. 1: einen vollfeststoffisolierten Schalterpol im Längsschnitt, wo das die Vakuumschaltkammer umschließendeFig. 1: a fully solid-insulated switch pole in longitudinal section, where the enclosing the vacuum interrupter chamber

Isoliergehäuse auf seiner äußeren Oberfläche einen geerdeten leitenden Belag trägt; Fig. 2: einen feststoffgasisolierten Schalterpol im Längsschnitt, wo das die Vakuumschaltkammer umschließende Isoliergehäuse keinen geerdeten Belag trägt, sich jedoch geerdete Bauteile, z. B. Kapselungsteile der Schaltanlage in der Nähe des Schalterpols befinden.Insulating housing carries on its outer surface a grounded conductive coating; Fig. 2: a solid material gas-insulated switch pole in longitudinal section, where the vacuum interrupter enclosing insulating housing does not carry a grounded lining, but grounded components, such. B. encapsulation parts of the switchgear are located near the Schalterpols.

In Fig. 1 ist ein Schalterpol gezeigt, in dem eine komplette Vakuumschaltkammer 1, bestehend aus einem oberen feststehenden Schaltkontaktstück 2 mit einem daran angebrachten oberen feststehenden Kontaktstab 3, einem unteren beweglichen Schaltkontaktstück 4 mit einem unteren axial beweglichen Kontaktstab 5 und einem Metallbalgen 6, angeordnet ist. Die Schaltkontaktstücke 2 und 4 mit ihren Kontaktstäben 3 und 5 befinden sich in einem luftdichten und evakuierten Gehäuse, bestehend aus einem oberen Isolator 7 und einem unteren Isolator 8 sowie einem auf freiem Potential liegenden Metallschirm 9.In Fig. 1, a switch pole is shown, in which a complete vacuum switching chamber 1, consisting of an upper stationary switching contact piece 2 with an attached upper fixed contact rod 3, a lower movable switching contact piece 4 with a lower axially movable contact rod 5 and a metal bellows 6, respectively is. The switching contact pieces 2 and 4 with their contact bars 3 and 5 are located in an airtight and evacuated housing, consisting of an upper insulator 7 and a lower insulator 8 and a lying at a free potential metal shield. 9

Die Vakuumschaltkammer 1 ist in vier Isolierkörpern 10,11,12,13 untergebracht, die ineinandergesteckt bzw. aneinandergefügt das Isoliergehäuse bilden. Die Isolierkörper 10,11,12,13 tragen auf Teilen'ihrer Oberfläche leitende Beläge als Teile der Steuerelektroden 14,15,16. Die Steuerelektroden 14,15 sind an dem einen Ende durch je einen Elektrodenring 17 abgeschlossen, während ihr anderes Ende jeweils an einer anderen, becherförmig ausgebildeten Steuerelektrode 18,19 anliegt. Die Isolierkörper 10,11,12,13 werden durch einen elastischen Isolierstoffring 20 über Spannelemente dielektrisch dicht miteinander verbunden. Die Dicke des Isolierstoffringes 20 ist so gering wie isoliertechnisch möglich bemessen; das bedeutet, daß zwischen beiden Elektrodenringen 17 die Betriebsspannung bzw. die Prüfspannung anliegen kann, was dem Aus-Zustand des Schalters entspricht.The vacuum interrupter chamber 1 is accommodated in four insulating bodies 10, 11, 12, 13, which, when inserted into one another or joined together, form the insulating housing. The insulating body 10,11,12,13 wear on parts'ihrer surface conductive coatings as parts of the control electrodes 14,15,16. The control electrodes 14,15 are terminated at one end by a respective electrode ring 17, while the other end rests in each case on another, cup-shaped control electrode 18,19. The insulating body 10,11,12,13 are connected by a resilient insulating ring 20 via clamping elements dielectrically sealed together. The thickness of the insulating ring 20 is dimensioned as small as possible in terms of insulation technology; This means that between the two electrode rings 17, the operating voltage and the test voltage can be applied, which corresponds to the off state of the switch.

Um den Abstand der beiden Elektrodenringe 17 so gering wie möglich ausführen zu können, kommt für den Isolierstoff ring 20 bevorzugt Material mit großer elektrischer Festigkeit zum Einsatz/An den Elektrodenringen 17 können auch alle die Maßnahmen Anwendung finden, die in der Hochspannungstechnik für die Beeinflussung der Durchschlagsspannung bekannt sind. Damit gelingt es, die beiden Elektrodenringe 17 so weit aneinander anzunähern, daß nahezu jede kapazitive Kopplung der Elektroden, z. B. des geerdeten Metallbelages 23 auf der äußeren Oberfläche des Schalterpols zu der auf freiem Potential befindlichen Steuerelektrode 16, unterbunden ist. Im Schaltzustand „Ein" sind Metallschirm 9 und Steuerelektrode 16 von Elektroden auf Anschlußpotential (Schaltkontaktstück 2,4 und Steuerelektroden 14,15) umgeben. Als Zwischenpotential wird sich also nahezu Anschlußpotential einstellen. Dadurch ist der gesamte Gasspalt von Elektroden auf Anschlußpotential umgeben, so daß Teilentladungen sicher vermieden werden und vorteilhaft nahezu die gesamte feldstärkemäßige Belastung in die Feststoffisolation verlagert ist. Im Schaltzustand „Aus" befinden sich Schaltkontaktstück 2 und Steuerelektrode 14 auf Anschlußpotential, Schaltkontaktstück 4 und Steuerelektrode 15 dagegen auf Erdpotential. Wegen der Symmetrie der Anordnung wird sich als Zwischenpotential etwa halbes Anschlußpotential einstellen. Zwischen Schaltkontaktstück 2 bzw. 4 und Metallschirm 9 (einschließlich zugehöriger Steuerelektroden 14 bzw. 15 und 16) stellt sich also etwa die gleiche Potentialdifferenz ein, so daß die in einigen Abschnitten des Gasspaltes unvermeidliche feldstärkemäßige Belastung ihren niedrigst möglichen Wert erreicht. Damit ist unter Berücksichtigung beider Schaltzustände das isoliertechnisch günstigste Zwischenpotential realisiert.In order to perform the distance between the two electrode rings 17 as low as possible, comes for the insulating ring 20 preferably material with high electrical strength used / At the electrode rings 17 can also find all the measures applied in the high voltage technology for influencing the Breakdown voltage are known. This makes it possible to approach the two electrode rings 17 to each other so far that almost every capacitive coupling of the electrodes, for. B. grounded Metallbelages 23 on the outer surface of the Schalterpols to the free-floating control electrode 16, is prevented. In the switching state "on", metal shield 9 and control electrode 16 are surrounded by electrodes at connection potential (switching contact piece 2, 4 and control electrodes 14, 15) .Therefore, as an intermediate potential, almost connection potential will be established In the "off" switching state switching contact piece 2 and control electrode 14 are at connection potential, switching contact piece 4 and control electrode 15, however, are at earth potential. Because of the symmetry of the arrangement, approximately half the connection potential will be set as the intermediate potential. Between switching contact piece 2 or 4 and metal shield 9 (including associated control electrodes 14 and 15 and 16) thus sets about the same potential difference, so that the unavoidable in some sections of the gas gap field strength-moderate load reaches its lowest possible value. Thus, taking into account both switching states, the most economically advantageous intermediate potential is realized.

In Fig. 2 ist ein Schaltpol gezeigten dem eine komplette Vakuumschaltkammer 1 mit ihren Teilen in einem Isoliergehäuse 25 untergebracht ist, das über die Vakuumschaltkammer 1 geschoben ist, wobei es unerheblich ist, ob der Gasspalt zwischen Schaltkammer 1 und Isoliergehäuse 25 nachträglich mit aushärtendem Isolierstoff ausgegossen wird.In Fig. 2 is a Schaltpol shown the a complete vacuum interrupter chamber 1 is housed with their parts in an insulating housing 25 which is pushed over the vacuum interrupter chamber 1, wherein it is irrelevant whether the gas gap between the interrupter chamber 1 and insulating 25 subsequently filled with thermosetting insulating material becomes.

Abweichend von der Ausführung gemäß Fig. 1 ist auf der äußeren Oberfläche des Isoliergehäuses 25 kein geerdeter leitender Belag aufgebracht, sondern es befinden sich geerdete metallische Kapselungs- oder Stützkonstruktionsteile 24 in der Nähe, gegebenüber denen der Schalterpol mittels eines Isoliergases 26 isoliert ist. Die im Isoliergehäuse 25 eingegossenen Steuerelektroden 14 bzw. 15 sind mit dem oberen Schaltkammeranschluß 21 bzw. mit dem unteren Schaltkammeranschluß 22 auf geeignete Weise, z. B. mit Kontaktfedern, verbunden. Derauf freiem Potential befindliche Metallschirm 9 der Vakuumschaltkammer 1 ist über geeignete Kontaktelemente mit der in das Isoliergehäuse 25 eingegossenen Steuerelektrode 16 verbunden, die auch auf freiem Potential liegt. Die an den Steuerelektroden 14 und 15 befindlichen Elektrodenringe 17 sind so weit aneinander angenähert, daß keine kapazitive Kopplung der benachbarten geerdeten metallischen Kapselungs- oder Stützkonstruktionsteile 24 oder anderer Elektroden mit der auf freiem Potential befindlichen Steuerelektrode 16 vorliegt. Derartige Schalterpole können auch als dreipolige Anordnung in einer gemeinsamen Kapselung untergebracht sein.Notwithstanding the embodiment of FIG. 1, no grounded conductive coating is applied to the outer surface of the insulating housing 25, but there are grounded metallic encapsulation or support structure parts 24 in the vicinity, over which the switch pole is insulated by means of an insulating gas 26. The cast in the insulating housing 25 control electrodes 14 and 15 are connected to the upper switching chamber connection 21 and with the lower switching chamber connection 22 in a suitable manner, for. B. with contact springs connected. The free-standing metal shield 9 of the vacuum interrupter chamber 1 is connected via suitable contact elements with the cast in the insulating housing 25 control electrode 16, which is also at free potential. The electrode rings 17 on the control electrodes 14 and 15 are so close to each other that there is no capacitive coupling of the adjacent grounded metallic encapsulation or support structures 24 or other electrodes to the floating potential control electrode 16. Such switch poles can also be accommodated as a three-pole arrangement in a common encapsulation.

Claims

Claim:

Switch pole for circuit breaker, consisting of a vacuum interrupter chamber (1) and an insulating housing (25) accommodating this interrupter chamber, the interrupter chamber (1) consisting essentially of a stationary and a movable contact rod (3 and 5) each having a contact piece (2 and 4) and which are accommodated in a vacuum interrupter chamber (1) consisting of two insulators (7 and 8), a metal bellows (6) and a metal screen (9) between the insulators (7 and 8) and where in the insulator housing two control electrodes ( 14 and 15) offset axially and the vacuum interrupter chamber (1) at least partially provided and hinged to the potential of the respective nearest contact rod (3 and 5), characterized in that the two control electrodes (14 and 15) either overlap or so far are approximated and / or dimensioned such that the metal screen (9) of the vacuum interrupter chamber (1) assumes a potential in the state of separate contact pieces (2 and 4) corresponds approximately to half the potential of the voltage contact piece (2 or 4), while in the state of closed contact pieces (2 and 4) of the metal screen (9) of the vacuum interrupter chamber (1) at least approximately full potential assumes, however Influence of grounded or live parts (23,24) outside the control electrodes (14,15) on the potential of the metal shield (9) is virtually eliminated.

For this

2 pages drawings

Field of application of the invention

The invention relates to a switch pole for circuit breaker, consisting of a vacuum switching chamber and a, this switching chamber receiving insulating housing. The switching chamber consists essentially of a fixed and a movable contact rod, both of which each carry a contact piece and two insulators, between which a metal shield is arranged. In the insulating two axially offset and the vacuum chamber partially comprehensive control electrodes are provided which are each hinged to the potential of the nearest contact rod. Such switching poles of vacuum switches are preferably required for factory-ready fully solid-insulated high-voltage switchgear or transformer stations, where there are high requirements in terms of contact protection and in terms of small-scale and compact design. It is also possible to use this switch pole in hermetically sealed gas-insulated or in metal-enclosed air-insulated switchgear.

Characteristic of the known technical solutions

It is known to use vacuum interrupters in switching devices, which consist of an evacuated housing with a fixed and a movable contact piece and metal shield. The fixed contact piece is attached to a fixed contact rod, which is led out of the housing vacuum-tight by an insulator. The movable contact piece, however, is mounted on an axially movable contact rod, which is led out by an insulator and a metal bellows vacuum-tight. Furthermore, metal shades lying at free potential are fixed between the insulators. Between the vacuum interrupter chamber and the insulating housing is either air (DE-PS 2322372) or the gap is filled with insulating oil (JP-PS 55-5651). If air is provided in the intermediate space between the switching chamber and the insulating housing, electrically stressed sections, in which electrical partial discharges can form, can not be avoided despite field-controlling formation of the connection body. Switches with oil in the gap are also known; they again show similar disadvantages as the so-called low-oil switches, because they pose a fire hazard and endanger the environment.

Furthermore, it is known to pour the complete vacuum interrupter chamber in epoxy resin (JP-PS 51-16620). However, there are disadvantages, because cracks and air gaps and air pockets can not be safely ruled out, in which it then comes to form destructive acting electrical partial discharges. The vacuum switches described also has the disadvantage that the electric field in the vacuum interrupter chamber can be disturbed by grounded metal pads on the insulating housings or by relatively close-grounded components, which changes the inner insulating capacity of the vacuum interrupter and their breaking capacity unfavorable. Furthermore, it is known to be arranged in solid-insulated switch poles two control electrodes axially offset in Isolierstoffgehäuse to prevent electrical partial discharges in the area between the switching chamber and insulating or in the insulating itself by avoiding locally extremely high field strengths and small distances by shifting the electrical stress in the To achieve solid insulation. These control electrodes are hinged to the potential of the respective closest connection of the vacuum interrupter chamber. Furthermore, according to this proposal, a third control electrode is provided in the region of the screen of the switching chamber in the insulating housing. Their arrangement is made such that it assumes an intermediate potential between terminal potential and ground potential (WP H 01 H / 2675322). The function of the control electrodes can also take over conductive or semiconducting coatings, which are applied to parts of the Isoiiergehäuses (WP H 01 H / 275168). Although this arrangement of the control electrodes, the field strength distribution is improved and the insulating material used more evenly, the insufficient consideration of the potential of the metal shield of the vacuum interrupter chamber does not lead to an optimum switching capacity and does not improve their internal insulation capacity in all switching positions; Information about the level of the intermediate potential and its influence on the voltage distribution as well as on the switching capacity has not been made sufficiently. In connection with this, the different capacitive influence of the intermediate potential by the nearby electrodes, for. As the grounded coating on the outer surface of the insulating, not optimally taken into account. Therefore, it has not been possible to achieve the most favorable intermediate potential in terms of insulation technology.

The previous solutions do not consider consistently that the metal screen and the third control electrode in the switching state "on" another intermediate potential set, as in the switching state "off", where a switching contact is at ground potential.