DE1111267B

DE1111267B - Device for interrupting electrical power

Info

Publication number: DE1111267B
Application number: DEV18498A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl-August Lohausen
Original assignee: Transformatorenwerk Karl Liebknecht VEB
Current assignee: Transformatorenwerk Karl Liebknecht VEB
Priority date: 1960-04-26
Filing date: 1960-04-26
Publication date: 1961-07-20

Description

Einrichtung zum Unterbrechen von elektrischen Leistungen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Unterbrechen elektrischer Leistungen, wie Hochspannungsschalter, überspannungsableiter und Hochspannungssicherungen, bei der in der Nähe des zu unterbrechenden Lichtbogens Stoffe angeordnet sind, die unter der Wärmeeinwirkung des Lichtbogens Gase abgeben, welche zur Löschung des Lichtbogens beitragen.Device for interrupting electrical power The invention relates to a device for interrupting electrical services, such as high-voltage switches, Surge arresters and high-voltage fuses, when in the vicinity of the interrupted Arc substances are arranged that are exposed to the heat of the arc Release gases that contribute to extinguishing the arc.

Es ist bekannt, bei Schaltern, Sicherungen und Ableitern, bei denen Lichtbogen- oder Funkeneinwirkungen auftreten, in der Nähe der Unterbrechungsstelle Stoffe vorzusehen, welche unter der Wärmeeinwirkung Gase abgeben. Durch die Gasabgabe wird einmal eine Kühlung der Oberflächen der in der Nähe der Unterbrechungsstelle vorgesehenen Bauteile erreicht, wodurch Beschädigungen und die Bildung elektrisch leitender Oberflächen verhindert werden, und zum anderen wird eine Löschgasströmung erzeugt, die die elektrische Entladung hemmt oder löscht.It is known for switches, fuses and arresters where Arc or spark effects occur near the point of interruption Provide substances that release gases when exposed to heat. By the gas delivery once there is a cooling of the surfaces in the vicinity of the interruption point provided components, thereby causing damage and the formation of electrical conductive surfaces are prevented, and on the other hand, an extinguishing gas flow that inhibits or extinguishes the electrical discharge.

Als gasabgebende Stoffe ist eine Vielzahl von organischen Stoffen bekannt, z. B. Hartgummi oder Gummi mit hohem Schwefelgehalt, Vulkanfiber, Harnstoffharz, Oxalsäure, Oxamid oder ähnliche Oxalsäurederivate, polymerisierte Derivate der Akrylsäure oder deren Homologen. Es sind auch bereits anorganische Stoffe verwendet worden, z. B. Schwefel, kohlensaurer Kalk in Form von Marmor oder mit einem Bindemittel versetzter Marmorgrieß, Ammoniumalaun und Borsäure.A large number of organic substances are used as gas-emitting substances known, e.g. B. hard rubber or rubber with a high sulfur content, vulcanized fiber, urea resin, Oxalic acid, oxamide or similar oxalic acid derivatives, polymerized derivatives of acrylic acid or their homologues. Inorganic substances have also been used, z. B. sulfur, carbonate of lime in the form of marble or with a binder mixed marble grit, ammonium alum and boric acid.

Es ist auch bekannt, dem Marmorgrieß Zuschlagstoffe, z. B. Quarz, zuzusetzen.It is also known to add aggregates to the marble grit, e.g. B. Quartz, to add.

Während Schwefel vergast und kohlensaurer Kalk bei Temperaturen über 850° C mit der Abgabe von CO, beginnt, geben Alaun und Borsäure Wasser ab. Mit Borsäure ist eine sehr gute Gasabgabe zu erreichen, denn Orthoborsäure (H3 B 03) geht bei Erwärmung auf 100° C in Metaborsäure (HB 02+H20) unter Abgabe von Wasser über. Schon bei einer weiteren Erwärmung auf 140° C geht Metaborsäure (4HB02) in Tetraborsäure (H2B40l+H20) unter abermaliger Wasserabgabe über. Bei weiterer Erhitzung erfolgt die Abspaltung des Restes.While sulfur gasifies and carbonate of lime at temperatures above 850 ° C begins with the release of CO, alum and boric acid emit water. With boric acid a very good gas release can be achieved, because orthoboric acid (H3 B 03) is included Warming to 100 ° C in metaboric acid (HB 02 + H20) with the release of water over. Nice if the temperature is increased to 140 ° C, metaboric acid (4HB02) changes to tetraboric acid (H2B40l + H20) with repeated release of water over. With further heating takes place splitting off the rest.

Daher wird Borsäure in Grießform. z. B. als Füllmittel für Hochspannungs-Ausblasesicherungen gern verwendet. Bei Verwendung von Borsäure für Schalter und Überspannungsableiter ist es jedoch sehr schwierig, die Borsäure in mechanisch fester Form als Bauteil in diese Geräte einzufügen. Es sind Vorschläge gemacht worden, die darauf hinauslaufen, die Borsäure in Form von dünnen Scheiben zu verwenden oder sie zum Imprägnieren von Körpern aus Faserstoff, die als Träger dienen, zu benutzen. Weitere Schwierigkeiten bereitet der Verbleib des unter Lichtbogeneinwirkung zunächst. in Dampfform abgeschiedenen Wassers, welches leitende Pfade und damit die Möglichkeit zu Rückzündungen eröffnet.Hence, boric acid is in the form of semolina. z. B. as a filler for high-voltage blowout fuses gladly used. When using boric acid for switches and surge arresters However, it is very difficult to use the boric acid in mechanically solid form as a component to be inserted into these devices. Suggestions have been made which amount to to use boric acid in the form of thin slices or for impregnation of bodies made of fibrous material, which serve as a carrier. More difficulties prepares the whereabouts of the arcing initially. deposited in vapor form Water, which opens up conductive paths and thus the possibility of reignition.

Aus diesem Grunde sind keine brauchbaren Geräte unter Verwendung von Borsäure als gasabgebender Stoff bekanntgeworden. Ein weiterer Grund besteht darin, daß Borsäure schon bei Erwärmung auf 140° C etwa 83"/o ihres Wassergehaltes abgibt und somit die Durchführung von mehreren Schaltungen und damit mehrmalige Gasabgabe nicht erreicht werden kann.Because of this, there are no viable devices using Boric acid has become known as a gas-emitting substance. Another reason is that boric acid gives off about 83% of its water content even when heated to 140 ° C and thus the implementation of several circuits and thus multiple gas delivery cannot be achieved.

Kohlensaurer Kalk ist dagegen ein sehr träger Gasspender; denn erst bei einer Erwärmung auf über 850° C tritt die Abgabe von C02 ein. Insbesondere in homogener, monolythischer Form, z. B. als Marmor, ist kohlensaurer Kalk wegen seiner glatten Oberfläche und des nach Aufspaltung der ersten Oberflächenschicht zurückbleibenden Belages aus gut wärmeisolierendem Ca O-Rückstand nicht zu einer genügend ausgiebigen C 02 Abgäbe in der Lage. Es ist deshalb vorgeschlagen worden, die entsprechenden Bauteile aus Marmorgrieß mit einem Bindemittel herzustellen. Marmorgrieß hat wegen seiner grobkörnigen Struktur zwar eine größere gasabgebende Fläche, wird aber bei Lichtbogenbeanspruchung schnell brüchig.Carbonate of lime, on the other hand, is a very inert gas donor; because first if the temperature rises above 850 ° C, CO 2 is released. Especially in homogeneous, monolithic form, e.g. B. as marble, carbonate of lime is because of it smooth surface and that remaining after splitting the first surface layer Covering of good heat-insulating Ca O residue does not lead to a sufficiently extensive one C 02 Able to deliver. It has therefore been suggested that the appropriate Manufacture components from marble grit with a binding agent. Marble grit has because of Although its coarse-grained structure has a larger gas-emitting surface, it is at Arc stress brittle quickly.

Kohlensaurer Kalk ist deshalb als gasabgebender Stoff ebenfalls wenig geeignet. Hinzu kommt, daß C02 als Löschgas bedeutend weniger wirksam ist als z. B. H.0-Dampf, der eine bedeutend höhere spezifische Wärme besitzt und der ferner die Dissoziationswärme für die Aufspaltung 2H20->2112+02 aufnimmt und weiterhin die Vorteile der hohen spezifischen Wärme und der leichten Beweglichkeit des Wasserstoffes ausnutzt.Carbonate of lime is therefore also not very good as a gas-emitting substance suitable. In addition, C02 is significantly less effective as an extinguishing gas than z. B. H.0 steam, which has a significantly higher specific Possesses warmth and which also absorbs the heat of dissociation for the splitting 2H20-> 2112 + 02 and furthermore the advantages of high specific heat and easy mobility of hydrogen.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen; bei Einrichtungen zum Unterbrechen von elektrischen Leistungen, wie Hochspannungsschalter, Überspannungsableiter und Hochspannungssicherungen, in der Nähe des zu unterbrechenden Lichtbogens einen Stoff vorzusehen, der aus einer Mischung von zwei oder mehr Stoffen besteht, von denen mindestens einer unter Wärmeeinwirkung H20 und mindestens einer C02 abgibt, vorzugsweise eine Mischung aus feingemahlenem kohlensaurem Kalk und Borsäure. Mit einer Mischung aus feingemahlenem kohlensaurem Kalk und Borsäure, die wie Zement mit Wasser angemacht wird, ist eine Reihe von nachfolgend noch näher erläuterten Vorteilen zu erzielen, die weit über die Summenwirkung der durch Borsäure und kohlensauren Kalk einzeln erzielbaren Vorteile hinausgehen.According to the invention it is proposed; in the case of facilities for interruption of electrical services, such as high-voltage switches, surge arresters and High-voltage fuses, put a substance near the arc to be interrupted which consists of a mixture of two or more substances, of which at least one emits H2O and at least one CO2 under the influence of heat, preferably a mixture of finely ground carbonate of lime and boric acid. With a mixture from finely ground carbonate of lime and boric acid, which are mixed with water like cement a number of advantages, which are explained in more detail below, can be achieved, which far exceeds the cumulative effect of boric acid and carbonate of lime individually achievable benefits go beyond.

Die Mischung wird zunächst mit einer geringen Menge Wasser angemacht und bildet eine gleichmäßig durchfeuchtete, steife, plastisch verformbare Masse, die ohne Verzug durch Kneten, Drücken, Pressen, Auswalzen od. dgl. in eine beliebige Form gebracht werden kann. Wird die Masse bis 100° C erwärmt, dann zeigt sich zunächst ein überraschender Effekt insofern, als nur ein Teil des beim Anmachen der Masse hineingegebenen Wassers ausgetrieben wird. Dies rührt daher, daß sich aus den drei Komponenten H. B Os, Ca C 03 und H2 O ein neuer Kornplexverband@ mit festem Einbau von H20 gebildet hat. Bei weiterer Erwärmung über 100° C, also der Umwandlungstemperatur freier Orthoborsäure in Metaborsäure + H2 O zeigt sich, daß hierbei wieder nur ein Teil der dieser Umwandlung sonst entsprechenden Wassermenge abgegeben wird. Das verbleibende Hz O wird vom Komplexverband festgehalten. Dieser überraschende Effekt wiederholt sich bei Erwärmung auf über 140° C, wo freie Metaborsäure unter Wasserabgabe in Tetraborsäure überzugehen pflegt.The mixture is first made up with a small amount of water and forms a uniformly moistened, rigid, plastically deformable mass, which without delay by kneading, pressing, pressing, rolling or the like into any Form can be brought. If the mass is heated up to 100 ° C, then it first shows a surprising effect in that only part of the turn on the crowd added water is expelled. This is because of the three Components H. B Os, Ca C 03 and H2 O a new complex structure @ with permanent installation formed by H20. If the temperature is higher than 100 ° C, i.e. the transition temperature Free orthoboric acid in metaboric acid + H2 O shows that here again only one Part of the amount of water otherwise corresponding to this conversion is given off. That remaining Hz O is recorded by the complex association. This surprising effect repeats itself when heated to over 140 ° C, where free metaboric acid is released with water tends to turn into tetraboric acid.

Ein anderer überraschender Effekt zeigt sich, indem die CO.-Entwicklung aus der Ca C 03 Komponente des Komplexes nicht wie die H.0-Entwicklung gedämpft, sondern überraschenderweise unter Lichtbogeneinwirkung wesentlich beschleunigt wird, und zwar dadurch, daß das an und dicht unter der Oberfläche des Gasspenders verdampfende 1-40 kleinste CaCO3 Teilchen losreißt und in die Lichtbogensäule hineinschleudert, wo diese wegen der dort herrschenden hohen Temperatur explosionsartig CO 2 abgeben, wodurch die stets angestrebte Volumenkühlung des Lichtbogens erreicht wird.Another surprising effect is shown in that the CO. Evolution from the Ca C 03 component of the complex is not attenuated like the H.0 evolution but, surprisingly, is significantly accelerated under the action of an arc, namely by the fact that the at and just below the The surface of the gas dispenser tears away evaporating 1-40 smallest CaCO3 particles and hurls them into the arc column, where they release CO 2 explosively due to the high temperature, whereby the always desired volume cooling of the arc is achieved.

Während also die sonst zu rasche H20-Entwicklung verzögert wird, wird eine Beschleunigung der zu trägen C 02 Entwicklung erreicht. Würde man die Komponenten des Komplexes in ein und derselben Löschstrecke getrennt anwenden, z. B. in Form sich abwechselnder Scheiben, so hätte man eine zu frühe H2 O- und eine zu späte CO 2 Entwicklung mit einem breiten Zwischenbereich mit nur äußerst geringer Einwirkung auf den Lichtbogen.While the otherwise too rapid development of H20 is delayed, the too slow development of C 02 is accelerated. If the components of the complex were to be used separately in one and the same extinguishing path, e.g. B. in the form of alternating discs, one would have too early H2 O and too late CO 2 development with a broad intermediate range with only extremely little effect on the arc.

Ein weiteres vorteilhaftes Verhalten ergibt sich aus der Tatsache, daß das aus der Borsäure unter Lichtbogeneinwirkung abgespaltene H,0 sich nach der Löschung und Abkühlung auf dem Gasspender niederschlägt und von dessen sprödem Gefüge aufgesaugt wird, wodurch die Bildung leitender Wege verhindert wird. Soweit das H2 O nicht vom Komplexverband oder von der Tetra- oder Metaborsäure eingebaut oder angelagert wird, geht es zu dem aus Ca C 03 durch CO, -Austreibung übriggebliebenen CaO über und bildet Ca(OH)2. Das ist der gleiche Vorgang, wie er beim Löschen von gebranntem Kalk eintritt. Auf diese Weise unterbleibt die sonst bei Anwendung von Borsäure zu verzeichnende Verschlechterung der Isolation durch Bildung von Kriechwegen infolge H2 O-Kondensation.Another advantageous behavior results from the fact that the H, O split off from the boric acid under the action of an arc is deposited on the gas dispenser after extinguishing and cooling and is absorbed by its brittle structure, thereby preventing the formation of conductive paths. If the H2 O is not incorporated or attached by the complex or by the tetra- or metaboric acid, it passes over to the CaO remaining from Ca C 03 through CO, expulsion and forms Ca (OH) 2. This is the same process as occurs when quick lime is extinguished. In this way, the deterioration of the insulation, which is otherwise noticeable when boric acid is used, due to the formation of creepage paths as a result of H 2 O condensation, does not occur.

Die Neigung von Ca(OH)2, aus der Atmosphäre CO, aufzunehmen, und das Bestreben von Ca O, Wasser an sich zu ziehen, werden durch die Bereitschaft des Komplexverbandes, weiteres H20 einzubauen und teilweise zur Rückbildung von Tetra- über Meta- in Orthoborsäure zu verwenden, in solchem Maße unterstützt, daß Gasspender nach der Erfindung auch in feuchter Atmosphäre ihre elektrischen Eigenschaften bewahren. Darüber hinaus werden durch Lichtbogeneinwirkung und Gasabgabe verbrauchte Stellen des Gasspenders durch Einwirkung der normalen Atmosphäre, welche CO., und H.,0 enthält, regeneriert.The tendency of Ca (OH) 2 to take up CO from the atmosphere and the tendency of Ca O to attract water are due to the willingness of the complex to incorporate more H20 and partly to the regression of tetra via meta To use orthoboric acid, supported to such an extent that gas dispensers according to the invention retain their electrical properties even in a humid atmosphere. In addition, areas of the gas dispenser that have been used up by the action of arcing and the release of gas are regenerated by the action of the normal atmosphere, which contains CO., And H., 0 .

Die aus der Mischung hergestellte Masse weist bereits ohne besondere Behandlung in Trockenöfen od. dgl. eine solche Festigkeit auf, daß die gewünschten Teile daraus geformt werden können. Die Teile können aber auch bei höheren Temperaturen. gebacken werden; denn es hat sich gezeigt, daß dadurch die Fähigkeit, H2 O abzugeben, kaum beeinflußt wird, was sich aus dem oben näher erläuterten Verhalten des Komplexverbandes erklärt.The mass produced from the mixture already has no special Treatment in drying ovens or the like. Such a strength that the desired Parts can be molded from it. However, the parts can also be used at higher temperatures. to be baked; because it has been shown that thereby the ability to give off H2 O, is hardly influenced, which is evident from the behavior of the complex association explained in more detail above explained.

Als Korngrößen für die Herstellung der Mischung sind solche von 0,005 bis 0,3 mm vorteilhaft. Besondere Vorteile bieten Mischungen, bei denen die Korngrößen der Borsäure drei- bis zehnmal größer sind als die des gebrannten Kalkes. Das Mischungsverhältnis beider Komponenten kann je nach dem Verwendungszweck variieren. In Fällen, wo es lediglich auf die Verhinderung der Bildung leitender Wege unter Lichtbogeneinwirkung ankommt, wird der Borsäureanteil geringer, in anderen Fällen, wo eine rasche Gasabgabe erwünscht ist, wird er größer gehalten. Das günstigste Mischungsverhältnis wird im allgemeinen bei Vorliegen des durch die Gleichung 2 H.B03+3 CaC3--@B203+3 Ca(OH)2+3 C02 gegebenen stöchiometrischen Verhältnisses erreicht. An Stelle von Borsäure und kohlensaurem Kalk können auch andere Stoffe mit ähnlichem Aufbau, die in der Lage sind, 112 O bzw. C 02 abzugeben, verwendet werden.As grain sizes for the production of the mixture, those of 0.005 to 0.3 mm are advantageous. Mixtures in which the grain sizes of boric acid are three to ten times larger than those of quick lime offer particular advantages. The mixing ratio of the two components can vary depending on the intended use. In cases where it is only a matter of preventing the formation of conductive paths under the action of an arc, the boric acid content is lower; in other cases, where rapid gas release is desired, it is kept higher. The most favorable mixing ratio is generally achieved when the stoichiometric ratio given by the equation 2 H.B03 + 3 CaC3 - @ B203 + 3 Ca (OH) 2 + 3 C02 is present. Instead of boric acid and carbonate of lime, other substances with a similar structure that are capable of releasing 112 O or C 02 can be used.

Weitere Vorteile können auch durch die Beimischung von anderen Stoffen erreicht werden, so ist z. B. die Beimischung von Karbid, insbesondere Siliziumkarbid SiC, vorteilhaft. SiC ist ein Halbleiter und verleiht der Masse, der es beigemischt wird, eine geringe elektrische Leitfähigkeit, welche zur Potentialsteuerung, insbesondere bei höheren Spannungen, benutzt werden kann. Unter Lichtbogeneinwirkung wird SiC aufgespalten. Bei Anwesenheit von Sauerstoff, geht es dabei nach SiC+2 02--> S102+C02 in Quarz und Kohlensäure über. Sauerstoff kann dabei aus anwesendem CO 2 oder 1-40 abgespalten werden, da Si eine höhere Affinität bei hohen Temperaturen zu Sauerstoff besitzt als C oder H.Other advantages can also be achieved by adding other substances. B. the admixture of carbide, in particular silicon carbide SiC, advantageous. SiC is a semiconductor and gives the compound to which it is added a low electrical conductivity, which can be used for potential control, especially at higher voltages. Under the action of an arc, SiC is split up. In the presence of oxygen, it changes over to SiC + 2 02 -> S102 + C02 in quartz and carbonic acid. Oxygen can be split off from CO 2 or 1-40 present, since Si has a higher affinity for oxygen at high temperatures than C or H.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for interrupting electrical Services such as high-voltage switches, surge arresters and high-voltage fuses, in which substances are provided in the vicinity of the arc to be interrupted, which emit gases under the influence of heat from the arc, which lead to extinction contribute to the arc, characterized in that a substance is provided, which consists of a mixture of two or more substances, of which at least one emits H2 O under the action of heat and at least one emits C 02, preferably a mixture of carbonate of lime and boric acid.

2. Device according to claim 1, characterized in that the mixture contains one or more substances, the H2 O bind to itself.

3. Device according to claim 1, characterized in that that the mixture is prepared with the addition of water.

4. Set up after Claim 1, characterized in that the carbonate of lime has a grain size 0.005 to 0.3 mm is used.

5. Device according to claim 1, characterized in that that the grain size of boric acid is three to ten times the grain size of carbonic acid Lime amounts.

6. Device according to claim 1, characterized in that carbonate of lime and boric acid are mixed in a ratio which satisfies the formula 2H3B03 + 3CaC03 B203 + 3 Ca (OH) 2 + 3 CO .

7. Device according to claim 1, characterized in that that the mixture contains finely ground silicon carbide. Considered publications: German patent specifications No. 607 615, 648102, 648198, 679 231, 680 261, 682 651.