DE1148298B

DE1148298B - Low-liquid circuit breaker

Info

Publication number: DE1148298B
Application number: DES52486A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Marcel Zuehlke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1957-02-25
Filing date: 1957-02-25
Publication date: 1963-05-09
Also published as: CH363698A

Description

Flüssigkeitsarmer Leistungsschalter Flüssigkeitsarme Leistungsschalter für Wechselstrom mit isolierender Schaltflüssigkeit und mit einer Schaltkammer, in der der Lichtbogen gezogen wird, sind bekannt. Gegenstand der Erfindung ist eine Verbesserung derartiger Leistungsschalter. Gemäß der Erfmdung wird während des Schaltvorganges unter Druck stehendes Fremdgas in das Innere der Kammer geblasen.Low-liquid circuit breakers Low-liquid circuit breakers for alternating current with insulating switching fluid and with a switching chamber, in which the arc is drawn are known. The invention is a Improvement of such circuit breakers. According to the invention, during the switching process pressurized foreign gas is blown into the interior of the chamber.

Beispielsweise kann das Gas während des Einschaltvorganges eingeblasen werden, und zwar vor dem Zeitpunkt, zu dem das bewegliche Schaltstück die Stellung erreicht, bei der ohne Einblasen des Gases ein überschlag auftreten würde. Wird auf diese Weise beim Einschaltvorgang Gas in die Kammer gedrückt, so ergeben sich folgende Vorteile: Ohne Anwendung der Erfindung würde der Querschnitt des Entladungskanals bei einem überschlag zunächst sehr klein sein. Erst durch die Verdampfung des Löschmittels entsteht dann eine Erweiterung des Lichtbogenkanals. Dieser enge Kanal ist im allgemeinen unschädlich. Schaltet man jedoch auf einen Kurzschluß ein und ist der Kurzschlußstrom sehr groß, so steigt der Strom relativ sehr schnell gegenüber der Vergrößerung des Lichtbogenkanals an. Die Folge davon, daß ein Lichtbogen großer Stromstärke in einem engen Kanal brennt, ist das Auftreten eines hohen Druckes, da die isolierende Schaltflüssigkeit, z. B. das Öl, wenig kompressibel ist. Es entsteht ferner durch den hohen Druck und infolge der besseren Kühlung im engen Kanal eine außerordentlich hohe Brennspannung des Lichtbogens, die einen großen Leistungsumsatz zur Folge hat. Der hohe Leistungsumsatz wiederum erhöht den Druck.For example, the gas can be blown in during the switch-on process before the point in time at which the movable contact piece has reached the position reached, at which a flashover would occur without the gas being blown in. Will in this way, when the gas is switched on, gas is pressed into the chamber the following advantages: Without application of the invention, the cross section of the discharge channel in the event of a rollover it may initially be very small. Only through the evaporation of the extinguishing agent an expansion of the arc channel is then created. This narrow canal is in general harmless. However, if you switch on a short circuit and the short circuit current is very large, the current rises relatively very quickly compared to the enlargement of the Arc duct on. The consequence of the fact that an arc of large amperage in one the narrow channel burns, the occurrence of high pressure, as the insulating switching fluid, z. B. the oil, is not very compressible. It is also created by the high pressure and due to the better cooling in the narrow channel, an extremely high operating voltage of the arc, which results in a large power consumption. The high performance in turn increases the pressure.

Durch Anwendung der Erfindung können diese Schwierigkeiten vermieden werden. Wird in das Innere der Kammer z. B. durch den hohlen Schaltstift, der sich beim Einschaltvorgang z. B. nach oben bewegt, oder durch das feststehende Schaltstück Luft von z. B. 1 bis 2 atü eingeblasen, und zwar vor dem Zeitpunkt, zu dem der Schaltstift die Stellung erreicht, bei der ein überschlag in der isolierenden Schaltflüssigkeit allein eintreten würde, so wird die Schaltflüssigkeit verdrängt, und der überschlag vollzieht sich in Luft. Dieser mit Luft gefüllte Raum ist ein Pufferraum, der es gestattet, daß sich der Lichtbogenkanal in seinem Querschnitt leicht verbreitern kann, so daß die Brennspannung und damit der Leistungsumsatz und der Druck klein bleiben.By using the invention, these difficulties can be avoided will. Is in the interior of the chamber z. B. by the hollow switching pin, which when switching on z. B. moved upwards, or through the stationary contact piece Air from z. B. 1 to 2 atü blown in before the time at which the switch pin reached the position in which a flashover in the insulating switching fluid would occur alone, the switching fluid is displaced and the rollover takes place in air. This air-filled space is a buffer space that it allows the arc channel to widen slightly in cross section can, so that the operating voltage and thus the power conversion and the pressure are small stay.

Der überschlag in Luft erfolgt bei einer größeren Entfernung der beiden Schaltstücke, als wenn die Schaltkammer mit der isolierenden Lösahflüssigkeif, z. B. Öl, vollständig gefüllt ist. Dies ist jedoch kein Nachteil, da der größeren Länge die geringere Lichtbogenarbeit wegen der geringeren Brennspannung gegenübersteht, so daß der .Druck kleiner bleibt, als wenn der Überschlag in Öl erfolgte. Man kann jedoch auch das Gas mit höherem Druck, z. B. von .einigen Atmosphären, in die. Schaltkammer drücken, wodurch die Durchschlagsfestigkeit des -Gases erhöht wird, Dabei ist aber der Druck so zu wählen, daß der Überschlag im Gas leichter erfolgt als in der Schaltflüssigkeit. Bei elastischen Kammern ist zweckmäßig außerdem der Druck kleiner als. der, bei dem die Kammer öffnet. Der hohe Drück erhöht zwar den Leistungsumsatz, jedoch nicht in dem gleichen Maß wie bei einem überschlag in C51, da beim Schalten auf einen Kurzschluß der Lichtbogen im Luftraume seinen Querschnitt wesentlich ..schneller vergrößern kann als in Öl.The rollover in air occurs at a greater distance between the two Switching pieces, as if the switching chamber with the insulating Lösahfluigkeif, z. B. Oil, is completely filled. However, this is not a disadvantage because of the greater length contrasts with the lower arc work due to the lower operating voltage, so that the .Druck remains smaller than when the flashover occurred in oil. One can however, the higher pressure gas, e.g. B. of .some atmospheres into which. Switching chamber press, which increases the dielectric strength of the gas, but is choose the pressure so that the flashover occurs more easily in the gas than in the switching fluid. In the case of elastic chambers, the pressure is also expediently smaller than. the, at who opens the chamber. The high pressure increases the output, but not to the same extent as with a rollover in C51, since when switching to one Short circuit of the arc in the air space its cross-section much ... faster can enlarge than in oil.

Man kann, auch beim Ausschalten, und zwar vorn Beginn des Ausschaltvorganges.an, Gas in das Innere der Kammer bei kleinen Strömen einführen. Man kann diese Maßnahme allein durchführen oder auch bei einem Schalter beide Maßnahmen,. nämlich das Einströmen von Druckgas beim Einschalten und beim Ausschalten vorsehen. Auch die Einführung von Druckgas beim Ausschalten bringt mehrere Vorteile. Wird ein Kurzschlußstrom abgeschaltet, so steigt der Druck in der Kammer durch das Verdampfen des flüssigen Isoliermittels, beispielsweise des Öles, durch den hohen Strom so stark an, daß Druckgas von außen in die Kammer nicht eindringen kann. Es bleibt somit die volle Löschfähigkeit der Kammer erhalten, und sehr hohe Ströme werden unter Beibehaltung der guten Löscheigenschaften der Kammer mit Sicherheit gelöscht. Nach Erlöschen des Lichtbogens, wenn der Druck durch die Bewegung des Schaltstiftes absinkt und dadurch eine Wiederzündung begünstigt wird, strömt Druckgas in das Innere der Kammer ein und verhindert eine Wiederzündung durch Aufrechterhaltung eines ausreichenden Druckes. Ähnliche Verhältnisse ergeben sich auch beim Abschalten von Strömen bis herab zu der Größenordnung des Nennstromes. Schaltet man jedoch wesentlich kleinere Ströme, die nur einen Bruchteil des Nennstromes betragen, ab, so wird durch den Lichtbogen kein so hoher Druck wie beim Abschalten großer Ströme erzeugt, und das Druckgas strömt sofort beim Abschalten in die Löschkammer ein und bewirkt, daß das Öl aus dem Lichtbogenpfad verdrängt wird, so daß der Lichtbogen im Gas brennt. Er wird bei einem Nulldürchgang erlöschen. Erfolgt jedoch, während der Lichtbogen noch nicht erloschen ist, ein Kurzschluß, so muß der Kurzschlußlichtbogen unterbrochen werden. Da der Lichtbogen in Gas brennt, kann sich der Querschnitt des Liehtbogenkanals schnell vergrößern, so daß keine hohe Brennspannung und hohe Liohtbogenleistung und hoher Druck auftreten. Trotzdem wird in einem der Nulldurchgänge der Lichtbogen erlöschen, da die in der Kammer noch vor'hand'ene Flüssigkeit bei einer größeren Lichtbogenlänge als sonst ausreichen wird, in einem Nulldurchgang den Lichtbogen zum Erlöschen zu bringen. Hätte man vor einer derartigen »Umsdhlagsstörung« kein Gas in die Kammer eingeblasen, so würde bei Auftreten des hohen Kurzschlußstromes nur ein Lichtbogenkanal von kleinem Querschnitt vorhanden sein. Die Folge davon ist hohe Brennspannung, hoher Leistungsumsatz und hoher Druck.You can, even when switching off, at the beginning of the switching off process. Introduce gas into the interior of the chamber at small currents. One can take this measure Carry out both measures alone or with one switch. namely the inflow provide for pressurized gas when switching on and when switching off. Also the introduction of pressurized gas when switching off has several advantages. Becomes a short circuit current switched off, the pressure in the chamber rises due to the evaporation of the liquid Insulating agent, for example of the oil, due to the high current so strongly that Pressurized gas cannot penetrate the chamber from the outside. It remains the full one The extinguishing capability of the chamber is preserved, and very high currents are maintained while maintaining it the good extinguishing properties of the chamber with certainty deleted. After going out of the arc when the pressure drops due to the movement of the switch pin and thereby a re-ignition is favored, pressurized gas flows in inside the chamber and prevents reignition by maintaining it sufficient pressure. Similar conditions also arise when switching off from currents down to the order of magnitude of the rated current. However, you switch significantly smaller currents, which are only a fraction of the nominal current, the arc does not generate such a high pressure as when large currents are switched off generated, and the compressed gas flows into the extinguishing chamber and immediately when it is switched off causes the oil to be displaced from the arc path, causing the arc burns in the gas. It will go out with a zero passage. However, while the arc has not yet extinguished, a short circuit, the short-circuit arc must to be interrupted. Since the arc burns in gas, the cross-section can change of the Liehtbogenkanal increase quickly, so that no high voltage and high Arc output and high pressure occur. Nevertheless, one of the zero crossings will be the arc is extinguished because the liquid still present in the chamber is added a greater arc length than usual will be sufficient in a zero crossing to extinguish the arc. If one had before such a "handling disorder" no gas is blown into the chamber, so if the high short-circuit current occurs only one arc channel with a small cross-section must be present. The consequence of this is high voltage, high power consumption and high pressure.

Die Einführung des Gases bei kleinen Strömen wirkt sich beim Abschalten von leer laufenden Leitungen und leer laufenden Transformatoren auch dadurch günstig aus, daß es die Löschintensität der Flüssigkeit mindert. Dadurch wird eine Instabilität des Bogens bzw. ein Abreißen -des Bogens vor dem Nulldurchgang des Stromes verhindert.The introduction of the gas at small currents affects the shutdown of idle lines and idle transformers also as a result from that it reduces the extinguishing intensity of the liquid. This creates an instability of the arc or a tear-off of the arc before the zero crossing of the current is prevented.

Als Gas kann beispielsweise, wie erwähnt, Luft verwendet werden. Man. kann aber auch beispielsweise Wasserstoff oder Schwefelhexaf(uorid bei geeigneter Löschflüssigkeit verwenden.For example, as mentioned, air can be used as the gas. Man. but can also, for example, hydrogen or sulfur hexaf (uoride with suitable Use extinguishing liquid.

Bei Flüssigkeitsschaltern mit Differentialkolben ist es zwar bekannt, Fremdgas unter Druck dem Schalter bei der Kontakttrennung zuzuführen. Das Fremdgas wird jedoch nicht dem Innern der Schaltkammer zugeführt, sondern einem Pufferraum, der zum Teil mit Flüssigkeit gefüllt ist. Der durch die Zuführung des Fremdgases erhöhte Druck im Pufferraum bewirkt eine Bewegung des Differentialkolbens auch beim Abschalten kleiner Ströme, so d-aß nicht nur bei .großen, sondern auch bei kleinen Strömen eine zur Löschung geeignete Flüssigkeitsströmung auftritt.In the case of liquid switches with differential pistons, it is known Supply foreign gas under pressure to the switch when separating the contacts. The foreign gas However, it is not fed to the interior of the switching chamber, but to a buffer space, which is partly filled with liquid. The one caused by the introduction of the foreign gas increased pressure in the buffer space causes the differential piston to move even when Switching off small currents, so d-ate not only with large ones, but also with small ones A flow of liquid suitable for extinguishing occurs.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der flüssigkeitsarme Leistungsschalter für Wechselstrom besitzt eine elastische Kammer 1, die aus einzelnen Platten 2 besteht, die in an sich bekannter Weise Hohlräume 3 (Taschen) besitzen. Die Platten stützen sich unten auf einem Tragring 4 des Isolierzylinders 5 ab, oben stützen sie sich gegen die Federn 6 ab. Mit 7 ist ein Pufferraum bezeichnet. Das feststehende Schaltstück trägt das Bezugszeichen 8, der bewegliche Schaltstift das Bezugszeichen 9. Das Schaltkammergehäuse 5 (Isolierzylinder) ist von einem Porzellanüberwurf 11 umgeben. Mi't 12 ist der Stützei bezeichnet, Die übrigen Teile des Schalters wie ölabseheidungsgefäß, Zentrifuge usw. sind, da für die Erfindung unwesentlich, nicht näher bezeichnet. Der Schaltstift ist, wie die Zeichnung zeigt, in seinem oberen Teil hohl ausgeführt. Er besitzt eine öffnung 13, durch. die das Innere des Schaltstiftes mit dem Raum 14 verbunden ist, der durch den Schaltstift 13 und den Mantel 15 gebildet wird. Dieser Raum ist durch ein Ventil 16 mit einem Raum 17 verbunden, dem über eine Leitung 18 durch eine nichtdargestellte Pumpe Druckluft zugeführt wird. Das Ventil 16 wird in nicht näher dargestellter Weise durch den Schaltstift gesteuert. Der Raum 17 dient als Vorratsbehälter. Die Schaltkammer, das Schältkammergehäuse und der Raum zwischen Schaltkammergehäuse und Porzellanüberwurf sind in an sich bekannter Weise mit Öl gefüllt.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. The low-liquid circuit breaker for alternating current has an elastic chamber 1, which consists of individual plates 2, which have cavities 3 (pockets) in a manner known per se. The plates are supported at the bottom on a support ring 4 of the insulating cylinder 5, and at the top they are supported against the springs 6. With 7 a buffer space is designated. The fixed switching element bears the reference number 8, the movable switching pin the reference number 9. The switching chamber housing 5 (insulating cylinder) is surrounded by a porcelain cover 11. Mi't 12 of the support is referred to, the other parts of the switch such as oil separation vessel, centrifuge, etc. are, as insignificant for the invention, unspecified. As the drawing shows, the switching pin is hollow in its upper part. It has an opening 13 through. which is connected to the interior of the switching pin with the space 14 which is formed by the switching pin 13 and the jacket 15. This space is connected by a valve 16 to a space 17 to which compressed air is supplied via a line 18 by a pump (not shown). The valve 16 is controlled in a manner not shown by the switching pin. The space 17 serves as a storage container. The switching chamber, the switching chamber housing and the space between the switching chamber housing and the porcelain cover are filled with oil in a manner known per se.

Wird eingeschaltet, so wird der Schaltstift nach oben bewegt. Bei einer Entfernung des Schaltstiftes von dem feststehenden Schaltstück 8, die größer, z. B. 1,5mal so groß ist wie die, bei der im Öl ein Überschlag stattfinden würde, wird das Ventil- 16 geöffnet. Nun strömt Luft durch den hohlen Schaltstift in das Innere der Schaltkammer ein, und dabei wird Öl in den Pufferraum oder durch vorhandene Schlitze in das Schaltgefäß verdrängt. Dabei wird im ersten Augenblick das Öl im. Schaltstift und im Raum 14 mit herausgeblasen. Die Auswirkung der Einführung der Druckluft ist bereits früher geschildert worden. Wenn der Schaltstift das Gegensdhaltstück erreicht, wird das Ventil 16 geschlossen.If it is switched on, the switch pin is moved upwards. When the switching pin is removed from the stationary contact piece 8, which is larger, e.g. B. 1.5 times as large as that at which a flashover would take place in the oil, the valve 16 is opened. Air now flows through the hollow switch pin into the interior of the switch chamber, and oil is displaced into the buffer space or through existing slots in the switch housing. In the first moment, the oil is in the. Switch pin and in space 14 blown out with it. The effect of the introduction of compressed air has already been described earlier. When the switch pin reaches the counter-holding piece, the valve 16 is closed.

Beim Ausschalten wird durch das Ventil 16 gleich zu Beginn der Schaltstiftbewegung die Verbindung zwischen den Räumen 14 und 17 hergestellt, so daß bereits, wenn der Schaltstift das feststehende Schaltstück verläßt, Luft eingeblasen werden kann. Wie bereits früher erwähnt, tritt jedoch, wenn Ströme in der Größenordnung des Nennstromes und darüber ausgeschaltet werden, praktisch keine Luft in die Schaftkammer ein, da ein sehr hoher Druck durch den Lichtbogen. erzeugt wird. Erst nach der Löschung kann Luft eintreten und ein Wiederzünden verhindern. Bei kleinen Strömen wird jedoch gleich zu Beginn der Ausschaltbewegung Druckluft einströmen, so daß der Lichtbogen in einem Luftkanal brennt. Die Vorteile sind bereits früher angegeben worden. Man kann das Ventil wieder schließen, wenn beispielsweise die Entfernung erreicht ist, bei der es bei der Einschaltbewegung geöffnet wurde. Das wird im allgemeinen genügen, da durch die eingeströmte Druckluft ein Pufferraum geschaffen worden ist. Man kann jedoch auch das Ventil erst später schließen, beispielsweise erst, wenn der Schaltstift seinen Hub beendet hat. Es kann zweckmäßig sein, in Reihe mit dem Ventil 16 ein Rückschlagventil zu legen, so daß bei sehr hohen Drücken in der Kammer (Abschalten von Kurzschlußströmen) Lichtbogengasen der Weg in den Vorratsraum 17 gesperrt wird. Das Rückschlagveniil kann auch in der Bohrung des Schaltstiftes angeordnet sein.When switching off, the connection between the spaces 14 and 17 is established by the valve 16 right at the beginning of the switching pin movement, so that air can be blown in as soon as the switching pin leaves the stationary contact piece. As mentioned earlier, however, when currents in the order of magnitude of the nominal current and above are switched off, practically no air enters the shaft chamber because of the very high pressure caused by the arc. is produced. Only after extinguishing can air enter and prevent reignition. In the case of small currents, however, compressed air will flow in at the beginning of the switch-off movement, so that the arc burns in an air duct. The advantages have been stated earlier. The valve can be closed again when, for example, the distance has been reached at which it was opened during the switch-on movement. This will generally be sufficient, since a buffer space has been created by the compressed air that has flown in. However, you can also close the valve later, for example only when the switching pin has finished its stroke. It can be useful to place a check valve in series with the valve 16 so that at very high pressures in the chamber (switching off short-circuit currents) the path of arc gases into the storage space 17 is blocked. The non-return valve can also be arranged in the bore of the switching pin.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Low-liquid circuit breaker with a Switching chamber in which the arc occurs, characterized in that during foreign gas under pressure is blown into the interior of the chamber during the switching process will.

2. Low-liquid circuit breaker according to claim 1, characterized in that that this Gas is blown in during the switch-on process, and before the point in time at which the movable contact piece reaches the position in which a flashover would occur through the liquid.

3. Less fluid Circuit breaker according to Claim 1, with an elastic chamber, characterized in that that the pressure of the gas is so great that the chamber does not yet open.

4. Less fluid Circuit breaker according to Claim 1, characterized in that during the disconnection process in the case of small flows of gas, gas is forced into the interior of the chamber.

5. Less fluid Circuit breaker according to Claim 1, with a hollow switching pin, characterized in that that the gas is introduced through the hole in the pin. Considered publications: German patents nos. 905 635, 819 273, 824 225, 808 056.