DE1150431B

DE1150431B - Circuit breaker with pressure medium drive

Info

Publication number: DE1150431B
Application number: DES63961A
Authority: DE
Inventors: Willi Olsen; Heinz Beer; Manfred Henschel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-07-17
Filing date: 1959-07-17
Publication date: 1963-06-20
Also published as: CH388422A; FR1262350A

Description

Leistungsschalter mit Druckmittelantrieb Es. ist bekannt, eine metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage in der Weise auszubilden, daß die hochspannungsführenden Teile mit einer Umhüllung aus verfestigtem Isoliermaterial, insbesondere aus Gießharz, versehen sind. Für den Leistungsschalter einer derartigen Anlage hat man im Innern der Umhüllung einen Windkessel vorgesehen, in dem die beim Schalten auftretenden Schaltgase zunächst aufgefangen werden. Die Schaltgase sollen sich in dem Windkessel abkühlen, bevor sie durch eine C)ffnung der Umhüllung aus dem Schalter ausgelassen werden. Zu diesem Zweck hat man bisher die Wand des Windkessels möglichst dick ausgebildet, damit sie eine große Wärmemenge aufnehmen kann.Circuit breaker with pressure medium drive Es. is known to be a metal-enclosed Train high-voltage switchgear in such a way that the high-voltage Parts with a cover made of solidified insulating material, in particular made of cast resin, are provided. For the circuit breaker of such a system one has inside the envelope provided an air chamber in which the occurring when switching Switching gases are initially captured. The switching gases should be in the air chamber cool before they are released from the switch by opening the cover will. For this purpose, the wall of the air chamber has so far been made as thick as possible, so that it can absorb a large amount of heat.

Zum Antrieb eines solchen Leistungsschalters kann man zweckmäßig einen Druckmittelantrieb verwenden, der auf Hochspannungspotential angeordnet ist. Der Druckmittelantrieb besteht vorzugsweise aus einem Zylinder und einem darin angeordneten beweglichen Kolben, der z. B. durch Isolieröl betätigt wird. Wird der Antrieb im Windkessel angeordnet, wie dies bei einem bekannten Schalter mit einem von Druckluft entgegen einer Feder betätigten Kolben der Fall ist, so können die Metallmengen des Antriebs ebenfalls dazu beitragen, die Schaltgase durch Aufnahme ihrer Wärme abzukühlen. Die Erfindung befaßt sich mit Schaltern der zuletzt genannten Art und bezweckt eine weitere Verbesserung der Kühlung. Erfindungsgemäß läuft das Druckmittel in der Einschaltstellung des Schalters als Kühlmittel durch den Druckmittelantrieb hindurch um. -Die Wärme wird dadurch nicht nur wie bei .dem bekannten Schalter über eine größere Masse Im Schalterinnern verteilt, sondern aus der Isolierstoffumhüllung, die wie eine Wärmeisolierung wirkt, nach außen abgeführt. Das Gehäuse des Druckmittelantriebs dient dabei als Kühlmittelleitung.One can expediently drive such a circuit breaker Use pressure medium drive, which is arranged on high voltage potential. Of the Pressure medium drive preferably consists of a cylinder and one arranged in it movable piston, the z. B. is actuated by insulating oil. If the drive is in Air chamber arranged, as in a known switch with one of compressed air against a spring-actuated piston is the case, the amounts of metal of the drive also contribute to the switching gases by absorbing their heat to cool off. The invention is concerned with switches of the last-mentioned type and aims to further improve the cooling. According to the invention, the pressure medium runs in the on position of the switch as coolant through the pressure medium drive through around. -The heat is not only over a larger mass distributed inside the switch, but from the insulating material envelope, which acts like a thermal insulation, discharged to the outside. The housing of the pressure medium drive serves as a coolant line.

Der Sehalter nach der Erfindung unterscheidet sich auch vorteilhaft von einem bekannten Hochspannungsschalter in Säulenbauweise mit einem hydraulischen Antrieb. Bei diesem. Schalter ist zur Zufuhr des Druckmittels von Erdpotential zu dem Antrieb auf Hochspannungspotential eine Druckmittelleitung vorgesehen. Am oberen Ende dieser Leitung ist über eine Drosselstelle eine Abzweigleitung angeschlossen, die unmittelbar in die Schaltkammer führt. Ein überlaufrohr in der Schaltkammer bestimmt den Flüssigkeitsstand und führt vom oberen Ende der Kammer zurück zu einem drucklosen Flüssigkeitsbehälter auf Erdpotential. Die als Kühlmittel verwendete Hydraulikflüssigkeit durchströmt die ganze Schaltkammer und läuft nicht wie bei der Erfindung durch den Druckmittelantrieb um. Dadurch können Zersetzungsprodukte des Lichtbogens, die die elektrische Festigkeit beeinträchtigen, in die Leitungen gelangen. Bei dem bekannten Schalter ist dies zwar deshalb unbedenklich, weil die Leitungen zwischen Teilen mit Erdpotential und solchen mit Hochspannungspotential wegen der Luftüberschlagslänge des Stützisolators sehr lang sind. Für die der Erfindung zugrunde liegenden Schalter, bei denen die ganze Spannung gegen Erde an der verhältnismäßig dünnen Schicht der Isölierstoffumhüllung liegt, ist die bekannte Anordnung dagegen nicht geeignet.The Sehalter according to the invention also differs advantageously from a known high-voltage switch in column design with a hydraulic Drive. With this one. Switch is to supply the pressure medium from earth potential a pressure medium line is provided for the drive at high voltage potential. At the top At the end of this line, a branch line is connected via a throttle point. which leads directly into the switching chamber. An overflow pipe in the switching chamber determines the liquid level and leads back to one from the top of the chamber pressureless liquid container on earth potential. The one used as a coolant Hydraulic fluid flows through the entire switching chamber and does not run like at of the invention by the pressure medium drive. This can cause decomposition products of the electric arc, which impair the electrical strength, into the cables reach. In the case of the known switch, this is harmless because the Lines between parts with earth potential and those with high voltage potential are very long because of the flashover length of the post insulator. For those of the invention underlying switch, where the whole voltage to earth at the proportionately thin layer of insulating material is, the known arrangement is against it not suitable.

Da bei dem Schalter nach der Erfindung nicht mehr die ganze Wärme von Metallteilen innerhalb der Isolierstoffumhüllung aufgenommen werden muß, kann der Schalter kleiner und leichter ausgebildet werden. In Weiterbildung der Erfindung. wird von dieser Möglichkeit dadurch in besonders vorteilhafter Weis Gebrauch gemacht, daß die Wand des Windkessels aus Aluminium- und/oder Magnesiumlegierungen besteht. Im Gegensatz zu dem bekannten Schalter, bei dem diese Metalle wegen ihrer verhältnismäßig geringen Wärmeaufnahmefähigkeit kaum verwendet werden können, erreicht man dadurch in verschiedener Hinsicht eine Verbesserung. So haben Aluminium-und/oder Magnesiumlegierungen etwa den gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten wie . die üblichen Gießharze. Es treten also auch bei großen Temperaturschwankungen, die durch die Schaltgase hervorgerufen werden, keine bedenklichen Wärme- Spannungen auf. Aluminium- und/oder Magnesiumlegierungen besitzen außerdem eine gute Haftfähigkeit gegenüber Gießharzen, die bedeutend besser ist als z. B. die zwischen Eisen bzw: Stahl und" Gießharz.Since with the switch according to the invention no longer all the heat of metal parts must be included within the insulating envelope, can the switch can be made smaller and lighter. In a further development of the invention. this option is used in a particularly advantageous manner, that the wall of the air chamber consists of aluminum and / or magnesium alloys. In contrast to the known switch, in which these metals because of their relative low heat absorption capacity can hardly be used, is achieved thereby an improvement in several ways. So have aluminum and / or magnesium alloys approximately the same temperature expansion coefficient as. the usual casting resins. So there are also large temperature fluctuations caused by the switching gases caused, no critical heat Tensions on. Aluminum and / or magnesium alloys also have good adhesiveness compared to casting resins, which is significantly better than z. B. those between iron or: Steel and "cast resin.

Man kann z. B. den Zylinder .des - Druckmitteiäntriebes mit einer Leitung versehen, die parallel zu dem Bereich des Zylinders angeordnet ist, den der Kolben in der Einschaltstellung des Schalters einnimmt. Das Hindernis; 'das der Kölben zwischen der Zu- und Abftußleitung" des Drückmittelantriebes darstellt, wird durch dies- parallele Leitung überbrückt. Als Überbrückung genügen unter Umständen Längsnuten in der Zylinderinnenwand in dem Bereich, den der Kolben in der Einschaltstellung des Schalters einnimmt. Dabei sind die Nuten so zu bemessen, daß das sichere Schalten - mit dem Druckmittelantrieb nicht beeinträchtigt wird. Für den Fall, daß ein größerer Querschnitt für den Druckmittelumlauf in der Einschaltstellung des Schalters vorhanden sein soll, wird man eine besondere Leitung vorsehen, die an den Zylinder vor und hinter derjenigen Stelle angeschlossen ist, die der Kolben in der Einschaltstellung einnimmt. Diese Leitung kann man mit einem Ventil versehen, durch das sie beim Schalten gesperrt wird. Eine besonders einfache Ausführung ergibt sich, wenn man ein Rückschlagventil verwendet, daß die Leitung für die beim Ausschalten auftretende Strömung des Druckmittels sperrt. Beim Einschalten ist der durch die parallele Leitung verursachte Druckverlust am Kolben in' vielen Fällen ohne Nachteile, da der Schalter im wesentlichen die Einschaltstellung bereits erreicht hat. Außerdem reicht unter Umständen die in den beweglichen Schalterteilen vorhandene kinetische Energie zum vollständigen Einschalten aus. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Ventil temperaturabhängig auszubilden. Erwünscht ist eine mit steigender Temperatur wachsende Kühlwirkung. Infolgedessen wird man die Ventile so anordnen, daß sie einen mit steigender Temperatur wachsenden Querschnitt der parallel zum Kolben verlaufenden Leitung freigeben. Als Verstellglieder für solche Ventile können verschiedene temperaturempfindliche Anordnungen verwendet werden. Zum Beispiel kann man die Ventile durch Bimetalle verstellen. Desgleichen sind Druckkapseln geeignet, die mit einer bei einer gewünschten Temperatur siedenden Flüssigkeit gefüllt sind. Ferner ist es, zweckmäßig, den Druckmittelantrieb so auszuführen, daß er einen Teil der Schalterstrombahn bildet. Hierdurch wird der Schalteraufbau weiter vereinfacht. Da besondere Leiter fortfallen können, wird auch eine Gewichtseinsparung erzielt. Außerdem kann auf diese Weise auch die Kühlwirkung verbessert werden, da die anschließenden leitenden Teile mit dem zur Kühlung dienenden Druckmittelantrieb in unmittelbarer Berührung stehen.You can z. B. the cylinder .des - Druckmitteiänttriebes provided with a line which is arranged parallel to the area of the cylinder that the piston occupies in the on position of the switch. The obstacle; The piston that represents the piston between the inlet and outlet line of the pressure means drive is bridged by the parallel line. Under certain circumstances, longitudinal grooves in the inner wall of the cylinder in the area occupied by the piston in the switched-on position of the switch are sufficient as bridging to be dimensioned in such a way that the safe switching - with the pressure medium drive is not impaired In the event that a larger cross-section is to be available for the pressure medium circulation in the switched-on position of the switch, a special line will be provided to the cylinder in front and behind is connected to that point that the piston takes in the on position . This line can be provided with a valve, by which it is blocked when switching. A particularly simple design is obtained if a check valve is used that the line for the When switching off occurring flow of the pressure medium blocks The pressure loss on the piston caused by the parallel line is in many cases without any disadvantages, since the switch has essentially already reached the on position. In addition, the kinetic energy present in the movable switch parts may be sufficient to switch on completely. Another possibility is to design the valve as a function of the temperature. A cooling effect that increases with increasing temperature is desirable. As a result, the valves will be arranged in such a way that they expose a cross-section of the line running parallel to the piston that increases with increasing temperature. Various temperature-sensitive arrangements can be used as adjusting elements for such valves. For example, the valves can be adjusted using bimetals. Pressure capsules which are filled with a liquid boiling at a desired temperature are also suitable. Furthermore, it is expedient to design the pressure medium drive so that it forms part of the switch current path. This further simplifies the switch structure. Since special conductors can be omitted, a weight saving is also achieved. In addition, the cooling effect can also be improved in this way, since the subsequent conductive parts are in direct contact with the pressure medium drive used for cooling.

Die Erfindung ist insbesondere für solche Schalter geeignet, bei denen das bewegliche Schaltstück, z. B. ein Schaltstift, beim Ausschalten von unten nach oben bewegt wird. Bei solchen Schaltern, insbesondere bei Flüssigkeitsschaltern, strömen die Schaltgase ohne weiteres nach oben in den Windkessel ab, aus dem sie dann nach der Abkühlung ausgelassen werden. Es ist aber auch möglich, die Erfindung bei anderen Schaltern, beispielsweise bei Schaltern mit einer horizontal verlaufenden Schaltstückbewegung zu verwenden, wobei dann durch geeignete Mittel dafür zu sorgen ist, daß die Schaltgase in den Windkessel abgeführt werden. So kann man z. B. auch bei Schaltern mit horizontal verlaufender Schaltbewegung den Windkessel mit dem darin vorgesehenen Druckmittelantrieb oberhalb der Schaltkammer anordnen. Gegebenenfalls ist dabei zwischen dem Druckmittelantrieb und dem beweglichen Schaltstück eine Umlenkung vorzusehen. Diese Umlenkung kann man mit einem Übersetzungsgetriebe vereinigen.The invention is particularly suitable for such switches in which the moving contact piece, e.g. B. a switch pin, when switching off from below is moved above. With such switches, especially with liquid switches, the switching gases easily flow upwards into the air chamber, from which they are then left out after cooling. But it is also possible to use the invention with other switches, for example switches with a horizontally running switch To use switching piece movement, in which case it must be ensured by suitable means is that the switching gases are discharged into the air chamber. So you can z. Belly in the case of switches with a horizontal switching movement, open the air chamber with the Arrange the pressure medium drive provided therein above the switching chamber. Possibly is a deflection between the pressure medium drive and the movable contact piece to be provided. This deflection can be combined with a transmission gear.

In der Zeichnung ist ein Flüssigkeitsschalter als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Alle hochspannungführenden Teile des Schalters sind mit einer Umhüllung 1 aus Gießharz umgeben. Auf der Umhüllung 1 sitzt die geerdete Metallkapselung 2. Sie besteht aus Aluminiumblech.In the drawing, a liquid switch is shown as an exemplary embodiment of the invention shown. All high-voltage parts of the switch are with surrounded by a casing 1 made of cast resin. The grounded metal encapsulation is seated on the casing 1 2. It consists of aluminum sheet.

Der Schalter besitzt einen Schaltstift 4, der mit einem feststehenden Schaltstück 5 zusammenwirkt. Der Schaltstift wird beim Ausschalten von unten nach oben gezogen und zieht dabei einen Lichtbogen, der in der Löschkammer 3 gelöscht wird. Oberhalb der Schaltkammer sitzt der Windkessel 6, dessen Wandung 6a ebenfalls aus Aluminiumblech besteht. Der Windkessel dient zum Auffangen der beim Ausschalten entstehenden Schaltgase. Die Gase küh- len sich im Windkessel ab, bevor sie durch eine nicht dargestellte Öffnung aus dem Schaltinneren abgelassen werden. Durch die Abkühlung wird die elektrische Festigkeit der Schaltgase gesteigert. Dies ermöglicht eine Verkürzung der Isolierstrecke zwischen der auf Hochspannungspotential liegenden Wand 6a des Windkessels und der geerdeten Kapselung 2, durch die die Schaltgase durch die Gießharzumhüllang 1 abströmen. Im Windkessel ist der als Ganzes mit 7 bezeichnete Druckmittelantrieb zum Betätigen des Schaltstiftes angeordnet. Der Druckmittelantrieb kann wegen seiner ohnehin erforderlichen verhältnismäßig großen Masse einen beträchtlichen Teil der Wärme der Schaltgase aufnehmen. Er besteht im wesentlichen aus einem Zylinder 8, in dem ein mit dem Schaltstift verbundener Kolben 9 gleitet. Mit 11 ist eine Klinke bezeichnet, mit der der Kolben über einen Ansatz 12 in der Einschaltstellung festgehalten wird. Die Klinke wird durch eine nicht dargestellte Druckfeder in Richtung auf den Kolben gedrückt. Das Löschen der Klinke erfolgt durch das Zuführen des Druckmittels, das die als Kolben mit einer Dichtung 13 ausgebildete Klinke entgegen der Wirkung der Feder zurückdrückt. Eine entsprechende Verklinkung 14, die nicht näher dargestellt ist, verriegelt den Kolben in der Ausschaltlage. Der Druckmittelantrieb. 7 ist an einem Gehäuse 15 befestigt. Durch das Gehäuse führen zwei Rohrleitungen, deren äußere Anschlüsse n#üt 18 und 19 bezeichnet sind. Durch die Rohrleitungen wird dem Zylinder zum Schalten Druckmittel, z. B. Öl, zu- bzw. abgeführt. Das Druckmittel wird von einem geeigneten, außerhalb des Schalters liegenden Aggregat, z. B: von einem Hydraulikspeicher, geliefert.The switch has a switch pin 4 which interacts with a stationary contact piece 5. When switching off, the switch pin is pulled upwards from the bottom, drawing an arc which is extinguished in the quenching chamber 3. The air chamber 6, the wall 6a of which is also made of sheet aluminum, is located above the switching chamber. The air chamber is used to collect the switching gases generated when switching off. The gases cool down in the air chamber before they are let out of the switch interior through an opening (not shown). The cooling increases the electrical strength of the switching gases. This enables a shortening of the insulating distance between the wall 6a of the air vessel, which is at high voltage potential, and the earthed encapsulation 2 through which the switching gases flow through the cast resin envelope 1. The pressure medium drive, designated as a whole by 7, for actuating the switching pin is arranged in the air chamber. Because of its relatively large mass, which is required anyway, the pressure medium drive can absorb a considerable part of the heat of the switching gases. It consists essentially of a cylinder 8 in which a piston 9 connected to the switching pin slides. 11 with a pawl is referred to with which the piston is held in the switched-on position via a shoulder 12. The pawl is pressed in the direction of the piston by a compression spring (not shown). The pawl is deleted by supplying the pressure medium, which presses back the pawl, which is designed as a piston with a seal 13, against the action of the spring. A corresponding latch 14, which is not shown in more detail, locks the piston in the switched-off position. The pressure medium drive. 7 is attached to a housing 15. Two pipes, the outer connections of which are designated n # üt 18 and 19, lead through the housing. Through the pipes, the cylinder for switching pressure medium, z. B. Oil, supplied or discharged. The pressure medium is supplied by a suitable unit located outside the switch, e.g. B: supplied by a hydraulic accumulator.

Der Zylinder 8 des Druckmittelantriebes ist in dem Bereich, den der Kolben 9 in der Einschaltstellung einnimmt, mit Längsnuten 20 versehen. Dadurch ist es möglich, in der Einschaltstellung des Schalters das dann als Kühlmittel dienende Druckmittel durch das Gehäuse des Druckmittelantriebes und durch diesen selbst hindurch umlaufen zu lassen. Durch diese Kühlung wird die Stromtragfähigkeit des Schalters wesent-]ich erhöht. Dabei wirkt sich besonders günstig aus, daß der Druckmittelantrieb selbst ein Teil der Schalterstrombahn ist, weil zwischen den Stellen, von denen die Wärme abzuführen ist, und dem Druckmittel eine gut wärmeleitende metallische Verbindung besteht.The cylinder 8 of the pressure medium drive is provided with longitudinal grooves 20 in the area which the piston 9 occupies in the switched-on position. This makes it possible, in the switched-on position of the switch, to let the pressure medium, which is then used as a coolant, circulate through the housing of the pressure medium drive and through it itself. This cooling increases the current carrying capacity of the switch significantly. It has a particularly favorable effect that the pressure medium drive itself is part of the switch circuit, because there is a highly thermally conductive metallic connection between the points from which the heat is to be dissipated and the pressure medium.

Der Strompfad durch den Schalter, der von einem unterhalb des Schalters liegenden, nicht dargestellten Gerät ausgeht, führt von einem Anschlußstück 25 zum feststehenden Schaltstück 5, über den Schaltstift 4 zu den Kontaktrollen 26, von dort über zwei parallel zum Schaltstift verlaufende Stangen 27, die am Druckmittelantrieb 7 befestigt sind, durch den Druckmittelantrieb über das Gehäuse 15 zu einem oberen Anschluß 30. Dort erfolgt der Stromübergang zu einem folgenden, nicht dargestellten Gerät.The current path through the switch, the one below the switch lying, not shown device, leads from a connector 25 to fixed switching piece 5, via the switching pin 4 to the contact rollers 26, of there via two rods 27 running parallel to the switching pin, which are attached to the pressure medium drive 7 are attached, through the pressure medium drive via the housing 15 to an upper Terminal 30. There the current is transferred to a subsequent one, not shown Device.

Die Erfindung kann mit Vorteil auch bei Schaltern mit gasförmigen Löschmitteln, z. B. bei Druckgasschaltern, angewendet werden.The invention can also be used with switches with gaseous Extinguishing agents, e.g. B. be used in gas pressure switches.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Circuit breaker for a metal-enclosed high-voltage switchgear, whose high-voltage parts are covered with solidified insulating material, in particular made of cast resin, are provided, for actuating the movable contact piece a pressure medium drive is provided, which preferably consists of one with the movable Switching piece connected piston and a cylinder, characterized in that that the pressure medium in the on position of the switch as a coolant the pressure medium drive rotates through it.

2. Circuit breaker according to claim 1, characterized characterized in that the cylinder of the pressure medium drive with a parallel to the area of the cylinder extending line is provided, which the piston in the On position of the switch assumes.

3. Circuit breaker according to claim 2, characterized in that the cylinder is in the area that the piston is in the switched-on position occupies, is provided with longitudinal grooves.

4. Circuit breaker according to claim 2, characterized characterized in that the line is provided with a valve.

5. Circuit breaker according to claim 4, characterized in that the valve with increasing temperature opens.

6. Circuit breaker according to claim 1, characterized in that the wall of the air chamber is made of aluminum and / or magnesium alloys.

7. Circuit breaker according to claim 1, characterized in that the pressure medium drive is part of the Switch current path forms. Publications considered: Swiss patent specification No. 322 444; »Bulletin d. Switzerland. electrotechn. Verein ", Vol. 49 (1958), p. 630 to 634.