DE1154548B

DE1154548B - Electric switch

Info

Publication number: DE1154548B
Application number: DEW29175A
Authority: DE
Inventors: George Rowley; Albert Strom
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1960-02-05
Filing date: 1960-12-29
Publication date: 1963-09-19
Also published as: FR1288091A; CA678008A; CH381755A; JPS3619928B1

Description

Elektrischer .Schalter Die Erfindung befaßt sich mit elektrischen Schaltern, die ein fluorhaltiges, elektronegatives Gas insbesondere als Lichtbogen-Löschmittel verwenden.Electrical .Switch The invention is concerned with electrical Switches that use a fluorine-containing, electronegative gas, in particular as an arc extinguishing agent use.

Ziel der Erfindung ist es, einen verbesserten Schalter mit einem elektronegativen, fluorhaltigen Gas zu schaffen, bei dem die Zerstörung der Schaltstücke und die Bildung von Zersetzungsprodukten unter der Einwirkung des Lichtbogens sehr klein gehalten werden. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Schaltstücke, zwischen denen beim Ausschalten ein Lichtbogen gezogen wird, aus Kohlenstoff, insbesondere aus Graphit, bestehen.The aim of the invention is to provide an improved switch with an electronegative, to create fluorine-containing gas, in which the destruction of the contact pieces and the formation of decomposition products under the action of the arc is kept very small will. According to the invention this is achieved in that the contact pieces between which an arc is drawn when switching off, made of carbon, in particular made of graphite.

Wie bei einer Reihe von Versuchen gefunden wurde, ist die Verwendung von Kohlenstoff, insbesondere Graphitschaltstücken, in einer Atmosphäre von gasförmigen fluorhaltigen Substanzen außerordentlich vorteilhaft, so z. B. bei Leistungsschaltern, die ein elektronegatives, fluorhaltiges Gas als Lichtbogen-Löschmittel aufweisen. Es konnte festgestellt werden, daß der Abbrand solcher Graphitschaltstücke, der durch Lichtbogeneinwirkung verursacht wird, beträchtlich geringer ist, als mit den hochwertigsten metallischen, lichtbogenfesten Schaltstückmaterialien, wie z. B. Silberwolfram oder Kupferwolfram, erreicht werden konnte. Durch Messung konnte nachgewiesen werden, daß der Materialverlust von Graphitschaltstüeken bei gleicher Lichtbogenbeanspruchung nur zwei Gewichtsprozent dessen beträgt, was bei metallischen Schaltstücken auftritt.As has been found with a number of attempts, is the use of carbon, in particular graphite contact pieces, in an atmosphere of gaseous fluorine-containing substances extremely advantageous, such. B. for circuit breakers, which have an electronegative, fluorine-containing gas as an arc extinguishing agent. It was found that the burn-off of such graphite contact pieces, the caused by arcing is considerably less than with the high-quality metallic, arc-proof contact piece materials, such as B. Silver tungsten, or copper tungsten, could be achieved. Measurement could prove that the material loss of graphite switching pieces with the same arcing load is only two percent by weight of what occurs with metallic contact pieces.

Graphit hat zwar normalerweise einen beträchtlich höheren Widerstand als metallische Schaltstückmaterialien. Dies verhindert jedoch nicht die Verwendung von Graphit für Lichtbogenschaltstücke, zwischen denen der Lichtbogen nur im Ausschaltaugenblick gezogen wird. Darüber hinaus können aber auch Hauptschaltstücke aus Graphit hergestellt werden, wenn der Nennstrom des Schalters entsprechend gering ist. Gemäß der Erfindung werden daher soweit wie möglich Graphit oder Kohlensto$sehaltstücke als Lichtbogenschaltstücke, in einzelnen Fällen aber auch als Hauptschaltstücke in Leistungsschaltern verwendet, bei denen ein elektronegatives, fluorhaltiges Gas verwendet wird.Graphite usually has a considerably higher resistance as metallic contact piece materials. However, this does not prevent its use of graphite for arcing contacts, between which the arcing is only triggered when it is switched off is pulled. In addition, main contact pieces can also be made from graphite when the rated current of the switch is correspondingly low. According to the invention Therefore, as far as possible, graphite or carbon retainer pieces are used as arcing contacts, in some cases also used as main contact pieces in circuit breakers, where an electronegative, fluorine-containing gas is used.

Neben den Vorteilen des geringen Schaltstückabbrandes ergeben sich bei der Verwendung von Kohlenstoffschaltstücken z. B. in SFo-Atmosphäre noch die folgenden Vorteile: 1. Die Zersetzung des SFo-Gases wird verringert. Ein kleiner Abbrand der Kohlenstoffschaltstücke bedeutet nämlich eine entsprechend geringe Zersetzung des SFo-Gases. Die Zersetzung beträgt nur etwa 2 % der bei Metallschaltstücken auftretenden Zersetzung. Daraus ergibt sich eine längere Betriebszeit des Schalters, bevor eine Überholung erforderlich ist.In addition to the advantages of the low contact piece burn-off, this also results when using carbon contact pieces z. B. in SFo atmosphere still the the following advantages: 1. The decomposition of the SFo gas is reduced. A little Burning off of the carbon contact pieces means a correspondingly low level of decomposition of SFo gas. The decomposition is only about 2% of that which occurs with metal contact pieces Decomposition. This results in a longer operating time of the switch before a Overhaul is required.

2. Der Übergangswiderstand nimmt mit steigender Temperatur und damit auch mit steigendem Strom ab, falls Kohlenstoffelektroden verwendet werden. Für Graphitelektroden bleibt er ungefähr konstant.2. The contact resistance increases with increasing temperature and thus also decreases with increasing current if carbon electrodes are used. For For graphite electrodes, it remains roughly constant.

3. Es ergibt sich kein Staub metallischer Fluoride, da beim Abbrand von Graphitelektroden lediglich CF4, also ein träges Gas entsteht. Dies ist besonders wertvoll, weil auf diese Weise das Staubproblem gelöst werden kann, das bei einigen SFo-Schaltem auftritt.3. There is no dust of metallic fluoride, because when burned graphite electrodes only produce CF4, i.e. an inert gas. This is special valuable because in this way it can solve the dust problem that some SFo switch occurs.

4. Auf den Kontaktflächen kann sich kein Oxyd bilden, das den Übergangswiderstand beim Einschalten erhöht.4. No oxide can form on the contact surfaces, which would reduce the contact resistance increased when switched on.

5. Das geringere spezifische Gewicht ergibt eine höhere Schaltstückgeschwindigkeit bei gegebener Antriebskraft.5. The lower specific weight results in a higher contact speed with a given driving force.

6. Bei einer Lichtbogenwirkung entstehen als Zersetzungsprodukte des Gases nur CF4 und in geringem Maße Schwefelmonofluorid (SF). CF4 ist eine ungefährliche Verunreinigung, sie führt nicht zu einer Verminderung der Schaltfähigkeit des Schalters.6. In the event of an arc effect, the decomposition products of the Gas only CF4 and, to a small extent, sulfur monofluoride (SF). CF4 is not dangerous Contamination, it does not lead to a reduction in the switching capacity of the switch.

Es ist bekannt, für elektrische Schaltgeräte Schaltstücke aus Graphit in reiner Form oder in Mischung mit Metallen, wie Kupfer oder Silber, zu verwenden, um ein Verschweißen der Schaltstücke zu verhindern. Mit der Erfindung hat dies nichts zu tun, denn bei den bekannten Schaltgeräten handelt es sich im Gegensatz zur Erfindung nicht um Schalter mit einem elektronegativen, f(uorhaltigen Gas. Deshalb kann bei diesen Schaltern nicht die vorstehend angegebene vorteilhafte Verringerung der Gaszersetzung auftreten.It is known, for electrical switching devices, contact pieces made of graphite to be used in pure form or in a mixture with metals such as copper or silver, to prevent the contact pieces from welding together. This has nothing to do with the invention to do because at the known switching devices are in In contrast to the invention, there is no switch with an electronegative, f (uorhaltigen Gas. Therefore, in these switches, the above-mentioned advantageous Reduction in gas decomposition may occur.

Die Erfindung ist an zwei im wesentlichen an sich bekannten Schaltern erläutert, deren bauliche Ausbildung nicht zum Gegenstand vorliegender Erfindung gehört. Dabei zeigt Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Leistungsschalter, wobei die Schaltstückanordnung in der Einschaltstellung gezeichnet ist; Fig. 2 ist ein Vertikalschnitt durch eine geänderte Unterbrechungseinrichtung eines Leistungsschalters, bei der die Schaltstücke wiederum in der Einschaltstellung dargestellt sind.The invention is based on two switches which are essentially known per se explained whose structural design is not the subject of the present invention heard. 1 shows a vertical section through a circuit breaker, wherein the contact piece arrangement is drawn in the switched-on position; Fig. 2 is a vertical section through a modified interrupting device of a circuit breaker, in which the contact pieces are again shown in the on position.

Der in Fig. 1 dargestellte Leistungsschalter besitzt ein im wesentlichen geschlossenes Gehäuse 1. Darin ist ein elektronegatives, fluorhaltiges Gas; z. B. SFo, SeFs, CF"SF5, oder Mischungen von zwei oder mehr dieser Gase mit anderen trägen Gasen, wie z. B. Argon, Helium oder Stickstoff, enthalten. Mit der Bezeichnung »elektronegatives Gas« ist ein Gas gemeint, daß freie Elektronen absorbiert und infolgedessen als Entionisierungsmittel zur Entionisierung einer Lichtbogensäule geeignet ist, die in dem Gas brennt.The circuit breaker shown in Fig. 1 has a substantially closed housing 1. It contains an electronegative, fluorine-containing gas; z. B. SFo, SeFs, CF "SF5, or mixtures of two or more of these gases with others Gases such as B. argon, helium or nitrogen. With the designation »electronegatives Gas "is meant a gas that absorbs free electrons and as a result Deionizing agent is suitable for deionizing an arc column, the in which gas burns.

Im Inneren des Gehäuses 1 ist ein feststehendes Schaltstück 2 vorgesehen, das aus einem kreisringförmigen Hauptschaltstück 3 und einem zentrisch darin angeordneten feststehenden Lichtbogenschaltstück 4 besteht. Das Lichtbogenschaltstück 4 besitzt vorzugsweise eine Graphit- oder Kohlenstoffspitze 5, die in einer Ausnehmung 4 a des Lichtbogenschaltstückes 4 angeordnet ist.Inside the housing 1, a fixed contact piece 2 is provided, that consists of a circular main contact piece 3 and a centrally arranged therein fixed arc switch 4 is made. The arc switch 4 has preferably a graphite or carbon tip 5, which is in a recess 4 a of the arc switch 4 is arranged.

Mit dem feststehenden Lichtbogenschaltstück 4 wirkt ein bewegliches Lichtbogenschaltstück 7 zusammen, das in einer Ausnehmung 8 im Schaft 9 des beweglichen Lichtbogenschaltstückes 10 angeordnet ist. Der Schaft 9 besitzt einen Längsschlitz 11, der mit einem Querbolzen 12 zusammenwirkt. Der Querbolzen erstreckt sich seitwärts durch eine Antriebsstange 14. Das obere Ende der Antriebsstange 14 ist bei 15 vergrößert und bei 16 mit einem Gewinde versehen. Auf dieses Gewinde ist ein das Lichtbogenschaltstück umgebendes Hauptschaltstück 17 aufgeschraubt.With the fixed arc switch 4, a movable one acts Arc switch piece 7 together, which is in a recess 8 in the shaft 9 of the movable Arc switch piece 10 is arranged. The shaft 9 has a longitudinal slot 11, which cooperates with a transverse bolt 12. The cross bolt extends sideways by a drive rod 14. The upper end of the drive rod 14 is enlarged at 15 and threaded at 16. The arc switch is on this thread surrounding main contact 17 screwed on.

Zwischen dem Schaft 9 und einer unteren Schulter 19 des vergrößerten Teiles 15 des beweglichen Schaltstückes 20 ist eine Druckfeder 18 vorgesehen, die den Kontaktdruck aufbringt. Wie ersichtlich ist, ist das nach unten geöffnete Hauptschaltstück 17 mit einer Anzahl Kontaktfinger 17a versehen, die das feststehende Hauptschaltstück 3 umgeben und berühren. Die Lichtbogenschaltstücke 5 und 7, die aus Kohlenstoff oder Graphit bestehen, führen deshalb in der Einschaltstellung des Schalters 23, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist, keinen Strom.Between the shaft 9 and a lower shoulder 19 of the enlarged Part 15 of the movable contact piece 20, a compression spring 18 is provided which applies the contact pressure. As can be seen, the main contact is open at the bottom 17 provided with a number of contact fingers 17a that form the fixed main contact 3 surround and touch. The arcing contacts 5 and 7, which are made of carbon or graphite, therefore lead in the on position of the switch 23, as shown in Fig. 1, no current.

Die Hauptschaltstücke 3 und 17 bestehen vorzugsweise aus einem Metall guter Leitfähigkeit, z. B. aus Kupfer. Die Lichtbogenschaltstücke 5 und 7 bestehen dagegen aus Kohlenstoff oder aus Graphit, wie bereits erwähnt wurde.The main contact pieces 3 and 17 are preferably made of a metal good conductivity, e.g. B. made of copper. The arcing contacts 5 and 7 exist on the other hand, made of carbon or graphite, as already mentioned.

Der Schlitz 11 im Schaft 9 des beweglichen Lichtbogenschaltstückes 10 und der Querbolzen 12 der Antriebsstange 14 wirken als Totgangverbindung 24 zwischen dem beweglichen Lichtbogenschaltstück 7 und dem beweglichen Hauptschaltstück 17, wie ohne weiteres ersichtlich ist. Wegen der Druckfeder 18 und der Totgangverbindung 24 bleiben die Lichtbogenschaltstücke 5, 7 zunächst, wie dargestellt, noch in Berührung, während sich die umgebenden Haupt-Schaltstücke 3, 17 in bekannter Weise voneinander trennen. Erst wenn der Querbolzen 12 der Schaltstange 14 das obere Ende 25 des Schlitzes 11 erreicht und der Totgang durchlaufen ist, wird das bewegliche Lichtbogenschaltstück zusammen mit dem umgebenden Hauptschaltstück 17 der beweglichen Schaltstückanordnung 20 nach oben bewegt.The slot 11 in the shaft 9 of the movable arc switch 10 and the cross bolt 12 of the drive rod 14 act as a lost motion connection 24 between the moving arcing contact 7 and the moving main contact 17, as can be seen without further ado. Because of the compression spring 18 and the lost motion connection 24 the arcing contacts 5, 7 initially remain in contact, as shown, while the surrounding main contact pieces 3, 17 move from one another in a known manner separate. Only when the cross bolt 12 of the shift rod 14 reaches the upper end 25 of the slot 11 reached and the backlash has passed, the movable arcing contact is together with the surrounding main contact element 17 of the movable contact element arrangement 20 moved up.

Auf Grund der vorstehend beschriebenen an sich bekannten Ausführung des Schalters kann sich nur zwischen den Lichtbogenschaltstücken 5, 7, die aus Graphit bestehen, ein Lichtbogen bilden, nicht aber zwischen den Hauptschaltstücken 3, 17.On the basis of the embodiment known per se described above of the switch can only be between the arcing contact pieces 5, 7, which are made of graphite exist, form an arc, but not between the main contact pieces 3, 17.

Wie erwähnt, wird durch die Verwendung von aus Graphit bestehenden Lichtbogenschaltstücken 5, 7 bei einem gasförmigen Löschmittel 26, das in der im wesentlichen geschlossenen Kammer 1 untergebracht ist und aus fluorhaltigen Substanzen, wie z.. B. SFe, SeFB, CF@SF5, oder anderen elektronegativen, fluorhaltigen Gasen besteht, erreicht, daß nur sehr geringe Mengen Fluoridstaub entstehen. Außerdem ergeben sich nur außerordentlich geringe Materialverluste der Lichtbogenschaltstücke. Darüber hinaus gestattet die geringe Masse der Schaltstücke 5, 7 eine höhere Geschwindigkeit bei der Kontakttrennung während des Ausschaltvorganges.As mentioned, it is made using graphite Arcing contact pieces 5, 7 in the case of a gaseous extinguishing agent 26, which is in the im essentially closed chamber 1 is housed and made of fluorine-containing substances, such as, for example, SFe, SeFB, CF @ SF5, or other electronegative, fluorine-containing gases exists, achieves that only very small amounts of fluoride dust are formed. aside from that there are only extremely low losses of material from the arcing contacts. In addition, the low mass of the contact pieces 5, 7 allows a higher speed when the contact is separated during the switch-off process.

Die Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform eines an sich bekannten Leistungsschalters mit einem Speicher 27, der elektronegative, fluorhaltige Gase, wie z. B. SFs, SeFs oder CF"SF5, unter hohem Druck enthält.Fig. 2 shows a modified embodiment of a known per se Circuit breaker with a memory 27, the electronegative, fluorine-containing gases, such as B. SFs, SeFs or CF "SF5, under high pressure.

Die COffnung des Blasventils 28 wird synchron mit der Betätigung der drehbaren Schaltstückwelle 29 freigegeben, die sich durch die Seitenwand des Gehäuses 30 erstreckt, so daß eine Gasströmung durch eine Düsenanordnung 31 entsteht, in der geschlitzte Lichtbogenkeile 33 aus einem geeigneten Isoliermaterial, wie z. B. Polytetrafluoräthylen, angeordnet sind.The opening of the blow valve 28 is synchronized with the actuation of the rotatable contact piece shaft 29 released, which extends through the side wall of the housing 30 extends so that a gas flow is created through a nozzle arrangement 31, in the slotted arcing wedge 33 made of a suitable insulating material, such as. B. polytetrafluoroethylene, are arranged.

Wie dargestellt ist, bestehen die Lichtbogenschaltstücke 34, 35 aus Kohlenstoff oder Graphit. Sie sind so angeordnet, daß sie sich erst nach dem Trennen der metallischen Hauptschaltstücke 36, 37 voneinander lösen.As shown, the arcing contact pieces 34, 35 consist of Carbon or graphite. They are arranged in such a way that they can only be separated after they have been separated the metallic main contact pieces 36, 37 detach from each other.

Der bewegliche Hauptkontakt 36 kann von einer lamellierten Kupferbürste gebildet werden, die mit einer geneigten Fläche des feststehenden Hauptschaltstückes 37 in Berührung kommt. Auch das feststehende Hauptschaltstück 37 kann aus einem gut leitenden Material, wie z. B. Kupfer, bestehen.The main moving contact 36 can be a laminated copper brush are formed with an inclined surface of the fixed main contact 37 comes into contact. The fixed main contact 37 can also consist of one highly conductive material, such as. B. copper exist.

Das Gehäuse 30 ist mit zwei Durchführungen 39, 40 versehen, die mit ihren Durchführungsbolzen 41, 42 den Stromübergang in das Gehäuse vermitteln. An dem inneren Ende des Durchführungsbolzens 41 ist die feststehende Schaltstückanordnung 37 mit dem feststehenden Lichtbogenschaltstück 34 aus Graphit befestigt.The housing 30 is provided with two bushings 39, 40 which, with their bushing bolts 41, 42, convey the current transfer into the housing. At the inner end of the lead-through bolt 41, the fixed contact assembly 37 with the fixed arc contact 34 made of graphite is attached.

An dem inneren Ende des Durchführungsbolzens 42 ist ein Tragstück 46 aus leitendem Material, wie z. B. Kupfer, angebracht. Das Tragstück besitzt einen Ansatz 47, der den Drehpunkt der drehbaren Antriebswelle 29 bildet. Eine aus Isolierstoff bestehende Verlängerung der Welle 29 erstreckt sich durch die Seitenwand des Gehäuses 30 nach außen, so daß sie von außerhalb durch einen geeigneten nicht dargestellten Antrieb in Drehung versetzt werden kann. Die aus Isolierstoff bestehende Düsenanordnung 31 bildet einen Auslaß für das in die Kammer 30 durch das Ventil 28 eintretende Gas. Der Auslaß führt in einen Niederdruckraum 48. Der Niederdruckraum ist über eine Leitung 49 mit einem geeigneten Kompressor 50 verbunden, der das ausgeströmte Gas verdichtet und unter Druck in den Speicher 27 preßt.At the inner end of the lead-through bolt 42 is a support piece 46 made of conductive material, such as. B. copper attached. The support piece has an extension 47 which forms the fulcrum of the rotatable drive shaft 29. An extension of the shaft 29 made of insulating material extends outward through the side wall of the housing 30 so that it can be set in rotation from outside by a suitable drive, not shown. The nozzle arrangement 31 made of insulating material forms an outlet for the gas entering the chamber 30 through the valve 28. The outlet leads into a low-pressure space 48. The low-pressure space is connected via a line 49 to a suitable compressor 50 , which compresses the gas that has flowed out and presses it into the reservoir 27.

Wie erwähnt, wird bei einer Drehung der Welle 29, die durch einen geeigneten Antrieb vorgenommen wird, zugleich das Blasventil 28 geöffnet. Deshalb gelangt ein Strom unter hohem Druck stehenden Gases aus dem Speicher 27 in das Gehäuse 30 und durch die Düsenöffnungen 51, 52. Dieser Gasstrom treibt den Lichtbogen, der zwichen den aus Graphit bestehenden Lichtbogenschaltstücken 34, 35 gezogen wird, nach oben in den Schlitzbereich 53 des Lichtbogenkeiles 33. Infolge des Gasstromes wird der Lichtbogen schnell gelöscht. Die fortgesetzte Drehung der Antriebswelle 29 ergibt dann eine ausreichende Isolierstrecke zwischen den Lichtbogenschaltstücken 34, 35.As mentioned, when the shaft 29 is rotated by a suitable drive is made, at the same time the blow valve 28 is opened. That's why a stream of high-pressure gas passes from the reservoir 27 into the housing 30 and through the nozzle openings 51, 52. This gas flow drives the arc, the is drawn between the arcing contact pieces 34, 35 made of graphite, upwards into the slot area 53 of the arc wedge 33. As a result of the gas flow the arc is extinguished quickly. The continued rotation of the drive shaft 29 then results in a sufficient insulating distance between the arcing contact pieces 34, 35.

Durch die Verwendung einer Blattfeder 54, die das bewegliche Lichtbogenschaltstück 35 trägt, ist dafür gesorgt, daß die aus Graphit bestehenden Lichtbogenschaltstücke 34 und 35 sich noch so lange berühren, bis das bewegliche Hauptschaltstück 36 sich von der geneigten Fläche 38 des feststehenden metallischen Hauptschaltstückes 37 getrennt hat.By using a leaf spring 54, which is the movable arcing switch 35 carries, it is ensured that the arc contact pieces made of graphite 34 and 35 touch each other until the movable main contact 36 is from the inclined surface 38 of the fixed main metal contact 37 has separated.

Der Stromkreis zwischen den Leitungen L1 und L2 wird durch eine Drehung der Antriebswelle entgegen dem Uhrzeigersinn geschlossen. Dadurch werden die beweglichenHaupt-undLichtbogenschaltstückewieder in Berührung mit den feststehenden Schaltstücken gebracht, wie ohne weiteres ersichtlich ist.The circuit between lines L1 and L2 is made by rotating the drive shaft closed counterclockwise. This will restore the main and arc moving contacts brought into contact with the stationary contact pieces, as can be seen without further ado is.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electrical switch with an electronegative, fluorine-containing gas and contact pieces movable relative to one another, between which when switching off an arc is drawn, characterized in that the contact pieces made of carbon, preferably graphite.

2. Electrical switch after Claim 1, characterized in that the contact pieces made of carbon in the on position in a manner known per se by means of metallic contact pieces are bridged, which are opened first when switching off.

3. An electrical switch according to claim 2, characterized in that the contact pieces made of carbon are actuated directly, whereas the metallic contact pieces are actuated by a common drive via a lost motion connection. Considered publications: German Patent Specifications No. 758 108, 610 260; "Technische Rundschau" magazine, 1954, issue 14, page 3.