DE1241891B

DE1241891B - Compressed gas circuit breaker

Info

Publication number: DE1241891B
Application number: DE1964A0046987
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Egbertus Adri Frowein
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1964-08-12
Filing date: 1964-09-02
Publication date: 1967-06-08
Also published as: CH413047A

Description

Druckgas-Leistungsschalter Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckgas-Leistungsschalter mit geschlossenem Gasumlauf, dessen Hochdruckkessel vollständig und dessen die Schaltkammern enthaltender Niederdruckkessel mindestens teilweise gegen Wärmeverluste des Löschgases thermisch isoliert sind und der eine Kühleinrichtung zur Abgabe der in den Schaltkammern entstehenden Stromwärme an die umgebende Atmosphäre besitzt.Compressed gas circuit breaker The invention relates to a compressed gas circuit breaker with closed gas circulation, its high pressure vessel complete and its the switching chambers containing low-pressure boiler at least partially against heat losses of the extinguishing gas are thermally insulated and the one cooling device for the discharge of the in the switching chambers resulting electricity heat to the surrounding atmosphere.

Bekanntlich weisen manche Gase, die sich zur Lichtbogenlöschung eignen, bei dem für die Löschung erforderlichen Gasdruck eine verhältnismäßig hohe Verflüssigungstemperatur auf; diese beträgt z. B. 7° C für Schwefelhexafluorid (SFs) von 14 at. Zur Aufrechterhaltung einer Minimaltemperatur, die das Löschgas im Betrieb nicht unterschreiten darf, ist es deshalb mit Rücksicht auf die oft tiefere Umgebungstemperatur am Aufstellungsort des Leistungsschalters notwendig, eine zeitweilige Beheizung des Löschgases vorzusehen. Andererseits sind Maßnahmen zur Kühlung der Schaltkammer zu treffen, um die in diesen erzeugte Wärme an die Umgebung abzuführen, damit die thermische Beanspruchung der Schaltelemente eine festgelegte obere Grenze nicht überschreiten kann. Die gleichzeitige Wirkung der Kühlung neben der Beheizung des Löschgases bringt es bei bekannten Druckgas-Leistungsschaltern mit sich, daß die Heizenergie ungebührlich hoch ausfällt.It is well known that some gases that are suitable for arc extinguishing with the gas pressure required for extinguishing, a relatively high liquefaction temperature on; this is z. B. 7 ° C for sulfur hexafluoride (SFs) of 14 at. To maintain a minimum temperature that the extinguishing gas must not fall below during operation, it is therefore in consideration of the often lower ambient temperature at the place of installation of the circuit breaker necessary to provide temporary heating of the extinguishing gas. On the other hand, measures are to be taken to cool the switching chamber in order to prevent the in this dissipate generated heat to the environment, so that the thermal stress of the Switching elements cannot exceed a specified upper limit. The simultaneous The effect of cooling in addition to heating the extinguishing gas is achieved with known compressed gas circuit breakers with it that the heating energy turns out to be unduly high.

Zu den bekannten Druckgas-Leistungsschalterndieser Art gehört eine Ausführung, bei der im Fuß des Niederdruckkessels Heizelemente und ein Thermostat eingebaut sind, die den innerhalb des Niederdruckkessels angeordneten Hochdruckbehälter für das Löschgas auf der gewünschten Temperatur halten. Den Wärmeübergang auf den Hochdruckbehälter vermittelt das im Niederdruckkessel gespeicherte Gas durch Konvektion. Die Kühlung der Schaltkammer anderseits erfolgt durch Wärmeabgabe des Gases an die Kühlfläche des Niederdruckkessels. Die von den Heizelementen aufzubringende Heizleistung wird unter diesen Umständen wesentlich bestimmt durch die Kühlfläche des Niederdruckkessels und des Kesselfußes sowie durch die Differenz zwischen der Temperatur des Löschgases und der Umgebungstemperatur. Praktisch ist die Heizleistung annähernd proportional der genannten Temperaturdifferenz.Known pressurized gas circuit breakers of this type include one Version with heating elements and a thermostat in the foot of the low-pressure boiler are installed, the arranged within the low pressure vessel high pressure tank hold the extinguishing gas at the desired temperature. The heat transfer to the The high-pressure container conveys the gas stored in the low-pressure boiler by convection. On the other hand, the switching chamber is cooled by releasing heat from the gas to the Cooling surface of the low pressure boiler. The heating power to be applied by the heating elements is essentially determined under these circumstances by the cooling surface of the low-pressure boiler and the boiler base as well as the difference between the temperature of the extinguishing gas and the ambient temperature. In practice, the heating output is approximately proportional the mentioned temperature difference.

Bei einem anderen bekannten Druckgas-Leistungsschalter wird durch ein thermisches Ventil Löschgas aus dem Hochdruckbehälter in den Niederdruckkessel abgeblasen, wenn die Temperatur des Hochdruckbehälters unter einen vorgegebenen Minimalwert absinkt. Auf diese Weise wird der Kompressor in Betrieb gesetzt und ein Teil der Kompressionswärme zur Erhöhung der Temperatur des komprimierten, dem Hochdruckbehälter zugeführten Gases verwendet. Auch bei dieser Lösung ist die erforderliche Heizleistung der Temperaturdifferenz zwischen dem Löschgas und seiner Umgebung angenähert proportional. Überdies hat diese Methode einen schlechten Wirkungsgrad, der den Aufwand an Heizleistung noch mehr erhöht.Another known gas circuit breaker is through a thermal valve extinguishing gas from the high pressure container into the low pressure boiler blown off when the temperature of the high pressure container falls below a predetermined Minimum value drops. In this way the compressor is started and part of the compression heat to increase the temperature of the compressed, dem High pressure container used gas supplied. With this solution, too, is the required Heating output approximates the temperature difference between the extinguishing gas and its surroundings proportional. In addition, this method has a poor efficiency that the Expenditure on heating power increased even more.

Eine Verbesserung ergibt sich, wenn der Hochdruckkessel vollständig und der Niederdruckkessel teilweise isoliert sind. Auf diese Weise wird der Druckgas-Leistungsschalter vor zu großem Wärmeverlust, aber auch vor unerwünschter Wärmeeinstrahlung geschützt. Um bei kühler Tages- oder Jahreszeit das Gas auf der notwendigen Betriebstemperatur halten zu können, ist eine Heizungseinrichtung notwendig. Zur Abführung der erzeugten Stromwärme, insbesondere bei SF,- Schaltern, muß auch eine Kühlmöglichkeit vorgesehen werden, üblicherweise durch eine Kühlfläche am Niederdruckkessel. Da die Kühleinrichtung weder abschalt- noch regelbar ist, bleibt sie dauernd wirksam, selbst wenn gerade geheizt werden muß. Hinzu kommt noch, daß die Schalter nicht an die klimatischen Verhältnisse des Aufstellungsortes angepaßt werden können, so daß sie gleichzeitig für hohe Kühl- und hohe Heizleistung eingerichtet werden müssen. Die Heizleistung steigt dadurch so an, daß normalerweise nicht genügend Strom für einen so hohen Eigenbedarf zur Verfügung steht und daher eine besondere Einrichtung für die Deckung der Heizleistung vorgesehen werden muß.An improvement results when the high pressure boiler is completely and the low pressure boiler are partially insulated. In this way, the pressurized gas circuit breaker Protected against excessive heat loss, but also against unwanted heat radiation. To keep the gas at the required operating temperature during cooler times of the day or year To be able to hold a heating device is necessary. To discharge the generated Electricity heat, especially with SF switches, must also be provided with a cooling facility usually through a cooling surface on the low-pressure boiler. Because the cooling device cannot be switched off or controlled, it remains in effect permanently, even if it is currently must be heated. In addition, the switches are not adapted to the climatic Conditions of the installation site can be adjusted so that they are at the same time must be set up for high cooling and high heating output. The heating power increases so that there is normally not enough current for such a high Own use available and therefore a special facility must be provided to cover the heating output.

Die Erfindung hat zum Ziel, den Heizbetrieb eines derartigen Druckgas-Leistungsschalters wirtschaftlicher zu gestalten, insbesondere die für die Aufrechterhaltung der minimal zulässigen Temperatur des Löschgases benötigte Heizleistung auf das technisch erreichbare Minimum herabzusetzen.The invention aims at the heating operation of such a compressed gas circuit breaker more economical, especially those for maintaining the minimal permissible temperature of the extinguishing gas required heating power to the technically achievable Lower the minimum.

Bei einem Druckgas-Leistungsschalter läßt sich erfindungsgemäß eine Beschränkung der Heizleistung durch eine Kühleinrichtung mit konvektivem Wärmeübergang erreichen, deren Kühlwirkung in Abhängigkeit von der Temperatur des Löschgases im Niederdruckkessel regelbar ist. Auf diese Weise kann der Wärmeaustausch zwischen den Schaltkammern und dem Gas im Niederdruckkessel und der Umgebung derart gesteuert werden, daß nur von den Schaltkammern herrührende überschußwärme, jedoch keine von den Heizkörpern erzeugte Wärme an die Umgebung abgegeben wird.In the case of a compressed gas circuit breaker, according to the invention, a Limitation of the heating power by a cooling device with convective heat transfer achieve their cooling effect depending on the temperature of the extinguishing gas in the Low pressure boiler is controllable. In this way the heat exchange between the switching chambers and the gas in the low-pressure boiler and the environment are controlled in this way that only excess heat originating from the switching chambers, but not from The heat generated by the radiators is released into the environment.

Nachstehend werden an Hand der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. F i g. 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung je einen einpoligen Druckgas-Leistungsschalter mit innerer bzw. äußerer Regelung der Konvektionskühlung.Below are two exemplary embodiments with reference to the drawing the invention explained in more detail. F i g. 1 and 2 show a schematic representation One single-pole compressed gas circuit breaker each with internal and external control the convection cooling.

Die Grundkonzeption ist bei beiden Ausführungsbeispielen dieselbe. In einem aufrecht stehenden Niederdruckkessel 1 sind zwei Schaltkammern 2 angeordnet, die je eine Schalteinrichtung 3 enthalten. Auf der einen Seite weist der Niederdruckkessel 1 zwei Durchführungen 4 auf, welche die Leiter 5 für die Stromzufuhr zu den in Reihe geschalteten Schalteinrichtungen 3 aufnehmen. Auf der gleichen Seite ist an den Niederdruckkessel 1 der Hochdruckbehälter 6 für das Löschgas (z. B. SFs) angeflanscht, mit dem die Schaltkammern 2 durch kurze, düsenförmige Rohrstücke 7 verbunden sind. Der Hochdruckbehälter 6 ist durch eine Ummantelung 8 vollständig thermisch isoliert und enthält einen Heizkörper 9 sowie einen Temperaturfühler 10. Im unteren Teil des Niederdruckkessels 1 sind ebenfalls ein Heizkörper 11 und ein Temperaturfühler 12 angeordnet.The basic concept is the same in both exemplary embodiments. Two switching chambers 2 are arranged in an upright low-pressure boiler 1, each containing a switching device 3. On one side is the low pressure boiler 1 two bushings 4, which the conductors 5 for the power supply to the in series Record switched switching devices 3. On the same side is to the Flanged low-pressure boiler 1 to the high-pressure container 6 for the extinguishing gas (e.g. SFs), with which the switching chambers 2 are connected by short, nozzle-shaped pipe sections 7. The high-pressure container 6 is completely thermally insulated by a casing 8 and contains a heating element 9 and a temperature sensor 10. In the lower part of the low-pressure boiler 1 are also a radiator 11 and a temperature sensor 12 arranged.

In der Ausführungsform nach F i g. 1 ist auch der Niederdruckkessel 1 von einem Mantel 13 aus thermisch isolierendem Material vollständig umgeben. Auf der dem Hochdruckbehälter 6 gegenüberliegenden Seite ist ein Luftkühler 14 an den Niederdruckkessel 1 angeschlossen. In der Zuleitung zum Luftkühler 14 befindet sich ein elektromagnetisch betätigbares Regelventil 15, das die durch Pfeile angedeutete Gaszirkulation in Abhängigkeit von der im oberen Teil des Niederdruckkessels 1 herrschenden Gastemperatur, die von einem Temperaturfühler 16 erfaßt wird, regelt. Der Luftkühler 14 ist so bemessen, daß er gerade imstande ist, bei höchster Umgebungstemperatur und geöffnetem Regelventil 15 die Stromwärme der Schalteinrichtungen 3 an die Umgebung abzuführen, so daß die Temperatur der Schaltelemente die zulässige Grenze nicht überschreitet.In the embodiment according to FIG. 1 is also the low pressure boiler 1 completely surrounded by a jacket 13 made of thermally insulating material. on the side opposite the high pressure container 6 is an air cooler 14 on the Low pressure boiler 1 connected. In the supply line to the air cooler 14 is located an electromagnetically actuated control valve 15, which is indicated by arrows Gas circulation depending on the prevailing in the upper part of the low pressure boiler 1 Gas temperature, which is detected by a temperature sensor 16, regulates. The air cooler 14 is dimensioned so that it is just able to operate at the highest ambient temperature and open control valve 15, the current heat of the switching devices 3 to the environment dissipate so that the temperature of the switching elements does not exceed the permissible limit exceeds.

Den ganzen Regelvorgang steuern drei Temperaturwächterrelais 17,18 und 19, von denen das Relais 17 durch den Temperaturfühler 16 beeinflußt wird und beim überschreiten einer oberen Grenze der Gastemperatur im Niederdruckkessel anspricht. Der Kontakt dieses Relais 17 schließt beim Ansprechen den Stromkreis eines Elektromagneten 20 zur Betätigung des Regelventils 15. Die Relais 18 und 19 stehen unter dem Einfuß der Temperaturfühler 10 bzw. 12 und sprechen an, wenn die Gastemperatur im Hochdruckbehälter 6 bzw. im Niederdruckkessel 1 je einen unteren Grenzwert unterschreitet, wodurch der betreffende Heizkörper 9 bzw.11 eingeschaltet wird. Jedes der Relais 17,18 und 19 arbeitet in einem bestimmten Temperaturbereich, d. h., sinkt bzw. steigt die Temperatur nach dem Ansprechen eines Relais 17 bzw. 18,19 an der Meßstelle um beispielsweise 5° C, dann öffnet sich der Relaiskontakt wieder.The entire control process is controlled by three temperature monitoring relays 17, 18 and 19, of which the relay 17 is influenced by the temperature sensor 16 and responds when an upper limit of the gas temperature in the low-pressure boiler is exceeded. The contact of this relay 17 closes the circuit of an electromagnet when responding 20 to operate the control valve 15. The relays 18 and 19 are under the influence the temperature sensor 10 or 12 and respond when the gas temperature in the high pressure container 6 or in the low pressure boiler 1 each falls below a lower limit value, whereby the relevant radiator 9 or 11 is switched on. Each of the relays 17, 18 and 19 operates in a certain temperature range, i. h., the decreases or increases Temperature after the response of a relay 17 or 18,19 at the measuring point to, for example 5 ° C, then the relay contact opens again.

Die Wirkungsweise der Temperaturregelung beim Druckgas-Leistungsschalter nach F i g. 1 ist kurz folgende: Sofern die Umgebungstemperatur tief ist und in den Schaltkammern 2 keine Stromwärme erzeugt wird, ist das Regelventil 15 geschlossen und dadurch der Wärmeaustausch mit der Umgebung auf ein Minimum beschränkt. Mißt der Temperaturfühler 12 eine zu niedrige Temperatur, dann spricht das Temperaturwächterrelais 19 an, wodurch der Heizkörper 11 eingeschaltet und demzufolge die Temperatur der Schalteinrichtungen 3 erhöht wird. Bei zu niedriger Temperatur im Hochdruckbehälter 6 schaltet das Temperaturwächterrelais 18 den Heizkörper 9 ein, so daß die Gastemperatur im Hochdruckbehälter wieder ansteigt.The mode of operation of the temperature control in the compressed gas circuit breaker according to FIG. Briefly, 1 is the following: If the ambient temperature is low and no current heat is generated in the switching chambers 2, the control valve 15 is closed and the heat exchange with the environment is thus limited to a minimum. If the temperature sensor 12 measures a temperature that is too low, the temperature monitor relay 19 responds, whereby the heating element 11 is switched on and consequently the temperature of the switching devices 3 is increased. If the temperature in the high-pressure container 6 is too low, the temperature monitor relay 18 switches on the heating element 9, so that the gas temperature in the high-pressure container rises again.

Wenn bei hoher Umgebungstemperatur und maximaler Stromwärmeentwicklung die Gastemperatur im Niederdruckkessel die festgelegte obere Grenze erreicht, schaltet das Temperaturwächterrelais 17 den Elektromagneten 20 ein, der das Regelventil 15 öffnet, wodurch sich der Wärmeaustausch mit der Umgebung auf ein Maximum einstellt. Die Gastemperaturen an den Temperaturfühlern 10 und 12 haben bereits vor dem Erreichen der Grenztemperatur am Temperaturfühler 16 die festgelegten Mindesttemperaturen so weit überschritten, daß die Temperaturwächterrelais 18 und 19 die Heizkörper 9 und 11 abgeschaltet haben. Es wird also lediglich die in den Schaltkammern 2 entstehende Stromwärme über den Luftkühler 14 an die Umgebung abgeführt.If at high ambient temperature and maximum electrical heat generation the gas temperature in the low-pressure boiler reaches the specified upper limit, switches the temperature monitor relay 17, the electromagnet 20, which the control valve 15 opens, whereby the heat exchange with the environment is set to a maximum. The gas temperatures at the temperature sensors 10 and 12 have already been reached before they are reached the limit temperature at the temperature sensor 16, the specified minimum temperatures exceeded so far that the temperature monitor relays 18 and 19 the radiator 9 and 11 have switched off. So it is only that which arises in the switching chambers 2 Current heat dissipated via the air cooler 14 to the environment.

Die Ausführungsform nach F i g. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach F i g. 1 dadurch, daß an Stelle eines separaten Luftkühlers der Niederdruckkessel l nur teilweise thermisch isoliert ist und die Oberfläche des nicht isolierten Teils als Kühlfläche die Funktion des Luftkühlers übernimmt.The embodiment according to FIG. 2 is different from that according to FIG. 1 in that instead of a separate air cooler, the low-pressure boiler l is only partially thermally insulated and the surface of the non-insulated part takes on the function of the air cooler as a cooling surface.

Nach F i g. 2 weist der Niederdruckkessel 1 eine Ummantelung 21 aus thermisch isolierendem Material auf, die von unten bis etwas über die Hälfte des Kessels reicht. Den blanken Teil 22 des Niederdruckkessels 1 umgibt ein als Windschutz dienendes Mantelrohr 23, das einen Kanal ringförmigen Querschnitts für die Kühlluftströmung freiläßt. Die obere Öffnung des Mantelrohres 23 ist durch eine Belüftungsklappe 24 abgeschlossen, welche sich durch Erregen des Elektromagneten 20 abheben läßt. Wie das Regelventil 15 in F i g. 1 hat die Belüftungsklappe 24 die Funktion, den Wärmeaustausch zwischen dem Niederdruckkessel l und der Umgebung zu regeln.According to FIG. 2, the low-pressure boiler 1 has a casing 21 thermally insulating material that extends from the bottom to a little over half of the Kessels is enough. The bare part 22 of the low-pressure boiler 1 is surrounded by a windbreak Serving jacket tube 23, which has a channel of annular cross-section for the flow of cooling air releases. The upper opening of the jacket tube 23 is through a ventilation flap 24 completed, which can be lifted off by energizing the electromagnet 20. As the control valve 15 in FIG. 1, the ventilation flap 24 has the function of To regulate heat exchange between the low-pressure boiler l and the environment.

Im übrigen ist der Druckgas-Leistungsschalter nach F i g. 2 gleich aufgebaut wie derjenige nach F i g. 1, und auch die Mittel zur Steuerung des Heiz- und des Kühlsystems sind die gleichen. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Druckgas-Leistungsschalters besteht darin, daß die regelbare Kühleinrichtung nur bei Bedarf in Tätigkeit gesetzt wird und daher die Kühlung nie der Heizung entgegenwirkt, wenn diese eingeschaltet ist. Zusammen mit dem Umstand, daß der Schalter nun bestens isoliert sein kann, ergibt sich eine bedeutende Verkleinerung des Wärmebedarfs, und die notwendige Heizleistung weist eine Größenordnung auf, die im Rahmen des ohnehin für andere Zwecke vorgesehenen Eigenbedarfs liegt, und zu ihrer Deckung ist somit keine zusätzliche Einrichtung notwendig.In addition, the compressed gas circuit breaker is shown in FIG. 2 same constructed like that according to FIG. 1, and also the means for controlling the heating and the cooling system are the same. The advantage of the invention Compressed gas circuit breaker is that the adjustable cooling device only is activated when required and therefore the cooling never counteracts the heating, when this is switched on. Together with the fact that the switch is now fine can be isolated, there is a significant reduction in the heat requirement, and the necessary heating power is of an order of magnitude within the scope of the for other purposes anyway, and to cover them no additional equipment is necessary.

Claims

Claims: 1. Compressed gas circuit breaker with closed gas circulation, its high-pressure tank completely and its low-pressure tank containing the switching chambers are at least partially thermally insulated against heat loss from the extinguishing gas, with a cooling device to emit the electrical heat generated in the switching chambers to the surrounding atmosphere, if a cooling device is used (14) with convective heat transfer, the cooling effect of which depends on the temperature of the extinguishing gas in the low-pressure boiler (1) can be regulated.

2. Switch according to claim 1, characterized in that the low-pressure boiler (1) is equipped with a cooler (14) and a flow control element (15) for controlling the cooling capacity.

3. Switch according to claim 1 and 2, characterized in that the regulating member the cooling device as a thermostat-controlled, electromagnetically actuated valve (15) is formed.

4. Switch according to claim 1, characterized in that the Low pressure boiler (1) is completely thermally insulated and attached to the low pressure boiler (1) An air cooler (14) is connected to which the heat to be given off to the environment is supplied by convection of the circulating low pressure gas, the circulation by an electromagnetically actuated one connected to the supply line to the air cooler Control valve (15) can be changed.

5. Switch according to claim 1, characterized in that that the low-pressure boiler (1) is only partially thermally insulated and the non-insulated one Part (22) for the purpose of forming a channel for the cooling air from a jacket tube (23) is surrounded.

6. Switch according to claim 1 and 5, characterized in that for Control of the cooling air in the channel is preferably an electromagnetically actuated one Ventilation flap (24) designed control member is provided. Considered Publications: German Auslegeschrift No. 1195 391.