DE19858952C1 - Electrical circuit breaker - Google Patents
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Abstract
Bei einem elektrischen Leistungsschalter, insbesondere für Hoch- oder Mittelspannung, ist in die Löschgasströmung eine Dämpfungseinrichtung (13, 21) eingebracht, die ein nur teilweise mit Dämpfungskörpern (18, 24) gefülltes Volumen aufweist. Die Dämpfungskörper bewegen sich dissipativ und kühlen und bremsen somit den Löschgasstrom.In the case of an electrical circuit breaker, in particular for high or medium voltage, a damping device (13, 21) is introduced into the extinguishing gas flow and has a volume which is only partially filled with damping bodies (18, 24). The damping bodies move dissipatively and cool and therefore slow down the flow of extinguishing gas.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Leistungs schalter, insbesondere für Hoch- oder Mittelspannung, mit zwei einander in einem löschgasgefüllten Gehäuse gegenüber stehenden Schaltkontakten, zwischen denen im Schaltfall ein Lichtbogen gezogen wird, wobei durch den Lichtbogen aufge heiztes Löschgas auf wenigstens einem Abströmweg von den Schaltkontakten weggeführt wird und in dem Abströmweg eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist.The invention relates to electrical power switch, especially for high or medium voltage, with two opposite each other in a gas-filled housing standing switch contacts, between which in the event of a switch Arc is drawn, being opened up by the arc heated extinguishing gas on at least one outflow path from the Switch contacts is carried away and in the discharge path Damping device is provided.
Ein derartiger Leistungsschalter ist beispielsweise aus der DE 197 07 320 C1 bekannt.Such a circuit breaker is for example from the DE 197 07 320 C1 known.
Dort ist beschrieben, daß an einen ersten, eine Unterbre chereinheit enthaltenden Teil eines Schaltergehäuses ein zweiter Gehäuseteil mittels einer Überdruckentlastungsvor richtung angekoppelt ist.There it is described that at a first, a sub cher unit containing part of a switch housing second housing part by means of an overpressure relief device direction is coupled.
Beim Entstehen eines Lichtbogens in der Unterbrechereinheit des Leistungsschalters entsteht ein momentaner Überdruck, der sich als Druckwelle durch das Löschgas in dem Gehäuse aus breitet.When an arc arises in the interrupter unit the circuit breaker creates a momentary overpressure that itself as a pressure wave due to the extinguishing gas in the housing spreads.
Um hohe Druckspitzen abzufangen, ist die Überdruckent lastungsvorrichtung vorgesehen, die einen fliegenden Kolben aufweist, der als beweglicher Körper wenigstens einen Teil der Druckwelle abfängt und danach Abströmöffnungen für das Löschgas freigibt.To absorb high pressure peaks, the overpressure is released Load device provided that a flying piston has as a movable body at least a part intercepting the pressure wave and then discharge openings for the Extinguishing gas releases.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen elektrischen Leistungsschalter der eingangs genannten Art eine Dämpfungseinrichtung zu schaffen, die das Löschgas möglichst effektiv abkühlt, entionisiert und die dynamische Energie des Löschgases wenigstens zum Teil aufnimmt. The present invention has for its object an electrical circuit breaker of the type mentioned Kind of creating a damping device that the extinguishing gas cools as effectively as possible, deionized and the dynamic Absorbs energy of the extinguishing gas at least in part.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dämpfungseinrichtung eine vom Löschgas durchströmbare Kammer aufweist, die nur zum Teil mit mehreren, durch das Löschgas bewegbaren Dämpfungskörpern gefüllt ist.The object is achieved in that the Damping device a chamber through which the extinguishing gas can flow has, only partially with several, by the extinguishing gas movable damping bodies is filled.
Wenn das Löschgas durch die Dämpfungseinrichtung, das heißt durch die Kammer hindurchströmt, kommen die einzelnen Mole küle des Löschgases mit den Dämpfungskörpern in Berührung und werden hierdurch gekühlt und abgebremst sowie ggf. entioni siert. Die Gasströmung gibt einen Teil ihrer dynamischen Energie durch eine Beschleunigung der Dämpfungskörper in der Dämpfungseinrichtung ab, worauf die Dämpfungskörper sich dis sipativ bewegen.If the extinguishing gas through the damping device, that is flowing through the chamber, the individual moles come cooler of the extinguishing gas in contact with the damping bodies and are thereby cooled and slowed down and, if necessary, entioni siert. The gas flow gives part of its dynamic Energy by accelerating the damping body in the Damping device, whereupon the damping body dis move sipatively.
Hierdurch wird ein wesentlicher Teil der Energie und Anregung des Löschgases effektiv, einfach und platzsparend abgebaut.This becomes an essential part of the energy and stimulation the extinguishing gas effectively, simply and space-saving.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Kammer auf wenigstens einer Seite durch eine Durch trittsöffnungen für das Löschgas aufweisende Kammerwand be grenzt ist.An advantageous embodiment of the invention provides that the chamber on at least one side by a through be openings for the chamber gas containing the extinguishing gas is bordered.
Vorteilhaft kann die Erfindung auch dadurch realisiert wer den, daß die Kammer auf zwei einander gegenüberliegenden Sei ten durch je eine Durchtrittsöffnungen für das Löschgas auf weisende Kammerwand begrenzt ist.The invention can also advantageously be realized by this that the chamber is on two opposite sides opened through a passage for the extinguishing gas facing chamber wall is limited.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Kammerwände aus einem Metall bestehen.A further advantageous embodiment of the invention provides before that the chamber walls are made of a metal.
Bei einer derartigen Konstruktion der Kammer ist diese kon struktiv einfach aufgebaut und erlaubt eine effektive Durch strömung mit dem Löschgas. Außerdem können die Dämpfungskör per sich frei bewegen, ohne die Kammerwände zu beschädigen. Die Kammerwände selbst sind mechanisch und thermisch so stabil aufgebaut, daß sie durch die heiße Löschgasströmung nicht beschädigt werden können.With such a construction of the chamber, this is con structurally simple and allows an effective through flow with the extinguishing gas. In addition, the damping body move freely without damaging the chamber walls. The chamber walls themselves are mechanically and thermally so stably built that they by the hot extinguishing gas flow cannot be damaged.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Kammer zu weniger als 70 Prozent ihres Volumens mit Dämpfungskörpern gefüllt ist.A further advantageous embodiment of the invention provides proposed that the chamber be less than 70 percent of its volume is filled with damping bodies.
Hierdurch wird sichergestellt, daß eine dissipative und chao tische Bewegung der Dämpfungskörper in der Kammer erreicht werden kann, durch die besonders wirkungsvoll die kinetische Energie des Löschgases an die Dämpfungskörper abgegeben bzw. in Wärme umgewandelt werden kann.This ensures that a dissipative and chao table movement of the damping body in the chamber reached through which the kinetic is particularly effective Energy of the extinguishing gas delivered to the damping body or can be converted into heat.
Außerdem kann die Erfindung vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß die Dämpfungskörper als Kugeln ausgebildet sind.In addition, the invention can advantageously be designed in this way be that the damping body are designed as balls.
Bei einer Ausbildung der Dämpfungskörper als Kugeln sind diese besonders gut gegeneinander beweglich und besonders einfach herzustellen. Außerdem ergibt sich im Ruhezustand auch in der dichtesten Packung der Kugeln ein endlicher Strömungswiderstand für das einströmende Löschgas, so daß das Löschgas nicht zu Beginn am Einströmen in die Kammer gehin dert ist.When the damping bodies are designed as balls these are particularly well movable and special easy to manufacture. It also results in the idle state a finite one even in the densest packing of the balls Flow resistance for the inflowing extinguishing gas, so that Extinguishing gas does not start flowing into the chamber is.
Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch gestaltet werden, daß die Dämpfungskörper aus einem Isolierstoff, ins besondere einem Kunststoff bestehen.The invention can also be advantageously designed in this way be that the damping body made of an insulating material, ins special consist of a plastic.
Hierdurch sind elektrische Effekte, wie zum Beispiel Über schläge zwischen den Dämpfungskörpern, innerhalb der Kammer weitgehend ausgeschlossen.This causes electrical effects, such as over strikes between the damping bodies, inside the chamber largely excluded.
Außerdem kann die Erfindung vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß die Dämpfungskörper aus einem unter Einwirkung von heißem Löschgas gasabgebenden Stoff, insbesondere Poly tetrafluorethylen (PTFE) bestehen.In addition, the invention can advantageously be designed in this way be that the damping body from one under action of hot extinguishing gas-emitting substance, especially poly tetrafluoroethylene (PTFE).
In diesem Fall wird durch die Einwirkung des heißen Löschga ses auf die Dämpfungskörper zusätzliches Kaltgas freigesetzt, das das heiße Löschgas zusätzlich entionisiert und kühlt, so daß beim Ausströmen des Löschgases aus der Dämpfungseinrich tung das Potential für die Rückzündung eines Lichtbogens ge ring ist.In this case, the action of the hot extinguishing gas This releases additional cold gas on the damping body, that additionally deionizes and cools the hot extinguishing gas, so that when the extinguishing gas flows out of the damping device the potential for the reignition of an arc ring is.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend beschrie ben.In the following, the invention is illustrated by means of an embodiment shown in a drawing and described below ben.
Dabei zeigtIt shows
Fig. 1 schematisch in einem Längsschnitt eine Unterbre chereinheit eines Hochspannungsleistungsschalters mit einer Dämpfungseinrichtung in vertikaler Auf stellung, Fig. 1 shows schematically in a longitudinal section a position interrup chereinheit a high-voltage circuit breaker with a damping device in the vertical on,
Fig. 2 eine Unterbrechereinheit in horizontaler Aufstellung schematisch im Längsschnitt. Fig. 2 shows a breaker unit in a horizontal arrangement schematically in longitudinal section.
Die Fig. 1 zeigt eine Unterbrechereinheit mit einem ersten Lichtbogenkontaktstück 1, einem zweiten, pinförmigen Lichtbo genkontaktstück 2, einem ersten antreibbaren Nennstromkontakt 3 mit einem zweiten ortsfesten Nennstromkontakt 4. Fig. 1 shows a circuit breaker unit having a first arcing contact 1, a second pinförmigen Lichtbo genkontaktstück 2, a first drivable rated current contact 3 with a second stationary rated current contact 4.
Der erste Lichtbogenkontakt 1 ist fest mit dem ersten Nenn stromkontakt 3 und mit einem nicht dargestellten Antrieb mit tels des Schaltrohres 5 verbunden.The first arcing contact 1 is firmly connected to the first rated current contact 3 and with a drive, not shown, by means of the switching tube 5 .
Zischen den als Lichtbogenkontakten ausgebildeten Schaltkon takten 1, 2 tritt während eines Schaltvorganges ein Lichtbogen 8 auf. Im Einschaltzustand sind der erste Lichtbogenkontakt 1 und der erste Nennstromkontakt 3 gegenüber der dargestellten Anordnung nach oben so weit verschoben, daß der pinförmige Lichtbogenkontakt 2 in den tulpenförmigen Lichtbogenkontakt 1 hineinragt und ein galvanischer Kontakt zwischen den Lichtbo genkontakten und auch zwischen den Nennstromkontakten 3, 4 be steht.The switching contacts 1 , 2 formed as arcing contacts hiss an arc 8 occurs during a switching operation. In the switched-on state, the first arcing contact 1 and the first rated current contact 3 are shifted upwards so far relative to the arrangement shown that the pin-shaped arcing contact 2 projects into the tulip-shaped arcing contact 1 and a galvanic contact between the arcing contacts and also between the nominal current contacts 3 , 4 be stands.
Beim Ausschaltvorgang wird durch den Antrieb das Schaltrohr 5 in Richtung des Pfeiles 6 bewegt, und zunächst werden die Nennstromkontakte 3, 4, darauf die Lichtbogenkontakte 1, 2 von einander getrennt.During the switch-off process, the switching tube 5 is moved in the direction of arrow 6 by the drive, and first the nominal current contacts 3 , 4 and then the arcing contacts 1 , 2 are separated from one another.
In dem Lichtbogenraum, der von einer Isolierstoffdüse 7 umge ben ist, wird ein Lichtbogen 8 gezogen, der das in dem Iso liergehäuse 9 befindliche Löschgas aufheizt.In the arc space, which is from an insulating nozzle 7 ben, an arc 8 is drawn, which heats the quenching gas located in the insulating housing 9 .
Die Düse 7 ist mit den antreibbaren Kontaktstücken 1, 3 ver bunden und weist einen ringförmigen Kanal 10 auf, durch den das mittels des Lichtbogens aufgeheizte Löschgas in einen Heizraum 11 abströmen kann, wo es zunächst gespeichert wird.The nozzle 7 is connected to the drivable contact pieces 1 , 3 and has an annular channel 10 through which the quenching gas heated by means of the arc can flow out into a heating chamber 11 , where it is initially stored.
Beim Nulldurchgang des zu schaltenden Stromes strömt das in dem Heizraum 11 gespeicherte Löschgas zurück zum Lichtbogen raum 8 und bebläst dort die Schaltstrecke, um eine Wiederzün dung des Lichtbogens 8 zu verhindern.At the zero crossing of the current to be switched, the quenching gas stored in the heating chamber 11 flows back to the arc chamber 8 and blows the switching path there to prevent the arc 8 from being re-ignited.
Während der Aufheizung des Löschgases durch den Lichtbogen 8 und der Beblasung aus dem Heizraum 11 herrscht ein hoher Löschgasdruck im Lichtbogenraum durch das expandierte und hochionisierte Löschgas in diesem Bereich.During the heating of the quenching gas by the arc 8 and the blowing from the heating chamber 11 , there is a high quenching gas pressure in the arc chamber due to the expanded and highly ionized quenching gas in this area.
Das Löschgas kann durch das hohle erste Lichtbogenkontakt stück 1 einerseits und an dem pinförmigen Lichtbogenkontakt stück 2 vorbei andererseits abströmen. The quenching gas can flow through the hollow first arcing contact piece 1 on the one hand and past the pin-shaped arcing contact piece 2 on the other hand.
Das rohrförmige Nennstromkontaktstück 4 weist zur Druckentlastung in seinem Endbereich Öffnungen 12 zum Ausströmen des Löschgases in den Gehäuseraum des Gehäuses 9 auf.The tubular nominal current contact piece 4 has openings 12 for pressure relief in its end region for the extinguishing gas to flow out into the housing space of the housing 9 .
Da das Löschgas bei hohen Schaltleistungen oft auch beim Aus treten aus den Öffnungen 12 noch zu heiß oder zu stark ioni siert ist, macht sich die korosive Wirkung des Löschgases in diesem Bereich und an den Innenwänden des Gehäuses 9 störend bemerkbar. Aus diesem Grund ist die Dämpfungseinrichtung 13 vorgesehen, die eine erste Kammerwand 14, eine zweite Kammer wand 15 und eine von diesen begrenzte Kammer 16 aufweist. Die Kammerwände 14, 15 weisen Durchtrittsöffnungen 17 für das Löschgas auf, durch die das Löschgas zunächst in die Kammer 16 hinein und dann aus dieser wieder austreten kann.Since the extinguishing gas at high switching capacities is often too hot or too strongly ionized when leaving the openings 12 , the corrosive effect of the extinguishing gas in this area and on the inner walls of the housing 9 is noticeable. For this reason, the damping device 13 is provided which has a first chamber wall 14 , a second chamber wall 15 and a chamber 16 delimited by these. The chamber walls 14 , 15 have passage openings 17 for the extinguishing gas, through which the extinguishing gas can first enter the chamber 16 and then exit it again.
Die Kammer 16 ist mit Dämpfungskörpern 18 in Form von PTFE- Kugeln etwa zur Hälfte des Volumens gefüllt.The chamber 16 is filled with damping bodies 18 in the form of PTFE balls about half the volume.
Im Ruhezustand des Schalters liegen diese auf der unteren Dämpfungskammerwand 14.In the idle state of the switch, these lie on the lower damping chamber wall 14 .
Strömt heißes Löschgas aus dem Lichtbogenraum 8 an dem pinförmigen Lichtbogenkontaktstück 2 vorbei, so tritt dies in die Kammer 16 durch die Durchtrittsöffnungen 17 ein und streicht an den Dämpfungskörpern 18 vorbei. Dabei werden einerseits die Dämpfungskörper 18 durcheinandergewirbelt, so daß sie viel von der kinetischen Energie der Löschgasströmung aufnehmen. Andererseits findet an der PTFE-Oberfläche eine Entionisierung des Löschgases und außerdem eine lokale Freisetzung von Gas durch den Einfluß des heißen Löschgases aus dem PTFE-Werkstoff statt. Dieses zusätzliche Gas führt zu einer weiteren Kühlung und Entionisierung des Löschgases, das im Normalfall aus Schwefelhexafluorid besteht. Das Löschgas kann jedoch auch anders beschaffen sein und beispielsweise Stickstoff enthalten.If hot quenching gas flows out of the arc space 8 past the pin-shaped arcing contact piece 2 , this enters the chamber 16 through the passage openings 17 and sweeps past the damping bodies 18 . On the one hand, the damping bodies 18 are swirled together, so that they absorb a lot of the kinetic energy of the extinguishing gas flow. On the other hand, there is deionization of the extinguishing gas on the PTFE surface and also a local release of gas due to the influence of the hot extinguishing gas from the PTFE material. This additional gas leads to a further cooling and deionization of the extinguishing gas, which normally consists of sulfur hexafluoride. However, the extinguishing gas can also be of a different nature and contain nitrogen, for example.
Daraufhin kann das abgekühlte und gebremste Löschgas durch die Durchtrittsöffnungen der zweiten Kammerwand 15 und danach durch die Öffnung 12 austreten.The cooled and braked extinguishing gas can then exit through the through openings of the second chamber wall 15 and then through the opening 12 .
Die PTFE-Körper haben vorzugsweise einen Durchmesser von 10 bis 15 Millimetern.The PTFE bodies preferably have a diameter of 10 up to 15 millimeters.
Eine weitere Ausgestaltungsform der Erfindung ist für eine horizontal aufgestellte Unterbrechereinheit in der Fig. 2 dargestellt. Eine solche Aufstellung einer Unterbrecherein heit findet sich außer bei Freiluftschaltern auch in metallgekapselten Schaltanlagen bzw. in dead-tank-Schaltern mit Metallgehäuse. Hierbei besteht gegenüber der oben beschriebenen Ausführungsform das Problem, einerseits die Kammern nur teilweise mit Dämpfungskörpern zu füllen, andererseits möglichst den gesamten Löschgasstrom zwischen den Dämpfungskörpern hindurchzuleiten.A further embodiment of the invention is shown in FIG. 2 for a horizontally installed interrupter unit. Such a line-up of an interrupter unit can be found, in addition to outdoor switches, in metal-enclosed switchgear or in dead-tank switches with a metal housing. Compared to the embodiment described above, there is the problem, on the one hand, of filling the chambers only partially with damping bodies, and, on the other hand, of passing the entire extinguishing gas flow between the damping bodies as far as possible.
Dieses Problem wird gemäß der in Fig. 2 dargestellten Kon struktion dadurch gelöst, daß die Kammerwände 19, 20 der Dämpfungseinrichtung 21 gegenüber der Horizontalen schrägge stellt sind, so daß der Löschgasstrom schräg auf die erste Kammerwand 19 auftrifft und durch die Durchtrittsöffnungen 23 hindurch und in das von Dämpfungskörpern 24 angefüllte Teil volumen eintritt. Ist der Löschgasstrom erst einmal in die Dämpfungseinrichtung 21 eingetreten, so findet eine chaoti sche Bewegung der Dämpfungskörper 24 statt, so daß diese sich annähernd gleichmäßig in dem Volumen der Dämpfungseinrichtung 21 verteilen und der nachfolgende Löschgasstrom gleichmäßig zwischen den Dämpfungskörpern 24 hindurchströmt. This problem is solved in accordance with the construction shown in FIG. 2 in that the chamber walls 19 , 20 of the damping device 21 are inclined with respect to the horizontal, so that the extinguishing gas stream strikes the first chamber wall 19 at an angle and through the through openings 23 and in the part filled by damping bodies 24 occurs. Once the extinguishing gas flow has entered the damping device 21 , a chaotic movement of the damping body 24 takes place, so that it is distributed approximately uniformly in the volume of the damping device 21 and the subsequent extinguishing gas flow flows evenly between the damping bodies 24 .
Der gekühlte und abgebremste Löschgasstrom kann dann durch eine Öffnung 25 in dem rohrförmigen stationären zweiten Nenn stromkontaktstück 26 abströmen. Eine Kontaminierung der In nenwand des Gehäuses, das aus einem Verbundisolator oder Porzellan bestehen kann, oder Korrosion anderer Teile ist somit verhindert.The cooled and braked extinguishing gas stream can then flow through an opening 25 in the tubular stationary second rated current contact piece 26 . Contamination of the inner wall of the housing, which can consist of a composite insulator or porcelain, or corrosion of other parts is thus prevented.
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