DE2064787A1

DE2064787A1 - Circuit breaker

Info

Publication number: DE2064787A1
Application number: DE19702064787
Authority: DE
Inventors: Russell E Pittsburgh Pa Fox (V St A)
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1969-12-31
Filing date: 1970-12-22
Publication date: 1971-07-08
Also published as: US3592986A; CA919747A

Description

Westinghouse .Westinghouse.

Slectric Corporation · ²²· Dez. 1970Slectric Corporation ²² Dec 1970

Pittsburgh ·Pittsburgh

Mein Zeichen: VPA 70/8476 Sm/Un 'My reference: VPA 70/8476 Sm / Un '

Circuit breaker

(Für diese Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden USA-Ρί§§662 (For this registration the priority of the corresponding USA-§§662

In den amerikanischen Patentschriften 1948 687,. 2 250 212, 2 732 3 331 937, 3 369 094 wird die Verwendung von Gallium und seinen ■ Legierungen in Leistungsschaltern genannt. Hiervon geht die Erfindung aus, die sich auf einen Leistungsschalter mit einem flüssigen Metall als Schaltstückmaterial bezieht und eine Erhöhung . der Schaltleistung zum Ziel hat.In the American patents 1948 687 ,. 2 250 212, 2 732 3 331 937, 3 369 094 will discuss the use of gallium and its ■ Called alloys in circuit breakers. The invention is based on this referring to a circuit breaker with a liquid metal as the contact piece material and an increase. the switching capacity is aimed at.

Erfindungsgemäß sind einer Lache flüssigen Metalls mehrere bewegliche Schaltstücke so zugeordnet, daß beim Ausschalten mehrere in Reihe geschaltete Lichtbogen entstehen* Dadurch wird die Spannung pro Lichtbogen verringert, wenn die Spannung gleichmäßig über die verschiedenen Lichtbogenabschnitte verteilt wird. Dies kann mit Hilfe von flüssigen Metallen, wie Gallium und seinen Legierungen, die sehr geringe Dampfdrücke aufweisen, in einfacher Weise verwirklicht werden. · · 'According to the invention, a pool of liquid metal has several movable ones Contact pieces are assigned in such a way that several arcs connected in series occur when switching off * This increases the voltage per arc decreases when the voltage is uniform across the different arc sections is distributed. This can be done with the help of liquid metals such as gallium and its alloys, which have very low vapor pressures can be realized in a simple manner. · · '

Eine weitere Verbesserung an einem Leistungsschalter mit Gallium als Schaltstücfcmaterial kann durch ein quer verlaufendes Magnetfeld zur Erleichterung einer seitlichen Bewegung der Lichtbogen erreicht werden.A further improvement to a circuit breaker with gallium as the switching piece material can be achieved by a transverse magnetic field to facilitate lateral movement of the arc can be achieved.

Als bewegliches Schaltstück, das mit einer Lache Gallium zusammenwirkt, kann ein sich drehendes Rad oder eine Scheibe aus Isolierstoff dazu dienen, - eine Anzahl mit Abstand angeordneter Metallstäbe nacheinander aus der Lache flüssigen Galliums oder seiner As a movable contact piece that interacts with a pool of gallium, A rotating wheel or a disk made of insulating material can be used to - a number of spaced apart metal rods one after the other from the pool of liquid gallium or its

Legierungen herauszubewegen. Dabei kann der erste und der letzteTo move alloys out. The first and the last

109828/1366 " ² "109828/1366 " ² "

VPA 70/8476 ■- 2 -■ ■-■'■" ' .....■-.VPA 70/8476 ■ - 2 - ■ ■ - ■ '■ "' ..... ■ -.

Metallstab vorteilhaft mit einer insbesondere flexiblen Anschlußleitung versehen sein. '..-....Metal rod advantageously with a particularly flexible connection line be provided. '..-....

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht eine bewegliche Schaltstückanordnung aus mehreren mit Abstand angeordneten und voneinander isolierten Elektroden unterschiedlicher Länge. Die beweglichen Schältstücke werden geradlinig nach oben aus. einer Lache flüssigen Galliums bewegt, so daß die Endelektroden zunächst zwei Lichtbogen ziehen. Dann wird eine dazwischenliegende Elektro'de aus der gleichen.Lache gezogen. Die an den Enden vorhandenen Lichtbogen treibt man vorzugsweise magnetisch zur Seite. Man erhält mehrere in Reihe geschaltete Lichtbogen, wobei die Anzahl der Lichtbogen gleich der Anzahl.der Elektroden ist. . ' .In another embodiment of the invention there is a movable one Contact arrangement made up of several spaced apart and mutually insulated electrodes of different lengths. The movable peeling pieces are made straight upwards. one The pool of liquid gallium is moved so that the end electrodes first draw two arcs. Then there is an intermediate electrode pulled out of the same pool. The arcs present at the ends it is preferably driven magnetically to the side. Several arcs connected in series are obtained, whereby the number of arcs is equal to the number of electrodes. . '.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen:Further objects and advantages of the invention emerge from the following description in connection with the drawings:

Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines dreiphasigen Leistungsschalters gemäß'der Erfindung. ■Fig. 1 is a front view of a three-phase circuit breaker according to the invention. ■

Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Schalters nach Fig. 1.FIG. 2 is a side view of the switch of FIG. 1.

Fig.. 3 ist ein vergrößerter Vertikalschnitt durch einen der Leistungsschalterpöle gemäß der Erfindung. Die Schaltstücke sind in der Einschaltstellung dargestellt. ·Fig. 3 is an enlarged vertical section through one of the circuit breaker poles according to the invention. The contact pieces are shown in the on position. ·

Die Figuren 4 bis 7 zeigen in aufeinanderfolgender Anordnung das fortschreitende Ziehen von Lichtbogen bei. einer Ausschaltung, wobei in Fig. 7 die Endlage der Ausschaltbewegung gezeigt ist.FIGS. 4 to 7 show the progressive drawing of arcs in a sequential arrangement. a disconnection, the end position of the disconnection movement being shown in FIG. 7.

Fig. 8 ist ein Vertikalschnitt durch einen anderen Leistungsschalter, dessen Schaltstücke in der Einschaltstellung gezeichnet sind.Fig. 8 is a vertical section through another circuit breaker, the contact pieces of which are drawn in the switched-on position are.

Fig. 9 ist eine Teilansicht mit Einzelheiten längs'der Linie IX-IX der Figur 8, wobei ein Zahnstangenantrieb gezeigt wird.Fig. 9 is a partial view with details taken along the line IX-IX of Figure 8, wherein a rack and pinion is shown.

109828/13 66 -3-109828/13 66 -3-

VPA 70/8476 - 3 -VPA 70/8476 - 3 -

Fig. 10 ist ein Schnitt längs der Linie X-X der Figur 8. Die sichtbaren Schaltstücke sind in der Einschaltstellung gezeichnet.Figure 10 is a section along the line X-X of Figure 8. The visible Contact pieces are drawn in the switch-on position.

Die Figuren .11 bis 14 zeigen aufeinanderfolgende Stellungen beim Ausschalten des Leistungsschalters nach Fig. 8. In Fig. 14 ist die Ausschaltstellung erreicht.Figures .11 to 14 show successive positions at Switching off the circuit breaker according to FIG. 8. In FIG. 14, the switch-off position has been reached.

In den Zeichnungen, insbesondere in den Figuren 1 und 2, ist mit 1 ein dreiphasiger Leistungsschalter bezeichnet, der einen oberen Raum 2 und einen unteren Antriebskasten 3 umfaßt. Zu jedem Pol A, B oder C des Schalters 1 gehören zwei Durchführungen 6, 7, die sich durch den oberen Deckel 8 des Schalters erstrecke n. Die unteren Enden der Durchfülirungen. 6,7 sind mit Kabeln oder anderen flexiblen Verbindungen 11, 12 an Vakuumschaltkammern 14.angeschlossen, in deren unterem Teil Gallium verwendet wird, wobei verschiedene Legierungen für die Erfindung in Frage kommen. In the drawings, in particular in Figures 1 and 2, is with 1 denotes a three-phase circuit breaker which comprises an upper space 2 and a lower drive box 3. To each pole A, B or C of the switch 1 include two bushings 6, 7 which extend through the upper cover 8 of the switch. The lower ones Ends of the penetrations. 6.7 are with cables or other flexible connections 11, 12 connected to vacuum interrupter chambers 14, in the lower part of which gallium is used, various alloys being suitable for the invention.

Seitliche Rahmenträger 16, 17 stützen die oberen und die unteren Gehäuse 2 und 3, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist. Die Einzelheiten des Antriebs sind für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich. Es genügt, daß eine horizontal verlaufende Hauptantriebswelle 18 mit mehreren Hebelarmen 19, 20 und 21 vorgesehen ist, wobei jeweils ein Hebelarm für jede, Unterbrechereinheit A, B oder G vorgesehen ist, damit eine vertikal hin- und hergehende Bewegung einer Antriebsstange erreicht wird, die mit 23 bezeichnet und in Fig. 3 im einzelnen dargestellt ist. . ;Side frame supports 16, 17 support the upper and lower housings 2 and 3, as shown in FIGS. the Details of the drive are not relevant to the present invention essential. It is sufficient that a horizontal main drive shaft 18 is provided with several lever arms 19, 20 and 21, with one lever arm for each, interrupter unit A, B or G is provided to allow a vertically reciprocating Movement of a drive rod is achieved, which is denoted by 23 and is shown in detail in FIG. . ;

Wie in Fig. 1 gezeichnet, ist am linken Ende der Welle 18 ein Antriebsarm 24 befestigt, dessen freies Ende gelenkig mit einer vertikal verlaufenden Stange 25 verbunden ist. Diese erstreckt sich in das Antriebsgehäuse, wo sie in geeigneter Weise betätigt wird.As shown in Fig. 1, at the left end of the shaft 18 is a Drive arm 24 attached, the free end of which is articulated to a vertically extending rod 25. This extends into the drive housing, where it is operated in a suitable manner.

Fig. 3 .zeigt, daß ein evakuiertes Gehäuse 27 vorgesehen Ist, das aus einem geeigneten nichtmagnetischen Metall besteht. Durch das Fig. 3 shows that an evacuated housing 27 is provided which is made of a suitable non-magnetic metal. Through the

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VPA 70/8476VPA 70/8476

obere Ende des Gehäuses 27 führen zwei mit Abstand angeordnete D Zrchführungen 29, 30, deren untere Enden mit Kabelverbindungen 31, 32 zu den äußeren einer Anzahl von mit Abstand angeordneten Elektroden 33, 34 führen, die eine bewegliche Schaltstückanordnung 35 bilden. Die Antriebsstange 23 verursacht eine geradlinige Vertikalbewegung der Schaltstückanordnung 35. Sie ist am oberen Ende des Gehäuses 27 .mit einem Metallbalg 37 abgedichtet. Das obere Ende der Antriebsstange 23 ist mit dem Hebelarm 19 des Antriebs verbunden.upper end of the housing 27 lead two spaced apart D Zrchführung 29, 30, the lower ends with cable connections 31, 32 lead to the outer of a number of spaced electrodes 33, 34 which form a movable contact piece arrangement 35 form. The drive rod 23 causes a straight vertical movement the switching element arrangement 35. It is sealed with a metal bellows 37 at the upper end of the housing 27. The top The end of the drive rod 23 is connected to the lever arm 19 of the drive tied together.

Im unteren Ende des Gehäuses 27 befindet sich Gallium 14 oder eine Galliumlegierung. Das Gallium bildet einen leitenden Pfad für die Elektroden 33? 34 in der Einschaltstellung, des Gerätes, die in Fig. 3 gezeigt ist. Man erkennt ferner eine Reihenblasspule 40, deren Magnetpole 40a ein magnetisches Querfeld ausbilden, das sich durch das evakuierte Gehäuse 27 erstreckt. Der Zweck dieser Anordnung wird später beschrieben.In the lower end of the housing 27 there is gallium 14 or one Gallium alloy. The gallium forms a conductive path for the electrodes 33? 34 in the on position of the device, which is shown in Fig. 3 is shown. A series blowing coil 40 can also be seen, the magnetic poles 40a of which form a magnetic transverse field which extends through the evacuated housing 27. The purpose of this arrangement will be described later.

Beim Ausschalten wird die Antriebsstange 23 nach oben bewegt. Dadurch wird die Elektrodenanordnung 35 aus dem flüssigen Gallium 14 herausgezogen. Die Figuren 4 bis 7 zeigen aufeinanderfolgend die Anordnung, bei der anfänglich zwei Lichtbogen 42, 43 entstehen. Diese werden durch das magnetische Querfeld auf die. Seitenflächen 44, 45 der Zwischenelektroden 44A,^; 45A übergeleitet. Wenn die Zwischenelektroden aus dem flüssigen Gallium 14 herausgezogen werden, wie Fig. 6 zeigt, entstehen zwei v/eitere Lichtbogen 48, 49» so daß nunmehr vier Lichtbogen 42, 43, 48, 49 in Reihe geschaltet sind. •Diese Lichtbogen erlöschen schnell wegen des geringen Dampfdruckes des Galliums. .When switching off the drive rod 23 is moved upwards. As a result, the electrode arrangement 35 is pulled out of the liquid gallium 14. FIGS. 4 to 7 successively show the arrangement in which two arcs 42, 43 initially arise. These are affected by the magnetic cross field. Side surfaces 44, 45 of the intermediate electrodes ^44A; 45A transferred. When the intermediate electrodes are pulled out of the liquid gallium 14, as shown in FIG. 6, two further arcs 48, 49 'are created so that now four arcs 42, 43, 48, 49 are connected in series. • These arcs extinguish quickly because of the low vapor pressure of the gallium. .

Fig. 7 zeigt die Ausschaltstellung des Schalferpoles A, in der alle mit Abstand voneinander angeordneten Elektroden 33» 34, 44A, 45A aus dem Gallium 14 herausgezogen sind.7 shows the switched-off position of the Schalfer pole A, in which all electrodes 33 »34, 44A, 45A, which are arranged at a distance from one another, have been pulled out of the gallium 14.

- 5 -109828/1366- 5 -109828/1366

VPA 70/8476VPA 70/8476

Beim einschalten wird die Schaltstückanordnung 35 nach unten in das Gallium 14 geführt, so daß die in Fig. 3 gezeichnete Einschaltstellung erreicht wird. In dieser ist der elektrische Stromkreis über die Leitungsanschlüsse L1, L2 jeder Poleinheit A, B und G geschlossen.When switching on the contact piece assembly 35 is down in the gallium 14 guided so that the switched-on position shown in FIG. 3 is reached. In this is the electrical circuit via the line connections L1, L2 of each pole unit A, B and G. closed.

Wie zu sehen ist, nimmt das Metallgehäuse 27 in der Einschaltstellung des Schalters Hochspannungspotential.an. Aus diesem Gründe ist das Gehäuse 27 auf zv/ei Stützisolatoren 52, 53 befestigt, die sich an dem geerdeten Rahmen 54 abstützen. . ·As can be seen, the metal housing takes 27 in the on position of the switch high voltage potential. For this reason, the housing 27 is attached to two post insulators 52, 53, which are supported on the grounded frame 54. . ·

Fig. 8 zeigt eine Abwandlung der Erfindung, bei der die Schalteinrichtung 56 statt einer geradlinig bewegbaren Schaltstückanordnung 35 eine rotierende Scheibe 58 benutzt. Wie in den Figuren 10 bis 14 im einzelnen dargestellt" ist, värd ein aus Isolierstoff bestehendes Rad 58 durch eine Zahnstangenanordnung 60, die in Fig. 9 dargestellt ist, von der Antriebsstange 23 aus. in Drehbewegung versetzt. Die Antriebsstange 23 ist in der gleichen abgedichteten Weise bei 37 in das Gehäuse geführt. Eine seitliche Abstützung 70 kann den Seitendruck der Zahnstang^antriebsanordnung aufnehmen.Fig. 8 shows a modification of the invention in which the switching device 56, instead of a linearly movable contact piece arrangement 35, a rotating disk 58 is used. As in Figures 10 to 14 is shown in detail ", värd one made of insulating material Wheel 58 through a rack and pinion arrangement 60, which is shown in FIG. 9, from the drive rod 23. set in rotary motion. The drive rod 23 is guided into the housing at 37 in the same sealed manner. A side support 70 can absorb the side pressure of the rack ^ drive arrangement.

Die Kabelverbindungen 31, 32 vom unteren Ende der Durchführung 29, 30 sind in Fig. 10 im einzelnen dargestellt. Sie sind an den . äußeren'Metallstäben oder Elektroden 62, 63 befestigt. Die Drehung des Rades 58, die durch eine nach oben gerichtete Bewegung 'derThe cable connections 31, 32 from the lower end of the bushing 29, 30 are shown in detail in FIG. You are at that. outer 'metal rods or electrodes 62, 63 attached. The rotation of the wheel 58 caused by an upward movement of the

Antriebsstange 23 hervorgerufen wird, führt dazu, daß nachein- * ander Elektroden oder Ketallstäbe 62, 63 und 64 aus dem flüssigen Gallium herausgezogen werden. Dabei entstehen Lichtbogen 65, 66 und 67» wie die Figuren 10 bis 13 zeigen. Diese Lichtbogen werden wiederum durch den niedrigen Dampfdruck des Galliums zum Erlöschen gebracht. Drive rod 23 is caused, leads to the fact that electrodes or ketallic rods 62, 63 and 64 are pulled out of the liquid gallium one after the other. This creates arcs 65, 66 and 67 ", as FIGS. 10 to 13 show. These arcs are in turn extinguished by the low vapor pressure of the gallium .

Fig. 14 zeigt die Ausschaltstellung der Unterbrechereinheit 56, bei der. die Scheibe 5ö alle Metallstäbe 62, 63, 64 aus dem flüssigen Gallium in die Ausschaltstellung bewegt hat. Fig. 14 shows the switch-off position of the interrupter unit 56, in the. the disk 5ö has moved all metal rods 62, 63, 64 out of the liquid gallium into the switched-off position.

10 9 8 2 8/136610 9 8 2 8/1366

VPA 70/8476VPA 70/8476

Die Einschaltbewegung wird durch eine umgekehrte Drehung des "Isolierstoffrades 58 herbeigeführt, bei der die Elektroden 62 bis 64 wieder in die Lache flüssigen Metalls eintauchen, wie in Fig. 10 gezeichnet ist. Dadurch wird der Stromkreis über den Schalter 56 der Figur 8 wieder geschlossen.The switch-on movement is achieved by turning the "insulating material wheel" in the opposite direction 58 brought about, in which the electrodes 62 to 64 immerse again in the pool of liquid metal, as in FIG. 10 is drawn. As a result, the circuit is closed again via the switch 56 in FIG.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird ersichtlich, daß neue Leistungsschalter angegeben wurden, die für Hochspannung geeignet sind, wobei eine Anzahl in Reihe geschalteter Lichtbogen entsteht. Der Vorteil solcher Systeme liegt darin, daß das flüssige-Metall 14 keine glatten Flächen für einen guten Kontakt benötigt. Deshalb ist auch eine bei Lichtbogenbildung entstehende Erosion kein Problem mehr. Außerdem hat das flüssige Metall Gallium so einen niedrigen Dampfdruck, daß die Überschlagsspannung nach der Unterbrechung durch den Vakuumzustand gegeben ist. Man kann also wegen der höheren Durchschlagsfestigkeit mit kleinen Abständen auskommen.From the above description it can be seen that new circuit breakers have been specified which are suitable for high voltage with a number of arcs connected in series. The advantage of such systems is that the liquid metal 14 no smooth surfaces are required for good contact. That's why erosion caused by arcing is no longer a problem either. In addition, the liquid metal gallium is so low Vapor pressure, that the flashover voltage is given after the interruption by the vacuum condition. So you can because of the higher Dielectric strength get by with small distances.

Vie vorstehend gezeigt, kann der Lichtbogen, in eine Anzahl Teillichtbogen aufgetrennt werden, deren Energieabgabe viel größer sein kann. Bei der gezeichneten Konstruktion können die dazwischenliegenden Elektroden eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, so daß eine gute Kühlung des Lichtbogens möglich ist.As shown above, the arc can be divided into a number of sub-arcs are separated, the energy output of which can be much greater. In the construction shown, the intermediate Electrodes have a high thermal conductivity, so that good cooling of the arc is possible.

Zu den genannten Vorteilen kommt, daß Druckkontakte, wie sie früher benötigt wurden, nunmehr überflüssig sind. Deshalb können die Elektroden einfach und wirtschaftlich hergestellt v/erden. Durch die Verwendung·des flüssigen Metalls ist außerdem ein Verschweißen der Kontakte ausgeschlossen.In addition to the advantages mentioned, there is the fact that pressure contacts, as they used to be were needed, are now superfluous. Therefore, the electrodes can be easily and economically manufactured. By the use of the liquid metal is also welding of contacts excluded.

Es ist festzuhalten, daß, obgleich vier Elektroden für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und drei Elektroden für das Ausführungsbeispiel in den Figuren 10 bis 13 dargestellt wurden, es ohne weiteres möglich ist, mit einer größeren Elektrodenzahl zu arbeiten, wenn dies gewünscht wird.It should be noted that, although four electrodes are used for the embodiment according to Fig. 3 and three electrodes for the embodiment in Figures 10 to 13 were shown, it without it is also possible to work with a larger number of electrodes if this is desired.

14 Figuren . .14 figures. .

7 Ansprüche 109828/1366 "^?"7 claims 109828/1366 " ^? "

Claims

Ij / circuit breakers with a liquid metal, in particular Gallium or gallium alloys, as contact piece material, characterized in that a pool (14) of liquid metal contains several ' movable contact pieces (33, 34) are assigned so that when Switching off several arcs (42, 43) connected in series are created (FIG. 3).

2. Circuit breaker according to claim 1, characterized in that the movable contact pieces (62, 63, 64) are attached to a common insulating body (5Q) (Fig. 10).

3. Circuit breaker according to claim 2, characterized in that the common insulating body (58) executes a pivoting movement, in which several metal rods (62, 63, 64) one after the other from the. Raise the pool (1.4).

4. Circuit breaker according to Claim.3, characterized in that the first and the last metal rod. (62, 63) each with a connecting line (31, 32) is provided. ■

5. Circuit breaker according to claim 1 or one of the following, characterized in that the pool (14) covers the bottom of a vacuum vessel (27). !

6. Circuit breaker according to claim 5, characterized in that the vacuum vessel (27) is made of metal.

7. Circuit breaker according to claim 1 or one of the following, characterized in that a magnetic with the contact pieces Blow coil (40) is connected in series.

109828/1366109828/1366

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