DE2835892A1 - HIGH VOLTAGE DISCONNECTOR - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Hochspannungstrennschalter mit Einrichtungen zur Löschung eines Lichtbogens mit einem verflüssigten Gas, vorzugsweise Schwefelhexafluorid (SF ), das beim Lösen eines elektrischen Schaltkontaktes von einem aus stationären Metallfingern bestehenden Festkontakt mit Druck in die von einer elektrisch und thermisch isolierenden Düse umschlossenen Lichtbogenzone getrieben wird.The invention relates to a high-voltage circuit breaker with devices to extinguish an arc with a liquefied gas, preferably sulfur hexafluoride (SF), which when an electrical Switching contact of a fixed contact consisting of stationary metal fingers with pressure in that of an electrically and thermally insulating Nozzle enclosed arc zone is driven.
Ein derartiger Hochspannungstrennschalter ist durch die US-PS 3 150 250 bekannt und stellt eine konstruktive Lösung von derartigen Hochspannungs·One such high voltage circuit breaker is disclosed in U.S. Patent 3,150,250 known and represents a constructive solution of such high voltage
FS/elFS / el
trennschalterndisconnectors
&Q981G/Q7U& Q981G / Q7U
FLEUCHAUS & WEHSER "5 Q Q C β Q ? FLEUCHAUS & WEHSER "5 QQC β Q ?
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trennschaltern dar, wie sie im letzten Jahrzehnt unter Verwendung von Schwefelhexafluorid (SF ) entwickelt und erprobt wurden. Die Schwierigkeiten dieser bekannten Trennschalter bestehen darin, daß bei einem isolierendem Medium wie dem Schwefelhexafluorid die untere kritische Temperatur bei etwa 45 C liegt und daher der Vorratspeicher derart konstruiert sein muß, daß er einen Druck von etwa 140 kp/cm auszuhalten in der Lage ist. Diese kritische untere Temperatur ist als diejenige Temperatur definiert, über welcher trotz einer Druckerhöhung eine Verflüssigung des Gases nicht mehr eintritt. In vielen Fällen war es sogar notwendig wegen dieser kritischen Temperatur Hochspannungstrennschalter so zu konstruieren, daß sie sowohl für die Verwendung des Isoliermediums im flüssigen als auch im gasförmigen Aggregatzustand geeignet sind.circuit breakers as they have been using for the past decade Sulfur hexafluoride (SF) were developed and tested. The difficulties of this known circuit breaker are that in an insulating Medium such as sulfur hexafluoride the lower critical temperature is around 45 C and therefore the storage tank is constructed in this way must be that he is able to withstand a pressure of about 140 kp / cm. This critical lower temperature is called that temperature defines above which, despite a pressure increase, the gas no longer liquefies. In many cases it was even necessary Because of this critical temperature, high-voltage circuit breakers have to be constructed in such a way that they can be used for both the use of the insulating medium are suitable in the liquid as well as in the gaseous state of aggregation.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungstrennschalter zu schaffen, bei dem während der Trennung eines Stromkreises die Menge des verflüssigten Isolierenden Gases auf ein Minimum verringert werden kann und trotzdem der flüssige Aggregatzustand im wesentlichen während des Schaltvorgangs erhalten bleibt.The invention is based on the object of a high-voltage disconnector to create in which the amount of liquefied insulating gas is reduced to a minimum during the separation of a circuit can be and still the liquid state of aggregation is essentially retained during the switching process.
Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs erwähnten Hochspannungstrennschalter erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die isolierende Düse über zumindest eine Eintrittsöffnung mit einem isolierenden Kolbenzylinder verbunden ist, in dem ein Pumpkolben das von einem Flüssigkeitsspeicher gelieferte^erflüssigte Gas verdichtet, daß der Pumpkolben das verflüssigte Gas aus dem Flüssigkeitsspeicher mit geringer Geschwindigkeitansaugt und daß das im Kolben zylinder verdichtete, verlüssigte Gas derart in die isolierende Düse eingeleitet wird, daß es mit hoher Strömungsgeschwindigkeit durch die Düseneinschnürungen der Düse ausströmt. This task is based on the high-voltage disconnector mentioned at the beginning solved according to the invention in that the insulating nozzle has at least one inlet opening with an insulating piston cylinder is connected, in which a pump piston compresses the liquefied gas supplied by a liquid reservoir, that the pump piston the liquefied gas is sucked in from the liquid reservoir at low speed and that the compressed in the piston cylinder, liquefied gas is introduced into the insulating nozzle in such a way that it is at a high flow rate flows out through the nozzle constrictions of the nozzle.
Durch die MaßnahmenThrough the action
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Durch die Maßnahmen der Erfindung wird erreicht, daß die Aufrechterhaltung des flüssigen Aggregatzustands für das isolierende Gas im wesentlichen erhalten bleibt und daß für den Flüssigkeitsspeicher nur ein verhältnismäßig niedriger Druck benötigt wird.The measures of the invention ensure that the maintenance the liquid state of aggregation for the insulating gas is essentially retained and that for the liquid storage only a relatively low pressure is required.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen, welche mehrere vorteilhafte Lösungen für die Ausgestaltung der Einrichtungen zum Zuführen des flüssiges Gases in den Lichtbogenbereich geben, um eine gleichmäßige Verteilung des flüssigen Gases in der den Kontaktbereich umgebenden Düse zu gewährleisten. Dabei wird durch die Strömungs führung die Wirkungsweise wesentlich verbessert und ferner durch die Ausbildung der Eintritts öffnung als Rückschlagventil die Löschung von mehreren hintereinander auftretenden Lichtbogen bei entsprechend zugepumptem Isoliermedium gewährleistet. Further refinements of the invention are the subject matter of further ones Claims, which several advantageous solutions for the design of the devices for supplying the liquid gas in the arc area give to ensure an even distribution of the liquid gas in the nozzle surrounding the contact area. The operation is significantly improved by the flow guidance and also by the formation of the inlet opening as Non-return valve ensures the quenching of several arcs that occur one after the other when the insulating medium is pumped in accordingly.
Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigenThe advantages and features of the invention also emerge from the following description of exemplary embodiments in conjunction with the claims and the drawing. Show it
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines TrennschaltersFig. 1 is a schematic representation of a circuit breaker
gemäß der Erfindung;according to the invention;
Fig. 2 eine geänderte Ausführungsform des TrennschaltersFig. 2 shows a modified embodiment of the circuit breaker
gemäß Fig. Ijaccording to FIG
Fig. 3 einen Schnitt durch eine weitere geänderte Ausführungsform eines Teils des Trennschalters gemäß Fig. 1;3 shows a section through a further modified embodiment of part of the circuit breaker according to FIG. 1;
Fig. 4 einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform4 shows a section through a modified embodiment
eines Teils des Trennschalters gemäß Fig. 1;part of the circuit breaker according to FIG. 1;
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Fig. 5 einen Schnitt durch eine weitere Abänderung einesFig. 5 is a section through a further modification of a
Teils des Trennschalters gemäß Fig. 1; undPart of the circuit breaker according to FIG. 1; and
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines Trennschalters6 shows a further embodiment of a circuit breaker
gemäß der Erfindung.according to the invention.
Der in Fig. 1 dargestellte Trennschalter 10 hat einen stationären Festkontakt 11 und einen verschiebbaren Schaltkontakt 12, der in Offenstellung dargestellt ist. Der Festkontakt und der Schaltkontakt arbeiten in einer elektrisch und thermisch isolierenden Düse 13 zusammen, die aus einem Polytetrafluoräthylen hergestellt sein kann, wobei der verschiebbare Schaltkontakt 12 durch einen Düsenkonus 14 in die Düse einschiebbar ist und in der geschlossenen Stellung die mit 12' bezeichnete Position einnimmt, in welcher eine elektrische Kontaktverbindung mit den Metallfingern des Festkontaktes 11 besteht. Diese Metallfinger sind über den Umfang einer kegelstumpfförmigen Metalldüse 16 angeordnet, welche einen Strömungsweg 17 für die austretende SF„-Flüssigkeit nach der einen Seite bietet, wogegen der 6The circuit breaker 10 shown in Fig. 1 has a stationary fixed contact 11 and a displaceable switching contact 12, which in Open position is shown. The fixed contact and the switching contact work in an electrically and thermally insulating nozzle 13 together, which can be made of a polytetrafluoroethylene, the displaceable switching contact 12 by a nozzle cone 14 can be pushed into the nozzle and in the closed position with 12 'assumes designated position, in which an electrical contact connection with the metal fingers of the fixed contact 11. These metal fingers are frustoconical about the circumference Metal nozzle 16 arranged, which offers a flow path 17 for the exiting SF "liquid to one side, while the 6th
zweite Strömungsweg 18 für die SF„-Flüssigkeit durch den Düsenkonus ■ 6 second flow path 18 for the SF “liquid through the nozzle cone 6
14 in Richtung auf den in Offenstellung befindlichen Schaltkontakt 12 verläuft. Auf der Seite der isolierenden Düse 13 ist eine Eintritts öffnung 19 vorgesehen, welche in einen isolierenden Kolbenzylinder 21 mündet. In diesem Kolben zylinder 21 ist ein Pumpkolben 22 verschiebbar angeordnet,der von einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung aus angetriehen wird, um die im Zylinder 21 befindliche SF--Flüssigkeit durch14 in the direction of the switch contact 12 which is in the open position runs. On the side of the insulating nozzle 13, an inlet opening 19 is provided which opens into an insulating piston cylinder 21. In this piston cylinder 21, a pump piston 22 is slidably disposed is driven by a drive device, not shown, to the SF liquid located in the cylinder 21 through
die Eintritts öffnung 19 in die Düse 33 zu drängen, so daß diese Flüssigkeit über die Strömungswege 17 und 18 aus'der Düse ausfließt und den Lichtbogen 23 unterbricht. Wenn der verschiebbare Schaltkontakt in der Schaltstellung 12' in den Festkontakt 11 eingreift, wird die Eintrittsöffnung 19 verschlossen, so daß auf diese Weise ein Ventil entsteht» Wenn der Schaltkontakt jedoch in seine Offenstellung verschoben to force the inlet opening 19 into the nozzle 33, so that this liquid flows out of the nozzle via the flow paths 17 and 18 and interrupts the arc 23. If the sliding switch contact in the switching position 12 'engages in the fixed contact 11, the inlet opening 19 closed, so that in this way a valve is created »If the switch contact is moved to its open position
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wird, kann die Flüssigkeit in die Düse einströmen und durch die Düseneinschnürung mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit ausströmen, was zum sicheren Erlöschen des Lichtbogens 23 führt.the liquid can flow into the nozzle and through the nozzle constriction at a relatively high speed flow out, which leads to the safe extinction of the arc 23.
Dieser Gesamtaufbau eines Trennschalters ist üblicherweise in einem luftdichten und unter Druck stehenden Metalltank 24 angeordnet. This overall construction of a circuit breaker is usually arranged in an airtight and pressurized metal tank 24.
Der Kolbenzylinder 21 wird über eine Leitung 28 von einem mittels Kühlschlangen 27 gekühlten Flüssigkeitsspeicher 26 aus mit der Isolierflüssigkeit versorgt. Zu diesem Zweck sind in der Leitung 28 geeignete, nicht dargestellte Ventile vorgesehen. In dem Flüssigkeitsspeicher 26 kann beispielsweise eine SF -Flüssigkeit bei einem Druck von etwa 14 bis etwa 21 kp/cm mit minimalen Kosten gelagert werden, da keine hochdruckbeständige Speicherkonstruktionen benötigt werden. Mit anderen Worten wird durch die Kühlung mit Hilfe der Kühlschlangen 27 das Schwefelhexafluorid (SF ) immer in der flüssigen Phase gehalten. Wenn b The piston cylinder 21 is supplied with the insulating liquid via a line 28 from a liquid reservoir 26 cooled by means of cooling coils 27. For this purpose, suitable valves, not shown, are provided in the line 28. In the liquid reservoir 26, for example, an SF liquid can be stored at a pressure of approximately 14 to approximately 21 kp / cm at minimal cost, since no high-pressure-resistant storage structures are required. In other words, the sulfur hexafluoride (SF) is always kept in the liquid phase by the cooling with the aid of the cooling coils 27. If b
die SF -Flüssigkeit immer auf einer genügend tiefen Temperatur, z. B. etwa 1 C gehalten wird, hat sie eine Dichte von etwa 1, 5 g/cm (95, 5 lbs per cubic foot) und befindet sich in einem Zustand,in welchem die Unterbrechung von Lichtbogenströmen besonders effektiv möglich ist.the SF liquid always at a sufficiently low temperature, e.g. B. is kept about 1 C, it has a density of about 1.5 g / cm (95.5 lbs per cubic foot) and is in a state in which the interruption of arcing currents is particularly effective is possible.
Der Kolbenzylinder 21 wird vom Flüssigkeitsspeicher 26 aus verhältnismäßig langsam gefüllt, wenn man dies mit der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch die Eintritts öffnung 19 vergleicht. Dadurch wird das Schwefelhexafluorid auch in der flüssigen Phase gehalten und ferner werden Vereisungszustände vermieden. Ferner wird zur gleichen Zeit während der Lichtbogenunterbrechung im Metalltank 24 ein ausreichend hoher Druck auf-The piston cylinder 21 is relatively from the liquid reservoir 26 slowly filled if you compare this with the flow rate of the liquid through the inlet opening 19. As a result, the sulfur hexafluoride is also kept in the liquid phase and freezing conditions are also avoided. Furthermore, at the same time during the interruption of the arc, a sufficiently high pressure is applied in the metal tank 24.
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rechterhalten, so daß für die isolierende Flüssigkeit die flüssige Phase im wesentlichen erhalten bleibt, wenn man von dem Bereich um den Lichtbogen 23 herum absieht. Es ist jedoch nicht unbedingt notwendig, daß dieser Zustand für alle Einsatzmöglichkeiten und Betriebsbedingungen des Trennschalters aufrechterhalten wird.so that for the insulating liquid the liquid Phase is essentially retained if one disregards the area around the arc 23. However, it is not necessarily It is necessary that this state is maintained for all possible uses and operating conditions of the disconnector.
In Fig. 2 ist ein Trennschalter gemäß Fig. 1 mit abgeänderten Teilen dargestellt. Es handelt sich hier im wesentlichen um die Eintrittsöffnung 19, die als Rückschlagventil ausgebildet ist, das sich beim Zurückziehen des Pumpkolbens 22' schließt und damit das erneute Füllen des Kolbenzylinders 21' zuläßt. Diese Ausgestaltung erweist sich als vorteilhaft für einen Mehrfachbetrieb, wenn eine gewisse Anzahl von Lichtbogen unterbrochen werden sollen. Ferner ist ein Rückschlagventil 32 auch in der Leitung 28' zum nichtdargestellten Flüssigkeitsspeicher angeordnet, wobei diese Leitung nunmehr in den Kolbenzylinder 21' am oberen Ende einmündet. Im Betrieb wird die SF -Flüssigkeit für den nächstfolgenden Arbeitszyklus, bzw. Öffnungszyklus des Rückschlagventils 31 in den Kolbenzylinder beim vorausgehenden Saughub angesaugt. Damit kann der KoIb en zylinder 21' bezüglich seines Hubvolumens kleiner ausgeführt werden, als dies bei einem Kolben für die Ausführungsform gemäß Fig. 1 der Fall- ist, wenn der bei dieser Ausführungsform verwendete Kolbenzylinder 21 für einen Mehrfachbetrieb verwendet wird.In Fig. 2, a circuit breaker according to FIG. 1 is shown with modified parts. It is essentially the Inlet opening 19, which is designed as a check valve, the closes when the pump piston 22 'is withdrawn and thus allows the piston cylinder 21' to be refilled. This design proves to be advantageous for multiple operation when a certain number of arcs are interrupted should. Furthermore, a check valve 32 is also arranged in the line 28 'to the liquid reservoir (not shown), wherein this line now opens into the piston cylinder 21 'at the upper end. During operation, the SF liquid is used for the next Working cycle or opening cycle of the check valve 31 sucked into the piston cylinder during the preceding suction stroke. The piston cylinder 21 'can thus be designed to be smaller in terms of its stroke volume than is the case with a piston for the embodiment of FIG. 1 is the case when the at this embodiment used piston cylinder 21 for a Multiple operation is used.
Eine gleichförmige Flüssigkeitsströmung im Düsenbereich kann auf verschiedene Weise erzielt werden. In den Fig. 3 bis 6 sind verschiedene Ausführungsformen für den Düsenbereich dargestellt mit denen dieses Ziel erreicht wird. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist im Bereich der Einschnürung des Düsenkonus 14 ein umlaufender Kanal 33 angeordnet, in den die Eintritts öffnung 19 mündet. Mit Hilfe dieses umlaufenden KanalsA uniform flow of liquid in the nozzle area can be achieved in various ways. In Figs. 3 to 6 are various embodiments for the nozzle area shown with which this goal is achieved. In the case of the one shown in FIG Embodiment, a circumferential channel 33 is arranged in the area of the constriction of the nozzle cone 14, into which the Inlet opening 19 opens. With the help of this circumferential channel
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wird ein gleichmäßiger Flüssigkeitsstrom entlang dem Umfang der Düse erzielt. Ferner ist in der Düse ein Strömungsteiler 34 vorgesehen, und zwar im wesentlichen im Zentrum der Eintritts öffnung 19, der den eintretenten Flüssigkeitsstrom teilt und nach beiden Seiten in die einander gegenüberliegenden Hälften des umlaufenden Kanals 33 richtet. Durch eine exzentrische Versetzung der Mittellinie des umlaufenden Kanals 33 in der Darstellung nach rechts bezogen auf die Mittellinie des engsten Querschnitts der Düse 14 wird entlang der Mantelfläche der Düse eine gleichförmige Strömungsgeschwindigkeit bewirkt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 verbindet eine Eintritts.öffnung 19' den Kolbenzylinder 21 mit dem Bereich der Einschnürung des Düsenkonus 14, wobei diese Eintrittsöffnung 19'gegen die Mittellinie 14' des engsten Querschnitts des Düsenkonus 14 seitlich versetzt ist. Dadurch entsteht ein exzentrisch liegender spiralförmiger Strömungskanal. In Fig. 5 ist eine Ausf uhr ungs form dargestellt, wie sie bei einem Trennschalter mit einer Mehrfachpumpe und zugeordneten Kolbenzylindern 21"a und 21"b Verwendung finden kann. Die Eintritts öffnungen 19' 'a und 19' 'b, die die Kolbenzylinder mit einem umlaufenden Kanal im Bereich der Düseneinschnürung verbinden, liegen einander gegenüber. Auch mit dieser Ausgestaltung wird die Strömungsgeschwindigkeit des isolierenden Mediums beeinflußt und eine für die Lichtbogenlöschung günstige Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit erzielt.a uniform flow of liquid is achieved along the circumference of the nozzle. Furthermore, a flow divider 34 is provided in the nozzle, namely essentially in the center of the inlet opening 19, which divides the incoming liquid flow and on both sides into the opposing halves of the circulating Channel 33 aligns. Based on an eccentric offset of the center line of the circumferential channel 33 in the illustration to the right on the center line of the narrowest cross section of the nozzle 14, there is a uniform flow velocity along the outer surface of the nozzle causes. In the embodiment according to FIG. 4, an inlet opening 19 'connects the piston cylinder 21 to the area the constriction of the nozzle cone 14, this inlet opening 19 'against the center line 14' of the narrowest cross section of the Nozzle cone 14 is laterally offset. This creates an eccentrically located spiral flow channel. In Fig. 5 is an embodiment shown as it is for a circuit breaker with a multiple pump and associated piston cylinders 21 ″ a and 21 "b can be used. The inlet openings 19" a and 19 '' b, which connect the piston cylinder with a circumferential channel in the area of the nozzle constriction, are opposite one another. With this configuration, too, the flow rate of the insulating medium is influenced and one for the Arc quenching favorable distribution of the flow velocity achieved.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist eine Pumpanordnung vorgesehen, die konzentrisch zur Einschnürung des Düsenkonus 14 liegt. Der Aufbau umfaßt einen kegelstumpf förmigen Festkontakt mit einer Metalldüse und Metallfingern 37, ähnlich dem Aufbau gemäß Fig. 1. Jedoch verläuft entlang der Außenseite der Metalldüse und Metallfinger 37 ein Ringkanal 38, der durch eine Verlängerung der Isolierdüse 13 auf der AußenseiteIn the embodiment of the invention shown in FIG a pump arrangement is provided which is concentric with the constriction of the nozzle cone 14. The structure comprises a frustoconical Fixed contact with a metal nozzle and metal fingers 37, similar to the structure according to FIG. 1. However, runs along the Outside of the metal nozzle and metal finger 37 an annular channel 38, which by an extension of the insulating nozzle 13 on the outside
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und durch eine Verlängerung der Metalldüse und Metallfinger 37 auf
der Innenseite begrenzt wird. Im Innern .dieses Ringkanals ist ein
Ringkolben 41 angeordnet, der mit Hilfe entsprechender, nicht dargestellter Antriebsmittel den notwendigen Druck in der isolierenden
Flüssigkeit ausbildet, um diese durch die Düseneinschnürung ausströmen zu lassen, wenn der verschiebbare Schaltkontakt 12 den
Eintrittsquerschnitt 42 freigibt. Die Versorgung mit SF -Flüssig-and is limited by an extension of the metal nozzle and metal finger 37 on the inside. Inside .dieses annular channel an annular piston 41 is arranged, which with the help of appropriate drive means, not shown, forms the necessary pressure in the insulating liquid to allow it to flow out through the nozzle constriction when the sliding switch contact 12 the
Inlet cross section 42 releases. The supply of SF -liquid-
keit aus einem zugehörigen Flüssigkeitsspeicher erfolgt in der vorausstehend beschriebenen Weise.speed from an associated liquid reservoir takes place in the above described way.
Durch die Maßnahmen der Erfindung können Trennschalter bezüglich ihrer Eigenschaften der Lichtbogenlöschung weiter verbessert werden und insbesondere ist es möglich, die Lichtbogenlöschung mit einem Minimum einer isolierenden Flüssigkeit zu erzielen.By the measures of the invention can disconnectors with respect to its arc extinguishing properties can be further improved and, in particular, it is possible to extinguish the arc with a To achieve a minimum of an insulating liquid.
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