DE29518875U1 - Electrical high-voltage circuit breaker with arc drive - Google Patents
Electrical high-voltage circuit breaker with arc driveInfo
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Description
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BeschreibungDescription
Elektrischer Hochspannungs-Leistungsschalter mit Lichtbogenantrieb
5High-voltage electrical circuit breaker with arc drive
5
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Hochspannungs-Leistungsschalter mit zwei einander gegenüberstehenden Schaltkontaktstücken, von denen wenigstens eines im Schaltfall durch eine Antriebseinrichtung antreibbar ist, wobei die Antriebseinrichtung eine Antriebskammer aufweist, in der durch einen Antriebslichtbogen ein Gas gegen einen Antriebskolben expandierbar ist.The invention relates to an electrical high-voltage circuit breaker with two opposing switching contact pieces, of which at least one can be driven by a drive device in the switching case, wherein the drive device has a drive chamber in which a gas can be expanded against a drive piston by a drive arc.
Ein derartiger Hochspannungs-Leistungsschalter ist beispielsweise aus der US-PS 3,985,988 bekannt. Bei dem bekannten Schalter ist der Schaltlichtbogenraum auf einer Seite durch einen Kompressionszylinder begrenzt, der andererseits auch die Antriebskammer begrenzt, in der zwei Hilfslichtbogenelektroden angeordnet sind. Zwischen den Hilfslichtbogenelektroden wird im Schaltfall ein Hilfslichtbogen gezündet, der das in der Antriebskammer vorhandene Löschgas erhitzt, so daß ein Druckanstieg erfolgt, der den Kompressionszylinder auf den Schaltlichtbogenraum zubewegt. Hierdurch wird im Bereich des Lichtbogenraumes ein Kompressionsvolumen verringert und somit das dort befindliche Löschgas komprimiert und zur Beblasung des Lichtbogens diesem zugeleitet.Such a high-voltage circuit breaker is known, for example, from US Patent 3,985,988. In the known switch, the switching arc space is limited on one side by a compression cylinder, which on the other hand also limits the drive chamber in which two auxiliary arc electrodes are arranged. When switching, an auxiliary arc is ignited between the auxiliary arc electrodes, which heats the quenching gas in the drive chamber, so that a pressure increase occurs, which moves the compression cylinder towards the switching arc space. As a result, a compression volume is reduced in the area of the arc space and the quenching gas located there is compressed and fed to the arc to blow it out.
Der Hilfslichtbogen ist beim Stand der Technik zum Schaltlichtbogen zwischen den Kontaktstücken des Leistungsschalters in Reihe geschaltet.In the current state of the art, the auxiliary arc is connected in series with the switching arc between the contact pieces of the circuit breaker.
Dies hat zur Folge, daß bei geringen zu schaltenden Stromstärken entsprechend der Antrieb des Schalters durch den Hilfslichtbogen sehr schwach wird. Außerdem schwankt dieThis means that when the current to be switched is low, the drive of the switch by the auxiliary arc becomes very weak. In addition, the
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Stromstärke des Hilfslichtbogens beim Anliegen einer Wechselspannung mit der Stromstärke des Wechselstromes, so daß im wesentlichen nur der Effektivwert des zu schaltenden Stromes zur Speisung des Hilfslichtbogens bereitsteht. 5The current intensity of the auxiliary arc when an alternating voltage is applied is equal to the current intensity of the alternating current, so that essentially only the effective value of the current to be switched is available to feed the auxiliary arc. 5
Der Schaltlichtbogen wirkt dort durch die Druckerhöhung des Löschgases im Kompressionsraum der Schalterbewegung entgegen.The switching arc counteracts the switch movement by increasing the pressure of the quenching gas in the compression chamber.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen effektiven und konstruktiv einfach gebauten Antrieb für einen Hochspannungs-Leistungsschalter unter Verwendung der Löschgasexpansion durch einen Lichtbogen zu schaffen, wobei der Antrieb sowohl aus Gründen der Zuverlässigkeit als auch der Reproduzierbarkeit des Schaltergebnisses beispielsweise im Hinblick auf eine Verwendung bei Synchronschaltern verbessert werden soll.The present invention is based on the object of creating an effective and structurally simple drive for a high-voltage circuit breaker using the quenching gas expansion by an arc, wherein the drive is to be improved both for reasons of reliability and the reproducibility of the switching result, for example with regard to use in synchronous switches.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Speisung des Antriebslichtbogens als Energiespeicher eine aufladbare elektrische Kapazität insbesondere in Form eines Leistungskondensators vorgesehen ist.The object is achieved according to the invention in that a rechargeable electrical capacity, in particular in the form of a power capacitor, is provided as an energy storage device for feeding the drive arc.
Die Energie für den Antrieb des Schalters wird somit in Form eines elektrischen Feldes beispielsweise innerhalb eines Leistungskondensators gespeichert und schlagartig durch Ausbildung eines Lichtbogens und entsprechende Beheizung einer Antriebskammer abgegeben. Die Speicherung der Energie kann somit konstruktiv einfach und auf sehr engem Raum geschehen. Einen besonders geringen Bedarf an elektrischer Energie erreicht man bei besonders geringem Volumen der Antriebskammer, insbesondere im Bereich von nur wenigen Millilitern. Es sind keine Umweltbelastungen, beispielsweise durch Hydrauliköl zu befürchten und die Wartung des Antriebs sowie das Oberwachen der in dem Energiespeicher jeweils verfügbaren Energiemenge,The energy for driving the switch is thus stored in the form of an electric field, for example within a power capacitor, and is released suddenly by forming an arc and heating a drive chamber accordingly. The energy can therefore be stored in a structurally simple manner and in a very small space. A particularly low requirement for electrical energy is achieved with a particularly small volume of the drive chamber, especially in the range of just a few milliliters. There is no risk of environmental pollution, for example from hydraulic oil, and the maintenance of the drive and the monitoring of the amount of energy available in the energy storage device are both possible.
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das beispielsweise zur Berechnung der Schaltgeschwindigkeit3
which, for example, is used to calculate the switching speed
beim SynchronschaIten notwendig ist, ist erheblich vereinfacht. Es braucht im wesentlichen nur die elektrische Spannung an der Kapazität überwacht zu werden. 5is necessary for synchronous switching is considerably simplified. Essentially, only the electrical voltage at the capacitor needs to be monitored. 5
Eine ähnliche Speicherung elektrischer Energie wäre beispielsweise in einer supraleitenden Spule möglich, wobei auch in diesem Fall die Energie schlagartig mittels eines Lichtbogens abgegeben werden könnte. Die Verwendung eines Leistungskondensators hat demgegenüber jedoch den Vorteil, erheblich kostenkünstiger zu sein.A similar storage of electrical energy would be possible, for example, in a superconducting coil, whereby in this case the energy could also be released suddenly by means of an arc. However, the use of a power capacitor has the advantage of being considerably more cost-effective.
Die Speicherung und Verfügbarkeit der Antriebsenergie ist gemäß der Erfindung auch gegenüber dem Stand der Technik unabhängiger von Umwelteinflüssen, wie beispielsweise der Temperatur. Bei hydraulischen Antrieben und Federspeicherantrieben sind die Antriebsmittel dagegen stark von der Temperatur abhängig und bei Anwendungen im Synchronschaltbereich müssen diese Einflüsse rechnerisch berücksichtigt werden. Dies ist bei einem Antrieb gemäß der vorliegenden Erfindung nicht in demselben Maß notwendig.According to the invention, the storage and availability of the drive energy is also more independent of environmental influences, such as temperature, than in the prior art. In hydraulic drives and spring-loaded drives, on the other hand, the drive means are highly dependent on temperature and in applications in the synchronous switching range, these influences must be taken into account in the calculations. This is not necessary to the same extent with a drive according to the present invention.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Lichtbogen wahlweise durch die elektrische Kapazität und/oder die an dem Hochspannungsschalter anliegende Hochspannung speisbar ist.An advantageous embodiment of the invention provides that the arc can be fed optionally by the electrical capacitance and/or the high voltage applied to the high-voltage switch.
In diesem Fall, daß der Schalter alle Alternativen zur Speisung des Antriebs bereitstellt, kann einerseits bei hohen zu schaltenden Stromstärken die elektrische Kapazität ungenutzt bleiben und bei nicht ausreichenden Schaltströmen zur Unterstützung zugeschaltet werden.In this case, where the switch provides all alternatives for powering the drive, the electrical capacity can remain unused when the current to be switched is high and can be switched on to provide support when the switching current is insufficient.
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Es ist andererseits auch denkbar, sowohl den Schaltstrom als auch den Strom aus der elektrischen Kapazität dem Antriebslichtbogen
zuzuführen. Durch diese Wahlfreiheit kann die Steuerung des Schalters die Schaltvorgänge optimieren, beispielsweise
wenn zwei Schaltungen so dicht zeitlich aufeinander folgen, daß die elektrische Kapazität vor der zweiten
Schalthandlung noch nicht vollständig aufgeladen ist.4
On the other hand, it is also conceivable to supply both the switching current and the current from the electrical capacitance to the drive arc. This freedom of choice allows the switch control to optimise the switching processes, for example when two switching operations follow one another so closely that the electrical capacitance is not yet fully charged before the second switching operation.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Antriebskammer durch den Lichtbogenraum zwischen den Schaltkontaktstücken gebildet ist und daß der Antriebslichtbogen mit dem Schaltlichtbogen identisch ist.A further advantageous embodiment of the invention provides that the drive chamber is formed by the arc space between the switching contact pieces and that the drive arc is identical to the switching arc.
In diesem Fall kann an die Schaltkontaktstücke, zwischen denen der Schaltlichtbogen brennt, auch die elektrische Kapazität zur Erzeugung eines Lichtbogens bedarfsweise angeschlossen werden. Hierdurch ist beispielsweise sichergestellt, daß im Schaltfall auch bei nicht ausreichender Schaltstromstärke durch Zuschaltung der elektrischen Kapazität der Antriebslichtbogen, der dann mit dem Schaltlichtbogen identisch ist, genügend stark ausgebildet ist, um den Antriebskolben durch die Löschgasexpansion anzutreiben.In this case, the electrical capacity for generating an arc can also be connected to the switching contact pieces between which the switching arc burns if required. This ensures, for example, that in the event of switching, even if the switching current is insufficient, the drive arc, which is then identical to the switching arc, is sufficiently strong to drive the drive piston through the extinguishing gas expansion by connecting the electrical capacity.
Es kann außerdem vorteilhaft vorgesehen sein, daß die elektrische Kapazität mittels eines durch die Bewegung eines Schaltkontaktstückes betätigbaren Hilfsschalters mit zwei Lichtbogenelektroden elektrisch verbindbar ist.It can also be advantageously provided that the electrical capacitance can be electrically connected to two arc electrodes by means of an auxiliary switch that can be actuated by the movement of a switching contact piece.
In diesem Fall wird ein mechanischer Antrieb benötigt, der die Bewegung des Leistungsschalters einleitet, so daß die Schaltkontaktstücke eine Schaltbewegung beginnen. Im Zuge dieser Schaltbewegung wird dann zum geeigneten Zeitpunkt durch einen Hilfsschalter die elektrische Kapazität mit den Lichtbogenelektroden verbunden, wodurch eine effektive An-In this case, a mechanical drive is required that initiates the movement of the circuit breaker so that the switching contact pieces begin a switching movement. During this switching movement, the electrical capacitance is then connected to the arc electrodes at the appropriate time by an auxiliary switch, which ensures effective switching.
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triebsunterstützung durch den Hilfslichtbogen eingeleitet5
drive support initiated by the auxiliary arc
wird.becomes.
Der Hilfsschalter kann beispielsweise als triggerbare Funkenstrecke ausgebildet sein.The auxiliary switch can, for example, be designed as a triggerable spark gap.
Der Hilfsschalter kann in einer anderen Variante auch direkt auf elektrischem Wege durch die Steuerung des Leistungsschalters
betätigt werden.
10In another variant, the auxiliary switch can also be operated directly electrically by the control of the circuit breaker.
10
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben. In the following, the invention is shown using an embodiment in a drawing and then described.
Dabei zeigtThis shows
die Figur schematisch einen Teil eines Leistungsschalters, bei dem der Antriebslichtbogen mit dem Schaltlichtbogen identisch ist.The figure shows schematically a part of a circuit breaker in which the drive arc is identical to the switching arc.
Bei dem in der Figur dargestellten Hochspannungs-Leistungsschalter sind die Schaltkontaktstücke 19, 20 mit den Lichtbogenelektroden des Antriebslichtbogens identisch. Das feststehende Schaltkontaktstück 19 ist tulpenförmig ausgebildet, während das antreibbare Schaltkontaktstück 20 stiftförmig ausgebildet und im Einschaltzustand in den Tulpenkontakt 19 eingefahren ist.In the high-voltage circuit breaker shown in the figure, the switching contact pieces 19, 20 are identical to the arc electrodes of the drive arc. The fixed switching contact piece 19 is tulip-shaped, while the drivable switching contact piece 20 is pin-shaped and is retracted into the tulip contact 19 in the switched-on state.
Bei einer Bewegung des stiftförmigen Schaltkontaktstückes 20 bewegt sich die Antriebskammerwand 21 mit diesem und ist mittels einer Dichtung 22 an der Innenwand 23 der Antriebskammer {= Lichtbogenraum 30) abgedichtet.When the pin-shaped switching contact piece 20 moves, the drive chamber wall 21 moves with it and is sealed by means of a seal 22 on the inner wall 23 of the drive chamber (= arc chamber 30).
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Schematisch ist in der Figur angedeutet, daß die Schaltkontaktstücke 19, 20 über Anschlüsse 24, 25 in einen Strompfad eingefügt sind.The figure schematically shows that the switching contact pieces 19, 20 are inserted into a current path via connections 24, 25.
Bei einem Ausschaltbefehl wird zunächst das antreibbare Schaltkontaktstück 20 über einen Schalterantrieb 33 mittels eines Gestänges 28 von dem feststehenden Schaltkontaktstück 19 entfernt.When a switch-off command is given, the drivable switching contact piece 20 is first removed from the fixed switching contact piece 19 via a switch drive 33 by means of a rod 28.
Es entsteht ein Lichtbogen zwischen den Schaltkontaktstücken 19, 20, der durch die den Schaltstrom treibende Spannung gespeist ist.An arc is created between the switching contact pieces 19, 20, which is fed by the voltage driving the switching current.
Gleichzeitig wird der als triggerbare Funkenstrecke ausgebildete Hilfsschalter 26 durch eine Schaltersteuerungseinrichtung 34 geschlossen, so daß die Anschlüsse 28, 29 des Leistungskondensators 27 mit den Schaltkontakstücken 19, 20 verbunden werden. Der aus dem Leistungskondensator 27 gespeiste Entladungsstrom überlagert sich mit dem die An-Schlüsse 24, 25 durchfließenden Schaltstrom und bewirkt eine zusätzliche Speisung des Lichtbogens zwischen den Schaltkontaktstücken 19, 20, wodurch in dem Lichtbogenraum 30 der Löschgasdruck insbesondere in der Anfangsphase des Schaltvorganges erhöht wird. Hierdurch wirkt eine pneumatische Beschleunigungskraft auf die Wand 21 der Antriebskammer, die die Bewegung des antreibbaren SchaltkontaktStückes 20 unterstützt und beschleunigt.At the same time, the auxiliary switch 26, which is designed as a triggerable spark gap, is closed by a switch control device 34, so that the connections 28, 29 of the power capacitor 27 are connected to the switching contact pieces 19, 20. The discharge current fed from the power capacitor 27 is superimposed on the switching current flowing through the connections 24, 25 and causes an additional supply of the arc between the switching contact pieces 19, 20, whereby the quenching gas pressure in the arc chamber 30 is increased, particularly in the initial phase of the switching process. This causes a pneumatic acceleration force to act on the wall 21 of the drive chamber, which supports and accelerates the movement of the drivable switching contact piece 20.
Das Schaltkontaktstück 20 ist mittels eines Gleitkontaktes mit dem Anschluß 29 des Leistungskondensators 27 verbunden. Schematisch ist auch eine Aufladevorrichtung 32 für den Leistungskondensator 27 dargestellt, die nach dem Aufladen des Leistungskondensators 27 selbsttätig von diesem abgekoppelt wird.The switching contact piece 20 is connected to the connection 29 of the power capacitor 27 by means of a sliding contact. A charging device 32 for the power capacitor 27 is also shown schematically, which is automatically disconnected from the power capacitor 27 after it has been charged.
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Es kann auch vorgesehen sein, daß der durch den Leistungskondensator 27 gespeiste Lichtbogen als einziger Antrieb des Schalters fungiert. In diesem Fall kann der Schalter mit dem beschriebenen Antriebsprinzip nicht nur geöffnet, sondern auch geschlossen werden. Die Antriebskammer sollte für diesen Zweck möglichst klein sein.It can also be provided that the arc fed by the power capacitor 27 acts as the sole drive of the switch. In this case, the switch can not only be opened but also closed using the drive principle described. The drive chamber should be as small as possible for this purpose.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
19, 20 Schaltkontaktstücke19, 20 Switching contacts
21 Antriebskammerwand21 Drive chamber wall
22 Dichtung22 Seal
23 Innenwand 24, 25, 28, 29 Anschlüsse23 Inner wall 24, 25, 28, 29 Connections
26 Hilfsschalter26 auxiliary switches
27 Leistungskondensator27 Power capacitor
30 Lichtbogenraum30 Arc room
31 Gleitkontaktes31 sliding contact
32 Aufladevorrichtung32 Charging device
33 Schalterantrieb33 Switch drive
34 Schaltersteuerungseinrichtung34 Switch control device
35 Gestänge35 rods
Claims (3)
dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung des Antriebslichtbogens als Energiespeicher eine aufladbare elektrische Kapazität (9, 32) insbesondere in Form eines Leistungskondensators vorgesehen ist.1. Electrical high-voltage circuit breaker with two mutually opposing switching contact pieces (1, 2, 19, 20), of which at least one (2, 20) can be driven by a drive device in the switching case, the drive device having a drive chamber (12, 30) in which a gas can be expanded against a drive piston (14, 21) by a drive arc,
characterized in that a rechargeable electrical capacitance (9, 32), in particular in the form of a power capacitor, is provided as an energy store for feeding the drive arc.
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Country Status (1)
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| DE202008015759U1 (en) | 2008-11-27 | 2009-03-26 | HELICOM Entwicklungsgesellschaft für Telekommunikation und Medientechnik mbH | Arrangement for ordering articles |
| CN116131422A (en) * | 2023-04-04 | 2023-05-16 | 四川电器集团中低压智能配电有限公司 | Energy storage signal amplifying device of high-voltage switch cabinet vacuum arc-extinguishing chamber |
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- 1995-11-15 DE DE29518875U patent/DE29518875U1/en not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
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