DE29803380U1 - High-voltage circuit breaker with an insulating body - Google Patents
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Description
GR 98 G 4030 01 DEGR 98 G 4030 01 EN
BeschreibungDescription
Hochspannungsleistungsschalter mit einem IsolierstoffkörperHigh-voltage circuit breaker with an insulating body
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungsleistungsschalter mit zwei einander koaxial gegenüberstehenden, relativ zueinander in axialer Richtung antreibbaren Kontaktstücken und mit einem die Schaltstrecke zwischen den Kontaktstücken wenigstens zeitweise umgebenden radialsymmetrischen Isolierstoffkörper zur Beeinflussung einer Schaltgasströmung.The invention relates to a high-voltage circuit breaker with two contact pieces that are coaxially opposite one another and can be driven relative to one another in the axial direction and with a radially symmetrical insulating body that at least temporarily surrounds the switching gap between the contact pieces for influencing a switching gas flow.
Ein derartiger Hochspannungsleistungsschalter ist beispielsweise in der US 3 946 183 beschrieben. Dort ist ein Isolierstoffkörper vorgesehen, der die Schaltstrecke zwischen den Lichtbogenkontaktstücken umgibt und Schaltgas, das während des Schaltvorganges auf den Lichtbogen hin strömt, in einer Düsenengstelle beschleunigt und zu einem Expansionsraum abführt. Zur Verlängerung des Kriechweges in Axialrichtung des Schalters weist der Isolierstoffkörper in Umfangsrichtung umlaufende Nuten auf, die an einer zylindrischen Innenwand des Isolierstoffkörpers angeordnet sind.Such a high-voltage circuit breaker is described, for example, in US 3,946,183. There, an insulating body is provided that surrounds the switching gap between the arcing contact pieces and accelerates switching gas, which flows towards the arc during the switching process, in a nozzle constriction and leads it away to an expansion chamber. To extend the creepage path in the axial direction of the switch, the insulating body has circumferential grooves that are arranged on a cylindrical inner wall of the insulating body.
Aus der US 4 161 636 ist ein Hochspannungsleistungsschalter mit einem Isolierstoffkörper bekannt, der ebenfalls die Schaltstrecke umgibt und beim Schaltvorgang für die Ausrichtung einer Schaltgasströmung sorgt. Dort ist im Bereich der Düsenengstelle eine Begrenzungsfläche des Isolierstoffkörpers vorgesehen, die sich im wesentlichen senkrecht zur Axialrichtung erstreckt und eine Umlenkeinrichtung für das Schaltgas aufweist, durch die der Schaltgasstrom wunschgemäß umgelenkt wird.US 4,161,636 discloses a high-voltage circuit breaker with an insulating body that also surrounds the switching path and ensures the alignment of a switching gas flow during the switching process. In this case, in the area of the nozzle constriction, a boundary surface of the insulating body is provided, which extends essentially perpendicular to the axial direction and has a deflection device for the switching gas, by means of which the switching gas flow is deflected as desired.
Aus der US 3 949 182 ist ein Hochspannungsleistungsschalter bekannt mit einem Isolierstoffkörper, der zwei Kontakte umgibt und der an einer zylindrischen Innenfläche in Umfangs-From US 3 949 182 a high-voltage circuit breaker is known with an insulating body that surrounds two contacts and that is connected to a cylindrical inner surface in the circumferential direction.
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richtung umlaufende Nuten aufweist, die unter anderem eine Verbindung zu radialen Öffnungen herstellen, welche den Isolierstoff körper durchsetzen. Durch diese Nuten soll schaltstellungsabhängig der Schaltgasstrom beeinflußt werden. 5has grooves running all the way around the switch, which, among other things, create a connection to radial openings that pass through the insulating body. These grooves are intended to influence the switching gas flow depending on the switching position. 5
Der vorliegenden Erfindung liegt gegenüber dem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungsleistungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der ein gutes Löschvermögen für einen entstehenden Lichtbogen mit hoher dielektrischer Festigkeit und langer Lebensdauer verbindet. Compared with the prior art, the present invention is based on the object of creating a high-voltage circuit breaker of the type mentioned at the outset, which combines good extinguishing capacity for an arc that arises with high dielectric strength and a long service life.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Isolierstoffkörper im Bereich wenigstens einer sich im wesentlichen senkrecht zu der axialen Richtung erstreckenden Begrenzungsfläche eine in Umfangsrichtung umlaufende und in axialer Richtung in den Isolierstoffkörper hineinreichende Nut aufweist. The object is achieved according to the invention in that the insulating material body in the region of at least one boundary surface extending essentially perpendicular to the axial direction has a groove running around the circumference and extending into the insulating material body in the axial direction.
Unter dem Begriff "sich im wesentlichen senkrecht zu der axialen Richtung erstreckende Begrenzungsfläche" werden im Zusammenhang dieser Anmeldung solche Flächen des Isolierstoff körpers verstanden, deren Gauß'sche Flächenvektoren (Vektoren, die auf der Fläche senkrecht stehen) mit der axialen Richtung des Schalters einen Winkel einschließen, der zwischen 0 und 60° liegt.In the context of this application, the term "boundary surface extending essentially perpendicular to the axial direction" refers to those surfaces of the insulating body whose Gaussian surface vectors (vectors that are perpendicular to the surface) enclose an angle with the axial direction of the switch that lies between 0 and 60°.
Durch die Anordnung einer entsprechenden Nut gemäß der Erfindung an einer solchen Begrenzungsfläche werden folgende zwei Wirkungen erreicht: einerseits wird die Wanderung von Ladungsträgern an der Oberfläche des Isolierstoffkörpers in Richtung der Feldlinien verhindert, wobei die Feldlinien sich im wesentlichen in axialer Richtung des Schalters erstrecken, jedoch durch die Anwesenheit des Isolierstoffkörpers verzerrt werden können.By arranging a corresponding groove according to the invention on such a boundary surface, the following two effects are achieved: on the one hand, the migration of charge carriers on the surface of the insulating body in the direction of the field lines is prevented, whereby the field lines extend essentially in the axial direction of the switch, but can be distorted by the presence of the insulating body.
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Werden entsprechende Nuten an zylindrischen Teilflächen des Isolierstoffkörpers angeordnet, so wird zwar der Kriechweg in Richtung der Feldlinie verringert, jedoch werden die Ladungsträger grundsätzlich vom elektrischen Feld getrieben, so daß sie sich über die Oberfläche des Isolierstoffkörpers gegebenenfalls durch eine Nut hindurch weiterbewegen. Bei einer erfindungsgemäß angeordneten Nut verlaufen die Nutwände in bezug auf die Feldlinien so, daß zumindest an einer Wand der Nut die Ladungsträger entgegen dem elektrischen Feld wandern müßten, um sich über die Oberfläche des Isolierstoffkörpers weiterzubewegen.If corresponding grooves are arranged on cylindrical partial surfaces of the insulating material body, the creepage path in the direction of the field line is reduced, but the charge carriers are basically driven by the electric field so that they move further across the surface of the insulating material body, possibly through a groove. In a groove arranged according to the invention, the groove walls run in relation to the field lines in such a way that at least on one wall of the groove the charge carriers would have to move against the electric field in order to move further across the surface of the insulating material body.
Auf diese Weise wird somit die Wanderung von Ladungsträgern effektiv verhindert.In this way, the migration of charge carriers is effectively prevented.
Außerdem wird durch die Erfindung der Beschädigung des Isolierstoff körpers durch axiale Durchschläge entgegengewirkt. Bei Versuchen treten bisweilen elektrische Durchschläge auf, die an einer Begrenzungsfläche des Isolierstoffkörpers, die sich im wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung erstreckt, eintreten und an einer anderen Stelle wieder austreten und die den Isolierstoffkörper nachhaltig beschädigen.The invention also counteracts damage to the insulating body caused by axial breakdowns. During tests, electrical breakdowns sometimes occur, which start at a boundary surface of the insulating body that extends essentially perpendicular to the axial direction and then exit at another location, causing lasting damage to the insulating body.
Durch das Vorsehen einer Nut in einer solchen Begrenzungsfläche sammelt sich nach dem Entstehen eines Lichtbogens während eines Schaltvorganges ionisiertes Gas in dieser Nut, das als gasförmige Ladungsansammlung durch den Raumladungseffekt wie eine Feldelektrode wirkt und somit eine dielektrische Feldstärkeentlastung in den angrenzenden Flächen des Isolierstoff körpers bewirkt.By providing a groove in such a boundary surface, ionized gas collects in this groove after the formation of an arc during a switching process, which acts as a gaseous charge accumulation through the space charge effect like a field electrode and thus causes a dielectric field strength relief in the adjacent surfaces of the insulating body.
Die Erfindung kann vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß die Erstreckung des Nutquerschnitts in axialer Richtung größer ist als in radialer Richtung.The invention can be advantageously designed in that the extension of the groove cross-section in the axial direction is larger than in the radial direction.
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Dadurch, daß die Nut im Verhältnis zu ihrer Breite tief gestaltet
wird, werden die oben beschriebenen Effekte in besonders hohem Maße realisiert.
5By making the groove deep in relation to its width, the effects described above are realized to a particularly high degree.
5
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Begrenzungsfläche einem Heizraum zugewandt ist.A further advantageous embodiment of the invention provides that the boundary surface faces a heating chamber.
Bei den meisten Hochspannungsleistungsschaltern der eingangs genannten Art ist im Bereich des Isolierstoffkörpers ein Heizraum vorgesehen, das heißt ein Volumen, in das das von einem Lichtbogen aufgeheizte Schaltgas kurzfristig einströmen kann, um bei einem Erlöschen des Lichtbogens zurückzufließen und für eine rasche Kühlung des in der Schaltstrecke befindliehen Löschgases zu sorgen. Daher befindet sich im Bereich des Heizraumes während des Schaltvorganges besonders stark ionisiertes Schaltgas. In diesem Bereich ist daher der Isolierstoffkörper besonders zu schützen. Dies geschieht durch die Anordnung einer Nut in diesem Bereich zur Realisierung der Erfindung.In most high-voltage circuit breakers of the type mentioned above, a heating chamber is provided in the area of the insulating body, i.e. a volume into which the switching gas heated by an arc can flow for a short time, in order to flow back when the arc is extinguished and to ensure rapid cooling of the extinguishing gas in the switching gap. Therefore, there is particularly strongly ionized switching gas in the area of the heating chamber during the switching process. The insulating body must therefore be particularly protected in this area. This is done by arranging a groove in this area to implement the invention.
Es kann jedoch auch sinnvoll sein, daß die einem Heizraum abgewandte Begrenzungsfläche eine Nut aufweist.However, it may also be useful for the boundary surface facing away from the heating room to have a groove.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß jede von zwei sich im wesentlichen in radialer Richtung erstreckenden Begrenzungsflächen des Isolierstoffkörpers eine Nut aufweist.A further embodiment of the invention provides that each of two boundary surfaces of the insulating body extending essentially in the radial direction has a groove.
Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß die Ränder der Begrenzungsfläche, die die Nut begrenzen, scharfkantig ausgebildet sind.The invention can also be advantageously designed in that the edges of the boundary surface which delimit the groove are sharp-edged.
Die scharfkantige Ausbildung der Ränder der Nut sorgt einerseits dafür, daß Oberflächenladungsträger auf einer Seite derThe sharp-edged design of the edges of the groove ensures that surface charge carriers on one side of the
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Nut durch das elektrische Feld zuverlässig am Austreten aus der Nut gehindert werden. Andererseits ist dadurch eine längere Verweildauer ionisierten Schaltgases am Grund der Nut gewährleistet, was eine zuverlässige Ausbildung eines Raumladungseffektes mit der Wirkung einer Feldelektrode zur Folge hat.The electric field reliably prevents the gases from escaping from the groove. On the other hand, this ensures that the ionized switching gas stays at the bottom of the groove for a longer period of time, which results in a reliable formation of a space charge effect with the effect of a field electrode.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben. Dabei zeigt die Figur schematisch die Unterbrechereinheit eines Hochspannungsleistungsschalters mit einem erfindungsgemäßen Isolierstoffkörper.In the following, the invention is shown using an exemplary embodiment in a drawing and then described. The figure shows schematically the interrupter unit of a high-voltage circuit breaker with an insulating body according to the invention.
In der Figur ist schematisch ein erstes Kontaktstück 1 in Form eines Tulpenkontaktstücks und ein zweites Kontaktstück in Form eines Kontaktstiftes dargestellt. Diese beiden Kontaktstücke bilden sogenannte Lichtbogenkontaktstücke, während radial diese umgebend zusätzlich Nennstromkontaktstücke 12,13 angeordnet sind, die den Nennstrom dauerhaft tragen.The figure schematically shows a first contact piece 1 in the form of a tulip contact piece and a second contact piece in the form of a contact pin. These two contact pieces form so-called arc contact pieces, while radially surrounding them there are additional rated current contact pieces 12, 13 which permanently carry the rated current.
Die Lichtbogenkontaktstücke 1,2 sind von einem Isolierstoff körper 3 in Form einer Isolierstoffdüse koaxial umgeben. In der nicht dargestellten Einschaltstellung ist das Kontaktstück 2 in das tulpenförmige Kontaktstück 1 eingefahren und mit diesem kontaktiert. In der dargestellten Ausschaltstellung ist das Kontaktstück 1 in Richtung des Pfeiles 14 bewegt worden, so daß nunmehr ein Abstand in Form einer Schaltstrecke zwischen den Kontaktstücken 1,2 besteht. Es ist außerdem ein Lichtbogen 4 dargestellt, der einerseits auf dem ersten Kontaktstück 1 und andererseits auf dem zweiten Kontaktstück 2 aufsetzt.The arcing contact pieces 1, 2 are coaxially surrounded by an insulating body 3 in the form of an insulating nozzle. In the switched-on position (not shown), the contact piece 2 is inserted into the tulip-shaped contact piece 1 and contacted with it. In the switched-off position shown, the contact piece 1 has been moved in the direction of arrow 14, so that there is now a distance in the form of a switching path between the contact pieces 1, 2. An arc 4 is also shown, which rests on the first contact piece 1 on the one hand and on the second contact piece 2 on the other.
Zwischen dem ersten Kontaktstück 1 und dem Isolierstoffkörper 3 ist ein Kanal 15 vorgesehen, der die Schaltstrecke mit einem Heizraum 16 verbindet.Between the first contact piece 1 and the insulating body 3, a channel 15 is provided which connects the switching path with a heating chamber 16.
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Brennt ein Lichtbogen zwischen den Kontaktstücken 1,2, so wird das Schaltgas, das sich in der Schaltstrecke befindet, typischerweise SF6, erhitzt und expandiert und bewegt sich wenigstens teilweise zum Heizraum 16, wo es sich sammelt. Durchläuft der zu schaltende Strom, der typischerweise ein Wechselstrom ist, eine Nullstelle der Stromstärke, so erlischt der Lichtbogen 4 und das aufgeheizte und unter Druck stehende Schaltgas kann aus dem Heizraum 16 über den Kanal 15 zur Schaltstrecke zurückfließen, um dort, nachdem es im Heizraum in gewissem Maße abgekühlt ist, für eine Kühlung der Schaltstrecke zu sorgen und eine mögliche eine Wiederzündung des Lichtbogens zu verhindern.If an arc burns between the contact pieces 1, 2, the switching gas in the switching gap, typically SF 6 , is heated and expands and moves at least partially to the heating chamber 16, where it collects. If the current to be switched, which is typically an alternating current, passes through a zero point of the current intensity, the arc 4 is extinguished and the heated and pressurized switching gas can flow back from the heating chamber 16 via the channel 15 to the switching gap in order to ensure that the switching gap is cooled there after it has cooled down to a certain extent in the heating chamber and to prevent a possible reignition of the arc.
Nach dem Beblasen der Schaltstrecke kann das Schaltgas entweder durch das Innere des ersten Kontaktstückes 1 oder durch den Durchgangskanal 9 des Isolierstoffkörpers 3 und das Nennstromkontaktstück 13 in den Expansionsraum strömen, der von dem Isolatorgehäuse 18 umgeben ist.After blowing the switching gap, the switching gas can flow either through the interior of the first contact piece 1 or through the through-channel 9 of the insulating body 3 and the rated current contact piece 13 into the expansion space, which is surrounded by the insulator housing 18.
Der Isolierstoffkörper 3 weist zwei Begrenzungsflächen 5,7 auf, von dem die erste Begrenzungsfläche 5 dem Heizraum 16 zugewandt, die zweite Begrenzungsfläche 7 dem Heizraum 16 abgewandt ist. Jede der genannten Begrenzungsflächen 5,7 weist eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut 6,8 auf. Die Nuten sind im Querschnitt im wesentlichen rechteckig und erstrecken sich in der Tiefe, das heißt in axialer Richtung des Schalters weiter als in der Breite, das heißt in radialer Richtung des Schalters. Durch die Nuten wird eine Wanderung von Ladungsträgern an der Oberfläche des Isolierstoffkörpers entlang vom Bereich des ersten Kontaktstückes 1 zum Bereich des zweiten Kontaktstückes 2 oder umgekehrt verhindert. Außerdem werden Durchschläge von der ersten Begrenzungsfläche 5 zur zweiten Begrenzungsfläche 7 durch die Füllung der jeweiligenThe insulating body 3 has two boundary surfaces 5, 7, of which the first boundary surface 5 faces the heating chamber 16 and the second boundary surface 7 faces away from the heating chamber 16. Each of the boundary surfaces 5, 7 has a groove 6, 8 running around the circumference. The grooves are essentially rectangular in cross-section and extend further in depth, i.e. in the axial direction of the switch, than in width, i.e. in the radial direction of the switch. The grooves prevent charge carriers from migrating along the surface of the insulating body from the area of the first contact piece 1 to the area of the second contact piece 2 or vice versa. In addition, breakdowns from the first boundary surface 5 to the second boundary surface 7 are prevented by the filling of the respective
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Nut 6,8 im Schaltfall mit ionisiertem Schaltgas durch die Feldwirkung des geladenen Gasringes verhindert.Slot 6,8 in the switching case with ionized switching gas prevented by the field effect of the charged gas ring.
Die Nuten können entweder bei der Formung des Isolierstoffkörpers, der typischerweise aus Polytretrafluoräthylen besteht, eingebracht werden, oder später durch spanende Bearbeitung. Eine Nut kann beispielsweise auch teilweise mit einem isolierenden oder schwach leitfähigen Material ausgefüllt oder ausgekleidet sein, das eine andere Dielektrizitätskonstante aufweist als der Werkstoff des Isolierstoffkörpers 3.The grooves can either be created when the insulating body, which is typically made of polytetrafluoroethylene, is formed, or later by machining. A groove can also be partially filled or lined with an insulating or weakly conductive material, for example, that has a different dielectric constant than the material of the insulating body. 3.
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Citations (2)
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| DE29509015U1 (en) * | 1995-05-24 | 1995-08-03 | Siemens AG, 80333 München | High-voltage circuit breakers with a fixed heating volume |
| DE29607660U1 (en) * | 1996-04-22 | 1996-06-20 | Siemens AG, 80333 München | Circuit breaker unit of a high voltage circuit breaker |
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1998
- 1998-02-20 DE DE29803380U patent/DE29803380U1/en not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
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Effective date: 19980604 |
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| R163 | Identified publications notified |
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Effective date: 20010622 |
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Effective date: 20040901 |