DE3537314A1

DE3537314A1 - Device for interrupting current

Info

Publication number: DE3537314A1
Application number: DE19853537314
Authority: DE
Inventors: Charles Luginbuehl; Lutz Dr Niemeyer
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1985-09-30
Filing date: 1985-10-19
Publication date: 1987-04-02

Abstract

A device for interrupting current (I) has a housing (1), which has two electrical connections (2, 3), as well as an explosive charge (10), which is located in the housing (1) and can be detonated as a function of the magnitude of the current (I) to be interrupted, and a bridge conductor (4), which is located in the interior of the housing and has a separating bridge (7) which consists of ductile material and which, after the explosive charge (10) has detonated, is converted into at least one arcing electrode (for example 29) having a rounded surface. This device is intended to extinguish an arc (31), which is produced during the interruption of the current (I), in a simple and safe (reliable) manner. This is achieved in that the explosive charge (10) is arranged in a pressure chamber (14) in the housing (1), which pressure chamber (14) surrounds the separating bridge (7) in a toroidal shape, and in that the housing (1) encloses an expansion space which, after the explosive charge (10) is detonated, is connected to the pressure space (14) via a nozzle-shaped opening (for example 27) in the at least one electrode (for example 29). <IMAGE>

Description

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Vorrichtung zum Unterbrechen von Strom nach dem ersten Teil von Patentanspruch 1.The invention is based on a device to interrupt power after the first part of Claim 1.

Eine solche Vorrichtung ist etwa aus US-A-43 11 890 bekannt. Die bekannte Vorrichtung weist ein zwei Stromanschlüsse tragendes Gehäuse auf, in welchem eine Sprengladung sowie ein die Stromanschlüsse kontaktierender und überwiegend hohl ausgebildeter Brückenleiter mit einer duktilen Trennbrücke angeordnet sind. Ueberschreitet der im Brückenleiter durch diese Vorrichtung fliessende Strom einen Grenzwert, so wird die Sprengladung gezündet und die Trennbrücke derart aufgesprengt, dass sie in zwei Abschnitte mit einander gegenüberstehenden abgerundeten Oberflächen aufgeteilt ist, welche nach dem Unterbrechen des Stromes eine hohe dielektrische Festigkeit bewirken. Um mit einer solchen Vorrichtung grosse Ströme nicht nur im Stromnulldurchgang unterbrechen sonder auch begrenzen zu können, ist es erforderlich, ein zusätzliches Schaltelement mit guten strombegrenzenden Eigenschaften parallel zu schalten.Such a device is approximately from US-A-43 11 890 known. The known device has two power connections carrying case in which an explosive charge and a contacting the power connections and predominantly hollow bridge ladder with one ductile separating bridge are arranged. Exceeded the one flowing in the bridge conductor through this device If a limit value is reached, the explosive charge is detonated and the separating bridge was blown open so that it in two sections facing each other rounded surfaces is divided, which after the Interrupting the current has a high dielectric strength cause. To be large with such a device Do not only interrupt currents at zero current but also to be able to limit, it is necessary an additional switching element with good current limiting Properties in parallel.

Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine Vorrichtung der im ersten Teil von Patentanspruch 1 genannten Art zu schaffen, bei der ein bei der Unterbrechung grosser Ströme entstehender Lichtbogen in einfacher und sicherer Weise gelöscht wird.The invention as characterized in claim 1 is the task, a device of the first To create part of claim 1 mentioned type, in which one when large currents are interrupted resulting arc in a simple and safe manner is deleted.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zeichnet sich bei grosser Abschaltleistung und hoher Abschaltgeschwindigkeit durch einen einfachen und kompakten Aufbau und das Fehlen mechanischer bewegter Teile mit Stromübergängen aus. Darüber hinaus kann diese Vorrichtung nach erfolgter Auslösung rasch wieder betriebsbereit gemacht werden und durch geeignete Bemessung des Brückenleiters leicht an einen vorgegebenen Wert des zu führenden Nennstroms angepasst werden. Zudem lässt sich auch die erwünschte Abschaltleistung durch geeignete Bemessung der Stärke der Sprengladung und des Druckes eines im Inneren der Vorrichtung befindlichen elektronegativen Gases in einfacher Weise einstellen.The device according to the invention is notable for high breaking capacity and high breaking speed by a simple and compact structure and the absence mechanical moving parts with current transitions. In addition, this device can be done after Tripping can be quickly made operational again and easily by suitable dimensioning of the bridge ladder to a specified value of the nominal current to be conducted be adjusted. You can also choose the one you want Switch-off power by suitably dimensioning the strength the explosive charge and the pressure of one inside the Device located electronegative gas in easy way to set.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.The invention is based on one in the drawing illustrated embodiment explained.

Hierbei zeigt die einzige Figur eine Aufsicht auf eine axial geschnittene Vorrichtung zum Unterbrechen von Strom, wobei im linken Teil der Figur der Zustand dieser Vorrichtung bei normalen Betriebsbedingungen dargestellt ist und im rechten Teil der Figur nach einer Auslösung dieser Vorrichtung in Folge eines Ueberstroms.Here, the only figure shows a supervision of one axially cut device for interrupting Current, with the state of this in the left part of the figure Device shown under normal operating conditions and in the right part of the figure after a release this device as a result of an overcurrent.

In der Figur bezeichnet 1 ein im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildetes Gehäuse aus einem vozugsweise isolierenden Material. Das Gehäuse 1 trägt an seinen beiden Stirnflächen zwei Stromanschlüssen 2 und 3, welche das Innere des Gehäuses 1 gasdicht nach aussen abschliessen. Die Stromanschlüsse 2, 3 weisen jeweils eine Oeffnung auf, durch die ein im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildeter Brückenleiter 4 gasdicht ins Innere des Gehäuses geführt ist. Der Brückenleiter 4 ist koaxial zum Gehäuse 1 angeordnet und besteht aus zwei gleichartigen, in Richtung seiner Zylinderachse voneinander beabstandeten Hohlzylindern 5, 6 aus elektrisch leitendem Material sowie aus einer die beiden Hohlzylinder 5, 6 verbindenden, hohlzylindrisch ausgebildeten Trennbrücke 7 aus elektrisch leitendem, duktilem Material, wie etwa Kupfer. Die beiden Hohlzylinder 5, 6 sind an den voneinander abgewandten Enden abgeschlossen und weisen an diesen Enden jeweils ein in ihre Aussenflächen eingelassenes und der Halterung des Brückenleiters 4 in den Oeffnungen der Stromanschlüsse 2, 3 dienendes Schraubengewinde 8, 9 auf.In the figure, 1 denotes an essentially hollow cylindrical housing made of a preferably insulating material. The housing 1 carries on its two end faces two power connections 2 and 3 , which close the inside of the housing 1 gas-tight to the outside. The power connections 2, 3 each have an opening through which an essentially hollow cylindrical bridge conductor 4 is passed gas-tight into the interior of the housing. The bridge conductor 4 is arranged coaxially to the housing 1 and consists of two identical hollow cylinders 5, 6 made of electrically conductive material and spaced apart in the direction of its cylinder axis , and of a hollow-cylindrical separating bridge 7 made of electrically conductive, ductile material connecting the two hollow cylinders 5, 6 , such as copper. The two hollow cylinders 5, 6 are closed at the ends facing away from one another and each have at these ends a screw thread 8, 9 which is embedded in their outer surfaces and serves to hold the bridge conductor 4 in the openings of the power connections 2, 3 .

Der Brückenleiter 4 weist im Bereich der Trennbrücke 7 auf seiner Aussenseite einen torusförmigen Hohlraum auf, in dem eine hohlzylindrisch ausgebildete Sprengladung 10 angeordnet ist, welche über eine Zündleitung 11 von einer elektronischen Zündvorrichtung 12 getriggert werden kann, wenn der zu überwachende Strom I einen Stromgrenzwert überschreitet. Auf der im Bereich der Trennbrücke 7 befindlichen Innenseite des Brückenleiters 4 sind ringförmig um seine Zylinderachse erstreckte und als Sollbruch- sowie als Deformationsstellen dienende Einkerbungen 13 angebracht.The bridge conductor 4 has in the area of the separating bridge 7 on its outside a toroidal cavity in which a hollow cylindrical explosive charge 10 is arranged, which can be triggered by an electronic ignition device 12 via an ignition line 11 when the current I to be monitored exceeds a current limit value . At the present in the region of the separating bridge 7 inside of the bridge conductor 4 are annularly extending about its cylinder axis and mounted as predetermined breaking points, as well as a deformation serving notches. 13

Der die Sprengladung 10 aufnehmende und vom Brückenleiter 4 gebildete Hohlraum ist Teil einer torusförmig um die Trennbrücke 7 erstreckten Druckkammer 14, welche nach innen vom Brückenleiter 4, nach aussen von einem Teil des Gehäuses 1 und in Richtung der Zylinderachse des Brückenleiters 4 von zwei radial erstreckten Wänden 15, 16 des Gehäuses 1 jeweils einer Oeffnung begrenzt ist, durch welche der Brückenleiter 4 mittels Dichtungen 17, 18 in gasdichter Weise geführt ist. Die Druckkammer 14 ist mit einer Auskleidung 19 aus einem Isoliermaterial, wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen, versehen, welche bei erhöhter Temperatur und unter Lichtbogeneinwirkung Dampf abgibt, der elektronegative, die Löschung eines Lichtbogens fördernde Bestandteile enthält. Die Druckkammer 14 ist über eine durch die Wand des Gehäuses 1 geführte, verschliessbare Einfüllöffnung 20 mit elektronegativem Gas, wie etwa Schwefelhexafluorid, von hohem Druck oder mit einem verflüssigten elektronegativen Gas gefüllt, dessen Druck durch ein Stickstoff-Gaspolster eingestellt wird.Of the explosive charge 10 receiving and formed by the bridging conductor 4 cavity is part of a toroidally extending to the separating bridge 7 pressure chamber 14, which extended inward from the bridge conductor 4, to the outside of a part of the housing 1 and in the direction of the cylinder axis of the bridge conductor 4 of two radially Walls 15, 16 of the housing 1 each have an opening through which the bridge conductor 4 is guided in a gas-tight manner by means of seals 17, 18 . The pressure chamber 14 is provided with a lining 19 made of an insulating material, such as polytetrafluoroethylene, which emits steam at elevated temperature and under the action of an arc, which contains electronegative components which promote the extinguishing of an arc. The pressure chamber 14 is filled via a closable fill opening 20 through the wall of the housing 1 with electronegative gas, such as sulfur hexafluoride, of high pressure or with a liquefied electronegative gas, the pressure of which is set by a nitrogen gas cushion.

Durch die Wand des Gehäuses 1 ist eine weitere verschliessbare Einfüllöffnung 21 geführt, welche der Füllung des verbleibenden, vom Gehäuse 1 und den Anschlüssen 2, 3 begrenzten Innenraums mit einem elektronegativen Gas, wie etwa Schwefelhexafluorid, von vergleichsweise niedrigem Druck dient. Der verbleibende Innenraum besteht aus zwei torusförmig erstreckten, vom Gehäuse 1 nach aussen, den Brückenleiter 4 nach innen und von den Wänden 15, 16 sowie den Stromanschlüssen 2, 3 in axialer Richtung begrenzten Volumina 22, 23 sowie dem vom Brückenleiter 4 umschlossenen Volumen 24, welches über Oeffnungen 25 im Hohlzylinder 5 bzw. 26 im Hohlzylinder 6 mit den Volumina 22 bzw. 23 verbunden ist.A further closable filler opening 21 is guided through the wall of the housing 1 and serves to fill the remaining interior space delimited by the housing 1 and the connections 2 , 3 with an electronegative gas, such as sulfur hexafluoride, of comparatively low pressure. The remaining interior space consists of two toroidal volumes 22, 23 , which are delimited from the housing 1 to the outside, the bridge conductor 4 inwards and from the walls 15, 16 and the power connections 2, 3 , and the volume 24 enclosed by the bridge conductor 4 , which is connected to the volumes 22 and 23 via openings 25 in the hollow cylinder 5 and 26 in the hollow cylinder 6 .

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist wie folgt:The operation of this device is as follows:

Bei normaler Betriebsweise fliesst der zu überwachende Strom I vom Stromanschluss 2 über das Schraubengewinde 8, den Hohlzylinder 5, die Trennbrücke 7, den Hohlzylinder 6 und das Schraubengewinde 9 zum Stromanschluss 3 (vgl. linker Teil der Figur). Ueberschreitet der Strom I einen vorgegebenen Grenzwert, so gibt die Zündvorrichtung 12 über die Zündleitung 11 einen Zündimpuls an die Sprengladung 10 ab, wodurch die Sprengladung 10 zur Explosion gebracht wird. Hierbei bildet sich in der Druckkammer 14 aus den Reaktionsprodukten der Sprengladung 10 und des elektronegativen Gases ein Mischgas mit wesentlich höherem Druck als dem Fülldruck des elektronegativen Gases, 14. Durch geeignete Dosierung des Massenverhältnisses von in der Sprengladung 10 enthaltenem kohlenstoffhaltigem Sprengstoff und von Schwefelhexafluorid aus dem elektronegativem Gas kann hierbei erreicht werden, dass beim Sprengvorgang aus dem Sprengstoff gebildeter freier Kohlenstoff und aus dem Schwefelhexafluorid gebildete Dissoziationsprodukte fluorhaltige Kohlenwasserstoffe, wie etwa Tetrafluorkohlenstoff (CF₄), erzeugen, welche ebenfalls als elektronegative Gase wirken. Zugleich wird eine Verkohlung der Auskleidung 19 bzw. der Wände des Gehäuses 1 vermieden. Der hohe Druck des bei der Explosion gebildeten Mischgases reisst die Trennbrücke 7 an einer mittleren der als Sollbruchstellen dienenden Einkerbungen 13 auf und biegt die hierbei gebildeten einander gegenüberstehenden freien Enden der aus duktilem Material bestehenden Trennbrücke 7 derart nach innen, dass die beiden freien Ende jeweils eine abgerundete Oberfläche und eine düsenförmige Oeffnung 27 bzw. 28 aufweisen (rechter Teil der Figur).In normal operation, the current I to be monitored flows from the power connection 2 via the screw thread 8 , the hollow cylinder 5 , the separating bridge 7 , the hollow cylinder 6 and the screw thread 9 to the power connection 3 (cf. left part of the figure). If the current I exceeds a predetermined limit value, the ignition device 12 emits an ignition pulse to the explosive charge 10 via the ignition line 11, as a result of which the explosive charge 10 is brought to an explosion. Here, in the pressure chamber 14 , the reaction products of the explosive charge 10 and the electronegative gas form a mixed gas with a substantially higher pressure than the filling pressure of the electronegative gas, 14 . By suitable dosing of the mass ratio of the carbon-containing explosive contained in the explosive charge 10 and of sulfur hexafluoride from the electronegative gas, it can be achieved that free carbon formed from the explosive during the explosive process and dissociation products formed from the sulfur hexafluoride contain fluorine-containing hydrocarbons, such as tetrafluorocarbon (CF ₄ ). , which also act as electronegative gases. At the same time, charring of the lining 19 or the walls of the housing 1 is avoided. The high pressure of the mixed gas formed during the explosion tears open the separating bridge 7 at a central one of the notches 13 serving as predetermined breaking points and bends the mutually opposing free ends of the separating bridge 7 made of ductile material in such a way that the two free ends each have one have a rounded surface and a nozzle-shaped opening 27 and 28 (right part of the figure).

Die umgebogenen freien Enden wirken als Elektroden 29, 30 für die Fusspunkte eines beim Aufreissen der Trennbrücke 7 an der Rissstelle gezogenen Lichtbogens 31. Der Lichtbogen 31 wird durch das aus der Druckkammer 14 austretende und - wie durch Pfeile angegeben - über die düsenförmigen Oeffnungen 27, 28 in die als Expansionsraum wirkenden Volumina 24, 22 und 23 strömende Mischgas in axialer Richtung doppelt beblasen und beim nächsten Stromnulldurchgang gelöscht. Hierbei ist es erforderlich, dass die Abströmflächen der düsenförmigen Oeffnungen 27 und 28 derart dimensioniert sind, dass der Strömungsvorgang über das Ende einer Sinushalbwelle des zu unterbrechenden Stromes I hinaus andauert. Von besonderem Vorteil ist es dabei, dass die Auskleidung 19 aus einem unter Lichtbogeneinwirkung ein elektronegatives Gas abgebenden Material besteht, da hierdurch der Druck des Mischgases erhöht und seine Strömungsdauer verlängert wird.The bent free ends act as electrodes 29, 30 for the base points of an arc 31 drawn at the crack point when the separating bridge 7 is torn open. The arc 31 is double-blown in the axial direction by the mixed gas emerging from the pressure chamber 14 and - as indicated by arrows - flowing through the nozzle-shaped openings 27, 28 into the volumes 24, 22 and 23 acting as expansion space and extinguished at the next current zero crossing. It is necessary here that the outflow surfaces of the nozzle-shaped openings 27 and 28 are dimensioned such that the flow process continues beyond the end of a sine half-wave of the current I to be interrupted. It is particularly advantageous that the lining 19 consists of a material that emits an electronegative gas under the influence of an arc, since this increases the pressure of the mixed gas and extends its flow duration.

Da durch den während des Sprengvorganges auftretenden hohen Druck die Deformation der Trennbrücke 7 zur Düsenkonfiguration in wenigen Millisekunden erfolgt, kann die erfindungsgemässe Vorrichtung als Halbperiodenschalter Verwendung finden.Since the deformation of the separating bridge 7 to the nozzle configuration takes place in a few milliseconds due to the high pressure occurring during the blasting process, the device according to the invention can be used as a half-cycle switch.

Die Wiederverwendbarkeit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zum Unterbrechen von Strom ist dadurch gegeben, dass der Brückenleiter 4 herausgeschraubt und durch einen neuen Brückenleiter ersetzt und frisches Gas über die Einfüllöffnungen 20, 21 zugeführt wird.The above-described device for interrupting current can be reused by unscrewing the bridge conductor 4 and replacing it with a new bridge conductor and supplying fresh gas via the filling openings 20, 21 .

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Unterbrechen von Strom wird ein bei deren Ansprechen gebildeter Lichtbogen doppelt beblasen. Es ist auch möglich, dass die Trennbrücke derart ausgebildet ist, dass nach Ansprechen der Vorrichtung lediglich eine mit einer düsenförmigen Oeffnung versehene Elektrode, z. B. die Elektrode 29, gebildet wird. Eine solche Vorrichtung lässt sich besonders kompakt gestalten, da die Trennbrücke 7 dann in unmittelbarer Nähe eines der beiden Stromanschlüsse, z. B. des Stromanschlusses 3, ansetzen und einer der beiden Hohlzylinder, z. B. der Hohlzylinder 6, entfallen kann. In the above-described embodiment of the device according to the invention for interrupting current, an arc formed when it responds is blown twice. It is also possible that the separating bridge is designed such that after the device has responded, only an electrode provided with a nozzle-shaped opening, e.g. B. the electrode 29 is formed. Such a device can be made particularly compact, since the isolating bridge 7 then in the immediate vicinity of one of the two power connections, for. B. the power connector 3 , and one of the two hollow cylinders, for. B. the hollow cylinder 6 can be omitted.

Eine Erhöhung der dielektrischen Festigkeit lässt sich bei der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Unterbrechen von Strom dadurch erreichen, dass mindestens einer der beiden Hohlzylinder 5, 6 in Richtung seiner Zylinderachse stauchbar ausgebildet ist, wodurch der Trennhub der Elektroden 29, 30 vergrössert wird.An increase in the dielectric strength can be achieved in the device according to the invention for interrupting current in that at least one of the two hollow cylinders 5, 6 is designed to be compressible in the direction of its cylinder axis, thereby increasing the separation stroke of the electrodes 29, 30 .

LIST OF DESIGNATIONS 1 housing
2, 3 power connections
4 bridge ladder
5, 6 hollow cylinders
7 dividing bridge
8, 9 screw thread
10 explosive charge
11 Ignition cable
12 ignition device
13 notches
14 pressure chamber
15, 16 walls
17, 18 seals
19 lining
20, 21 filling openings
22, 23, 24 volumes
25, 26 openings
27, 28 nozzle-shaped openings
29, 30 electrodes
31 arcs

Claims

1. Device for interrupting current with a two current connections ( 2, 3 ) carrying housing ( 1 ), at least one in the housing ( 1 ), depending on the size of the current to be interrupted ( I ) ignitable explosive charge ( 10 ), and with a cylindrical bridge conductor ( 4 ) in contact with the power connections ( 2, 3 ), at least partially inside the housing ( 1 ) and at least partially hollow, with a separating bridge ( 7 ) which, after detonation of the at least one explosive charge ( 10 ) at least one arc electrode (z. B. 29 ) is formed with a rounded surface, characterized in that the at least one explosive charge ( 10 ) is arranged in a pressure chamber ( 14 ) of the housing ( 1 ) surrounding the separating bridge ( 7 ), and that the housing ( 1 ) encloses an expansion space which, after the ignition of the at least one explosive charge ( 10 ) via a nozzle-shaped opening (e.g. 27 ) the at least one electrode (e.g. B. 29 ) is connected to the pressure chamber ( 14 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the bridge conductor ( 4 ) on its inner surface in the region of the separating bridge ( 7 ) has notches ( 13 ) extending in a ring around its cylinder axis.

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the bridge conductor ( 4 ) in the region of the notches ( 13 ) has a constriction in which the at least one explosive charge ( 10 ) is arranged.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pressure chamber ( 14 ) to the outside by a closable filler opening ( 20 ) containing part of the housing ( 1 ) is limited.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pressure chamber ( 14 ) has a lining ( 19 ) made of a material which emits electronegative gas under the action of an arc ( 31 ).

6. Device according to one of claims 4 or 5, characterized in that the pressure chamber ( 14 ) is limited in the axial direction by two radially extending walls ( 15, 16 ), each with an opening on the cylinder axis of the bridge conductor ( 4 ), through which in each case is guided in a gas-tight manner to the bridge conductor ( 4 ).

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the bridge conductor ( 4 ) has at least one hollow cylinder (z. B. 5 ) which is compressible in the direction of its cylinder axis.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the at least one explosive charge ( 10 ) contains a carbonaceous explosive, and that the pressure chamber ( 14 ) is filled with a fluorine-containing electronegative gas such as sulfur hexafluoride.