DE3623633A1

DE3623633A1 - Device for the protection of the components of gas-insulated switching installations (switchgear) against the consequences of internal arcs

Info

Publication number: DE3623633A1
Application number: DE19863623633
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Kriechbaum
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1985-08-09
Filing date: 1986-07-12
Publication date: 1987-02-26
Also published as: DE3623633C2

Abstract

The subject matter of the invention is a device for the protection of the components of a gas-insulated switching installation against stresses which are caused by internal arcs and are unacceptably high. A short-circuiting device (2, 5) is arranged in the respective component. Furthermore, a pressure sensor (9, 10) is provided which responds in the event of an adjustable pressure being exceeded and whose response causes the short-circuiting device to be operated in the sense of shorting out (bridging) that phase which is affected by the arc. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Schutz von gasisolierten Schaltanlagen gegen die Folgen innerer Lichtbögen, bei der in einem an der Kapselung angebrachten Gehäuse ein Schalt stift, der unter der Kraft einer in Schließrichtung wirkenden Feder steht, in einer ersten Endlage verriegelt ist und ein Druck sensor bei im Normalbetrieb unzulässig hohem Druckanstieg die Entriegelung des Schaltstifts bewirkt, wobei der Lichtbogen da durch kurzgeschlossen wird, daß in einer zweiten Endlage der Schaltstift eine leitende Verbindung zwischen dem Innenleiter und der Kapselung herstellt.The invention relates to a device for protecting gas-insulated switchgear against the consequences of internal arcing, in the case of a switch in a housing attached to the encapsulation pin under the force of one acting in the closing direction Spring stands, is locked in a first end position and a pressure sensor in the event of an inadmissibly high pressure rise during normal operation Unlocking the switch pin causes the arc there is short-circuited that in a second end position Switch pin a conductive connection between the inner conductor and the encapsulation.

Bei gasisolierten Schaltanlagen (GIS) können bei Versagen der Isolation Störlichtbögen auftreten. Dabei kommt es zu einem raschen Druckanstieg innerhalb der Kapselung, da der Lichtbogen das Gas sowie das Material der Wandung an seinen Fußpunkten auf heizt, wobei eine exotherme Reaktion zwischen dem SF₆ und dem Metall der Hülle eingeleitet wird. Bei langen Lichtstromzeiten, d. h. wenn der Fehlerstrom nicht hinreichend schnell abgeschaltet wird, kann ein Öffnen der Druckentlastungsöffnungen oder auch ein Durchbrennen der Kapselung auftreten. In gas-insulated switchgear (GIS), arcing faults can occur if the insulation fails. This leads to a rapid increase in pressure within the encapsulation, since the arc heats up the gas and the material of the wall at its base points, an exothermic reaction being initiated between the SF ₆ and the metal of the casing. With long luminous flux times, ie if the fault current is not switched off sufficiently quickly, the pressure relief openings may open or the encapsulation may burn out.

Zur Schadensbegrenzung und zum Schutz des Bedienungspersonals wurden Maßnahmen ergriffen, um einen Lichtbogen durch Kurzschlie ßen bereits vor dem Abschalten des Fehlerstromes zum Erlöschen zu bringen. Eine solche Einrichtung zum Kurzschließen von Lichtbögen wird sinnvollerweise jeder Komponente zugeordnet. Wobei unter Komponente ein von Schottstützern begrenzter Bereich der GIS verstanden wird.To limit damage and protect operating personnel measures have been taken to short out an arc already extinguish before the fault current is switched off bring. Such a device for short-circuiting arcs is appropriately assigned to each component. Where under Component an area of the GIS delimited by bulkhead supporters is understood.

Aus der FR-OS 79 04 207 ist eine Einrichtung zum Schutz von Kompo nenten einer gasisolierten Schaltanlage vor Auswirkungen von Störlichtbögen der oben genannten Art bekannt, wobei als Druck sensor ein Faltenbalg oder ein weiterer Kolben vorgeschlagen wird, der bei Druckanstieg einen hakenförmigen Hebel betätigt, welcher den Schaltstift freigibt, der in seiner zweiten Endlage in einen am Innenleiter angebrachten Gegenkontakt einfährt.FR-OS 79 04 207 is a device for protecting compo components of a gas-insulated switchgear from the effects of Arc faults of the type mentioned above, known as pressure sensor a bellows or another piston is proposed, who actuates a hook-shaped lever when the pressure rises, which releases the switching pin, which in its second end position counter contact attached to the inner conductor.

Mit dieser Einrichtung ist kein optimaler Schutz vor Auswirkungen von Störlichtbögen zu erreichen, da die Auslösezeit zu lange ist. Die lange Auslösezeit kommt dadurch zustande, daß die Verschiebung des weiteren Kolbens beim Stand der Technik gegen die Kraft einer Feder erfolgt und eine Verriegelung öffnen muß, welche unter hoher Kraft gegeneinandergepreßte Flächen aufweist, die gegeneinander verschoben werden müssen.With this facility there is no optimal protection against effects of accidental arcs because the tripping time is too long. The long tripping time comes from the fact that the shift further piston in the prior art against the force of one Spring takes place and a lock must open, which is high Force pressed surfaces against each other have to be moved.

Desweiteren kann die Feder, welche den Schaltstift in Richtung des Innenleiters beschleunigt, wegen der unsymmetrischen Verriegelung nicht stark genug ausgelegt werden, um eine hohe Beschleunigung und damit eine kurze Auslösezeit zu erreichen. Die unsymmetrische Verriegelung kann zu einem Verkanten des Schaltstiftes und damit zu einem Versagen der Einrichtung führen. Desweiteren stellt die Anbringung des Gegenkontaktes an dem spannungsführenden Innen leiter der GIS einen kritischen Punkt bezüglich der elektrischen Festigkeit dar. Furthermore, the spring, which the switching pin in the direction of Inner conductor accelerates because of the asymmetrical locking not be designed strong enough to handle high acceleration and thus achieve a short release time. The asymmetrical Locking can cause the switching pin to tilt and thus cause the facility to fail. Furthermore, the Attach the mating contact to the live interior head of the GIS a critical point regarding the electrical Firmness.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben dargestellte Einrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, daß sie bei geringer Störanfälligkeit den Lichtbogen sicher und schnell kurzschließt.The invention has for its object the above To further develop the facility so that it is less Susceptibility to faults short-circuits the arc safely and quickly.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schalt stift (2) mit einem Kolben (5) fest verbunden ist und die Ver riegelung in der ersten Endlage mittels einer Kolbenringverrie gelung bewirkt ist und daß der Schaltstift (2) in der zweiten Endlage des Kolbens (5) mittels eines Überhubs durch die Kraft der Feder (6) gegen den Innenleiter (14) gepreßt ist.The object is achieved in that the switching pin ( 2 ) is firmly connected to a piston ( 5 ) and the locking in the first end position is effected by means of a piston ring lock and that the switching pin ( 2 ) in the second end position of the piston ( 5 ) is pressed against the inner conductor ( 14 ) by means of an overstroke by the force of the spring ( 6 ).

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat neben der sicheren und schnellen Funktion den Vorteil, daß das elektrische Feld im Bereich des Innenleiters unverändert bleibt und zusätzlich der erhebliche Aufwand für die Anbringung des Gegenkontaktes ein gespart wird. Der Drucksensor ist äußerst sensibel, da er nicht gegen die Kraft einer Feder arbeiten muß - die Positionierungs feder 9 kann mit einer so geringen Federkraft ausgelegt sein, daß sie diesbezüglich vernachlässigbar ist - und bei der Ent riegelung der Kolbenringverriegelung eine wesentlich geringere Reibung überwunden werden muß, wie das bei dem Stand der Technik der Fall ist. Die den Schaltstift in Richtung auf den Innen leiter treibende Kraft der Feder kann durch die Verwendung der Kolbenringverriegelung ein vielfaches der Kraft betragen - und dies bei geringerer Kraft für die Entriegelung - wie dies bei einer Verriegelung mittels Klinken, Hebeln oder dergleichen der Fall ist.The device according to the invention has in addition to the safe and fast function the advantage that the electrical field in the area of the inner conductor remains unchanged and in addition the considerable effort for the attachment of the counter contact is saved. The pressure sensor is extremely sensitive, since it does not have to work against the force of a spring - the positioning spring 9 can be designed with such a low spring force that it is negligible in this regard - and when unlocking the piston ring lock a much lower friction has to be overcome as is the case with the prior art. The force of the spring driving the switching pin in the direction of the inner conductor can be a multiple of the force by using the piston ring lock - and this with less force for unlocking - as is the case with locking by means of pawls, levers or the like.

Weiterbildungen der Erfindung, die den Unteransprüchen zu ent nehmen sind, ergeben günstige konstruktive Ausgestaltungen der Einrichtung.Developments of the invention, the ent claims take, result in favorable structural designs of the Facility.

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

Die Figur zeigt die Einrichtung im Schnitt.The figure shows the device in section.

An der Kapselung 1 jeder Komponente 16 der GIS wird ein Zylinder 3 angeordnet, in welchem ein mit einem Schaltstift 2 verbundener Kolben 5 gleitbar gelagert ist.A cylinder 3 is arranged on the encapsulation 1 of each component 16 of the GIS, in which a piston 5 connected to a switching pin 2 is slidably mounted.

In einer ersten Endlage werden Kolben 5 und Schaltstift 2 durch eine Kolbenringverriegelung gegen die Kraft einer Feder 6 ge halten. Die Kolbenringverriegelung besteht aus einem geschlitzten Kolbenring 4, in welchen ein Verriegelungsstift 8 eingreift und in dieser Position den in einer Ringnut des Kolbens 5 gelagerten Kolbenring 4 gespreizt hält, welcher dadurch den Kolben 5 in einer Erweiterung des Zylinders 3 in einer ersten Endlage arretiert. Der Verriegelungsstift 8 ist mit einem weiteren Kolben 10 verbunden, welcher in einem zweiten an der Kapselung 1 angebrachten Zylinder 12, an eine Öffnung angelehnt ist, die dem Druck der Komponente ausgesetzt ist. Der Kolben 10 weicht bei Überschreiten einer bestimmten Druckdifferenz zwischen der Komponente 16 und dem Zylinder 12 zurück und verschiebt den Verriegelungsstift 8, welcher vor seinem verdickten Ende eine Verjüngung aufweist, welche die Spreizung des Kolbenrings 4 aufhebt und den Kolben 5 entriegelt.In a first end position, the piston 5 and switching pin 2 are held by a piston ring lock against the force of a spring 6 . The piston ring lock consists of a slotted piston ring 4 , in which a locking pin 8 engages and in this position keeps the piston ring 4 mounted in an annular groove of the piston 5 , which thereby locks the piston 5 in an extension of the cylinder 3 in a first end position. The locking pin 8 is connected to a further piston 10 which, in a second cylinder 12 attached to the encapsulation 1 , is leaned against an opening which is exposed to the pressure of the component. The piston 10 withdraws when a certain pressure difference between the component 16 and the cylinder 12 is exceeded and displaces the locking pin 8 , which has a taper in front of its thickened end, which eliminates the expansion of the piston ring 4 and unlocks the piston 5 .

Der entriegelte Kolben 5 wird durch die Kraft der Feder 6 mit hoher Geschwindigkeit in Richtung des Innenleiters 14 bewegt, bis der Schaltstift 2 auf diesen auftrifft. Der über diesen Kontakt fließende Strom führt zwar an dieser Stelle zum Aufschmelzen der Oberfläche des Innenleiters 14 und damit zu einem gewissen Ab brand, jedoch ist der Widerstand dieser Kontaktstelle im Vergleich zu einem frei brennenden Lichtbogen gering, so daß der frei brennende Lichtbogen erlischt und die frei werdende Energie we sentlich geringer ist. The unlocked piston 5 is moved by the force of the spring 6 at high speed in the direction of the inner conductor 14 until the switching pin 2 strikes it. The current flowing through this contact leads at this point to the melting of the surface of the inner conductor 14 and thus to a certain extent, but the resistance of this contact point is low compared to a free-burning arc, so that the free-burning arc extinguishes and the released energy is considerably less.

Vorteilhafterweise wird der Schaltstift 2 mit einer Wolfram spitze versehen, die so lang bzw. breit ist, daß sie während des Kurzschließens nicht abbrennt. Die Stelle des Innenleiters 14, an der der Schaltstift 2 auftrifft, kann mit Schwermetall be wehrt werden, um den Abbrand klein zu halten.Advantageously, the switching pin 2 is provided with a tungsten tip that is so long or wide that it does not burn during the short-circuiting. The location of the inner conductor 14 , where the switching pin 2 strikes, can be reinforced with heavy metal to keep the burn-up small.

Der Schaltstift 2 ist mit einem Überhub auszustatten, der so bemessen ist, daß dieser bei Aufschmelzen des Innenleiters 14 ständig nachrücken kann, wobei die von der Feder 6 wirkende Kraft so zu bemessen ist, daß ein möglicherweise entstehender Lichtbogen klein gehalten wird.The switching pin 2 is to be equipped with an overstroke which is dimensioned such that it can continuously advance when the inner conductor 14 melts, the force acting on the spring 6 being so dimensioned that an arc which may occur is kept small.

Die Druckdifferenz, welche das Zurückweichen des Kolbens 10 bewirkt, entsteht durch einen plötzlichen Druckanstieg der betreffenden Komponente 16 der GIS infolge eines Lichtbogens, da der Druck schneller ansteigt, wie er sich durch die Spalte der Lauffläche des weiteren Kolbens 10 ausgleichen kann. Um eine bestimmte Druckanstiegsgeschwindigkeit als Auslösebedingung zu definieren, kann auch eine Bohrung 11 vorgesehen werden, welche bis zu einer bestimmten Druckanstiegsgeschwindigkeit einen Druckausgleich ermöglicht.The pressure difference, which causes the piston 10 to retreat, arises from a sudden pressure increase in the relevant component 16 of the GIS as a result of an arc, since the pressure rises more quickly, as can be compensated for by the gaps in the tread of the further piston 10 . In order to define a certain rate of pressure rise as a triggering condition, a bore 11 can also be provided, which enables pressure compensation up to a certain rate of pressure rise.

Eine Positionierungsfeder 9 ist - falls sie erforderlich ist - schwach ausgelegt, um die Sensibilität des Drucksensors nicht zu beeinträchtigen. Sie hat lediglich die Aufgabe, dafür zu sorgen, daß sich die Position des weiteren Kolbens 10 und damit des Verriegelungsstifts 8 nicht ohne die definierte Druckdifferenz - z. B. durch Erschütterungen oder Schwerkraft - verändert.A positioning spring 9 is weakly designed, if it is necessary, in order not to impair the sensitivity of the pressure sensor. It only has the task of ensuring that the position of the further piston 10 and thus of the locking pin 8 is not without the defined pressure difference - for. B. by vibrations or gravity - changed.

Zweckmäßigerweise wird mit dem Kolben 5 ein Anzeigestift 5 verbunden, der erkennen läßt, ob sich die Einrichtung in der ersten oder in der zweiten Endlage befindet.Advantageously, an indicator pin 5 is connected to the piston 5 , which can be seen whether the device is in the first or in the second end position.

Claims

1. Device for the protection of gas-insulated switchgear systems against the consequences of internal arcing, in which in a housing attached to the encapsulation a switching pin, which is under the force of a spring acting in the closing direction, is locked in a first end position and a pressure sensor in normal operation impermissibly high pressure increase causes the unlocking of the switching pin, the arc being short-circuited by the fact that in a second end position the switching pin establishes a conductive connection between the inner conductor and the encapsulation, characterized in that the switching pin ( 2 ) with a piston ( 5 ) is firmly connected and the locking in the first end position is effected by means of a piston ring lock and that the switching pin ( 2 ) in the second end position of the piston ( 5 ) is pressed by means of an overstroke by the force of the spring ( 6 ) against the inner conductor ( 14 ) is.

2. Device according to claim 1, characterized in that the piston ring lock has a locking pin ( 8 ) connected to a further piston ( 10 ), that the further piston ( 10 ) is displaceable in a second cylinder ( 12 ) attached to the encapsulation ( 1 ) that the piston ( 10 ) is leaned against an opening in normal operation which is exposed to the pressure of the component ( 16 ) and that the further piston ( 10 ) is built up by the build-up of a pressure difference between the component ( 16 ) and the cylinder ( 12 ) is moved.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the locking pin ( 8 ) in the first end position of the piston ( 5 ) holds a piston ring ( 4 ) by means of a thickened end in a spread position and to bring about the second end position of the piston ( 5 ) due to the displacement of the further piston ( 10 ) and the locking pin ( 8 ), a tapered part of the locking pin ( 8 ) cancels the expansion of the piston ring ( 4 ) and thus unlocks the piston ( 5 ).

4. Device according to claim 2 or 3, characterized in that the further piston ( 10 ) is provided with a bore ( 11 ) which is dimensioned such that a pressure equalization to the interior of the second cylinder ( 12 ) at a pressure rise rate permissible in normal operation. he follows.

5. Device according to claim 2, 3 or 4, characterized in that a positioning spring ( 9 ) is provided which is dimensioned such that it holds the further piston ( 10 ) in normal operation in the position leaning against the opening.

6. Device according to claim 1 to 4 or 5, characterized in that the switching pin ( 2 ) is provided with a tungsten tip, which is dimensioned so that it does not burn within the time in which the short-circuiter must short-circuit the arc.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the location of the inner conductor ( 14 ), which the switching pin ( 2 ) meets, is reinforced with heavy metal.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the spring ( 6 ) in the second end position of the piston ( 5 ) and the switching pin ( 2 ) exerts such a force on the same that one at the contact between the switching pin ( 2 ) and inner conductor ( 14 ) arcing which may occur is kept small.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the piston ( 5 ) with a display pin ( 5 a) is in communication, which indicates whether the device is in the first or in the second end position.