DE4003332A1

DE4003332A1 - Arc-quenching load switch for gas-insulated switchgear - reduces arc duration and contact erosion through buffering by vacuum at closure and compression at opening

Info

Publication number: DE4003332A1
Application number: DE19904003332
Authority: DE
Inventors: Peter Ing Grad Illmann
Original assignee: Sachsenwerk AG
Current assignee: Schneider Electric Sachsenwerk GmbH
Priority date: 1990-02-05
Filing date: 1990-02-05
Publication date: 1991-08-08

Abstract

Quenching gas is sucked through a nozzle directed at the arc path by the relative movement of a piston (3) in a cylinder (2) as the switch is closed. The switch blade (1) is pivoted together with the cylinder about a point to which the piston (3) is jointed by a lever (4). A spring (5) which engages the pivot point and an arm (6) of the lever enables the piston to adopt a stable counterbalance position. ADVANTAGE - Smooth and undelayed switch closure. Opening is accompanied by effective gas flow, achieved with possibility of an earthing position.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lastschalter nach dem Oberbegriff des 1. Patentanspruchs.The invention relates to a load switch according to the Preamble of the 1st claim.

Ein solcher Lastschalter ist in der Druckschrift DE-35 14 853 A1 angegeben. Bei dem bekannten Schalter betätigt der Antriebsenergiespeicher das Schaltmesser und einen gleichsinnig bewegten, mittels eines Lenkers an der Schalterwelle geführten schwenkbaren Kolben, der in einem kreisbogenförmig angeordneten ortsfesten Zylinder das Isoliergas verdichtet. Der Zylinder ist durch eine Düse abgeschlossen, die den Gasstrom während der Stromunterbrechung auf den an das äußere Ende des Zylinders anschließenden ortsfesten Gegenkontakt lenkt. Zwischen dem Schaltmesser und dem Kolben ist ein Federspeicher so eingefügt, daß bei steigendem Kompressionsdruck im Zylinder ein Nacheilen des Kolbens eintritt. Dabei stellt sich in jedem Augenblick ein Gleichgewicht des durch die Druckkräfte gegebenen Drehmomentes mit dem durch den Federspeicher hervorgerufenen ein. Das zur Lichtbogenunterbrechung zur Verfügung stehende Löschgas strömt demnach nicht nur während der ganzen Ausschaltbewegung des Schaltmessers, sondern auch noch kurz danach gleichmäßig in die Schaltstrecke ein und stellt eine wirkungsvolle Entionisierung derselben sicher.Such a load switch is in DE-35 14 853 A1. In the known switch, the Drive energy storage the switch blade and one moved in the same direction, by means of a handlebar on the Switch shaft guided swiveling piston, which in one Fixed cylinder arranged in a circular arc Insulating gas compressed. The cylinder is through a nozzle completed the gas flow during the Power cut to the outside of the cylinder subsequent stationary counter contact. Between the Switching knife and the piston is a spring mechanism inserted that with increasing compression pressure in the cylinder the piston lags behind. It turns in every moment a balance of through the Compressive forces given torque by the Spring-loaded one. That for Extinguishing gas available therefore flows not only throughout Switch-off movement of the switching knife, but also briefly then evenly into the switching path and set one effective deionization of the same.

Der bekannte Schalter sieht jedoch für die Einschaltbewegung des Schaltmessers keine elastische Verbindung zum Schlepphebel bzw. zum Kolben vor, sondern lediglich einen starren Anschlag. So wirkt der volle Unterdruck beim Ansaugen verzögernd auf die Einschaltbewegung ein. Die dadurch entstehende Verlangsamung der Schaltmesserbewegung führt dann bei gleichgroßen Vorzündstrecken zu einer längeren Brenndauer des Vorzündlichtbogens. Da moderne Lastschalter nach den gültigen Bestimmungen auch Kurzschlußströme einschalten können müssen, resultiert aus der Verzögerung mindestens eine größere Kontaktabnutzung, wenn nicht sogar eine Kontaktverschweißung.The well-known switch, however, looks for the Switch-on movement of the switch blade no elastic Connection to rocker arm or piston in front, but just a rigid stop. This is how the full one works Vacuum delaying the suction Switch-on movement on. The resulting Slowing down the switching knife movement then leads to same size pre-ignition stretches for a longer burning time of the pre-ignition arc. Since modern load switches according to the also apply short-circuit currents must be able to result from the delay at least greater, if not one, contact wear Contact welding.

Zur Vermeidung von großen Unterdrücken sind Lastschalter bekanntgeworden, bei denen in der Ansaugphase besondere Ventile große Einlaßquerschnitte freigeben. Eine solche Anordnung ist aus der Druckschrift DE-38 03 117 A1 bekannt, bei der in Fig. 2 ein Plattenventil zum Ansaugen des Löschgases angegeben ist.Load switches are used to avoid large negative pressures become known, in which special in the intake phase Release valves with large inlet cross-sections. Such Arrangement is known from the document DE-38 03 117 A1, in which in Fig. 2 a plate valve for sucking the Extinguishing gas is specified.

Bei dem bekannten Schalter nach der Druckschrift DE 35 14 853 A1 durchdringt der den Kolben tragende Schlepphebel außerdem die Zylinderwand längs der inneren Mantellinie schlitzförmig und verhindert so vor allem im ersten Teil der Ausschaltbewegung eine wirkungsvolle Gasströmung aus der Düse auf den Lichtbogen. Dieses Merkmal mag von sekundärer Bedeutung sein, es soll jedoch bei einer Weiterentwicklung vermieden werden.In the known switch according to DE 35 14 853 A1 penetrates the rocker arm carrying the piston also the cylinder wall along the inner surface line slit-shaped and thus prevents especially in the first part of the Switch-off movement an effective gas flow from the Nozzle on the arc. This feature may seem secondary Significance, but it should be in a further development be avoided.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird in einer Verbesserung des Lastschalters der bekannten Art gesehen, mit der bei gegebener Antriebsenergie eine zügige, unverzögerte Einschaltbewegung ebenso ermöglicht wird, wie eine von wirkungsvoller Gasströmung begleitete Ausschaltbewegung. Außerdem soll der Lastschalter so ausgebildet sein, daß er ohne Änderungen der Blaseinrichtung auch in einen Dreistellungsschalter umgewandelt werden kann, der neben einer Ein- und Ausschaltstellung auch eine Erdungsstellung aufweist.The object of the present invention is in a Seen improvement of the load switch of the known type, with which, given the drive energy, instantaneous switch-on movement is made possible as well accompanied by an effective gas flow Switch-off movement. In addition, the switch should be trained that he can change the Blower also in a three position switch can be converted in addition to an input and Switch-off position also has an earthing position.

Die Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des 1. Patentanspruchs angegeben. Durch den am Schaltmesser befestigten Zylinder ist es dabei möglich, den Kolben über eine Federanordnung am Drehpunkt-Kontaktstück im stabilen Gleichgewicht zu halten und über am Schlepphebel des Kolbens befestigte Angriffspunkte nach beiden Seiten auszulenken. Dadurch wird nicht nur während des Verdichtungshubes, sondern auch während des Ansaughubes des Löschgases ein elastisches Ausweichen des Kolbens und somit eine Reduzierung des die jeweilige Schaltbewegung verzögernden Druckdifferenz ermöglicht. Auf diese Weise ist ein unverzögertes Einschalten auch im Kurzschlußfall mit kurzer Lichtbogenzeit möglich, was den Kontaktverschleiß reduziert und eine Verschweißung der Kontakte ausschließt. Das Schaltmesser des erfindungsgemäßen Lastschalters kann darüber hinaus auch bei in dem Zylinderinnern lokalisierten Kolben in eine Erdungsstellung geschwenkt werden.The solution to the problem is in the characterizing part of the 1st Claim specified. By the on the switch blade attached cylinder it is possible to over the piston a spring arrangement on the fulcrum contact piece in the stable To keep balance and over on the rocker arm of the Pistons attached points of attack on both sides deflect. This will not only during the Compression stroke, but also during the suction stroke of the Extinguishing gas an elastic evasion of the piston and thus a reduction in the respective switching movement delaying pressure difference. That way an instantaneous switch on even in the event of a short circuit short arc time possible, which causes contact wear reduced and excludes welding of the contacts. The switch blade of the circuit breaker according to the invention can moreover also in those located in the interior of the cylinder Pistons can be swiveled into an earthing position.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens finden sich in den Unteransprüchen.Find advantageous developments of the inventive concept themselves in the subclaims.

Zum besseren Verständnis der Erfindungsidee wird auf die Zeichnungen verwiesen. Die einzelnen Figuren zeigen in schematischer Darstellung:For a better understanding of the idea of the invention, reference is made to the Drawings referenced. The individual figures show in schematic representation:

Fig. 1 Lastschalter in Stellung EIN; ausgeschaltete Stellung in Strich-Punkt-Linie, Fig. 1 load switch in the ON position; switched off position in dash-dot line,

Fig. 2 Lastschalter während eines Ausschaltvorgangs, Fig. 2 circuit breaker during an opening operation,

Fig. 3 Lastschalter während eines Einschaltvorgangs, Fig. 3 circuit breaker during a switching-on,

Fig. 4 Lastschalter als Dreistellungsschalter in Stellung "Erdung" und Fig. 4 load switch as a three-position switch in the "earthing" position and

Fig. 5 Lastschalter mit Kolben-Ankopplung über Zugfeder. Fig. 5 load switch with piston coupling via tension spring.

Das Schaltmesser 1 ist schwenkbar um den Drehpunktkontakt 9 angeordnet und fest mit dem Zylinder 2 verbunden, an dem eine auf die Schaltstrecke gerichtete Düse befestigt ist. In Fig. 1 ist der Lastschalter in Stellung EIN dargestellt, d. h. das Schaltmesser 1 berührt den Gegenkontakt 8. Der schwenkbare Kolben 3 ist an einem Schwenkhebel 4 befestigt, der ebenfalls um den Drehpunktkontakt schwenkbar ist. Mit dem Schwenkhebel 4 ist ein Federarm 6 starr verbunden. An dem Drehpunktkontakt 9 ist ein Festpunkt 7 angeordnet. Eine Schenkel-Biegefeder 5 ist so um den Drehpunkt gelegt, daß ihre beiden Schenkel in der gezeichneten Stellung für den Schwenkhebel 4 und dem mit ihm verbundenen Kolben 3 eine stabile Gleichgewichtslage bilden. In Fig. 1 ist ferner eine Schaltstange 11 zu erkennen, die den Schalter mit einem nicht dargestellten Antriebsenergiespeicher verbindet.The switching knife 1 is arranged pivotably about the pivot point contact 9 and is firmly connected to the cylinder 2 , to which a nozzle directed towards the switching path is attached. In Fig. 1, the load switch is shown in the ON position, ie the switch blade 1 touches the mating contact 8 . The pivotable piston 3 is attached to a pivot lever 4 , which is also pivotable about the fulcrum contact. A spring arm 6 is rigidly connected to the pivot lever 4 . A fixed point 7 is arranged on the fulcrum contact 9 . A torsion spring 5 is placed around the pivot point that its two legs in the position shown for the pivot lever 4 and the piston 3 connected to it form a stable equilibrium position. In Fig. 1, a switching rod 11 can also be seen, which connects the switch to a drive energy store, not shown.

Während einer Ausschaltbewegung schwenkt das Schaltmesser 1 vom Gegenkontakt 8 weg und das in dem mitbewegten Zylinder 2 befindliche Löschgas wird durch die Wirkung des Kolbens 3 verdichtet. Der im Zylinder 2 entstehende Innendruck p_i bewirkt nun eine Verstellung des Kolbens aus der mit einem durchgehenden Strich gezeichneten in die strichpunktiert angedeutete Lage. Diese Verstellung geschieht unter gleichzeitiger Verdrehung des Schwenkhebels 4 und des mit ihm starr verbundenen Federarms 6, wodurch die Biegefeder 5 ebenfalls in die strichpunktierte Lage verschwenkt und gespannt wird. Dabei befindet sich in jeder Position das durch den Innendruck p_i gebildete Drehmoment mit dem durch die Biegefeder 5 aufgebrachten Drehmoment im Gleichgewicht. Gleichzeitig wird aus der Düse im Zylinder 2 Löschgas gegen den Lichtbogen geblasen. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird der Innendruck p_i während der Ausschaltbewegung sich so einstellen, daß ein zügiger Bewegungsablauf des Schaltmessers 1 möglich ist. Die erfindungsgemäße Anordnung hat zur Folge, daß bei Erreichen der Ausschaltstellung des Schaltmessers 1 noch immer ein Innendruck p_i vorhanden ist, der auch dann noch eine Auslenkung der Biegefeder 5 und des Kolbens 3 zur Folge hat. Die Biegefeder 5 bewirkt anschließend eine Rückführung des Kolbens 3 in seine stabile Gleichgewichtslage und drückt während dieser Zeit das restliche Löschgas aus der Düse in die Schaltstrecke. Auf diese Weise steht auch bei sehr großen Lichtbogenzeiten, wie sie beispielsweise bei der Unterbrechung induktiver Leerlaufströme oder kapazitiver Ströme entstehen können, ein wirkungsvoller Unterbrechungsmechanismus zur Verfügung. Während der Einschaltbewegung wird in den Zylinder 2 Löschgas durch die Düse eingesaugt. Der dabei entstehende Unterdruck p_u läßt gegenüber dem Außendruck p_a eine Druckdifferenz entstehen, die gegen die Rückstellwirkung der Biegefeder 5 den Kolben aus der gezeichneten in die strichpunktierte Lage (Fig. 3) verstellt. Durch diese Verstellung verringert sich diese Druckdifferenz; das Schaltmesser 1 kann vom Antriebsenergiespeicher unverzögert in die Einschaltstellung bewegt werden. Nach Abschluß der Einschaltbewegung befindet sich der Kolben 3 noch nicht in seiner Endstellung und die Federanordnung der Biegefeder 5 noch nicht in ihrer Gleichgewichtsposition. Die Kraft der Feder 5 bewirkt jedoch, daß auch nach Abschluß der Bewegung des Schaltmessers 1 der Zylinder 2 noch mit Löschgas vollgefüllt wird. Diese verzögerte Füllung des Zylinders 2 mit Löschgas stellt jedoch für die Funktionen eines Lastschalters keinerlei Nachteil dar, da diese Schalter keine sogenannte Kurzunterbrechung durchführen müssen.During a switch-off movement, the switching knife 1 swings away from the mating contact 8 and the extinguishing gas located in the moving cylinder 2 is compressed by the action of the piston 3 . The internal pressure p _i arising in cylinder 2 now causes the piston to be displaced from the position drawn with a continuous line to the position indicated by dash-dotted lines. This adjustment takes place with simultaneous rotation of the pivot lever 4 and the spring arm 6 rigidly connected to it, whereby the spiral spring 5 is also pivoted into the dash-dot position and tensioned. In each position, the torque formed by the internal pressure p _{i is} in equilibrium with the torque applied by the spiral spring 5 . At the same time two extinguishing gas is blown against the arc from the nozzle in the cylinder. In the arrangement according to the invention, the internal pressure p _i during the switch-off movement is set such that a rapid movement of the switch blade 1 is possible. The result of the arrangement according to the invention is that when the switch blade 1 is in the off position, an internal pressure p _{i is} still present, which then also results in deflection of the spiral spring 5 and the piston 3 . The spiral spring 5 then causes the piston 3 to return to its stable equilibrium position and presses the remaining extinguishing gas from the nozzle into the switching path during this time. In this way, an effective interruption mechanism is available even in the case of very long arcing times, such as can arise, for example, when interrupting inductive no-load currents or capacitive currents. During the switch-on movement, extinguishing gas is sucked into the cylinder 2 through the nozzle. The resulting negative pressure p _u creates a pressure difference compared to the external pressure p _a , which moves the piston against the restoring effect of the spiral spring 5 from the drawn position to the dash-dotted position ( FIG. 3). This adjustment reduces this pressure difference; the switch blade 1 can be moved from the drive energy storage to the switch-on position without delay. After completion of the switch-on movement, the piston 3 is not yet in its end position and the spring arrangement of the spiral spring 5 is not yet in its equilibrium position. However, the force of the spring 5 has the effect that the cylinder 2 is still filled with extinguishing gas even after the movement of the switching knife 1 has been completed. However, this delayed filling of the cylinder 2 with extinguishing gas does not constitute a disadvantage for the functions of a circuit breaker, since these switches do not have to carry out a so-called brief interruption.

Die erfindungsgemäßen Lastschalter mit den am Schaltmesser 1 befestigten kreisbogenförmigen Zylindern 2 können ohne große Probleme auch als sogenannte Dreistellungsschalter eingesetzt werden. In Fig. 4 ist der erfindungsgemäße Schalter in der Erdungstellung dargestellt, in der das Schaltmesser 1 einen Erdungskontakt 13 berührt. Der Kolben 3 liegt dabei am Boden des Zylinders 2 an, die Biegefeder 5 ist in der anderen Richtung durch den mitgeführten Federarm 6 gespannt. Damit die Rückstellkraft der Biegefeder 5 nicht zu einer Unterbrechung der Erdverbindung führen kann, ist am Antriebsspeicher eine entsprechende Verklinkung vorzusehen. Da diese aber für die Erfindung ohne Bedeutung ist, wurde sie nicht mit dargestellt.The load switch according to the invention with the circular-arc-shaped cylinders 2 attached to the switch blade 1 can also be used without great problems as so-called three-position switches. In FIG. 4, the switch according to the invention is shown in the earthing position in which the switch blade 1 contacts with a ground contact 13. The piston 3 lies against the bottom of the cylinder 2 , the spiral spring 5 is tensioned in the other direction by the spring arm 6 carried along. So that the restoring force of the spiral spring 5 cannot lead to an interruption of the earth connection, a corresponding latching is to be provided on the drive accumulator. However, since this is of no importance for the invention, it has not been shown.

Statt der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Schenkel-Biegefeder können die geforderten Funktionen auch von anderen Federanordnungen einwandfrei durchgeführt werden. So zeigt Fig. 5 eine Zugfeder 12, die zwischen dem Federarm 6 und den am Drehpunktkontakt angebrachten Festpunkt 7 eingehängt ist und die in ihrer Mittelstellung den Kolben 3 im stabilen Gleichgewicht hält. Auslenkungen des Kolbens nach einer der beiden Seiten, wie in den Fig. 2 bis 4 dargestellt, führen auch hier zu einer Auslenkung des Federarms 6 und zu einem durch die Zugfeder 12 bewirkten Rückstellmoment auf den Kolben 3.Instead of the leg spring shown in FIGS . 1 to 4, the required functions can also be carried out correctly by other spring arrangements. Thus, FIG. 5 shows a tension spring 12 is hooked between the arm 6 and attached to the pivot point fixed contact 7 and holding the piston 3 in stable equilibrium in its central position. Deflections of the piston on one of the two sides, as shown in FIGS. 2 to 4, also lead here to a deflection of the spring arm 6 and to a restoring moment on the piston 3 caused by the tension spring 12 .

Mit der vorliegenden Erfindung gelingt es, die bekannten Lastschalter, vor allen Dingen in modernen, mit Druckgas, beispielsweise SF6, isolierten Lastschalteranlagen, weiter zu verbessern. Dies geschieht durch eine Minimierung der Antriebsenergie zur Bewegung der Schaltmesser in beiden Bewegungsrichtungen ohne dadurch die Funktionsfähigkeit der Lastschalter einzuschränken. Aufwendige Ventilanordnungen werden ebenfalls vermieden.With the present invention, the known Load switch, especially in modern, with compressed gas, for example SF6, insulated load switch systems to improve. This is done by minimizing the Driving energy to move the switch blades in both Directions of movement without thereby the functionality of the Restrict load switch. Elaborate valve arrangements are also avoided.

Claims

1. Load switch for switchgear insulated with compressed gas with a self-generated extinguishing agent flow, consisting of the following parts:

A switching path formed from a stationary counter contact and a switching knife which can be pivoted about a pivot point,
- A displacement device formed from a cylinder and a piston movable by means of a pivot lever mounted on the pivot point for the compressed gas flowing through a nozzle into the switching path, and
a spring arrangement which elastically articulates the piston to the switching blade during the switching-off movement,

characterized in that the cylinder ( 2 ) pivots together with the switching blade ( 1 ) during all switching operations and the spring arrangement ( 5, 12 ) is at least one end on the fixed pivot point contact ( 9 ) and at least one other end on the pivot lever ( 4 ) or a spring arm ( 6 ) rigidly connected to it so that the piston ( 3 ) assumes a stable equilibrium position with respect to the switch blade ( 1 ) both in the switched-on and in the switched-off position of the switch.

2. Load switch according to claim 1, characterized in that the pivot lever ( 4 ) has a curved shape with which it engages around the outer edge of the cylinder ( 2 ) in the inner position of the piston ( 3 ).

3. Load switch according to claim 1 or 2, characterized in that the spring arrangement consists of a tension spring ( 12 ).

4. Load switch according to claim 1 or 2, characterized in that the spring arrangement consists of a leg spring ( 5 ), the two legs of which are in the equilibrium position both at the pivot point contact ( 9 ) and on the pivot lever ( 4 ) or the associated spring arm ( 6 ) support.

5. Load switch according to claim 1 or one of the following, characterized in that the load switch in the cylinder ( 2 ) inserted piston ( 3 ) from the switch-off position can be brought into an earthing position, in which the switch blade ( 1 ) has an earthing contact ( 13 ) contacted.

6. Load switch according to claim 1 or one of the following, characterized in that as the pressure gas SF6 or a mixture of air with SF6 is provided.