DE625177C

DE625177C - AC circuit breaker

Info

Publication number: DE625177C
Application number: DES108536D
Authority: DE
Inventors: Ludwig Heinemeyer; Dr-Ing Fritz Kesselring
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1933-03-04
Filing date: 1933-03-04
Publication date: 1936-02-05

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

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Bur.Bur.

Π MKR1935Π MKR1935

AUSGEGEBEN AM
5. FEBRUAR 1936ISSUED ON
FEBRUARY 5, 1936

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 21c GRUPPE 35 ίοCLASS 21c GROUP 35 ίο

Patentiert im Deutschen Reiche vom 4. März 1933 abPatented in the German Empire on March 4, 1933

Die Erfindung betrifft einen Wechselstromleistungsschalter mit Flüssigkeit enthaltender Schaltkammer und Löschung des Lichtbogens innerhalb von Flüssigkeit.The invention relates to an AC circuit breaker containing liquid Switching chamber and extinguishing the arc within a liquid.

Bei den bekannten Wechsels'tromleistungsschaltern, in welchen der Unterbrechungslichtbogen in einer Schaltkammer innerhalb von Flüssigkeit gelöscht wird, erfolgt die Kontakttrennung ebenfalls innerhalb der ruhenden, die .Schaltkammer füllenden Flüssigkeit, Die vom Lichtbogen an der Kontakttrennungsstelle in der Flüssigkeit der Sehaltkammer gebildete Gasblase wird in vielen Fällen zum Unterdrucksetzen der übrigen Flüssigkeit benutzt. Der Lichtbogendruck wird dabei selbst dazu benutzt, um Flüssigkeit an anderer Stelle in den Lichtbogen zu drücken. Hierdurch'ist jedoch eine Entlastung des Lichtbogendruckes während des Lösch-Vorganges nicht möglich.In the known AC circuit breakers, in which the interrupting arc in a switching chamber within is cleared by liquid, the Contact separation also within the static liquid that fills the switching chamber, The one from the arc at the point of contact separation in the fluid in the holding chamber formed gas bubble is used in many cases to pressurize the remaining liquid. The arc pressure is itself used to feed liquid elsewhere in the arc to press. This, however, relieves the arc pressure during the extinguishing process not possible.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine vorteilhafte Lichtbogenlöschung nur dadurch erzielt werden kann, daß die Lichtbogengäse vom Druck entlastet werden und gleichzeitig die Flüssigkeit unter einen gegen den Lichtbogen gerichteten Druck gesetzt wird.The invention is based on the knowledge that an advantageous arc extinction can only be achieved by relieving the pressure on the arc gas and at the same time the liquid is placed under a pressure directed against the arc will.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß in der Schaltkammer oberhalb des Flüssigkeitsspiegels das feststehende Schaltstück mit seiner Kontaktstelle und oberhalb des festen Schaltstückes eine Löschvorrichtung angeordnet sind, in. welcher der Lichtbogen innerhalb von Flüssigkeit gezogen wird, indem der Löschvorrichtung die LöschfLüssigkeit während der Unterbrechung durch eine vom Lichtbogen gesonderte Leitung' aus dem unteren Teil .der Kammer unter Druck züge- führt wird.This is achieved according to the invention in that in the switching chamber above the Liquid level the fixed contact with its contact point and above of the fixed contact piece an extinguishing device are arranged, in which the arc Inside of liquid is drawn by the extinguishing device the extinguishing liquid during the interruption by a separate line from the arc 'from the the lower part of the chamber is pulled under pressure.

Weil einerseits die Löschvorrichtung ganz außerhalb der ruhenden, die Schaltkammer füllenden Flüssigkeit liegt und andererseits die Flüssigkeitszuführung in dem Lichtbogenraum vom Lichtbogen unbeeinflußt ist, so ist hierdurch erreicht, daß eine Entlastung des Lichtbogendruckes während des Löschvorgatiges stattfindet. Infolge des raschen Abziehens der Lichtbogengase kann man zum Unterschied von den bekannten Einrichtungen einen bis in die unmittelbarste Nähe der Lichtbogensäule mit Druckflüssigkeit gefüllten, also gasarmen Löschraum für den Lichtbogen schaffen, aus dem das Lichtbogengas frei expandiert, so daß der Lichtbogen gleichzeitigBecause on the one hand the extinguishing device is completely outside the dormant one, the switching chamber filling liquid is and on the other hand the liquid supply in the arc chamber is unaffected by the arc, it is thereby achieved that a relief of the Arc pressure takes place during the extinguishing process. As a result of the rapid removal the arc gases can be a difference from the known devices filled with hydraulic fluid up to the immediate vicinity of the arc column, i.e. Create a low-gas quenching space for the arc from which the arc gas expands freely, so that the arc simultaneously

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:-*) The patent seeker indicated the following as the inventors: -

Ludzvig Heinemeyer in- Berlin-Lichterfelde und Dr.-Ing, Fritz Kesselring in Berliii-Hcrmsdorf.Ludzvig Heinemeyer in Berlin-Lichterfelde and Dr.-Ing, Fritz Kesselring in Berliii-Hcrmsdorf.

klammerartig durch die Flüssigkeit eingeschnürt wird. Die Flüssigkeit soll dabei dem in der stromschwachen Pause des Wechsel·: stromes zusammenschrumpfenden Lichtbogen möglichst verzögerungsfrei folgen können.is constricted by the liquid like a clamp. The liquid should be the in the low-current pause of the alternating current: the shrinking arc can follow as quickly as possible.

Die Trennung der Flüssigkeitszuleitung von den Dampfausströmöffnungen ist sowohl durch gesonderte Führung wie auch dadurch erreicht, daß die Mündung der Flüssigkeitszuleitung in den Löschraum von den Expansionsmündungen des Löschraumes räumlich gesondert ist. Es ist zweckmäßig, zur Erzielung einer möglichst geringen Trägheit der Flüssigkeitszufuhr die Flüssigkeitszuleitung kurz zu machen. Wenn man als Schaltflüssigkeit eine halb leitende Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, verwendet^ dann ist es erforderlich, alle flüssigkeitsführenden Teile vom Antrieb . des Schalters zu isolieren. Zu diesem Zweck kann man zur Übertragung .der Antriebskraft vom Schaltstiftantrieb auf die den Flüssigkeitsdruck erzeugende Vorrichtung eine Isolierstange vorsehen, die innerhalb des Stützisolators, welcher die Löschvorrichtung trägt, geführt ist. Man kann etwa von dieser Isolierstange einen nahe der Löschvorrichtung angeordneten 'Kolben antreiben lasseh. Der Kolben kann zweckmäßigerweise gleichzeitig als Nachfüllorgan der gesonderten Flüssigkeitszuleitung dienen, indem er am Hubende aus seinem unter der Flüssigkeit im Nachfüllbehälter mündenden Zylinder herausgezogen wird, so daß sich die gesonderte Flüssigkeitszuleitung von neuem füllen kann. Besondere Ventile werden hierdurch überflüssig.The separation of the liquid supply line from the vapor outflow openings is both achieved by separate guidance as well as in that the mouth of the liquid supply line in the extinguishing room is spatially separated from the expansion mouths of the extinguishing room. It is expedient to achieve the liquid supply line with the lowest possible inertia of the liquid supply to make short. If a semi-conductive liquid, such as e.g. If water is used ^ then it is necessary to remove all fluid-carrying parts from the drive . isolate the switch. For this purpose, one can transfer the driving force Provide an insulating rod from the switch pin drive to the device generating the fluid pressure, which inside the post insulator, who carries the extinguishing device, is performed. You can get around from this insulating rod drive a piston located near the extinguishing device. Of the The piston can expediently serve at the same time as a refill element for the separate liquid feed line serve by pulling out of his under the liquid in the refill container at the end of the stroke opening cylinder is pulled out so that the separate liquid supply line can fill up again. Special Valves are thus superfluous.

Um eine unzulässige Beanspruchung cles Übertragungsgestänges vom Antrieb nach der den Flüssigkeitsdruck erzeugenden Vorrichtung durch den hohen Gegendruck, welchen die Flüssigkeit im Löschraum zeitweise findet, zu verhindern, schaltet man zweckmäßigerweise einen nachgiebigen Flüssigkeitsspeicher in die Flüssigkeitszuleitung zum Löschraum ein. Dieser Flüssigkeitsspeicher wirkt umso *5 günstiger, je näher er dem Löschraum angeordnet ist.In order to avoid undue stress on cles Transmission linkage from the drive to the device generating the fluid pressure due to the high back pressure which to prevent the liquid in the extinguishing room from being found at times, it is advisable to switch a flexible liquid reservoir in the liquid supply line to the extinguishing chamber a. The closer it is to the extinguishing chamber, the more favorable it is is.

Ein Vorzug des "Schalters, welcher insbesondere bei Verwendung halb leitender Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, zur Geltung kommt, besteht darin, daß die Schaltnüssigkeit so angeordnet ist, daß ihr Spiegel unterhalb des feststehenden Schaltstückes liegt. Hierdurch sind die durch die Schaltflüssigkeit hervorgerufenen Schwierigkeiten beim Einschalten vermieden.A merit of the "switch, which in particular when using semi-conductive liquids such as water comes, is that the shift nut is arranged so that its mirror below of the stationary contact piece is. This means that the switching fluid caused difficulties when switching on avoided.

Tn der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die spannungführenden Schalterteile sind auf zwei Isolatoren 10 und 11 aufgebaut. Der Isolator 10 trägt die Einrichtung 12, welche zur Führung des beweglichen Schaltstiftes T3 und zur Stromabnahme von ihm dient. 14 ist die Klemme für die abgehende Leitung 15. Der Isolator n trägt das feststehende Schaltstück 16, die Löscheinrichtung 17 samt einem Flüssigkeitsbehälter und einer Einrichtung für die _ Zufuhr der Druckflüssigkeit zu der Löscheinrichtung. An die Stromklemme 18 ist die ankommende Leitung 19 angeschlossen. Die Isolatoren Xo und 11 sind in eine Grundplatte 20 eingebaut, in der die Antriebswelle 21 des Schalters gelagert ist. Die Antriebswelle 21 wird durch eine Ausschaltkraft, die von einem Magnet, einem Federkraftspeicher oder einem Druckluftkolben geäußert werden kann,. bei der Ausschaltung gedreht.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. The live switch parts are built on two insulators 10 and 11. The insulator 10 carries the device 12, which is used to guide the movable switching pin T3 and to draw current from it. 14 is the terminal for the outgoing line 15. The insulator n carries the stationary contact piece 16, the extinguishing device 17 including a liquid container and a device for the supply of the pressure fluid to the extinguishing device. The incoming line 19 is connected to the current terminal 18. The isolators Xo and 11 are built into a base plate 20 in which the drive shaft 21 of the switch is mounted. The drive shaft 21 is activated by a switch-off force which can be expressed by a magnet, a spring force storage device or a pneumatic piston. rotated when switched off.

An der Kappe 22 des Isolators 11 ist das Metallgehäuse 23, welches als Flüssigkeitsbehälter dient und gleichzeitig das feststehende Schaltstück ^:i6, die Löschvorrichtung 17 und die Nachfüllvorrichtung aufnimmt, in geeigneter Weise befestigt. Das Gehäuse 23 ist durch einen Isolatordeckel 24 abgeschlossen. Das feststehende Schaltstück ϊό ist an dem Gehäuse 23 so befestigt, daß der Strom von dem Schaltstück auf das Gehäuse übertragen wird und von dort durch die Klemme 18 abgenommen werden kann. Die Löscheinrichtung 17 besteht aus einem Isolierkörper, beispielsweise aus einem isolierenden Faserstoff, 9°³ der einen engen Kanalzs für den Schaltstift 13, den Löschkanäl für den Lichtbogen, hat. Die Flüssigkeitszuleitung zu diesem Kanal erfolgt durch den Zuführungskanal 26, an welchen sich das ZuführungsiOhr 27 anschließt, welches in den Zylinder 28 mündet. 29 ist ein ringförmiger Speicherraum in der Art eines Windkessels. 30 ist ein an der Bodenfläche des Gefäßes 23 geführter Kolben* der durch den Hebel 31 angetrieben wird. Der Hebel 31 ist mittels eines Lenkers.32 um den festen Drehpunkt 33 drehbar gelagert. An seinem Zapfen34 greift die Isolierstange 35. an, welche über ein Hebelgestänge 36 bis 38 vonder Kurbel 39 der Antriebswelle 21 angetriebett wird. In das Gehäuse 23 ist eine Wand 40 eingebaut, welche den Flüssigkeitsraum des Behälters von zwei Gasabzugsschächten 41, 42 trennt, die unten bei 43 nach dem Außenraum offen sind und die Schaltgase und Schaltdämpf e zu beiden Seiten des Gestänges 31 bis 35 nach dem Äußenraum abführen. Das Gehäuse 23 ist mit Schaltflüssigkeit 47, beispielsweise Wasser, bis zur Marke 48 gefüllt. 44 ist ein Isolierhebel für den Antrieb· des bewestlichen Sclialtstiftes 13, der an einem Lenker 45 gelagert ist uiul durch eine Stange 46 von der Kurbel 39 der Antriebswelle21 aus angetrieben wird. . ■On the cap 22 of the insulator 11, the metal housing 23, which serves as a liquid container and at the same time ^{accommodates the stationary contact piece:} i6, the extinguishing device 17 and the refill device, is fastened in a suitable manner. The housing 23 is closed by an insulator cover 24. The stationary contact piece ϊό is attached to the housing 23 in such a way that the current is transmitted from the contact piece to the housing and can be removed from there through the terminal 18. The extinguishing device 17 consists of an insulating body, for example an insulating fiber material, 9 ° ^3, which has a narrow channel for the switching pin 13, the extinguishing channel for the arc. The liquid feed to this channel takes place through the feed channel 26, to which the feed tube 27 is connected, which opens into the cylinder 28. 29 is an annular storage space in the manner of an air vessel. 30 is a piston * guided on the bottom surface of the vessel 23 and driven by the lever 31. The lever 31 is mounted rotatably about the fixed pivot point 33 by means of a link. The insulating rod 35 engages on its pin 34 and is driven by the crank 39 of the drive shaft 21 via a lever linkage 36 to 38. A wall 40 is built into the housing 23, which separates the liquid space of the container from two gas extraction shafts 41, 42, which are open to the outside at 43 below and discharge the switching gases and switching dampers on both sides of the rods 31 to 35 to the outside space . The housing 23 is filled with switching fluid 47, for example water, up to the mark 48. 44 is an insulating lever for driving the western sliding pin 13, which is mounted on a handlebar 45 and is driven by a rod 46 from the crank 39 of the drive shaft 21. . ■

Wenn der Schalter den Auslösebefehl bekommt, wird" die Schaltwelie 21 durch den Aiisschaltantrieb nach rechts in CindrehungWhen the switch receives the trip command, the switch shaft 21 is activated by the Aiisschaltantrieb to the right in rotation

versetzt. Hierdurch wird der Schaltstift 13 mit Hilfe des Hebels 44 nach aufwärts bewegt und gleichzeitig über das Gestänge 38, 37, 36, die Isolierstange 35 und den Hebel 31 .der Kolben 30 in den Zylinder 28 hineingedrückt. Infolgedessen wird die Schaltflüssigkeit 47 in die Löschvorrichtung 17 hineingedrückt. Bevor noch das Ende des Schaltstiftes 13 durch den Löschkanal 25 hindurchtritt, ist dieseroffset. As a result, the switching pin 13 is moved upwards with the aid of the lever 44 and at the same time via the linkage 38, 37, 36, the insulating rod 35 and the lever 31 .der Piston 30 pushed into cylinder 28. As a result, the switching fluid 47 is pressed into the extinguishing device 17. Before nor the end of the switching pin 13 passes through the extinguishing channel 25, this is

to mit der Schaltflüssigkeit vollständig gefüllt. Auch der ringförmige Hohlraum 29 hat Druckflüssigkeit gespeichert, wodurch das Luftpolster in diesem Ringkanal zusammengedrückt wurde und eine bestimmte Spannung von z. B. 10 Atmosphären Druck annahm. Der Strömungswiderstand für die Flüssigkeit in dem Kanal 25 ist nämlich, solange sich der Schaltstift 13 darin befindet, sehr groß, wodurch die Flüssigkeit in der Umgebung des Kanals einen gewissen statischen Druck von beispielsweise 10 Atmosphären annimmt. Durch .die Nachgiebigkeit des Luftpolsters im Windkessel 29 wird verhindert, daß bei der Fortbewegung des Antriebsgestänges 31 bis 38 des Kolbens 30 durch den Ausschaltantrieb des Schalters eine Überbeanspruchung dieses Gestänges auftritt.to completely filled with the switching fluid. The annular cavity 29 also has pressure fluid stored, whereby the air cushion in this ring channel was compressed and a certain tension from Z. B. assumed 10 atmospheres pressure. The flow resistance for the liquid in the channel 25 is namely, as long as the switching pin 13 is in it, very large, whereby the liquid in the vicinity of the channel assumes a certain static pressure of, for example, 10 atmospheres. By .the resilience of the air cushion in the air chamber 29 prevents that in the Movement of the drive linkage 31 to 38 of the piston 30 by the switch-off drive of the switch an overstressing of this linkage occurs.

Wenn nun der Schalts'tift durch den mit Flüssigkeit gefüllten Löschkanal 25 hindurchtritt und den Lichtbogen innerhalb der Druckflüssigkeit zieht, die .durch den Zuführungskanal 26 fortwährend in den Löschkanal 25 hineingedrückt wird, erfolgt eine sehr lebhafte Dampf- und Gasentwicklung' durch den Lichtbogen aus der Flüssigkeit. Diese Gase expandieren mit großer Geschwindigkeit in axialer Richtung aus der Löscheinrichtung, wie in der Zeichnung durch die punktierten Linien dargestellt. Die Ausströmung der Gase und Dämpfe nach dem Außenraum erfolgt durch die Abzugschächte 41, 42 hindurch. Mitgerissene Flüssigkeit wird durch Umlenkung der Gasströmung ausgeschieden und bleibt daher im Behälter 23 zurück.If the switch pin is now through the with Liquid-filled extinguishing channel 25 passes through and the arc within the pressure liquid pulls, which .through the feed channel 26 continuously into the extinguishing channel 25 is pressed in, there is a very lively development of vapor and gas' through the Arc from the liquid. These gases expand in at great speed axial direction from the extinguisher, as shown in the drawing by the dotted Lines shown. The outflow of the Gases and vapors to the outside area take place through the exhaust ducts 41, 42. Entrained liquid will be through Diverting the gas flow eliminated and therefore remains in the container 23.

⁴S Durch das rasche Expandieren der Gase aus dem Löschkanal 25 heraus ist es möglich, daß die Druckflüssigkeit aus dem Zylinder 28 unverzögert in den Löschkanal 25 nachströmt und auf diese Weise in jedem Augenblick .die aus der unmittelbaren Kachbarschaft der Lichtbogensäule abströmenden heißen Gase ersetzt. Unterstützt wird dieses trägheitslose N achströmen durch den Speicherraum 29, ⁴ S Due to the rapid expansion of the gases out of the extinguishing channel 25, it is possible that the pressure fluid flows from the cylinder 28 into the extinguishing channel 25 without delay and in this way replaces the hot gases flowing out of the immediate vicinity of the arc column at any moment. This inertia-free secondary flow is supported by the storage space 29,

- aus dem die Flüssigkeit mit kleinster Trägheit in den Löschkanal hineingedrückt werden kann. In der stromschwachen Pause, welche beim Wechselstrom in der Umgebung des Stromnulldurchganges einsetzt, erfolgt die Löschung des Lichtbogens, da die verzögerungsfrei zuströmende Flüssigkeit den Lichtbogen auf einen fadendünnen Kanal einschnürt, an dem ein so hohes Temperaturgefälle entsteht, daß der Lichtbogen nach dem Stromnulldurchgang nicht mehr wiedergezündet werden kann.- from which the liquid with the smallest inertia can be pressed into the extinguishing channel. In the low-power break, which in the case of alternating current in the vicinity of the current zero crossing, the The arc is extinguished because the liquid flowing in without delay causes the arc to be extinguished constricted to a thread-thin canal with such a high temperature gradient the result is that the arc is no longer re-ignited after the current has passed through zero can be.

Die Einrichtung für die Zufuhr der Flüssigkeit 26 bis 38 gestattet es dadurch, daß sie vom Ausschaltantrieb betätigt wird, während des ganzen Unterbrechungsvorgänges die Flüssigkeit in der Zuführungsleitung 27,26 unter einen entsprechenden Drück zu setzen.» Die Höhe dieses Druckes kann beispielsweise durch Änderung des Druckübersetzungsverhältnisses am Hebel 31 in einfacher Weise geregelt und damit den Verhältnissen der Löschvorrichtung 17 angepaßt werden.The device for the supply of the liquid 26 to 38 allows the fact that it is operated by the cut-out drive during the entire interruption process, the liquid in the supply line 27,26 under to put a corresponding pressure. " The level of this pressure can be, for example regulated in a simple manner by changing the pressure transmission ratio on the lever 31 and thus the conditions of the extinguishing device 17 are adapted.

Bei ausgeschaltetem Schalter ist der Schaltstift 13 aus dem Deckel 24 vollkommen herausgezogen. 'When the switch is switched off, the switching pin 13 is completely pulled out of the cover 24. '

Wenn der Schalter wieder eingeschaltet 'wird, wird auch der Kolben 30 wieder aus dem Zylinder 28 herausgezogen. Er gibt dadurch den Eintritt der Flüssigkeit in den Zylinder 28 frei, so daß das Zuleitungsrohr 27 sich wieder bis zur Marke 48 mit Flüssigkeit füllt. Der Schalter ist dann zur nächsten Ausschaltung bereit.When the switch is switched on again, the piston 30 is also switched off again the cylinder 28 pulled out. He thereby gives the entry of the liquid into the Cylinder 28 free, so that the supply pipe 27 is again up to the mark 48 with liquid fills. The switch is then ready for the next switch-off.

Claims

Patent claims .:

1. AC power circuit with liquid containing switching chamber and Extinguishing the arc within a liquid, characterized in that in the chamber above the liquid level with the stationary contact piece its contact point and above the fixed contact a Löschvorrich-. are arranged in which the Arc is drawn within liquid, which is the extinguishing device during the interruption by a line separate from the arc the lower part, which is fed to the chamber under pressure.

2. AC circuit breaker according to claim i, characterized in that the supply of the extinguishing liquid to the extinguishing device during the interruption takes place with the aid of a mechanism actuated when the switch is switched off.

3. AC circuit breaker according to claim r, characterized in that the switching chamber is designed so that it allows the free expansion of when switching off Liquid vapors generated by the arc in the extinguishing device not disabled.

4. AC circuit breaker according to claim ι and 2, characterized in that that the shift pin drive is close the extinguishing device arranged

ben drives via an insulating rod which is guided within .the support insulator, which carries the extinguishing device .. · ~ -v ^;

5. AC power switch according to claim 4, characterized in that the piston also serves as a refill by pulling out of his at the end of the stroke is pulled out from under the cylinder opening into the liquid in the refill container.

6. AC circuit breaker according to claim 1 to 5, characterized in that that a resilient liquid reservoir is turned on in the liquid line to the extinguishing device.

For this purpose ι sheet of drawings