DE643502C

DE643502C - High-voltage circuit breaker with arc extinguishing by essentially dry vapor generated during the disconnection process from a liquid located in an arc chamber under the action of the arc

Info

Publication number: DE643502C
Application number: DEW90002D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1929-10-15
Filing date: 1929-10-15
Publication date: 1937-04-09

Description

Hochspannungsleistungsschalter mit Lichtbogenlöschung durch beim Abschaltvorgang aus einer in einer Lichtbogenkammer befindlichen Flüssigkeit unter Einwirkung des Lichtbogens erzeugten und im wesentlichen trockenen Dampf Die Erfindung betrifft einen Schalter, in welchem bei der Abschaltung aus einer innerhalb einer Lichtbogenkammer befindlichen Flüssigkeit unter Einwirkung des Abschaltlichtbogens gespannte Dämpfe gebildet werden, welche aus der Kammer durch einen Kanal (Düse) in einen unter geringerem Druck stehenden luft- oder .dampferfüllten Raum ausströmen, beispielsweise in die Atmosphäre oder in einen Auspuff- bzw. Kondensationsbehälter. Die Löschung des Lichtbogens, der gewöhnlich durch den beweglichen Kontakt oder die mit großer Geschwindigkeit aus der- Kammer abströmenden Dämpfe und Gase in den Düsenkanal hineingezogen wird, erfolgt besonders nahe oder bei dem- Stromnulldurchgange, zu welchem Zeitpunkte die Energie und .damit die Wärmeeinwirkung des Lichtbogens gering ist, je nach der Bauart und Löschweise des Schalters in bekannter Weise durch die Wirkungen des strömenden Dampfes oder bei genügend plötzlicher Expansion der Dämpfe nach dem Expansionsverfahren. In diesen bekannten Schaltern strömen die Dämpfe und Gase und die etwa mitgerissene Flüssigkeit durch einen Ausström- bzw. Düsenkanal ab, dessen Strömungsquerschnitte in der Strömungsrichtung gleich große sind (zylindrische Düsen). Die Verwendung einer zylindrischen Ausströmdüse für Schalter ergibt manche Nachteile; u. a. findet innerhalb dieser Düse eine Expansion .der Dämpfe und Gase nicht statt, sondern sie erfolgt erst beim Austritt der Dämpfe aus der Düse; daher kann die Strömungsgeschwindigkeit der Dämpfe und Gase innerhalb und aus der Düse bekanntlich im allgemeinen .die Schallgeschwindigkeit nicht überschreiten, welche auch die Schnelligkeit der Abführung der elektrischen Ladungsträger und .der Metalldämpfe aus dem Lichtbogenwege sowie Kühlwirkungen, die bekanntlich den Strömungsgeschwindigkeiten der Dämpfe und Gase annähernd proportional groß sind, begrenzt, die auf den gewöhnlich in den Kanal hineingezogenen Lichtbogen und den beweglichen Schaltkontakt ausgeübt werden; ferner erfolgt die Löschung des Lichtbogens, gewöhnlich erst beim Dampfaustritt aus der Düsenmündung, also bei verhältnismäßig geringen Drücken und kleiner dielektrischer Festigkeit der Dämpfe. Auch haben die Dämpfe und Gase bei ihrem Austritt aus der Düsenmündung mangels einer Expansion innerhalb der Düse noch einen hohen Druck, so daß auch .das durch diesen und die plötzliche Erwärmung durch den Lichtbogen verursachte Auspuffgeräusch gewöhnlich sehr stark ist.High-voltage circuit breaker with arc quenching during the switch-off process from a liquid located in an arc chamber under the action of the Arc Generated and Substantially Dry Vapor The invention relates to a switch in which upon disconnection from within an arc chamber liquid under the effect of the cut-off arc, tensioned vapors which are formed from the chamber through a channel (nozzle) into a lower one Pressurized air or steam-filled room flow out, for example into the Atmosphere or in an exhaust or condensation container. The extinction of the arc, usually by moving contact or by high speed vapors and gases flowing out of the chamber are drawn into the nozzle channel, occurs particularly close to or at the current zero crossings, at what point in time the energy and .so that the heat effect of the arc is low, depending on the Design and method of extinguishing the switch in a known manner by the effects of the flowing Vapor or, if the vapors expand sufficiently suddenly, according to the expansion process. In these known switches, the vapors and gases and any carried away flow Liquid through an outflow or nozzle channel, whose flow cross-sections are of the same size in the direction of flow (cylindrical nozzles). The usage a cylindrical outlet nozzle for switches has some disadvantages; i.a. finds within this nozzle an expansion of the vapors and gases does not take place, but them only takes place when the vapors emerge from the nozzle; therefore the flow rate can of the vapors and gases inside and out of the nozzle is known in general. the speed of sound Do not exceed what is also the rapidity of the dissipation of the electrical Load carriers and metal vapors from the arc path as well as cooling effects, which is known to be approximately proportional to the flow velocities of the vapors and gases are large, limited to the arc usually drawn into the channel and the movable switch contact are exercised; furthermore the deletion of the Arc, usually only when steam emerges from the nozzle orifice, i.e. when relatively low pressures and low dielectric strength of the vapors. They also have Vapors and gases as they exit the nozzle mouth in the absence of expansion still a high pressure inside the nozzle, so that through this and the sudden heating from the arc usually caused exhaust noise is very strong.

Die Erfindung betrifft einen Schalter der eingangs erwähnten Art, bei welchem beim Abschalten aus einer innerhalb einer Lichtbogenkammer befindlichen Flüssigkeit unter Einwirkung des Abschaltlichtbögens gespannte Dämpfe gebildet «-erden, welche bei der Abschaltung aus der Lichtbogenkamiret durch einen Kanal bzw. eine Düse in eiaeii unter geringerem Druck stehenden Luft- oeiec dampfgefüllten Raum ausströmen. Gemäß def Erfindung sind die Strömungsquerschnitte des Ausströmkanals bzw. der Düse in der Dampfströmungsrichtung erweitert (konische oder Lavalsche Düse).The invention relates to a switch of the type mentioned, at which when disconnecting from within an arc chamber located Liquid formed under the effect of the cut-off arc, tensioned vapors which when disconnected from the arc camera through a channel or a Nozzle in eiaeii air under lower pressure- oeiec steam-filled room emanate. According to the invention, the flow cross-sections of the outflow channel or the nozzle expanded in the direction of steam flow (conical or Laval nozzle).

Der Erfindungsgegenstand ergibt gegenüber einem Schalter, in welchem gespannte Dämpfe und Gase aus der Lichtbogenkammer durch einen Kanal bzw. eine Düse mit gleichbleibenden Strömungsquerschnitten ausströmen, unter sonst gleichen Verhältnissen, insbesondere der Dampfdrücke vor und bzw. hinter dem Düsenkanal, vorteilhafte Wirkungen.The subject of the invention results in a switch in which compressed vapors and gases from the arc chamber through a duct or nozzle flow out with constant flow cross-sections, under otherwise identical conditions, in particular the steam pressures in front of and or behind the nozzle channel, advantageous effects.

In einem sich in der Strömungsrichtung erweiternden Düsenkanal erfolgt eine allmähliche Druckminderung der Dämpfe und Gase bis auf den niedrigen Druck im Auspuffraume während des ganzen Strömungsweges durch den Düsenkanal, so: daß der gewöhnlich in diesen hineingezogene Lichtbogen auf diesem ganzen Strömungswege löschenden Wirkungen des Dampfes unterworfen sein kann, während solche Wirkungen bei Verwendung eines Düsenkanals mit annähernd gleichen Strömungsquerschnitten gewöhnlich erst beim Austritt der Dämpfe und Gase aus der Düsenmündung und demgemäß bei geringem Druck und kleiner dielektrischer Festigkeit der Dämpfe auftreten.In a nozzle channel widening in the direction of flow takes place a gradual pressure reduction of the vapors and gases down to the low pressure in the exhaust chamber during the entire flow path through the nozzle channel, so: that the arc usually drawn into it all along this flow path may be subject to extinguishing effects of steam during such effects usually when using a nozzle channel with approximately the same flow cross-sections only when the vapors and gases emerge from the nozzle orifice and accordingly at low levels Pressure and low dielectric strength of the vapors occur.

Bei geeigneten Druck- bzw. Expansionsverhältnissen können aus dem eine konische Düse durchströmenden Dampfe während der Durchströmung der Düse durch die hierbei infolge der Expansion stattfindenden Abkühlung Flüssigkeitsmoleküle besonders nahe und bei dem Stromnulldurchgange gebildet werden, welche löschende Wirkungen ausüben, indem Ladungsträger und Metalldämpfe sich an die Flüssigkeitsmoleküle anlagern; beispielsweise können aus Wasserdampf bei einem Verhältnis der Drücke vor und hinter der Düse bzw. in der Lichtbogenkammer und im Auspuffraume von 12 : i unmittelbar vor seinem Austritt bereits annähernd 15 % des Dampfes verflüssigt bzw. in Flüssigkeitsmoleküle umgewandelt sein.With suitable pressure or expansion conditions, from the Steam flowing through a conical nozzle while flowing through the nozzle the cooling that takes place as a result of the expansion, liquid molecules are formed particularly close to and at the current zero crossings, which extinguishing Exert effects by causing charge carriers and metal vapors to adhere to the liquid molecules attach; for example, from water vapor at a ratio of the pressures in front of and behind the nozzle or in the arc chamber and in the exhaust chamber of 12 : i already liquefied approximately 15% of the vapor immediately before its exit or converted into liquid molecules.

Die erreichbaren Strömungsgeschwindigkeiten der Dämpfe und Gase während ihrer Durchströmung des Düsenkanals und bei ihrer Ausströmung aus diesem sind infolge der allmählichen Erweiterung des Kanals und der hierbei stattfindenden Druckminderung der Dämpfe und Gase weit größer als die bei Verwendung eines Düsenkanals mit gleichbleibenden Strömungsquerschnitten bestenfalls erreichbare Schallgeschwindigkeit (für Wasserdampf annähernd 4.6o m/Sek.) ; so ist beispielsweise die Au,sströmgeschwindigkeit bei dem vorerwähnten Verhältnis der Drücke vor ` .:'find hinter der Düse von 12 : i annähernd doppelt so groß wie die bei Verwendung einer ' - zylindrischen Düse bestenfalls erreichbare Schallgeschwindigkeit. Entsprechend dieser durch Verwendung einer konischen Düse erzielten Vergrößerung der Dampfströmungsgeschwindigkeiten innerhalb und aus der Düse ist die Abführung der stromleitenden Ladungsträger und der Metalldämpfe aus dem Lichtbogenwege schneller und die Kühlwirkung auf den gewöhnlich in den Düsenkanal hineingezogenen Lichtbogen und den beweglichen Schaltkontakt stärker.The achievable flow rates of the vapors and gases during their flow through the nozzle channel and their outflow from this are as a result the gradual widening of the canal and the resulting reduction in pressure the vapors and gases are far greater than when using a nozzle channel with constant Flow cross-sections at best attainable speed of sound (for water vapor approximately 4.6o m / sec.); for example, the outflow velocity is at the above-mentioned ratio of the pressures in front of `.: 'found behind the nozzle of 12: i approximately twice as large as that using a '- cylindrical nozzle at best attainable speed of sound. Corresponding to this by using a conical Nozzle achieved increases in steam flow rates in and out the nozzle is the discharge of the electrically conductive charge carriers and the metal vapors out of the arc path faster and the cooling effect on the usual in the nozzle channel drawn arc and the moving switch contact stronger.

In einen Auspuff- bzw. Kondensationsraum strömt infolge der bei Durchströmung des konischen Düsenkanals eintretenden Verflüssigung eines Teiles der Dämpfe besonders nahe oder bei dem Stromdurchgange durch Null eine entsprechend kleinere Darnpfmenge aus, so daß die Kondensation der Dämpfe erleichtert ist.Flows into an exhaust or condensation chamber as a result of the flow Liquefaction of part of the vapors occurs particularly in the conical nozzle channel near or at the current passage through zero, a correspondingly smaller amount of steam off so that the condensation of the vapors is facilitated.

Das Ausströmgeräusch beim Austritt der Dämpfe und Gase aus der Düsenmündung ist verhältnismäßig gering, weil die Dämpfe und Gase ihren Druck bei der Durchströmung der Düse allmählich bis auf annähernd den Austrittsdruck vermindert haben. Demgegenüber ist bei Verwendung eines zylindrischen Düsenkanals der Druck der Dämpfe und Gase unmittelbar vor der Düsenmündung annähernd gleich dem hohen, in der Lichtbogenkammer erzeugten Drucke, so daß beim Auspuff der Dämpfe und Gase in die Atmosphäre ein Auspuffgeräusch entsteht.The noise when the vapors and gases exit the nozzle orifice is relatively low because the vapors and gases reduce their pressure as they flow through the nozzle gradually reduced to approximately the outlet pressure. In contrast is the pressure of the vapors and gases when using a cylindrical nozzle channel immediately in front of the nozzle orifice almost the same as the high one in the arc chamber generated pressures, so that when exhausted the vapors and gases into the atmosphere Exhaust noise occurs.

Die Verwendung einer in der Strömungsrichtung sich erweiternden Düse ist für Druckgasschalter bekannt, in denen beim Abschalten zum Zwecke der Lichtbogenlöschung ein Druckgas aus einer Lichtbogenkammer in einen Luft- oder gaserfüllten Raum mit großer i Geschwindigkeit durch eine konische Düse . ausströmt. In diesen Druckgasschaltern wird durch die Verwendung einer konischen Düse an Stelle einer zylindrischen Düse zwar eine Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit und damit eine Verstärkung der Kühlung der Schaltkontakte und des Lichtbogens erreicht; nicht aber die in einem Schalter gemäß der Erfindung auftretende neue und eigenartige Wirkung, daß während der Durchströmung der konischen Düse löschende Flüssigkeitsmoleküle gebildet werden, denn Druckgase können nicht kondensieren, wenigstens nicht bei den hier in Frage kommenden Drücken und Temperaturen. Aus dem gleichen Grunde treten in diesen Druckgasschaltern infolge der Verwendung einer konischen Düse nicht die vorerwähnten die Kondensation der ausströmenden Dämpfe erleichternden Wirkungen auf.The use of a nozzle that widens in the direction of flow is known for pressure gas switches, in which when switching off for the purpose of arc extinction a compressed gas from an arc chamber into an air or gas-filled room high i speed through a conical nozzle. emanates. In these pressurized gas switches is achieved by using a conical nozzle in place of a cylindrical nozzle although an increase in the flow rate and thus an increase in the Cooling of the switching contacts and the arc achieved; but not all in one Switch according to the invention occurring new and peculiar effect that during the flow through the conical nozzle forms extinguishing liquid molecules, because compressed gases cannot condense, at least not with the one in question coming pressures and temperatures. This pressurized gas switch occurs for the same reason not due to the use of a conical nozzle the aforementioned the condensation of the escaping vapors.

Die Düsenkanäle mit sich erweiternden Strömungsquerschnitten gemäß der Erfindung können beliebige, zur Strömungsrichtung senkrechte Strömungsquerschnitte haben, beispielsweise runde oder rechteckige Querschnitte.The nozzle channels with widening flow cross-sections according to FIG According to the invention, any flow cross-sections perpendicular to the direction of flow can be used have, for example, round or rectangular cross-sections.

Der Erfindungsgegenstand kann in Schaltern von verschiedenen geeigneten Bauarten Verwendung finden, in denen bei .der Abschaltung aus einer in einer Lichtbogenkammer befindlichen Flüssigkeit unter Einwirkung des Abschaltlichtbogens gespannte Dämpfe gebildet werden, welche aus der Kammer auf einen geringeren Druck außerhalb derselben in einen luft- oder dampferfüllten Raum ausströmen.The subject of the invention can be used in switches of various suitable Types of construction are used in which when disconnection from an arc chamber liquid under the effect of the cut-off arc, tensioned vapors which are formed from the chamber to a lower pressure outside the same flow into a room filled with air or steam.

In vielen Fällen kann der feste Schaltkontakt durch die Ausströmdfise oder einen Teil derselben gebildet sein, indem ihre Innenwandungen oder ein Teil derselben den festen Schaltkontakt bilden; hierdurch wird u. a. die vorteilhafte Wirkung erzielt, daß diese Kontaktstellen durch den schnell vorbeiströmenden Dampf besonders kräftig gekühlt und von ihnen Ladungsträger und Metalldämpfe schnell abgespült werden.In many cases, the fixed switching contact can be through the outflow pin or a part thereof may be formed by their inner walls or a part the same form the fixed switch contact; this will, inter alia. the advantageous Effect achieved that these contact points by the rapidly flowing steam particularly powerfully cooled and quickly rinsed off load carriers and metal vapors will.

In vielen Fällen kann der enge Teil des Düsenkanals oder ein Teil,desselben oder ein kurzer Ansatz an diesem Düsenteil die Lichtbogenkammer bilden, in welcher sich die dampfbildende Flüssigkeit befindet. Diese Maßnahme macht die Verwendung einer besonderen Lichtbogenkammer entbehrlich und ermöglicht einen einfachen Aufbau des Schalters.In many cases, the narrow part of the nozzle channel, or part of it, can be used or a short approach to this nozzle part form the arc chamber in which the vapor-generating liquid is located. This measure makes the use a special arc chamber is unnecessary and enables a simple structure of the switch.

Claims

PATENT CLAIMS: r. High voltage circuit breaker with arc quenching due to the shutdown process from a liquid in an arc chamber essentially dry steam generated under the action of the electric arc, that through a narrow channel (nozzle), extinguishing the arc, from the steam generating chamber flows out into an exhaust chamber, characterized by such a relation of the cross section. in the flow direction widened @ deAusströmöffn, ung (conical or Laval nozzle) that from the dry extinguishing steam in the nozzle while flowing through Liquid molecules are formed.

2. Switch according to claim r, characterized in that that the nozzle channel or a part of the same the fixed switching contact of the switchi forms.

3. Switch according to .den claims r and 2, characterized in that the narrow part of the nozzle channel or a short approach of the same to the arc chamber forms.