DE723076C

DE723076C - AC circuit breakers, in particular with switching chambers containing liquids

Info

Publication number: DE723076C
Application number: DES104490D
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1932-05-07
Filing date: 1932-05-08
Publication date: 1942-07-30

Description

Wechselstromleistungsschalter, insbesondere mit Flüssigkeit enthaltenden Schaltkammern Die Erfindung betrifft einen Wechselstromleistungsschalter, bei welchem das Löschmittel durch den Unterbrechungslichtbogen bzw. den Unterbrechungsstrom selbst erzeugt wird, z. B. Löschkammerölschalter, Expansionsschalter, Dampfblasschalter. Bei derartigen Schaltern zeigt sich, daß mit zunehmender Abschaltleistung mehr Löschmittel (Gas und Dampf) erzeugt wird, als zur sicheren Löschung des Lichtbogens erforderlich wäre, was nachteilig ist.AC circuit breakers, especially those containing liquids Switching chambers The invention relates to an AC circuit breaker in which the extinguishing agent through the interruption arc or the interruption current self-generated, e.g. B. Extinguishing chamber oil switch, expansion switch, steam blower switch. In the case of switches of this type, it has been shown that the greater the disconnection capacity, more extinguishing agent (Gas and steam) is generated than is necessary to safely extinguish the arc would be what is disadvantageous.

Man hat daher bei Flüssigkeitsschaltern schon vorgeschlagen, eine Entlastung der Gefäße, in denen die Abschaltung vor sich geht, dadurch herbeizuführen, d.aß man Abzugswege für das Gasdampfgemisch vorsah. Durch das vorzeitige Abziehen des Löschmittels wird jedoch immer die gute Löschwirkung der betreffenden Einrichtung; z. B. der Schaltkammer, beeinträchtigt.It has therefore already been proposed in the case of liquid switches, a To relieve the vessels in which the shutdown is taking place, d.that evacuation routes were provided for the gas / vapor mixture. By pulling it off prematurely the extinguishing agent, however, always has the good extinguishing effect of the facility in question; z. B. the switching chamber affected.

Es ist ferner ein Schalter bekannt, bei dem der Lichtbogen durch eine Ölströmung unterbrochen wird, welche durch den von einem Vorlichtbogen in einer Druckkammer erzeugten Druck hervorgebracht wird. Bei diesem Schalter wird die Länge des Vorlichtbogens mit zunehmender Abschaltleistung verringert und dadurch der erzeugte Druck bei allen Abschaltleistungen in mäßigen Grenzen gehalten.There is also a switch known in which the arc by a Oil flow is interrupted, which by the from a pre-arc in a Pressure chamber generated pressure is produced. With this switch, the length of the pre-arc decreases with increasing breaking capacity and thereby the generated Pressure kept within moderate limits for all cut-off capacities.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß bei einem Wechselstromleistungsschalter, und zwar insbesondere einem solchen mit Flüssigkeit enthaltenden Schaltkammern, bei welchen das Löschmittel durch den Unterbrechungslichtbogen selbst erzeugt wird, bei zunehmender Abschaltleistung Mittel zur Wirkung gebracht werden, welche die Leistung des unter unmittelbarer Einwirkung des Löschmittels zu unterbrechenden Lichtbogens in der zeitlichen Umgebung des Stromhöchstwertes derart vermindern, daß auch .bei erhöhter Abschaltleistung im wesentlichen nur die zur Lichtbogenlöschung erforderliche Dampfgasmenge erzeugt wird.This is achieved according to the invention in that in an AC circuit breaker, and in particular one with switching chambers containing liquid, in which the extinguishing agent is generated by the interruption arc itself, with increasing breaking capacity means are brought into effect which the Service to be interrupted under the direct effect of the extinguishing agent Reduce the arc in the temporal vicinity of the maximum current value in such a way that that also. with increased breaking capacity essentially only the arc extinguishing required amount of steam gas is generated.

Da sich bei Wechselstromschaltern die Löschmittelerzeugung durch den Lichtbogen insbesondere in der Umgebung des Stromhöchstwertes über das gewünschte und für die Löschung erforderliche Maß hinaus steigert, so ist durch die Erfindung eine besonders zweckmäßige Regulierung dies,:r Löschmittelerzeugung erzielt: denn die Mittel nach der Erfindung beeinträchtigen in keiner Weise die Lichtbogenlöschung, da sie während des Stromnulldurchganges nicht wirksam sind. Sie können also nicht nur auf den Vorlichtbogen, sondern auch auf den zu unterbrechenden Lichtbogen unmittelbar : angewendet werden.Since with AC switches the extinguishing agent generation is reduced by the Arc especially in the vicinity of the maximum current value above the desired and increases the amount required for the deletion, so is by the invention a particularly expedient regulation this: r extinguishing agent generation achieves: because the means according to the invention do not affect the arc extinguishing in any way, because they are not effective during the current zero crossing. So you can't only on the pre-arc, but also directly on the arc to be interrupted : be applied.

Besonders vorteilhaft wird die von der Abschaltleistung abhängige Lichtbogenbewegung dazu benutzt, um die die Lichtbogenleistung verringernden Mittel in Wirkung zu setzen. Der Lichtbogen biegt sich bekannt lieh in dem -Maße, wie die Stromstärke zunimmt, seitlich aus der Achse der Unterbrechungsstrecke aus. Bei Wechselstrom erfolgt diese Bewegung synchron mit der Periodenzahl. Sie kann unmittelbar, z. B. zum Einschalten von Überbrückungen für den Lichtbogen oder für die Kontaktherstellung mit Stoffen, in deren Dampf er eine geringere Lichtbogenspannung benötigt, benutzt werden.The one that is dependent on the breaking capacity is particularly advantageous Arc movement used to reduce the arc power put into effect. The arc is known to bend to the same extent as the Current strength increases, laterally from the axis of the interruption path. With alternating current he follows this movement synchronous with the number of periods. she can immediately, e.g. B. to switch on bridges for the arc or for making contact with substances in whose vapor there is a lower arc voltage needed to be used.

Man kann aber auch die die Lichtbogenleistung verringernden Mittel durch andere Einrichtungen, die in Abhängigkeit von der Lichtbogenleistung gesteuert werden, zur Wirkung bringen, z. B. durch vom Kontaktweg oder von der Stromstärke beeinflußte Kontaktanordnungen.However, one can also use the means which reduce the arc power by other devices that are controlled as a function of the arc power become, bring into effect, z. B. by the contact path or the current strength influenced contact arrangements.

Die Verringerung der Gasdampfbildung . kann auch durch Verringerung des Wirkungsgrades der Dampferzeugung erfolgen.The reduction in gas vapor formation. can also be achieved by reducing the efficiency of the steam generation.

Zur Verringerung der Lichtbogenleistung kann man die Lichtbogenspannun:g z. B. dadurch herabsetzen, daß der Lichtbogen von ,einer bestimmten Leistung an gänz oder teilweise überbrückt wird, so daß nur entsprechend kleine Lichtbogenteile mit einer kleinen Dampferzeugung pro kVA wirksam sind, bzw. die Dampferzeugung ganz unterbunden wird.To reduce the arc power, the arc voltage can be set: g z. B. reduce the fact that the arc of, a certain power on is completely or partially bridged, so that only correspondingly small parts of the arc with a small steam generation per kVA are effective, or the steam generation completely is prevented.

Eine Verminderung der Lichtbogenleistung bei steigender Abschaltleistung erreicht man ferner durch die Stabilisierung des Lichtbogens auf die Achse der L:nterbrechungsstrecke. Bei schwachen Strömen brenn' nämlich der Lichtbogen ungefähr in der Achse. Je stärker jedoch der Strom wird, - desto stärker biegt er sich infolge der magnetischen Blasung aus und wird dabei in engste Berührung mit der umgebenden Flüssigkeit gebracht. Mit diesem Andrücken des Lichtbogens an die Flüssigkeit und mit der durch das Ausbiegen zunehmenden Länge und daher Leistung des Lichtbogens wird die Dampfgasbildung vergrößert. Wenn man daher den Lichtbogen stabilisierende Mittel anwendet, werden gerade die überflüssigen Spitzen der Gasdampferzeugung beseitigt.A reduction in the arc power with increasing breaking power can also be achieved by stabilizing the arc on the axis of the longitudinal interruption path. In the case of weak currents, the arc burns approximately in the axis. The stronger however, the current becomes - the more it bends as a result of the magnetic bubble and is brought into close contact with the surrounding liquid. With this pressing of the arc against the liquid and with the bending With increasing length and therefore power of the arc, the formation of vapor gas is increased. Therefore, if you use the arc stabilizing agents, just those eliminates unnecessary peaks of gas vapor generation.

Man kann ferner die Spannung des Lich:-bogens dadurch herabsetzen, daß der Lichtbogen bei hoher Abschaltleistung mit solchen Stoffen in Berührung gebracht wird, in deren Dampf er eine geringere Lichtbogenspannung (V/cm) besitzt. Ferner kann man eine Steuerung der Kontaktbewegung anwenden, derart, daß der Kontaktabstand mit zunehmender Abschaltleistung vermindert wird. Z. B. kann man eine synchron mit dem Wechselstrom schwingende Kontaktbewegung anwenden, derart, daß beim Stromnulldurcllgang der Kontaktabstand groß ist, um die Wiederzündung nach der Löschung zu verhindern.One can further reduce the tension of the arc of light by that the arc is brought into contact with such substances at a high breaking capacity in the vapor of which it has a lower arc voltage (V / cm). Further one can apply a control of the contact movement such that the contact spacing is reduced with increasing breaking capacity. E.g. one can synchronize with apply oscillating contact movement to the alternating current, in such a way that at zero current the contact spacing is large in order to prevent reignition after extinction.

Eine Verminderung der Lichtbogenleistung durch Verringerung des Lichtbogenstromes läßt sieh beispielsweise auch dadurch erzielen, daß bei Anwachsen der Abschaltleistu#:g Widerstand in den Lichtbogen oder andere Teile der Strombahn eingeschaltet wird.A reduction in the arc power by reducing the arc current can also be achieved, for example, by the fact that when the cut-off power increases, g Resistance is switched on in the arc or other parts of the current path.

Der Wirkungsgrad der Dampferzeugung kann beispielsweise dadurch verringert werden, daß der Abstand der v erdampfbare:i Flüssigkeit von der Lichtbogenachse in Abhängigkeit von der Abschaltleistung verändert wird. Man kann z. B. nachgiebige Schaltkammern anwenden, die in irgend einer Weise, z. B. durch den Dampfdruck, proportional mit der Lichtbogenleistung b2-wegt werden.The efficiency of the steam generation can, for example, be reduced as a result be that the distance of the vaporizable: i liquid from the arc axis is changed depending on the breaking capacity. You can z. B. compliant Apply switching chambers that are in some way, e.g. B. by the vapor pressure, proportional can be removed with the arc power b2.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.In the drawing, the invention is shown by way of example.

Die Fig. i veranschaulicht diagrammatisch die Verhältnisse bei einem Expansionsschalter. Auf der horizontalen Achse ist die Abschaltleistung N" in kVA aufgetragen, auf der vertikalen Achse die vom Lichtbogen entwickelte Dampfgasmenge h in Volumeneinheiten. Die Kurve .4 gibt die ohne Anwendung künstlicher Mittel der jeweiligen A.bschaltleistung N" entsprechende Dampfgasmenge L' an. Die Kurve B gibt diejenige Dampfmenge an, die zur Löschung des Lichtbogens durch den Expansionseffekt erforderlich ist. Man sieht, daß von einer gewissen Leistung N"1 an der Überschuß der Dampfentwicklung über das erforderliche Maß sehr stark ansteigt, so daß bei der mit N"_ bezeichneten Leistung die Schaltkammer bereits beträchtlich durch die entwickelte Dampfmenge überbeansprucht und auch in ihrer Löschwirkung durch das Übermaß der Flüssigkeitsverdampfung verschlechtert wird.Fig. I illustrates diagrammatically the relationships in a Expansion switch. The breaking capacity N "is on the horizontal axis in kVA plotted, on the vertical axis the amount of vapor gas developed by the arc h in volume units. The curve .4 gives the without the use of artificial means respective A switching capacity N "corresponding steam gas quantity L '. The curve B indicates the amount of steam required to extinguish the arc through the expansion effect is required. It can be seen that from a certain power N "1 is the excess the development of steam increases very sharply above the required level, so that at the power marked with N "_ the switching chamber already considerably by the The amount of steam developed is overstrained and its extinguishing effect is also due to the Excess of liquid evaporation is worsened.

Die Fig.2 zeigt die Anwendung eines Kurzschlußbügels zur Verminderung der Lichtbogenleistung. i i und 12 sind die beiden Schaltkontakte, die in einer Flüssigkeit angeordnet zu denken sind. 13, 1.4 sind die beiden stehengebliebenen Teile des Lichtbogens. 15 ist ein metallener Kurzschlußbügel, der in der Nähe der Unterbrechungsstrecke angeordnet ist. Der mittlere Teil 16 des sLichtbogens ist erloschen, so daß nur mehr die Teile 13, 14 Dampf entwickeln. Der Lichtbogen wird erst von einer gewissen Stromstärke an durch die magnetische Blasung so stark seitwärts ausgebogen, daß er mit dem Bügel 15 in Berührung kommt. Unterhalb dieser Stromstärke brennt er in der Nähe der Achse der Unterbrechungsstrecke, so daß in diesem Fall die ganze Lichtbogenleistung für die Dampfbildung nutzbar ist.The Fig.2 shows the use of a shorting clip for reduction the arc power. i i and 12 are the two switching contacts that are in one Liquid arranged are to be thought of. 13, 1.4 are the two that have stopped Parts of the arc. 15 is a metal short-circuit clip, which is located near the Interrupting path is arranged. The middle part 16 of the arc is extinguished, so that only parts 13, 14 develop steam. The arc will only from a certain current strength onwards due to the magnetic blowing so strongly sideways bent out so that it comes into contact with the bracket 15. Below this amperage it burns near the axis of the interruption line, so in this case the entire arc power can be used for vapor formation.

Anstatt eines Bügels 15 kann auch ein leitender Zylinder angewendet werden, der die Unterbrechungsstrecke in gewissem Abstand umgibt. Die Fig: 3 zeigt die - Stabilisierung des Lichtbogens auf die Achse der Unterbrechungsstrecke durch Anwendung - eines Flüssigkeitswirbels. Die Kontakte i7, 18 bewegen sich in einem Isoliergefäß i9, in dessen Boden und@Deckel schräge Öffnungen 20, 21 vorgesehen sind. Durch die obere Öffnung wird bei zunehmender Abschaltleistung Flüssigkeit .hineingedrückt. Es entsteht infolgedessen ein schraubenförmiger Wirbel 22, der die Unterbrechungsstelle umhüllt und den Lichtbogen in der Achse der Unterbrechungsstrecke stabilisiert. Bei zunehmender Stromstärke verringert sich damit die Lichtbogenlänge auf die Länge der Unterbrechungsstrecke.Instead of a bracket 15, a conductive cylinder can also be used that surrounds the interruption section at a certain distance. the Fig: 3 shows the stabilization of the arc on the axis of the interruption path by applying - a fluid vortex. The contacts i7, 18 move in an insulating vessel i9, in the bottom and cover of which inclined openings 20, 21 are provided are. As the cut-off capacity increases, liquid flows through the upper opening .pushed in. As a result, a helical vortex 22 arises, which envelops the interruption point and the arc in the axis of the interruption path stabilized. As the current strength increases, the arc length is reduced to the length of the interruption path.

In Fig: q. ist die Stabilisierung durch Anwendung eines porösen Isolierrohres 2q., z. B. eines Tonrohres, dargestellt. Die lichte Weite dieses Isolierrohres ist hierbei- verhältnismäßig groß. Aus diesem Grunde wird der Lichtbogen bei geringer Abschaltleistung dieses Isolierrohr nicht in einem praktisch beachtlichen Umfange beeinflussen. Bei zunehmender Abschaltleistung tritt jedoch eine wesentlich stärkere Erwärmung der Rohroberfläche durch den Lichtbogen ein, die eine starke Gasentwicklung zur Folge hat, die ihrerseits wieder die Stabilisierung des Lichtbogens bewirkt. An Stelle des Tonrohres kann man auch andere poröse Isolierkörper aus Faserstoff, z. B. aus Papier o. dgl., verwenden. Man kann auch gitter- oder siebartige Umhüllungen aus Isoliermaterial anwenden.In Fig: q. is the stabilization by using a porous insulating tube 2q., E.g. B. a clay pipe shown. The clear width of this insulating tube is here- relatively large. For this reason, the arc becomes smaller when Breaking capacity of this insulating tube is not practically considerable influence. However, when the breaking power increases, a significantly stronger one occurs Heating of the pipe surface by the arc, which leads to a strong evolution of gas has the consequence, which in turn brings about the stabilization of the arc. Instead of the clay pipe, other porous insulating bodies made of fiber material can also be used, z. B. made of paper o. The like., Use. You can also use grid-like or sieve-like wrappings apply from insulating material.

Ferner kann man, den Lichtbogen auch durch zweckmäßige Gestaltung des magnetischen Feldes stabilisieren.Furthermore, the arc can also be designed appropriately stabilize the magnetic field.

Die Fig.5 zeigt die Verminderung der Lichtbogenspannung für größere Leistungen durch Anwendung eines zylinderförmigen Körpers 25 aus einem alkalihaltigen Material, z. B. einem mit Chlorkalium imprägnierten Tonzylinder. Dieser Zylinder ist oben bis an den Kontakt 26 glockenförmig herangezogen, so daß ein gewisses Gaspolster in dem Zylinder vorhanden ist. Der Kontakt 27 steht fest, während sich der Kontakt 26 nach oben bewegt. Der Lichtbogen brennt in der den Schaltkontakt 27 umgebenden Flüssigkeit, wodurch die Entwicklung .einer für die Löschung des Lichtbogens ausreichenden Dampfmenge auch bei kleinen Leistungen gewährleistet .ist. Bei zunehmender Abschaltleistung bewirkt der Lichtbogen eine starke Erwärmung der Innenfläche des Zylinders 25, wodurch das Chlorkalium verdampft wird. Da .ein Lichtbogen von i cm Länge in Wasserstoff mindestens 290 V, in Kaliumdampf dagegen etwa nur 5 V benötigt, wird der obere Teil des Lichtbogens dadurch praktisch abgeschnitten und dadurch die Lichtbogenspannung und Lichtbögenarbeit bedeutend herabgesetzt und auch' die Dampfentwicklung vermindert.The Fig.5 shows the reduction of the arc voltage for larger ones Achievements by using a cylindrical body 25 made of an alkaline Material, e.g. B. a clay cylinder impregnated with potassium chloride. That cylinder is pulled up to the contact 26 bell-shaped at the top, so that a certain gas cushion is present in the cylinder. The contact 27 is fixed while the contact is made 26 moved up. The arc burns in the area surrounding the switch contact 27 Liquid, which causes the development of a liquid sufficient to extinguish the arc The amount of steam is guaranteed even with small outputs. With increasing breaking capacity causes the arc a strong heating of the inner surface of the cylinder 25, whereby the potassium chloride is evaporated. There .an arc 1 cm long in hydrogen The upper part is at least 290 V, but only about 5 V is required in potassium vapor of the arc thereby practically cut off and thereby the arc voltage and arcing work is significantly reduced, and also the generation of vapor is reduced.

Die Fig.6 zeigt die Einschaltung von Widerstand in den Lichtbogen größerer Leistung. Zwischen den Metallring 28- und den feststehenden Kontakt 29 ist der Widerstand 30 eingeschaltet. Sobald daher der bewegliche Kontakt 3 1 über den Ring 28 hochgezogen wird, schaltet sich der Widerstand 3o ein und der Lichtbogen 32 brennt vom Kontakt 31 bis zum Ring 28, während der Lichtbogenteil33 erlischt.Fig. 6 shows the connection of resistance in the arc of greater power. Resistor 30 is connected between metal ring 28 and stationary contact 29. As soon as the movable contact 3 1 is pulled up over the ring 28, the resistor 3o switches on and the arc 32 burns from the contact 31 to the ring 28, while the arc part 33 goes out.

Die Fig.7 und 8 veranschaulichen eine Ausführungsform, bei welcher der Kontaktabstand mit zunehmendem Lichtbogenstrom vermindert wird. 34 ist der feststehende Kontakt, 35 der bewegliche, der mit einer Kurbel 36 von einem Synchronantrieb 37 angetrieben wird. Er führt daher eine schwingende Bewegung synchron mit der Periodenzahl des Wechselstromes aus, die in dem Schaubild Fig. 8 durch die Kurve a dargestellt wird. i gibt den Stromverlauf im Lichtbogen an. Der Antrieb des Kontaktes 35 erfolgt also in der Weise, daß rhythmisch .im Takte der Wechselstromfrequenz eine Verkürzung des Kontaktabstandes eintritt, sobald die Abschaltleistung einen bestimmten Grenzwert überschreitet, wobei die Phasenlage der Bewegung so ist, daß der Kontaktabstand a zur Zeit des Stromhöchstwertes den geringsten Wert hat, zur Zeit des Stromnulldurchganges dagegen seinen größten Wert.7 and 8 illustrate an embodiment in which the contact distance is reduced as the arc current increases. 34 is the fixed one Contact, 35 the movable one, which is operated by a crank 36 from a synchronous drive 37 is driven. It therefore performs an oscillating movement synchronously with the number of periods of the alternating current, which is represented in the diagram of FIG. 8 by curve a will. i indicates the current curve in the arc. The drive of the contact 35 takes place thus in such a way that a shortening rhythmically occurs in time with the alternating current frequency of the contact distance occurs as soon as the breaking capacity has reached a certain limit value exceeds, the phase position of the movement is such that the contact distance a at the time of the maximum current value has the lowest value, at the time of the current zero crossing on the other hand, its greatest value.

Claims

PATENT CLAIMS: i. AC circuit breakers, especially with Liquid-containing switching chambers, in which the extinguishing agent by the interruption arc itself is generated, characterized in that with increasing breaking power Means come into effect, which the performance of the under direct influence of the extinguishing agent to be interrupted in the temporal vicinity of the maximum current value reduce in such a way that even with increased breaking power essentially only the The amount of steam gas required to extinguish the arc is generated.

2. AC circuit breaker according to claim i, characterized in that they reduce the arc power Means through the power-dependent movement of the interrupting arc be brought into effect. 3.

AC circuit breaker after Claim i, characterized in that the arc length is reduced by the interruption arc is wholly or partially bridged. q ..

AC circuit breaker according to claim 3, characterized by metallic conductors which are at a certain distance are arranged along the interruption path.

5. AC circuit breaker according to claim i, characterized in that the arc power is achieved by stabilization of the arc is reduced to the axis of the interruption path.

6. AC circuit breaker according to claim 5, characterized by the use of the arc enveloping Cylinders or grids made of insulating material.

7. AC circuit breaker after Claim 6, characterized by the use of porous cylinders. B. AC circuit breaker according to claim i, characterized in that the arc power is reduced the arc current is reduced, in particular by adding resistance in the Interrupting arc or other parts of the current path temporarily switched on will. G. AC circuit breaker according to Claim i, characterized in that because as the arc power increases, the arc voltage decreases is, in particular, by the arc at higher power with such substances is brought into contact, in whose gases it has a lower arc voltage (V / cm). lo. AC circuit breaker according to Claim i, characterized in that represents the distance between a vaporizable liquid and the arc axis as a function of the speed is changed by the arc power, i i. AC circuit breaker after Claim lo, characterized by a flexible switching chamber, - the proportional is moved with the power of the interruption arc.