DE914275C

DE914275C - High voltage switch

Info

Publication number: DE914275C
Application number: DES6464D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedrich Gieffers; Dr-Ing Fritz Kesselring
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1944-01-28
Filing date: 1944-01-29
Publication date: 1954-06-28

Description

Hochspannungsschalter Es sind Schailteinrichtun:gen bekannt, bei denen die Kontakte in einer mit; geeigneter Schaftflüssigkeit gefüllten Kammer voneinander getrennt werden, und, die Lichtbogenläschung unter Einfluß der Schaltflüssigkeit erfolgt, wobei von bestimmten Stromwerten an durch Bewegung eines elastischen Teiles der Schaltkammer eine Druckentlastung einsetzt.High-voltage switch There are Schailteinrichtun: gene known in which the contacts in one with; suitable shaft fluid-filled chamber from each other are separated, and, the arc quenching under the influence of the switching fluid takes place, starting from certain current values by moving an elastic part the switching chamber uses a pressure relief.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei Schaltern dieser Art die Abmessungen mägliiichst klein zu machen.The object of the invention is to provide switches of this type to make the dimensions as small as possible.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Kontakte über das ganze Leistungsgebiet des Schalters nur um einen kleinen Weg (von weniger als einen Millimeter je Kilovolt, vorzugsweise 1/5 mm bei isolierender Schaltflüssigkeit) auseinanderbewegt werden, wobei eine konstante Flüssigkeitsströmung fremdaufgedrückt w@ilrd, die zusätzlich in Abhängigkeit von der zu unterbrechenden, Leistung beeiinflußt wird.According to the invention this is achieved in that the contacts over the entire power range of the switch by just a small distance (of less than one millimeter per kilovolt, preferably 1/5 mm with insulating switching fluid) are moved apart, with a constant flow of liquid being forced externally w @ ilrd, which also influences the service to be interrupted will.

Die! Beeinflussung der Läschmittelsträmung erfolgt hierbei zweckmäßig durch den Gegendruck (Rückstaudruck) der vom Unterbrechungstdchthogen erzeugten Gase. Die Läschmittelsträmung wird vorteilhaft fremd, beispielsweise mit Hilfe eines durch Federn bewegten Kolbens erzeugt, wobei von bestimmten Stromwerten an eine wentgstens teilweise Kompensation des. Gegendruckes des Lichtbogens erfolgt. Dies, geschieht zweckmäßig in der Weise,, daß der Ausströmraum, in den das Löschmittels beim Löschvorgang ausströmt, praktisch abgeschlossen und mit der der Löschstelle: abgewendeten Kolbenseite des. Löschmittelstromes verbunden wird. Auf diese Weise wird gleichzeitig erreicht, daß an der Unterbrechungsstelle, ein mit zunehmender Stromstärke zunehmender Überdruck besteht, der zweckmäßig aufrechterhalten wird, bis eine zusätzliche in Reihe geschaltetei, etwa als Trennschalter ausgebildete Unterbrechungsstelle geöffnet wird. Mit besonderem Vorteil kann weiter mit Hilfe enines Parallelwiderstandes zur Hauptunterbreehungsstelle das Überschwingen der wiederkehrenden Spannung verhindert und außerdem der Spannungsanstieg herabgesetzt werden, was die Löschung erheblich erleichtert und damit gleiichfalls wesentlich zur Herabsetzung der erforderlichen Abmessungen beiträgt.The! Influencing the flow of detergent is expedient here by the back pressure (back pressure) generated by the interruption dyke Gases. The Läschmittelsträmung is advantageously foreign, for example with the help of a generated by springs moved piston, wherein of certain current values at least partial compensation of the counterpressure of the arc takes place. This is done appropriately in such a way, that the outflow space into which the extinguishing agent flows out during the extinguishing process, practically complete and with that of the extinguishing point: facing away piston side of the. Extinguishing agent flow is connected. In this way is achieved at the same time that at the point of interruption, one with increasing There is an increasing overpressure which is expediently maintained, until an additional one in series, for example designed as a disconnector Interruption point is opened. With particular advantage you can continue with help In a parallel resistance to the main interruption point, the overshoot of the Prevents recurring tension and also reduces the voltage rise which makes the deletion considerably easier and thus also essential contributes to the reduction of the required dimensions.

Für den: Widerstand kann, zweckmäßig ein Ma.-terial mit hohem positivem Temperaturkoeffizienten, wie z. B. reifes Eisen, unter Umständen: in Wasserstoffatmosphäre, oder auch Elektrolytwiderstände im Gebiet des kritischen Druckes verwendet werden.For the: Resistance can, expediently, a material with a high positive Temperature coefficients, such as B. ripe iron, under certain circumstances: in a hydrogen atmosphere, or electrolyte resistors can be used in the area of critical pressure.

Ein - Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Der Grundkörper des Schalters wird von einem Isolierkörper i gebildet, der einen nach oben düsenartig verjüngten Hohlraum 2 einschließt. In dem unteren zylindrischen. Teil 3 dieses Hohlraumes ist fein Kolben 4 beweglich angeordnet, der in der Mitte von. einer Büchse 5 durchsetzt ist, in der der bewegliche Schaltstift 6 verschiebbar geführt ist. Am obersten Rand ist ein düsenförmiger Hohlkontakt 7 eingesetzt, der entgegen der Wirkung von Federn 8 ventillartig nach oben beweglich ist. Gegenüber der Mündung g der Düse ist ein: Gitter, bestehend aus. Armen io, die einen konzentrischen Abbrennkontakt i i tragen, angeordnet. Der Raum oberhalb, der Düse ist durch eine Kappet 12 im wesentlichen abgeschlossen. Etwa konzentrisch zu dem Hohlraum sind in @dein Isolierkörper i noch mehrere Kanäle 13 angeordnet, die den Raum oberhalb der Düse mit dem unteren Teil -des zylindrischen Hohlraumes 3 unterhalb des Kolbens 4 verbinden. Der Kolben steht unter der Wirkung einer Druckfeder 14 und wird mit Hilfe der Buchse 5 von Klinken 15 gehalten, &e von an dem beweglichen Schaltstift angeordneten Nasen, 16 zur Seite, gedrückt und dadurch freigegebenwerden können. An dem Kolben; sind noch Sperrbügel 17 angeordnet, die unter- der Wirkung von nicht gezeichneten Federn nach außen. gedrückt werden und mit Zähnen i9; die an. dem unteren Teil der Zylinderfläche angeordnet sind, in Eingriff kommen. Die Stromzuführung erfolgt einerseits zu dem Tragkörper 2o des Abbrennkontaktes i i und von diesem zu dem Düsenkontakt 7, andererseits mit Hilfe eines Schleifkontaktes 21 zu dem beweglichen Schaltstift. Diese beiden Teile können, wie t i erwähnt, durch einen Widerstand 22 miteinander verbünden sein. Der Schalter ist bis etwa zu dem Abbrennkantakt mit Flüssigkeit gefüllt: Der Ausschaltvorgang läuft je nach der Höhe des abzuschaltenden Stromes in verschiedener Weise ab. Zur Ausschaltung wird zunächst der bewegliche Schaltstift; beispielsweise mit Hilfe eines Solenoid@s 23, nach unten gezogen, so daß ein kleiner Spalt, z. B. in der Größenordnung von einigen. Millimetern, zwischen dem Schaltstiftkopf 24 und dem Düsemko;ntakt 7 entsteht, wobei zwischen diesem beiden ein Lichtbogen gezogen wird. Durch die Bewegung des Schaltstiftes wird vermittels der Nasen die Verklsnkung des Kolbens freigegeben, so da,ß dieser unter Entspannung der Feder nach oben bewegt wird und in dem Ringspalt zwischen den beiden Kontakten eine Flüssigkeitsströmung hervorruft, die den Lichtbogen zunächst auf den Abbrennkontakt treibt. Auf diese Weise wird im unteren StromgeNet eine zuverlässige und rasche Lichtbogenlöschung erzielt.An embodiment of the invention is shown in the drawing. The main body of the switch is formed by an insulating body i, the one upwardly nozzle-like tapered cavity 2 includes. In the lower cylindrical. Part 3 of this cavity is finely arranged piston 4 movable in the middle from. a sleeve 5 is penetrated, in which the movable switching pin 6 is displaceable is led. At the top edge a nozzle-shaped hollow contact 7 is used, the against the action of springs 8 is movable upward like a valve. Opposite to the mouth g of the nozzle is a: grid consisting of. Poor io having a concentric Burning contact i wear i, arranged. The space above the nozzle is through a Kappet 12 essentially completed. Roughly concentric with the cavity in @ your insulating body i several channels 13 are arranged, which the space above the nozzle with the lower part -the cylindrical cavity 3 below the piston 4 connect. The piston is under the action of a compression spring 14 and is with Using the socket 5 held by pawls 15, & e by on the movable switch pin arranged lugs, 16 to the side, can be pressed and thereby released. On the piston; there are still locking brackets 17 arranged, which under the effect of not drawn feathers to the outside. be pressed and with teeth i9; the at. the lower one Part of the cylinder surface are arranged, come into engagement. The power supply takes place on the one hand to the support body 2o of the arcing contact i i and from this to the nozzle contact 7, on the other hand with the help of a sliding contact 21 to the movable Switch pin. These two parts can, as t i mentioned, through a resistor 22 be allied with each other. The switch is up to about the Abbrennkantakt with Liquid filled: The switch-off process depends on the level of the switch-off Stromes in various ways. To switch it off, the movable one is first used Switch pin; for example with the help of a Solenoid @ s 23, pulled down, so that a small gap, e.g. B. of the order of a few. Millimeters, between the switching pin head 24 and the nozzle connector 7 arises, between these two an arc is drawn. The movement of the switch pin is mediated the noses released the piston closure, so that it was released under relaxation the spring is moved upwards and in the annular gap between the two contacts a flow of liquid causes the arc to first hit the burn-off contact drives. In this way, the lower StromgeNet becomes a reliable and rapid Arc extinction achieved.

Bei höheren Stromwerten wird durch dem Lichtbogen die umgebende Schaltflüssigkeit sehr rasch verdampft und vergast, so daß an dieser Stelle ein hoher Druck entsteht. Dieser Druck pflanzt sich, in den Hohlraum der Kappe und über die flüssigkeitsgefüllten Kanäle 13 bis in den Raum unterhalb des Kolbens fort; so daß ein zusätzlicher Druck von annähernd derseilben Höhe ausgeübt wird, also der Überdruck, der an sich der Kolbenbewegung entgegenwirkt, zum großen Teil kompensiert wird. Eine Rückwärtsbewegung des Kolbens ist durch das Gesperre 17, ig, das beispielsweise auch durch Rückschlagventile gebildet sein, kann, sicher verhindert. Wenn also der Lichtbogen nicht innerhalb sehr kurzer Zeit bereits ausgegangen. ist, wird mit zunehmendem Strom durch den vom Lichtbögen hervorgerufenen, Druck die Bewegung des Kolbens zunächst aufgehalten, bis: infolge, der Abnahme des Druckes bei Annäherung an den nächsten Stro,mnulldurehgang die Kraft der Feder den Gegendruck wieder überwiegt, so daß erneut eine kräftiger Strömung einsetzt. Da jede rückläufige Bewegung des. Kolbens verhindert wird,, bleibt den. vom Lichtbogen entwickelten Gasen: kein anderer Weg offen, als durch die Düse selbst zu entweichen. Aus diesem Grunde müssen, bei dem Wiedereinsetzen der Löschmittelströmung keine öder nur wenig Zersetzungsprodukte ans dem Bere;ichi der Unterbrechungsstelle entfernt werden. Der Lichtbogen wird also, auf diese Weise rasch gelöscht.At higher current values, the surrounding switching fluid is released by the arc evaporates and gasifies very quickly, so that a high pressure arises at this point. This pressure is planted in the cavity of the cap and over the fluid-filled Channels 13 continue into the space below the piston; so that an additional pressure is exerted from approximately the same height, i.e. the overpressure that is inherent in the Piston movement counteracts, is largely compensated. A backward movement of the piston is through the locking mechanism 17, ig, which for example also through check valves can be formed, certainly prevented. So if the arc is not within already run out in a very short time. is, with increasing current through the the pressure caused by the arcing initially stopped the movement of the piston, until: as a result of the decrease in pressure when approaching the next current, zero continuity the force of the spring outweighs the counter pressure again, so that again a stronger one Current begins. Since any backward movement of the piston is prevented, remains the. Gases evolved by the arc: no other way open than through the nozzle to escape yourself. For this reason, when the extinguishing agent flow resumes No or only a few decomposition products in the area of the interruption point removed. The arc is quickly extinguished in this way.

Wenn der Druck im Bereich großer Stromamplituden zwischen zwei Stromnülldurchgängen bestimmte Werte überschreitet, wird. das von dem Düsenkontakt gebildete Ventil angehoben und dadurch einet Entlastung des Druckes (Expansionseffektes) herbeigeführt.If the pressure is in the range of large current amplitudes between two current zero passages exceeds certain values. the valve formed by the nozzle contact is raised and thereby a relief of the pressure (expansion effect) is brought about.

Die von der Feder zu bewegende: Masse (Kolben. und Flüssigkeitsmenge) isst hierbei erfindungsgemäß sehr klein zu bemessen, so daß die Flüssigkeit in extrem kurzer Zeit eine hohe Beschleunigung erfährt und die Strömungsgescbwindigkeit und damit die Bearbeitung des Lichtbogens vor dem Stromnulldurchgang siecher bereits so hoch und stark geworden ist, daß der über den geringen Abstand, zwischen Scha,ltstiftkopf und Gegenkontakt gezogene Lichtbogen; zum Erlöschen gebracht wird. Die Flüssigkeitsströmung wilrd zweckmäßig so bemessen, daß sie. über den Stromnulldurchgang hinaus fortdauert, so daß die, wiederkehrende Spannung eine Strecke unverbrauchter Flüssigkeit vorfindet, die eine Wiederzündung ausschließt. Die Strömung wird hierbei vorteilhaft noch so lange aufrechterhalten, bis eine zusätzliche, etwa trennschalterartig ausgebildete Trennstrecke geöffnet ist. Unter Umständen kann, es zweckmäßig sein., eine Überkompensation des Lichtbogendruckes herbeizuführen, was beispielsweise mit Hilfe eines Differentiailkolbens oder auch mit Hilfe eines an der abgewendeten Kolbenseite brennenden Hilfslichtbogens geschehen kann..The mass to be moved by the spring (piston and amount of liquid) eats here according to the invention to be dimensioned very small, so that the liquid in extremely a short time undergoes a high acceleration and the flow rate and in order to the processing of the arc before the current zero crossing siecher has already become so high and strong that the one over the short distance, arcs drawn between switch pin head and mating contact; brought to extinction will. The liquid flow is expediently dimensioned so that it. over the current zero crossing continues, so that the recurring tension is a little less consumed Finds liquid that prevents reignition. The current is here it is advantageous to maintain it until an additional, for example circuit breaker-like trained isolating distance is open. It may be useful under certain circumstances., bring about an overcompensation of the arc pressure, which for example with With the help of a differential piston or with the help of one on the opposite side of the piston burning auxiliary arc can happen ..

Die Kappe kann mit einer Ausströmäffnung 25 zur Abführung der Zersetzungsprodukte versehen. werden, die, entweder klein ist und dann dauernd offen: sein, kann oder beispielsweise erst eine bestimmte Zeit nach einem Schaltvorgang freigegeben wird.The cap can be provided with an outflow opening 25 for discharging the decomposition products Mistake. which is either small and then constantly open: can be or for example, is only released a certain time after a switching process.

Es wird. also für alle Strombereiche trotz des kleinen Hubes eine gute Löschung sichergestellt, wobei die Strömung jeweiils. den besonderen Erfordernissem des entsprechenden. Strombereiches angepaßt wird.It will. So one for all current ranges despite the small stroke good quenching ensured, the flow in each case. the special requirements of the corresponding. Current range is adjusted.

Ein besonderer Vorteil besteht auch darin, daß die Energieumsetzung auf fast so kleine Werte gebracht wird, wie dies bei den, üblichen Schaltern bekannter Typen durch Anwendung einer Synchronschaltung erreichbar ist. Hierbei ist aber der sonst für genaue Synchronsteuerung erforderliche Aufwand erspart. Unter Umständen, kann: es aber zweckmäßig sein, für die Steuerungen. der Leistungsunterbrechungssteslle zusätzlich. eine Synchronsteuerung vorzusehen, was insbesondere in solchen Fällen, zweckmäßig ist, wo die hierfür erforderlichen Steuerelemente bereits für andere Zwecke ohnedies vorgesehen werdet: müssen;.A particular advantage is that the energy conversion is brought to almost as small values as is known with the usual switches Types can be achieved by using a synchronous circuit. But here is the otherwise the effort required for precise synchronous control is saved. In certain circumstances, can: but it can be useful for the controls. the service interruption rules Additionally. to provide a synchronous control, which is particularly important in such cases is appropriate where the controls required for this are already available to others Purposes are provided anyway: must ;.

An Stelle eines Kolbens- kann: für die HerbeiifÜhrung der Flüssigkeitsströmung auch eine ähnliehe zwangläufige Einrichtung, wie beispielsweise eine Zahnradpumpe od. dgl., verwendest werden.Instead of a piston can: for bringing about the flow of liquid also a similar inevitable device such as a gear pump or the like., are used.

Als Schaltflüssigkeit können Schalteröle oder ähniliche Isolierflüssigkeiten verwendet- werden.. Mit besonderem Vorteil können aber auch nicht brennbare Flüssigkeiten, z. B. Wasser-Glykol-Gemische, verwendest werden.. Mit Glykolmischungen von; nur etwa 30% Wasserzusatz können beispielsweise Spannungen bis etwa 3o Kilovolt leicht beherrscht werden.Switch oils or similar insulating fluids can be used as switching fluid can be used .. With particular advantage, however, non-flammable liquids, z. B. water-glycol mixtures, are used .. With glycol mixtures of; only about 30% added water, for example, can easily handle voltages of up to about 30 kilovolts be mastered.

Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, die Bewegung des Schaltstiftes, oder der Düse durch dem Druck des Löschmittels seslbst hervorzurufen, wodurch ein mechanisches Geestä-ngei erspart werden kann. Eine solche Anordnung ist besonders, dann von Vorteil, wenn, mehrere derartige Unterbrechungssitellen in Reihe geschaltet sind., wies dies für Schalter mit hoher Nennspannung zweckmäßig sein kann. Die Erfindung ist vorzugsweise auch bei Meshrphasensystemen, bei Bahnschaltern, insr besondere mit Synchronbetätigung, und auch, bei Hochspannungsschützen anwendbar.Under certain circumstances it can be useful to limit the movement of the switch pin, or the nozzle itself caused by the pressure of the extinguishing agent, whereby a mechanical rods can be saved. Such an arrangement is special then advantageous if several such interruption points are connected in series This can be useful for switches with a high voltage rating. The invention is also preferred for multi-phase systems, for railway switches, in particular with synchronous actuation, and also applicable to high-voltage contactors.

Claims

PATENT CLAIMS: i. High-voltage switch with one filled with switching fluid; Switching chamber, characterized in that the contacts are spaced only a short distance apart. (less than 1 mm per kilovolt) is moved apart and a constant flow is externally imposed on the liquid: which is also influenced depending on the power to be interrupted.

2. High voltage switch after Claim i, characterized in that the additional liquid influencing the extinguishing agent flow ng takes place by utilizing the counter pressure of the arc.

3. High voltage switch according to claim i, characterized in that the additional influencing of the solvent flow takes place by an auxiliary arc. q .. high-voltage switch according to claim i bis 3, characterized in that the influencing of the extinguishing agent flow in the It is carried out in a manner that the highest flow velocity is in the area of the current zero crossing consists. 5. High-voltage switch according to claim i to q., Characterized in that that the flow is forced on the extinguishing agent with the help of a piston, which in is arranged in the immediate vicinity of the contacts. 6. High-voltage switch according to claim 5, characterized in that the piston, during the extinguishing process against a reverse movement is blocked. 7. Hochspannumgs.schalter according to claim 6, characterized in that marked; that the blocking is effected by check valves. B. High voltage switch according to claim i to 7, characterized in that d.aß on during the deletion process an overpressure is maintained at the point of interruption. G. High voltage switch according to claim 8, characterized in that the switch is designed as a nozzle switch is, the space outside the nozzle by a cap at least during the interruption process is practically complete. ok High-voltage switch according to Claim 9, characterized characterized in that in particular fluid-sensed channels are arranged which a pressure equalization between that of. the enclosed space of the cap and that of the Enable the interruption point averted Kolbemsentei. i i. High voltage switch after. Claim 9, characterized in that the switching chamber with a pressure-dependent controlled C opening (valve) is provided. i2. High voltage switch according to claim 9, characterized in that the valve of the nozzle contact or this supporting part is formed. 13. High-voltage switch according to claim r to 12, characterized in that with the interruption point still another, Isolating distance, connected in series, immediately after your interruption process is opened. r4 .. high-voltage switch according to claim 13, characterized in that that your contacts of the main contact point put a resistor in parallel is. 15.High-voltage switch with arc quenching through the flow of an extinguishing agent, characterized in that the backflow moved by the arc creates a flow of the extinguishing agent suppressed in the area of the larger amplitudes of a Halhwelle so that a flow is only in the range of the low current values in the vicinity of a Current zero crossing is possible.