EP0175209B1 - Druckgasschalter - Google Patents

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EP0175209B1
EP0175209B1 EP85111129A EP85111129A EP0175209B1 EP 0175209 B1 EP0175209 B1 EP 0175209B1 EP 85111129 A EP85111129 A EP 85111129A EP 85111129 A EP85111129 A EP 85111129A EP 0175209 B1 EP0175209 B1 EP 0175209B1
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EP
European Patent Office
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arc
gas
switch
annular channel
insulating
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EP85111129A
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English (en)
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EP0175209A2 (de
EP0175209A3 (en
Inventor
Friedrich Dr. Pinnekamp
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BBC Brown Boveri AG Switzerland
Original Assignee
BBC Brown Boveri AG Switzerland
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H33/901—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism making use of the energy of the arc or an auxiliary arc

Definitions

  • the invention starts with a compressed gas switch according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a prior art as described in US Pat. No. 4,139,752.
  • insulating gas heated by the switching arc is guided into a storage space when it is switched off.
  • the stored gas is conducted via an annular channel into the arc extinguishing zone located between the open contact pieces in order to blow the switching arc.
  • the storage space is connected via a check valve to the compression space of a compression device for insulating gas which is actuated when the switch is turned off.
  • the invention as characterized in claim 1 solves the problem of specifying a gas pressure switch of the generic type, in which the breaking capacity is significantly increased by improving the quality of the stored gas.
  • the single figure shows a top view of an axially sectioned embodiment of the compressed gas switch according to the invention, the left half showing the switch-on state and the right half the switch-off state.
  • 1 denotes an essentially hollow cylindrical housing. This housing is filled with an insulating gas, such as sulfur hexafluoride, at some 10 5 Pascal pressure.
  • the housing 1 contains two switching pieces 2 and 3 which are movable relative to one another along an axis and which engage with one another when the compressed gas switch is switched on (left half of the figure) and, when switched off (right half of the figure), delimit an arc extinguishing zone 4 in which a switching arc 5 burns.
  • Both contact pieces 2, 3 are designed to be erosion-resistant at their mutually facing ends and there have gas inlet openings 6 and 7. Downstream, the switching pieces 2 and 3 have gas outlet openings which are not shown in the figure.
  • the gas inlet opening 7 of the contact piece 3 is dimensioned such that the fixed contact piece 2 can enter this opening when switched on and then forms an approximately gas-tight contact piece overlap with the movable contact piece 3. Both contact pieces 2 and 3 are connected in an electrically conductive manner to power connections (not shown in the figure) which are led into the housing 1.
  • Both contact pieces 2 and 3 are surrounded by an insulating body 8 made of an arc-proof material such as polytetrafluoroethylene.
  • This insulating body 8 is rigidly connected to the movable contact piece 3 and has an upper annular opening which is penetrated by the fixed contact piece 2 in the switched-on state.
  • two spaces surrounding the switching pieces 2 and 3 are also recessed.
  • One of these two rooms is a storage space 9. This space is used primarily for storing gas, which the arc 5 heats up during switching off.
  • the other of these two spaces is a compression space 10 of a compression device with a movable annular cylinder 11 and a fixed annular piston 12.
  • annular partition 14 made of erosion-resistant insulating material and fastened to the insulating body 8 by means of webs 13.
  • This wall together with the insulating body 8, delimits an angled ring channel 15.
  • a section 16 of this ring channel extends essentially perpendicular to the contact piece axis and, when switched off, connects the arc extinguishing zone 4 to a second section 17 of the ring channel 15, which in turn extends essentially in the axial direction and connects the section 16 to the storage space 9.
  • the annular channel 15 and the compression space 10 are connected to one another via an annular flow constriction 18.
  • the flow constriction has a contour which forms a free jet 19 directed into the section 17 of the annular channel 15 when a compression pressure occurs in the compression space 10.
  • the opening of this ring channel to the storage space 9 is axially offset from the corresponding opening of the ring channel 15 in the direction of the fixed contact piece 2 in the insulating body 8.
  • the movable contact piece 3 and thus the insulating body 8 is moved downward in the direction of the arrow.
  • insulating gas is precompressed in the compression space 10 during a phase essentially determined by the duration of the contact piece overlap.
  • the free jet 19, which is guided in section 17 of the ring channel 15, is formed from cool insulating gas, which with its turbulent limit layer 21 and the partition 14 forms a separation between the sections 16 and 17 of the ring channel 15.
  • the free jet 19 generates an underpressure in section 16 of the ring channel 15 and an overpressure in section 17.
  • the pressure difference between overpressure and underpressure is particularly pronounced here when the two sections 16 and 17 are approximately perpendicular to one another.
  • Parts of the mass located in the section 16 are therefore sucked off through the boundary layer 21 and fed to the storage space 9 with the formation of an excess pressure.
  • Such mass parts are created by the insulating gas heated by the arc 5 after the contact piece separation.
  • This heated insulating gas is supplied to the section 16 of the ring channel 15 by the suction effect of the free jet 19 on the one hand and by the heating mechanism of the arc 5 on the other hand.
  • the heated insulating gas is mixed turbulently with the cool insulating gas of the free jet 19. The mixed gas is then conveyed into the storage space 9 with the formation of the excess pressure.

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  • Circuit Breakers (AREA)
  • Safety Valves (AREA)

Description

  • Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Druckgasschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung Bezug auf einen Stand der Technik wie er in der US-PS 4,139,752 beschrieben ist. Beim bekannten Schalter wird beim Ausschalten vom Schaltlichtbogen aufgeheiztes Isoliergas in einen Speicherraum geführt. Bei Annäherung des abzuschaltenden Stromes an den Stromnulldurchgang wird das gespeicherte Gas über einen Ringkanal in die zwischen den geöffneten Schaltstücken befindliche Lichtbogenlöschzone geleitet, um hierbei den Schaltlichtbogen zu beblasen. Zwecks Verbesserung des Blasmechanismus und damit des Ausschaltvermögens des Schalters ist der Speicherraum über ein Rückschlagventil mit dem Kompressionsraum einer beim Ausschalten betätigten Kompressionsvorrichtung für Isoliergas verbunden. Hierdurch wird zwar auch bei kleinen Strömen ein hoher Druckaufbau im Speicherraum erreicht, jedoch sind die Löscheigenschaften des gespeicherten Isoliergases wegen seiner hohen Temperatur nicht optimal.
  • Die Erfindung wie sie in Anspruch 1 gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen Druckgasschalter der gattungsgemässen Art anzugeben, bei welchem das Ausschaltvermögen durch Verbesserung der Qualität des gespeicherten Gases wesentlich erhöht ist.
  • Die Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gemäss dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
  • Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten und die Erfindung nicht beschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Hierbei zeigt die einzige Figur eine Aufsicht auf eine axial geschnittene Ausführungsform des erfindungsgemässen Druckgasschalters, wobei in der linken Hälfte der Einschaltzustand und in der rechten Hälfte der Zustand beim Ausschalten dargestellt sind.
  • In der Figur bezeichnet 1 ein im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildetes Gehäuse. Dieses Gehäuse ist mit einem Isoliergas, wie etwa Schwefelhexafluorid von einigen 105 Pascal Druck, gefüllt. Das Gehäuse 1 enthält zwei längs einer Achse relativ zueinander bewegliche Schaltstücke 2 und 3, welche im Einschaltzustand des Druckgasschalters (linke Hälfte der Figur) miteinander in Eingriff sind und beim Ausschalten (rechte Hälfte der Figur) eine Lichtbogenlöschzone 4 begrenzen, in der ein Schaltlichtbogen 5 brennt. Beide Schaltstücke 2, 3 sind an den einander zugewandten Enden abbrandfest ausgebildet und weisen dort Gaseintrittsöffnungen 6 und 7 auf. Stromabwärts weisen die Schaltstücke 2 und 3 aus der Figur nicht ersichtliche Gasaustrittsöffnungen auf. Die Gaseintrittsöffnung 7 des Schaltstückes 3 ist derart bemessen, dass das feststehend ausgebildete Schaltstück 2 beim Einschalten in diese Oeffnung eintreten kann und dann mit dem beweglich ausgebildeten Schaltstück 3 eine annähernd gasdichte Schaltstück- überlappung bildet. Beide Schaltstücke 2 und 3 sind mit (in der Figur nicht dargestellten) in das Gehäuse 1 geführten Stromanschlüssen in elektrisch leitender Weise verbunden.
  • Beide Schaltstücke 2 und 3 sind von einem Isolierkörper 8 aus einem lichtbogenfesten Material, wie etwa Polytetrafluoräthylen umgeben. Dieser Isolierkörper 8 ist mit dem beweglichen Schaltstück 3 starr verbunden und weist eine obere ringförmige Oeffnung auf, welche im Einschaltzustand vom feststehenden Schaltstück 2 durchdrungen ist. Im Isolierkörper 8 sind ferner zwei die Schaltstücke 2 und 3 ringförmig umgebende Räume ausgespart. Einer dieser beiden Räume ist ein Speicherraum 9. Dieser Raum dient überwiegend zur Speicherung von Gas, welches der Lichtbogen 5 während des Ausschaltens aufheizt. Der andere dieser beiden Räume ist ein Kompressionsraum 10 einer Kompressionsvorrichtung mit einem beweglichen ringförmigen Zylinder 11 und einem feststehenden ringförmigen Kolben 12.
  • Im Inneren des Isolierkörpers 8 befindet sich ferner eine ringförmige, mittels Stegen 13 am Isolierkörper 8 befestigte Trennwand 14 aus abbrandfestem Isoliermaterial. Diese Wand begrenzt zusammen mit dem Isolierkörper 8 einen gewinkelt ausgebildeten Ringkanal 15. Ein Teilstück 16 dieses Ringkanals erstreckt sich im wesentlichen senkrecht zur Schaltstückachse und verbindet beim Ausschalten die Lichtbogenlöschzone 4 mit einem zweiten Teilstück 17 des Ringkanals 15, welches seinerseits im wesentlichen in axialer Richtung erstreckt ist und das Teilstück 16 mit dem Speicherraum 9 verbindet.
  • Der Ringkanal 15 und der Kompressionsraum 10 sind über eine ringförmige Strömungsengstelle 18 miteinander verbunden. Die Strömungsengstelle weist eine Kontur auf, welche beim Auftreten eines Kompressionsdruckes im Kompressionsraum 10 einen in das Teilstück 17 des Ringkanals 15 gerichteten Freistrahl 19 ausbildet.
  • Die Trennwand 14 begrenzt zusammen mit dem Isolierkörper 8 einen weiteren Ringkanal 20, welcher beim Ausschalten den Speicherraum 9 mit der Lichtbogenlöschzone 4 verbindet. Die Oeffnung dieses Ringkanals zum Speicherraum 9 ist gegenüber der entsprechenden Oeffnung des Ringkanals 15 axial in Richtung des feststehendes Schaltstückes 2 versetzt im Isolierkörper 8 angebracht.
  • Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Druckgasschalters ist nun wie folgt:
  • Beim Ausschalten wird das bewegliche Schaltstück 3 und damit der Isolierkörper 8 in Pfeilrichtung nach unten bewegt. Hierbei wird während einer im wesentlichen durch die Dauer der Schaltstücküberlappung bestimmten Phase im Kompressionsraum 10 Isoliergas vorkomprimiert. Hierbei bildet sich der im Teilstück 17 des Ringkanals 15 geführte Freistrahl 19 aus kühlem Isoliergas aus, welcher mit seiner turbulenten Grenzschicht 21 und der Trennwand 14 eine Trennung zwischen den Teilstücken 16 und 17 des Ringkanals 15 bildet. Der Freistrahl 19 erzeugt im Teilstück 16 des Ringkanals 15 einen Unter- und im Teilstück 17 einen Ueberdruck. Die Druckdifferenz zwischen Ueber- und Unterdruck ist hierbei besonders ausgeprägt, wenn die beiden Teilstücke 16 und 17 annähernd senkrecht aufeinander stehen. Im Teilstück 16 befindliche Masseteile werden daher durch die Grenzschicht 21 abgesaugt und dem Speicherraum 9 unter Bildung eines Ueberdrucks zugeführt. Solche Masseteile entstehen durch das nach der Schaltstücktrennung vom Lichtbogen 5 aufgeheizte Isoliergas. Dieses aufgeheizte Isoliergas wird dem Teilstück 16 des Ringkanals 15 durch die Saugwirkung des Freistrahls 19 einerseits und durch den Heizmechanismus des Lichtbogens 5 andererseits zugeführt. In der Grenzschicht 21 wird das aufgeheizte Isoliergas turbulent mit dem kühlen Isoliergas des Freistrahls 19 vermischt. Das vermischte Gas wird sodann unter Bildung des Ueberdrucks in den Speicherraum 9 befördert.
  • Wenn das bewegliche Schaltstück 3 die Oeffnung des Ringkanals 20 zum Lichtbogenlöschraum 4 freigibt, setzt wegen des vorher im Speicherraum 9 aufgebauten Ueberdrucks eine Beblasung des Lichtbogens 5 ein, die zu einer (in der Figur durch Pfeile markierten) Zirkulationsströmung um die Trennwand 14 und damit zu einem effektiven Energietransport in den Speicherraum 9 führt. Hierbei ist es insbesondere beim Schalten kleiner Ströme von Vorteil, dass wegen der intensiven Durchmischung von heissem und kaltem Isoliergas eine genügend lange Zeit über den Stromnulldurchgang hinaus ein hoher Druck eines vergleichsweise kühlen und daher hochwertigen Isoliergases im Speicherraum 9 erhalten bleibt.

Claims (1)

  1. Druckgasschalter mit zwei in einem isoliergasgefüllten Gehäuse (1) längs einer Achse relativ zueinander beweglichen Schaltstücken (2, 3), welche beim Ausschalten eine Lichtbogenlöschzone (4) begrenzen, mit einem die Lichtbogenlöschzone (4) begrenzenden Isolierkörper (8), einem im Isolierkörper befindlichen ersten Ringkanal (15) aus annähernd senkrecht aufeinander stehenden Teilstücken (16, 17), von denen ein annähernd senkrecht zur Achse geführtes erstes Teilstück (16) mit der Lichtbogenlöschzone (4) und ein annähernd axial geführtes zweites Teilstück (17) mit dem Speicherraum (9) verbunden ist, und mit einer Kompressionsvorrichtung, deren Kompressionsraum (10) mit dem Speicherraum (9) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressionsraum (10) und der erste Ringkanal (15) miteinander verbunden sind über eine beim Ausschalten einen Freistrahl (19) aus Isoliergas in das zweite Teilstück (17) des ersten Riingkanals (15) richtende Strömungsengstelle (18), und dass der Speicherraum (9) nach Aufbau eines Überdruckes über einen zweiten Ringkanal (20) mit der Lichtbogenlöschzone (4) verbindbar ist.
EP85111129A 1984-09-20 1985-09-04 Druckgasschalter Expired - Lifetime EP0175209B1 (de)

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CH4502/84 1984-09-20

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