EP0800190A1 - Power switch - Google Patents
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Definitions
- the invention is based on a circuit breaker according to the preamble of claim 1.
- a circuit breaker which has an arcing chamber with two fixed, spaced-apart erosion contacts.
- the quenching chamber is filled with an insulating gas, preferably SF 6 gas under pressure.
- an insulating gas preferably SF 6 gas under pressure.
- the bridging contact concentrically surrounds the cylindrical erosion contacts.
- the bridging contact and the two erosion contacts form a power current path which is only subjected to current when it is switched off.
- the bypass contact slides down from a first of the erosion contacts and draws an arc, which initially burns between the first erosion contact and the end of the bypass contact facing it.
- the pressurized insulating gas required for the blowing is generally generated by means of a blowing piston connected to the movable bypass contact.
- This circuit breaker also has a nominal current path parallel to the power current path, which carries the operating current when the circuit breaker is switched on.
- the nominal current path is arranged concentrically around the power current path.
- the bridging contact is mechanically rigidly connected to a movable nominal current contact arranged in the nominal current path.
- the bridging contact Due to its dimensions, the bridging contact has a comparatively large mass to be moved, which must first be accelerated during switching operations and then braked.
- the circuit breaker drive must provide the energy required for this.
- Another circuit breaker is known from the published patent application DE 31 27 962 A1, which has an arcing chamber with two fixed, spaced-apart erosion contacts.
- the quenching chamber is filled with an insulating gas, preferably SF 6 gas under pressure.
- an insulating gas preferably SF 6 gas under pressure.
- the bridging contact concentrically surrounds the cylindrical erosion contacts.
- Of the Bridging contact is also designed here as a nominal current contact. Opening this circuit breaker is similar to the circuit breaker described above.
- this bridging contact Due to its dimensions, this bridging contact also has a comparatively large mass to be moved, which must be accelerated and braked during switching operations.
- the circuit breaker drive must provide the energy required for this.
- a circuit breaker is known from the patent specification CH 644 969, which has two blow volumes connected in series.
- the clean insulating gas present in the first blowing volume is compressed by means of a piston when the movable power contact is switched off.
- hot gas heated by the arc in the arc zone flows into this first blowing volume, mixes with the clean insulating gas to form a gas mixture and thus increases the pressure in this first blowing volume.
- a second blow volume is separated from the first blow volume, the gas mixture in the two blow volumes is then further compressed depending on the stroke. Both blowing volumes, independently of one another, interact with the pressure in the arc zone of this circuit breaker in the further course of the opening movement.
- the invention solves the problem of creating a circuit breaker of the type mentioned at the outset, which has an improved breaking capacity.
- the circuit breaker is equipped with a high-pressure injection, which allows a targeted increase in the blowing pressure in the arc zone.
- the high-pressure injection takes place directly into the arc zone, which enables particularly intense blowing of the arc.
- comparatively high blowing pressures are achieved with simple means.
- the circuit breaker has fixed erosion contact arrangements connected to a bypass contact. Since the bridging contact is arranged in the interior of the erosion contact arrangements, it can be designed with an advantageously small diameter and thus with a particularly small mass.
- the bypass contact is here as a simple switching pin formed, which has no resilient contact elements, it is therefore relatively simple and inexpensive to manufacture.
- This circuit breaker is operated at a comparatively high opening speed, since the comparatively small mass of the bridging contact can be accelerated effectively even with a comparatively small and advantageously inexpensive drive and can also be braked reliably at the end of the opening movement.
- the movable nominal current contact is moved much more slowly than the switching pin connected to it via a speed-reducing lever linkage.
- the service life of the rated current contacts is advantageously increased due to the lower mechanical stress, which significantly improves the availability of the circuit breaker.
- the movable nominal current contact is also housed in a volume that is completely separate from the area of the circuit breaker in which hot gases and combustion particles generated by the arc occur. These hot gases and combustion particles can therefore not negatively influence the nominal current contacts, which advantageously increases their stability and thus their service life.
- a further advantageous reduction in the cost of the circuit breaker according to the invention results from the fact that the erosion contact arrangements and in some cases also the housing parts are constructed from identical parts in mirror image to a plane of symmetry.
- the circuit breaker has at least one compression unit with at least one first piston-cylinder arrangement, which has at least two pistons connected in series , of which a first compression piston pre-compresses the insulating medium in a first compression volume, and a second compression piston further compresses the pre-compressed insulating medium in a second compression volume separated from the first compression volume.
- This further compressed insulating medium is introduced directly into the center of the arcing zone through at least one injection channel. This compression in two successive stages results in a particularly high blowing pressure, which allows particularly intense blowing of the arc.
- FIG. 1 shows a schematically represented section through the contact zone 1 of the arcing chamber of an embodiment of a circuit breaker according to the invention in the switched-on state.
- the quenching chamber is arranged centrally symmetrically about a central axis 2.
- a cylindrical, metallic switching pin 3 extends along this central axis 2 and can be moved along the central axis 2 by means of a drive (not shown).
- the switching pin 3 has a dielectrically favorably shaped tip 4, which can be provided with an electrically conductive, erosion-resistant material if required. In the switched-on state, the switching pin 3 electrically bridges a distance a between two erosion contact arrangements 5, 6.
- the erosion contact arrangement 5 has a schematically illustrated contact basket 7, which is electrically conductively connected to a shoulder of a plate-shaped carrier 8 made of metal.
- the contact basket 7 has contact fingers made of metal, which resiliently on the surface of the Put switch pin 3 on.
- an erosion plate 9 has been connected to this carrier 8 using one of the known methods, in such a way that the ends 10 of the contact fingers are protected against erosion.
- the erosion plate 9 is preferably made of graphite, but it can also consist of other electrically conductive, erosion-resistant materials such as sintered tungsten copper connections.
- the surface of the erosion plate 9 facing away from the carrier 8 is protected against arcing by means of an annular cover 36 made of an erosion-resistant insulating material. In addition, the cover 36 prevents the arc base from moving too far into the storage volume 17.
- the structure of the erosion contact arrangement 6 corresponds to that of the erosion contact arrangement 5, but it is arranged as a mirror image of the latter.
- a dash-dotted line 11 indicates the level of reflection.
- the erosion contact arrangement 6 has a schematically illustrated contact basket 12, which is connected in an electrically conductive manner to a shoulder of a plate-shaped carrier 13 made of metal.
- the contact basket 12 has contact fingers made of metal, which resiliently rest on the surface of the switching pin 3.
- an erosion plate 14 has been connected to this carrier 13 using one of the known methods, in such a way that the ends 15 of the contact fingers are protected against erosion.
- the erosion plate 14 is preferably made of graphite, but it can also consist of other electrically conductive, erosion-resistant materials such as, for example, sintered tungsten copper connections.
- the surface of the erosion plate 14 facing away from the carrier 13 is formed by means of a ring Cover 41 made of a fire-resistant insulating material protected against arcing.
- the cover 41 prevents the arc base from migrating too far into the storage volume 17.
- the two covers 36 and 41 form an annular nozzle duct, the throat of which is at a distance a.
- the carriers 8 and 13 and the partition 16 enclose an annular storage volume 17, which is designed for storing the pressurized insulating gas provided for blowing the arc.
- the carrier 8 represents an end face of a cylinder-shaped exhaust volume 18 completely enclosed by metallic walls.
- the carrier 13 represents an end face of a cylinder-shaped exhaust volume 19 completely enclosed by metallic walls. If a nominal current path is provided, this represents the switched-on state of the circuit breaker represents the electrically conductive connection between the metallic walls of the two exhaust volumes 18 and 19.
- the carrier 13 is provided with a bore 20, which is closed with a check valve 21 shown schematically.
- a line 22 is connected to the bore 20, which leads the insulating gas compressed by a piston-cylinder arrangement that is operatively connected to the switching pin 3 to the storage volume 17 during a switch-off process.
- an inflow of the pressurized insulating gas into the storage volume 17 is only possible if there is a lower pressure in the storage volume 17 than in the line 22.
- FIG. 2 shows a schematically illustrated section through the contact zone 1 of an embodiment of the arcing chamber of a circuit breaker according to the invention during the opening.
- the switching pin 3 has drawn an arc 23 between the erosion plates 9 and 14 in the course of its opening movement in the direction of arrow 27.
- the arc 23 thermally acts on the insulating gas surrounding it and thereby briefly increases the pressure in this area of the arcing chamber located between the erosion contact arrangements 5 and 6 and referred to as the arc zone 24.
- the pressurized insulating gas is briefly stored in the storage volume 17. However, part of the pressurized insulating gas flows through an opening 25 into the adjacent exhaust volume 18 and through an opening 26 into the adjacent exhaust volume 19.
- the switching pin 3 is connected to a piston-cylinder arrangement, in which insulating gas is compressed during a switch-off process.
- This compressed insulating gas as indicated by an arrow 28, is introduced into the storage volume 17 through the line 22 if the pressure in the storage volume 17 is lower than in the line 22.
- an excess pressure valve 29 opens after a predetermined limit value is exceeded and the excess pressure is released into the exhaust volume 18.
- FIG. 3 shows a partial section through a contact zone, provided with blowing coils 30 and 31, of a circuit breaker according to the invention in the switched-off state.
- the magnetic field of the blow coils 30 and 31 sets the arc 23 in rotation in a known manner when it is switched off.
- the blow coil 30 is embedded in a recess in the carrier 8, the one winding end 32 having a bare metal contact surface which is pressed by means of a screw 33 against the bare metal surface of the carrier 8.
- the winding end 32 is thus electrically conductively connected to the carrier 8.
- Electrical insulation 34 is provided between the remaining surface of the blow coil 30 facing the carrier 8 and the carrier 8.
- This insulation 34 also distances the windings of the blow coil 30 from one another.
- the other winding end 35 of the blow coil 30 is electrically conductively connected to the erosion plate 9.
- the surface of the blow coil 30 facing away from the carrier 8 and part of the surface of the erosion plate 9 is protected against arcing by means of a cover 36 made of an erosion-resistant insulating material.
- the blow coil 31 is embedded in a recess in the carrier 13, the one winding end 37 having a bare metal contact surface which is pressed by means of a screw 38 against the bare metal surface of the carrier 13.
- the winding end 37 is thus connected to the carrier 13 in an electrically conductive manner.
- Electrical insulation 39 is provided between the remaining surface of the blow coil 31 facing the carrier 13 and the carrier 13. This insulation 39 also distances the windings of the blow coil 31 from one another.
- the other winding end 40 of the blow coil 31 is electrically conductive with the erosion plate 14 connected.
- the surface of the blow coil 31 facing away from the carrier 13 and part of the surface of the erosion plate 14 is protected against arcing by a cover 41 made of an erosion-resistant insulating material.
- the two blow coils 30 and 31 are arranged in such a way that the magnetic fields generated by these blow coils 30 and 31 reinforce one another.
- the blow coils 30 and 31 can be used in any of the variants of the present circuit breaker.
- the two covers 36 and 41 form an annular nozzle channel, the throat of which is at a distance a, and which widens in the radial direction until it merges into the storage volume 17.
- FIG. 4 shows a greatly simplified section through a circuit breaker according to the invention, shown schematically, in the right half of the figure the circuit breaker is shown in the switched-on state, in the left half of the figure the circuit breaker is shown in the switched-off state.
- the circuit breaker is constructed concentrically around the central axis 2.
- the exhaust volume 18 filled with insulating gas under pressure, preferably SF 6 gas, is enclosed by the carrier 8, a cylindrical housing wall 42 connected to it and a sealing cover 43 opposite the carrier 8 and screwed tightly to the housing wall 42.
- the closure cover 43 is provided in the center with a cylindrical flow deflection 44 extending in the direction of the opening 25.
- the housing wall 42 and the closure cover 43 like the carrier 8, are generally made of an electrically highly conductive metal.
- the housing wall 42 is pressure-tightly connected to a cylindrical insulating tube 45.
- the insulating tube 45 is pressure-tightly connected to a further cylindrical housing wall 46.
- the housing wall 46 is of exactly the same design as the housing wall 42, but is arranged in mirror image to it, the dash-dotted line 11 indicating the plane of reflection.
- the insulating tube 45 is arranged concentrically with the insulating partition 16. This housing wall 46 is connected to the carrier 13.
- the exhaust volume 19 filled with insulating gas under pressure, preferably SF 6 gas, is enclosed by the carrier 13, the housing wall 46 connected to it and a cover 47 opposite the carrier 13 and screwed to the housing wall 46 in a pressure-tight manner.
- the cover 47 is provided with a cylinder 48 in the center.
- the housing wall 46 and the cover 47 like the carrier 13, are generally made of an electrically highly conductive metal.
- a distance b is provided between the two housing walls 42 and 46.
- the housing wall 42 is provided on the outside with attachment options for power connections 49.
- the housing wall 46 is also provided on the outside with attachment options for power connections 50.
- the insulating tube 45 is arranged in an annular recess formed by the two housing walls 42 and 46, as a result of which the tensile forces caused by the pressure in the exhaust volumes 18 and 19 and which stress the insulating tube 45 in the axial direction are minimized. As a result of this recessed arrangement, the outer surface of the insulating tube 45 is particularly well protected against damage in transit.
- a compression piston 51 which is connected to the switching pin 3, slides in the cylinder 48.
- the compression piston 51 is designed and provided with piston rings made of insulating material that no stray currents from the Switch pin 3 can flow into the wall of the cylinder 48.
- the compression piston 51 compresses the insulating gas located in the cylinder 48 when the switching pin 3 is switched off.
- the compressed insulating gas flows through the schematically illustrated lines 22 and 22a into the storage volume 17 if the pressure conditions in this volume allow this. If an excessive compression pressure should occur in this cylinder 48, it can be reduced into the exhaust volume 19 by a pressure relief valve, not shown.
- the compression piston 51, the lines 22 and 22a and the check valve 21 can also be omitted in the case of other possible design variants of this circuit breaker.
- the switching pin 3 is moved by a drive, not shown.
- At least one lever 52 is articulated to the switching pin 3.
- One end of the lever 52 is rotatably held in a bearing 52a connected to the switching pin 3.
- the other end of the lever 52 is rotatably and slidably mounted in the housing wall 46 here.
- a rocker arm 53 is rotatably connected to the lever 52 and transmits the force exerted by the lever 52 to an articulated rod 54.
- the rod 54 moves parallel to the direction of the central axis 2, it is guided here with little friction in the housing wall 46 and in the carrier 13.
- the other end of the rod 54 is connected to a finger basket 55, shown schematically as a triangle.
- the finger basket 55 serves as a holder for a plurality of resiliently suspended contact fingers 56.
- the contact fingers 56 form the movable part of the rated current path of the circuit breaker when switched on.
- the contact fingers 56 bridge the distance b in an electrically conductive manner in this position.
- the current through the circuit breaker then flows, for example, from the current connections 49 through the housing wall 42, through the contact fingers 56 and the housing wall 46 to the current connections 50.
- the space 57 in which this movable part of the rated current path is accommodated, is very advantageously completely separated from the arc zone 24 by the insulating partition 16 and the supports 8 and 13, so that no burn-up particles generated in the arc zone 24 reach the area of the rated current contacts and can negatively influence them.
- the service life of the rated current contacts, in particular the abrasion resistance of the contact surfaces, is thereby increased very advantageously, which results in an advantageously increased availability of the circuit breaker.
- the lever linkages which each consist of a lever 52, a rocker 53 and a rod 54 are designed so that the comparatively high switch-off speed of the switching pin 3 generated by the drive, not shown, which is in the range from 10 m / sec to 20 m / sec is, is implemented in an approximately ten times lower turn-off speed of the finger basket 55 from about 1 m / sec to 2 m / sec.
- the mechanical stress on the finger basket 55 and also on the contact fingers 56 are advantageously small, so that these components can be designed to be comparatively light and low-mass, since they do not have to withstand great mechanical stresses.
- the switching pin 3 is guided on the one hand with the aid of the compression piston 51 sliding in the cylinder 48 and on the other hand in a guide part 58.
- the guide part 58 is connected to the carrier 13 by means of ribs arranged in a star shape. Here, too, it is structurally ensured that no stray currents can flow from the switching pin 3 into the guide part 58.
- the contact elements are each designed as identical parts, which are arranged in mirror image.
- the use of the same parts advantageously reduces the manufacturing costs of the circuit breaker and also simplifies the storage of its spare parts.
- FIG. 5 shows a first, greatly simplified partial section through a first embodiment of a circuit breaker according to the invention, this cutting surface being rotated by 90 ° about the central axis 2 in relation to the cutting surfaces shown in FIGS. 1 to 4.
- the circuit breaker is shown in the switched-on state in the left half of FIG. 5, and the circuit breaker is shown in the right half of FIG. 5 after covering approximately a third of the opening stroke.
- the circuit breaker is provided with two compression units 60 and 61 of identical construction for the compression of the insulating gas, which are rigidly connected to the carrier 13. It is also possible to provide only one compression unit 60 or a large number from them.
- the compression units 60 and 61 are embedded in the carrier 13 such that the injection channels 62 and 63 emerging from them, which open into the arcing zone 24, are designed to be as short as possible, so that they have a small dead volume.
- the injection channel 62 is assigned to the compression unit 60
- the injection channel 63 is assigned to the compression unit 61.
- the axis of the injection channels 62 and 63 generally penetrates the center of the arc zone 24, because with this orientation of the injection channels 62 and 63 the insulating gas can blow the arc 23 most effectively under pressure. However, it is also conceivable that these axes do not meet in the center of the arc zone 24.
- the pressurized insulating gas can also be passed into an annular channel which concentrically surrounds the arc zone 24. A plurality of injection channels distributed around the circumference then lead from this ring channel into the arc zone 24.
- the compression unit 60 is constructed cylindrically, it has an axis 64 running parallel to the central axis 2 and a first compression volume 65 which, when the circuit breaker is switched on, is larger than a downstream second compression volume 66.
- the first compression volume 65 is provided by a first compression piston 67 acted upon.
- the second compression volume 66 is acted upon by a second compression piston 68.
- the two compression pistons 67 and 68 are in the usual way with piston and sealing rings, not shown fitted.
- the second compression piston 68 slides through and seals the first compression piston 67 in the center thereof.
- the side of the second compression piston 68 facing the second compression volume 66, as can be seen more clearly from FIG. 7, is provided on the surface with longitudinally extending grooves 69.
- the dimensions of the first compression volume 65 are matched to the dimensions of the second compression volume 66 in such a way that a sufficiently high blowing pressure is generated for blowing the arc 23.
- the first compression piston 67 is moved by means of an articulated rod 70.
- the rod 70 is articulated at the other end to a bearing point 72 fastened on a gear 71.
- the second compression piston 68 is moved by means of an articulated rod 73.
- the rod 73 is articulated at the other end to a bearing point 74 fastened on the gear 71.
- the gear wheel 71 has a center 75 which is rotatably mounted in the housing wall 46.
- the ring gear of the gear 71 engages in a rack 76 embedded in the surface of the switching pin 3.
- the compression unit 61 is cylindrical, it has an axis 78 running parallel to the central axis 2 and a first compression volume 79.
- the two axes 64 and 78 lie in one plane with the central axis 2.
- the first compression volume 79 is larger than a second compression volume 80 connected downstream.
- the first compression volume 79 is acted upon by a first compression piston 81.
- the second compression volume 80 is replaced by a second Compression piston 82 acted upon.
- the two compression pistons 81 and 82 are equipped in the usual way with piston and sealing rings, not shown.
- the second compression piston 82 slides through and seals the first compression piston 81 in the center thereof.
- the side of the second compression piston 82 facing the second compression volume 80 is, as can be seen more clearly from FIG. 7, provided on the surface with longitudinally extending grooves 69.
- the dimensions of the first compression volume 79 are matched to the dimensions of the second compression volume 80 in such a way that a sufficiently high blowing pressure is generated for blowing the arc 23.
- the first compression piston 81 is moved by means of an articulated rod 83.
- the rod 83 is articulated at the other end to a bearing point 85 fastened on a gear 84.
- the second compression piston 82 is moved by means of an articulated rod 86.
- the rod 86 is articulated at the other end to a bearing point 87 fixed on the gear 84.
- the gear wheel 84 has a center 88 which is rotatably mounted in the housing wall 46.
- the ring gear of the gear wheel 84 engages in a toothed rack 89 embedded in the surface of the switching pin 3.
- FIG. 7 shows a third, greatly simplified partial section through a third embodiment of a circuit breaker according to the invention, this arrangement is based on the arrangement shown on the right in FIG. It also shows some structural details of the compression units 60 and 61, which are more difficult for FIGS. 5 and 6 because of the comparatively small scale there are removed.
- the compression units 60 and 61 each have a housing 91 into which cylinders for the respective first 67 and 81 and second compression pistons 68 and 82 are incorporated.
- the cylinder delimiting the first compression volume 65 or 79 each has a wall through which bores 92 pass.
- the bores 92 are positioned in such a way that, when the circuit breaker is switched on, they connect the first compression volume 65 or 79 to the exhaust volume 19, so that the insulating gas can fill up this volume, this corresponds to the position shown on the left in FIG. As soon as the switch-off movement of the switching pin 3 begins in the direction of the arrow 27, the respective first compression piston 67 or 81 closes these bores 92 and the first compression volume 65 or 79 is closed.
- FIG. 7 also shows, in the course of the injection channel 63, a schematically indicated pressure relief valve 93, which only allows the discharge of this high-pressure insulating gas through the injection channel 63 into the arc zone 24 after a predetermined threshold value of the pressure of the insulating gas in the second compression volume 80 has been exceeded.
- These threshold values can be in the range around 100 bar. Care is taken that both the injection channel 63 and the pressure relief valve 93 have the smallest possible dead volume in order to avoid a reduction in the pressure of the flowing high-pressure insulating gas, so that the entire pressure generated in the compression unit 61 is used to blow the arc 23 Available.
- the separate compression units 60 and 61 could also be designed as a single, coherent compression unit. This compression unit would then be constructed in a ring around the central axis 2.
- the first compression piston would be designed as a closed ring, which would work in an annular first compression volume.
- the second compression piston could also be designed as an annular piston, which would work in a correspondingly designed second compression volume.
- the first compression piston is designed as a closed ring, while the second compression piston is constructed from a multiplicity of individual individual pistons distributed on this ring, which slide in a corresponding number of cylindrically designed second compression volumes.
- FIG. 8 is a fourth, greatly simplified partial section through a fourth embodiment of an inventive one Circuit breaker shows.
- a solenoid valve 95 is provided upstream of the injection channel 63 leading away. This solenoid valve 95 is actuated electromagnetically by the higher-level protection of the system in the event of an impending fault current shutdown, in particular in the event of a short-circuit shutdown, so that the pressurized insulating gas is injected directly into the arc zone 24 through the injection channel 63 at the right moment.
- the solenoid valve 95 is closed again after a predetermined opening time in order to keep the consumption of the high-pressure insulating gas low. However, there is also the possibility of opening this solenoid valve 95 with each switch-off, regardless of the size of the switch-off current.
- This high pressure container 94 is provided with a pressure monitor, not shown.
- An eye 96 is incorporated into the high-pressure container 94, to which a pressure line 97 is connected, through which fresh SF 6 gas is fed under high pressure into the high-pressure container 94, which in each case replaces the used SF 6 gas.
- the insulating gas additionally fed into the circuit breaker when switching must be removed and processed again from the exhaust volumes 18 and 19 after switching in order to avoid overloading the pressurized housing parts.
- Processing device 98 will generally work at earth potential in addition to the circuit breaker, so that its supply line (not shown) and pressure line 97 must be made at least partially of insulating material in order to be able to bridge the potential difference.
- the embodiment of the circuit breaker shown in FIG. 8 can be simplified by omitting the cylinder 48 and the compression piston 51.
- the guide function that the compression piston 51 has for the switching pin 3 would then have to be performed by another component.
- the pressure generation in the arcing zone 24 can advantageously be improved with the aid of blowing coils, as shown in FIG. 3, in particular also in the time range of the shutdown, where the pressure injection is not yet fully effective.
- the design variants shown here can be combined with one another in any way, adapted to the respective operating requirements.
- the pressure injection is not triggered during normal operational shutdowns, it makes sense to specifically increase the blowing pressure generation caused by the thermal effect of the arc 23.
- the arc 23 is set in rotation about the central axis 2, the heating of the arc zone 24 is known to be significantly increased as a result.
- This rotation is generally achieved by installing one or more blow coils in a known manner in the area of the contact zone of a circuit breaker.
- the magnetic field of the blow coils causes the arc 23 to rotate.
- the blow coils could each be embedded in a recess in the carrier 8 or 13 as shown in Fig.3.
- the consumption of the insulating gas stored in the high-pressure containers 94 can be substantially reduced, since the high-current short-circuits, for whose switching off this additional high-pressure injection of insulating gas is really necessary, occur comparatively very rarely.
- FIG. 9 shows a fifth, greatly simplified partial section through a fifth embodiment of a circuit breaker according to the invention.
- the high-pressure container 94 is closed here by an injection valve 99, which is controlled directly and depending on the stroke of the switching pin 3.
- a dashed line of action 100 which connects the switching pin 3 to the injection valve 99, indicates this interaction.
- This injection valve 99 is actuated each time it is switched off so that it opens at the right moment and closes again after a predetermined opening time.
- the insulating gas that is additionally fed into the circuit breaker when it is switched off must also be removed and processed from the exhaust volumes 18 and 19 after switching in order to avoid overloading the pressurized housing parts.
- the removed insulating gas is cleaned in a treatment device 98, then pressurized again and fed back through the pressure line 97 into the high-pressure container 94.
- This embodiment variant is particularly suitable for circuit breakers used as generator switches, which as a rule only carry out a comparatively small number of switching operations.
- high-pressure containers 94 are also conceivable for generator switches, the insulating gas filling of which is dimensioned such that they are necessary anyway for all possible short-circuit shutdowns until the next one Contact revision is sufficient. It would then not be necessary to reprocess the insulating gas and feed it back. During the contact revision, the injected insulating gas could then be extracted and the empty high-pressure container 94 replaced with a full one.
- a solenoid valve 95 triggered by the higher-level system protection would have to be used as the valve, as a result of which the gas consumption could be kept low. This solenoid valve 95 also closes after a predetermined opening time. Exhaust volumes 18 and 19 would then have to be dimensioned such that the injected insulating gas, which initially remains in them, cannot cause a pressure overload of the housing enclosing them.
- the switching pin 3 draws an arc 23 in the course of its switching-off movement between the erosion plates 9 and 14.
- the switching pin 3 moves at a comparatively very high switch-off speed, so that the arc 23 burns only briefly on the tip 4 of the switching pin 3 and immediately on the Burning plate 14 commutates.
- the tip 4 therefore shows hardly any signs of erosion.
- the erosion plates 9 and 14 are made of a particularly erosion-resistant material, and therefore they have a comparatively long service life.
- the burnout contacts of the circuit breaker therefore only have to be revised comparatively rarely, which means that it has a comparatively high availability.
- the arc 23 will reach its full length comparatively quickly due to the very rapid switch-off movement of the switching pin 3, so that the full arc energy is available shortly after the contact separation for the pressurization of the insulating gas in the arc zone 24.
- the arc 23 acts on it surrounding insulating gas thermally and thereby briefly increases the pressure in the arc zone 24 of the arcing chamber.
- the pressurized insulating gas is briefly stored in the storage volume 17. However, part of the pressurized insulating gas flows through an opening 25 into the exhaust volume 18 and through an opening 26 into the exhaust volume 19.
- the switching pin 3 is generally connected to a single-stage piston-cylinder arrangement in which insulating gas is compressed during a switch-off process. This compressed insulating gas is introduced into the storage volume 17 through the line 22 in addition to the thermally generated pressurized insulating gas.
- this inflow takes place only if there is a lower pressure in the storage volume 17 than in the line 22 or 22a. This is the case, for example, before the contact is separated or when the arc 23 is so low in current that it cannot heat the arc zone 24 intensely enough. However, if a high-current arc 23 heats the arc zone 24 very strongly, so that a comparatively high pressure of the insulating gas occurs in the storage volume 17, at this high pressure there is initially no inflow of the compressed gas generated in the piston-cylinder arrangement. If a predetermined limit value of the stored pressure is exceeded in the storage volume 17, an excess pressure valve 29 opens after this predetermined limit value is exceeded and the excess pressure is reduced into the exhaust volume 18. In this way, it is prevented with great certainty that an inadmissible exceeding of the mechanical strength of the components can occur in this area.
- the two gas flows are similar because of the very similarly designed flow areas, so that the pressure built up in the arc zone 24 flows approximately evenly and in a controlled manner to both sides, as a result of which the insulating gas present in the storage volume 17 for quenching the arc 23 is stored under pressure for so long until the arc 23 can be blown.
- the blowing pressure effective in the arc zone 24 is additionally significantly increased by the high-pressure injection, which takes place directly into the arc zone 24.
- the blowing of the arc 23 is particularly effective here.
- FIG. 5 and 6 show how the compression units 60 and 61 work.
- the bores 92 are open and the insulating gas, here for example SF 6 gas, which is generally pressurized to about 6 bar, fills the first compression volume 65 or 79 with this pressure.
- the switching pin 3 drives the gearwheels 71 and 84, respectively.
- the Gears 71 and 84 each rotate in the direction of the associated arrows 77 and 90.
- the lever linkage is actuated via the bearing 52a, which moves the contact fingers 56 of the rated current path in the switch-off direction.
- the right half of FIG. 5 shows how the bearing point 87, in which the rod 86 moving the second compression piston 82 is mounted, runs through a dead center.
- the second compression piston 82 reverses its direction of movement here, it now moves upwards.
- the first compression piston 81 still maintains its direction of movement and thereby further increases the pressure in the first compression volume 79.
- the grooves 69 still connect the first compression volume 79 to the second compression volume 80.
- the switching time is shown in the left half of FIG. 6, where the second compression piston 68 has slid so far into the second compression volume 66 that the grooves 69 are just closed so that pressure equalization between the two volumes is no longer possible.
- the intermediate pressure in the first 65 and in the second compression volume 66 has now risen by ten to fifteen times the initial pressure.
- the bearing point 72 of the rod 70 is now also in a dead center position, and the first compression piston 67 reverses its direction of movement.
- the second compression piston 82 compresses the intermediate pressure in the second compression volume 80 by a factor of ten to fifteen until it reaches its end position.
- the first compression piston 67 has moved downward, the pressure in the first compression volume 65 in the end position shown corresponds approximately to the initial pressure of 6 bar.
- the blowing of the arc 23 can be varied in different ways. As already stated, it can be supported by blow coils 30 and 31 and also by SF 6 gas which is additionally compressed in a one-stage piston-cylinder arrangement and which is introduced into the storage volume 17. In addition, the high-pressure injection can be graded as desired and optimally adapted to the respective operating conditions of the circuit breaker.
- Insulating liquids can also be used as the compressed insulating medium in the present circuit breaker. It may prove useful not to inject them directly into the arc zone 24. In particular in the case of liquefied gases, it may be more favorable under certain circumstances to inject them first into the storage volume 17.
- circuit breaker designs with high-pressure containers 94 can also be modified by blow coils 30 and 31 and also by SF 6 gas compressed in a single-stage piston-cylinder arrangement, which is introduced into the storage volume 17, so that these circuit breakers also optimally meet the respective operating requirements can be customized.
- the circuit breaker according to the invention is particularly well suited for switchgear in the medium-voltage range.
- the compact cylindrical design of the circuit breaker is particularly suitable for installation in metal-enclosed systems, in particular also for installation in metal-enclosed generator leads.
- the Circuit breaker very well suited for the replacement of obsolete circuit breakers, since it, with the same or better breaking capacity, requires much less space than this, usually no complex structural changes are necessary with such a retrofitting. If the circuit breaker is to be used for operating voltages above approximately 24 kV to 30 kV, the distances a and b must be increased and the required voltage must be adjusted; if necessary, the opening speed of the switching pin 3 must also be adjusted accordingly, ie increased.
- the switch-on speed of the switching pin 3 is in this circuit breaker in the range 5 m / sec to 10 m / sec, while the contact fingers 56 of the movable nominal current contact with a switch-on speed, in accordance with the values specified by the speed-reducing lever linkage, in the range of 0.5 m / sec move to their switch-on position up to 1 m / sec.
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem Leistungsschalter gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a circuit breaker according to the preamble of
Aus der Offenlegungsschrift DE 42 00 896 A1 ist ein Leistungsschalter bekannt, der eine Löschkammer aufweist mit zwei feststehenden, voneinander beabstandeten Abbrandkontakten. Die Löschkammer ist mit einem Isoliergas, vorzugsweise SF6-Gas unter Druck, gefüllt. Im eingeschalteten Zustand der Löschkammer werden die beiden Abbrandkontakte mittels eines beweglichen Überbrückungskontakts elektrisch leitend miteinander verbunden. Der Überbrückungskontakt umgibt die zylindrisch ausgebildeten Abbrandkontakte konzentrisch. Der Überbrückungskontakt und die beiden Abbrandkontakte bilden eine Leistungsstrombahn, welche lediglich beim Ausschalten strombeaufschlagt ist. Bei einer Ausschaltung gleitet der Überbrückungskontakt von einem ersten der Abbrandkontakte herunter und zieht einen Lichtbogen, der zunächst zwischen dem ersten Abbrandkontakt und dem ihm zugewandten Ende des Überbrückungskontakts brennt. Sobald dieses Ende den zweiten Abbrandkontakt erreicht, kommutiert der Lichtbogenfusspunkt von dem Ende des Überbrückungskontakts auf den zweiten Abbrandkontakt. Der Lichtbogen brennt nun zwischen den beiden Abbrandkontakten und wird beblasen bis der Lichtbogen erlischt. Das für die Beblasung nötige druckbeaufschlagte Isoliergas wird in der Regel mittels eines mit dem beweglichen Überbrückungskontakt verbundenen Blaskolbens erzeugt.From the published
Dieser Leistungsschalter weist zudem parallel zu der Leistungsstrombahn eine Nennstrombahn auf, die bei eingeschaltetem Leistungsschalter den Betriebsstrom führt. Die Nennstrombahn ist konzentrisch um die Leistungsstrombahn angeordnet. Der Überbrückungskontakt ist hier mit einem beweglichen, in der Nennstrombahn angeordneten Nennstromkontakt mechanisch starr verbunden. Beim Ausschalten wird zuerst die Nennstrombahn unterbrochen, der zu unterbrechende Strom kommutiert danach auf die Leistungsstrombahn, wo dann, wie oben beschrieben, ein Lichtbogen eingeleitet und dann gelöscht wird.This circuit breaker also has a nominal current path parallel to the power current path, which carries the operating current when the circuit breaker is switched on. The nominal current path is arranged concentrically around the power current path. The bridging contact is mechanically rigidly connected to a movable nominal current contact arranged in the nominal current path. When switching off, the rated current path is first interrupted, the current to be interrupted then commutates to the power current path, where an arc is then initiated and then extinguished, as described above.
Der Überbrückungskontakt weist, bedingt durch seine Abmessungen, eine vergleichsweise grosse zu bewegende Masse auf, die bei Schaltvorgängen zunächst zu beschleunigen und dann abzubremsen ist. Der Antrieb des Leistungsschalters muss die hierfür nötige Energie bereitstellen.Due to its dimensions, the bridging contact has a comparatively large mass to be moved, which must first be accelerated during switching operations and then braked. The circuit breaker drive must provide the energy required for this.
Aus der Offenlegungsschrift DE 31 27 962 A1 ist ein weiterer Leistungsschalter bekannt, der eine Löschkammer aufweist mit zwei feststehenden, voneinander beabstandeten Abbrandkontakten. Die Löschkammer ist mit einem Isoliergas, vorzugsweise SF6-Gas unter Druck, gefüllt. Im eingeschalteten Zustand der Löschkammer werden die beiden Abbrandkontakte mittels eines beweglichen Überbrückungskontakts elektrisch leitend miteinander verbunden. Der Überbrückungskontakt umgibt die zylindrisch ausgebildeten Abbrandkontakte konzentrisch. Der Überbrückungskontakt ist hier zugleich als Nennstromkontakt ausgebildet. Eine Ausschaltung dieses Leistungsschalters verläuft ähnlich wie beim vorher beschriebenen Leistungsschalter.Another circuit breaker is known from the published
Dieser Überbrückungskontakt weist ebenfalls, bedingt durch seine Abmessungen, eine vergleichsweise grosse zu bewegende Masse auf, die bei Schaltvorgängen zu beschleunigen und abzubremsen ist. Der Antrieb des Leistungsschalters muss die hierfür nötige Energie bereitstellen.Due to its dimensions, this bridging contact also has a comparatively large mass to be moved, which must be accelerated and braked during switching operations. The circuit breaker drive must provide the energy required for this.
Aus der Patentschrift CH 651 420 ist ein Leistungsschalter bekannt, welcher ein feststehendes Blasvolumen aufweist, in welches von einer Druckquelle erzeugtes, unter hohem Druck stehendes Isoliergas.eingespeist wird. Der hohe Druck wird beim Eintritt in das Blasvolumen abgebaut, sodass für die Beblasung des Lichtbogens lediglich ein vergleichsweise niedriger Blasdruck verfügbar ist.From the patent specification CH 651 420 a circuit breaker is known which has a fixed blowing volume, into which insulating gas produced by a pressure source and under high pressure is fed. The high pressure is reduced when entering the blowing volume, so that only a comparatively low blowing pressure is available for blowing the arc.
Aus der Patentschrift CH 644 969 ist ein Leistungsschalter bekannt, welcher zwei hintereinander geschaltete Blasvolumina aufweist. Das im ersten Blasvolumen vorhandene saubere Isoliergas wird bei der Ausschaltbewegung des beweglichen Leistungskontakts mittels eines Kolbens komprimiert. Zusätzlich strömt in dieses erste Blasvolumen vom Lichtbogen in der Lichtbogenzone aufgeheiztes Heissgas ein, vermischt sich mit dem sauberen Isoliergas zu einem Gasgemisch und erhöht so den Druck in diesem ersten Blasvolumen. Nach einem vorgegebenen Hub des beweglichen Leistungskontakts wird vom ersten Blasvolumen ein zweites Blasvolumen abgetrennt, das Gasgemisch in den beiden Blasvolumina wird danach hubabhängig weiter komprimiert. Beide Blasvolumina stehen, unabhängig voneinander, im weiteren Verlauf der Ausschaltbewegung in Wechselwirkung mit dem Druck in der Lichtbogenzone dieses Leistungsschalters. Es ist jedoch damit zu rechnen, dass zum gleichen Zeitpunkt in den beiden Blasvolumina jeweils Drücke des Gasgemisches in etwa dem gleichen Grössenordnungsbereich herrschen, wobei, bedingt durch den grösseren Querschnitt der Verbindung des volumenmässig etwas reduzierten ersten Blasvolumens mit der Lichtbogenzone, in diesem momentan etwas höhere Drücke auftreten können als im zweiten Blasvolumen. Diese Druckunterschiede werden allein durch die thermischen Auswirkungen des Lichtbogens verursacht. Der Druckaufbau in den beiden Blasvolumina wird von Ausschaltung zu Ausschaltung verschieden sein, abhängig von der Grösse des zu unterbrechenden Stromes und dem Augenblick der Kontakttrennung.A circuit breaker is known from the patent specification CH 644 969, which has two blow volumes connected in series. The clean insulating gas present in the first blowing volume is compressed by means of a piston when the movable power contact is switched off. In addition, hot gas heated by the arc in the arc zone flows into this first blowing volume, mixes with the clean insulating gas to form a gas mixture and thus increases the pressure in this first blowing volume. After a predetermined stroke of the movable power contact, a second blow volume is separated from the first blow volume, the gas mixture in the two blow volumes is then further compressed depending on the stroke. Both blowing volumes, independently of one another, interact with the pressure in the arc zone of this circuit breaker in the further course of the opening movement. However, it is expected that at the same time There are pressures of the gas mixture in approximately the same order of magnitude in each of the two blowing volumes, whereby, due to the larger cross section of the connection between the volume of the first blowing volume, which is somewhat reduced in volume, and the arc zone, somewhat higher pressures can currently occur in this than in the second blowing volume. These pressure differences are caused solely by the thermal effects of the arc. The pressure build-up in the two blowing volumes will differ from switch-off to switch-off, depending on the size of the current to be interrupted and the moment of contact separation.
Die Erfindung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen Leistungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher ein verbessertes Ausschaltvermögen aufweist.The invention, as characterized in the independent claims, solves the problem of creating a circuit breaker of the type mentioned at the outset, which has an improved breaking capacity.
Der Leistungsschalter ist mit einer Hochdruckeinspritzung versehen, welche eine gezielte Erhöhung des Blasdrucks in der Lichtbogenzone erlaubt. Die Hochdruckeinspritzung erfolgt direkt in die Lichtbogenzone, wodurch eine besonders intensive Beblasung des Lichtbogens möglich wird. Es werden bei dem erfindungsgemässen Leistungsschalter mit einfachen Mitteln vergleichsweise hohe Blasdrücke erreicht.The circuit breaker is equipped with a high-pressure injection, which allows a targeted increase in the blowing pressure in the arc zone. The high-pressure injection takes place directly into the arc zone, which enables particularly intense blowing of the arc. In the circuit breaker according to the invention, comparatively high blowing pressures are achieved with simple means.
Der Leistungsschalter weist feststehende, mit einem Überbrückungskontakt verbundene Abbrandkontaktanordnungen auf. Da der Überbrückungskontakt im Innern der Abbrandkontaktanordnungen angeordnet ist, kann er mit einem vorteilhaft kleinen Durchmesser und damit mit einer besonders kleinen Masse ausgeführt werden. Der Überbrückungskontakt ist hier als einfacher Schaltstift ausgebildet, der keine federnden Kontaktelemente aufweist, er ist deshalb vergleichsweise einfach und preisgünstig herzustellen.The circuit breaker has fixed erosion contact arrangements connected to a bypass contact. Since the bridging contact is arranged in the interior of the erosion contact arrangements, it can be designed with an advantageously small diameter and thus with a particularly small mass. The bypass contact is here as a simple switching pin formed, which has no resilient contact elements, it is therefore relatively simple and inexpensive to manufacture.
Dieser Leistungsschalter wird mit einer vergleichsweise grossen Ausschaltgeschwindigkeit betrieben, da die vergleichsweise kleine Masse des Überbrückungskontakts auch mit einem vergleichsweise kleinen und vorteilhaft billigen Antrieb wirkungsvoll beschleunigt und am Ende der Ausschaltbewegung auch zuverlässig abgebremst werden kann.This circuit breaker is operated at a comparatively high opening speed, since the comparatively small mass of the bridging contact can be accelerated effectively even with a comparatively small and advantageously inexpensive drive and can also be braked reliably at the end of the opening movement.
Der bewegliche Nennstromkontakt wird wesentlich langsamer bewegt als der mit ihm über ein die Geschwindigkeit reduzierendes Hebelgestänge verbundene Schaltstift. Die Lebensdauer der Nennstromkontakte wird, wegen der kleineren mechanischen Beanspruchung, vorteilhaft erhöht, was die Verfügbarkeit des Leistungsschalters wesentlich verbessert. Der bewegliche Nennstromkontakt ist zudem in einem Volumen untergebracht, welches von dem Bereich des Leistungsschalters, in dem vom Lichtbogen erzeugte Heissgase und Abbrandpartikel auftreten, vollständig getrennt ist. Diese Heissgase und Abbrandpartikel können deshalb die Nennstromkontakte nicht negativ beeinflussen, wodurch deren Standfestigkeit und damit ihre Lebensdauer vorteilhaft gesteigert wird.The movable nominal current contact is moved much more slowly than the switching pin connected to it via a speed-reducing lever linkage. The service life of the rated current contacts is advantageously increased due to the lower mechanical stress, which significantly improves the availability of the circuit breaker. The movable nominal current contact is also housed in a volume that is completely separate from the area of the circuit breaker in which hot gases and combustion particles generated by the arc occur. These hot gases and combustion particles can therefore not negatively influence the nominal current contacts, which advantageously increases their stability and thus their service life.
Eine weitere vorteilhafte Verbilligung des erfindungsgemässen Leistungsschalters ergibt sich dadurch, dass die Abbrandkontaktanordnungen und teilweise auch die Gehäuseteile aus Gleichteilen spiegelbildlich zu einer Symmetrieebene aufgebaut sind.A further advantageous reduction in the cost of the circuit breaker according to the invention results from the fact that the erosion contact arrangements and in some cases also the housing parts are constructed from identical parts in mirror image to a plane of symmetry.
Als Mittel für die Erhöhung des Blasdrucks weist der Leistungsschalter mindestens eine Kompressionseinheit auf mit mindestens einer ersten Kolben-Zylinder-Anordnung, welche mindestens zwei hintereinander geschalteten Kolben aufweist, von denen ein erster Kompressionskolben das isolierende Medium in einem ersten Kompressionsvolumen vorkomprimiert, und ein zweiter Kompressionskolben das vorkomprimierte isolierende Medium in einem zweiten, vom ersten Kompressionsvolumen abgetrennten, Kompressionsvolumen weiter komprimiert. Dieses weiter komprimierte isolierende Medium wird durch mindestens einen Einspritzkanal direkt in das Zentrum der Lichtbogenzone eingebracht. Durch diese Kompression in zwei aufeinander folgenden Stufen wird ein besonders hoher Blasdruck erreicht, der eine besonders intensive Beblasung des Lichtbogens erlaubt.As a means for increasing the blowing pressure, the circuit breaker has at least one compression unit with at least one first piston-cylinder arrangement, which has at least two pistons connected in series , of which a first compression piston pre-compresses the insulating medium in a first compression volume, and a second compression piston further compresses the pre-compressed insulating medium in a second compression volume separated from the first compression volume. This further compressed insulating medium is introduced directly into the center of the arcing zone through at least one injection channel. This compression in two successive stages results in a particularly high blowing pressure, which allows particularly intense blowing of the arc.
Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.The further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung, welche lediglich einen möglichen Ausführungsweg darstellt, näher erläutert.The invention, its further development and the advantages which can be achieved therewith are explained in more detail below with reference to the drawing, which represents only one possible embodiment.
Es zeigen:
- Fig.1 einen Schnitt durch die schematisch dargestellte Kontaktzone einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Leistungsschalters im eingeschalteten Zustand,
- Fig.2 einen Schnitt durch die schematisch dargestellte Kontaktzone einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Leistungsschalters während des Ausschaltens,
- Fig.3 einen Teilschnitt durch die schematisch dargestellte Kontaktzone einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Leistungsschalters,
- Fig.4 einen stark vereinfachten Schnitt durch einen erfindungsgemässen Leistungsschalter, in der rechten Hälfte der Figur ist der Leistungsschalter im eingeschalteten Zustand dargestellt, in der linken Hälfte der Figur ist der Leistungsschalter im ausgeschalteten Zustand dargestellt,
- Fig.5 einen ersten stark vereinfachten Teilschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Leistungsschalters, wobei diese Schnittfläche gegenüber den in den Fig.1 bis 4 dargestellten Schnittflächen um 90° um die zentrale Achse gedreht ist, in der linken Hälfte der Figur ist der Leistungsschalter im eingeschalteten Zustand dargestellt, in der rechten Hälfte der Figur ist der Leistungsschalter nach der Zurücklegung von etwa einem Drittel des Ausschalthubes dargestellt,
- Fig.6 einen zweiten stark vereinfachten Teilschnitt durch die erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Leistungsschalters, wobei diese Schnittfläche derjenigen von Fig.5 entspricht, in der linken Hälfte der Figur ist der Leistungsschalter nach der Zurücklegung von etwa zwei Dritteln des Ausschalthubes dargestellt, in der rechten Hälfte der Figur ist der Leistungsschalter im ausgeschalteten Zustand dargestellt,
- Fig.7 einen dritten stark vereinfachten Teilschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Leistungsschalters, diese Anordnung basiert auf der in Fig.5 auf der rechten Seite gezeigten Anordnung,
- Fig.8 einen vierten stark vereinfachten Teilschnitt durch eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Leistungsschalters, und
- Fig.9 einen fünften stark vereinfachten Teilschnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Leistungsschalters.
- 1 shows a section through the schematically illustrated contact zone of a first embodiment of a circuit breaker according to the invention in the switched-on state,
- 2 shows a section through the schematically illustrated contact zone of a first embodiment of a circuit breaker according to the invention during the opening,
- 3 shows a partial section through the schematically illustrated contact zone of a second embodiment of a circuit breaker according to the invention,
- 4 shows a greatly simplified section through a circuit breaker according to the invention, in the right half of the figure the circuit breaker is shown in the switched on state, in the left half of the figure the circuit breaker is shown in the switched off state,
- 5 shows a first, greatly simplified partial section through a first embodiment of a circuit breaker according to the invention, this cutting surface being rotated by 90 ° about the central axis in relation to the cutting surfaces shown in FIGS. 1 to 4, in the left half of the figure the circuit breaker is in switched on state shown, in the right half of the figure, the circuit breaker is shown after covering about a third of the opening stroke,
- 6 shows a second, greatly simplified partial section through the first embodiment of a circuit breaker according to the invention, this sectional area corresponding to that of FIG. 5; in the left half of the figure, the circuit breaker is shown after covering approximately two thirds of the opening stroke, in the right half the figure shows the circuit breaker in the switched-off state,
- 7 shows a third, greatly simplified partial section through a third embodiment of a circuit breaker according to the invention, this arrangement is based on the arrangement shown on the right in FIG. 5,
- 8 shows a fourth, greatly simplified partial section through a fourth embodiment of a circuit breaker according to the invention, and
- 9 shows a fifth, greatly simplified partial section through a fifth embodiment of a circuit breaker according to the invention.
Bei allen Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind nicht dargestellt.Elements with the same effect are provided with the same reference symbols in all the figures. All elements not necessary for the immediate understanding of the invention are not shown.
Die Fig.1 zeigt einen schematisch dargestellten Schnitt durch die Kontaktzone 1 der Löschkammer einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Leistungsschalters im eingeschalteten Zustand. Die Löschkammer ist zentrisch symmetrisch um eine zentrale Achse 2 angeordnet. Entlang dieser zentralen Achse 2 erstreckt sich ein zylindrisch ausgebildeter, metallischer Schaltstift 3, der mittels eines nicht dargestellten Antriebs entlang der zentralen Achse 2 beweglich ist. Der Schaltstift 3 weist eine dielektrisch günstig geformte Spitze 4 auf, die bei Bedarf mit einem elektrisch leitenden, abbrandbeständigen Material versehen werden kann. Im eingeschalteten Zustand überbrückt der Schaltstift 3 elektrisch leitend einen Abstand a zwischen zwei Abbrandkontaktanordnungen 5,6.1 shows a schematically represented section through the
Die Abbrandkontaktanordnung 5 weist einen schematisch dargestellten Kontaktkorb 7 auf, der elektrisch leitend mit einem Absatz eines plattenförmig ausgebildeten Trägers 8 aus Metall verbunden ist. Der Kontaktkorb 7 weist Kontaktfinger aus Metall auf, welche federnd auf der Oberfläche des Schaltstifts 3 aufliegen. Auf der der Abbrandkontaktanordnung 6 zugewandten Seite des Trägers 8 ist eine Abbrandplatte 9 mit Hilfe eines der bekannten Verfahren mit diesem Träger 8 verbunden worden, und zwar so, dass die Enden 10 der Kontaktfinger gegen Abbrand geschützt sind. Die Abbrandplatte 9 ist vorzugsweise aus Graphit gefertigt, sie kann jedoch auch aus anderen elektrisch leitenden, abbrandbeständigen Materialien wie beispielsweise gesinterten Wolframkupferverbindungen bestehen. Die dem Träger 8 abgewandte Oberfläche der Abbrandplatte 9 wird mittels einer ringförmig ausgebildeten Abdeckung 36 aus einem abbrandbeständigen Isoliermaterial gegen Lichtbogeneinwirkung geschützt. Zudem wird durch die Abdeckung 36 verhindert, dass der Lichtbogenfusspunkt zu weit in das Speichervolumen 17 hinein wandert.The
Die Abbrandkontaktanordnung 6 entspricht im Aufbau der Abbrandkontaktanordnung 5, allerdings ist sie spiegelbildlich zu dieser angeordnet. Eine strichpunktierte Linie 11 deutet die Spiegelungsebene an. Die Abbrandkontaktanordnung 6 weist einen schematisch dargestellten Kontaktkorb 12 auf, der elektrisch leitend mit einem Absatz eines plattenförmig ausgebildeten Trägers 13 aus Metall verbunden ist. Der Kontaktkorb 12 weist Kontaktfinger aus Metall auf, welche federnd auf der Oberfläche des Schaltstifts 3 aufliegen. Auf der der Abbrandkontaktanordnung 5 zugewandten Seite des Trägers 13 ist eine Abbrandplatte 14 mit Hilfe eines der bekannten Verfahren mit diesem Träger 13 verbunden worden, und zwar so, dass die Enden 15 der Kontaktfinger gegen Abbrand geschützt sind. Die Abbrandplatte 14 ist vorzugsweise aus Graphit gefertigt, sie kann jedoch auch aus anderen elektrisch leitenden, abbrandbeständigen Materialien wie beispielsweise gesinterten Wolframkupferverbindungen bestehen. Die dem Träger 13 abgewandte Oberfläche der Abbrandplatte 14 wird mittels einer ringförmig ausgebildeten Abdeckung 41 aus einem abbrandbeständigen Isoliermaterial gegen Lichtbogeneinwirkung geschützt. Zudem wird durch die Abdeckung 41 verhindert, dass der Lichtbogenfusspunkt zu weit in das Speichervolumen 17 hinein wandert. Die beiden Abdeckungen 36 und 41 bilden bei dieser Ausführungsvariante einen ringförmigen Düsenkanal, dessen Engnis den Abstand a aufweist.The structure of the
Zwischen den Trägern 8 und 13 ist eine konzentrisch zur zentralen Achse 2 angeordnete ringförmige Trennwand 16 aus Isoliermaterial eingespannt. Die Träger 8 und 13 und die Trennwand 16 schliessen ein ringförmig ausgebildetes Speichervolumen 17 ein, welches für die Speicherung des für die Beblasung des Lichtbogens vorgesehenen druckbeaufschlagten Isoliergases ausgelegt ist. Der Träger 8 stellt eine Stirnseite eines zylinderförmig ausgebildeten, vollständig von metallischen Wänden umschlossenen Auspuffvolumens 18 dar. Der Träger 13 stellt eine Stirnseite eines zylinderförmig ausgebildeten, vollständig von metallischen Wänden umschlossenen Auspuffvolumens 19 dar. Wenn eine Nennstrombahn vorgesehen ist, so stellt diese im eingeschalteten Zustand des Leistungsschalters die elektrisch leitende Verbindung zwischen den metallischen Wänden der beiden Auspuffvolumina 18 und 19 dar.An
Der Träger 13 ist mit einer Bohrung 20 versehen, die mit einem schematisch dargestellten Rückschlagventil 21 verschlossen ist. An die Bohrung 20 ist eine Leitung 22 angeschlossen, welche das von einer mit dem Schaltstift 3 in Wirkverbindung stehenden Kolben-Zylinder-Anordnung bei einem Ausschaltvorgang komprimierte Isoliergas zum Speichervolumen 17 führt. Ein Einströmen des druckbeaufschlagten Isoliergases in das Speichervolumen 17 ist jedoch nur dann möglich, wenn im Speichervolumen 17 ein niedrigerer Druck herrscht als in der Leitung 22.The
Die Fig.2 zeigt einen schematisch dargestellten Schnitt durch die Kontaktzone 1 einer Ausführungsform der Löschkammer eines erfindungsgemässen Leistungsschalters während des Ausschaltens. Der Schaltstift 3 hat im Verlauf seiner Ausschaltbewegung in Richtung des Pfeils 27 zwischen den Abbrandplatten 9 und 14 einen Lichtbogen 23 gezogen. Der Lichtbogen 23 beaufschlagt das ihn umgebende Isoliergas thermisch und erhöht dadurch kurzzeitig den Druck in diesem im Innern zwischen den Abbrandkontaktanordnungen 5 und 6 gelegenen und als Lichtbogenzone 24 bezeichneten Bereich der Löschkammer. Das druckbeaufschlagte Isoliergas wird im Speichervolumen 17 kurzzeitig gespeichert. Ein Teil des druckbeaufschlagten Isoliergases strömt jedoch einerseits durch eine Öffnung 25 in das angrenzende Auspuffvolumen 18 und andererseits durch eine Öffnung 26 in das angrenzende Auspuffvolumen 19 ab.2 shows a schematically illustrated section through the
Der Schaltstift 3 ist mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung verbunden, in welcher bei einem Ausschaltvorgang Isoliergas komprimiert wird. Dieses komprimierte Isoliergas wird, wie ein Pfeil 28 andeutet, durch die Leitung 22 in das Speichervolumen 17 eingeleitet, wenn im Speichervolumen 17 ein niedrigerer Druck herrscht als in der Leitung 22. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Lichtbogen 23 so stromschwach ist, dass er die Lichtbogenzone 24 nicht intensiv genug aufheizen kann. Wenn jedoch ein stromstarker Lichtbogen 23 die Lichtbogenzone 24 sehr stark aufheizt, sodass ein grosser Druck des Isoliergases im Speichervolumen 17 auftritt, öffnet sich nach dem Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts ein Überdruckventil 29 und der überschüssige Druck wird in das Auspuffvolumen 18 hinein abgebaut. Es ist aber auch möglich, auf das Überdruckventil 29 zu verzichten, wenn die Öffnungen 25 und 26 entsprechend dimensioniert sind.The
Wird der Lichtbogen 23 in Rotation um die zentrale Achse 2 versetzt, so wird dadurch bekanntlich die Aufheizung der Lichtbogenzone 24 wesentlich verstärkt. Die Fig.3 zeigt einen Teilschnitt durch eine mit Blasspulen 30 und 31 versehene Kontaktzone eines erfindungsgemässen Leistungsschalters im ausgeschalteten Zustand. Das magnetische Feld der Blasspulen 30 und 31 versetzt in bekannter Weise den Lichtbogen 23 beim Ausschalten in Rotation. Die Blasspule 30 ist in eine Vertiefung des Trägers 8 eingelassen, wobei das eine Wicklungsende 32 eine metallisch blanke Kontaktfläche aufweist, welche mittels einer Schraube 33 gegen die metallisch blanke Oberfläche des Trägers 8 gedrückt wird. Das Wicklungsende 32 ist damit elektrisch leitend verbunden mit dem Träger 8. Zwischen der übrigen, dem Träger 8 zugewandten Oberfläche der Blasspule 30 und dem Träger 8 ist eine elektrische Isolation 34 vorgesehen. Diese Isolation 34 distanziert zudem die Windungen der Blasspule 30 voneinander. Das andere Wicklungsende 35 der Blasspule 30 ist elektrisch leitend mit der Abbrandplatte 9 verbunden. Die dem Träger 8 abgewandte Oberfläche der Blasspule 30 und ein Teil der Oberfläche der Abbrandplatte 9 wird mittels einer Abdeckung 36 aus einem abbrandbeständigen Isoliermaterial gegen Lichtbogeneinwirkung geschützt.If the
Die Blasspule 31 ist in eine Vertiefung des Trägers 13 eingelassen, wobei das eine Wicklungsende 37 eine metallisch blanke Kontaktfläche aufweist, welche mittels einer Schraube 38 gegen die metallisch blanke Oberfläche des Trägers 13 gedrückt wird. Das Wicklungsende 37 ist damit elektrisch leitend verbunden mit dem Träger 13. Zwischen der übrigen, dem Träger 13 zugewandten Oberfläche der Blasspule 31 und dem Träger 13 ist eine elektrische Isolation 39 vorgesehen. Diese Isolation 39 distanziert zudem die Windungen der Blasspule 31 voneinander. Das andere Wicklungsende 40 der Blasspule 31 ist elektrisch leitend mit der Abbrandplatte 14 verbunden. Die dem Träger 13 abgewandte Oberfläche der Blasspule 31 und ein Teil der Oberfläche der Abbrandplatte 14 wird mittels einer Abdeckung 41 aus einem abbrandbeständigen Isoliermaterial gegen Lichtbogeneinwirkung geschützt.The
Die beiden Blasspulen 30 und 31 sind so angeordnet, dass sich die durch diese Blasspulen 30 und 31 erzeugten Magnetfelder gegenseitig verstärken. Die Blasspulen 30 und 31 können in jeder der Ausführungsvarianten des vorliegenden Leistungsschalters eingesetzt werden. Die beiden Abdeckungen 36 und 41 bilden bei dieser Ausführungsvariante einen ringförmigen Düsenkanal, dessen Engnis den Abstand a aufweist, und der sich in radialer Richtung aufweitet, bis er in das Speichervolumen 17 übergeht.The two
Die Fig.4 zeigt einen stark vereinfachten Schnitt durch einen erfindungsgemässen, schematisch dargestellten Leistungsschalter, in der rechten Hälfte der Figur ist der Leistungsschalter im eingeschalteten Zustand dargestellt, in der linken Hälfte der Figur ist der Leistungsschalter im ausgeschalteten Zustand dargestellt. Der Leistungsschalter ist konzentrisch um die zentrale Achse 2 aufgebaut. Das mit Isoliergas unter Druck, vorzugsweise SF6-Gas, gefüllte Auspuffvolumen 18 wird von dem Träger 8, einer mit diesem verbundenen, zylindrisch ausgebildeten Gehäusewand 42 und einem dem Träger 8 gegenüberliegenden, druckdicht mit der Gehäusewand 42 verschraubten Verschlussdeckel 43 eingeschlossen. Der Verschlussdeckel 43 ist im Zentrum mit einer zylindrisch ausgebildeten, in Richtung der Öffnung 25 erstreckten Strömungsablenkung 44 versehen. Die Gehäusewand 42 und der Verschlussdeckel 43 sind, ebenso wie der Träger 8, in der Regel aus einem elektrisch gut leitenden Metall hergestellt.4 shows a greatly simplified section through a circuit breaker according to the invention, shown schematically, in the right half of the figure the circuit breaker is shown in the switched-on state, in the left half of the figure the circuit breaker is shown in the switched-off state. The circuit breaker is constructed concentrically around the
Die Gehäusewand 42 ist mit einem zylindrisch ausgebildeten Isolierrohr 45 druckdicht verbunden. Auf der der Gehäusewand 42 entgegengesetzten Seite ist das Isolierrohr 45 druckdicht mit einer weiteren zylindrisch ausgebildeten Gehäusewand 46 verbunden. Die Gehäusewand 46 ist genau gleich ausgebildet wie die Gehäusewand 42, sie ist jedoch spiegelbildlich zu ihr angeordnet, wobei die strichpunktierte Linie 11 die Spiegelungsebene andeutet. Das Isolierrohr 45 ist konzentrisch zur isolierenden Trennwand 16 angeordnet. Diese Gehäusewand 46 ist mit dem Träger 13 verbunden. Das mit Isoliergas unter Druck, vorzugsweise SF6-Gas, gefüllte Auspuffvolumen 19 wird von dem Träger 13, der mit diesem verbundenen, Gehäusewand 46 und einem dem Träger 13 gegenüberliegenden, druckdicht mit der Gehäusewand 46 verschraubten Deckel 47 eingeschlossen. Der Deckel 47 ist im Zentrum mit einem Zylinder 48 versehen. Die Gehäusewand 46 und der Deckel 47 sind, ebenso wie der Träger 13, in der Regel aus einem elektrisch gut leitenden Metall hergestellt. Zwischen den beiden Gehäusewänden 42 und 46 ist ein Abstand b vorgesehen. Die Gehäusewand 42 ist aussen mit Befestigungsmöglichkeiten für Stromanschlüsse 49 versehen. Die Gehäusewand 46 ist ebenfalls aussen mit Befestigungsmöglichkeiten für Stromanschlüsse 50 versehen. Das Isolierrohr 45 ist in einer durch die beiden Gehäusewände 42 und 46 gebildeten, ringförmig ausgebildeten Vertiefung angeordnet, wodurch die durch den Druck in den Auspuffvolumina 18 und 19 hervorgerufenen Zugkräfte, die das Isolierrohr 45 in axialer Richtung beanspruchen, minimiert werden. Infolge dieser vertieften Anordnung ist die äussere Oberfläche des Isolierrohrs 45 besonders gut gegen Transportschäden geschützt.The
In dem Zylinder 48 gleitet ein Kompressionskolben 51, der mit dem Schaltstift 3 verbunden ist. Der Kompressionskolben 51 ist so ausgebildet und mit Kolbenringen aus Isoliermaterial versehen, dass keine Streuströme vom Schaltstift 3 her in die Wand des Zylinders 48 fliessen können. Der Kompressionskolben 51 verdichtet bei der Ausschaltbewegung des Schaltstifts 3 das in dem Zylinder 48 befindliche Isoliergas. Das verdichtete Isoliergas strömt durch die schematisch dargestellten Leitungen 22 und 22a in das Speichervolumen 17 ein, wenn die Druckverhältnisse in diesem Volumen dies zulassen. Wenn in diesem Zylinder 48 ein zu hoher Kompressionsdruck auftreten sollte, so kann dieser durch ein nicht dargestelltes Überdruckventil in das Auspuffvolumen 19 hinein abgebaut werden.A
Der Kompressionskolben 51, die Leitungen 22 bzw. 22a und das Rückschlagventil 21 können bei möglichen anderen Ausführungsvarianten dieses Leistungsschalters auch weggelassen werden.The
Der Schaltstift 3 wird durch einen nicht dargestellten Antrieb bewegt. An den Schaltstift 3 ist mindestens ein Hebel 52 angelenkt. Ein Ende des Hebels 52 ist drehbar in einer mit dem Schaltstift 3 verbundenen Lagerung 52a gehalten. Das andere Ende des Hebels 52 ist hier drehbar und verschiebbar in der Gehäusewand 46 gelagert. Mit dem Hebel 52 ist eine Schwinge 53 drehbar verbunden, welche die vom Hebel 52 ausgeübte Kraft auf eine angelenkte Stange 54 überträgt. Die Stange 54 bewegt sich parallel zur Richtung der zentralen Achse 2, sie wird hier in der Gehäusewand 46 und im Träger 13 reibungsarm geführt. Das andere Ende der Stange 54 ist mit einem schematisch als Dreieck dargestellten Fingerkorb 55 verbunden. Der Fingerkorb 55 dient als Halterung für eine Vielzahl federnd aufgehängter Kontaktfinger 56. Um ein Verkanten zu vermeiden, sind mindestens zwei derartige Hebelgestänge für die Betätigung des Fingerkorbs 55 vorgesehen, wie dies in der Fig.4 dargestellt ist. Die Kontaktfinger 56 bilden im eingeschalteten Zustand den beweglichen Teil der Nennstrombahn des Leistungsschalters. Im rechten Teil der Fig.4 ist der Fingerkorb 55 im eingeschalteten Zustand des Leistungsschalters dargestellt, die Kontaktfinger 56 überbrücken in dieser Position den Abstand b elektrisch leitend. Der Strom durch den Leistungsschalter fliesst dann beispielsweise von den Stromanschlüssen 49 durch die Gehäusewand 42, durch die Kontaktfinger 56 und die Gehäusewand 46 zu den Stromanschlüssen 50.The
Der Raum 57, in dem dieser bewegliche Teil der Nennstrombahn untergebracht ist, wird durch die isolierende Trennwand 16 und die Träger 8 und 13 sehr vorteilhaft vollständig von der Lichtbogenzone 24 abgetrennt, sodass keine in der Lichtbogenzone 24 erzeugten Abbrandpartikel in den Bereich der Nennstromkontakte gelangen und diese negativ beeinflussen können. Die Lebensdauer der Nennstromkontakte, insbesondere die Abriebbeständigkeit der Kontaktflächen, wird dadurch sehr vorteilhaft erhöht, was eine vorteilhaft erhöhte Verfügbarkeit des Leistungsschalters zur Folge hat.The
Die Hebelgestänge, welche aus jeweils einem Hebel 52, einer Schwinge 53 und einer Stange 54 bestehen sind so ausgelegt, dass die vom nicht dargestellten Antrieb erzeugte, vergleichsweise hohe Ausschaltgeschwindigkeit des Schaltstifts 3, welche im Bereich von 10 m/sec bis 20 m/sec liegt, umgesetzt wird in eine etwa um das Zehnfache kleinere Ausschaltgeschwindigkeit des Fingerkorbs 55 von etwa 1 m/sec bis 2 m/sec. Infolge dieser langsameren Bewegung des Fingerkorbs 55 ist die mechanische Beanspruchung desselben und auch die der Kontaktfinger 56 vorteilhaft klein, sodass diese Bauteile vergleichsweise leicht und massearm ausgeführt werden können, da sie keinen grossen mechanischen Beanspruchungen standhalten müssen. Auf die Kontaktfinger 56 wirken, wegen der vergleichsweise kleinen Geschwindigkeit, keine grossen mechanischen Reaktionskräfte ein, sodass die Federn, welche die Kontaktfinger 56 gegen die auf den Gehäusewänden 42 und 46 vorgesehenen Kontaktflächen drücken, vergleichsweise schwach ausgelegt werden können. Die Abnutzung der Kontaktstellen der Kontaktfinger 56 und der Kontaktflächen auf denen die Kontaktfinger 56 gleiten wird, infolge der vergleichsweise geringen Federkräfte, wesentlich verringert.The lever linkages, which each consist of a
Der Schaltstift 3 wird einerseits mit Hilfe des in dem Zylinder 48 gleitenden Kompressionskolbens 51 geführt und andererseits in einem Führungsteil 58. Das Führungsteil 58 ist mittels sternförmig angeordneter Rippen mit dem Träger 13 verbunden. Auch hier ist konstruktiv sichergestellt, dass keine Streuströme vom Schaltstift 3 in das Führungsteil 58 fliessen können.The
Bei den beschriebenen Ausführungen der Leistungskontakte des Leistungsschalters sind die Kontaktelemente jeweils als Gleichteile ausgebildet, welche spiegelbildlich angeordnet sind. Die Verwendung von gleichen Teilen verbilligt vorteilhaft die Herstellungskosten des Leistungsschalters und vereinfacht zudem die Lagerhaltung für dessen Ersatzteile.In the described designs of the power contacts of the circuit breaker, the contact elements are each designed as identical parts, which are arranged in mirror image. The use of the same parts advantageously reduces the manufacturing costs of the circuit breaker and also simplifies the storage of its spare parts.
Die Fig.5 zeigt einen ersten stark vereinfachten Teilschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Leistungsschalters, wobei diese Schnittfläche gegenüber den in den Fig.1 bis 4 dargestellten Schnittflächen um 90° um die zentrale Achse 2 gedreht ist. In der linken Hälfte der Fig.5 ist der Leistungsschalter im eingeschalteten Zustand dargestellt, in der rechten Hälfte der Fig.5 ist der Leistungsschalter nach der Zurücklegung von etwa einem Drittel des Ausschalthubes dargestellt. Der Leistungsschalter ist mit zwei baugleich ausgebildeten Kompressionseinheiten 60 und 61 für die Kompression des Isoliergases versehen, welche starr mit dem Träger 13 verbunden sind. Es ist auch möglich, lediglich eine Kompressionseinheit 60 vorzusehen oder auch eine Vielzahl von ihnen. Die Kompressionseinheiten 60 und 61 sind so in den Träger 13 eingelassen, dass die aus ihnen austretenden Einspritzkanäle 62 und 63, welche in die Lichtbogenzone 24 einmünden, möglichst kurz ausgebildet sind, sodass sie ein geringes Totvolumen aufweisen. Der Einspritzkanal 62 ist der Kompressionseinheit 60 zugeordnet, der Einspritzkanal 63 ist der Kompressionseinheit 61 zugeordnet. Die Achse der Einspritzkanäle 62 und 63 durchdringt in der Regel das Zentrum der Lichtbogenzone 24, weil bei dieser Ausrichtung der Einspritzkanäle 62 und 63 das Isoliergas unter Druck den Lichtbogen 23 am wirksamsten beblasen kann. Es ist aber auch vorstellbar, dass sich diese Achsen nicht im Zentrum der Lichtbogenzone 24 treffen.5 shows a first, greatly simplified partial section through a first embodiment of a circuit breaker according to the invention, this cutting surface being rotated by 90 ° about the
Durch die Veränderung des Eintrittswinkels der Einspritzkanäle 62 und 63 ist es möglich, die Beblasung des Lichtbogens 23 zu optimieren und die Druckerzeugung infolge der thermischen Auswirkungen des Lichtbogens 23 auf das eingespritzte Isoliergas unter Druck wirkungsvoll zu steigern. Das druckbeaufschlagte Isoliergas kann auch in einen Ringkanal geleitet werden, der die Lichtbogenzone 24 konzentrisch umgibt. Von diesem Ringkanal aus führen dann eine Vielzahl von auf dem Umfang verteilten Einspritzkanälen in die Lichtbogenzone 24.By changing the entry angle of the
Die Kompressionseinheit 60 ist zylindrisch aufgebaut, sie weist eine parallel zur zentralen Achse 2 verlaufende Achse 64 und ein erstes Kompressionsvolumen 65 auf, welches im eingeschalteten Zustand des Leistungsschalters grösser ist, als ein nachgeschaltetes zweites Kompressionsvolumen 66. Das erste Kompressionsvolumen 65 wird durch einen ersten Kompressionskolben 67 beaufschlagt. Das zweite Kompressionsvolumen 66 wird durch einen zweiten Kompressionskolben 68 beaufschlagt. Die beiden Kompressionskolben 67 und 68 sind in üblicher Weise mit nicht dargestellten Kolben- und Dichtungsringen ausgestattet. Der zweite Kompressionskolben 68 durchdringt den ersten Kompressionskolben 67 gleitend und abgedichtet in dessen Zentrum. Die dem zweiten Kompressionsvolumen 66 zugewandte Seite des zweiten Kompressionskolbens 68 ist, wie aus der Fig.7 besser ersichtlich, an der Oberfläche mit längs erstreckten Nuten 69 versehen. Die Abmessungen des ersten Kompressionsvolumens 65 sind auf die Abmessungen des zweiten Kompressionsvolumens 66 so abgestimmt, dass ein hinreichend hoher Blasdruck für die Beblasung des Lichtbogens 23 erzeugt wird.The
Der erste Kompressionskolben 67 wird mittels einer angelenkten Stange 70 bewegt. Die Stange 70 ist am anderen Ende gelenkig mit einem auf einem Zahnrad 71 befestigten Lagerpunkt 72 verbunden. Der zweite Kompressionskolben 68 wird mittels einer angelenkten Stange 73 bewegt. Die Stange 73 ist am anderen Ende gelenkig mit einem auf dem Zahnrad 71 befestigten Lagerpunkt 74 verbunden. Das Zahnrad 71 weist ein Zentrum 75 auf, welches in der Gehäusewand 46 drehbar gelagert ist. Der Zahnkranz des Zahnrads 71 greift in eine in die Oberfläche des Schaltstifts 3 eingelassene Zahnstange 76 ein. Wenn sich der Schaltstift 3 in Ausschaltrichtung, also in Richtung des Pfeils 27, bewegt, so dreht sich das durch diesen angetriebene Zahnrad 71 in Richtung des Pfeils 77 und die Kompressionseinheit 60 wird dadurch angetrieben.The
Die Kompressionseinheit 61 ist zylindrisch aufgebaut, sie weist eine parallel zur zentralen Achse 2 verlaufende Achse 78 und ein erstes Kompressionsvolumen 79 auf. Die beiden Achsen 64 und 78 liegen in einer Ebene mit der zentralen Achse 2. Das erste Kompressionsvolumen 79 ist im eingeschalteten Zustand des Leistungsschalters grösser als ein nachgeschaltetes zweites Kompressionsvolumen 80. Das erste Kompressionsvolumen 79 wird durch einen ersten Kompressionskolben 81 beaufschlagt. Das zweite Kompressionsvolumen 80 wird durch einen zweiten Kompressionskolben 82 beaufschlagt. Die beiden Kompressionskolben 81 und 82 sind in üblicher Weise mit nicht dargestellten Kolben- und Dichtungsringen ausgestattet. Der zweite Kompressionskolben 82 durchdringt den ersten Kompressionskolben 81 gleitend und abgedichtet in dessen Zentrum. Die dem zweiten Kompressionsvolumen 80 zugewandte Seite des zweiten Kompressionskolbens 82 ist, wie aus der Fig.7 besser ersichtlich, an der Oberfläche mit längs erstreckten Nuten 69 versehen. Die Abmessungen des ersten Kompressionsvolumens 79 sind auf die Abmessungen des zweiten Kompressionsvolumens 80 so abgestimmt, dass ein hinreichend hoher Blasdruck für die Beblasung des Lichtbogens 23 erzeugt wird.The
Der erste Kompressionskolben 81 wird mittels einer angelenkten Stange 83 bewegt. Die Stange 83 ist am anderen Ende gelenkig mit einem auf einem Zahnrad 84 befestigten Lagerpunkt 85 verbunden. Der zweite Kompressionskolben 82 wird mittels einer angelenkten Stange 86 bewegt. Die Stange 86 ist am anderen Ende gelenkig mit einem auf dem Zahnrad 84 befestigten Lagerpunkt 87 verbunden. Das Zahnrad 84 weist ein Zentrum 88 auf, welches in der Gehäusewand 46 drehbar gelagert ist. Der Zahnkranz des Zahnrads 84 greift in eine in die Oberfläche des Schaltstifts 3 eingelassene Zahnstange 89 ein. Wenn sich der Schaltstift 3 in Ausschaltrichtung, also in Richtung des Pfeils 27, bewegt, so dreht sich das durch diesen angetriebene Zahnrad 84 in Richtung des Pfeils 90 und die Kompressionseinheit 61 wird dadurch angetrieben.The
Die Fig.7 zeigt einen dritten stark vereinfachten Teilschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Leistungsschalters, diese Anordnung basiert auf der in Fig.5 auf der rechten Seite gezeigten Anordnung. Sie zeigt zudem einige konstruktive Details der Kompressionseinheiten 60 und 61, die den Fig.5 und 6 wegen des dortigen vergleichsweise kleinen Massstabs schwerer zu entnehmen sind. Die Kompressionseinheiten 60 und 61 weisen jeweils ein Gehäuse 91 auf, in welches Zylinder für die jeweiligen ersten 67 bzw. 81 und zweiten Kompressionskolben 68 bzw. 82 eingearbeitet sind. Der das erste Kompressionsvolumen 65 bzw. 79 begrenzende Zylinder weist jeweils eine Wand auf, welche von Bohrungen 92 durchsetzt wird. Die Bohrungen 92 sind so positioniert, dass sie im eingeschalteten Zustand des Leistungsschalters das erste Kompressionsvolumen 65 bzw. 79 mit dem Auspuffvolumen 19 verbinden, sodass das Isoliergas dieses Volumen auffüllen kann, dies entspricht der in der Fig.5 auf der linken Seite dargestellten Position. Sobald die Ausschaltbewegung des Schaltstifts 3 in Richtung des Pfeils 27 beginnt, verschliesst der jeweilige erste Kompressionskolben 67 bzw. 81 diese Bohrungen 92 und das erste Kompressionsvolumen 65 bzw. 79 ist abgeschlossen.7 shows a third, greatly simplified partial section through a third embodiment of a circuit breaker according to the invention, this arrangement is based on the arrangement shown on the right in FIG. It also shows some structural details of the
Die Fig.7 zeigt zudem im Verlauf des Einspritzkanals 63 ein schematisch angedeutetes Überdruckventil 93, welches erst nach dem Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwerts des Drucks des Isoliergases im zweiten Kompressionsvolumen 80 das Abströmen dieses hochdruckbeaufschlagten Isoliergases durch den Einspritzkanal 63 in die Lichtbogenzone 24 zulässt. Diese Schwellenwerte können im Bereich um 100 bar liegen. Es wird dabei darauf geachtet, dass sowohl der Einspritzkanal 63 als auch das Überdruckventil 93 ein möglichst geringes Totvolumen aufweisen, um eine Reduzierung des Drucks des strömenden hochdruckbeaufschlagten Isoliergases zu vermeiden, sodass der gesamte in der Kompressionseinheit 61 erzeugte Druck für die Beblasung des Lichtbogens 23 zur Verfügung steht. Es ist nun durchaus möglich, lediglich eine der beiden Kompressionseinheiten 60 und 61 mit dem Überdruckventil 93 auszustatten, was den Vorteil mit sich bringt, dass während der Beblasung des Lichtbogens 23 durch das in der ersten Kompressionseinheit 60 erzeugten Druckgas eine plötzliche Steigerung der Intensität der Beblasung auftritt, wenn das Überdruckventil 93 den Einspritzkanal 63 zusätzlich freigibt für die von der Kompressionseinheit 61 her mit höherem Druck erfolgende Einspritzung von Isoliergas. Wenn mehrere Kompressionseinheiten vorgesehen sind, so kann der Einbau einer Anzahl von Überdruckventilen 93 und ihre Ansprechdrücke entsprechend den Betriebsanforderungen optimiert werden.7 also shows, in the course of the
Die separaten Kompressionseinheiten 60 und 61, wie sie beispielsweise in den Fig.5 bis 7 dargestellt sind, könnten auch als eine einzige, zusammenhängende Kompressionseinheit ausgebildet sein. Diese Kompressionseinheit wäre dann ringförmig um die zentrale Achse 2 herum aufgebaut. Der erste Kompressionskolben wäre als geschlossener Ring ausgebildet, der in einem ringförmigen ersten Kompressionsvolumen arbeiten würde. Der zweite Kompressionskolben könnte ebenfalls als ringförmiger Kolben ausgebildet sein, welcher in einem entsprechend gestalteten zweiten Kompressionsvolumen arbeiten würde. Es ist aber auch vorstellbar, dass der erste Kompressionskolben als geschlossener Ring ausgebildet ist, während der zweite Kompressionskolben aus einer Vielzahl von einzelnen, auf diesem Ring verteilten Einzelkolben, welche in einer entsprechenden Anzahl von zylindrisch ausgebildeten zweiten Kompressionsvolumina gleiten, aufgebaut ist.The
Der voranstehend beschriebene Antrieb der Kompressionseinheiten 60 und 61, mittels der in den Schaltstift 3 eingearbeiteten Zahnstangen 76 und 89 in welche Zahnräder 71 bzw. 84 eingreifen, welche mit einer Drehung um 180° den gesamten Ausschalthub der Kompressionseinheiten 60 und 61 bewirken, stellt lediglich eine der Antriebsmöglichkeiten dar. Mittels eines weiteren Hebelgestänges, welches Kniehebel aufweist, die an den Schaltstift 3 angelenkt sind, lassen sich die Kompressionseinheiten 60 und 61 direkt und wirkungsvoll bewegen.The above-described drive of the
Es ist auch möglich, an der Stelle der Kompressionseinheiten 60 bzw. 61 einen oder mehrere mit in der Regel flüssigem Isoliergas gefüllte Hochdruckbehälter 94 einzubauen, wie dies der Fig.8 entnommen werden kann, welche einen vierten stark vereinfachten Teilschnitt durch eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Leistungsschalters zeigt. Bei dem dort gezeigten Hochdruckbehälter 94 ist ein dem wegführenden Einspritzkanal 63 vorgeschaltetes Magnetventil 95 vorgesehen. Dieses Magnetventil 95 wird vom übergeordneten Schutz der Anlage im Falle einer bevorstehenden Fehlerstromabschaltung, insbesondere bei einer Kurzschlussabschaltung, elektromagnetisch betätigt, sodass das druckbeaufschlagte Isoliergas im richtigen Augenblick durch den Einspritzkanal 63 direkt in die Lichtbogenzone 24 eingespritzt wird. Das Magnetventil 95 wird nach einer vorgegebenen Öffnungszeit jeweils wieder geschlossen, um den Verbrauch des hochdruckbeaufschlagten Isoliergases klein zu halten. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dieses Magnetventil 95 bei jeder Ausschaltung, unabhängig von der Grösse des Ausschaltstroms, zu öffnen. Dieser Hochdruckbehälter 94 ist mit einer nicht dargestellten Drucküberwachung versehen. In den Hochdruckbehälter 94 ist ein Auge 96 eingearbeitet, an das eine Druckleitung 97 angeschlossen ist, durch welche frisches SF6-Gas unter hohem Druck in den Hochdruckbehälter 94 eingespeist wird, welches jeweils das verbrauchte SF6-Gas ersetzt. Das in den Leistungsschalter beim Schalten zusätzlich eingespeiste Isoliergas muss nach dem Schalten wieder aus den Auspuffvolumina 18 und 19 abgeführt und aufbereitet werden, um eine Überlastung der druckbeaufschlagten Gehäuseteile zu vermeiden. Das abgeführte Isoliergas wird in einer Aufbereitungseinrichtung 98 gereinigt, danach erneut mit Druck beaufschlagt und durch die Druckleitung 97 in den Hochdruckbehälter 94 zurückgespeist. Die Aufbereitungseinrichtung 98 wird in der Regel neben dem Leistungsschalter auf Erdpotential arbeiten, sodass ihre nicht dargestellte Zuleitung und die Druckleitung 97 zumindest teilweise aus Isoliermaterial gefertigt sein müssen, um den Potentialunterschied überbrücken zu können.It is also possible to install one or more high-
Die in Fig.8 dargestellte Ausführungsform des Leistungsschalters kann durch das Weglassen des Zylinders 48 und des Kompressionskolbens 51 vereinfacht werden. Die Führungsfunktion, die der Kompressionskolben 51 für den Schaltstift 3 hat, müsste dann allerdings durch ein anderes Bauelement erbracht werden. Die Druckerzeugung in der Lichtbogenzone 24 kann mit Hilfe von Blasspulen, wie sie in der Fig.3 dargestellt sind, insbesondere auch in dem Zeitbereich der Abschaltung, wo die Druckeinspritzung noch nicht voll wirksam ist, vorteilhaft verbessert werden. Die hier aufgezeigten konstruktiven Varianten können, angepasst an die jeweiligen Betriebsanforderungen, beliebig miteinander kombiniert werden.The embodiment of the circuit breaker shown in FIG. 8 can be simplified by omitting the
Bei der Ausführungsform des Leistungsschalters, bei der die Druckeinspritzung bei normalen betriebsmässigen Ausschaltungen nicht ausgelöst wird, ist es sinnvoll, die durch die thermische Wirkung des Lichtbogens 23 verursachte Blasdruckerzeugung gezielt zu steigern. Wird der Lichtbogen 23 in Rotation um die zentrale Achse 2 versetzt, so wird dadurch bekanntlich die Aufheizung der Lichtbogenzone 24 wesentlich verstärkt. Diese Rotation wird in der Regel dadurch erreicht, dass eine oder mehrere Blasspulen in bekannter Weise im Bereich der Kontaktzone eines Leistungsschalters eingebaut werden. Das magnetische Feld der Blasspulen versetzt den Lichtbogen 23 in Rotation. Bei dem vorliegenden Leistungsschalter könnten die Blasspulen jeweils in eine Vertiefung des Trägers 8 bzw. 13 eingelassen werden, wie dies in der Fig.3 gezeigt ist. Mit dieser vergleichsweise einfachen und wirksamen Massnahme kann der Verbrauch des in den Hochdruckbehältern 94 gespeicherten Isoliergases wesentlich reduziert werden, da die stromstarken Kurzschlüsse, für deren Abschaltung diese zusätzliche Hochdruckeinspritzung von Isoliergas dann wirklich nötig ist, vergleichsweise sehr selten auftreten.In the embodiment of the circuit breaker, in which the pressure injection is not triggered during normal operational shutdowns, it makes sense to specifically increase the blowing pressure generation caused by the thermal effect of the
Die Fig.9 zeigt einen fünften stark vereinfachten Teilschnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Leistungsschalters. Der Hochdruckbehälter 94 ist hier durch ein Einspritzventil 99 verschlossen, welches direkt und abhängig vom Hub des Schaltstifts 3 angesteuert wird. Eine gestrichelte Wirkungslinie 100, die den Schaltstift 3 mit dem Einspritzventil 99 verbindet, deutet dieses Zusammenwirken an. Dieses Einspritzventil 99 wird bei jeder Ausschaltung so betätigt, dass es im richtigen Augenblick öffnet und, nach einer vorgegebenen Öffnungszeit, wieder sicher schliesst. Das in den Leistungsschalter beim Ausschalten zusätzlich eingespeiste Isoliergas muss auch hier nach dem Schalten wieder aus den Auspuffvolumina 18 und 19 abgeführt und aufbereitet werden, um eine Überlastung der druckbeaufschlagten Gehäuseteile zu vermeiden. Das abgeführte Isoliergas wird in einer Aufbereitungseinrichtung 98 gereinigt, danach erneut mit Druck beaufschlagt und durch die Druckleitung 97 in den Hochdruckbehälter 94 zurückgespeist. Diese Ausführungsvariante ist besonders für als Generatorschalter eingesetzte Leistungsschalter geeignet, welche im Betrieb in der Regel nur eine vergleichsweise kleine Anzahl Schaltungen ausführen.9 shows a fifth, greatly simplified partial section through a fifth embodiment of a circuit breaker according to the invention. The high-
Für Generatorschalter ist auch der Einsatz von Hochdruckbehältern 94 vorstellbar, deren Isoliergasfüllung so bemessen ist, dass sie für sämtliche möglichen Kurzschlussabschaltungen bis zur nächsten sowieso nötigen Kontaktrevision ausreicht. Eine Wiederaufbereitung des Isoliergases und dessen Rückspeisung wäre dann nicht nötig. Bei der Kontaktrevision könnte dann das eingespritzte Isoliergas abgesaugt und der geleerte Hochdruckbehälter 94 durch einen vollen ersetzt werden. Als Ventil müsste bei dieser Ausführung des Leistungsschalters ein vom übergeordneten Anlagenschutz ausgelöstes Magnetventil 95 eingesetzt werden, wodurch der Gasverbrauch klein gehalten werden könnte. Auch dieses Magnetventil 95 schliesst nach einer vorgegebenen Öffnungszeit. Die Auspuffvolumina 18 und 19 müssten dann allerdings so bemessen werden, dass das eingespritzte und zunächst in ihnen verbleibende Isoliergas keine Drucküberlastung der sie einschliessenden Gehäuse verursachen kann.The use of high-
Zur Erläuterung der Wirkungsweise werden nun die Figuren etwas näher betrachtet. Beim Ausschalten zieht der Schaltstift 3 im Verlauf seiner Ausschaltbewegung zwischen den Abbrandplatten 9 und 14 einen Lichtbogen 23. Der Schaltstift 3 bewegt sich mit einer vergleichsweise sehr hohen Ausschaltgeschwindigkeit, sodass der Lichtbogen 23 nur kurzzeitig auf der Spitze 4 des Schaltstifts 3 brennt und sogleich auf die Abbrandplatte 14 kommutiert. Die Spitze 4 weist deshalb kaum Abbrandspuren auf. Die Abbrandplatten 9 und 14 sind aus besonders abbrandfestem Material, sie weisen deshalb eine vergleichsweise hohe Lebensdauer auf. Die Abbrandkontakte des Leistungsschalters müssen deshalb nur vergleichsweise selten revidiert werden, wodurch er eine vergleichsweise grosse Verfügbarkeit aufweist.To explain the mode of operation, the figures are now considered in more detail. When switching off, the switching
Der Lichtbogen 23 wird wegen der sehr raschen Ausschaltbewegung des Schaltstifts 3 vergleichsweise schnell seine volle Länge erreichen, sodass bereits kurz nach der Kontakttrennung die volle Lichtbogenenergie zur Verfügung steht für die Druckbeaufschlagung des Isoliergases in der Lichtbogenzone 24. Der Lichtbogen 23 beaufschlagt das ihn umgebende Isoliergas thermisch und erhöht dadurch kurzzeitig den Druck in der Lichtbogenzone 24 der Löschkammer. Das druckbeaufschlagte Isoliergas wird im Speichervolumen 17 kurzzeitig gespeichert. Ein Teil des druckbeaufschlagten Isoliergases strömt jedoch einerseits durch eine Öffnung 25 in das Auspuffvolumen 18 und andererseits durch eine Öffnung 26 in das Auspuffvolumen 19 ab. Der Schaltstift 3 ist jedoch in der Regel mit einer einstufigen Kolben-Zylinder-Anordnung verbunden, in welcher bei einem Ausschaltvorgang Isoliergas komprimiert wird. Dieses komprimierte Isoliergas wird zusätzlich zu dem thermisch erzeugten druckbeaufschlagten Isoliergas durch die Leitung 22 in das Speichervolumen 17 eingeleitet.The
Dieses Einströmen erfolgt jedoch nur, wenn im Speichervolumen 17 ein niedrigerer Druck herrscht als in der Leitung 22 bzw. 22a. Dies ist beispielsweise vor der Kontakttrennung der Fall oder dann, wenn der Lichtbogen 23 so stromschwach ist, dass er die Lichtbogenzone 24 nicht intensiv genug aufheizen kann. Heizt jedoch ein stromstarker Lichtbogen 23 die Lichtbogenzone 24 sehr stark auf, sodass ein vergleichsweise grosser Druck des Isoliergases im Speichervolumen 17 auftritt, bei diesem grossen Druck erfolgt dann zunächst keine Einströmung des in der Kolben-Zylinder-Anordnung erzeugten Druckgases. Wird im Speichervolumen 17 ein vorgegebener Grenzwert des gespeicherten Drucks überschritten, so öffnet sich nach dem Überschreiten dieses vorgegebenen Grenzwerts ein Überdruckventil 29 und der überschüssige Druck wird in das Auspuffvolumen 18 hinein abgebaut. Auf diese Art wird mit grosser Sicherheit verhindert, dass in diesem Bereich eine unzulässige Überschreitung der mechanischen Belastbarkeit der Bauelemente vorkommen kann.However, this inflow takes place only if there is a lower pressure in the
Solange in der Lichtbogenzone 24 ein Überdruck herrscht, strömt sehr heisses ionisiertes Gas auch durch die Öffnungen 25 und 26 ab in die Auspuffvolumina 18 und 19. Bei der konstruktiven Gestaltung dieser beiden Strömungsbereiche wurde darauf geachtet, dass sie geometrisch ähnlich gestaltet wurden, um gleiche Abströmungsverhältnisse in beide Auspuffvolumina 18 und 19 zu erreichen. Die Spitze 4 des Schaltstifts 3 ist im Zentrum des Auspuffvolumens 19 gegenüber der Öffnung 26 angeordnet und beeinflusst zusammen mit den Rippen des Führungsteils 57 die Gasströmung in diesem Bereich. Die Strömungsablenkung 44 ist im Auspuffvolumen 18 an der der Spitze 4 entsprechenden Stelle gegenüber der Öffnung 25 angeordnet und beeinflusst dort die Gasströmung in ähnlicher Weise. Die beiden Gasströmungen bilden sich wegen der sehr ähnlich gestalteten Strömungsbereiche ähnlich aus, sodass der in der Lichtbogenzone 24 aufgebaute Druck etwa gleichmässig und kontrolliert nach beiden Seiten abströmt, wodurch das im Speichervolumen 17 für die Löschung des Lichtbogens 23 vorhandene Isoliergas unter Druck so lange gespeichert werden kann, bis eine Beblasung des Lichtbogens 23 erfolgen kann.As long as there is overpressure in the
Der in der Lichtbogenzone 24 wirksame Blasdruck wird bei dieser Ausführung des Leistungsschalters zusätzlich durch die Hochdruckeinspritzung, welche direkt in die Lichtbogenzone 24 erfolgt, wesentlich erhöht. Die Beblasung des Lichtbogens 23 ist hier besonders wirksam.In this embodiment of the circuit breaker, the blowing pressure effective in the
In den Fig.5 und 6 ist dargestellt, wie die Kompressionseinheiten 60 und 61 arbeiten. Im eingeschalteten Zustand, also wie in der linken Hälfte der Fig.5 dargestellt, sind die Bohrungen 92 offen und das Isoliergas, hier beispielsweise ist dies SF6-Gas, welches in der Regel mit etwa 6 bar Fülldruck beaufschlagt ist, füllt das erste Kompressionsvolumen 65 bzw. 79 mit diesem Druck. Sobald der Schaltstift 3 seine Ausschaltbewegung in Richtung des Pfeils 27 beginnt, treibt er das Zahnrad 71 bzw. 84 an. Die Zahnräder 71 und 84 drehen sich jeweils in Richtung der zugeordneten Pfeile 77 und 90. Gleichzeitig wird über die Lagerung 52a das Hebelgestänge betätigt, welches die Kontaktfinger 56 der Nennstrombahn in Ausschaltrichtung bewegt. Weiterhin wird ab hier nur die jeweils betrachtete der beiden Kompressionseinheiten 60 und 61 beschrieben. Die an dem Lagerpunkt 72 befestigte Stange 70 bewegt nun den ersten Kompressionskolben 67 entgegengesetzt zu der durch den Pfeil 27 angegebenen Richtung nach oben, die Drehbewegung wird dadurch in eine geradlinige Bewegung umgesetzt. Der zweite Kompressionskolben 68 wird gleichzeitig leicht nach unten bewegt, sodass das im ersten Kompressionsvolumen 65 komprimierte SF6-Gas durch die Nuten 69 in das zweite Kompressionsvolumen 66 einströmen kann. In dieser Kompressionsphase wird das SF6-Gas in den beiden Volumina gleichzeitig komprimiert.5 and 6 show how the
In der rechten Hälfte der Fig.5 ist dargestellt, wie der Lagerpunkt 87, in dem die den zweiten Kompressionskolben 82 bewegende Stange 86 gelagert ist, durch einen Totpunkt läuft. Der zweite Kompressionskolben 82 kehrt hier seine Bewegungsrichtung um, er bewegt sich ab nun nach oben. Der erste Kompressionskolben 81 behält seine Bewegungsrichtung nach wie vor bei und erhöht dadurch den Druck im ersten Kompressionsvolumen 79 weiter. Die Nuten 69 verbinden immer noch das erste Kompressionsvolumen 79 mit dem zweiten Kompressionsvolumen 80. In der linken Hälfte der Fig.6 ist der Schaltzeitpunkt dargestellt, wo der zweite Kompressionskolben 68 so weit in das zweite Kompressionsvolumen 66 hineingeglitten ist, dass die Nuten 69 gerade verschlossen sind, sodass ab nun kein Druckausgleich zwischen den beiden Volumina mehr möglich ist. Der Zwischendruck im ersten 65 und im zweiten Kompressionsvolumen 66 ist nun angestiegen um das Zehn- bis Fünfzehnfache des Ausgangsdrucks. Der Lagerpunkt 72 der Stange 70 ist nun ebenfalls in eine Totpunktlage geraten, und der erste Kompressionskolben 67 kehrt seine Bewegungsrichtung um. Wie in der Fig.6 auf der rechten Seite gezeigt, komprimiert der zweite Kompressionskolben 82 den Zwischendruck im zweiten Kompressionsvolumen 80 weiter um das Zehn- bis Fünfzehnfache, bis er seine Endstellung erreicht. Der erste Kompressionskolben 67 hat sich dabei nach unten bewegt, der Druck im ersten Kompressionsvolumen 65 entspricht in der gezeigten Endstellung etwa wieder dem Ausgangsdruck von 6 bar.The right half of FIG. 5 shows how the
Die Angaben betreffend die Kompressionswerte sind unter der Voraussetzung entstanden, dass während des Kompressionsvorgangs durch die Einspritzkanäle 62 und 63 kein Druck abströmt. Diese Annahme stimmt jedoch nur dann genauer, wenn Überdruckventile 93, wie in der Fig.7 gezeigt, die Abströmung solange verhindern bis ihr Ansprechdruck erreicht wird. Für besondere Betriebsbedingungen ist es durchaus sinnvoll, die Beblasung des Lichtbogens 23 so zu gestalten, dass sie vergleichsweise spät einsetzt, aber dafür um so kräftiger wirkt, wie dies durch die Ausführung mit dem Überdruckventil 93 gemäss Fig.7 erreicht wird.The information regarding the compression values was created on the assumption that no pressure flows through the
Es kann aber auch durchaus sinnvoll sein, wenn aus dem ersten Kompressionsvolumen 65 bzw. 79 bereits teilweise komprimiertes SF6-Gas abgeleitet wird und für die Beblasung des Lichtbogens 23 eingesetzt wird, ehe die eigentliche Hochdruckeinspritzung beginnt. Diese Beblasung erfolgt vorteilhaft ebenfalls durch die Einspritzkanäle 62 und 63 direkt in die Lichtbogenzone 24. Bei dieser Beblasungsvariante ist ein Strömungskanal vorgesehen, welcher das erste Kompressionsvolumen 65 bzw. 79 am zweiten Kompressionsvolumen 66 bzw. 80 vorbei mit dem Einspritzkanal 62 bzw. 63 verbindet. Dies kann beispielsweise dann besonders vorteilhaft sein, wenn kleine induktive Ströme abgeschaltet werden müssen. Der Lichtbogen 23 wird dann bereits frühzeitig und vergleichsweise wenig intensiv beblasen, sodass er nicht abreisst und dann bereits erloschen ist, wenn die Hochdruckeinspritzung wirksam wird. Auf diese Art können auf einfache Weise hohe Schaltüberspannungen vermieden werden.However, it can also make sense if already partially compressed SF 6 gas is derived from the
Die Beblasung des Lichtbogens 23 kann auf verschiedene Arten variiert werden. Wie bereits ausgeführt kann sie durch Blasspulen 30 und 31 und auch durch zusätzlich in einer einstufigen Kolben-Zylinder-Anordnung komprimiertes SF6-Gas, welches in das Speichervolumen 17 eingebracht wird, unterstützt werden. Zudem kann die Hochdruckeinspritzung beliebig abgestuft und an die jeweiligen Betriebsbedingungen des Leistungsschalters optimal angepasst werden.The blowing of the
Als komprimiertes isolierendes Medium können beim vorliegenden Leistungsschalter auch isolierende Flüssigkeiten eingesetzt werden. Dabei kann es sich als sinnvoll erweisen, diese nicht direkt in die Lichtbogenzone 24 einzuspritzen. Insbesondere bei verflüssigten Gasen kann es unter Umständen günstiger sein, diese zuerst in das Speichervolumen 17 einzuspritzen.Insulating liquids can also be used as the compressed insulating medium in the present circuit breaker. It may prove useful not to inject them directly into the
Auch die Leistungsschalterausführungen mit Hochdruckbehältern 94 können durch Blasspulen 30 und 31 und auch durch zusätzlich in einer einstufigen Kolben-Zylinder-Anordnung komprimiertes SF6-Gas, welches in das Speichervolumen 17 eingebracht wird, modifiziert werden, sodass auch diese Leistungsschalter optimal an die jeweiligen Betriebsanforderungen angepasst werden können.The circuit breaker designs with high-
Der erfindungsgemässe Leistungsschalter ist für Schaltanlagen im Mittelspannungsbereich besonders gut geeignet. Die kompakte zylindrische Ausführung des Leistungsschalters eignet sich besonders für den Einbau in metallgekapselte Anlagen, insbesondere auch für den Einbau in metallgekapselte Generatorableitungen. Zudem ist der Leistungsschalter sehr gut geeignet für den Ersatz von veralteten Leistungsschaltern, da er, bei gleichem oder besserem Ausschaltvermögen, einen wesentlich kleineren Platzbedarf hat als diese, sind in der Regel bei einer derartigen Umrüstung keine aufwendigen baulichen Änderungen nötig. Wenn der Leistungsschalter für Betriebsspannungen oberhalb von etwa 24 kV bis 30kV eingesetzt werden soll, so müssen die Abstände a und b vergrössert und der verlangten Spannung angepasst werden, gegebenenfalls muss auch die Ausschaltgeschwindigkeit des Schaltstifts 3 entsprechend angepasst, d.h. erhöht werden.The circuit breaker according to the invention is particularly well suited for switchgear in the medium-voltage range. The compact cylindrical design of the circuit breaker is particularly suitable for installation in metal-enclosed systems, in particular also for installation in metal-enclosed generator leads. In addition, the Circuit breaker very well suited for the replacement of obsolete circuit breakers, since it, with the same or better breaking capacity, requires much less space than this, usually no complex structural changes are necessary with such a retrofitting. If the circuit breaker is to be used for operating voltages above approximately 24 kV to 30 kV, the distances a and b must be increased and the required voltage must be adjusted; if necessary, the opening speed of the
Die Einschaltgeschwindigkeit des Schaltstifts 3 liegt bei diesem Leistungsschalter im Bereich 5 m/sec bis 10 m/sec, während die Kontaktfinger 56 des beweglichen Nennstromkontaktes mit einer Einschaltgeschwindigkeit, entsprechend den durch das geschwindigkeitsreduzierende Hebelgestänge vorgegebenen Werten, im Bereich von 0,5 m/sec bis 1 m/sec in ihre Einschaltstellung fahren.The switch-on speed of the
- 11
- KontaktzoneContact zone
- 22nd
- zentrale Achsecentral axis
- 33rd
- SchaltstiftSwitching pin
- 44th
- Spitzetop
- 5,65.6
- AbbrandkontaktanordnungBurning contact arrangement
- 77
- KontaktkorbContact basket
- 88th
- Trägercarrier
- 99
- AbbrandplatteBurning plate
- 1010th
- Endenend up
- 1111
- strichpunktierte Liniedash-dotted line
- 1212th
- KontaktkorbContact basket
- 1313
- Trägercarrier
- 1414
- AbbrandplatteBurning plate
- 1515
- Endenend up
- 1616
- Trennwandpartition wall
- 1717th
- SpeichervolumenStorage volume
- 18,1918.19
- AuspuffvolumenExhaust volume
- 2020th
- Bohrungdrilling
- 2121
- Rückschlagventilcheck valve
- 22,22a22.22a
- Leitungmanagement
- 2323
- LichtbogenElectric arc
- 2424th
- LichtbogenzoneArc zone
- 25,2625.26
- Öffnungopening
- 27,2827.28
- Pfeilarrow
- 2929
- ÜberdruckventilPressure relief valve
- 30,3130.31
- BlasspuleBlow coil
- 3232
- WicklungsendeWinding end
- 3333
- Schraubescrew
- 3434
- Isolationisolation
- 3535
- WicklungsendeWinding end
- 3636
- Abdeckungcover
- 3737
- WicklungsendeWinding end
- 3838
- Schraubescrew
- 3939
- Isolationisolation
- 4040
- WicklungsendeWinding end
- 4141
- Abdeckungcover
- 4242
- GehäusewandHousing wall
- 4343
- VerschlussdeckelSealing cover
- 4444
- StrömungsablenkungFlow deflection
- 4545
- IsolierrohrInsulating tube
- 4646
- GehäusewandHousing wall
- 4747
- Deckelcover
- 4848
- Zylindercylinder
- 49,5049.50
- StromanschlüssePower connections
- 5151
- KompressionskolbenCompression piston
- 5252
- Hebellever
- 52a52a
- Lagerungstorage
- 5353
- SchwingeSwingarm
- 5454
- Stangepole
- 5555
- FingerkorbFinger basket
- 5656
- KontaktfingerContact finger
- 5757
- Raumroom
- 5858
- FührungsteilGuide part
- 60,6160.61
- KompressionseinheitCompression unit
- 62,6362.63
- EinspritzkanäleInjection channels
- 6464
- Achseaxis
- 6565
- erstes Kompressionsvolumenfirst compression volume
- 6666
- zweites Kompressionsvolumensecond volume of compression
- 6767
- erster Kompressionskolbenfirst compression piston
- 6868
- zweiter Kompressionskolbensecond compression piston
- 6969
- NutenGrooves
- 7070
- Stangepole
- 7171
- Zahnradgear
- 7272
- LagerpunktBearing point
- 7373
- Stangepole
- 7474
- LagerpunktBearing point
- 7575
- Zentrumcenter
- 7676
- ZahnstangeRack
- 7777
- Pfeilarrow
- 7878
- Achseaxis
- 7979
- erstes Kompressionsvolumenfirst compression volume
- 8080
- zweites Kompressionsvolumensecond volume of compression
- 8181
- erster Kompressionskolbenfirst compression piston
- 8282
- zweiter Kompressionskolbensecond compression piston
- 8383
- Stangepole
- 8484
- Zahnradgear
- 8585
- LagerpunktBearing point
- 8686
- Stangepole
- 8787
- LagerpunktBearing point
- 8888
- Zentrumcenter
- 8989
- ZahnstangeRack
- 9090
- Pfeilarrow
- 9191
- Gehäusecasing
- 9292
- BohrungenHoles
- 9393
- ÜberdruckventilPressure relief valve
- 9494
- HochdruckbehälterHigh pressure tank
- 9595
- Magnetventilmagnetic valve
- 9696
- Augeeye
- 9797
- DruckleitungPressure line
- 9898
- AufbereitungseinrichtungProcessing facility
- 9999
- EinspritzventilInjector
- 100100
- WirkungslinieLine of action
- a,bfrom
- Abstanddistance
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