EP0951042A2 - Circuit breaker - Google Patents

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EP0951042A2
EP0951042A2 EP99810241A EP99810241A EP0951042A2 EP 0951042 A2 EP0951042 A2 EP 0951042A2 EP 99810241 A EP99810241 A EP 99810241A EP 99810241 A EP99810241 A EP 99810241A EP 0951042 A2 EP0951042 A2 EP 0951042A2
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EP
European Patent Office
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circuit breaker
breaker according
switching
pressure chamber
arc
Prior art date
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Application number
EP99810241A
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German (de)
French (fr)
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EP0951042B1 (en
EP0951042A3 (en
Inventor
Jorgen Dr. Skindhoj
Bodo Dr. Brühl
Kurt Dr. Kaltenegger
Lorenz Dr. Müller
Lutz Dr. Niemeyer
Thomas Dr. Schoenemann
Lukas Dr. Zehnder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
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Publication date
Application filed by ABB Research Ltd Switzerland, ABB Research Ltd Sweden filed Critical ABB Research Ltd Switzerland
Publication of EP0951042A2 publication Critical patent/EP0951042A2/en
Publication of EP0951042A3 publication Critical patent/EP0951042A3/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H39/00—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid

Definitions

  • the invention relates to a circuit breaker, as in Power plants, substations and other facilities of the Electrical energy supply for switching on and off Operating and overcurrents are used.
  • Fuses are also known in which an electrical Connection through the explosion of an explosive charge is separated.
  • DE-A-35 37 314, for example, is one Fuse described with a tubular, central constricted and surrounded by a pressure chamber Bridge ladder, one on the outside in the pressure chamber Explosive charge is attached all around.
  • the pressure chamber is lined with a material that after ignition of the Explosive charge and blasting of the bridge ladder under the Influence of an electronegative arc Gives off gas along with those from the explosion generated a high-pressure extinguishing gas forms that while blowing the arc into one Expansion space flows out.
  • extinguishing gas forming powder in fuses is also from the EP-A-0 657 910 and EP-A-0 641 005 are known.
  • the invention is based on the object Generic circuit breaker to improve such that the arc is exposed to a strong flow of quenching gas without causing an additional burden on the Shift actuator leads.
  • Fig. 1 in the on position Abbrandschaltan extract shown a circuit breaker according to a first embodiment of the invention fixed first contact piece, which as Contact tulip 1 is designed with resilient contact fingers, which surrounds a switching axis 2.
  • a switching pin 3 is provided along the Switch axis 2 between the switch-on position shown and a switch-off position in which he is behind him in the contacting sliding tulip 4 withdrawn, convertible.
  • an arc room 5 Between the contact tulip 1 and the sliding bell 4 is an arc room 5, which in the switch-on position is occupied by switching pin 3 and is surrounded on all sides by a pressure chamber 6.
  • Arc chamber 5 and the pressure chamber 6 are over a annular blow opening 7 connected.
  • the circuit breaker can also not shown rated current contacts have, which in each case before switching off Contact pieces of the erosion contact arrangement are separated.
  • a charge 10 is on the outer wall of the pressure chamber 6 Arranged explosive, which partially fills the same and at least under certain circumstances with one Switch off is ignited. There can also be a plurality of charges distributed over the circumference of the pressure chamber 6 be provided.
  • the load 10 can in any case be pressed into Tablet form or cartridge-like in one Powdered explosive case. This can have the most diverse compositions. He should however, when it exploded into reaction products are implemented, at least predominantly for Arc extinguishing are suitable. In order to avoid Environmental pollution is nitrogen as the extinguishing gas prefers.
  • explosives which are harmless to the environment and whose reaction products have a high proportion of nitrogen are known, above all, from so-called airbags, which are widely used as safety devices in motor vehicles, and are also suitable for use in switches according to the invention.
  • An example is 21NaN 3 + KNO 3 + 4Fe 2 O 3 + 2.5SiO 2 , which is converted into 10.5Na 2 O + 0.5K 2 O + 4Fe + 2.5SiO 2 + 4FeO + 32N 2 during the explosion.
  • This explosive contains no halogens and is otherwise environmentally friendly, so that the exhaust volumes 8a, b can also be open.
  • a suitable explosive is a mixture of 71.6% SrNiO 3 , 3.77% V6MO15O60, 3% paraffin, 21.6% guanidine-5,5'-azotetrazolate, in 8.2% CO 2 , 31 , 1% H 2 O, 43.7% N 2 and 15.6% SrCO 3 is reacted.
  • the switching pin 3 When switching off, the switching pin 3 is by a Switching drive, not shown, moves down, wherein he the exhaust 9a, the arc room 5 with the first Exhaust volume 8a connects, releases. Between the Switch pin 3 and the contact tulip 1 is a Arc drawn when the tip of the switch pin 3 the sliding bell 4 passes, commutated to it, so that it burns between the contact tulip 1 and the sliding tulip 4. The switching pin 3 is moved further down until it Exhaust 9b between the arc room 5 and the second Exhaust volume 8b releases.
  • the Charge 10 ignited, whereupon the contained therein Explosive in a very short time - approx. 10 to 30 ms, usually at most 50 ms - converted to gas that has a high proportion of extinguishing gas - in the above example given nitrogen - contains.
  • the gas yield is usually at least 0.2 l / g, usually 0.5 to 1 l / g, so that a high pressure in the pressure chamber 6 very quickly Pressure is built up, which then turns into a strong one Gas flow from the pressure chamber 6 via the arc chamber 5 and the two exhausts 9a, b into the two exhaust volumes 8a, b discharges.
  • the arc is blown intensively and deleted.
  • the Charge 10 can also be ignited by a separate ignition device are triggered, which on appropriate Appeals to criteria.
  • This offers the possibility of a Trigger only when the current is a exceeds certain threshold, e.g. B. 10 times the rated current reached if there is no blowing below the threshold is necessary or a weak one, for low fault currents adequate blowing by other means is provided.
  • An ignition of the charge 10, which is a reloading can be limited to those cases in which it is really necessary.
  • Another way with which an elaborate Reloading mechanism can be avoided is one layer-by-layer assembly of the loads of the Explosive. Between the individual layers of the Explosives are layers of an electrically insulating Material of defined strength for spatial separation the same provided. Under the influence of an arc evaporates the top layer of the insulating Material and so gives the next layer of explosive free, which is then ignited and burns off to form gas. This Ignition is usually through the arc, there are however, other ignition mechanisms are also conceivable. At a particularly powerful and long-burning arc can evaporate several layers in succession and burn down. This arrangement of the explosive has the special advantage that the gas generation over a is distributed over a longer period of time, making a special one intense and long-lasting blowing of the arc is achieved.
  • a circuit breaker according to the invention can also with a conventional, on low fault currents designed circuit breakers are placed in series, the the interruption of them until a certain one Amperage takes over while turning off the Circuit breaker according to the invention only triggered when a higher fault current occurs.
  • FIG. 2 Burn-up switching arrangement of an inventive Circuit breaker according to a second embodiment corresponds in its basic structure to that according to the first embodiment.
  • the Description of the latter referenced he points additionally several on the switch-off side to the pressure chamber 6 subsequent, surrounding the switching axis 2 and to the same parallel cylinder 11, in which with the switching pin 3rd firmly connected pistons 12 are arranged displaceably.
  • the pressure build-up affects Pressure chamber 6 also in that the pistons 12 in the Cylinders 11 with a force acting in the switch-off direction be charged. This causes or supports the Switch-off movement of the switching pin 3.
  • the charge 10 continue to exist above described possibilities. It can be done first by one mechanical drive of the switching pin 3 so far against the Switch off position to be moved until there is an arc forms, which is sufficient for triggering the ignition. The on the piston 12 acting force then only supports a part the switch-off movement. In addition, the ignition can also are triggered otherwise, e.g. B. if the Switch pin 3 is still in the ON position.
  • FIG. 3 Burn-up switching arrangement of an inventive Circuit breaker according to a third embodiment essentially corresponds to that according to the first embodiment. But is only one arranged on the switching side, with the arc space above an exhaust 9 connected exhaust volume 8 is present, while on the switch side of the arc room 5 and with the same over a round surrounded by the contact tulip 1 Blown opening 7 connected, a pressure chamber 6 with a load 10 is arranged. In the on position, the Switch pin the exhaust 9 and with its tip also the lower part of the blow opening 7 in cross section completely out.
  • the arc chamber 5 is of an annular shape Surround heating volume 13, which is open to the same.
  • the pressure chamber can also be relatively small and be completely filled by the cargo.
  • the heating volume can be dispensed with if the load is so dimensioned that the one generated when it is ignited Extinguishing gas flow for quenching the arc safely is sufficient.

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Abstract

The power switch comprises at least one burn-up switching arrangement which comprises two parts, and an arc chamber (5) between the switching parts. An exhaust (9) connects the arc chamber with an exhaust volume (8). At least one pressure chamber (6) is connected over the arc chamber with the exhaust. At least one explosive charge (10) is triggered at a switch-off, and is, at least partially converted into a gas. The power switch comprises at least one burn-up switching arrangement which comprises a first switching part and a second switching part, movable along a switching axis (2) between an on position, in which it touches the first switching part, and an off position, in which it is in a distance from it in axial direction, releasing an arc chamber (5) between the switching parts. At least one exhaust (9) connects the arc chamber with at least one exhaust volume (8). At least one pressure chamber (6) is connected over the arc chamber with the, at least one exhaust. At least one explosive charge (10) is triggered at a switch-off, and is, at least partially converted into an extinguishing gas current.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter, wie sie in Kraftwerken, Umspannwerken und anderen Einrichtungen der Elektroenergieversorgung zum Ein- und Ausschalten von Betriebs- und Ueberströmen eingesetzt werden.The invention relates to a circuit breaker, as in Power plants, substations and other facilities of the Electrical energy supply for switching on and off Operating and overcurrents are used.

Stand der TechnikState of the art

Es sind seit langem gattungsgemässe Leistungsschalter bekannt, bei denen der bei einer Ausschaltung zwischen den Schaltstücken gezogene Lichtbogen durch Löschgas aus einem Druckvolumen gelöscht wird. Der Druck wird dabei durch einen Kolben erzeugt, der gleichzeitig mit dem zweiten Schaltstück durch einen Schaltantrieb angetrieben wird oder sogar durch einen Teil desselben gebildet wird, s. z. B. DE-A-196 13 568. Dadurch wird jedoch der Schaltantrieb einer hohen Belastung ausgesetzt, die eine grosszügige Dimensionierung desselben erfordert. Dies wirkt sich natürlich auf die Herstellungskosten des Leistungsschalters aus.They have long been generic circuit breakers known in which the at a switch between the Switch arc drawn by extinguishing gas from a Print volume is deleted. The pressure is there by one Piston generated that simultaneously with the second switching piece is powered by a switch drive or even by a part of it is formed, s. e.g. B. DE-A-196 13 568. However, this makes the switching drive one exposed to high stress, which is a generous Dimensioning of the same requires. This affects of course on the manufacturing cost of the circuit breaker out.

Aus der EP-B-0 548 390 und der US-A-4 617 436 sind auch Schalteinrichtungen bekannt, bei welchen im Schaltantrieb Ladungen von Explosivstoff eingesetzt werden, die zur Auslösung einer Ausschaltung gezündet werden. Das bei der Explosion entstehende Gas wirkt auf einen Kolben ein, der mit einem beweglichen Schaltstück in Wirkverbindung steht und dasselbe unter der Einwirkung des Gasdrucks in die Ausschaltstellung treibt. Die bei der Explosion entstehenden Gase werden jedoch von den Schaltstücken ferngehalten und nicht für die Beblasung eines allfällig zwischen denselben gezogenen Lichtbogens genutzt.From EP-B-0 548 390 and US-A-4 617 436 are also Switching devices known, in which in the switching drive Loads of explosive are used to Triggering a switch off. That at the Explosion gas acts on a piston that is in operative connection with a movable contact and the same under the influence of gas pressure in the Off position drives. The resulting from the explosion However, gases are kept away from the contact pieces and not for blowing any between them drawn arc used.

Es sind auch Sicherungen bekannt, bei denen eine elektrische Verbindung durch die Explosion einer Sprengladung aufgetrennt wird. In der DE-A-35 37 314 etwa ist eine solche Sicherung beschrieben mit einem rohrförmigen, mittig eingeschnürten und von einer Druckkammer umgebenen Brückenleiter, an dessen Aussenseite in der Druckkammer eine Sprengladung umlaufend angebracht ist. Die Druckkammer ist mit einem Material ausgekleidet, das nach Zündung der Sprengladung und Aufsprengung des Brückenleiters unter dem Einfluss eines sich bildenden Lichtbogens elektronegatives Gas abgibt, das zusammen mit den durch die Explosion erzeugten Gasen ein unter hohem Druck stehendes Löschgas bildet, das unter Beblasung des Lichtbogens in einen Expansionsraum abströmt. Die Verwendung von Löschgas bildenden Pulvern in Sicherungen ist ausserdem aus der EP-A-0 657 910 und der EP-A-0 641 005 bekannt.Fuses are also known in which an electrical Connection through the explosion of an explosive charge is separated. DE-A-35 37 314, for example, is one Fuse described with a tubular, central constricted and surrounded by a pressure chamber Bridge ladder, one on the outside in the pressure chamber Explosive charge is attached all around. The pressure chamber is lined with a material that after ignition of the Explosive charge and blasting of the bridge ladder under the Influence of an electronegative arc Gives off gas along with those from the explosion generated a high-pressure extinguishing gas forms that while blowing the arc into one Expansion space flows out. The use of extinguishing gas forming powder in fuses is also from the EP-A-0 657 910 and EP-A-0 641 005 are known.

Sicherungen müssen jedoch nach einer einzigen Ausschaltung mindestens teilweise ersetzt werden. Bei der in der DE-A-35 37 314 beschriebenen werden nicht nur die Sprengladung verbraucht und der Brückenleiter zerstört, das Löschgas wird zudem wesentlich durch die Einwirkung des Lichtbogens auf die Auskleidung der Druckkammer erzeugt, die dabei ebenfalls aufgebraucht wird. Ausserdem dürfte sich zwischen der Entstehung der unter hohem Druck stehenden Explosionsgase und der vor allem durch sie ausgelösten Strömung und der erst durch den Lichtbogen ausgelösten Abgabe elektronegativen Gases eine zeitliche Verzögerung ergeben, die einer wirksamen Beblasung nicht förderlich ist.However, fuses must be made after a single switch off at least partially replaced. At the in the DE-A-35 37 314 are not only described Explosive charge used up and the bridge ladder destroyed that Extinguishing gas is also essential through the action of Arc generated on the lining of the pressure chamber that is also used up. In addition, should between the emergence of the high pressure Explosive gases and those triggered by them in particular Current and the only triggered by the arc Dispensing electronegative gas a time delay result that is not conducive to effective blowing.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, gattungsgemässe Leistungsschalter derart zu verbessern, dass der Lichtbogen einer starken Löschgasströmung ausgesetzt wird, ohne dass dies zu einer zusätzlichen Belastung des Schaltantriebs führt.In contrast, the invention is based on the object Generic circuit breaker to improve such that the arc is exposed to a strong flow of quenching gas without causing an additional burden on the Shift actuator leads.

Dies wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht, welche sicherstellen, dass der Lichtbogen auch ohne den Einsatz mechanischer Mittel einer starken Löschgasströmung ausgesetzt wird. Bei geeigneten Weiterbildungen des erfindungsgemässen Leistungsschalters wird der Schaltantrieb nicht nur entlastet, sondern auch unterstützt und kann entsprechend klein dimensioniert werden, was den Leistungsschalter wesentlich verbilligt. Unter Umständen kann der Schaltantrieb sogar ganz entfallen.This is according to the invention by the features of Claim 1 reached, which ensure that the Arc without the use of mechanical means one strong flow of extinguishing gas is exposed. With suitable Developments of the circuit breaker according to the invention the switch drive is not only relieved, but also supports and can be dimensioned accordingly small be what made the circuit breaker significantly cheaper. Under certain circumstances, the switching drive can even be omitted entirely.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt, die lediglich der Erläuterung der Erfindung dienen. Es zeigen

Fig. 1
schematisch einen teilweisen axialen Längsschnitt durch die Abbrandschaltanordnung eines Leistungsschalters gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2
schematisch einen teilweisen axialen Längsschnitt durch die Abbrandschaltanordnung eines Leistungsschalters gemäss einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 3
schematisch einen teilweisen axialen Längsschnitt durch die Abbrandschaltanordnung eines Leistungsschalters gemäss einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
In the drawings, several exemplary embodiments are shown, which only serve to explain the invention. Show it
Fig. 1
schematically shows a partial axial longitudinal section through the erosion switching arrangement of a circuit breaker according to a first embodiment of the invention,
Fig. 2
schematically shows a partial axial longitudinal section through the erosion switching arrangement of a circuit breaker according to a second embodiment of the invention and
Fig. 3
schematically shows a partial axial longitudinal section through the erosion switching arrangement of a circuit breaker according to a third embodiment of the invention.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention

Die in Fig. 1 schematisch in der Einschaltstellung dargestellte Abbrandschaltanordnung eines Leistungsschalters gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist ein feststehendes erstes Schaltstück auf, welches als Kontakttulpe 1 mit federnden Kontaktfingern ausgebildet ist, die eine Schaltachse 2 umgibt. Als bewegliches zweites Schaltstück ist ein Schaltstift 3 vorgesehen, der längs der Schaltachse 2 zwischen der dargestellten Einschaltstellung und einer Ausschaltstellung, in der er hinter eine ihn in der Einschaltstellung kontaktierende Gleittulpe 4 zurückgezogen ist, umstellbar ist. Zwischen der Kontakttulpe 1 und der Gleittulpe 4 liegt ein Lichtbogenraum 5, der in der Einschaltstellung vom Schaltstift 3 eingenommen wird und allseitig von einem Druckraum 6 umgeben ist. Der Lichtbogenraum 5 und der Druckraum 6 sind über eine ringförmige Blasöffnung 7 verbunden. In Richtung der Schaltachse 2 schliessen an den Lichtbogenraum 5 einschaltseitig ein erstes Auspuffvolumen 8a und ausschaltseitig ein zweites Auspuffvolumen 8b an, die in der Ausschaltstellung durch von der Kontakttulpe 1 bzw. der Gleittulpe 4 umgebene Auspuffe 9a, 9b mit demselben verbunden sind, während sie in der Ausschaltstellung durch den Schaltstift 3 verschlossen sind. Der Leistungsschalter kann ausserdem nicht dargestellte Nennstromkontakte aufweisen, welche bei einer Ausschaltung jeweils vor den Schaltstücken der Abbrandkontaktanordnung getrennt werden.The schematically in Fig. 1 in the on position Abbrandschaltanordnung shown a circuit breaker according to a first embodiment of the invention fixed first contact piece, which as Contact tulip 1 is designed with resilient contact fingers, which surrounds a switching axis 2. As a moving second Switch piece, a switching pin 3 is provided along the Switch axis 2 between the switch-on position shown and a switch-off position in which he is behind him in the contacting sliding tulip 4 withdrawn, convertible. Between the contact tulip 1 and the sliding bell 4 is an arc room 5, which in the switch-on position is occupied by switching pin 3 and is surrounded on all sides by a pressure chamber 6. Of the Arc chamber 5 and the pressure chamber 6 are over a annular blow opening 7 connected. Towards the Switching axis 2 connects to the arc room 5 a first exhaust volume 8a and on the switch-off side a second exhaust volume 8b, which in the Switch-off position by the contact tulip 1 or Sliding bell 4 surrounding exhausts 9a, 9b with the same are connected while in the off position by the switching pin 3 are closed. The circuit breaker can also not shown rated current contacts have, which in each case before switching off Contact pieces of the erosion contact arrangement are separated.

An der Aussenwand des Druckraums 6 ist eine Ladung 10 eines Explosivstoffs angeordnet, die denselben zum Teil ausfüllt und die mindestens unter bestimmten Umständen bei einer Ausschaltung gezündet wird. Es kann auch eine Mehrzahl von über den Umfang des Druckraums 6 verteilten Ladungen vorgesehen sein. Die Ladung 10 kann jedenfalls gepresst in Tablettenform vorliegen oder auch patronenartig mit in einem Gehäuse abgefülltem pulverigem Explosivstoff. Dieser kann die verschiedensten Zusammensetzungen aufweisen. Er sollte allerdings bei seiner Explosion in Reaktionsprodukte umgesetzt werden, die mindestens überwiegend zur Lichtbogenlöschung geeignet sind. Zwecks Vermeidung von Umweltbelastungen wird dabei als Löschgas Stickstoff bevorzugt.A charge 10 is on the outer wall of the pressure chamber 6 Arranged explosive, which partially fills the same and at least under certain circumstances with one Switch off is ignited. There can also be a plurality of charges distributed over the circumference of the pressure chamber 6 be provided. The load 10 can in any case be pressed into Tablet form or cartridge-like in one Powdered explosive case. This can have the most diverse compositions. He should however, when it exploded into reaction products are implemented, at least predominantly for Arc extinguishing are suitable. In order to avoid Environmental pollution is nitrogen as the extinguishing gas prefers.

Zum Einsatz in erfindungsgemässen Schaltern geeignete für die Umwelt unschädliche Explosivstoffe, deren Reaktionsprodukte einen hohen Anteil an Stickstoff aufweisen, sind vor allem von sogenannten airbags, die als Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen weit verbreitet sind, bekannt und auch zum Einsatz in erfindungsgemässen Schaltern geeignet. Ein Beispiel ist 21NaN3 + KNO3 + 4Fe2O3 + 2,5SiO2, das bei der Explosion in 10,5Na2O + 0,5K2O + 4Fe + 2,5SiO2 + 4FeO + 32N2 umgesetzt wird. Dieser Explosivstoff enthält keine Halogene und ist auch sonst umweltfreundlich, so dass die Auspuffvolumina 8a,b auch offen sein können. Ein weiteres Beispiel eines geeigneten Explosivstoffs ist eine Mischung von 71,6% SrNiO3, 3,77% V6MO15O60, 3% Paraffin, 21,6% Guanidin-5,5'-Azotetrazolat, das in 8,2% CO2, 31,1% H2O, 43,7% N2 und 15,6% SrCO3 umgesetzt wird.For use in switches according to the invention, explosives which are harmless to the environment and whose reaction products have a high proportion of nitrogen are known, above all, from so-called airbags, which are widely used as safety devices in motor vehicles, and are also suitable for use in switches according to the invention. An example is 21NaN 3 + KNO 3 + 4Fe 2 O 3 + 2.5SiO 2 , which is converted into 10.5Na 2 O + 0.5K 2 O + 4Fe + 2.5SiO 2 + 4FeO + 32N 2 during the explosion. This explosive contains no halogens and is otherwise environmentally friendly, so that the exhaust volumes 8a, b can also be open. Another example of a suitable explosive is a mixture of 71.6% SrNiO 3 , 3.77% V6MO15O60, 3% paraffin, 21.6% guanidine-5,5'-azotetrazolate, in 8.2% CO 2 , 31 , 1% H 2 O, 43.7% N 2 and 15.6% SrCO 3 is reacted.

Bei einer Ausschaltung wird der Schaltstift 3 durch einen nicht dargestellten Schaltantrieb nach unten bewegt, wobei er den Auspuff 9a, der den Lichtbogenraum 5 mit dem ersten Auspuffvolumen 8a verbindet, freigibt. Zwischen dem Schaltstift 3 und der Kontakttulpe 1 wird dabei ein Lichtbogen gezogen, der, wenn die Spitze des Schaltstifts 3 die Gleittulpe 4 passiert, auf dieselbe kommutiert, so dass er zwischen der Kontakttulpe 1 und der Gleittulpe 4 brennt. Der Schaltstift 3 wird weiter nach unten bewegt, bis er den Auspuff 9b zwischen dem Lichtbogenraum 5 und dem zweiten Auspuffvolumen 8b freigibt.When switching off, the switching pin 3 is by a Switching drive, not shown, moves down, wherein he the exhaust 9a, the arc room 5 with the first Exhaust volume 8a connects, releases. Between the Switch pin 3 and the contact tulip 1 is a Arc drawn when the tip of the switch pin 3 the sliding bell 4 passes, commutated to it, so that it burns between the contact tulip 1 and the sliding tulip 4. The switching pin 3 is moved further down until it Exhaust 9b between the arc room 5 and the second Exhaust volume 8b releases.

Durch Temperatur und Druck des Lichtbogens wird nun die Ladung 10 gezündet, worauf der in derselben enthaltene Explosivstoff in sehr kurzer Zeit - ca. 10 bis 30 ms, normalerweise jedenfalls höchstens 50 ms - in Gas umgesetzt wird, das einen hohen Anteil an Löschgas - im oben angeführten Beispiel Stickstoff - enthält. Die Gasausbeute liegt gewöhnlich bei mindestens 0,2 l/g, normalerweise bei 0,5 bis 1 l/g, so dass im Druckraum 6 sehr rasch ein hoher Druck aufgebaut wird, der sich dann in einer starken Gasströmung vom Druckraum 6 über den Lichtbogenraum 5 und die beiden Auspuffe 9a,b in die beiden Auspuffvolumina 8a,b entlädt. Der Lichtbogen wird dabei intensiv beblasen und gelöscht.Due to the temperature and pressure of the arc, the Charge 10 ignited, whereupon the contained therein Explosive in a very short time - approx. 10 to 30 ms, usually at most 50 ms - converted to gas that has a high proportion of extinguishing gas - in the above example given nitrogen - contains. The gas yield is usually at least 0.2 l / g, usually 0.5 to 1 l / g, so that a high pressure in the pressure chamber 6 very quickly Pressure is built up, which then turns into a strong one Gas flow from the pressure chamber 6 via the arc chamber 5 and the two exhausts 9a, b into the two exhaust volumes 8a, b discharges. The arc is blown intensively and deleted.

Statt durch direkte Einwirkung des Lichtbogens auf die Ladung 10 kann die Zündung derselben auch durch eine separate Zündvorrichtung ausgelöst werden, die auf geeignete Kriterien anspricht. Dies bietet die Möglichkeit, eine Zündung etwa nur dann auszulösen, wenn die Stromstärke eine bestimmte Schwelle überschreitet, z. B. 10-fachen Nennstrom erreicht, falls unterhalb der Schwelle eine Beblasung nicht nötig ist oder eine schwache, für niedrige Fehlerströme ausreichende Beblasung durch andere Mittel vorgesehen ist. Eine Zündung der Ladung 10, die ja ein Nachladen erforderlich macht, kann so auf diejenigen Fälle beschränkt werden, in denen sie wirklich nötig ist.Instead of directly impacting the arc on the Charge 10 can also be ignited by a separate ignition device are triggered, which on appropriate Appeals to criteria. This offers the possibility of a Trigger only when the current is a exceeds certain threshold, e.g. B. 10 times the rated current reached if there is no blowing below the threshold is necessary or a weak one, for low fault currents adequate blowing by other means is provided. An ignition of the charge 10, which is a reloading can be limited to those cases in which it is really necessary.

Eine weitere Möglichkeit, mit welcher ein aufwendiger Nachlademechanismus vermieden werden kann,ist eine schichtweise Konfektionierung der Ladungen des Explosivstoffs. Zwischen den einzelnen Schichten des Explosivstoffs sind Schichten eines elektrisch isolierenden Materials definierter Stärke zur räumlichen Trennung derselben vorgesehen. Unter der Einwirkung eines Lichtbogens verdampft jeweils die oberste Schicht des isolierenden Materials und gibt so die nächste Schicht des Explosivstoffs frei, die dann gezündet wird und gasbildend abbrennt. Diese Zündung erfolgt in der Regel durch den Lichtbogen, es sind jedoch auch andere Zündmechanismen vorstellbar. Bei einem besonders stromstarken und lange brennenden Lichtbogen können nacheinander mehrere Schichten abdampfen und abbrennen. Diese Anordnung des Explosivstoffs hat den besonderen Vorteil, dass die Gaserzeugung über einen grösseren Zeitraum verteilt wird, sodass eine besonders intensive und lange dauernde Beblasung des Lichtbogens erreicht wird.Another way with which an elaborate Reloading mechanism can be avoided is one layer-by-layer assembly of the loads of the Explosive. Between the individual layers of the Explosives are layers of an electrically insulating Material of defined strength for spatial separation the same provided. Under the influence of an arc evaporates the top layer of the insulating Material and so gives the next layer of explosive free, which is then ignited and burns off to form gas. This Ignition is usually through the arc, there are however, other ignition mechanisms are also conceivable. At a particularly powerful and long-burning arc can evaporate several layers in succession and burn down. This arrangement of the explosive has the special advantage that the gas generation over a is distributed over a longer period of time, making a special one intense and long-lasting blowing of the arc is achieved.

Daneben kann ein erfindungsgemässer Leistungsschalter auch mit einem konventionellen, auf niedrige Fehlerströme ausgelegten Leistungsschalter in Reihe gelegt werden, der die Unterbrechung derselben bis zu einer bestimmten Stromstärke übernimmt, während eine Ausschaltung des erfindungsgemässen Leistungsschalters nur dann ausgelöst wird, wenn ein höherer Fehlerstrom auftritt.In addition, a circuit breaker according to the invention can also with a conventional, on low fault currents designed circuit breakers are placed in series, the the interruption of them until a certain one Amperage takes over while turning off the Circuit breaker according to the invention only triggered when a higher fault current occurs.

Die in Fig. 2 schematisch dargestellte Abbrandschaltanordnung eines erfindungsgemässen Leistungsschalters gemäss einer zweiten Ausführungsform entspricht in seinem grundsätzlichen Aufbau demjenigen gemäss der ersten Ausführungsform. Insoweit wird auf die Beschreibung des letzteren verwiesen. Er weist jedoch zusätzlich mehrere ausschaltseitig an den Druckraum 6 anschliessende, die Schaltachse 2 umgebende und zu derselben parallele Zylinder 11 auf, in welchen mit dem Schaltstift 3 fest verbundene Kolben 12 verschieblich angeordnet sind.The schematically shown in Fig. 2 Burn-up switching arrangement of an inventive Circuit breaker according to a second embodiment corresponds in its basic structure to that according to the first embodiment. In this respect, the Description of the latter referenced. However, he points additionally several on the switch-off side to the pressure chamber 6 subsequent, surrounding the switching axis 2 and to the same parallel cylinder 11, in which with the switching pin 3rd firmly connected pistons 12 are arranged displaceably.

Bei Zündung der Ladung 10 wirkt sich der Druckaufbau im Druckraum 6 auch dahingehend aus, dass die Kolben 12 in den Zylindern 11 mit einer in Ausschaltrichtung wirkenden Kraft beaufschlagt werden. Dies bewirkt oder unterstützt die Ausschaltbewegung des Schaltstiftes 3. Bezüglich der Zündung der Ladung 10 bestehen dabei weiterhin die oben beschriebenen Möglichkeiten. Es kann zuerst durch einen mechanischen Antrieb der Schaltstift 3 so weit gegen die Ausschaltstellung bewegt werden, bis sich ein Lichtbogen bildet, der für die Auslösung der Zündung ausreicht. Die auf die Kolben 12 wirkende Kraft unterstützt dann nur einen Teil der Ausschaltbewegung. Daneben kann die Zündung auch anderweitig ausgelöst werden, z. B. wenn sich der Schaltstift 3 noch in der Einschaltstellung befindet. Der einsetzende Druckaufbau führt dann von Anfang an zu einer auf die Kolben 12 wirkenden Kraft, welche die gesamte Ausschaltbewegung unterstützt oder bei ausreichender Dimensionierung von Zylindern, Kolben und Ladung sogar allein bewirkt, sodass auf einen mechanischen Schaltantrieb ganz verzichtet werden kann.When the charge 10 is ignited, the pressure build-up affects Pressure chamber 6 also in that the pistons 12 in the Cylinders 11 with a force acting in the switch-off direction be charged. This causes or supports the Switch-off movement of the switching pin 3. With regard to the ignition the charge 10 continue to exist above described possibilities. It can be done first by one mechanical drive of the switching pin 3 so far against the Switch off position to be moved until there is an arc forms, which is sufficient for triggering the ignition. The on the piston 12 acting force then only supports a part the switch-off movement. In addition, the ignition can also are triggered otherwise, e.g. B. if the Switch pin 3 is still in the ON position. Of the The pressure build-up then leads to one from the start force acting on the piston 12, which is the total Switch-off movement supported or if sufficient Sizing of cylinders, pistons and loads even alone causes, so on a mechanical shift drive can be dispensed with entirely.

Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Abbrandschaltanordnung eines erfindungsgemässen Leistungsschalters gemäss einer dritten Ausführungsform entspricht wiederum in wesentlichen Zügen demjenigen gemäss der ersten Ausführungsform. Doch ist lediglich ein ausschaltseitig angeordnetes, mit dem Lichtbogenraum über einen Auspuff 9 verbundenes Auspuffvolumen 8 vorhanden, während einschaltseitig des Lichtbogenraums 5 und mit demselben über eine von der Kontakttulpe 1 umgebene runde Blasöffnung 7 verbunden, ein Druckraum 6 mit einer Ladung 10 angeordnet ist. In der Einschaltstellung füllt der Schaltstift den Auspuff 9 und mit seiner Spitze auch den unteren Teil der Blasöffnung 7 im Querschnitt vollständig aus. Der Lichtbogenraum 5 ist von einem ringförmigen Heizvolumen 13 umgeben, das gegen denselben offen ist. The schematically shown in Fig. 3 Burn-up switching arrangement of an inventive Circuit breaker according to a third embodiment essentially corresponds to that according to the first embodiment. But is only one arranged on the switching side, with the arc space above an exhaust 9 connected exhaust volume 8 is present, while on the switch side of the arc room 5 and with the same over a round surrounded by the contact tulip 1 Blown opening 7 connected, a pressure chamber 6 with a load 10 is arranged. In the on position, the Switch pin the exhaust 9 and with its tip also the lower part of the blow opening 7 in cross section completely out. The arc chamber 5 is of an annular shape Surround heating volume 13, which is open to the same.

Zur Auslösung einer Ausschaltung wird, wiederum beispielsweise dann, wenn ein Fehlerstrom auftritt, der eine bestimmte Schwelle überschreitet, die Ladung 10 gezündet. Dies führt wiederum zu einem raschen Druckaufbau im Druckraum 6, welche den Schaltstift 3, der hier zugleich als Kolben wirkt, mit einer in Ausschaltrichtung wirkenden Kraft beaufschlagt. Er wird dadurch gegen die Ausschaltrichtung bewegt und aus der Kontakttulpe 1 gedrückt, wobei er einen Lichtbogen zieht. Durch das in den Lichtbogenraum 5 nachströmende Löschgas wird dieser Lichtbogen von vornherein stark beblasen, doch wird dies in der Regel für eine Löschung noch nicht genügen. Das Löschgas strömt in das Heizvolumen 13, wo es durch den Lichtbogen stark aufgeheizt wird und der Druck entsprechend ansteigt. Nachdem der Schaltstift 3 auch den Auspuff 9 zum Auspuffvolumen 8 freigegeben hat, entlädt sich, insbesondere bei einem Nulldurchgang, der im Heizvolumen 13 herrschende Druck durch eine starke Gasströmung über den Lichtbogenraum 5 und den Auspuff 9 in das Auspuffvolumen 8, z. T. auch durch die Blasöffnung 7 in das Druckvolumen 6. Dadurch wird der Lichtbogen kräftig beblasen und gelöscht.To trigger a shutdown, turn for example, if a fault current occurs, the one exceeds certain threshold, the charge 10 ignited. This in turn leads to a rapid build-up of pressure in the Pressure chamber 6, which is the switching pin 3, which at the same time as Piston acts with a force acting in the switch-off direction acted upon. As a result, it is against the switch-off direction moved and pressed out of the contact tulip 1, one Arc draws. In the arc room 5 Extinguishing gas flowing in becomes this arc from the outset blown heavily, but this is usually for one Deletion is not enough. The extinguishing gas flows into it Heating volume 13, where it is strongly heated by the arc and the pressure rises accordingly. After the Switch pin 3 also the exhaust 9 to the exhaust volume 8 released, discharges itself, especially with one Zero crossing, the pressure prevailing in the heating volume 13 a strong gas flow over the arc space 5 and Exhaust 9 in the exhaust volume 8, e.g. T. also by the Blow opening 7 in the pressure volume 6. This is the Blow out the arc vigorously and extinguish it.

Im Rahmen der Erfindung sind viele Abwandlungen der beschriebenen Ausführungen möglich. So können etwa mehrere Druckräume mit Ladungen vorgesehen sein, die z. B. in vorgesehenen zeitlichen Abständen oder auch in Abhängigkeit von der Position des Schaltstiftes gezündet werden. Wie bereits angedeutet, ist auch eine Kombination mit einer konventionellen Vorrichtung zur Beblasung möglich, die etwa bei geringeren Stromstärken genügt und eine Zündung von Ladungen nur bei grossen Fehlerströmen erforderlich macht. Within the scope of the invention, many modifications of the described versions possible. So several can Pressure rooms with charges can be provided, the z. B. in scheduled intervals or depending be ignited from the position of the switch pin. How already indicated is also a combination with one conventional device for blowing that possible at lower currents, an ignition of Charges only necessary with large fault currents.

Der Druckraum kann jeweils auch verhältnismässig klein und von der Ladung vollständig ausgefüllt sein. Bei der Abbrandschaltanordnung gemäss der dritten Ausführungsform kann auf das Heizvolumen verzichtet werden, falls die Ladung so bemessen ist, dass die bei der Zündung derselben erzeugte Löschgasströmung für die Löschung des Lichtbogens sicher ausreicht.The pressure chamber can also be relatively small and be completely filled by the cargo. In the Burn-up switching arrangement according to the third embodiment the heating volume can be dispensed with if the load is so dimensioned that the one generated when it is ignited Extinguishing gas flow for quenching the arc safely is sufficient.

Es können auch mechanische Vorrichtungen zum automatischen Ersetzen verbrauchter Ladungen durch neue vorgesehen werden, wie dies z. B. aus der US-A-4 617 436 bekannt ist. Zur Einschaltung kann ein einfacher mechanischer Antrieb vorgesehen sein oder, wenn mit dem erfindungsgemässen Leistungsschalter ein weiterer Schalter oder Trenner in Reihe liegt, eine Rückstellfeder, die den Schaltstift nach einer Ausschaltung gleich wieder in Einschaltstellung bringt.Mechanical devices for automatic Replacement of used loads with new ones like this B. is known from US-A-4 617 436. For Switching on can be a simple mechanical drive be provided or if with the inventive Circuit breaker another switch or disconnector in Row is a return spring that follows the switching pin a switch off immediately in the switch-on position brings.

BezugszeichenlisteReference list

11
KontakttulpeContact tulip
22nd
SchaltachseShift axis
33rd
SchaltstiftSwitching pin
44th
GleittulpeSliding tulip
55
LichtbogenraumArcing room
66
DruckraumPressure room
77
BlasöffnungBlow opening
8; 8a,b8th; 8a, b
AuspuffvoluminaExhaust volumes
9; 9a,b9; 9a, b
AuspuffeExhausts
1010th
Ladungcharge
1111
Zylinder cylinder
1212th
Kolbenpiston
1313
HeizvolumenHeating volume

Claims (14)

Leistungsschalter mit mindestens einer Abbrandschaltanordnung, welche ein erstes Schaltstück und ein relativ zu demselben längs einer Schaltachse (2) zwischen einer Einschaltstellung, in welcher es das erste Schaltstück berührt und einer Ausschaltstellung, in welcher es von demselben in axialer Richtung beabstandet ist und einen zwischen den Schaltstücken liegenden Lichtbogenraum (5) freigibt, umstellbares zweites Schaltstück umfasst, mit mindestens einem Auspuff (9; 9a, 9b), über welchen der Lichtbogenraum mit mindestens einem Auspuffvolumen (8; 8a, 8b) verbunden ist sowie mit mindestens einem Druckraum (6), welcher über den Lichtbogenraum (5) mit dem mindestens einen Auspuff (9; 9a, 9b) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass im mindestens einen Druckraum (6) mindestens eine bei einer Ausschaltung zündbare Ladung (10) eines Explosivstoffs angeordnet ist, der bei der Explosion mindestens zum Teil in Löschgas umgesetzt wird.Circuit breaker with at least one erosion switching arrangement, which has a first contact piece and one relative to the same along a switching axis (2) between a switch-on position in which it contacts the first switch piece and a switch-off position in which it is spaced axially from the same and one between the Releases arcing chamber (5), includes switchable second switching element, with at least one exhaust (9; 9a, 9b), via which the arcing chamber is connected to at least one exhaust volume (8; 8a, 8b) and with at least one pressure chamber (6) , which is connected to the at least one exhaust (9; 9a, 9b) via the arc space (5), characterized in that at least one charge (10) of an explosive, which can be ignited when switched off, is arranged in the at least one pressure space (6) is at least partially converted into extinguishing gas during the explosion. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ladung (10) innerhalb von höchstens 50 ms nach der Zündung abbrennt.Circuit breaker according to claim 1, characterized in that the at least one charge (10) burns within a maximum of 50 ms after the ignition. Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Explosivstoff zu mindestens 0,2 l/g in Gas umgesetzt wird. Circuit breaker according to claim 1 or 2, characterized in that the explosive is converted to at least 0.2 l / g in gas. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschgas mindestens überwiegend aus Stickstoff besteht.Circuit breaker according to one of claims 1 to 3, characterized in that the quenching gas consists at least predominantly of nitrogen. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Druckraum (6) von der mindestens einen Ladung (10) nur zum Teil ausgefüllt wird.Circuit breaker according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one pressure chamber (6) is only partially filled by the at least one charge (10). Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens einen Kolben (12) aufweist, auf welchen bei Explosion der mindestens einen Ladung (10) in mindestens einem Druckraum (6) zur Beaufschlagung des zweiten Schaltstücks mit einer in Ausschaltrichtung wirkenden Kraft Gas aus dem Druckraum (6) einwirkt.Circuit breaker according to one of Claims 1 to 5, characterized in that it has at least one piston (12), on which the at least one charge (10) explodes in at least one pressure chamber (6) to act upon the second switching element with one acting in the opening direction Force gas from the pressure chamber (6) acts. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kolben (12) in einem Zylinder (11), welcher mit dem Druckraum (6) verbunden ist, verschieblich angeordnet ist.Circuit breaker according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one piston (12) is displaceably arranged in a cylinder (11) which is connected to the pressure chamber (6). Leistungsschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zylinder (11) vom zweiten Schaltstück beabstandet parallel zur Schaltachse (2) angeordnet ist.Circuit breaker according to claim 7, characterized in that the at least one cylinder (11) is arranged at a distance from the second contact piece parallel to the switching axis (2). Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Druckraum (6) den Lichtbogenraum (5) ringförmig umgibt und eine gegen denselben gerichtete Blasöffnung (7) aufweist. Circuit breaker according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one pressure chamber (6) surrounds the arc chamber (5) in a ring shape and has a blowing opening (7) directed towards the same. Leistungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltstück als Schaltstift (3) ausgebildet ist, der zugleich als Kolben wirkt, indem seine Spitze im Einschaltzustand in eine Blasöffnung (7), welche den Lichtbogenraum (5) mit mindestens einem Druckraum (6) verbindet, ragt und deren Querschnitt mindestens annähernd ausfüllt.Circuit breaker according to Claim 6, characterized in that the second switching element is designed as a switching pin (3) which at the same time acts as a piston by, in the switched-on state, its tip in a blowing opening (7) which connects the arc chamber (5) with at least one pressure chamber (6 ) connects, protrudes and at least approximately fills their cross-section. Leistungsschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Druckraum (6) in Einschaltrichtung an den Lichtbogenraum (5) anschliessend angeordnet ist.Circuit breaker according to Claim 10, characterized in that the at least one pressure chamber (6) is arranged adjoining the arc chamber (5) in the switch-on direction. Leistungsschalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Heizvolumen (13) seitlich des Lichtbogenraums (5) angeordnet und gegen denselben offen ist.Circuit breaker according to claim 11, characterized in that at least one heating volume (13) is arranged to the side of the arc space (5) and is open to the same. Leistungsschalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizvolumen (13) den Lichtbogenraum (5) ringförmig umgibt.Circuit breaker according to claim 12, characterized in that the heating volume (13) surrounds the arc space (5) in a ring. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zündbare Ladung (10) schichtweise aufgebaut ist, wobei zwischen den einzelnen Schichten verdampfbares elektrisch isolierendes Material vorgesehen ist.Circuit breaker according to claim 1, characterized in that the at least one ignitable charge (10) is built up in layers, with evaporable, electrically insulating material being provided between the individual layers.
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