EP1107272A2 - Hybrid circuit breaker - Google Patents
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- EP1107272A2 EP1107272A2 EP00811069A EP00811069A EP1107272A2 EP 1107272 A2 EP1107272 A2 EP 1107272A2 EP 00811069 A EP00811069 A EP 00811069A EP 00811069 A EP00811069 A EP 00811069A EP 1107272 A2 EP1107272 A2 EP 1107272A2
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- circuit breaker
- hybrid circuit
- chamber
- quenching
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- 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
- H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
- H01H33/66—Vacuum switches
- H01H33/666—Operating arrangements
- H01H33/6661—Combination with other type of switch, e.g. for load break switches
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
- H01H33/02—Details
- H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
- H01H33/14—Multiple main contacts for the purpose of dividing the current through, or potential drop along, the arc
- H01H33/143—Multiple main contacts for the purpose of dividing the current through, or potential drop along, the arc of different construction or type
Definitions
- the invention is based on a hybrid circuit breaker according to the preamble of claim 1.
- a hybrid circuit breaker is known from the document EP 0 847 586 B1, which can be used in an electrical high-voltage network.
- This hybrid circuit breaker has two quenching chambers connected in series, of which a first is filled with SF 6 gas as the quenching and insulating medium, and a second is designed as a vacuum interrupter.
- the second quenching chamber is surrounded by SF 6 gas.
- the main contacts of the two quenching chambers are actuated simultaneously via a lever mechanism by a common drive.
- Both quenching chambers have a power current path in which the main contacts which are resistant to erosion lie, and in parallel a nominal current path, this nominal current path having only a single point of interruption.
- the rated current path is always interrupted first, after which the current to be switched off commutates to the power current path. The power current path then continues the current until it is definitely switched off.
- This hybrid circuit breaker burns when it is switched off Arcs that always occur in the vacuum interrupter, for example during the same period of time as in the gas-filled first Extinguishing chamber, which means that the main contacts of the Vacuum interrupter of a comparatively high and long continuous current load and associated with a high Wear are subject to what is comparatively common Requires revision work, whereby the Availability of the hybrid circuit breaker is limited.
- This hybrid circuit breaker needs a comparatively high drive energy since, depending on that in the gas-filled first switching chamber used switching principle, the drive entirely or partially that for intensive blowing of the arc must generate the necessary high gas pressure. Such a special one powerful drive is comparatively expensive.
- the first With this hybrid circuit breaker, the first becomes steep Rise in recurring voltage essentially from that second quenching chamber designed as a vacuum interrupter held.
- the consolidation of the extinguishing section of the first The extinguishing chamber can therefore be relatively slow here done, which means that the blowing is the first Extinguishing chamber may be much less intense than in conventional circuit breakers.
- the pressurized for blowing the arc Gases therefore have to use considerably less energy.
- the advantages achieved by the invention are there too see that the hybrid circuit breaker at the same Power switching capacity with a much weaker and so that cheaper drive can be equipped.
- the hybrid circuit breaker is in series with at least two switched, from a common drive or from separate Actuators operated with different extinguishing media filled quenching chambers, the quenching and Isoliermedium the first arcing chamber, the second arcing chamber isolating surrounds.
- Means are provided, which at Switching off a technically meaningful voltage distribution ensure via the two quenching chambers.
- means provided that a time when switching off Advance the movement of the first arcing chamber in relation to the Ensure movement of the second arcing chamber.
- the extinguishing and insulating medium of A gas or a gas mixture is used in the first quenching chamber.
- At least one vacuum interrupter is used as the second quenching chamber intended.
- For the second arcing chamber can also other switching principles are used.
- Embodiments of this hybrid circuit breaker 1 show a very simplified first Embodiment of a hybrid circuit breaker 1 in switched on state.
- This hybrid circuit breaker 1 has two arcing chambers 2 and 3 connected in series, the mounted here extends along a common longitudinal axis 4 and are arranged concentrically to this. It is quite possible, the extinguishing chambers 2 and 3 in others Embodiments of this hybrid circuit breaker 1 different, angled longitudinal axes to arrange. It is even conceivable that the variant with angled longitudinal axes, these longitudinal axes not only in on one level or in two arranged parallel to each other Levels lie, but also that these levels are below cut at a constructively sensible angle.
- the hybrid circuit breaker 1 is not one shown drive via a drive linkage 5, which electrically insulating material is driven.
- a conventional energy storage drive can be provided for the drive become.
- This variant is as particularly economical to look at and also makes it possible it, with simple means the contact speeds of the Hybrid circuit breaker 1 to the particular one adapt operational requirements.
- a gear 6 is arranged, which the movements of the two quenching chambers 2 and 3 with each other linked and the movements are technically meaningful coordinated.
- the drive linkage 5 is one of the quenching chambers 2 and 3 of the support isolator 7 carrying the hybrid circuit breaker 1 protected against environmental influences.
- the post insulator 7 is pressure-tight on the ground side with the drive, not shown connected, on the extinguishing chamber side it is connected to a metallic one Provided flange 8 with a first metallic Connection flange 9 is screwed.
- Via the connection flange 9 is the drive side of the arcing chamber 2 with the electrical network connected.
- With the connecting flange 9 a first end flange 10 of an arcing chamber housing 11 screwed.
- the arcing chamber housing 11 is cylindrical, designed pressure-tight and electrically insulating, it extends along the longitudinal axis 4 and surrounds the two Arcing chambers 2 and 3 and the transmission 6. Das The arcing chamber housing 11 faces the first end flange 10 opposite side a second metallic end flange 12 with a second metallic connection flange 13 is screwed. About the connecting flange 13 is the Drive facing away from the extinguishing chamber 3 with the electrical network connected. Between the end flange 12 and the connecting flange 13 becomes a metallic support plate 14 held.
- the connecting flange 9 is rigid and electrically conductive connected to the cylindrical metallic Support tube 15, which is arranged concentrically to the longitudinal axis 4 is.
- the support tube 15 has openings, not shown, the gas exchange between the interior of the support tube 15 and serve the remaining quenching chamber volume.
- the drive side inner part of the support tube 15 serves as a guide for a Guide part 16, which is connected to the drive linkage 5 is and this supports against the support tube 15.
- the Guide part 16 is designed so that it the stroke h1 of Drive linkage 5 limited when the hybrid circuit breaker 1 is in the off position.
- the drive linkage 5 is front with a metallic Contact tube 17 connected, which is a first movable Power contact of the first arcing chamber 2 represents.
- the Shaft of the contact tube 17 has openings, not shown on the gas exchange between the inside of the Contact tube 17 and the interior of the support tube 15 serve.
- the Contact tube 17 is on the side facing away from the drive resilient erosion fingers 18 which are tulip-shaped are arranged. Enclose the erosion fingers 18 and contact a metal burn pin 19.
- the Burn-off pin 19 is axial in the center of the arcing chamber 2 extends and axially movable. The burn pin 19 always moves opposite to the direction of movement of the Contact tube 17.
- the erosion pin 19 represents the second movable power contact of the first arcing chamber 2.
- the support tube 15 has on the side facing away from the drive a taper 20 and a guide section 21 that the Contact tube 17 leads.
- the guide section 21 is on the inside Provided spiral contacts, not shown, the flawless current transfer from the support tube 15 to the Allow contact tube 17.
- the nozzle holder 22 encloses a compression volume 24.
- the compression volume 24 is driven by a Check valve 25 completed by the Leadership 21 is held.
- the check valve 25 has a valve disc 26, which at an overpressure in Compression volume 24 in the exit of the compressed gas the common for the two quenching chambers 2 and 3 Extinguishing chamber volume 27 prevented.
- Check valve 28 is provided, the valve disc 29 at an overpressure in the compression volume 24 the exit of the compressed gas from this compression volume 24 allowed.
- nozzle holder 22 In the nozzle holder 22 is facing away from the drive Side an insulating nozzle 30 held.
- the insulating nozzle 30 is arranged concentrically around the erosion pin 19.
- the Contact tube 17, the nozzle holder 22 and the insulating nozzle 30 form a one-piece assembly.
- the nozzle narrow is arranged immediately in front of the erosion fingers 18 and the Insulating nozzle 30 opens into the erosion fingers 18 opposite direction.
- the nozzle holder 22 points to the On the outside, a thickening 31 designed as a contact point on. On this thickening 31 are switched on State of the arcing chamber 2 sliding contacts 32 on.
- This Sliding contacts 32 are connected to a cylindrical trained metallic housing 33, which by a stationary metal guide member 34 held becomes.
- the holding disc 37 can, however, also consist of one Metal be made if the dielectric conditions in allow this area.
- This washer 37 is one Rack 38 screwed in, which is parallel to the longitudinal axis 4 extends and which operates the transmission 6.
- the rack 38 is in engagement with two gears 39 and 40, it will by a support roller 41 against these gears 39 and 40 pressed.
- In the shaft of the by the guide member 34th guided burn pin 19 is a toothed groove embedded, in which the gear 39 engages.
- Another Support roller 42 presses the shaft of the erosion pin 19 against that Gear 39.
- the gear 40 actuates one with it movably coupled lever 43 the second arcing chamber 3.
- the Lever 43 is coupled to the connecting part 44, which electrically conductive with the movable contact 36 of the second Arcing chamber 3 is connected.
- the second arcing chamber 3 is shown here schematically as Vacuum interrupter shown.
- the arcing chamber 3 is from insulating medium, which is the common quenching chamber volume 27 fills, surround.
- the arcing chamber 3 has a fixed one Contact 45 on the electrically conductive with the support plate 14 connected is.
- the support plate 14 is used to fix the Extinguishing chamber 3.
- the extinguishing chamber 3 has an insulating housing 46 on the inside of the arcing chamber 3 from Extinguish chamber volume 27 pressure-tight. Here it is Insulating housing 46 shown partially cut away.
- the wall of the insulating housing 46 is covered with a resistance coating 47 provided. This, for those necessary when switching off Control the distribution of the recurring voltage across the Resistance coating 47 provided in both arcing chambers 2 and 3 can be on the inner or outer surface of the Insulating housing 46 may be applied. Through this cheap, very space-saving design of the resistance covering 47 the dimensions of the second arcing chamber 3 can be advantageous be kept small.
- the ohmic resistance of the Resistance coating 47 is in the range between 10 k ⁇ and 500 k ⁇ , the resistance value of 100 k ⁇ proven.
- FIG. 3 shows an embodiment of the second arcing chamber 3, which is designed here as a vacuum interrupter, in strong simplified representation.
- This vacuum interrupter is with a cylindrical, electrically conductive Screen 49 provided, the switching residues of the Insulating housing 46 or keeps away from the resistance covering 47.
- the Shield 49 is connected by means of an electrically conductive bridge 50 the potential center of the resistance coating 47 connected, it lies on it when it is switched off Potential.
- the contacting of the bridge 50 with the Resistance coating 47 is carried out by means of a Resistance coating 47 applied conductive varnish.
- the resistance coating 47 can be in strips on the inner or outer surface of the insulating housing 46 applied , but it can also cover the entire surface with the Resistance coating 47 may be coated.
- the resistance covering 47 here has a matrix made of epoxy resin on, in which, evenly distributed, soot and spherical Glass particles are stored.
- the soot serves as an electric one Head, with the amount of soot added, the Resistance value of the resistance coating 47 set.
- the spherical glass particles serve as filler, they have the Task, the coefficient of expansion of the resistance coating 47th to match that of the insulating case 46 to avoid that the thermal expansion occurs Resistance coating 47 detaches from the insulating housing 46.
- the Resistance covering 47 can be prefabricated and then in that Insulating housing 46 glued in or glued on the outside, but it can also be used as a paste on the respective surface of the Insulated housing 46 are applied and then cured, being very good on the material of the insulating housing 46 is liable.
- the insulating housing 46 used here is made of one Ceramic material made, but there are also others Insulating materials imaginable. During the curing process then the insulating housing 46 is also heated.
- the one used for the matrix of the resistance coating 47 Casting resin can be one of the groups of anhydride hardened Epoxy resins, unsaturated polyester resins, acrylic resins and the polyurethane resins. But it is also possible an electrically conductive silicone resin with accordingly conductivity set as resistance coating 47 to use.
- the spherical fillers Glass particles have a diameter of 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, with a good average distribution in the range between 10 ⁇ m and 30 ⁇ m. Spherical glass particles are advantageous used that already coated with an adhesion promoter are, because then the connection between the cast resin matrix and the spherical glass particles is particularly intimate, so that a very homogeneous resistance coating 47 is formed. In Combination with the spherical glass particles or without these are other mineral and other inorganic Fillers can be used.
- the common quenching chamber volume 27 is filled with an electrically insulating, electronegative gas or gas mixture which serves both as the quenching medium for the first quenching chamber 2 and as the insulating medium.
- the filling pressure is in the range from 3 bar to 22 bar, preferably 9 bar filling pressure is provided.
- Pure SF 6 gas or a mixture of N 2 gas with SF 6 gas is used as the extinguishing and insulating medium.
- the hybrid circuit breaker 1 When switched on, the hybrid circuit breaker 1 the current via the following, referred to as the nominal current path Current path: connecting flange 9, support tube 15, nozzle holder 22, Housing 33, guide part 34, line of action 35, connecting part 44, movable contact 36, fixed contact 45, Support plate 14 and connecting flange 13.
- the hybrid circuit breaker 1 must be designed for comparatively high nominal currents, also parallel to the second quenching chamber 3, a separate, for high nominal currents to provide suitable nominal current path.
- the drive moves that Contact tube 17 and with this the insulating nozzle 30 to the left.
- the erosion pin 19 moves simultaneously with this movement driven by the rack 38 via the gear 39, in opposite direction to the right while the housing 33 and the guide member 34 remain stationary.
- the Thickening 31 of the nozzle holder 22 from the Has separated sliding contacts 32 of the housing 33 is the above specified nominal current path is interrupted and the one to be switched off Current now commutates to the one inside Power track.
- the power current path carries out following switch parts: connecting flange 9, support tube 15, Guide section 21, contact tube 17, erosion pin 19, Guide part 34, line of action 35, connecting part 44, movable contact 36, fixed contact 45, support plate 14 and connecting flange 13.
- T v (t Libo min - t 1 ) ms.
- t Libo min is the minimum possible arc time in ms for the gas-blown extinguishing chamber 2, which is determined by the network data of the respective place of use of the hybrid circuit breaker 1 and the properties of the hybrid circuit breaker 1, for example by its own time.
- the time t 1 is in the range from 2 ms to 4 ms.
- This time delay T v is forcibly generated by the transmission 6.
- the second arcing chamber 3 also has a much smaller stroke h2 than the arcing chamber 2, as can be seen from FIG.
- the check valve 25 prevents leakage of the compressed gas on that facing away from the insulating nozzle 30 Side of the compression volume 24 in the common Arcing chamber volume 27. Flow through the check valve 28 already a comparatively small amount of the compressed Gases in the arc room 48, if there are Allow pressure ratios.
- the diameter of the throat the insulating nozzle 30, the diameter of the erosion pin 19, the at the beginning of the switch-off movement a substantial part this nozzle event, and also the outflow cross section through the erosion fingers 18, closes, and the inner diameter of the contact tube 17 are coordinated so that always enough gas or gas during the blowing of the arc Mixture of non-ionized and ionized gas from the Arc space 48 is discharged, so that there is only one in Compared to conventional circuit breakers essential can build up smaller gas pressure.
- the level of this gas pressure is determined so that the outflow velocity from the Arc space 48 generally in the area below the Sound limit.
- check valve 28 prevents the heated and pressurized gas flows into the compression volume 24 and can be saved there.
- the heated and pressurized gas instead flows through the Interior of the contact tube 17 and the other through the Isolating nozzle 30 into the common quench chamber volume 27. Die
- blowing of the arc only begins if the intensity of the arc and thus the pressure in the Arc space 48 has subsided to the extent that Check valve 28 can open, i.e. the pressure in Compression volume 24 is then higher than the pressure in the Arc room 48.
- the extinguishing and insulating medium also flows into this case during the blowing of the arc with a Flow rate in the area below the Speed of sound lies.
- the hybrid circuit breaker 1 is the arc space 48 of the first arcing chamber 2 is designed in such a way that there is very little dead volume, so none noteworthy storage of the arc itself pressurized gas can occur, and as a result no noteworthy support for the blowing of the arc done by self-generated pressurized gas, because only in this way is it possible to determine a flow velocity in the Subsonic area when blowing the arc too guarantee.
- the extinguishing chambers 2 and 3 have extinguished the arc, occurs between the erosion fingers 18 and the erosion pin 19 the extinguishing chamber 2, or between the movable contact 36 and the fixed contact 45 arcing chamber 3 each Part of the recurring tension.
- the switching distance of the Vacuum interrupter solidifies immediately after Always delete faster than the switching distance of one Gas switch, so that the vacuum interrupter at the beginning of the steep increase in recurring voltage the larger Will take part of this tension.
- the division of the recurring voltage on two connected in series Extinguishing chambers is usually due to the own capacities of the determined both quenching chambers.
- the comparatively high resistance of the resistance coating 47 which is arranged parallel to the second arcing chamber 3, precisely defined that the division of the recurring voltage on the two quenching chambers 2 and 3 in such a way that the larger part of the recurring voltage is applied to the second arcing chamber 3. Only then takes place in the further course of the switch-off process the first quenching chamber 2 the majority of the recurring voltage, which then the hybrid circuit breaker 1 applied in total. When the Hybrid circuit breaker 1 holds the first arcing chamber 2 predominant part of the applied voltage. In the Interpretation of this ohmic voltage control is based on it paid attention to the fact that in the second quenching chamber 3 in the increase of recurring voltage no reignitions occur can.
- the hybrid circuit breaker 1 is in shown switched off state.
- the Hybrid circuit breaker 1 When turning on the Hybrid circuit breaker 1 always closes the second one first Extinguishing chamber 3, namely without current being applied. This Advance in time is ensured by the gear 6. Only move after the second arcing chamber 3 is closed the two moving contacts of the power track the first arcing chamber 2 towards each other. If the Appropriate pre-ignition distance is reached Starting arc and closes the circuit. The two movable contacts of the power circuit Arcing chamber 2 continue to move towards each other until they move to contact. Only then is the nominal current path closed and takes over the further flow of current through the arcing chamber 2. The two movable contacts of the power track Fire chamber 2 move a little further until they have finally reached the final switch-on position.
- a compression volume 24 for the generation of the for Blowing the arc of the necessary pressurized gas As the first quenching chamber 2, apart from the one described, a compression volume 24 for the generation of the for Blowing the arc of the necessary pressurized gas provided embodiment, further embodiments are used, such as: an extinguishing chamber with a separate-n storage volume for storing the through Arc support generated gas portion, which with the Compression volume interacts, or with an arcing chamber an only partially compressible storage volume for the Storage of the generated by arc support Gas fraction, or an extinguishing chamber with only a partial compressible blowing volume at which the pressurized Gas is generated entirely without arc support.
- Hybrid circuit breaker 1 is the second arcing chamber 3 at Switch off also in relation to the first arcing chamber 2 opened with a time delay and when switched on closed temporarily, as already described. Furthermore, any of those described here Embodiments of the driving forces when switching off a differential piston are additionally supported. By this measure can easily meet the need mechanical drive energy further reduced and the drive be further reduced.
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem Hybridleistungsschalter
gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a hybrid circuit breaker
according to the preamble of
Aus der Schrift EP 0 847 586 B1 ist ein Hybridleistungsschalter bekannt, der in einem elektrischen Hochspannungsnetz eingesetzt werden kann. Dieser Hybridleistungsschalter weist zwei in Reihe geschaltete Löschkammern auf, von denen eine erste mit SF6-Gas als Lösch-und Isoliermedium gefüllt ist, und eine zweite als Vakuumschaltkammer ausgebildet ist. Die zweite Löschkammer ist aussen von SF6-Gas umgeben. Die Hauptkontakte der beiden Löschkammern werden über ein Hebelgetriebe von einem gemeinsamen Antrieb simultan betätigt. Beide Löschkammern weisen eine Leistungsstrombahn, in welcher die abbrandfesten Hauptkontakte liegen, und parallel dazu eine Nennstrombahn auf, wobei diese Nennstrombahn nur eine einzige Unterbrechungsstelle aufweist. Beim Ausschalten wird stets zuerst die Nennstrombahn unterbrochen, worauf der abzuschaltende Strom auf die Leistungsstrombahn kommutiert. Die Leistungsstrombahn führt dann den Strom weiter bis zu dessen definitiver Abschaltung. A hybrid circuit breaker is known from the document EP 0 847 586 B1, which can be used in an electrical high-voltage network. This hybrid circuit breaker has two quenching chambers connected in series, of which a first is filled with SF 6 gas as the quenching and insulating medium, and a second is designed as a vacuum interrupter. The second quenching chamber is surrounded by SF 6 gas. The main contacts of the two quenching chambers are actuated simultaneously via a lever mechanism by a common drive. Both quenching chambers have a power current path in which the main contacts which are resistant to erosion lie, and in parallel a nominal current path, this nominal current path having only a single point of interruption. When switching off, the rated current path is always interrupted first, after which the current to be switched off commutates to the power current path. The power current path then continues the current until it is definitely switched off.
Bei diesem Hybridleistungsschalter brennt der beim Abschalten stets auftretende Lichtbogen in der Vakuumschaltkammer etwa während der gleichen Zeitdauer wie in der gasgefüllten ersten Löschkammer, was zur Folge hat, dass die Hauptkontakte der Vakuumschaltkammer einer vergleichsweise hohen und lange andauernden Strombelastung und damit verbunden einer hohen Abnutzung unterworfen sind, was vergleichsweise häufig Revisionsarbeiten erforderlich macht, wodurch die Verfügbarkeit des Hybridleistungsschalters eingeschränkt wird. Dieser Hybridleistungsschalter benötigt eine vergleichsweise hohe Antriebsenergie, da, je nach dem in der gasgefüllten ersten Löschkammer verwendeten Schaltprinzip, der Antrieb ganz oder teilweise den für die intensive Beblasung des Lichtbogens nötigen hohen Gasdruck erzeugen muss. Ein derartiger besonders kräftig ausgelegter Antrieb ist vergleichsweise teuer.This hybrid circuit breaker burns when it is switched off Arcs that always occur in the vacuum interrupter, for example during the same period of time as in the gas-filled first Extinguishing chamber, which means that the main contacts of the Vacuum interrupter of a comparatively high and long continuous current load and associated with a high Wear are subject to what is comparatively common Requires revision work, whereby the Availability of the hybrid circuit breaker is limited. This hybrid circuit breaker needs a comparatively high drive energy since, depending on that in the gas-filled first switching chamber used switching principle, the drive entirely or partially that for intensive blowing of the arc must generate the necessary high gas pressure. Such a special one powerful drive is comparatively expensive.
Nach dem Erlöschen des Lichtbogens verteilt sich die über diesem Hybridleistungsschalter auftretende wiederkehrende Spannung entsprechend der Eigenkapazitäten der beiden Löschkammern auf diese Löschkammern auf. Dies hat zur Folge, dass die zweite, als Vakuumschaltkammer ausgebildete, Löschkammer mit einem zu grossen Anteil der wiederkehrenden Spannung beaufschlagt wird, sodass diese zweite Löschkammer im Anstieg der wiederkehrenden Spannung durchzündet. Dieses Durchzünden kann bei einer Ausschaltung mehrmals auftreten. Das Durchzünden kann unerwünschte Schwingungsvorgänge im Hochspannungsnetz auslösen verbunden mit unerwünschten Spannungsanstiegen. Zudem werden durch das Durchzünden die Abbrandkontakte der Vakuumschaltkammer zusätzlich beansprucht, sodass ihre Lebensdauer verkürzt wird.After the arc is extinguished, it spreads over this recurring hybrid circuit breaker Voltage according to the capacities of the two Extinguishing chambers on these extinguishing chambers. As a consequence, that the second, designed as a vacuum interrupter, Extinguishing chamber with too large a proportion of the recurring ones Voltage is applied so that this second quenching chamber in the Rise of recurring voltage ignites. This Ignition can occur several times when switched off. Ignition can cause unwanted vibrations in the Trigger high-voltage network associated with unwanted Voltage increases. In addition, by igniting the Burning contacts of the vacuum interrupter additionally stressed, so that their lifespan is shortened.
Aus der Offenlegungsschrift DE 3 131 271 A1 ist ein
Hybridschalter bekannt, bei dem die Spannungsverteilung über
die beiden Schaltkammern mittels einer Kapazität, die parallel
zur ersten, mit einem Gas isolierten und beblasenen
Schaltkammer, geschaltet ist, und mittels eines nichtlinearen
Widerstands, der parallel zur zweiten, als Vakuumschaltkammer
ausgebildeten Schaltkammer, geschaltet ist. Beim Anstieg der
wiederkehrenden Spannung unmittelbar nach der Unterbrechung
des Lichtbogens stellen diese beiden Bauelemente sicher, dass
zunächst die Vakuumschaltkammer mit dem grösseren Teil dieser
wiederkehrenden Spannung beaufschlagt wird und diesen hält.
Später übernimmt dann die erste Schaltkammer den grösseren
Anteil der anliegenden Spannung. Diese beiden Bauelemente für
die Steuerung der Spannungsverteilung benötigen ein
vergleichsweise grosses Volumen im Inneren des
Schaltergehäuses des Hybridschalters, sodass dieser ein
vergleichsweises grosses und infolgedessen auch teures
Schaltergehäuse benötigt.From the published
Die Erfindung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen Hybridleistungsschalter zu schaffen, der preisgünstig zu erstellen ist und der eine hohe Verfügbarkeit aufweist.The invention as set out in the independent claims is marked, solves the task one To create hybrid circuit breakers that are inexpensive too is created and has high availability.
Bei diesem Hybridleistungsschalter wird der erste steile Anstieg der wiederkehrenden Spannung im wesentlichen von der zweiten, als Vakuumschaltkammer ausgebildeten Löschkammer gehalten. Die Wiederverfestigung der Löschstrecke der ersten Löschkammer darf demnach hier vergleichsweise langsam erfolgen, was bedeutet, dass die Beblasung der ersten Löschkammer wesentlich weniger intensiv sein darf als bei herkömmlichen Leistungsschaltern. Für die Bereitstellung des für die Beblasung des Lichtbogens nötigen druckbeaufschlagten Gases muss also wesentlich weniger Energie aufgewendet werden. Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind darin zu sehen, dass der Hybridleistungsschalter bei gleichem Leistungsschaltvermögen mit einem wesentlich schwächeren und damit preisgünstigeren Antrieb ausgerüstet werden kann. Ferner sind die in diesem Hybridleistungsschalter in der ersten Löschkammer auftretenden Drücke wesentlich geringer als bei herkömmlichen Leistungsschaltern, sodass auch die Isolierrohre und die übrigen druckbeaufschlagten Teile für geringere Belastungen ausgelegt werden können, wodurch eine wirtschaftlichere Ausgestaltung des Hybridleistungsschalters möglich ist. Ferner wirkt es sich vorteilhaft aus, dass die Strömungsgeschwindigkeit des in der ersten Löschkammer den Lichtbogen kühlenden Gases wegen der hier benötigten wesentlich weniger intensiven Beblasung im Unterschallbereich liegen kann, da dadurch die Menge des für die Beblasung bereitzustellenden druckbeaufschlagten Gases vergleichsweise klein gehalten werden kann. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Abbrandkontakte der zweiten Löschkammer, die hier als Vakuumschaltkammer ausgebildet ist, wegen der kürzeren Dauer der Strombelastung beim Ausschalten und wegen des Vermeidens des wiederholten Durchzündens beim Anstieg der wiederkehrenden Spannung eine grössere Lebensdauer aufweisen, was eine vorteilhaft verbesserte betriebliche Verfügbarkeit des Hybridleistungsschalters zur Folge hat.With this hybrid circuit breaker, the first becomes steep Rise in recurring voltage essentially from that second quenching chamber designed as a vacuum interrupter held. The consolidation of the extinguishing section of the first The extinguishing chamber can therefore be relatively slow here done, which means that the blowing is the first Extinguishing chamber may be much less intense than in conventional circuit breakers. For the provision of the pressurized for blowing the arc Gases therefore have to use considerably less energy. The advantages achieved by the invention are there too see that the hybrid circuit breaker at the same Power switching capacity with a much weaker and so that cheaper drive can be equipped. Further are the ones in this hybrid circuit breaker in the first Extinguishing chamber pressures significantly lower than at conventional circuit breakers, so that the insulating tubes and the rest of the pressurized parts for less Loads can be designed, creating a more economical design of the hybrid circuit breaker is possible. It also has an advantageous effect that the Flow rate of the in the first quenching chamber Arc cooling gas because of the needed here significantly less intensive blowing in the subsonic area may lie as this will increase the amount of air used for blowing comparatively pressurized gas to be provided can be kept small. Another advantage is there too see that the fire contacts of the second arcing chamber, the here is designed as a vacuum interrupter, because of shorter duration of the current load when switching off and because avoiding repeated flare-ups when the recurring voltage have a longer service life, which is an advantageous improved operational availability of the hybrid circuit breaker.
Der Hybridleistungsschalter ist mit mindestens zwei in Reihe geschalteten, von einem gemeinsamen Antrieb oder von separaten Antrieben betätigten, mit unterschiedlichen Löschmedien gefüllten Löschkammern versehen, wobei das Lösch- und Isoliermedium der ersten Löschkammer die zweite Löschkammer isolierend umgibt. Es sind Mittel vorgesehen, welche beim Ausschaltvorgang eine technisch sinnvolle Spannungsverteilung über die beiden Löschkammern gewährleisten. Ferner sind Mittel vorgesehen, welche beim Ausschaltvorgang einen zeitlichen Vorlauf der Bewegung der ersten Löschkammer gegenüber der Bewegung der zweiten Löschkammer sicherstellen. Beim Einschaltvorgang schliesst die zweite Löschkammer stets vor der ersten Löschkammer. Als Lösch- und Isoliermedium der ersten Löschkammer wird ein Gas oder ein Gasgemisch verwendet. Als zweite Löschkammer ist mindestens eine Vakuumschaltkammer vorgesehen. Für die zweite Löschkammer können jedoch auch andere Schaltprinzipien eingesetzt werden.The hybrid circuit breaker is in series with at least two switched, from a common drive or from separate Actuators operated with different extinguishing media filled quenching chambers, the quenching and Isoliermedium the first arcing chamber, the second arcing chamber isolating surrounds. Means are provided, which at Switching off a technically meaningful voltage distribution ensure via the two quenching chambers. Furthermore, means provided that a time when switching off Advance the movement of the first arcing chamber in relation to the Ensure movement of the second arcing chamber. At the Switching on always closes the second quenching chamber the first arcing chamber. As the extinguishing and insulating medium of A gas or a gas mixture is used in the first quenching chamber. At least one vacuum interrupter is used as the second quenching chamber intended. For the second arcing chamber, however, can also other switching principles are used.
Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The further refinements of the invention are the subject of 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 achievable with it Advantages are shown below using the drawing, which represents only one possible way of execution, closer explained.
Es zeigen:
Bei allen Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind nicht dargestellt bzw. nicht beschrieben.In all figures, elements with the same effect are the same Provide reference numerals. All for immediate understanding Elements not required by the invention are not shown or not described.
Die Figur 1 zeigt eine stark vereinfacht dargestellte erste
Ausführungsform eines Hybridleistungsschalters 1 im
eingeschalteten Zustand. Dieser Hybridleistungsschalter 1
weist zwei in Reihe geschaltete Löschkammern 2 und 3 auf, die
hier entlang einer gemeinsamen Längsachse 4 erstreckt montiert
und konzentrisch zu dieser angeordnet sind. Es ist durchaus
möglich, die Löschkammern 2 und 3 bei anderen
Ausführungsformen dieses Hybridleistungsschalters 1 auf
verschiedenen, gegeneinander abgewinkelten Längsachsen
anzuordnen. Es ist sogar vorstellbar, dass bei der Variante
mit abgewinkelten Längsachsen diese Längsachsen nicht nur in
einer Ebene oder in zwei parallel zueinander angeordneten
Ebenen liegen, sondern auch, dass diese Ebenen sich unter
einem konstruktiv sinnvollen Winkel schneiden.1 shows a very simplified first
Embodiment of a
Der Hybridleistungsschalter 1 wird von einem nicht
dargestellten Antrieb über ein Antriebsgestänge 5, welches aus
elektrisch isolierendem Material besteht, angetrieben. Als
Antrieb kann ein herkömmlicher Kraftspeicherantrieb vorgesehen
werden. Es ist aber auch möglich, einen elektronisch
regelbaren Gleichstromantrieb ohne die Zwischenschaltung eines
Kraftspeichers einzusetzen. Diese Ausführungsvariante ist als
besonders wirtschaftlich anzusehen und zudem ermöglicht sie
es, mit einfachen Mitteln die Kontaktgeschwindigkeiten des
Hybridleistungsschalters 1 an die jeweiligen besonderen
betrieblichen Anforderungen anzupassen. Zwischen den beiden
Löschkammern 2 und 3 ist ein Getriebe 6 angeordnet, welches
die Bewegungen der beiden Löschkammern 2 und 3 miteinander
verknüpft und die Bewegungsabläufe technisch sinnvoll
aufeinander abstimmt.The
Das Antriebsgestänge 5 wird durch einen die Löschkammern 2 und
3 des Hybridleistungsschalters 1 tragenden Stützisolator 7
gegen Umwelteinflüsse geschützt. Der Stützisolator 7 ist
erdseitig druckdicht mit dem nicht dargestellten Antrieb
verbunden, löschkammerseitig ist er mit einem metallischen
Flansch 8 versehen, der mit einem ersten metallischen
Anschlussflansch 9 verschraubt ist. Über den Anschlussflansch
9 wird die Antriebsseite der Löschkammer 2 mit dem
elektrischen Netz verbunden. Mit dem Anschlussflansch 9 ist
ferner ein erster Endflansch 10 eines Löschkammergehäuses 11
verschraubt. Das Löschkammergehäuse 11 ist zylinderförmig,
druckdicht und elektrisch isolierend ausgebildet, es erstreckt
sich entlang der Längsachse 4 und umgibt die beiden
Löschkammern 2 und 3 und das Getriebe 6. Das
Löschkammergehäuse 11 weist auf der dem ersten Endflansch 10
gegenüberliegenden Seite einen zweiten metallischen Endflansch
12 auf, der mit einem zweiten metallischen Anschlussflansch 13
verschraubt ist. Über den Anschlussflansch 13 wird die dem
Antrieb abgewandte Seite der Löschkammer 3 mit dem
elektrischen Netz verbunden. Zwischen dem Endflansch 12 und
dem Anschlussflansch 13 wird eine metallische Tragplatte 14
gehalten.The
Der Anschlussflansch 9 ist starr und elektrisch leitend
verbunden mit dem zylindrisch ausgebildeten metallischen
Tragrohr 15, welches konzentrisch zur Längsachse 4 angeordnet
ist. Das Tragrohr 15 weist nicht dargestellte Öffnungen auf,
die dem Gasaustausch zwischen dem Inneren des Tragrohrs 15 und
dem übrigen Löschkammervolumen dienen. Der antriebsseitige
innere Teil des Tragrohrs 15 dient als Führung für ein
Führungsteil 16, welches mit dem Antriebsgestänge 5 verbunden
ist und dieses gegen das Tragrohr 15 abstützt. Das
Führungsteil 16 ist so ausgebildet, dass es den Hub h1 des
Antriebsgestänges 5 begrenzt, wenn der Hybridleistungsschalter
1 in Ausschaltstellung ist.The connecting
Das Antriebsgestänge 5 ist stirnseitig mit einem metallischen
Kontaktrohr 17 verbunden, welches einen ersten beweglichen
Leistungskontakt der ersten Löschkammer 2 darstellt. Der
Schaft des Kontaktrohrs 17 weist nicht dargestellte Öffnungen
auf, die dem Gasaustausch zwischen dem Inneren des
Kontaktrohrs 17 und dem Inneren des Tragrohrs 15 dienen. Das
Kontaktrohr 17 ist auf der dem Antrieb abgewandten Seite mit
federnden Abbrandfingern 18 versehen, die tulpenförmig
angeordnet sind. Die Abbrandfinger 18 umschliessen und
kontaktieren einen metallischen Abbrandstift 19. Der
Abbrandstift 19 ist im Zentrum der Löschkammer 2 axial
erstreckt und axial beweglich angeordnet. Der Abbrandstift 19
bewegt sich stets entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des
Kontaktrohrs 17. Der Abbrandstift 19 stellt den zweiten
beweglichen Leistungskontakt der ersten Löschkammer 2 dar.The
Das Tragrohr 15 weist auf der dem Antrieb abgewandten Seite
eine Verjüngung 20 auf und eine Führungspartie 21, die das
Kontaktrohr 17 führt. Die Führungspartie 21 ist innen mit
nicht dargestellten Spiralkontakten versehen, die den
einwandfreien Stromübergang vom Tragrohr 15 auf das
Kontaktrohr 17 ermöglichen. Auf der Verjüngung 20 gleitet
aussen eine metallische Düsenhalterung 22, die antriebsseitig
mit Gleitkontakten 23 ausgestattet ist, die einen
einwandfreien Stromübergang vom Tragrohr 15 auf die
Düsenhalterung 22 ermöglichen.The
Die Düsenhalterung 22 umschliesst ein Kompressionsvolumen 24.
Das Kompressionsvolumen 24 wird antriebsseitig durch ein
Rückschlagventil 25 abgeschlossen, welches durch die
Führungspartie 21 gehalten wird. Das Rückschlagventil 25 weist
eine Ventilscheibe 26 auf, die bei einem Überdruck im
Kompressionsvolumen 24 den Austritt des komprimierten Gases in
das für die beiden Löschkammern 2 und 3 gemeinsame
Löschkammervolumen 27 verhindert. Auf der entgegengesetzten
Seite des zylindrisch ausgebildeten Kompressionsvolumens 24
ist ein weiteres, in der Düsenhalterung 22 gehaltenes,
Rückschlagventil 28 vorgesehen, dessen Ventilscheibe 29 bei
einem Überdruck im Kompressionsvolumen 24 den Austritt des
komprimierten Gases aus diesem Kompressionsvolumen 24 erlaubt.The
In der Düsenhalterung 22 ist auf der dem Antrieb abgewandten
Seite eine Isolierdüse 30 gehalten. Die Isolierdüse 30 ist
konzentrisch um den Abbrandstift 19 angeordnet. Das
Kontaktrohr 17, die Düsenhalterung 22 und die Isolierdüse 30
bilden eine ei-nstückige Baugruppe. Das Düsenengnis ist
unmittelbar vor den Abbrandfingern 18 angeordnet und die
Isolierdüse 30 öffnet sich in die den Abbrandfingern 18
entgegengesetzte Richtung. Die Düsenhalterung 22 weist auf der
Aussenseite eine als Kontaktstelle ausgelegte Verdickung 31
auf. Auf dieser Verdickung 31 liegen im eingeschalteten
Zustand der Löschkammer 2 Gleitkontakte 32 auf. Diese
Gleitkontakte 32 sind verbunden mit einem zylindrisch
ausgebildeten metallischen Gehäuse 33, welches durch ein
ortsfest montiertes metallisches Führungsteil 34 gehalten
wird. In einer zentralen Bohrung des Führungsteils 34 sind
nicht dargestellte Gleitkontakte vorgesehen, die das
Führungsteil 34 mit dem Abbrandstift 19 elektrisch leitend
verbinden. Von dem Führungsteil 34 geht die Strombahn, wie
eine Wirkungslinie 35 andeutet, über ein Anschlussteil 44
weiter zum beweglichen Kontakt 36 der zweiten Löschkammer 3.In the
Auf der dem Antrieb abgewandten Seite der Isolierdüse 30 ist
an dieser eine elektrisch isolierende Haltescheibe 37 starr
befestigt. Die Haltescheibe 37 kann jedoch auch aus einem
Metall gefertigt sein, wenn die dielektrischen Verhältnisse in
diesem Bereich das zulassen. In diese Haltescheibe 37 ist eine
Zahnstange 38 eingeschraubt, die sich parallel zur Längsachse
4 erstreckt und die das Getriebe 6 betätigt. Die Zahnstange 38
steht mit zwei Zahnrädern 39 und 40 im Eingriff, sie wird
durch eine Stützrolle 41 gegen diese Zahnräder 39 und 40
gedrückt. In den Schaft des durch das Führungsteil 34
geführten Abbrandstifts 19 ist eine mit Zähnen versehene Nut
eingelassen, in welche das Zahnrad 39 eingreift. Eine weitere
Stützrolle 42 drückt den Schaft des Abbrandstifts 19 gegen das
Zahnrad 39. Das Zahnrad 40 betätigt über einen mit ihm
beweglich gekoppelten Hebel 43 die zweite Löschkammer 3. Der
Hebel 43 ist mit dem Anschlussteil 44 gekoppelt, welches
elektrisch leitend mit dem beweglichen Kontakt 36 der zweiten
Löschkammer 3 verbunden ist.On the side of the insulating nozzle 30 facing away from the drive
on this an electrically insulating holding plate 37 rigid
attached. The holding disc 37 can, however, also consist of one
Metal be made if the dielectric conditions in
allow this area. In this washer 37 is one
Die zweite Löschkammer 3 ist hier schematisch als
Vakuumschaltkammer dargestellt. Es ist beispielsweise möglich,
die Schaltstelle dieser Löschkammer 3 auch mittels anderer
Schaltprinzipien zu realisieren. Die Löschkammer 3 ist vom
isolierenden Medium, welches das gemeinsame Löschkammervolumen
27 füllt, umgeben. Die Löschkammer 3 weist einen feststehenden
Kontakt 45 auf, der mit der Tragplatte 14 elektrisch leitend
verbunden ist. Die Tragplatte 14 dient der Fixierung der
Löschkammer 3. Die Löschkammer 3 weist ein Isoliergehäuse 46
auf, welches das Innere der Löschkammer 3 vom
Löschkammervolumen 27 druckdicht abtrennt. Hier ist das
Isoliergehäuse 46 teilweise aufgeschnitten dargestellt.The
Die Wand des Isoliergehäuses 46 ist mit einem Widerstandsbelag
47 versehen. Dieser, für die beim Ausschalten notwendige
Steuerung der Verteilung der wiederkehrenden Spannung über den
beiden Löschkammern 2 und 3 vorgesehene, Widerstandsbelag 47
kann auf der inneren oder auf der äusseren Oberfläche des
Isoliergehäuses 46 aufgebracht sein. Durch diese günstige,
sehr platzsparende Ausgestaltung des Widerstandsbelags 47
können die Abmessungen der zweiten Löschkammer 3 vorteilhaft
klein gehalten werden. Der ohmsche Widerstand des
Widerstandsbelags 47 liegt hier im Bereich zwischen 10 kΩ und
500 kΩ, als besonders günstig hat sich der Widerstandswert von
100 kΩ erwiesen.The wall of the insulating
Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der zweiten Löschkammer
3, die hier als Vakuumschaltkammer ausgebildet ist, in stark
vereinfachter Darstellung. Diese Vakuumschaltkammer ist mit
einem zylinderförmig ausgebildeten, elektrisch leitenden
Schirm 49 versehen, der Schaltrückstände von dem
Isoliergehäuse 46 bzw. vom Widerstandsbelag 47 fernhält. Der
Schirm 49 ist mittels einer elektrisch leitenden Brücke 50 mit
der potentialmässigen Mitte des Widerstandsbelags 47
verbunden, er liegt beim Ausschalten definiert auf diesem
Potential. Die Kontaktierung der Brücke 50 mit dem
Widerstandsbelag 47 erfolgt mittels eines auf den
Widerstandsbelag 47 aufgetragenen Leitlacks. Es sind jedoch
auch Ausführungsvarianten ohne diese Brücke 50 vorstellbar.
Der Widerstandsbelag 47 kann streifenförmig auf der inneren
oder äusseren Oberfläche des Isoliergehäuses 46 aufgebracht
sein, es kann jedoch auch dessen gesamte Oberfläche mit dem
Widerstandsbelag 47 beschichtet sein.3 shows an embodiment of the
Der Widerstandsbelag 47 weist hier eine Matrix aus Epoxidharz
auf, in welche, gleichmässig verteilt, Russ und kugelförmige
Glaspartikel eingelagert sind. Der Russ dient als elektrischer
Leiter, mit der Menge des beigemischten Russes wird der
Widerstandswert des Widerstandsbelags 47 eingestellt. Die
kugelförmigen Glaspartikel dienen als Füllstoff, sie haben die
Aufgabe, den Ausdehnungskoeffizienten des Widerstandsbelags 47
demjenigen des Isoliergehäuses 46 anzugleichen, um zu
vermeiden, dass sich beim Auftreten von Wärmedehnungen der
Widerstandsbelag 47 vom Isoliergehäuse 46 ablöst. Der
Widerstandsbelag 47 kann vorgefertigt und dann in das
Isoliergehäuse 46 eingeklebt, bzw. aussen aufgeklebt werden,
er kann aber auch als Paste auf die jeweilige Oberfläche des
Isoliergehäuses 46 aufgetragen und danach ausgehärtet werden,
wobei er sehr gut auf dem Material des Isoliergehäuses 46
haftet. Das hier eingesetzte Isoliergehäuse 46 ist aus einem
Keramikmaterial gefertigt, es sind jedoch auch andere
Isoliermaterialien vorstellbar. Beim Aushärtungsvorgang wird
dann das Isoliergehäuse 46 mit erwärmt.The resistance covering 47 here has a matrix made of epoxy resin
on, in which, evenly distributed, soot and spherical
Glass particles are stored. The soot serves as an electric one
Head, with the amount of soot added, the
Resistance value of the
Das für die Matrix des Widerstandsbelags 47 verwendete
Giessharz kann aus einer der Gruppen der anhydridgehärteten
Epoxidharze, der ungesättigten Polyesterharze, der Acrylharze
und der Polyurethanharze stammen. Es ist aber auch möglich,
ein elektrisch leitfähiges Silikonharz mit entsprechend
eingestellter Leitfähigkeit als Widerstandsbelag 47
einzusetzen. Die als Füllstoff dienenden kugelförmigen
Glaspartikel weisen einen Durchmesser von 1 µm bis 50 µm auf,
mit einer guten mittleren Verteilung im Bereich zwischen 10 µm
und 30 µm. Vorteilhaft werden kugelförmige Glaspartikel
verwendet, die bereits mit einem Haftvermittler beschichtet
sind, da dann die Verbindung zwischen der Giessharzmatrix und
den kugelförmigen Glaspartikeln besonders innig ist, sodass
ein sehr homogener Widerstandsbelag 47 entsteht. In
Kombination mit den kugelförmigen Glaspartikeln oder auch ohne
diese sind andere mineralische und sonstige anorganische
Füllstoffe einsetzbar.The one used for the matrix of the
Das gemeinsame Löschkammervolumen 27 ist mit einem elektrisch
isolierend wirkenden, elektronegativen Gas oder Gasgemisch
gefüllt, welches sowohl als Löschmedium für die erste
Löschkammer 2 als auch als Isoliermedium dient. Der Fülldruck
liegt hier im Bereich von 3 bar bis 22 bar, vorzugsweise
werden 9 bar Fülldruck vorgesehen. Als Lösch- und
Isoliermedium werden reines SF6-Gas oder ein Gemisch von
N2-Gas mit SF6-Gas eingesetzt. Es ist aber auch möglich, hier
ein Gemisch aus Druckluft bzw. aus N2-Gas und anderen
elektronegativen Gasen einzusetzen. Besonders bewährt haben
sich Gasgemische mit einem Anteil von 5% bis 50% SF6-Gas.The common
Im eingeschalteten Zustand führt der Hybridleistungsschalter 1
den Strom über folgende, als Nennstrombahn bezeichnete
Strombahn: Anschlussflansch 9, Tragrohr 15, Düsenhalterung 22,
Gehäuse 33, Führungsteil 34, Wirkungslinie 35, Anschlussteil
44, beweglicher Kontakt 36, feststehender Kontakt 45,
Tragplatte 14 und Anschlussflansch 13. Es ist aber auch
möglich, insbesondere dann, wenn der Hybridleistungsschalter 1
für vergleichsweise hohe Nennströme ausgelegt werden muss,
auch parallel zur zweiten Löschkammer 3 eine separate, für
hohe Nennströme geeignete Nennstrombahn vorzusehen.When switched on, the
Wenn der Hybridleistungsschalter 1 einen Ausschaltbefehl
erhält, so bewegt der nicht dargestellte Antrieb das
Kontaktrohr 17 und mit diesem die Isolierdüse 30 nach links.
Zugleich mit dieser Bewegung bewegt sich der Abbrandstift 19
angetrieben durch die Zahnstange 38 über das Zahnrad 39, in
entgegengesetzter Richtung nach rechts, während das Gehäuse 33
und das Führungsteil 34 ortsfest bleiben. Sobald die
Verdickung 31 der Düsenhalterung 22 sich von den
Gleitkontakten 32 des Gehäuses 33 getrennt hat, ist die oben
angegebene Nennstrombahn unterbrochen und der abzuschaltende
Strom kommutiert nun auf die innen liegende
Leistungsstrombahn. Die Leistungsstrombahn führt durch
folgende Schalterteile: Anschlussflansch 9, Tragrohr 15,
Führungspartie 21, Kontaktrohr 17, Abbrandstift 19,
Führungsteil 34, Wirkungslinie 35, Anschlussteil 44,
beweglicher Kontakt 36, feststehender Kontakt 45, Tragplatte
14 und Anschlussflansch 13. When the
Das Kontaktrohr 17 und mit diesem die Isolierdüse 30 bewegt
sich nach dem Unterbrechen der Nennstrombahn weiter nach
links, und der Abbrandstift 19 bewegt sich mit der gleichen
Geschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung weiter. Im
Verlaufe dieses Bewegungsablaufs erfolgt danach die
Kontakttrennung in der Leistungsstrombahn. Diese
Kontakttrennung hat zur Folge, dass sich zwischen den
Abbrandfingern 18 und der Spitze des Abbrandstifts 19 in einem
dafür vorgesehenen Lichtbogenraum 48 ein Lichtbogen ausbildet.The
Bis zu diesem Zeitpunkt bleibt die zweite Löschkammer 3 in der
Regel geschlossen. Sie öffnet erst nach einer zeitlichen
Verzögerung Tv, die durch folgende Beziehung definiert wird:
Während der Ausschaltbewegung der ersten Löschkammer 2 wird
das im Kompressionsvolumen 24 befindliche Gas oder Gasgemisch
komprimiert, das Rückschlagventil 25 verhindert das Austreten
des komprimierten Gases auf der der Isolierdüse 30 abgewandten
Seite des Kompressionsvolumens 24 in das gemeinsame
Löschkammervolumen 27. Durch das Rückschlagventil 28 strömt
bereits eine vergleichsweise geringe Menge des komprimierten
Gases in den Lichtbogenraum 48 ein, wenn die dort herrschenden
Druckverhältnisse das erlauben. Der Durchmesser des Engnisses
der Isolierdüse 30, der Durchmesser des Abbrandstifts 19, der
am Anfang der Ausschaltbewegung noch einen wesentlichen Teil
dieses Düsenengnisses, und auch den Abströmquerschnitt durch
die Abbrandfinger 18, verschliesst, und der innere Durchmesser
des Kontaktrohrs 17 sind so aufeinander abgestimmt, dass
während der Beblasung des Lichtbogens immer genügend Gas bzw.
Gemisch aus nicht ionisiertem und ionisiertem Gas aus dem
Lichtbogenraum 48 abgeführt wird, sodass sich dort nur ein im
Vergleich zu konventionellen Leistungsschaltern wesentlich
kleinerer Gasdruck aufbauen kann. Die Höhe dieses Gasdrucks
wird so festgelegt, dass die Abströmgeschwindigkeit aus dem
Lichtbogenraum 48 in der Regel im Bereich unterhalb der
Schallgrenze liegt. Infolge dieser vergleichsweise kleinen
Drücke im Lichtbogenraum 48 kann der Druckaufbau im
Kompressionsvolumen 24 ebenfalls vergleichsweise klein
gehalten werden, sodass für die Kompression lediglich eine
vergleichsweise kleine Antriebsenergie benötigt wird. Im
Vergleich zu konventionellen Leistungsschaltern kann hier beim
Hybridleistungsschalter 1, bedingt durch die kleineren
Gasdrücke beim Ausschalten, vorteilhaft ein schwächerer und
damit billigerer Antrieb eingesetzt werden.During the switch-off movement of the
Unmittelbar nach der Kontakttrennung in der Leistungsstrombahn
gibt der Abbrandstift 19 einen grösseren Teil des Querschnitts
des Engnisses der Isolierdüse 30 als Abströmquerschnitt frei.
Bei vergleichsweise kleinen Abschaltströmen beginnt bereits
bei der Kontakttrennung die Beblasung des im Lichtbogenraum 48
brennenden Lichtbogens. Das Lösch- und Isoliermedium strömt
während dieser Beblasung stets mit einer
Strömungsgeschwindigkeit die im Bereich unterhalb der
Schallgeschwindigkeit liegt. Beim Abschalten von grösseren
Strömen, wie sie beispielsweise beim Abschalten von
Kurzschlüssen im Netz auftreten können, heizt der Lichtbogen
den Lichtbogenraum 48 und das in ihm vorhandene Gas so
intensiv auf, dass der Druck in diesem Raum etwas höher ist,
als der Druck im Kompressionsvolumen 24. In diesem Fall
verhindert das Rückschlagventil 28, dass das aufgeheizte und
druckbeaufschlagte Gas in das Kompressionsvolumen 24 strömt
und dort gespeichert werden kann. Das aufgeheizte und
druckbeaufschlagte Gas strömt stattdessen einerseits durch das
Innere des Kontaktrohrs 17 und andererseits durch die
Isolierdüse 30 ab in das gemeinsame Löschkammervolumen 27. Die
Beblasung des Lichtbogens setzt in diesem Fall erst dann ein,
wenn die Intensität des Lichtbogens und damit der Druck im
Lichtbogenraum 48 soweit abgeklungen ist, dass das
Rückschlagventil 28 öffnen kann, d.h. der Druck im
Kompressionsvolumen 24 ist dann höher als der Druck im
Lichtbogenraum 48. Das Lösch- und Isoliermedium strömt auch in
diesem Fall während der Beblasung des Lichtbogens mit einer
Strömungsgeschwindigkeit die im Bereich unterhalb der
Schallgeschwindigkeit liegt.Immediately after the contact separation in the power circuit
gives the erosion pin 19 a larger part of the cross section
of the throat of the insulating nozzle 30 as an outflow cross section.
With comparatively small switch-off currents it starts
in the case of contact separation, the blowing of the air in the arc space 48
burning arc. The extinguishing and insulating medium flows
always with one during this blowing
Flow rate in the area below the
Speed of sound lies. When switching off larger ones
Currents, such as when switching off
Short circuits can occur in the network, the arc heats up
the arc space 48 and the gas present in it
intensely that the pressure in this room is slightly higher
than the pressure in the
Bei dieser Ausführungsform des Hybridleistungsschalters 1 ist
der Lichtbogenraum 48 der ersten Löschkammer 2 so ausgelegt,
dass ein sehr geringes Totvolumen vorhanden ist, sodass keine
nennenswerte Speicherung von vom Lichtbogen selbst erzeugten
druckbeaufschlagtem Gas erfolgen kann, und infolgedessen auch
keine nennenswerte Unterstützung der Beblasung des Lichtbogens
durch selbst erzeugtes druckbeaufschlagtes Gas erfolgt, denn
nur so ist es möglich, eine Strömungsgeschwindigkeit im
Unterschallbereich bei der Beblasung des Lichtbogens zu
gewährleisten.In this embodiment, the
Wenn die Löschkammern 2 und 3 den Lichtbogen gelöscht haben,
tritt zwischen den Abbrandfingern 18 und dem Abbrandstift 19
der Löschkammer 2, bzw. zwischen dem beweglichen Kontakt 36
und dem feststehenden Kontakt 45 Löschkammer 3 jeweils ein
Teil der wiederkehrenden Spannung auf. Die Schaltstrecke der
Vakuumschaltkammer verfestigt sich unmittelbar nach dem
Löschen stets rascher als die Schaltstrecke eines
Gasschalters, sodass die Vakuumschaltkammer am Anfang des
steilen Anstiegs der wiederkehrenden Spannung den grösseren
Teil dieser Spannung übernehmen wird. Die Aufteilung der
wiederkehrenden Spannung auf zwei in Reihe geschaltete
Löschkammern wird im Normalfall durch die Eigenkapazitäten der
beiden Löschkammern bestimmt. Hier stellt jedoch der
vergleichsweise hochohmige Widerstand des Widerstandsbelags
47, der parallel zur zweiten Löschkammer 3 angeordnet ist,
genau definiert sicher, dass die Aufteilung der
wiederkehrenden Spannung auf die beiden Löschkammern 2 und 3
so erfolgt, dass zunächst der grössere Anteil der
wiederkehrenden Spannung an der zweiten Löschkammer 3 anliegt.
Erst im weiteren Verlauf des Ausschaltvorgangs übernimmt dann
die erste Löschkammer 2 den überwiegenden Anteil der
wiederkehrenden Spannung, die dann den Hybridleistungsschalter
1 gesamthaft beaufschlagt. Im ausgeschalteten Zustand des
Hybridleistungsschalters 1 hält die erste Löschkammer 2 den
überwiegenden Anteil der anliegenden Spannung. Bei der
Auslegung dieser ohmschen Spannungssteuerung wird darauf
geachtet, dass in der zweiten Löschkammer 3 im Anstieg der
wiederkehrenden Spannung keine Wiederzündungen auftreten
können.If the extinguishing
In der Figur 2 ist der Hybridleistungsschalter 1 in
ausgeschaltetem Zustand dargestellt. Beim Einschalten des
Hybridleistungsschalters 1 schliesst stets zuerst die zweite
Löschkammer 3, und zwar ohne Strombeaufschlagung. Dieser
zeitliche Vorlauf wird durch das Getriebe 6 sichergestellt.
Erst nachdem die zweite Löschkammer 3 geschlossen ist, bewegen
sich die beiden beweglichen Kontakte der Leistungsstrombahn
der ersten Löschkammer 2 aufeinander zu. Wenn die
entsprechende Vorzünddistanz erreicht ist, bildet sich ein
Einschaltlichtbogen aus und schliesst den Stromkreis. Die
beiden beweglichen Kontakte der Leistungsstrombahn der
Löschkammer 2 bewegen sich weiter aufeinander zu bis sie sich
kontaktieren. Erst danach wird die Nennstrombahn geschlossen
und übernimmt die weitere Stromführung durch die Löschkammer
2. Die beiden beweglichen Kontakte der Leistungsstrombahn der
Löschkammer 2 bewegen sich noch etwas weiter bis sie
schliesslich die definitive Einschaltstellung erreicht haben.In FIG. 2, the
Als besonders vorteilhaft erweist es sich bei diesem
Hybridleistungsschalter 1, dass die zweite Löschkammer 3
stromlos einschaltet und deshalb beim Einschalten keinem
Kontaktabbrand und auch keinem Kontaktkleben infolge von
Verschweissungen von überhitzten Kontaktoberflächen
unterworfen ist. Die Kontakte 36 und 45 brauchen, normale
Betriebsverhältnisse vorausgesetzt, während der Lebensdauer
des Hybridleistungsschalters 1 nicht ersetzt zu werden, was
den betrieblichen Unterhalt des Hybridleistungsschalters 1
vorteilhaft vereinfacht und dessen betriebliche Verfügbarkeit
vorteilhaft vergrössert.It proves to be particularly advantageous with this
Als erste Löschkammer 2 können ausser der beschriebenen, mit
einem Kompressionsvolumen 24 für die Erzeugung des für die
Beblasung des Lichtbogens nötigen druckbeaufschlagten Gases
versehenen Ausführungsform, weitere Ausführungsformen
eingesetzt werden, wie beispielsweise: eine Löschkammer mit
einem separate-n Speichervolumen für die Speicherung des durch
Lichtbogenunterstützung erzeugten Gasanteils, welches mit dem
Kompressionsvolumen zusammenwirkt, oder eine Löschkammer mit
einem nur teilweise komprimierbaren Speichervolumen für die
Speicherung des durch Lichtbogenunterstützung erzeugten
Gasanteils, oder eine Löschkammer mit einem nur teilweise
komprimierbaren Blasvolumen, bei der das druckbeaufschlagte
Gas völlig ohne Lichtbogenunterstützung erzeugt wird.As the
Bei jeder dieser Ausführungsformen des
Hybridleistungsschalters 1 wird die zweite Löschkammer 3 beim
Ausschalten ebenfalls gegenüber der ersten Löschkammer 2
zeitlich verzögert geöffnet und beim Einschalten zeitlich
vorlaufend geschlossen, wie dies bereits beschrieben wurde.
Ferner können bei jeder der hier beschriebenen
Ausführungsformen die Antriebskräfte beim Ausschalten mittels
eines Differentialkolbens zusätzlich unterstützt werden. Durch
diese Massnahme kann auf einfache Weise der Bedarf an
mechanischer Antriebsenergie weiter reduziert und der Antrieb
weiter verbilligt werden. In each of these embodiments of the
Bei den vorab beschriebenen Ausführungsformen des
Hybridleistungsschalters 1 hat es sich als besonders
vorteilhaft ergeben, dass, abhängig von dem SF6-Gehalt in der
Gasfüllung der Löschkammer 2, gegenüber konventionellen
Leistungsschaltern ein um den Faktor 5 bis 15 geringerer
Löschdruck in der Löschkammer 2 erforderlich ist. Der Antrieb
und auch die übrigen Bauelemente können deshalb für geringere
Kraft- und Druckbelastungen ausgelegt werden, was den
Hybridleistungsschalter 1 vorteilhaft verbilligt.In the embodiments of the
- 11
- HybridleistungsschalterHybrid circuit breakers
- 2,32.3
- LöschkammerArcing chamber
- 44th
- LängsachseLongitudinal axis
- 55
- AntriebsgestängeDrive linkage
- 66
- Getriebetransmission
- 77
- StützisolatorPost insulator
- 88th
- Flanschflange
- 99
- AnschlussflanschConnecting flange
- 1010th
- EndflanschEnd flange
- 1111
- LöschkammergehäuseArcing chamber housing
- 1212th
- EndflanschEnd flange
- 1313
- AnschlussflanschConnecting flange
- 1414
- TragplatteSupport plate
- 1515
- TragrohrSupport tube
- 1616
- FührungsteilGuide part
- 1717th
- KontaktrohrContact tube
- 1818th
- AbbrandfingerBurning fingers
- 1919th
- AbbrandstiftBurning pin
- 2020th
- Verjüngungrejuvenation
- 2121
- FührungspartieLeadership role
- 2222
- Düsenhalterung Nozzle holder
- 2323
- GleitkontakteSliding contacts
- 2424th
- KompressionsvolumenCompression volume
- 2525th
- Rückschlagventilcheck valve
- 2626
- VentilscheibeValve disc
- 2727
- LöschkammervolumenArcing chamber volume
- 2828
- Rückschlagventilcheck valve
- 2929
- VentilscheibeValve disc
- 3030th
- IsolierdüseInsulating nozzle
- 3131
- Verdickungthickening
- 3232
- GleitkontakteSliding contacts
- 3333
- Gehäusecasing
- 3434
- FührungsteilGuide part
- 3535
- WirkungslinieLine of action
- 3636
- beweglicher Kontaktmoving contact
- 3737
- HaltescheibeHolding disc
- 3838
- ZahnstangeRack
- 39,4039.40
- Zahnradgear
- 41,4241.42
- StützrolleSupport roller
- 4343
- Hebellever
- 4444
- AnschlussteilConnector
- 4545
- feststehender Kontaktfixed contact
- 4646
- IsoliergehäuseInsulating housing
- 4747
- WiderstandsbelagResistance coating
- 4848
- LichtbogenraumArc room
- 4949
- Schirmumbrella
- 5050
- Brückebridge
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