EP1109187A1 - Hybrid circuit breaker - Google Patents
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- EP1109187A1 EP1109187A1 EP00811125A EP00811125A EP1109187A1 EP 1109187 A1 EP1109187 A1 EP 1109187A1 EP 00811125 A EP00811125 A EP 00811125A EP 00811125 A EP00811125 A EP 00811125A EP 1109187 A1 EP1109187 A1 EP 1109187A1
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- 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
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- H01H33/53—Cases; Reservoirs, tanks, piping or valves, for arc-extinguishing fluid; Accessories therefor, e.g. safety arrangements, pressure relief devices
- H01H33/56—Gas reservoirs
- H01H2033/566—Avoiding the use of SF6
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- H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
- H01H33/22—Selection of fluids for arc-extinguishing
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 Distribution of the recurring tension between the two Quenching chambers takes place capacitively with this switch, whereby the The quenching chambers' own capacities are decisive.
- 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 weaker 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 Main contacts of the second quenching chamber which here as Vacuum interrupter is formed because of the shorter duration the current load when switching off a longer service life have what an improved operational availability of the Hybrid circuit breaker results.
- the temporal Delay in the switch-off movement of the second compared to the first extinguishing chamber has when switching off asymmetrical Short-circuit currents have the great advantage that the second Extinguishing chamber loaded with significantly lower peak currents is because during this delay time the asymmetry of the Short-circuit currents have already decayed further. If the second quenching chamber is designed as a vacuum interrupter, so this effect is particularly beneficial for the Stability of the contacts.
- 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 time advance of the movement of the first chamber against the movement of the second Ensure the extinguishing 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.
- TVG Troriggered Vacuum Gap
- 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 Design of the resistance coating can the dimensions of the second arcing chamber 3 are advantageously kept small.
- the ohmic resistance of the resistance coating is in the range between 10 k ⁇ and 500 k ⁇ , the Resistance value of 100 k ⁇ proven.
- the common quenching chamber volume 27 is filled with an electrically insulating gas or gas mixture which serves both as the quenching medium for the first quenching chamber 2 and as the insulating medium.
- the gas or gas mixture binds free electrons to its molecules so that the spread of electrostatic charges and thus the charging of insulating parts is prevented.
- metal vapor for example, is converted into fluoride or, if necessary, also oxidized by free oxygen.
- 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 critical pressure ratio decreases with an increasing proportion of SF 6 gas, so that the pressure for blowing the arc in the first quenching chamber 2 can advantageously be kept low. If the first quenching chamber 2 is filled with a differently composed gas mixture, for example one of the above-mentioned ones, it must also be ensured that the critical pressure ratio corresponding to this gas mixture is not exceeded, because only then can the flow velocity of the gas blowing the arc always be in the range be kept below the speed of sound.
- 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 no significant storage of the arc itself generated pressurized gas can occur, and consequently, no significant support from the Blowing the arc by self-generated pressurized gas occurs because only in this way is it possible a subsonic flow velocity at the To ensure blowing of the arc.
- 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.
- 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.
- FIG. 3 shows a second in a highly simplified form Embodiment of a hybrid circuit breaker 1 in switched off state.
- This embodiment differs differs from the first embodiment according to FIGS. 1 and 2 in that between the compression volume 24 and the Arc space 48 an additional, cylindrical Storage volume 49 is provided, which for storage at least part of the through the arc pressurized gas is provided. Between the Storage volume 49 and the compression volume 24 is one Check valve 28 is provided with a valve disk 29, which is a gas flow at appropriate pressure conditions from the compression volume 24 into the storage volume 49.
- the remaining structure of this hybrid circuit breaker 1 corresponds in principle that of the first embodiment. in the Contact tube 17, the openings 50 are shown here through which gas flowing out of the arc space 48 into the Inside the support tube 15 can flow.
- the mode of operation of this second embodiment corresponds such as that in connection with the first embodiment mode of operation of the hybrid circuit breaker 1 described, only that is added that by the arc in the Arc space 48 generates compressed gas into the storage volume 49 can flow in.
- This pressurized gas is there for so long stored until the pressure curves in the arc space 48 it allow this compressed gas to flow back into the Arc space 48 while blowing and cooling the arc.
- the diameter of the constriction of the Insulating nozzle 30 and the diameter of the contact tube 17 and the three sizes can be coordinated Pressure increase in the arc room 48 and thus also in the Storage volume 49 can be set so that a effective blowing of the arc is achieved without that however the pressure in the compression volume 24 is too great must become. In this way the drive is achieved designed weaker and can therefore be created cheaper. In this embodiment, too Flow rate of the gas blowing the arc reached, which is in the subsonic range.
- 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.
- FIG. 4 shows a third shown in a highly simplified manner Embodiment of a hybrid circuit breaker 1 in switched off state.
- This embodiment differs differs from the second embodiment according to FIG. 3 in that it is not a separate one, through a check valve compression volume separated from the storage volume 49 having.
- the arc space 48 is a cylindrical here trained, somewhat larger storage volume 49 connected, which is for storing at least part of the gas pressurized by the arc is. However, part of this storage volume 49 is used for Switching off mechanically compressed.
- this hybrid circuit breaker 1 corresponds in principle according to that of the second embodiment Figure 3.
- the contact tube 17 there are also the openings 50, through which arcing space 48 outflowing gas flow into the interior of the support tube 15 can. This outflow is by means of an inside of the Contact tube 17 attached flow cone 51 facilitated.
- Hybrid circuit breaker 1 is also turned off always the second arcing chamber 3 compared to the first Fire chamber 2 opened with a time delay and when switched on always closed in advance, like this already has been described.
- the support tube 15 has a cylinder 53 on the drive side designed expansion on.
- the cylinder 53 is replaced by a metallic guide flange 54 held electrically is conductively connected to the connecting flange 9.
- Guide flange 54 slides a sleeve 55 which with the Drive linkage 5 is connected and by this, together is moved with the contact tube 17.
- a Piston 56 attached, through which openings 57 pass. The Piston 56 is guided through the cylinder 53.
- Valve disc 58 held which the openings 57th closes when on the drive rod 5 facing away Side of the piston 56 there is a higher pressure than on the the drive rod 5 facing side.
- the cylinder 53 points in the area between the off position of the Piston 56 and the drive end of the cylinder 53 lies, breakthroughs 59 that this volume with the Connect extinguishing chamber volume 27.
- the rest of the support tube 15 has no connections to the quench chamber volume 27.
- the inner surface of the cylinder 53 has an area 60 in which the inner diameter of the cylinder 53 is larger than the outer diameter of the piston 56, and that is the Area that the piston 56 passes through when switching off before the Contact separation between the erosion fingers 18 and the Burn-off pin 19 takes place, i.e. before an arc occurs.
- This configuration of the cylinder 53 increases the friction between the cylinder wall and the piston 56 advantageous reduced. As soon as the arc occurs when switching off, there is a gas flow through the contact tube 17 and the Openings 50 in the interior of the support tube 15 and increased there the pressure so that there is a higher pressure inside than inside Arcing chamber volume 27.
- the valve disc 58 then closes the openings 57 and the pressure act on the piston 56, which now, after leaving area 60, through again the cylinder 53 is guided, and supports its movement in the switch-off direction.
- the force acting in the switch-off direction is composed of the force acting on the piston 56 minus those working in the opposite direction Force, which depends on the application of pressure smaller end face 61 of the support tube 15 originates. In this way the drive is weaker designed and can be created cheaper because this additional power is advantageously available if the forces opposing the opening movement, for example the force caused by the pressure in the Storage volume 49 is caused to occur.
- this third embodiment corresponds about that in connection with the first embodiment Described with regard to the electrical switch-off Mode of operation of the hybrid circuit breaker 1, only that still In addition, the arc in the Arc space 48 generates compressed gas into the storage volume 49 can flow in. This pressurized gas is there for so long saved and partly during the switch-off movement additionally compressed until the pressure curves in the Arc space 48 allow this pressurized gas flows back into the arc space 48 and thereby the arc blows and cools.
- FIG. 5 shows a fourth, shown in a highly simplified manner Embodiment of a hybrid circuit breaker 1 in switched off state.
- This embodiment differs differs from the second embodiment according to FIG. 3 in that they are not separated by a check valve has a separate compression volume.
- the arc room 48 here is a cylindrical, slightly larger designed blow volume 62 connected. Part of this Blowing volume 62 is mechanically compressed when switched off. Is between the blowing volume 62 and the quench chamber volume 27 one that acts as a compression piston when switched off
- Check valve 25 is provided with a valve disk 26, which is a gas flow at appropriate pressure conditions from the quenching chamber volume 27 into the blowing volume 62.
- the remaining structure of this hybrid circuit breaker 1 is one 3 very similar to the second embodiment according to FIG
- the diameter of the nozzle 63 is the fourth Embodiment much larger, which means that the gas pressures occurring in the quenching chamber 2 are significant are smaller than those in the second embodiment according to Figure 3 possible gas pressures. This also means that gas heated by the arc already by the Nozzle narrow 63 and through the interior of the contact tube 17th flows out, so that no significant back heating in the Blowing volume 62 can take place.
- the openings 50 are also here in the contact tube 17 through which from the arc space 48 outflowing gas flow into the interior of the support tube 15 can. This outflow is by means of an inside of the Contact tube 17 attached flow cone 51 facilitated.
- the pressure increase in the Arc space 48 and thus also in the blowing volume 62 be set to be a sufficiently effective Blowing of the arc is achieved.
- this fourth Embodiment becomes a particularly low Flow velocity of the gas blowing the arc reached, this flow rate is clearly in the Subsonic area.
- the second arcing chamber 3 at Always switch off in relation to the first arcing chamber 2 opened with a time delay and always when switched on closed in advance, as already described has been.
- the factor ⁇ is 1 for the nozzle material PTFE with added molybdenum sulfide and the dimensioning parameter F for this material is in the range (0.5-1) kA 2 / mm 3 . If other nozzle materials are used, the factor ⁇ and the dimensioning parameter F must be adjusted accordingly.
- FIG. 6 shows the nozzle zone of the fourth embodiment of the hybrid circuit breaker 1 somewhat enlarged.
- the radius R of the nozzle stroke 63 is indicated in this FIG. 6 and likewise the length E of the nozzle curve 63.
- one Auxiliary nozzle 64 made of insulating material, which the Burning finger 18 covers outwards and together with the Insulating nozzle 30 forms a channel 65, which the blowing volume 62nd connects to the arc room 48.
- the channel 65 runs here, for example, partially parallel to the longitudinal axis 4 and he has a bend 66 which points towards the longitudinal axis 4 runs.
- the bent part of the channel runs under one Angle in the range of 45 ° to 90 ° to the longitudinal axis 4.
- This bend 66 is achieved in that the Pressure ratios that in this embodiment of the Hybrid circuit breaker 1 prevail, no gas backflow can take place from the arc space 48 into the blowing volume 62.
- This hybrid circuit breaker 1 is designed to be heat-free.
- the second arcing chamber 3 by means of an assembly consisting of switchable power semiconductors, so you get a fifth embodiment of the Hybrid circuit breaker 1.
- This embodiment is particularly inexpensive to manufacture, among other things This simplifies the transmission 6, since the mechanical There is no need to actuate the second arcing chamber 3.
- the the Voltage control during switching serving high-ohmic ohmic In this case, resistance is a component of the assembly of Power semiconductors connected in parallel.
- Such a trained one Hybrid circuit breaker 1 is particularly suitable for networks in the area around 110 kV operating voltage and less economical applicable.
- the second arcing chamber 3 Switching operations are mechanically actuated and move in time coordinated from an off position to a Switch on position or vice versa. In the respective Switch-on position leads the second quenching chamber 3 through the Hybrid circuit breaker flowing electricity.
- the fifth Embodiment is the second quenching chamber 3 by means of a electronically switched semiconductor element realizes them however, in the switch-on position, it also leads through the Hybrid circuit breaker flowing electricity. However, it is conceivable that parallel to the second arcing chamber 3 interruptible nominal current path is provided.
- Embodiment is the second quenching chamber 3 by means of a TVG (Triggered Vacuum Gap) realized.
- the two contacts 67 and 68 of the TVG are stationary, they are not driven by the gear 6 mechanically actuated.
- a line of action 69 indicates Electrically conductive connection, not shown between the first arcing chamber 2 and the second arcing chamber 3 on.
- Another line of action 70 that of the line of action 69 branches off, which points parallel to this second arcing chamber 3 running nominal current path 71.
- the nominal current path is 71 by means of a separator 72 arranged in its course designed to be interruptible.
- the separator 72 is from the transmission 6 actuated here by means of the lever 43 in a coordinated manner.
- On Arrow 73 indicates the triggering, with the help of which Load carriers in the distance between contacts 67 and 68 be introduced so that it becomes electrically conductive.
- the first arcing chamber 2 When switching off works in this embodiment of the Hybrid circuit breaker 1, the first arcing chamber 2 as already described earlier.
- the second quenching chamber 3 By means of the arrow 73 indicated electronically controlled triggering is the second quenching chamber 3 electrically conductive and leads as soon as the Isolator 72 is open, the breaking current alone.
- the second arcing chamber 3 then deletes in the next Current zero crossing and stops the first steep rise of recurring tension.
- the first arcing chamber 2 then takes over the full recurring tension a little later.
- Effective voltage controls described provided For dividing the recurring tension between the two Fire chambers 2 and 3 are also one of the earlier ones Effective voltage controls described provided.
Landscapes
- Circuit Breakers (AREA)
- Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
- Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
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
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. Die Verteilung der wiederkehrenden Spannung auf die beiden Löschkammern erfolgt bei diesem Schalter kapazitiv, wobei die Eigenkapazitäten der Löschkammern ausschlaggebend sind.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 Distribution of the recurring tension between the two Quenching chambers takes place capacitively with this switch, whereby the The quenching chambers' own capacities are decisive.
Aus der Offenlegungsschrift DE 4 427 163 A1 ist ein
Druckgasschalter bekannt, dessen Löschkammer zwei gegenläufig
bewegte Hauptkontakte aufweist. Das druckbeaufschlagte Gas für
das Beblasen des Lichtbogens wird zum einen Teil vom
Lichtbogen selber erzeugt und in einem Speichervolumen
gespeichert, zum anderen Teil wird es, abhängig von der
Bewegung der Hauptkontakte, in einer Kolben-Zylinder-Anordnung
erzeugt, und im Bedarfsfall strömt dieser andere Teil durch
das Speichervolumen hindurch und bebläst den Lichtbogen. Bei
diesem Druckgasschalter wird eine intensive Beblasung des
Lichtbogens angestrebt, was einen vergleichsweise hohen
Löschgasdruck bedingt. Der Antrieb des Druckgasschalters muss
demnach leistungsstark sein, um die Bewegung der Hauptkontakte
gegen diesen vergleichsweise hohen Löschgasdruck zu
ermöglichen. From the published
Bei den bekannten Hybridschaltern und konventionellen Leistungsschaltern wird stets in der mit einem in der Regel gasförmigen Isolier- und Löschmedium gefüllten Löschkammer eine möglichst intensive Beblasung des Lichtbogens angestrebt. Diese intensive Beblasung ist nötig, um eine gute Kühlung des Lichtbogens zu erreichen und um sicherzustellen, dass der Lichtbogen einwandfrei gelöscht wird, und dass die Löschstrecke sehr rasch von ionisierten Gasen und Abbrandpartikeln befreit wird. Nach dem Löschen des Lichtbogens wird von Anfang an ein wesentlicher Teil der wiederkehrenden Spannung von dieser Löschstrecke gehalten. Eine derartige intensive Beblasung wird in der Regel nur erreicht, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des beblasenden Mediums im Bereich über der Schallgeschwindigkeit liegt.In the known hybrid switches and conventional ones Circuit breakers are always in the one with the rule Extinguishing chamber filled with gaseous insulating and extinguishing medium the aim is to blow the arc as intensely as possible. This intensive blowing is necessary to ensure good cooling of the Arc and to ensure that the Arc is cleared properly and that the Extinguishing section very quickly of ionized gases and Burning particles is freed. After deleting the From the start, the arc becomes an essential part of the recurring voltage held by this extinguishing path. Such intense blowing is usually only reached when the flow rate of the blowing Medium is in the range above the speed of sound.
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, und ein Verfahren zu seinem Betrieb anzugeben.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, and specify a procedure for its operation.
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 schwächer 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.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 weaker 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.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Hauptkontakte der zweiten Löschkammer, die hier als Vakuumschaltkammer ausgebildet ist, wegen der kürzeren Dauer der Strombelastung beim Ausschalten eine grössere Lebensdauer aufweisen, was eine verbesserte betriebliche Verfügbarkeit des Hybridleistungsschalters zur Folge hat. Die zeitliche Verzögerung der Ausschaltbewegung der zweiten gegenüber der ersten Löschkammer hat beim Ausschalten von asymmetrischen Kurzschlussströmen den grossen Vorteil, dass die zweite Löschkammer mit wesentlich geringeren Spitzenströmen belastet wird, da während dieser Verzögerungszeit die Asymmetrie der Kurzschlussströme schon weiter abgeklungen ist. Wenn die zweite Löschkammer als Vakuumschaltkammer ausgebildet ist, so wirkt sich dieser Effekt besonders vorteilhaft für die Standfestigkeit der Kontakte aus. Another advantage is that the Main contacts of the second quenching chamber, which here as Vacuum interrupter is formed because of the shorter duration the current load when switching off a longer service life have what an improved operational availability of the Hybrid circuit breaker results. The temporal Delay in the switch-off movement of the second compared to the first extinguishing chamber has when switching off asymmetrical Short-circuit currents have the great advantage that the second Extinguishing chamber loaded with significantly lower peak currents is because during this delay time the asymmetry of the Short-circuit currents have already decayed further. If the second quenching chamber is designed as a vacuum interrupter, so this effect is particularly beneficial for the Stability of the contacts.
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 einen zeitlichen Vorlauf der Bewegung der ersten Löschkammer gegenüber der Bewegung der zweiten Löschkammer sicherstellen. 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, insbesondere kann die zweite Löschkammer auch als TVG (Triggered Vacuum Gap)ausgebildet sein.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 time advance of the movement of the first chamber against the movement of the second Ensure the extinguishing 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 can be used, in particular can the second arcing chamber also as TVG (Triggered Vacuum Gap).
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 einstückige 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
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
Ausgestaltung des Widerstandsbelags können die Abmessungen der
zweiten Löschkammer 3 vorteilhaft klein gehalten werden. Der
ohmsche Widerstand des Widerstandsbelags liegt im Bereich
zwischen 10 kΩ und 500 kΩ, als besonders günstig hat sich der
Widerstandswert von 100 kΩ erwiesen.The wall of the insulating
Das gemeinsame Löschkammervolumen 27 ist mit einem elektrisch
isolierend wirkenden, Gas oder Gasgemisch gefüllt, welches
sowohl als Löschmedium für die erste Löschkammer 2 als auch
als Isoliermedium dient. Das Gas oder Gasgemisch bindet freie
Elektronen an seine Moleküle, sodass die Ausbreitung von
elektrostatischen Ladungen und damit die Aufladung von
Isolierteilen unterbunden wird. Um elektrisch leitfähige
Reaktionsprodukte zu vermeiden, wird beispielsweise
Metalldampf in Fluoride umgewandelt oder gegebenenfalls auch
durch freien Sauerstoff oxidiert. 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. Als Löschgas kann aber
auch ein Gemisch aus CO2-Gas mit O2-Gas verwendet werden,
wobei der O2-Anteil im Bereich von 5% bis 30% liegt. Ferner
kann ein Gemisch aus CH4-Gas mit H2-Gas verwendet werden,
wobei der H2-Anteil im Bereich von 5% bis 30% liegt. Die
beiden zuletzt genannten Löschgasgemische werden besonders
dann eingesetzt, wenn Abbrandkontakte aus Graphit vorgesehen
sind, da durch sie die abgebrannten Graphitpartikel
unschädlich gemacht werden. Es sind jedoch auch noch andere
Gase und Gasmischungen vorstellbar.The common
Die Fig. 7 zeigt ein kritisches Druckverhältnis für die
Füllung der ersten Löschkammer 2 mit einem Gemisch aus SF6-Gas
und N2-Gas. Wird darauf geachtet, dass, trotz des Einflusses
der im Lichtbogen freigesetzten Energie, dieses kritische
Druckverhältnis nicht überschritten wird, so gelingt es, die
Strömungsgeschwindigkeit des den Lichtbogen beblasenden Gases
stets im Bereich unterhalb der Schallgeschwindigkeit zu
halten. Auf der Ordinatenachse des Diagramms ist das
Verhältnis zwischen dem maximal auftretenden Druck Pmax und dem
Auspuffdruck PAuspuff in der ersten Löschkammer 2 aufgetragen,
und auf der Abszissenachse der prozentuale Anteil des SF6-Gases
an der Füllung. Es ist ersichtlich, dass mit einem
zunehmenden Anteil von SF6-Gas das kritische Druckverhältnis
kleiner wird, sodass der Druck für die Beblasung des
Lichtbogens in der ersten Löschkammer 2 vorteilhaft klein
gehalten werden kann. Wird die erste Löschkammer 2 mit einem
anders zusammengesetzten Gasgemisch gefüllt, beispielsweise
eines der oben erwähnten, so ist ebenfalls darauf zu achten,
dass das diesem Gasgemisch entsprechende kritische
Druckverhältnis nicht überschritten wird, denn nur so kann die
Strömungsgeschwindigkeit des den Lichtbogen beblasenden Gases
stets im Bereich unterhalb der Schallgeschwindigkeit gehalten
werden.7 shows a critical pressure ratio for filling the
Die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich unterhalb der Schallgeschwindigkeit lässt sich einfacher beherrschen, da hier im Strömungskanal die bei Überschallströmungen auftretende Dichteherabsetzung fehlt, sodass hier der Entwicklungsaufwand gegenüber demjenigen bei herkömmlichen Leistungsschaltern vorteilhaft klein gehalten werden kann. The flow rate in the area below the Speed of sound is easier to control, because here in the flow channel that in supersonic flows occurring density reduction is missing, so here the Development effort compared to that of conventional Circuit breakers can advantageously be kept small.
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
Bei dieser Ausführungsform des Hybridleistungsschalters 1 ist
der Lichtbogenraum 48 der ersten Löschkammer 2 so ausgelegt,
dass 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 auch 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.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
Die Figur 3 zeigt eine stark vereinfacht dargestellte zweite
Ausführungsform eines Hybridleistungsschalters 1 im
ausgeschalteten Zustand. Diese Ausführungsform unterscheidet
sich von der ersten Ausführungsform gemäss den Figuren 1 und 2
dadurch, dass zwischen dem Kompressionsvolumen 24 und dem
Lichtbogenraum 48 ein zusätzliches, zylindrisch ausgebildetes
Speichervolumen 49 vorgesehen ist, welches für die Speicherung
zumindest eines Teils des durch den Lichtbogen
druckbeaufschlagten Gases vorgesehen ist. Zwischen dem
Speichervolumen 49 und dem Kompressionsvolumen 24 ist ein
Rückschlagventil 28 mit einer Ventilscheibe 29 vorgesehen,
welches bei entsprechenden Druckverhältnissen eine Gasströmung
vom Kompressionsvolumen 24 in das Speichervolumen 49 zulässt.
Der übrige Aufbau dieses Hybridleistungsschalters 1 entspricht
prinzipiell demjenigen der ersten Ausführungsform. Im
Kontaktrohr 17 sind hier die Öffnungen 50 dargestellt, durch
welche aus dem Lichtbogenraum 48 ausströmendes Gas in das
Innere des Tragrohrs 15 abströmen kann. Dieses Abströmen wird
mittels eines im Innern des Kontaktrohrs 17 angebrachten
Strömungskegels 51 erleichtert. In die Düsenhalterung 22 ist
ein metallischer Kontaktring 52 integriert, auf dem im
eingeschalteten Zustand des Schalters die Gleitkontakte 32 des
Gehäuses 33 aufliegen und die Nennstrombahn schliessen.FIG. 3 shows a second in a highly simplified form
Embodiment of a
Die Wirkungsweise dieser zweiten Ausführungsform entspricht
etwa der im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform
beschriebenen Wirkungsweise des Hybridleistungsschalters 1,
nur dass noch hinzukommt, dass durch den Lichtbogen im
Lichtbogenraum 48 erzeugtes Druckgas in das Speichervolumen 49
einströmen kann. Dieses Druckgas wird dort so lange
gespeichert, bis die Druckverläufe im Lichtbogenraum 48 es
erlauben, dass dieses Druckgas zurückströmt in den
Lichtbogenraum 48 und dabei den Lichtbogen bebläst und kühlt.
Sobald der Speicherdruck weiter gefallen ist, öffnet das
Rückschlagventil 28 und aus dem Kompressionsvolumen 24 strömt
komprimiertes Frischgas nach und unterstützt die Beblasung des
Lichtbogens. Mittels der Optimierung der Grösse des
Speichervolumens 49, des Durchmessers des Engnisses der
Isolierdüse 30 und des Durchmessers des Kontaktrohrs 17 und
einer Abstimmung dieser drei Grössen aufeinander kann der
Druckanstieg im Lichtbogenraum 48 und damit auch im
Speichervolumen 49 so eingestellt werden, dass eine
wirkungsvolle Beblasung des Lichtbogens erreicht wird, ohne
dass jedoch der Druck im Kompressionsvolumen 24 allzu gross
werden muss. Auf diese Art wird erreicht, dass der Antrieb
schwächer ausgelegt und damit billiger erstellt werden kann.
Auch bei dieser Ausführungsform wird eine
Stömungsgeschwindigkeit des den Lichtbogen beblasenden Gases
erreicht, die im Unterschallbereich liegt.The mode of operation of this second embodiment corresponds
such as that in connection with the first embodiment
mode of operation of the
Bei dieser zweiten Ausführungsform 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.In this second embodiment of the
Die Figur 4 zeigt eine stark vereinfacht dargestellte dritte
Ausführungsform eines Hybridleistungsschalters 1 im
ausgeschalteten Zustand. Diese Ausführungsform unterscheidet
sich von der zweiten Ausführungsform gemäss der Figur 3
dadurch, dass sie kein separates, durch ein Rückschlagventil
vom Speichervolumen 49 abgetrenntes Kompressionsvolumen
aufweist. Mit dem Lichtbogenraum 48 ist hier ein zylindrisch
ausgebildetes, etwas grösser ausgelegtes Speichervolumen 49
verbunden, welches für die Speicherung zumindest eines Teils
des durch den Lichtbogen druckbeaufschlagten Gases vorgesehen
ist. Ein Teil dieses Speichervolumens 49 wird jedoch beim
Ausschalten mechanisch komprimiert. Zwischen dem
Speichervolumen 49 und dem Löschkammervolumen 27 ist ein beim
Ausschalten als Kompressionskolben wirkendes Rückschlagventil
25 mit einer Ventilscheibe 26 vorgesehen, welches bei
entsprechenden Druckverhältnissen eine Gasströmung vom
Löschkammervolumen 27 in das Speichervolumen 49 zulässt. Der
übrige Aufbau dieses Hybridleistungsschalters 1 entspricht
prinzipiell demjenigen der zweiten Ausführungsform gemäss
Figur 3. Im Kontaktrohr 17 sind hier ebenfalls die Öffnungen
50 dargestellt, durch welche aus dem Lichtbogenraum 48
ausströmendes Gas in das Innere des Tragrohrs 15 abströmen
kann. Dieses Abströmen wird mittels eines im Innern des
Kontaktrohrs 17 angebrachten Strömungskegels 51 erleichtert.FIG. 4 shows a third shown in a highly simplified manner
Embodiment of a
Mittels der Optimierung der Grösse des Speichervolumens 49,
des Durchmessers des Engnisses der Isolierdüse 30 und des
Durchmessers des Kontaktrohrs 17 und einer Abstimmung dieser
drei Grössen aufeinander kann der Druckanstieg im
Lichtbogenraum 48 und damit auch im Speichervolumen 49 so
eingestellt werden, dass eine wirkungsvolle Beblasung des
Lichtbogens erreicht wird. Auch bei dieser Ausführungsform
wird eine Stömungsgeschwindigkeit des den Lichtbogen
beblasenden Gases erreicht, die im Unterschallbereich liegt.By optimizing the size of the
Bei dieser dritten Ausführungsform des
Hybridleistungsschalters 1 wird beim Ausschalten ebenfalls
stets die zweite Löschkammer 3 gegenüber der ersten
Löschkammer 2 zeitlich verzögert geöffnet und beim Einschalten
stets zeitlich vorlaufend geschlossen, wie dies bereits
beschrieben wurde. In this third embodiment of the
Bei dieser dritten Ausführungsform gemäss Figur 4 ist
antriebsseitig eine zusätzliche Kolben-Zylinder-Anordnung
vorgesehen, welche mit Hilfe des durch die Energie des
Lichtbogens erzeugten druckbeaufschlagten Gases die
Ausschaltbewegung der Löschkammer 2 kräftemässig unterstützt.
Das Tragrohr 15 weist antriebsseitig eine als Zylinder 53
ausgelegte Aufweitung auf. Der Zylinder 53 wird durch einen
metallischen Führungsflansch 54 gehalten, der elektrisch
leitend mit dem Anschlussflansch 9 verbunden ist. In dem
Führungsflansch 54 gleitet eine Hülse 55, die mit dem
Antriebsgestänge 5 verbunden ist und die von diesem, gemeinsam
mit dem Kontaktrohr 17 bewegt wird. Auf der dem
Antriebsgestänge 5 abgewandten Seite der Hülse 55 ist ein
Kolben 56 befestigt, der von Öffnungen 57 durchsetzt wird. Der
Kolben 56 wird durch den Zylinder 53 geführt. Ferner wird auf
der dem Antriebsgestänge 5 abgewandten Seite der Hülse 55 eine
Ventilscheibe 58 gehalten, welche die Öffnungen 57
verschliesst, wenn auf der dem Antriebsgestänge 5 abgewandten
Seite des Kolbens 56 ein höherer Druck herrscht als auf der
dem Antriebsgestänge 5 zugewandten Seite. Der Zylinder 53
weist in dem Bereich, der zwischen der Ausschaltstellung des
Kolbens 56 und dem antriebsseitigen Ende des Zylinders 53
liegt, Durchbrüche 59 auf, die dieses Volumen mit dem
Löschkammervolumen 27 verbinden. Das übrige Tragrohr 15 weist
keine Verbindungen zum Löschkammervolumen 27 auf.In this third embodiment according to FIG
an additional piston-cylinder arrangement on the drive side
provided, which by means of the energy of the
Arc generated pressurized gas
Switch-off movement of the extinguishing
Die innere Oberfläche des Zylinders 53 weist einen Bereich 60
auf, in dem der Innendurchmesser des Zylinders 53 grösser ist
als der Aussendurchmesser des Kolbens 56, und zwar ist das der
Bereich, den der Kolben 56 beim Ausschalten durchläuft ehe die
Kontakttrennung zwischen den Abbrandfingern 18 und dem
Abbrandstift 19 stattfindet, also ehe ein Lichtbogen auftritt.
Durch diese Ausgestaltung des Zylinders 53 wird die Reibung
zwischen der Zylinderwand und dem Kolben 56 vorteilhaft
reduziert. Sobald beim Ausschalten der Lichtbogen auftritt,
erfolgt eine Gasströmung durch das Kontaktrohr 17 und die
Öffnungen 50 in das Innere des Tragrohrs 15 und erhöht dort
den Druck, sodass im Inneren ein höherer Druck herrscht als im
Löschkammervolumen 27. Die Ventilscheibe 58 verschliesst dann
die Öffnungen 57 und der Druck wirkt auf den Kolben 56 ein,
der jetzt, nach dem Verlassen des Bereiches 60, wieder durch
den Zylinder 53 geführt wird, und unterstützt dessen Bewegung
in Ausschaltrichtung. Die in Ausschaltrichtung wirkende Kraft
setzt sich zusammen aus der auf den Kolben 56 wirkenden Kraft
abzüglich der in die entgegengesetzte Richtung wirkenden
Kraft, welche von der Druckbeaufschlagung der wesentlich
kleineren stirnseitigen Fläche 61 des Tragrohrs 15 herrührt.
Auf diese Art wird erreicht, dass der Antrieb schwächer
ausgelegt und damit billiger erstellt werden kann, da diese
zusätzliche Kraft vorteilhaft gerade dann zur Verfügung steht,
wenn die der Ausschaltbewegung entgegen wirkenden Kräfte,
beispielsweise die Kraft die durch den Druck im
Speichervolumen 49 verursacht wird, auftreten.The inner surface of the
Die Wirkungsweise dieser dritten Ausführungsform entspricht
etwa der im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform im
Hinblick auf das elektrische Ausschalten beschriebenen
Wirkungsweise des Hybridleistungsschalters 1, nur dass noch
hinzukommt, dass zusätzlich durch den Lichtbogen im
Lichtbogenraum 48 erzeugtes Druckgas in das Speichervolumen 49
einströmen kann. Dieses Druckgas wird dort so lange
gespeichert und zum Teil während der Ausschaltbewegung
zusätzlich komprimiert, bis die Druckverläufe im
Lichtbogenraum 48 es erlauben, dass dieses Druckgas
zurückströmt in den Lichtbogenraum 48 und dabei den Lichtbogen
bebläst und kühlt.The operation of this third embodiment corresponds
about that in connection with the first embodiment
Described with regard to the electrical switch-off
Mode of operation of the
Diese oben beschriebene Unterstützung der Antriebskräfte nach
dem Differentialkolbenprinzip kann vorteilhaft bei jeder der
hier beschriebenen Ausführungsformen des
Hybridleistungsschalters 1 vorgesehen werden. Durch diese
Massnahme kann auf einfache Weise der Bedarf an mechanischer
Antriebsenergie weiter reduziert und der Antrieb weiter
verbilligt werden.This support of driving forces described above
the differential piston principle can be advantageous in any of the
Embodiments of the described here
Die Figur 5 zeigt eine stark vereinfacht dargestellte vierte
Ausführungsform eines Hybridleistungsschalters 1 im
ausgeschalteten Zustand. Diese Ausführungsform unterscheidet
sich von der zweiten Ausführungsform gemäss der Figur 3
dadurch, dass sie kein durch ein Rückschlagventil abgetrenntes
separates Kompressionsvolumen aufweist. Mit dem Lichtbogenraum
48 ist hier ein zylindrisch ausgebildetes, etwas grösser
ausgelegtes Blasvolumen 62 verbunden. Ein Teil dieses
Blasvolumens 62 wird beim Ausschalten mechanisch komprimiert.
Zwischen dem Blasvolumen 62 und dem Löschkammervolumen 27 ist
ein beim Ausschalten als Kompressionskolben wirkendes
Rückschlagventil 25 mit einer Ventilscheibe 26 vorgesehen,
welches bei entsprechenden Druckverhältnissen eine Gasströmung
vom Löschkammervolumen 27 in das Blasvolumen 62 zulässt. Der
übrige Aufbau dieses Hybridleistungsschalters 1 ist demjenigen
der zweiten Ausführungsform gemäss Figur 3 sehr ähnlich, der
Durchmesser des Düsenengnisses 63 ist jedoch bei der vierten
Ausführungsform wesentlich grösser, was zur Folge hat, dass
die in der Löschkammer 2 auftretenden Gasdrücke wesentlich
kleiner sind als die bei der zweiten Ausführungsform gemäss
Figur 3 möglichen Gasdrücke. Dies bedingt weiterhin, dass
durch den Lichtbogen aufgeheiztes Gas bereits durch das
Düsenengnis 63 und durch das Innere des Kontaktrohrs 17
abströmt, sodass keine nennenswerte Rückheizung in das
Blasvolumen 62 erfolgen kann.FIG. 5 shows a fourth, shown in a highly simplified manner
Embodiment of a
Im Kontaktrohr 17 sind hier ebenfalls die Öffnungen 50
dargestellt, durch welche aus dem Lichtbogenraum 48
ausströmendes Gas in das Innere des Tragrohrs 15 abströmen
kann. Dieses Abströmen wird mittels eines im Innern des
Kontaktrohrs 17 angebrachten Strömungskegels 51 erleichtert.
Mittels der Optimierung der Grösse des Blasvolumens 62, des
Durchmessers des Düsenengnisses 63 der Isolierdüse 30 und des
inneren Durchmessers des Kontaktrohrs 17 und einer Abstimmung
dieser drei Grössen aufeinander kann der Druckanstieg im
Lichtbogenraum 48 und damit auch im Blasvolumen 62 so
eingestellt werden, dass eine hinreichend wirkungsvolle
Beblasung des Lichtbogens erreicht wird. Bei dieser vierten
Ausführungsform wird eine besonders niedrige
Strömungsgeschwindigkeit des den Lichtbogen beblasenden Gases
erreicht, diese Strömungsgeschwindigkeit liegt deutlich im
Unterschallbereich.The
Bei dieser vierten Ausführungsform des
Hybridleistungsschalters 1 wird die zweite Löschkammer 3 beim
Ausschalten ebenfalls stets gegenüber der ersten Löschkammer 2
zeitlich verzögert geöffnet und beim Einschalten stets
zeitlich vorlaufend geschlossen, wie dies bereits beschrieben
wurde.In this fourth embodiment of the
Bei dieser vierten Ausführungsform des
Hybridleistungsschalters 1 ist der Durchmesser des
Düsenengnisses 63 der Isolierdüse 30 besonders gross
ausgebildet. Er wird beispielsweise aus der folgenden
Beziehung, die den Dimensionierungsparameter F für das
Düsenmaterial PTFE mit beigemengtem Molybdänsulfid festlegt,
bestimmt:
Die Figur 6 zeigt die Düsenzone der vierten Ausführungsform
des Hybridleistungsschalters 1 etwas vergrössert. Der Radius R
des Düsenengnisses 63 ist in dieser Figur 6 angegeben und
ebenso die Länge E des Düsenengnisses 63. Ferner ist eine
Hilfsdüse 64 aus Isoliermaterial dargestellt, welche die
Abbrandfinger 18 nach aussen hin abdeckt und zusammen mit der
Isolierdüse 30 einen Kanal 65 bildet, der das Blasvolumen 62
mit dem Lichtbogenraum 48 verbindet. Der Kanal 65 verläuft
hier beispielsweise teilweise parallel zur Längsachse 4 und er
weist eine Abknickung 66 auf, die auf die Längsachse 4 zu
verläuft. Der abgeknickte Kanalteil verläuft unter einem
Winkel im Bereich von 45° bis 90° zur Längsachse 4. Durch
diese Abknickung 66 wird erreicht, dass bei den
Druckverhältnissen, die bei dieser Ausführungsform des
Hybridleistungsschalters 1 herrschen, keine Gasrückströmung
vom Lichtbogenraum 48 in das Blasvolumen 62 erfolgen kann.
Dieser Hybridleistungsschalter 1 ist rückheizfrei ausgebildet.Figure 6 shows the nozzle zone of the fourth embodiment
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
Wird die zweite Löschkammer 3 mittels einer Baugruppe
bestehend aus schaltbaren Leistungshalbleitern realisiert, so
erhält man eine fünfte Ausführungsform des
Hybridleistungsschalters 1. Diese Ausführungsform ist
preislich besonders günstig herzustellen, unter anderem
vereinfacht sich dadurch das Getriebe 6, da die mechanische
Betätigung der zweiten Löschkammer 3 entfällt. Der der
Spannungssteuerung beim Schalten dienende hochohmige ohmsche
Widerstand ist in diesem Fall als Bauelement der Baugruppe von
Leistungshalbleitern parallel geschaltet. Die zeitliche
Verzögerung des Ausschaltens und der zeitliche Vorlauf
gegenüber der Löschkammer 2 beim Einschalten wird bei dieser
Variante mittels eines elektronischen Steuerungsgliedes
eingestellt. Ein derartig ausgebildeter
Hybridleistungsschalter 1 ist besonders für Netze im Bereich
um 110 kV Betriebsspannung und darunter wirtschaftlich
einsetzbar.The
Bei den vorab beschriebenen vier Ausführungsformen des
Hybridleistungsschalters 1 wird die zweite Löschkammer 3 bei
Schaltvorgängen mechanisch betätigt und bewegt sich, zeitlich
koordiniert, von einer Ausschaltstellung in eine
Einschaltstellung oder umgekehrt. In der jeweiligen
Einschaltstellung führt die zweite Löschkammer 3 den durch den
Hybridleistungsschalter fliessenden Strom. Bei der fünften
Ausführungsform wird die zweite Löschkammer 3 mittels eines
elektronisch geschalteten Halbleiterelements realisiert, sie
führt jedoch in der Einschaltstellung ebenfalls den durch den
Hybridleistungsschalter fliessenden Strom. Es ist jedoch
vorstellbar, dass parallel zu der zweiten Löschkammer 3 eine
unterbrechbare Nennstrombahn vorgesehen ist.In the four embodiments of the previously described
Bei der in der Fig. 8 schematisch dargestellten sechsten
Ausführungsform wird die zweite Löschkammer 3 mittels einer
TVG (Triggered Vacuum Gap) realisiert. Die beiden Kontakte 67
und 68 der TVG sind stationär, sie werden nicht vom Getriebe 6
her mechanisch betätigt. Eine Wirkungslinie 69 deutet die
nicht näher dargestellte elektrisch leitende Verbindung
zwischen der ersten Löschkammer 2 und der zweiten Löschkammer
3 an. Eine weitere Wirkungslinie 70, die von der Wirkungslinie
69 abzweigt, deutet die parallel zu dieser zweiten Löschkammer
3 verlaufende Nennstrombahn 71 an. Die Nennstrombahn 71 ist
mittels eines in ihrem Verlauf angeordneten Trenners 72
unterbrechbar ausgebildet. Der Trenner 72 wird vom Getriebe 6
her mittels des Hebels 43 zeitlich koordiniert betätigt. Ein
Pfeil 73 deutet die Triggerung an, mit deren Hilfe
Ladungsträger in die Strecke zwischen den Kontakten 67 und 68
eingebracht werden, sodass diese elektrisch leitfähig wird.In the sixth shown schematically in FIG. 8
Embodiment is the
Bei der Ausschaltung arbeitet bei dieser Ausführungsform des
Hybridleistungsschalters 1 die erste Löschkammer 2 wie bereits
früher beschrieben. Mittels der durch den Pfeil 73
angedeuteten elektronisch gesteuerten Triggerung wird die
zweite Löschkammer 3 elektrisch leitend und führt, sobald der
Trenner 72 geöffnet ist, den Ausschaltstrom allein. In der
Regel löscht die zweite Löschkammer 3 dann im nächsten
Stromnulldurchgang und hält dem ersten steilen Anstieg der
wiederkehrenden Spannung stand. Die erste Löschkammer 2
übernimmt dann etwas später die volle wiederkehrende Spannung.
Für die Aufteilung der wiederkehrenden Spannung auf die beiden
Löschkammern 2 und 3 ist auch hier eine der früher
beschriebenen wirksamen Spannungssteuerungen vorgesehen.When switching off works in this embodiment of the
- 11
- HybridleistungsschalterHybrid circuit breakers
- 2,32.3
- LöschkammerArcing chamber
- 44th
- Längsachse Longitudinal 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
- DüsenhalterungNozzle 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
- Zahnrad gear
- 41,4241.42
- StützrolleSupport roller
- 4343
- Hebellever
- 4444
- AnschlussteilConnector
- 4545
- feststehender Kontaktfixed contact
- 4646
- IsoliergehäuseInsulating housing
- 4747
- WiderstandsbelagResistance coating
- 4848
- LichtbogenraumArc room
- 4949
- SpeichervolumenStorage volume
- 5050
- Öffnungenopenings
- 5151
- StrömungskegelFlow cone
- 5252
- KontaktringContact ring
- 5353
- Zylindercylinder
- 5454
- FührungsflanschGuide flange
- 5555
- HülseSleeve
- 5656
- Kolbenpiston
- 5757
- Öffnungenopenings
- 5858
- VentilscheibeValve disc
- 5959
- DurchbrücheBreakthroughs
- 6060
- BereichArea
- 6161
- Flächearea
- 6262
- BlasvolumenBlowing volume
- 6363
- DüsenengnisJet cone
- 6464
- HilfsdüseAuxiliary nozzle
- 6565
- Kanalchannel
- 6666
- AbknickungKink
- 67,6867.68
- Kontaktecontacts
- 69,7069.70
- WirkungslinieLine of action
- 7171
- NennstrombahnNominal current path
- 7272
- Trennerseparator
- 7373
- Pfeilarrow
- RR
-
Radius des Düsenengnisses 63Radius of the
nozzle curve 63 - EE
-
Länge des Düsenengnisses 63
Nozzle length 63
Claims (22)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19958645A DE19958645C5 (en) | 1999-12-06 | 1999-12-06 | Hybrid circuit breaker |
DE19958645 | 1999-12-06 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP1109187A1 true EP1109187A1 (en) | 2001-06-20 |
EP1109187B1 EP1109187B1 (en) | 2004-07-07 |
Family
ID=7931524
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP00811125A Expired - Lifetime EP1109187B1 (en) | 1999-12-06 | 2000-11-27 | Hybrid circuit breaker |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6437273B2 (en) |
EP (1) | EP1109187B1 (en) |
JP (1) | JP2001189118A (en) |
CN (1) | CN1182557C (en) |
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