EP2936530A1 - Power circuit breaker - Google Patents

Power circuit breaker

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Publication number
EP2936530A1
EP2936530A1 EP13823936.3A EP13823936A EP2936530A1 EP 2936530 A1 EP2936530 A1 EP 2936530A1 EP 13823936 A EP13823936 A EP 13823936A EP 2936530 A1 EP2936530 A1 EP 2936530A1
Authority
EP
European Patent Office
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electrodes
circuit breaker
switching
switching path
sub
Prior art date
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Granted
Application number
EP13823936.3A
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German (de)
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EP2936530B1 (en
Inventor
Vladimir Ermel
Michael Kurrat
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Technische Universitaet Braunschweig
Original Assignee
Technische Universitaet Braunschweig
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Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Braunschweig filed Critical Technische Universitaet Braunschweig
Publication of EP2936530A1 publication Critical patent/EP2936530A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP2936530B1 publication Critical patent/EP2936530B1/en
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    • H01H9/30Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/34Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/36Metal parts
    • HELECTRICITY
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    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02Details
    • H01H33/04Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/08Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
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    • H01H33/16Impedances connected with contacts
    • H01H33/164Impedances connected with contacts the impedance being inserted in the circuit by blowing the arc onto an auxiliary electrode
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    • H01H33/02Details
    • H01H33/59Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
    • H01H33/596Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle for interrupting dc
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    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66Vacuum switches
    • H01H33/664Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
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    • H01H33/60Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66Vacuum switches
    • H01H33/664Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6647Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having fixed middle contact and two movable contacts

Definitions

  • the present invention relates to a circuit breaker which is suitable for switching electrical voltages and / or electrical currents and powers.
  • a circuit breaker contains two electrodes, to which in operation one pole of an electrical power to be switched is applied in each case.
  • one pole of an electrical power to be switched is applied in each case.
  • the insulating gas SF 6 In order to ensure the extinction of such arcs as far as possible, in many of the known high-voltage circuit breakers, the insulating gas SF 6
  • Atmosphere can escape.
  • vacuum switches have been developed for switching high voltages. To reduce the occurrence of arcs in vacuum switches, these are usually used in
  • HVDC high-voltage direct current
  • the European Patent EP 0 556 616 B1 - or its German translation DE 693 02 716 T2 - introduces a DC breaker arrangement which closes a commutating switch after interrupting a vacuum switch and converts an arc direct current by means of commutation into an alternating waveform to the interruption complete. This is intended to reliably interrupt a DC current to prevent an escalation of a malfunction.
  • the circuit breaker according to the invention has two electrodes, to each of which a pole of an electrical voltage can be connected, which is to be switched or disconnected. These electrodes will be below as well
  • the switch according to the invention is in principle suitable for switching voltages with arbitrary values. In this case, the generation of arcs should be prevented or their presence be terminated as quickly as possible during the switching process. Therefore, the switch according to the invention is particularly suitable for all applications in which such arcs are particularly harmful, such as in vehicles with electric drive and / or internal combustion engines and when switching high voltages.
  • high voltage is understood to mean a voltage which may have a value of approx. 50 - 500 kilovolts or even more.
  • the circuit breaker offers particular advantages as part of a system for transmission of ultra-high voltage alternating current (AC) or high voltage direct current (HVDC). For the switching process, the main electrodes must be brought together or
  • both main electrodes are moved simultaneously or in succession.
  • This switching movement takes place along a switching path. Usually this runs straight and perpendicular to the button of the stationary main electrode. However, any other form which is advantageous for mechanical and / or electrical reasons is also conceivable.
  • the present invention is characterized in that at least one secondary electrode is present.
  • This sub-electrode protrudes into the area near the switching path. This causes that in the separation process, first, a main arc between the two main electrodes is formed and with further progressing distance of the main electrodes to each other more arcs arise between the main electrodes and the secondary electrode. These further arcs are thus connected in parallel to the original main arc and cause it to extinguish much earlier than in previously known circuit breakers.
  • the minimum distance between the switching path and the sub-electrode is less than 10 mm, with values between about 0.5 to 1 mm having proven particularly useful.
  • the invention is based on the finding that the presence of the
  • Arcs is unstable and follows statistical laws. If, instead of a main arc, several individual arcs occur, which are quasi connected in series, there is a much greater probability that one of these individual arcs will extinguish. When that happens, more of these single arcs will quickly go out, eventually wiping out the entire arc chain. The creation of such an arc chain instead of a single main arc, the presence of arcs during the switching process so finished faster and thus the
  • the presence of the sub-electrodes according to the invention is basically possible in a circuit breaker containing a gas, such as the insulating gas SF 6 .
  • a gas pressure is in the range of 10 ⁇ 4 to 10 "8 mbar, usually values in the range of 10 ⁇ 5 to 10" 7 mbar are particularly preferred.
  • the secondary electrode (or more) can be designed in various ways. In order to ensure the highest possible operational reliability, it has been proven to make the secondary electrode annular or planar, with an opening is provided through which the switching path passes.
  • the secondary electrode (or more) has a contour, whereby it is thinner in the region of the switching path, as on the side facing away from the switching path.
  • a contour can be realized for example by a triangular-shaped course (see Fig. 5).
  • the secondary electrode each has a rounded course (see Fig. 4), which can be described by a small radius (r) or a larger radius (R), where r ⁇ R is.
  • Fig. 4 is an enlarged view of the sub-electrode 30a of Fig. 2 Fig. 5 sub-electrodes with triangular contour
  • Fig. 6 shows another embodiment of the circuit breaker with wiring.
  • circuit breaker according to the invention is suitable for the switching of electrical voltages with arbitrary values.
  • Fig. 1 shows a symbolic representation of a preferred circuit breaker 10, which is suitable to switch DC voltages up to 100 kV and more. It is preferably designed as a vacuum switch, in which there is usually a pressure of about 10 ⁇ 6 mbar.
  • the preferred embodiment is designed substantially circular or cylindrical symmetry. That is, the housing of the circuit breaker 10 includes a substantially cylindrical insulator 12 and an upper end plate 14 and a lower end plate 16, which are each nearly disc-shaped.
  • the circuit breaker 10 further includes an upper
  • Main electrode 18 having an upper shaft 20 and a lower main electrode 22 with a lower shaft 24.
  • About the main electrodes 8, 22 may be a
  • Both shafts 20, 24 are electrically conductive and connected respectively to their associated main electrode 18 and 22 both mechanically and electrically conductive.
  • the upper shaft 20 is fixed to the upper end plate 14 so that the upper main electrode 18 within the circuit breaker 10 is almost stationary.
  • the lower shaft 24 can be through an opening, not shown here within the lower End plate 16 along the arrow 26 to move back and forth vertically.
  • the lower main electrode 22 vertically, that is, up and down, are moved along a switching path, which is indicated here by the dashed lines sl and sr.
  • Via a lower connection port B the second pole of the high voltage to be switched can be applied.
  • This port B is electrically connected to a sliding contact 28, which in turn makes contact between the electrically conductive lower shaft 24 and thus also to the lower
  • Main electrode 22 allows.
  • the circuit breaker 10 further includes five sub-electrodes 30a, ..., 30e, which are each formed almost disc-shaped, and which are each held by one of the holders 31a, ..., 31 e.
  • the brackets 31 are
  • brackets 31 are formed as webs or the like.
  • the auxiliary electrons 30 each have an opening 32a,..., 32e in the central region, which are designed and arranged such that the movable lower main electrode 22 can be moved therethrough.
  • the openings 32 are symmetrical to the positions of the lower main electrode 22 along its vertical switching path. If this is in the middle of one of the
  • Openings 32 is located, there is a minimum distance d between the exterior of the main electrode 22 and the interior of such opening 32, as shown in Fig. 1.
  • This distance d between the switching path sr and the sub-electrode 30 is less than 10 mm, with values between 0.5 and 1 mm having proven particularly useful.
  • the uppermost sub-electrode 30a is arranged such that the upper main electrode 18 is in the region of the opening 32a. Such embodiments are shown for example in FIGS. 3 and 4
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of the preferred circuit breaker 10, which-as already mentioned above-is substantially circular or cylindrically symmetrical. For clarity, were by the side electrodes 30a, ..., 30e only three are drawn. Fig. 2 also shows other possible modifications.
  • the insulator 12 has first regions 12a, which are electrically conductive, and second regions 12b, which are electrically insulating.
  • the first regions 12a are preferably made of metal.
  • the second portions 12b are made of ordinary material such as ceramic or the like.
  • the upper main electrode 18 is made quite large, so that its lateral dimension is larger than that of the lower main electrode 22.
  • the power switch 10 here has a shielding plate 33. Together with the brackets 31a and 31e, which are also preferably designed as sheets and thus also function as shielding plates, so the dielectric surface of the insulators 12 is shielded during the emergence and presence of an arc against thereby occurring flows of metal particles.
  • an electromagnet 34, a permanent magnet 36 and a spring 38 are also shown, with appropriate circuitry and control by suitable means (not shown here) a vertical actuation of the lower shaft 24 - and thus also the lower main electrode 22 - allow and so can cause a desired switching operation by an interconnection or separation of the two main electrodes 18, 22.
  • Electromagnet 34 and the spring 38 preferably below the lower
  • End plate 16 and mounted outside the vacuum chamber.
  • the special feature of the present invention are those in the
  • Embodiments shown auxiliary electrodes 30. These cause that
  • Fig. 3 consists of the individual representations 3a ... 3h.
  • the side electrodes 30a, ..., 30e are shown as well as various arcs that may arise during such a switching operation.
  • the uppermost sub-electrode 30a is at substantially the same height as the first one
  • Fig. 3b shows a situation in which the lower main electrode 22 has moved further down during the switching operation. The distance between the
  • the lower main electrode 22 is at the level of the sub-electrode 30d and just below.
  • the arc 132 is extinguished.
  • an arc 150 occurs (between the sub-electrodes 30c and 30d) and an arc 152 (between the sub-electrode 30d and the lower main electrode 22).
  • the lower main electrode 22 is at the level of the auxiliary electrode 30e or just below.
  • the arc 152 is extinguished.
  • an arc 170 occurs (between the sub-electrodes 30d and 30e) and an arc 172 (between the sub-electrode 30e and the lower main electrode 22).
  • the arcs 112, 114, 130, 150, 170 and 172 present during the switching operation and in particular also in the position according to FIG. 3h have arisen due to the particular design and positioning of the auxiliary electrodes 30 relative to one another and with respect to the position of the upper main electrode 18 and the switching path of the lower main electrode 22. These arcs are quasi connected in series. This means that if one of these arcs disappears due to the statistical laws, the entire spark gap is interrupted. This ensures that arcs extinguish much earlier in the inventive high-voltage circuit breaker than in previously known
  • the side electrodes 30 in the outer region that is to say on the side remote from the switching path sl, have a very small distance of a few millimeters from one another, as a result of which the arcs 114, 130, 150 and 170 (see FIG ) can arise;
  • the side electrodes 30 in the region of the switching path sl, sr have a significantly greater distance from each other than to the
  • Fig. 6 shows symbolically a further embodiment of the
  • Circuit breaker 10 according to the invention.
  • the special feature of this is the
  • the electronic circuit 50 which consists of a plurality of ohmic resistors 52 and a plurality of voltage-dependent resistors 54, which are also called varistors in the following.
  • the resistors 52 and the varistors 54 are each connected in series.
  • the resistors 52 each have a value greater than 100 kO. In this case, a range between 100 kD and 1 ⁇ is particularly advantageous.
  • the varistors are designed in the preferred embodiment to have a limiting voltage (threshold voltage) of about 1 kV.
  • the preferred embodiment of the circuit breaker 10 is designed so that voltages in the range of about 200 kV can be switched. If 5 sub-electrodes 30a, ..., 30e are present (as also shown), four gaps result between these sub-electrodes 30a-30e. To be optimal
  • Varistors 54 arranged so as to allow the desired limiting voltages. By the resistors 52, a good voltage distribution between the sub-electrodes 30 is ensured.
  • the electronic circuit 50 is connected as follows in this embodiment.
  • the brackets 31 are here each designed as a sheet metal, so that these holding plates each also function as a shielding plate.
  • the first retaining plate 31a is electrically connected to the upper main electrode 18 via the upper shaft 20.
  • Holding plate 31 a and the second holding plate 31 b are connected a series of varistors 54, to which a series of resistors 52 are connected in parallel.
  • both six resistors 52 and six varistors 54 are shown between the first holding plate 31 a and the second holding plate 31 b.
  • Also between the other adjacent retaining plates 31 b-31 c, 31 c-31 d and 31 d-31 e six resistors 52 and six varistors 54 are shown. It should be noted that this number is only an example and may be different between adjacent retaining plates 31. This also means that the number of resistors 52 may be different from the number of varistors 54.
  • the last retaining plate 31 e is also electrically connected via a second electrical conductor 58 via the lower shaft 24 to the lower main electrode 22.

Abstract

The invention relates to a power circuit breaker that is suitable for switching voltages. The power circuit breaker according to the invention comprises two main electrodes, to each of which a respective pole of the voltage to be switched can connected. During the switching process, at least one of said main electrodes follows a switching path. The power circuit breaker is characterized in that secondary electrodes are additionally provided, which protrude into the vicinity of the switching path and are designed and arranged in such a way that arcs can be produced (a) between the main electrodes and the secondary electrodes and (b) between the individual secondary electrodes during the switching process. The power circuit breaker according to the invention can be advantageously used in vehicles and in ultra-high-voltage AC and HVDC (high-voltage direct current) transmission systems and causes arcs to be extinguished as early as possible during the switching process.

Description

Leistungsschalter  breakers
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leistungsschalter, der geeignet ist, elektrische Spannungen bzw. elektrische Ströme und Leistungen zu schalten. The present invention relates to a circuit breaker which is suitable for switching electrical voltages and / or electrical currents and powers.
Üblicherweise enthält ein Leistungsschalter zwei Elektroden, an die im Betrieb jeweils ein Pol einer zu schaltenden elektrischen Leistung anliegt. Insbesondere beim Trennen der Elektroden besteht eine große Wahrscheinlichkeit, dass ein unerwünschter Lichtbogen auftritt. Selbst wenn dieser zwischenzeitlich verlischt, besteht die Gefahr, dass er erneut zünden kann und zwar so lange, bis die Usually, a circuit breaker contains two electrodes, to which in operation one pole of an electrical power to be switched is applied in each case. In particular, when separating the electrodes, there is a high probability that an unwanted arc occurs. Even if he dies in the meantime, there is a risk that he can ignite again and until the
Trennstrecke groß genug ist. Separation distance is large enough.
Um das Erlöschen solcher Lichtbögen weitestgehend zu gewährleisten, wird in vielen der bekannten Hochspannungs-Leistungsschaltern das Isoliergas SF6 In order to ensure the extinction of such arcs as far as possible, in many of the known high-voltage circuit breakers, the insulating gas SF 6
(Schwefelhexafluorid) benutzt. Dieses ist jedoch ein sehr starkes Treibhausgas, das insbesondere bei Leckagen und nach dem Ende der Lebensdauer in die (Sulfur hexafluoride) used. However, this is a very strong greenhouse gas, especially in leaks and after the end of the life in the
Atmosphäre entweichen kann. Insbesondere aus Gründen der Umweltfreundlichkeit wurden daher Vakuumschalter zum Schalten von Hochspannungen entwickelt. Um bei Vakuumschaltern das Entstehen von Lichtbögen zu vermindern werden diese üblicherweise in Atmosphere can escape. In particular, for reasons of environmental friendliness, therefore, vacuum switches have been developed for switching high voltages. To reduce the occurrence of arcs in vacuum switches, these are usually used in
Wechselstromsystemen eingesetzt. Denn bei Wechselstrom tritt periodisch ein Nulldurchgang des Stroms auf, was das Verlöschen des Lichtbogens begünstigt. AC systems used. Because with AC occurs periodically a zero crossing of the current, which favors the extinction of the arc.
Es besteht jedoch ein erhöhter Bedarf an der Übertragung von Hochspannungs- Gleichstrom. Solche Systeme der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) werden in der derzeitigen Diskussion um die Energiewende und den Ausbau der elektrischen Netze, insbesondere für die Anbindung von Off-shore-Windparks oder die Einrichtung von Koppelstellen, von verschiedenen Seiten vorgeschlagen. Denn für höhere Leistungen bei gleicher Trassenbreite, längeren Strecken und vor allem längeren Kabelverbindungen erscheint die Gleichstromtechnik vorteilhaft. However, there is an increased demand for the transmission of high voltage direct current. Such systems of high-voltage direct current (HVDC) transmission are proposed in the current discussion about the energy transition and the expansion of electrical networks, in particular for the connection of offshore wind farms or the establishment of coupling points, from various sides. Because for higher power with the same route width, longer distances and especially longer cable connections DC technology appears advantageous.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Häufig wird das zuverlässige Schalten von hohen Gleichspannungen realisiert, indem mehrere Hochspannungs-Leistungsschalter in Reihe geschaltet werden. CONFIRMATION COPY Often the reliable switching of high DC voltages is realized by connecting several high voltage circuit breakers in series.
Die europäische Patentschrift EP 0 556 616 B1 - bzw. deren deutsche Übersetzung DE 693 02 716 T2 - stellt eine Gleichstrom-Unterbrecheranordnung vor, die einen kommutierenden Schalter nach Unterbrechen eines Vakuumschalters schließt und einen Lichtbogengleichstrom mittels Kommutierung in eine alternierende Wellenform umwandelt, um die Unterbrechung abzuschließen. Dadurch soll ein Gleichstrom zuverlässig unterbrochen werden, um ein Eskalieren einer Betriebsstörung zu verhindern. The European Patent EP 0 556 616 B1 - or its German translation DE 693 02 716 T2 - introduces a DC breaker arrangement which closes a commutating switch after interrupting a vacuum switch and converts an arc direct current by means of commutation into an alternating waveform to the interruption complete. This is intended to reliably interrupt a DC current to prevent an escalation of a malfunction.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wechsel- oder Gleichspannung (bzw. eine entsprechende Leistung) auf einfache und zuverlässige Weise schalten zu können. It is the object of the present invention to be able to switch an AC or DC voltage (or a corresponding power) in a simple and reliable manner.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Leistungsschalter nach Anspruch 1. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen angegeben. This object is achieved by the circuit breaker according to claim 1. Advantageous further developments are specified in the subclaims.
Der erfindungsgemäße Leistungsschalter weist zwei Elektroden auf, an die jeweils ein Pol einer elektrischen Spannung angeschlossen werden kann, die geschaltet bzw. getrennt werden soll. Diese Elektroden werden im Folgenden auch The circuit breaker according to the invention has two electrodes, to each of which a pole of an electrical voltage can be connected, which is to be switched or disconnected. These electrodes will be below as well
Hauptelektroden genannt. Der erfindungsgemäße Schalter ist grundsätzlich geeignet Spannungen mit beliebigen Werten zu schalten. Dabei soll das Entstehen von Lichtbögen verhindert bzw. deren Vorhandensein während des Schaltvorgangs möglichst schnell beendet werden. Deshalb ist der erfindungsgemäße Schalter besonders geeignet für alle Einsatzgebiete, in denen solche Lichtbögen besonders schädlich sind, wie beispielsweise in Fahrzeugen mit Elektroantrieb und/oder Brennkraftmaschinen sowie beim Schalten von Hochspannungen. Dabei wird unter Hochspannung hier eine Spannung verstanden, die einen Wert von ca. 50 - 500 Kilovolt oder sogar mehr aufweisen kann. Der Leistungsschalter bietet besondere Vorteile als Teil eines Systems zur Übertragung von Ultrahochspannungs- Wechselstrom (AC) oder von Hochspannungs-Gleichstrom (HGÜ). Für den Schaltvorgang müssen die Hauptelektroden zusammengeführt bzw. Called main electrodes. The switch according to the invention is in principle suitable for switching voltages with arbitrary values. In this case, the generation of arcs should be prevented or their presence be terminated as quickly as possible during the switching process. Therefore, the switch according to the invention is particularly suitable for all applications in which such arcs are particularly harmful, such as in vehicles with electric drive and / or internal combustion engines and when switching high voltages. Here, high voltage is understood to mean a voltage which may have a value of approx. 50 - 500 kilovolts or even more. The circuit breaker offers particular advantages as part of a system for transmission of ultra-high voltage alternating current (AC) or high voltage direct current (HVDC). For the switching process, the main electrodes must be brought together or
getrennt werden. Das geschieht üblicherweise durch eine mechanische Bewegung von einer der beiden Hauptelektroden. Die andere Hauptelektrode ist dann stationär, also ortsfest innerhalb des Leistungsschalters. Es ist jedoch auch denkbar, dass beide Hauptelektroden gleichzeitig oder nacheinander bewegt werden. be separated. This is usually done by a mechanical movement of one of the two main electrodes. The other main electrode is then stationary, ie stationary within the circuit breaker. However, it is also conceivable that both main electrodes are moved simultaneously or in succession.
Diese Schaltbewegung findet entlang eines Schaltweges statt. Üblicherweise verläuft dieser geradlinig und zwar senkrecht zu der Schaltfläche der stationären Hauptelektrode. Denkbar ist jedoch auch jede andere Form, die aus mechanischen und/oder elektrischen Gründen vorteilhaft ist. This switching movement takes place along a switching path. Usually this runs straight and perpendicular to the button of the stationary main electrode. However, any other form which is advantageous for mechanical and / or electrical reasons is also conceivable.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Nebenelektrode vorhanden ist. Diese Nebenelektrode (oder mehrere) ragt in den Bereich nahe dem Schaltweg. Das bewirkt, dass bei dem Trennvorgang zunächst ein Haupt-Lichtbogen zwischen den beiden Hauptelektroden entsteht und mit weiter fortschreitendem Abstand der Hauptelektroden zueinander weitere Lichtbögen entstehen und zwar zwischen den Hauptelektroden und der Nebenelektrode. Diese weiteren Lichtbögen sind also zu dem ursprünglichen Haupt-Lichtbogen parallel geschaltet und bewirken, dass dieser wesentlich früher erlischt als bei bisher bekannten Leistungsschaltern. Um das Entstehen der weiteren Lichtbögen zu optimieren, ist es vorteilhaft, dass der minimale Abstand zwischen dem Schaltweg und der Nebenelektrode weniger als 10 mm beträgt, wobei sich Werte zwischen etwa 0,5 bis 1 mm besonders bewährt haben. The present invention is characterized in that at least one secondary electrode is present. This sub-electrode (or more) protrudes into the area near the switching path. This causes that in the separation process, first, a main arc between the two main electrodes is formed and with further progressing distance of the main electrodes to each other more arcs arise between the main electrodes and the secondary electrode. These further arcs are thus connected in parallel to the original main arc and cause it to extinguish much earlier than in previously known circuit breakers. In order to optimize the generation of the further arcing, it is advantageous that the minimum distance between the switching path and the sub-electrode is less than 10 mm, with values between about 0.5 to 1 mm having proven particularly useful.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Vorhandensein der The invention is based on the finding that the presence of the
Lichtbögen instabil ist und statistischen Gesetzmäßigkeiten folgt. Wenn nun anstelle eines Haupt-Lichtbogens mehrere einzelne Lichtbögen auftreten, die quasi in Serie geschaltet sind, so besteht eine deutlich größere Wahrscheinlichkeit, dass einer dieser einzelnen Lichtbögen erlischt. Wenn das passiert, werden auch weitere dieser einzelnen Lichtbögen schnell erlöschen, wodurch letztlich die gesamte Lichtbogen-Kette erlischt. Durch die Erzeugung einer solchen Lichtbogen-Kette anstatt eines einzelnen Haupt-Lichtbogens wird das Vorhandensein von Lichtbögen während des Schaltvorgangs also schneller beendet und somit die Arcs is unstable and follows statistical laws. If, instead of a main arc, several individual arcs occur, which are quasi connected in series, there is a much greater probability that one of these individual arcs will extinguish. When that happens, more of these single arcs will quickly go out, eventually wiping out the entire arc chain. The creation of such an arc chain instead of a single main arc, the presence of arcs during the switching process so finished faster and thus the
Betriebssicherheit des Leistungsschalters erhöht. Operational safety of the circuit breaker increased.
Das Vorhandensein der erfindungsgemäßen Nebenelektroden ist grundsätzlich möglich bei einem Leistungsschalter, der ein Gas enthält, wie das Isoliergas SF6. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung der Nebenelektroden allerdings in Vakuum- Leistungsschaltern, in denen ein Gasdruck herrscht im Bereich von 10~4 bis 10"8 mbar, wobei üblicherweise Werte im Bereich von 10~5 bis 10"7 mbar besonders bevorzugt werden. The presence of the sub-electrodes according to the invention is basically possible in a circuit breaker containing a gas, such as the insulating gas SF 6 . Particularly advantageous is the arrangement of the auxiliary electrodes is, however, in vacuum circuit breakers, in which a gas pressure is in the range of 10 ~ 4 to 10 "8 mbar, usually values in the range of 10 ~ 5 to 10" 7 mbar are particularly preferred.
Die Nebenelektrode (bzw. mehrere) kann auf verschiedene Weise gestaltet sein. Um eine möglichst hohe Betriebssicherheit gewährleisten zu können hat es sich bewährt, die Nebenelektrode ringförmig oder flächenhaft zu gestalten, wobei eine Öffnung vorgesehen ist, durch die der Schaltweg verläuft. The secondary electrode (or more) can be designed in various ways. In order to ensure the highest possible operational reliability, it has been proven to make the secondary electrode annular or planar, with an opening is provided through which the switching path passes.
Es hat sich weiterhin bewährt, dass die Nebenelektrode (oder mehrere) eine Kontur aufweist, wodurch sie im Bereich des Schaltwegs dünner ist, als auf der dem Schaltweg abgewandten Seite. Eine solche Kontur kann beispielsweise realisiert werden durch einen dreieck-förmigen Verlauf (s.a. Fig. 5). Denkbar ist auch, dass die Nebenelektrode jeweils einen abgerundeten Verlauf aufweist (s.a. Fig. 4), der sich anhand eines kleinen Radius (r) bzw. eines größeren Radius (R) beschreiben lässt, wobei r < R ist. It has also been proven that the secondary electrode (or more) has a contour, whereby it is thinner in the region of the switching path, as on the side facing away from the switching path. Such a contour can be realized for example by a triangular-shaped course (see Fig. 5). It is also conceivable that the secondary electrode each has a rounded course (see Fig. 4), which can be described by a small radius (r) or a larger radius (R), where r <R is.
Zur weiteren Erhöhung der Betriebssicherheit hat es sich bewährt, wenn bei Vorhandensein von mehreren Nebenelektroden zumindest einzelne davon miteinander elektrisch verbunden sind durch ein elektronisches Netzwerk, das mindestens einen Varistor und/oder mindestens einen ohmschen Widerstand enthält. Im Folgenden werden weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben. Dabei zeigen To further increase the reliability, it has proven useful if, in the presence of a plurality of sub-electrodes at least some of them are electrically connected to each other by an electronic network containing at least one varistor and / or at least one ohmic resistance. In the following, further details and advantages of the present invention will be described with reference to preferred embodiments. Show
Fig. 1 eine symbolische Darstellung eines Leistungsschalters Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung des Leistungsschalters Fig. 1 is a symbolic representation of a circuit breaker Fig. 2 is a cross-sectional view of the circuit breaker
Fig. 3a ...3h verschiedene Schalterstellungen mit Funkenstrecken  Fig. 3a ... 3h different switch positions with spark gaps
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der Nebenelektrode 30a aus Fig. 2 Fig. 5 Nebenelektroden mit dreieckförmiger Kontur  Fig. 4 is an enlarged view of the sub-electrode 30a of Fig. 2 Fig. 5 sub-electrodes with triangular contour
Fig. 6 eine weitere Ausführung des Leistungsschalters mit Beschaltung.  Fig. 6 shows another embodiment of the circuit breaker with wiring.
Gleiche bzw. gleichartige Mittel sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Eine wiederholte Beschreibung erfolgt nur insofern, wie es für das Identical or similar means are provided in the figures with the same reference numerals. A repeated description is made only insofar as it is for the
Verständnis der Erfindung bzw. der Ausführungsbeispiele erforderlich erscheint. Obwohl die Ausführungsbeispiele das Schalten von Hochspannung beschreiben, sei nochmals darauf hingewiesen, dass der erfindungsgemäße Leistungsschalter für das Schalten von elektrischen Spannungen mit beliebigen Werten geeignet ist. Understanding the invention or the embodiments required appears. Although the embodiments describe the switching of high voltage, it should again be noted that the circuit breaker according to the invention is suitable for the switching of electrical voltages with arbitrary values.
Fig. 1 zeigt eine symbolische Darstellung eines bevorzugten Leistungsschalters 10, der geeignet ist Gleichspannungen bis zu 100 kV und mehr zu schalten. Er ist bevorzugt als Vakuumschalter ausgebildet, in dem üblicherweise ein Druck von ca. 10~6 mbar herrscht. Die bevorzugte Ausführungsform ist im Wesentlichen kreis- bzw. zylindersymmetrisch gestaltet. Das heißt, das Gehäuse des Leistungsschalters 10 umfasst einen im Wesentlichen zylinderförmigen Isolator 12 sowie eine obere Abschlussplatte 14 und eine untere Abschlussplatte 16, die jeweils nahezu scheibenförmig sind. Der Leistungsschalter 10 enthält weiterhin eine obere Fig. 1 shows a symbolic representation of a preferred circuit breaker 10, which is suitable to switch DC voltages up to 100 kV and more. It is preferably designed as a vacuum switch, in which there is usually a pressure of about 10 ~ 6 mbar. The preferred embodiment is designed substantially circular or cylindrical symmetry. That is, the housing of the circuit breaker 10 includes a substantially cylindrical insulator 12 and an upper end plate 14 and a lower end plate 16, which are each nearly disc-shaped. The circuit breaker 10 further includes an upper
Hauptelektrode 18 mit einem oberen Schaft 20 und eine untere Hauptelektrode 22 mit einem unteren Schaft 24. Über die Hauptelektroden 8, 22 kann eine Main electrode 18 having an upper shaft 20 and a lower main electrode 22 with a lower shaft 24. About the main electrodes 8, 22 may be a
Hochspannung geschaltet bzw. getrennt werden. Beide Schäfte 20, 24 sind elektrisch leitend und jeweils mit ihrer zugehörigen Hauptelektrode 18 bzw. 22 sowohl mechanisch als auch elektrisch leitend verbunden. High voltage switched or disconnected. Both shafts 20, 24 are electrically conductive and connected respectively to their associated main electrode 18 and 22 both mechanically and electrically conductive.
Der oberen Schaft 20 ist an der oberen Abschlussplatte 14 befestigt, so dass die obere Hauptelektrode 18 innerhalb des Leistungsschalters 10 nahezu ortsfest ist. Ein oberer Anschlussport A, an den der erste Pol der zu schaltenden The upper shaft 20 is fixed to the upper end plate 14 so that the upper main electrode 18 within the circuit breaker 10 is almost stationary. An upper connection port A, to which the first pole of the to be switched
Hochspannung angelegt werden kann, ist über den elektrisch leitenden oberen Schaft 20 mit der oberen Hauptelektrode 18 verbunden. Der untere Schaft 24 lässt sich durch eine hier nicht dargestellte Öffnung innerhalb der unteren Abschlussplatte 16 entlang des Pfeils 26 senkrecht hin- und her bewegen. Damit kann also die untere Hauptelektrode 22 senkrecht, das heißt hoch und runter, entlang eines Schaltweges bewegt werden, der hier durch die gestrichelten Linien sl und sr angedeutet ist. Über einen unteren Anschlussport B kann der zweite Pol der zu schaltenden Hochspannung angelegt werden. Dieser Port B ist elektrisch leitend mit einem Schleifkontakt 28 verbunden, der wiederum einen Kontakt zwischen dem elektrisch leitenden unteren Schaft 24 und somit auch zu der unteren High voltage can be applied, is connected via the electrically conductive upper shaft 20 to the upper main electrode 18. Die Hochspannung ist in Fig. 1 dargestellt. The lower shaft 24 can be through an opening, not shown here within the lower End plate 16 along the arrow 26 to move back and forth vertically. Thus, therefore, the lower main electrode 22 vertically, that is, up and down, are moved along a switching path, which is indicated here by the dashed lines sl and sr. Via a lower connection port B, the second pole of the high voltage to be switched can be applied. This port B is electrically connected to a sliding contact 28, which in turn makes contact between the electrically conductive lower shaft 24 and thus also to the lower
Hauptelektrode 22 ermöglicht. Der Leistungsschalter 10 enthält weiterhin fünf Nebenelektroden 30a,... , 30e, die jeweils nahezu scheibenförmig ausgebildet sind, und die durch jeweils eine der Halterungen 31a,... , 31 e gehalten werden. Die Halterungen 31 sind Main electrode 22 allows. The circuit breaker 10 further includes five sub-electrodes 30a, ..., 30e, which are each formed almost disc-shaped, and which are each held by one of the holders 31a, ..., 31 e. The brackets 31 are
bevorzugterweise als Bleche ausgebildet, die an dem Isolator 12 bzw. an einer der Abschlussplatten 14, 16 (siehe auch Fig. 2) befestigt sind und so die Preferably formed as sheets, which are fixed to the insulator 12 and on one of the end plates 14, 16 (see also Fig. 2) and so the
Nebenelektroden in einer stabilen Position halten. Es ist alternativ ebenfalls möglich, dass die Halterungen 31 als Stege oder dergleichen ausgebildet sind. Keep sub-electrodes in a stable position. It is alternatively also possible that the brackets 31 are formed as webs or the like.
Die Nebenelektronen 30 weisen im Mittelbereich jeweils eine Öffnung 32a,... ,32e auf, welche derart gestaltet und angeordnet sind, dass die bewegliche untere Hauptelektrode 22 dort hindurch bewegt werden kann. Bevorzugterweise sind die Öffnungen 32 symmetrisch zu den Positionen der unteren Hauptelektrode 22 entlang ihres senkrechten Schaltweges. Wenn sich diese mitten in einer der The auxiliary electrons 30 each have an opening 32a,..., 32e in the central region, which are designed and arranged such that the movable lower main electrode 22 can be moved therethrough. Preferably, the openings 32 are symmetrical to the positions of the lower main electrode 22 along its vertical switching path. If this is in the middle of one of the
Öffnungen 32 befindet, gibt es einen minimalen Abstand d zwischen dem Äußeren der Hauptelektrode 22 und dem Inneren einer solchen Öffnung 32, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Dieser Abstand d zwischen dem Schaltweg sr und der Nebenelektrode 30 beträgt weniger als 10 mm, wobei sich Werte zwischen 0,5 und 1 mm besonders bewährt haben. Es ist auch möglich, dass die oberste Nebenelektrode 30a derart angeordnet ist, dass sich die obere Hauptelektrode 18 im Bereich der Öffnung 32a befindet. Solche Ausgestaltungen sind beispielsweise in Fig. 3 und 4 dargestellt Openings 32 is located, there is a minimum distance d between the exterior of the main electrode 22 and the interior of such opening 32, as shown in Fig. 1. This distance d between the switching path sr and the sub-electrode 30 is less than 10 mm, with values between 0.5 and 1 mm having proven particularly useful. It is also possible that the uppermost sub-electrode 30a is arranged such that the upper main electrode 18 is in the region of the opening 32a. Such embodiments are shown for example in FIGS. 3 and 4
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung des bevorzugten Leistungsschalters 10, der - wie bereits oben genannt - im Wesentlichen kreis- bzw. zylindersymmetrisch gestaltet ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden von den Nebenelektroden 30a,... ,30e lediglich drei eingezeichnet. Fig. 2 zeigt außerdem noch weitere mögliche Abwandlungen. So weist hier der Isolator 12 erste Bereiche 12a, die elektrisch leitfähig sind, sowie zweite Bereiche 12b, die elektrisch isolierend sind, auf. Die ersten Bereiche 12a bestehen bevorzugterweise aus Metall. Die zweiten Bereiche 12b bestehen aus üblichem Material, wie Keramik oder dergleichen. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the preferred circuit breaker 10, which-as already mentioned above-is substantially circular or cylindrically symmetrical. For clarity, were by the side electrodes 30a, ..., 30e only three are drawn. Fig. 2 also shows other possible modifications. Thus, here the insulator 12 has first regions 12a, which are electrically conductive, and second regions 12b, which are electrically insulating. The first regions 12a are preferably made of metal. The second portions 12b are made of ordinary material such as ceramic or the like.
Außerdem ist in Fig. 2 die obere Hauptelektrode 18 recht groß gestaltet, so dass ihre laterale Abmessung größer ist als die der unteren Hauptelektrode 22. In addition, in FIG. 2, the upper main electrode 18 is made quite large, so that its lateral dimension is larger than that of the lower main electrode 22.
Weiterhin weist der Leistungsschalter 10 hier ein Abschirmblech 33 auf. Zusammen mit den Halterungen 31a und 31e, die bevorzugterweise ebenfalls als Bleche gestaltet sind und somit auch als Abschirmbleche funktionieren, wird so die dielektrische Fläche der Isolatoren 12 während des Entstehens und Vorhandenseins eines Lichtbogens gegen dadurch auftretende Strömungen von Metallpartikeln abgeschirmt. Furthermore, the power switch 10 here has a shielding plate 33. Together with the brackets 31a and 31e, which are also preferably designed as sheets and thus also function as shielding plates, so the dielectric surface of the insulators 12 is shielded during the emergence and presence of an arc against thereby occurring flows of metal particles.
In Fig. 2 sind ebenfalls ein Elektromagnet 34, ein Permanentmagnet 36 sowie eine Feder 38 dargestellt, die bei entsprechender Beschaltung und Ansteuerung durch geeignete Mittel (hier nicht gezeigt) eine vertikale Betätigung des unteren Schafts 24 - und damit auch der unteren Hauptelektrode 22 - ermöglichen und so einen gewünschten Schaltvorgang durch eine Zusammenschaltung bzw. Trennung der beiden Hauptelektroden 18, 22 bewirken können. In Fig. 2, an electromagnet 34, a permanent magnet 36 and a spring 38 are also shown, with appropriate circuitry and control by suitable means (not shown here) a vertical actuation of the lower shaft 24 - and thus also the lower main electrode 22 - allow and so can cause a desired switching operation by an interconnection or separation of the two main electrodes 18, 22.
Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung der Magnete 34, 36 sowie der Feder 38 ist lediglich symbolisch und deutet einen Leistungsschalter 10 an, der als gasgefüllter Schalter realisiert ist. Bei einem Vakuumschalter hingegen werden der The arrangement shown in Fig. 2 of the magnets 34, 36 and the spring 38 is merely symbolic and indicates a circuit breaker 10, which is realized as a gas-filled switch. In a vacuum switch, however, are the
Elektromagnet 34 und die Feder 38 bevorzugterweise unterhalb der unteren  Electromagnet 34 and the spring 38 preferably below the lower
Abschlussplatte 16 und außerhalb der Vakuumkammer montiert. End plate 16 and mounted outside the vacuum chamber.
Das Besondere an der vorliegenden Erfindung sind die in den The special feature of the present invention are those in the
Ausführungsbeispielen gezeigten Nebenelektroden 30. Diese bewirken, dassEmbodiments shown auxiliary electrodes 30. These cause that
Lichtbögen, die während des Schaltvorgangs üblicherweise entstehen, auf einfache Weise gelöscht werden können. Das soll mit der folgenden Fig. 3 näher erläutert werden. Fig. 3 besteht aus den Einzeldarstellungen 3a ... 3h. Dabei sind während eines Schaltvorgangs, bei dem die beiden Hauptelektroden 18, 22 voneinander getrennt werden, nacheinander jeweils verschiedenen Positionen der unteren Hauptelektrode 22 gezeigt. Außerdem sind die Nebenelektroden 30a, ... ,30e dargestellt sowie verschiedene Lichtbögen, die während eines solchen Schaltvorgangs entstehen können. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die oberste Nebenelektrode 30a im Wesentlichen auf der gleichen Höhe wie die erste Arcs that occur during the switching process usually can be easily deleted. This will be explained in more detail with the following Fig. 3. Fig. 3 consists of the individual representations 3a ... 3h. In this case, during a switching operation in which the two main electrodes 18, 22 are separated from each other, successively different positions of the lower main electrode 22 are shown. In addition, the side electrodes 30a, ..., 30e are shown as well as various arcs that may arise during such a switching operation. In the illustrated embodiment, the uppermost sub-electrode 30a is at substantially the same height as the first one
Hauptelektrode 18, die nahezu ortsfest ist. Es wird davon ausgegangen (hier nicht dargestellt), dass die untere Hauptelektrode 22 zunächst so angesteuert war, dass die beiden Hauptelektroden 18, 22 sich berührten und dadurch eine Main electrode 18, which is almost stationary. It is assumed (not shown here) that the lower main electrode 22 was initially driven so that the two main electrodes 18, 22 touched and thereby a
Gleichspannung von ca. 50 kV oder mehr geschaltet wurde. Wenn die beiden Hauptelektroden 18, 22 getrennt werden, treten verschiedene Lichtbögen auf, auf die im Folgenden näher eingegangen wird. Sie entstehen innerhalb eines Vakuum- Leistungsschalters dadurch, dass sich Metallpartikel aus dem Material der DC voltage of about 50 kV or more has been switched. When the two main electrodes 18, 22 are separated, different arcs occur, which will be discussed in more detail below. They arise within a vacuum circuit breaker in that metal particles of the material of the
Elektroden lösen. Solche Lichtbögen sind jedoch instabil und deren Auftreten bzw. Erlöschen folgt statistischen Gesetzmäßigkeiten.  Release electrodes. However, such arcs are unstable and their occurrence or extinction follows statistical laws.
Fig. 3a zeigt die beiden Hauptelektroden 18, 22 kurz nach deren Trennung, wobei die untere Hauptelektrode 22 eine Position eingenommen hat, in der sie sich etwa auf der gleichen Höhe befindet wie die Nebenelektrode 30b. Zunächst entsteht bei dem Trennungsvorgang ein Lichtbogen 1 10 zwischen den beiden Hauptelektroden 18, 22. Nahezu gleichzeitig treten auch ein Lichtbogen 112 (zwischen der oberen Hauptelektrode 18 und der Nebenelektrode 30a), ein Lichtbogen 114 (zwischen den Nebenelektroden 30a, 30b) und ein Lichtbogen 116 (zwischen der Nebenelektrode 30b und der unteren Hauptelektrode 22) auf. Fig. 3a shows the two main electrodes 18, 22 shortly after their separation, wherein the lower main electrode 22 has taken a position in which it is located approximately at the same level as the auxiliary electrode 30b. First, in the separation process, an arc 10 is formed between the two main electrodes 18, 22. Almost simultaneously, an arc 112 (between the upper main electrode 18 and the sub-electrode 30a), an arc 114 (between the sub-electrodes 30a, 30b) and an arc occurs 116 (between the sub-electrode 30b and the lower main electrode 22).
Fig. 3b zeigt eine Situation, in der sich die untere Hauptelektrode 22 während des Schaltvorgangs weiter nach unten bewegt hat. Der Abstand zwischen den Fig. 3b shows a situation in which the lower main electrode 22 has moved further down during the switching operation. The distance between the
Hauptelektroden 18, 22 ist dadurch größer geworden und der ursprünglich vorhandene Lichtbogen 110 ist erloschen. Die Lichtbögen 112, 1 14 und 116 hingegen sind noch vorhanden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind Lichtbögen, die bereits einmal beschrieben wurden, in den anschließenden Figuren nicht nochmals separat mit Bezugszeichen versehen, so wie hier bei den Lichtbögen 112, 1 14 und 116. Lediglich in Fig. 3 h sind alle dort vorhandenen Lichtbögen der Vollständigkeit halber nochmals mit Bezugszeichen versehen. In Fig. 3c ist Lichtbogen 116 erloschen. Stattdessen sind ein Lichtbogen 130 Main electrodes 18, 22 has thereby become larger and the arc 110 originally present has gone out. The arcs 112, 1 14 and 116, however, are still present. For reasons of clarity, arcs that have already been described once are not in the subsequent figures again separately provided with reference numerals, as here in the arcs 112, 1 14 and 116. Only in Fig. 3 h are there all arcs for completeness half provided with reference numerals. In Fig. 3c arc 116 is extinguished. Instead, an arc 130
(zwischen den Nebenelektroden 30b, 30c) und ein Lichtbogen 132 (zwischen der Nebenelektrode 30c und der unteren Hauptelektrode 22) neu aufgetreten. In Fig. 3d befindet sich die untere Hauptelektrode 22 zwar unterhalb der Nebenelektrode 30c. Dennoch sind die gleichen Lichtbögen vorhanden wie in Fig. 3c.  (between the sub-electrodes 30b, 30c) and an arc 132 (between the sub-electrode 30c and the lower main electrode 22) newly occurred. In Fig. 3d, although the lower main electrode 22 is below the sub-electrode 30c. Nevertheless, the same arcs are present as in Fig. 3c.
In Fig. 3e und 3f befindet sich die untere Hauptelektrode 22 auf der Höhe der Nebenelektrode 30d bzw. knapp darunter. Dadurch ist der Lichtbogen 132 erloschen. Es entstehen jedoch ein Lichtbogen 150 (zwischen den Nebenelektroden 30c und 30d) und ein Lichtbogen 152 (zwischen der Nebenelektrode 30d und der unteren Hauptelektrode 22). In Fig. 3e and 3f, the lower main electrode 22 is at the level of the sub-electrode 30d and just below. As a result, the arc 132 is extinguished. However, an arc 150 occurs (between the sub-electrodes 30c and 30d) and an arc 152 (between the sub-electrode 30d and the lower main electrode 22).
In Fig. 3g und 3h befindet sich die untere Hauptelektrode 22 auf der Höhe der Nebenelektrode 30e bzw. knapp darunter. Dadurch ist der Lichtbogen 152 erloschen. Es entstehen jedoch ein Lichtbogen 170 (zwischen den Nebenelektroden 30d und 30e) und ein Lichtbogen 172 (zwischen der Nebenelektrode 30e und der unteren Hauptelektrode 22). In Fig. 3g and 3h, the lower main electrode 22 is at the level of the auxiliary electrode 30e or just below. As a result, the arc 152 is extinguished. However, an arc 170 occurs (between the sub-electrodes 30d and 30e) and an arc 172 (between the sub-electrode 30e and the lower main electrode 22).
Die während des Schaltvorganges sowie insbesondere auch in der Position gemäß Fig. 3h vorhandenen Lichtbögen 112, 114, 130, 150, 170 und 172 sind entstanden durch die besondere Ausgestaltung und Positionierung der Nebenelektroden 30 zueinander sowie in Bezug auf die Position der oberen Hauptelektrode 18 und den Schaltweg der unteren Hauptelektrode 22. Diese Lichtbögen sind quasi in Serie geschaltet. Das bedeutet, wenn aufgrund der statistischen Gesetzmäßigkeiten einer dieser Lichtbögen erlischt, wird die ganze Funkenstrecke unterbrochen. Dadurch wird erreicht, dass Lichtbögen bei dem erfindungsgemäßen Hochspannungs- Leistungsschalter wesentlich früher erlöschen als bei bisher bekannten The arcs 112, 114, 130, 150, 170 and 172 present during the switching operation and in particular also in the position according to FIG. 3h have arisen due to the particular design and positioning of the auxiliary electrodes 30 relative to one another and with respect to the position of the upper main electrode 18 and the switching path of the lower main electrode 22. These arcs are quasi connected in series. This means that if one of these arcs disappears due to the statistical laws, the entire spark gap is interrupted. This ensures that arcs extinguish much earlier in the inventive high-voltage circuit breaker than in previously known
Leistungsschaltern. Fig. 4 ist ein Ausschnitt aus Fig. 2 und zeigt in vergrößerter Form insbesondere die erste Nebenelektrode 30a. Dabei zeigt sich deutlich, dass diese Nebenelektrode 30a eine Kontur aufweist, wobei zum Schaltweg hin - hier angedeutet durch dessen linke Begrenzung sl - ein kleinerer Radius r realisiert ist als auf der Circuit breakers. FIG. 4 is a section from FIG. 2 and shows, in an enlarged form, in particular the first secondary electrode 30a. This shows clearly that this secondary electrode 30a has a contour, wherein the switching path - indicated here by the left boundary sl - a smaller radius r is realized than on the
gegenüberliegenden Seite, wo ein größerer Radius R vorhanden ist. Das bedeutet also, dass es sich bei den bevorzugten Ausführungsformen bewährt hat, zumindest einzelne der Nebenelektroden 30 in Richtung zum Schaltweg sl, sr dünner bzw. spitzer auszuformen als auf der anderen Seite. Dadurch wird erreicht, dass einerseits die Nebenelektroden 30 im äußeren Bereich, also auf der vom Schaltweg sl, sr abgewandten Seite, voneinander einen recht kleinen Abstand von einigen Millimetern haben, wodurch die Lichtbögen 114, 130, 150 und 170 (s. Fig. 3) entstehen können; andererseits haben die Nebenelektroden 30 im Bereich des Schaltwegs sl, sr voneinander einen deutlich größeren Abstand als zu dem opposite side, where a larger radius R is present. This means that it has proven in the preferred embodiments, at least one of the sub-electrodes 30 in the direction of the switching sl, sr thinner or sharpener auszuformen than on the other side. It is thereby achieved that, on the one hand, the side electrodes 30 in the outer region, that is to say on the side remote from the switching path sl, have a very small distance of a few millimeters from one another, as a result of which the arcs 114, 130, 150 and 170 (see FIG ) can arise; On the other hand, the side electrodes 30 in the region of the switching path sl, sr have a significantly greater distance from each other than to the
Schaltweg sl, sr selbst, wodurch die Lichtbögen 1 12, 116, 132, 152 und 172 (s. Fig. 3) entstehen können. Switching sl, sr itself, whereby the arcs 1 12, 116, 132, 152 and 172 (see Fig. 3) may arise.
Fig. 5 zeigt zwei Nebenelektroden 30'a und 30'b mit einer alternativen Kontur, die - in perspektivischer Sicht - vom Schaltweg sl, sr nach außen hin jeweils Fig. 5 shows two side electrodes 30'a and 30'b with an alternative contour, which - in perspective view - from the switching sl, sr to the outside respectively
dreieckförmig verläuft. Auch auf diese Weise kann erreicht werden, dass der Abstand zwischen den Nebenelektroden 30' im Bereich des Schaltwegs sl bzw. sr größer ist, als auf der äußeren Seite der Nebenelektroden 30'. runs triangular. Also in this way it can be achieved that the distance between the sub-electrodes 30 'in the region of the switching path sl or sr is greater than on the outer side of the sub-electrodes 30'.
Fig. 6 zeigt in symbolischer Weise ein weiteres Ausführungsbeispiel des Fig. 6 shows symbolically a further embodiment of the
erfindungsgemäßen Leistungsschalters 10. Das Besondere hieran ist die Circuit breaker 10 according to the invention. The special feature of this is the
elektronische Schaltung 50, die aus einer Vielzahl von ohmschen Widerständen 52 sowie aus einer Vielzahl von spannungsabhängigen Widerständen 54 besteht, die im Folgenden auch Varistoren genannt werden. Die Widerstände 52 und die Varistoren 54 sind jeweils in Reihe geschaltet. Für einen Hochspannungs- Leistungsschalter hat es sich bewährt, dass die Widerstände 52 jeweils einen Wert größer als 100 kO aufweisen. Dabei ist ein Bereich zwischen 100 kD und 1 ΜΩ besonders vorteilhaft. Die Varistoren sind in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel so ausgelegt, dass sie eine Begrenzungsspannung (Schwellspannung) von ca. 1 kV haben. Die bevorzugte Ausführungsform des Leistungsschalters 10 ist so ausgelegt, dass Spannungen im Bereich von ca. 200 kV geschaltet werden können. Wenn dabei 5 Nebenelektroden 30a,... , 30e vorhanden sind (wie auch dargestellt), so ergeben sich zwischen diesen Nebenelektroden 30a 30e vier Spalte. Um eine optimaleelectronic circuit 50, which consists of a plurality of ohmic resistors 52 and a plurality of voltage-dependent resistors 54, which are also called varistors in the following. The resistors 52 and the varistors 54 are each connected in series. For a high voltage circuit breaker, it has been proven that the resistors 52 each have a value greater than 100 kO. In this case, a range between 100 kD and 1 Ω is particularly advantageous. The varistors are designed in the preferred embodiment to have a limiting voltage (threshold voltage) of about 1 kV. The preferred embodiment of the circuit breaker 10 is designed so that voltages in the range of about 200 kV can be switched. If 5 sub-electrodes 30a, ..., 30e are present (as also shown), four gaps result between these sub-electrodes 30a-30e. To be optimal
Funkenstrecke mit den Funken 1 14, 130, 150, 170 (s. Fig. 3) zu ermöglichen, sind zwischen jeweils zwei Nebenelektroden (30a-30b, 30b-30c, 30c-30d, 30d-30e) so viele der Varistoren 54 angeordnet, dass sich jeweils eine Begrenzungsspannung von 50 kV ergibt. Wenn also, wie oben angenommen, jeder der Varistoren 54 eine Begrenzungsspannung von 1 kV hat, so werden zwischen jedem der Spark gap with the sparks 1 14, 130, 150, 170 (see Fig. 3) to allow, between each two sub-electrodes (30a-30b, 30b-30c, 30c-30d, 30d-30e) as many of the varistors 54 are arranged in that in each case a limiting voltage of 50 kV results. Thus, as assumed above, if each of the varistors 54 has a limiting voltage of 1 kV, between each of the
Nebenelektrodenpaare 30a-30b, 30b-30c, 30c-30d, 30d-30e 50 Stück der  Side electrode pairs 30a-30b, 30b-30c, 30c-30d, 30d-30e 50 pieces of
Varistoren 54 angeordnet, um so die gewünschten Begrenzungsspannungen zu ermöglichen. Durch die Widerstände 52 wird eine gute Spannungsverteilung zwischen den Nebenelektroden 30 gewährleistet. Varistors 54 arranged so as to allow the desired limiting voltages. By the resistors 52, a good voltage distribution between the sub-electrodes 30 is ensured.
Die elektronische Schaltung 50 ist bei dieser Ausführung folgendermaßen verschaltet. Die Halterungen 31 sind hier jeweils als Blech gestaltet, so dass diese Haltebleche jeweils auch als Abschirmblech funktionieren. Über einen ersten elektrischen Leiter 56 ist das erste Halteblech 31a über den oberen Schaft 20 elektrisch mit der oberen Hauptelektrode 18 verbunden. Zwischen dem erstenThe electronic circuit 50 is connected as follows in this embodiment. The brackets 31 are here each designed as a sheet metal, so that these holding plates each also function as a shielding plate. Via a first electrical conductor 56, the first retaining plate 31a is electrically connected to the upper main electrode 18 via the upper shaft 20. Between the first
Halteblech 31a und dem zweiten Halteblech 31 b sind eine Reihe von Varistoren 54 geschaltet, zu denen eine Reihe von Widerständen 52 parallel geschaltet sind. In Fig. 6 sind zwischen dem ersten Halteblech 31a und dem zweiten Halteblech 31 b sowohl sechs Widerstände 52 als auch sechs Varistoren 54 gezeigt. Auch zwischen den anderen benachbarten Halteblechen 31 b-31 c, 31c-31d und 31d-31e sind jeweils sechs Widerstände 52 und sechs Varistoren 54 gezeigt. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Anzahl nur beispielhaft ist und zwischen benachbarten Halteblechen 31 verschieden sein kann. Das heißt weiterhin auch, dass die Anzahl der Widerstände 52 verschieden sein kann von der Anzahl der Varistoren 54. Das letzte Halteblech 31 e ist außerdem über einen zweiten elektrischen Leiter 58 über den unteren Schaft 24 mit der unteren Hauptelektrode 22 elektrisch verbunden. Die in den Figuren dargestellten und bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele sind bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Dabei sind verschiedene Ausgestaltungen und Abwandlungen möglich. Holding plate 31 a and the second holding plate 31 b are connected a series of varistors 54, to which a series of resistors 52 are connected in parallel. In Fig. 6, both six resistors 52 and six varistors 54 are shown between the first holding plate 31 a and the second holding plate 31 b. Also between the other adjacent retaining plates 31 b-31 c, 31 c-31 d and 31 d-31 e six resistors 52 and six varistors 54 are shown. It should be noted that this number is only an example and may be different between adjacent retaining plates 31. This also means that the number of resistors 52 may be different from the number of varistors 54. The last retaining plate 31 e is also electrically connected via a second electrical conductor 58 via the lower shaft 24 to the lower main electrode 22. The embodiments shown in the figures and described so far are preferred embodiments of the present invention. Different configurations and modifications are possible.
Referenzzeichenliste Reference Signs List
10 Leistungsschalter  10 circuit breakers
12 Isolator  12 insulator
12a erster Bereich von 12 (elektrisch leitend)  12a first region of 12 (electrically conductive)
12b zweiter Bereich von 12 (elektrisch isolierend) 12b second area of 12 (electrically insulating)
14 obere Abschlussplatte  14 upper end plate
16 untere Abschlussplatte  16 lower end plate
18 obere Hauptelektrode  18 upper main electrode
20 oberer Schaft  20 upper shaft
22 untere Hauptelektrode 22 lower main electrode
24 unterer Schaft  24 lower shaft
26 Pfeil  26 arrow
28 Schleifkontakt  28 sliding contact
30a 30e Nebenelektroden  30a 30e side electrodes
31 a, ... ,31 e Halterungen der Nebenelektroden 31 a, ..., 31 e Brackets of the auxiliary electrodes
32a 32e Öffnungen in den Nebenelektroden  32a 32e openings in the sub-electrodes
33 Abschirmblech  33 shielding plate
34 Elektromagnet  34 electromagnet
36 Permanentmagnet  36 permanent magnet
38 Feder 38 spring
50 elektronische Schaltung  50 electronic circuit
52 Widerstände  52 resistors
54 Varistoren  54 varistors
56 erster elektrischer Leiter  56 first electrical conductor
58 zweiter elektrischer Leiter 58 second electrical conductor
110, 112, 1 14, 116 Lichtbogen in Fig. 3a, 3b (erstmals)  110, 112, 1 14, 116 arc in Fig. 3a, 3b (for the first time)
130, 132 Lichtbogen in Fig. 3c, 3d (erstmals)  130, 132 arc in Fig. 3c, 3d (for the first time)
150, 152 Lichtbogen in Fig. 3e, 3f (erstmals) 170, 172 Lichtbogen in Fig. 3g, 3h (erstmals) 150, 152 arc in FIGS. 3e, 3f (for the first time) 170, 172 arc in Fig. 3g, 3h (first time)
A, B Anschlussports für Hochspannung A, B High voltage connection ports
d Abstand zwischen Begrenzung des Schaltwegs und Rand von 32 r Radius der Nebenelektrode im Bereich des Schaltwegs d Distance between limitation of the switching path and edge of 32 r Radius of the secondary electrode in the area of the switching path
R Radius der Nebenelektrode gegenüber vom Schaltweg sl, sr linke bzw. rechte Begrenzung des Schaltweges  R radius of the secondary electrode opposite to the switching path sl, sr left or right limit of the switching path

Claims

Patentansprüche claims
Leistungsschalter zum Schalten von elektrischen Spannungen mit einer ersten Elektrode (18), die mit einem ersten Pol (A) der zu schaltenden Hochspannung verbunden werden kann und einer zweiten Elektrode (22), die mit einem zweiten Pol (B) der zu schaltenden Spannung verbunden werden kann, wobei Schaltmittel (34, 36, 38) vorgesehen sind, die geeignet sind, zumindest eine der Elektroden (18, 22) je nach Schaltzustand entlang eines Schaltweges (sl, sr) zu bewegen und so die Elektroden (18, 22) aufeinander zu oder voneinander weg zu bewegen, dadurch Circuit breaker for switching electrical voltages with a first electrode (18) which can be connected to a first pole (A) of the high voltage to be switched and a second electrode (22) connected to a second pole (B) of the voltage to be switched wherein switching means (34, 36, 38) are provided which are suitable for moving at least one of the electrodes (18, 22) along a switching path (sl, sr), depending on the switching state, and thus for the electrodes (18, 22). towards or away from each other, thereby
gekennzeichnet, dass mindestens eine Nebenelektrode (30) vorhanden ist, die sich nahe des Schaltweges (sl, sr) befindet. characterized in that there is at least one secondary electrode (30) located near the switching path (sl, sr).
Leistungsschalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch Circuit breaker according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass der Abstand (d) zwischen dem Schaltweg (sl, sr) und der Nebenelektrode (30) weniger als 10 mm, bevorzugt zwischen 0,5 und 1 mm beträgt. characterized in that the distance (d) between the switching path (sl, sr) and the secondary electrode (30) is less than 10 mm, preferably between 0.5 and 1 mm.
Leistungsschalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch Circuit breaker according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass er als Vakuum-Leistungsschalter ausgebildet ist. characterized in that it is designed as a vacuum circuit breaker.
Leistungsschalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch Circuit breaker according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass zumindest eine der mindestens einen Nebenelektrode (30) ringförmig oder flächen haft gestaltet ist und eine Öffnung (32) aufweist, durch die der Schaltweg (sl, sr) verläuft. characterized in that at least one of the at least one secondary electrode (30) is designed to be annular or planar and has an opening (32) through which the switching path (sl, sr) runs.
Leistungsschalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch Circuit breaker according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass zumindest eine der mindestens einen Nebenelektrode (30) eine Kontur aufweist, wodurch sie im Bereich des Schaltwegs (sl, sr) dünner ist als auf der dem Schaltweg (sl, sr) abgewandten Seite. Leistungsschalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch characterized in that at least one of the at least one secondary electrode (30) has a contour whereby it is thinner in the region of the switching path (sl, sr) than on the side facing away from the switching path (sl, sr). Circuit breaker according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass mehr als eine der Nebenelektroden (30) vorhanden ist und diese Nebenelektroden (30) im Bereich des Schaltwegs (sl, sr) einen größeren Abstand voneinander haben als auf der dem Schaltweg (sl, sr) abgewandten Seite. characterized in that more than one of the sub-electrodes (30) is present and these sub-electrodes (30) in the region of the switching path (sl, sr) have a greater distance from each other than on the switching path (sl, sr) facing away.
Leistungsschalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch Circuit breaker according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass mehr als eine der Nebenelektroden (30) vorhanden ist und diese Nebenelektroden (30) im Bereich des Schaltwegs (sl, sr) einen größeren Abstand voneinander haben als ihr minimaler Abstand (d) zu dem Schaltweg (sl, sr) beträgt. characterized in that more than one of the sub-electrodes (30) is present and these sub-electrodes (30) in the region of the switching path (sl, sr) have a greater distance from each other than their minimum distance (d) to the switching path (sl, sr).
Leistungsschalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch Circuit breaker according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass eine der Elektroden (18, 22) innerhalb des characterized in that one of the electrodes (18, 22) within the
Leistungsschalters nahezu ortsfest angeordnet ist und die andere der Elektroden (18, 22) entlang des Schaltwegs (sl, sr) bewegt werden kann. Circuit breaker is arranged almost stationary and the other of the electrodes (18, 22) along the switching path (sl, sr) can be moved.
Leistungsschalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch Circuit breaker according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass zumindest einzelne der Nebenelektroden (30) miteinander elektrisch verbunden sind durch ein Netzwerk, das mindestens einen Varistor (54) und/oder mindestens einen Widerstand (52) enthält. characterized in that at least some of the sub-electrodes (30) are electrically connected to each other through a network containing at least one varistor (54) and / or at least one resistor (52).
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