FI78195B

FI78195B - STROEMBRYTARE.

Info

Publication number: FI78195B
Application number: FI864340A
Authority: FI
Inventors: Kari Luoma
Original assignee: Stroemberg Oy Ab
Priority date: 1986-10-27
Filing date: 1986-10-27
Publication date: 1989-02-28
Also published as: IT8767902A0; IT1211430B; FI78195C; FR2605796A1; GB8725003D0; GB2196794A; DE3736165C2; FI864340A; FI864340A0; DE3736165A1; GB2196794B; FR2605796B1; SE462881B; SE8704180D0; SE8704180L

Description

1 78195 Sähkökatkaisija1 78195 Circuit breaker

Keksinnön kohteena on sähkökatkaisija, jossa eristys- ja sammutusväliainetta sisältävässä katkaisijakote-5 lossa on katkaisijaelimet, jotka käsittävät: ensimmäisen, kiinteän koskettimen, joka on kytketty virtatien ensimmäiseen osaan; toisen, liikkuvan veitsikoskettimen, joka muodostuu kahdesta jousilla varustetusta rinnakkaisesta veitsestä, ja joka on toisesta päästään saranoitu kääntyväksi 10 siten, että veitsien kärkiosat kulkevat pitkin ympyrän kaaren muotoista rataa, ja joka veitsikosketin on kytketty virtatien toiseen osaan, ja rengasmaisen valokaarielekt-rodin, jonka ympärillä on kela, joka on kytketty sähköisesti sarjaan valokaarielektrodin ja ensimmäisen koskettimen 15 väliin, jolloin katkaisijan kiinniasennossa veitsikoskettimen kärkiosa koskettaa ensimmäistä, kiinteää kosketinta, ja katkaisijan auetessa muodostuu ensin valokaari kiinteän koskettimen ja veitsikoskettimen välille ja sen jälkeen veitsikoskettimen ja valokaarielektrodin välille, jolloin 20 kelan aiheuttama magneettikenttä saattaa valokaaren pyörimään sammuttaen sen.The invention relates to an electrical circuit breaker, wherein the circuit breaker housing 5 comprising an isolation and extinguishing medium has circuit breaker means comprising: a first, fixed contact connected to a first part of the current path; a second movable knife contact consisting of two parallel knives with springs, hinged at one end so as to pivot 10 so that the tip portions of the knives run along a circular arc, the knife contact being connected to the other part of the current path, and an annular arc is a coil electrically connected in series between the arc electrode and the first contact 15, with the tip of the knife contact contacting the first fixed contact in the closed position of the circuit breaker, and when the circuit breaker opens first an arc is formed between the fixed contact causes the arc to rotate, turning it off.

On yleisesti tunnettua käyttää valokaaren pyörimään saattavaa kelaa sähkökatkaisijoissa. Erityisen hyödyllinen se on katkaisijoissa, joissa kotelon eristys- ja sammutus-25 väliaineena käytetään rikkiheksafluoridia (SF^).It is well known to use an arc rotating coil in circuit breakers. It is particularly useful in circuit breakers where sulfur hexafluoride (SF 2) is used as the housing insulation and extinguishing medium.

Tällaisissa pyörivän valokaaren tekniikkaa käyttävissä katkaisijoissa on ollut vaikeutena varmistaa luotettavasti se, että valokaari saadaan pyörimään, ja samalla kuitenkin aikaansaada laitteistorakenne, joka on mahdol-30 lisimman yksinkertainen ja taloudellisesti kannattava.In such circuit breakers using rotating arc technology, it has been difficult to reliably ensure that the arc is rotated, while at the same time providing a hardware structure that is as simple and economically viable as possible.

Näiden ongelmien ratkaisemiseksi on jo aikaisemmin kehitetty katkaisijarakenne, jossa liikkuva kosketin on saranoitu toisesta päästään, jolloin saranointikohdan avulla voidaan helposti määrätä koskettimen liikerata, eikä tarvi-35 ta ylimääräisiä ohjaimia. Myös kosketinta liikuttavat oh-jauselimet tulevat tällöin yksinkertaisiksi.To solve these problems, a circuit breaker structure has already been developed in the past, in which the movable contact is hinged at one end, so that the path of movement of the contact can be easily determined by means of the hinge point, and no additional guides are needed. The control elements for moving the contact also become simple.

2 78195 Tällaisissa katkaisijoissa on kuitenkin aikaisemmin ollut puutteena se, että koskettimien kiinniasennossa virta on kulkenut kelan kautta lämmittäen sitä.2 78195 However, such circuit breakers have previously had the disadvantage that, in the closed position of the contacts, current has flowed through the coil, heating it.

Eurooppalaisessa patenttijulkaisussa 11 972 on esi-5 tetty katkaisija, jossa tämäkin puute on korjattu. Katkaisijassa on siten toisesta päästään saranoitu veitsimäinen kosketin, jonka kärkiosa kulkee ympyrän kaaren muotoista rataa pitkin. Magneettikentän muodostava kela on virta-tien ulkopuolella koskettimien ollessa kiinniasennossa.European Patent Publication 11,972 discloses a circuit breaker in which this deficiency is also remedied. The circuit breaker thus has a knife-like contact hinged at one end, the tip of which runs along an arcuate path of a circle. The coil generating the magnetic field is outside the current path with the contacts in the closed position.

10 Veitsimäinen kosketin kulkee aukiasentoon siirtyessään kohti kelan akselia siten, että se ohittaa valokaarielekt-rodin läheltä ja jää aukiasennossaan kelan akselin suuntaiseksi. Tämän rakenteen haittapuolena on kuitenkin sen puutteellinen virrankatkaisukyky koko virta-alueella.10 The knife-like contact moves towards the coil axis as it moves to the open position so that it passes close to the arc electrode and remains parallel to the coil axis in its open position. However, the disadvantage of this structure is its lack of circuit breaker over the entire current range.

15 Pienillä virroilla eivät nimittäin magneettiset voimat yksin riitä siirtämään valokaaren kantapistettä rengasmaiseen valokaarielektrodiin eli valokaarirenkaaseen.15 At low currents, magnetic forces alone are not sufficient to transfer the base of the arc to the annular arc electrode, that is to say, the arc ring.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin parantaa edellä mainitussa EP-patenttijulkaisussa 11 972 esi-20 tettyä edullista perusrakennetta siten, että saadaan ai-.···. kaan luotettava katkaisu koko virta-alueella yhdistyneenä yksinkertaiseen ja varmatoimiseen laiterakenteeseen. Tä-män saavuttamiseksi on alussa kuvatun kaltaiselle perus-I rakenteelle tunnusomaista se, että rengasmaisessa valo- ···; 25 kaarielektrodissa on renkaan päätytasosta ulospäin työn- tyvä kommutointipala, johon veitsikoskettimen kärkiosa koskettaa, ja että kommutointipalan leveys on pienempi kuin veitsien väli katkaisijan kiinniasennossa, jolloin veitsikosketin koskettaa kommutointipalaa vasta kun se on 30 kokonaan irronnut kiinteästä koskettimesta.It is therefore an object of the present invention to improve the preferred basic structure disclosed in the aforementioned EP 11 972 so as to obtain a. reliable disconnection over the entire current range combined with a simple and reliable device design. To achieve this, a basic structure I as described at the beginning is characterized in that in an annular light ···; The arc electrode 25 has a commutating piece protruding from the end plane of the ring which is contacted by the tip portion of the knife contact, and that the width of the commutation piece is less than the knife spacing in the closed position of the switch.

Veitsikosketin on edullista sovittaa valokaariren-kaaseen nähden siten, että sen saranointipiste on kelan keskiakselin ulkopuolella, ja että veitsikosketin on katkaisijan kiinniasennossa kelan keskiakselin suuntainen.It is advantageous to fit the knife contact relative to the arc-gas so that its hinge point is outside the central axis of the coil, and that the knife contact is parallel to the central axis of the coil when the switch is closed.

35 Näin saadaan veitsikoskettimen kärkiosa aukiasennossa : etäälle valokaarirenkaasta. Tämä parantaa merkittäväs- 3 78195 ti avausvälin jännitelujuutta ja pienten virtojen Ratkaisukykyä niin, ettei kelan halkaisijaa tarvitse kasvattaa siirryttäessä suurempaan jännitteeseen. Myös katkaisijan ulkomitat tulevat näin pieniksi.35 This gives the tip of the knife contact in the open position: away from the arc ring. This significantly improves the tensile strength of the 3 78195 ti opening gap and the resolution of small currents, so that the diameter of the coil does not have to be increased when switching to a higher voltage. The external dimensions of the circuit breaker also become so small.

5 Seuraavassa keksintöä selitetään tarkemmin viita ten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaista katkaisijaraken-netta kiinniasennossa sivulta päin nähtynä, kuvio 2 esittää katkaisijarakennetta ylhäältä päin, 10 kuvion 1 viivan II-II suunnasta nähtynä, kuvio 3 esittää katkaisijarakennetta kuvion 1 mukaisesti sivulta päin nähtynä, mutta asennossa, jossa veit-sikosketin tekee galvaanisen kosketuksen valokaarielektro-diin, ja 15 kuvio 4 esittää katkaisijarakennetta samoin sivul ta päin nähtynä katkaisijan ollessa aukiasennossaan.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows a circuit breaker structure according to the invention in a closed position seen from the side, Figure 2 shows a circuit breaker structure from above, Figure 1 shows a line II-II in Figure 1, Figure 3 shows a circuit breaker structure seen from the side, but in a position where the knife contact makes galvanic contact with the arc electrode, and Fig. 4 shows the circuit breaker structure also seen from the side when the circuit breaker is in its open position.

Kuvioissa on esitetty ainoastaan keksinnön kannalta oleelliset osat, eikä esimerkiksi kotelorakennetta ole kuvion 1 lisäksi esitetty muissa kuvioissa.The figures show only the parts essential to the invention, and for example the housing structure is not shown in other figures in addition to Figure 1.

20 Kuviossa 1 on esitetty koteloon 1 sijoitettu kat kaisi jarakenne. Kotelo on kaasutiivis ja se sisältää sam-• mutus- ja eristysväliaineen, joka on edullisesti rikki- "I heksafluoridi (SFg). Katkaisijarakenne käsittää pitkän omaisen kiinteän koskettimen 2, joka on yhdistetty virta-25 tien ensimmäiseen osaan 3a, ja liikkuvan veitsikoskettimen .:.- 4, joka koostuu kahdesta rinnakkaisesta veitsestä 4a ja 4b (kuvio 2). Veitsikosketin 4 on yhdistetty virtatien toiseen osaan 3b. Kiinteän koskettimen 2 päälle on sovitettu rengasmainen valokaarielektrodi eli valokaarirengas 30 5, jonka ympärillä on kela 6. Kela on valokaarirengasta 5 "·. kapeampi, ja se on sähköisesti sarjassa valokaarirenkaan kanssa, jolloin valokaarivirta kulkee valokaarirenkaasta 5 kelan 6 kautta kiinteään koskettimeen 2. Valokaarirengas 5 on kiinnitetty kiinteään koskettimeen 2 eristepalan 7 35 avulla. Valokaarirenkaan 5 alaosaan on lisäksi sovitettu kommutointipala 8 , joka ulkonee valokaarirenkaan 5 pää- 4 781 95 tytasosta. Veitsikosketin 4 on saranoitu virtatien toisen osan 3b puoleisesta päästään niveltapin 9 avulla siten, että veitset 4a ja 4b kiertyvät saranointiakselin A (kuvio 2) ympäri myöhemmin esitettävällä tavalla. Veitsien 5 saranointikohta on myöskin kiinteän koskettimen 2 keskitasossa C, ja kuvion 1 mukaisessa katkaisijan kiinniasen-nossa ovat veitset 4a ja 4b oleellisesti kelan 6 keskiak-selin B suuntaiset. Suurinpiirtein veitsien keskikohdalle on nivelöity ohjausvarsi 10, joka puolestaan on nivelöity 10 toiseen ohjausvarteen 11. Ohjausvarsien 10 ja 11 välityksellä liikutetaan veitsikosketinta 4 kotelon 1 ulkopuolella olevilla ohjauselimillä myöhemmin esitettävällä tavalla. Ohjauselimiä ei ole erikseen esitetty, koska ne eivät kuulu varsinaisen keksinnöllisen ajatuksen piiriin.Figure 1 shows a circuit breaker structure housed in a housing 1. The housing is gas-tight and contains an extinguishing and insulating medium, which is preferably sulfur hexafluoride (SFg). The circuit breaker structure comprises an elongate fixed contact 2 connected to the first part 3a of the current path and a movable knife contact. .- 4, consisting of two parallel knives 4a and 4b (Fig. 2). The knife contact 4 is connected to the second part 3b of the current path. An annular arc electrode, i.e. an arc ring 30 5, is arranged on the fixed contact 2, around which a coil 6 ·. narrower, and is electrically in series with the arc ring, whereby the arc current flows from the arc ring 5 through the coil 6 to the fixed contact 2. The arc ring 5 is fixed to the fixed contact 2 by means of an insulating piece 7 35. A commutation piece 8 is further arranged in the lower part of the arc ring 5, which protrudes from the main plane of the arc ring 5 4 781 95. The knife contact 4 is hinged at the end of the second part 3b of the current path by means of an articulation pin 9 so that the knives 4a and 4b rotate about the hinge shaft A (Fig. 2) as will be shown later. The hinge point of the knives 5 is also in the central plane C of the fixed contact 2, and in the closed position of the circuit breaker according to Fig. 1 the knives 4a and 4b are substantially parallel to the central axis B of the coil 6. Approximately to the center of the knives is an articulated guide arm 10, which in turn is articulated 10 to the second guide arm 11. Through the guide arms 10 and 11, the knife contact 4 is moved by guide members outside the housing 1 as will be shown later. The control elements are not shown separately, as they do not fall within the scope of the actual inventive idea.

15 Kuviossa 2 on kaaviomaisesti esitetty jouset 12, joilla veitsiä 4a ja 4b puristetaan toisiaan vasten sopivan kosketinvoiman saamiseksi kosketinpinnoille. Koska virta kulkiessaan yhdensuuntaisissa veitsissä 4a ja 4b vetää niitä puoleensa, lisää se kosketinvoimaa silloin kun 20 sitä tarvitaan. Näin voidaan käyttää pienen kosketinvoi--·· man antavia jousia ja saavutetaan suuri mekaaninen ikä koskettimille. Kuviosta 2 havaitaan myös se, että valo-kaarirenkaan 5 päätypinnasta ulkoneva kommutointipala 8, : ‘ joka on wolframikuparia, on veitsien poikittaissuunnassa 25 kapeampi kuin veitsien 4a ja 4b keskinäinen väli katkaisi-! jän kiinniasennossa.Figure 2 schematically shows the springs 12 by which the knives 4a and 4b are pressed against each other to obtain a suitable contact force on the contact surfaces. Since the current flowing in the parallel knives 4a and 4b attracts them, it increases the contact force when it is needed. In this way, springs giving low contact force can be used and a high mechanical age for the contacts can be achieved. It can also be seen from Fig. 2 that the commutation piece 8 protruding from the end face of the light arc ring 5, which is tungsten copper, is narrower in the transverse direction 25 of the knives than the mutual distance between the knives 4a and 4b. in the closed position.

: Seuraavassa keksinnön mukaisen katkaisijarakenteen toimintaa selitetään viitaten kuvion 1 ja 2 ohella myös kuvioihin 3 ja 4. Katkaisijan kiinniasennossa koskettaa 30 veitsikoskettimen 4 kärkiosa 4c kiinteään koskettimeen 2 kuvioiden 1 ja 2 mukaisesti, jolloin virta kulkee virta-tien ensimmäisestä osasta 3a virtatien toiseen osaan kiin- V. teän koskettimen 2 sekä veitsien 4a ja 4b kautta. Katkai sijan avaus tapahtuu aiemmin mainituilla ohjauselimillä 35 ohjausvarsien 10 ja 11 välityksellä. Katkaisun alussa veitset 4a ja 4b irtoavat pääkoskettimesta 2, jolloin syn- 5 78195 tyy valokaari veitsien ja kiinteän koskettimen 2 välille. Kun veitset ovat irronneet kiinteästä koskettimesta 2, pääsevät ne jousien 12 vaikutuksesta toisiaan kohti, jolloin niiden kärkiosa 4c tekee galvaanisen kosketuksen kiinteää 5 kosketinta kapeampaan kommutointipalaan 8. Tämä avautumis-liikkeen vaihe on esitetty kuviossa 3. Osa virrasta kulkee nyt kelan 6 kautta sammuttaen yleensä jo tässä vaiheessa veitsien tai kommutointipalan ja kiinteän koskettimen 2 välisen valokaaren. Veitsikoskettimen 4 jatkaessa 10 avautumisliikettään kuvion 3 nuolen D mukaisesti irtoaa se kommutointipalasta 8, jolloin varsinainen valokaari syntyy veitsikoskettimen 4 ja valokaarirenkaan 5 (kommutointipalan 8) välille, toisin sanoen valokaaren toinen kantapiste on nyt siirtynyt kiinteästä koskettimesta 2 15 valokaarirenkaaseen 5. Valokaarivirta kulkee nyt kelan 6 kautta, jolloin kelan synnyttämä magneettikenttä saa tunnetulla tavalla valokaaren pyörimään sammuttaen sen. Kiinnittämällä valokaarirengas 5 kiinteään koskettimeen 2 edellä kuvatulla tavalla eristepalan 7 avulla estetään 20 valokaarirenkaan 5 pyöriminen magneettisten voimien vaikutuksesta ja varmistetaan näin kommutointipalan 8 pysyminen oikealla paikallaan. Samalla pienenevät kelaan 6 kohdistuvat rasitukset.In the following, the operation of the circuit breaker structure according to the invention will be explained with reference to Figures 1 and 2 in addition to Figures 3 and 4. In the closed position, the tip portion 4c of the knife contact 4 contacts the fixed contact 2 according to Figures 1 and 2, the current flowing from the first part 3a V. through the contact 2 and the knives 4a and 4b. The opening of the break position takes place by the aforementioned control members 35 via the control arms 10 and 11. At the beginning of the cut-off, the knives 4a and 4b detach from the main contact 2, whereby an arc is created between the knives and the fixed contact 2. Once the knives have disengaged from the fixed contact 2, they are released towards each other by the springs 12, their tip part 4c making galvanic contact with a commutation piece 8 narrower than the fixed contact 5. This opening movement step is shown in Figure 3. at this point the arc between the knives or commutation piece and the fixed contact 2. Knife connection 4 continues 10 of the opening direction of the arrow in Figure 3 D from it according to kommutointipalasta 8, wherein the actual arc is generated knife contact 4 and an arc ring 5 (kommutointipalan 8) between, in other words, the second base point of the arc is now switched to fixed contact February 15 arc ring 5. The arc current now passes through the coil 6 through which the magnetic field generated by the coil causes the arc to rotate in a known manner, extinguishing it. By attaching the arc ring 5 to the fixed contact 2 as described above, the insulating piece 7 prevents the arc ring 20 from rotating under the influence of magnetic forces and thus ensures that the commutation piece 8 remains in place. At the same time, the stresses on the coil 6 are reduced.

Veitsikosketin 4 jatkaa edelleen liikettään kohti 25 kuviossa 4 esitettyä katkaisijan aukiasentoa, jossa koskettimen kärkiosa 4c on noussut selvästi kelan 6 keskiak-selin B yläpuolelle. Valokaari sammuu joko jo veitsikoskettimen 4 liikkeen aikana tai vasta sen jälkeen, kun veitsikosketin on ehtinyt aukiasentoonsa. Sammumiskohta 30 riippuu virran vaiheesta, toisin sanoen virran nollakohdan sijainnista katkaisuhetkeen nähden. Aukiasennossa on veitsien kärkiosa 4c etäällä valokaarirenkaasta, jolloin avausvälillä on hyvä jännitelujuus.The knife contact 4 continues its movement towards the open position of the switch shown in Fig. 4, in which the tip part 4c of the contact has risen clearly above the central axis B of the coil 6. The arc goes out either already during the movement of the knife contact 4 or only after the knife contact has reached its open position. The extinction point 30 depends on the phase of the current, i.e. the position of the current zero point in relation to the moment of disconnection. In the open position, the tip portion 4c of the knives is far from the arc ring, whereby the opening interval has good tensile strength.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten 35 oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, 6 78195 ettei se ole rajoittunut niihin, vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Niinpä voivat esimerkiksi veitsiä toisiaan kohti vetävät jouset/jousi olla myöskin 5 veitsien välissä.Although the invention has been described above with reference to the examples according to the accompanying drawings, it is clear that it is not limited thereto, but may be modified within the scope of the inventive idea set forth in the appended claims. Thus, for example, the springs / spring pulling the knives towards each other can also be between the 5 knives.

Claims

7 78195

An electrical circuit breaker, wherein the circuit breaker housing (1) containing the insulating and extinguishing medium has circuit breakers comprising: - a first fixed contact (2) connected to the first part (3a) of the current path, - a second movable knife contact ( 4), consisting of two parallel knives 10 (4a, 4b) with springs, hinged at one end to pivot so that the tip portions (4c) of the knives run along a circular arc, and which knife contact (4) is connected to the current path a second part (3b), and - an annular arc electrode (5) surrounded by a coil (6) electrically connected in series between the arc electrode (5) and the first contact (2), the tip part (4c) of the knife contact in the closed position of the circuit breaker contacts the first fixed contact-20 (2), and when the switch opens, a light arc is first formed between the fixed contact (2) and the knife contact (4) and then the knife contact between the actuator (4) and the arc electrode (5), wherein the magnetic field caused by the coil (6) causes the arc to rotate, extinguishing it, characterized in that the annular arc electrode (5) has a commutating piece (8) projecting outwards from the end end of the ring. 4c), and that the width of the commutation piece (8) is smaller than the distance between the knives (4a, 4b) in the closed position of the switch, whereby the knife contact only contacts the commutation piece (8) when it is completely detached from the fixed contact.

Electric circuit breaker according to Claim 1, characterized in that the hinge point of the knife contact (4) is outside the central axis (B) of the spool (6) and in that the knife contact (4) is parallel to the central axis (B) of the spool in the closed position of the circuit breaker.