NO782490L - Hoeyspenningsbryter. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en høyspenningsbryter med dielektrisk fluidum hvis strømning svekkes vesentlig av brytelysbuen og frembringer et begynnende høytrykksmaksimum og slukking av lysbuen nær en strømnullgjennomgang hvilket bevirker et lavtrykksminimum, og med bevegelig og fast kontakt i en minst delvis begrenset beholder.

En slik høytrykksbryter er kjent fra U.S.-patent-skrift nr. 3-150.2^5 hvor det som fluidum anvendes svovelheksafluorid og drivmidler som tvinger den væskeformede gass med høyt trykk mot lysbuesonen når kontaktene brytes. Et av problemene som er nevnt i dette patent er opprettholdelsen av høyt nok trykk særlig under drift ved lav omgivelsestempera-tur for effektiv slukking av lysbuen. Por å opprettholde tilstrekkelig injeksjonstrykk foreslås der tre forholdsregler, nemlig anvendelse av en mekanisk drevet pulsinnretning, anvendelse av en akkumulator med gass f.eks. nitrogen i den ene ende og svovelheksafluorid i den andre ende, og anvendelse av svovelheksafluorid og et varmeelement for å opprettholde en h'øy nok temperatur.

En ulempe ved denne konstruksjon er en vesentlig økning i nødvendigheten av feilstrømavbrytelse. Dette gjelder f.eks. brytning av kanskje 50.000 ampere ved trykk som vanlig-vis er mindre enn 70 kg/cm 2. I motsetning hertil kan det f.eks. med en strøm på 120.000 ampere være nødvendig med et trykk så høyt som 140 kg/cm . Med dette nødvendige høye trykk oppstår to problemer, for det første at når en lysbue dannes ved brytning, avstenger lysbuen strømmen av slukkefluidumet og bevirker et høyt begynnelsestrykkmaksimum. Dette trykk kan i virkeligheten'bli meget større enn det nødvendige lys- bueslukketrykk og utsetter hele bryteren for alvorlig mekanisk påkjenning. På den annen side når lysbuen er nær strøm-nullgjennomgang, minskes lysbuediameteren og tillater at fluidumet strømmer ut av åpningene hurtigere. Dette bevirker en reduksjon av trykket under det akseptable nivå i..hvilken lysbuen kan gjenopprettes. Med andre ord et lavt trykkmaksimum kan frembringes ved hurtig økende strømningsareal mens pumpen har en langsom reaksjon på disse tilstandsendring-er .

I U.S.-patentskrift 3.406.269 fremgår det av fig. 5 og 6 forholdsregler inklusiv en akkumulator for å opprettholde tilstrekkelig trykk. Da det der dreier seg om et lukket system er det ikke noe problem med et trykkminimum.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en forbedret høyspenningsbryter som er i stand til på effektiv måte å arbeide med forholdsvis store feilstrømmer hvor trykkvariasjoner er bragt til et minimum.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en innretning for innføring av det dielektriske fluidum i beholderen med et forhåndsbestemt begynnende høyt trykk og hovedsaklig opp-rettholdelse av trykket i et forhåndsbestemt tidsintervall,

og en anordning for lagring av energi i samsvar med høy-trykksstrømningen og endring av denne for å dempe det resulterende trykk av denne ved minskning av trykkmaksimum og økning av trykkminimum.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av kravene 2-6.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningene. Fig. 1 viser forenklet skjematisk en bryter ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 viser kurver for driften av bryteren på

fig. 1 og dens forbedring sammenlignet med tidligere brytere.'

Fig. 3 viser en grafisk fremstilling av de nød-vendige brytetrykk. Fig. 4 viser mere detaljert et tverrsnitt gjennom et utførelseseksempel på en bryter ifølge oppfinnelsen i samsvar med fig. 1, Fig. 5 viser et tverrsnitt gjennom en alternativ utførelsesform av en bryter ifølge oppfinnelsen.

Bryteren 10 på fig. 1 har en fast kontakt 11 og en bevegelig kontakt 12. Disse kontakter befinner seg i en i det minste delvis begrenset beholder som skal vises mere detaljert nedenfor. Beholderen har en sekundær strømvei 12b som dannes av atskillelsen av kontaktene 11 og 12 som danner et munnstykke og en primær strømningsbane 15a i motsatt retning av strømningsbanen 15b. Innløpsåpningen 13 er forbundet med en kilde 14 for dielektrisk væske som f.eks. svovelheksafluorid. Væskekilden 14 pumpes med en innretning 16 som drives med høytrykksluft fra et reservoar 17 via en ventil 18. Innretningen 16 omfatter en sylinder 19 med et stempel 20 og har et hode 21 som danner pumpekilden 14. Et typisk høyt trykk som kan leveres av pumpekilden 14 er

2

175 kg/cm .

Ventilen 18 åpnes når den bevegelige kontakt 12 fjernes fra den faste kontakt 11.

Mellom innløpsåpningen 13 og den dielektriske væskekilde 14 er anordnet en energilagringsinnretning eller akkumulator 23- Denne inneholder et flytende stempel 24 og et reservoar 26 for nitrogen under høyttrykk. Stempelet 24 har en effektiv masse som er meget mindre enn pumpestempelet 20. Nitrogentrykket kan ligge mellom 119 og 140 kg/cm 2, med andre ord et større trykk enn pumpekildens 24. Under drift virker akkumulatoren '23 effektivt som en trykkfallhindrende innretning. Det prøver å motsette seg enhver trykkendring i fluidumsystemet. Dette oppnås ved lagring av potensiell energi i akkumulatoren 23 når trykket i systemet vil prøve å øke, f.eks. når lysbuen blokkerer fluidumstrømmen, og av-gir energi når trykket i systemet prøver å falle, f,eks. når lysbuen er liten og strømningsarealet øker og de atskilte kontakter bevirker hydrodynamisk oppsugning av væske eller gass som vist med strømningsbanene 15a og 15b,

Akkumulatoren minsker således trykktopper og øker trykkminima. Den virker som trykkutjevner hvilket klart fremgår av fig. 2 hvor kurven 27 viser en variasjon på ca.

21 kg/cm 2 mens til sammenligning kurven 28 uten akkumulatoren 23 viser en variasjon på 210 kg/cm 2. Fig. 2 viser driften av bryteren i et tidsintervall med tre strømnullgjennomganger som opptrer ved halvperioder. Disse opptrer i intervaller på 8 1/3 •millisekund ved en frekvens på 60 Hz og strømmen er symmetrisk. På tidspunktet 29 skilles den bevegelige kontakt 12 fra den faststående og svingningen i kurven 28 bevirkes av lysbueblokkering av strømmen av dielektrisk fluidum og stor treghet av pumpestempelet 21 på fig. 1. Ifølge oppfinnelsen oppnås en forbedring ved å øke trykket ved den andre strøm-nullgjennomgang fra 49 til 119 kg/cm . Trykket ble også redusert .i høy grad fra 259 til 154 kg/cm 2, Som nevnt oven-for oppnås to fordeler, nemlig en økning av trykket ved strømnullgjennomgang når brytning finner sted og for det annet minskes trykktoppene mellom strømnullgjennomgangene og dette minsker mekanisk påkjenning på bryteren.

Fig. 3 viser en kurve 31 for trykket av flytende av svovelheksafluorid som pumper akkumulatoren og en kurve 32 for det nødvendige brytertrykk som funksjon av den aktuelle strøm og den nominelle brytestrøm. Pumpetrykket for akkumulatoren som svarer til strømnullgjennomgangstrykket for kurven 27 på fig. 2 er således avhengig av strømmen som skal brytes.

I tillegg hertil må akkumulatorsystemet optimali-seres for vedkommende brytestrøm ved variering av nitrogentrykket bak akkumulatorstempelet 24. Hvis ikke akkumulator-trykket tilpasses, vil stempelet reagere for hurtig eller for langsomt. Ingen av disse situasjoner kan tillate at væsketrykket faller under det-maksimale for strømnullgjennom-gang. De forskjellige brytestrømmer og nitrogentrykk må følge følgende verdier:

Akkumulatoren 23 på fig. 1 kan ha forskjellig utforming idet det kan anvendes en fjær i stedet for nitrogen som energilagringsmiddel. I tillegg hertil kan en gummi-ballong eller en metallbelg anvendes i stedet for et flytende stempel. Videre kan flytende heksafluorid være direkte i kontakt med nitrogen uten separasj-on.

Selv om flytende svbvelheksåfluorid er å foretrekke, kan andre væsker også anvendes.

Betjeningsinnretningen 16 som driver væskekilden 14 må ha forholdsvis stor masse for å gi tilstrekkelig stor kraft som kreves for å tilveiebringe det nødvendigehøye trykk for lysbueavbrytelsen. Med en slik stor masse vil naturligvis reaksjonen være langsom sammenlignet med akkumulatoren 23

med et flytende stempel med en vekt på ca. 0,9 kg, fordi dets effektive masse er 1/10 eller mindre enn for pumpesystemet,

og reagerer på endringer i strømningsforholdet meget hurtigere slik at variasjoner i trykket blir minst mulig. Energilagrings-innretningen har derfor form av en akkumulator 23 med et stempel 24 med en effektiv masse som er meget mindre enn den effektive masse for væskeinnføringsinnretningen som omfatter pumpen 20 og 21 og væskekilden 14. En slik innretning må frembringe så meget som 200.000 hk i 20 millisekunder.

Fig. 4 viser en praktisk utførelse av den skjematiske utforming på fig. 1 med et isolerende munnstykke 33 som mot-tar den bevegelige kontakt 34 og metallfingre 35 som danner den faste kontakt. Munnstykket 33 har en innløpsåpning 13 for innføring av dielektrisk fluidum i den andre strømningsbane 15b bare når den bevegelige kontakt er atskilt fra den faste. Dette bevirker at fluidumet bibeholdes i nærheten av kontakt-området. Ved fjerning av kontakten 34 strømmer fluidumet i to motsatte retninger 15a og 15b gjennom munnstykket 36 som dannes av den faste kontakt 35 og den isolerende del 37 av munnstykket for slukking av lysbuen 38. Med innløpsåpningen 13 er koplet en isolerende sylinder 39 med et pumpestempel 40. Sylinderen 39 er forbundet med reservoaret 41 for flytende svovelheksafluorid ved hjelp av en ledning 42. En kjølevikling 43 er anordnet utenpå reservoaret 4l.

Akkumulatoren 33 er forbundet med den øvre del av sylinderen 39 via en kanal 44.

Fig. 5 viser en alternativ utførelse av bryteren

hvor den stasjonære kontakt 44 normalt berøres av den bevegelige kontakt 46 som er bevegelig i det isolerende munnstykke 47 som f.eks. består av"tef lon" . I. et rørformet rom 48 på den ene side er pumpesystemet 49 for den dielektriske væske anordnet og på.den andre side akkumulatoren 23. Et

høyttrykksrør 51 omgir hele bryteren. Akkumulatoren 2 3 har et flytende stempel 24. De to strømningsbaner 15a og 15b i motsatt retning er antydet med piler. Væskenivået for svovelheksafluorid når opp til munnstykkedelen 47.

Hvis ønskelig kan det rørformede rom 48 oppta en ekstra pumpe og akkumulator for større brytekapasitet.

Claims (6)

1. Høyspenningsbryter med dielektrisk fluidum hvis strømning svekkes vesentlig av brytelysbuen og frembringer et begynnende høytrykksmaksimumoog slukking av lysbuen nær en strømnullgjennomgang hvilket bevirker et lavtrykksminimum, og med bevegelig og fast kontakt i en minstedelvis begrenset beholder, karakteris' ert ved en innretning for innføring av det dielektriske fluidum i beholdere med et forutbestemt begynnende høyt trykk og hovedsaklig opp-rettholdelse av trykket i et forhåndsbestemt tidsintervall, og en anordning for lagring av energi i samsvar med høytrykks-strømningen og endring av denne for å dempe det resulterende trykk av denne ved minskning av trykkmaksimum og økning av trykkminimum.

2. Bryter ifølge krav 1, karakterisert ved at energilagringsanordningen omfatter et flytende stempel som er bevegelig i en sylinder fylt med gass,

3. Bryter ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at fluidumet er flytende svovelheksafluorid.

4. Bryter ifølge et av kravene 1-3» k a r a" k - terisert ved at energilagringsanordningen har en effektiv masse som er meget mindre enn innføringsinnretning-ens.

5- Bryter ifølge' krav 4, karakterisert ved at. beholderen har en primær strømningsbane for fluidumet i et munnstykke som dannes ved atskillelse av kontaktene, og en sekundær strømningsbane som i det minste delvis dannes av den faste kontakt.

6. Bryter ifølge krav 55karakterisert ved at fluidumstrømningene er rettet i motsatt retning.