NO782744L

NO782744L - HIGH VOLTAGE SWITCH.

Info

Publication number: NO782744L
Application number: NO782744A
Authority: NO
Inventors: William Henry Fischer; Charles Felix Cromer; Joseph Richard Rostron
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1977-08-22
Filing date: 1978-08-11
Publication date: 1979-02-23
Also published as: JPS5443578A; DE2835892A1; IT1098054B; GB2003665A; ES472718A1; GB2003665B; IT7826658A0; CA1109909A; FR2401503A1; NL7808486A

Description

Høyspenningsbryter.High voltage switch.

Oppfinnelsen angår en høyspenningsbryter med dielektrisk væske som lysbueslukkemedium, omfattende et elektrisk og termisk isolerende munnstykke som normalt opptar en bevegelig kontakt i kontakt med en stasjonær kontakt. The invention relates to a high-voltage switch with dielectric liquid as arc extinguishing medium, comprising an electrically and thermally insulating nozzle which normally occupies a movable contact in contact with a stationary contact.

I den siste del av 1950 årene utviklet flere brytere med flytende svovelheksafluorid som lysbueslukke- , medium som f.eks. beskrevet i U.S.-patentskrift nr. 3.150.250. Vanskeligheten ved denne utførelse var at som følge av den lave kritiske temperatur på ^5°C for en typisk dielektrisk væske som f.eks. svovelheksafluorid,må væskereservoaret være beregnet for et trykk på 140 kg/cm . Den kritiske temperatur er betegnelsen på den temperatur over hvilken økning av trykket ikke vil gjøre gassen flytende. I enkelte tilfeller måtte bryteren konstrueres for både gass- og væskefase som følge av den lave kritiske temperatur. In the latter part of the 1950s, several switches were developed with liquid sulfur hexafluoride as an arc extinguishing medium such as e.g. described in U.S. Patent No. 3,150,250. The difficulty with this design was that, as a result of the low critical temperature of ^5°C for a typical dielectric liquid such as e.g. sulfur hexafluoride, the liquid reservoir must be designed for a pressure of 140 kg/cm. The critical temperature is the term for the temperature above which an increase in pressure will not liquefy the gas. In some cases, the switch had to be designed for both gas and liquid phase as a result of the low critical temperature.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en bryter hvor mengden væske som er nødvendig for brytingen er minst mulig og således hovedsaklig opprettholdes i væskefasen. The purpose of the invention is to provide a switch where the amount of liquid required for the switching is as small as possible and is thus mainly maintained in the liquid phase.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en isolert sylinder som inneholder den dielektriske væske og som med en ende er forbundet med munnstykket og den andre ende har et pumpestempel, et væskereservoar for langsom fylling av sylinderen ved væske og ventilorganer for sylinderen og munnstykket for at pumpestempelet skal bringe væsken til å strømme gjennom munnstykket med stor hastighet. This is achieved according to the invention by an insulated cylinder which contains the dielectric liquid and which is connected at one end to the nozzle and the other end has a pump piston, a liquid reservoir for slowly filling the cylinder with liquid and valve means for the cylinder and the nozzle in order for the pump piston to bring the liquid to flow through the nozzle at high speed.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av kravene 2-8. Further features of the invention will appear from claims 2-8.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningene. The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings.

Fig. 1 viser skjematisk en bryter ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser på samme måte som fig. 1 en alternativ utførelsesform av bryteren. Fig, 3 viser et tverrsnitt av en alternativ utførelse av en del av fig. 1. Fig. 4 viser et tverrsnitt gjennom en ytterligere ut-førelsesform av en del av fig. 1. Fig. 5 viser et tverrsnitt av nok en utførelsesform av en del av fig. 1, Fig. 6 viser et aksialt snitt gjennom nok en utfør-elsesform av en del av fig. 1. Fig. 1 viser en bryter 10 med en stasjonær kontakt 11 som har form av fingre og en bevegelig kontakt 12, i brutt tilstand. Et elektrisk og termisk isolerende munnstykke 13 Fig. 1 schematically shows a switch according to the invention. Fig. 2 shows in the same way as fig. 1 an alternative embodiment of the switch. Fig, 3 shows a cross-section of an alternative embodiment of a part of fig. 1. Fig. 4 shows a cross-section through a further embodiment of a part of fig. 1. Fig. 5 shows a cross-section of yet another embodiment of a part of fig. 1, Fig. 6 shows an axial section through yet another embodiment of a part of fig. 1. Fig. 1 shows a switch 10 with a stationary contact 11 which has the shape of fingers and a movable contact 12, in a broken state. An electrically and thermally insulating nozzle 13

f.eks. av teflon opptar i munningen 14 den bevegelige kontakt 12 som er vist med strekede linjer 12' i sluttet tilstand av bryteren i kontakt med enden av fingrene som er festet til munnstykket 13. Den stasjonære kontakts 11 fingre omgir et metallmunnstykke 16 i form av en hul avkortet kjegle som danner en ekstra strømningsbane 17 for den dielektriske væske i tillegg til strømningsbanen 18 gjennom munnstykkets munning 14 e.g. of teflon occupies in the mouth 14 the movable contact 12 which is shown by dashed lines 12' in the closed state of the switch in contact with the end of the fingers attached to the mouthpiece 13. The fingers of the stationary contact 11 surround a metal mouthpiece 16 in the form of a hollow truncated cone which forms an additional flow path 17 for the dielectric liquid in addition to the flow path 18 through the mouth of the nozzle 14

mot kontakten 12. Strømningsbanen 18 befinner seg på innsiden av det isolerende munnstykke 13 og en isolerende sylinder 21 som er forbundet med munnstykket gjennom en åpning 19. Den andre ende av sylinderen 21 har et bevegelig pumpestempel 22 som driver væsken i sylinderen gjennom åpningen 19 og inn i strømningsbanen 18 for å bryte lysbuen 23 og strømmer også i strømningsbanen 17. Med den bevegelige kontakt 12' i kontakt med den stasjonære kontakt 11, er åpningen 19 lukket idet det dannes en form for ventil. Når bryteren bringes til brutt til^-stand, kan væsken pumpes inn i munnstykket med forholdsvis stor hastighet for effektiv slukking av lysbuen 23. towards the contact 12. The flow path 18 is located on the inside of the insulating nozzle 13 and an insulating cylinder 21 which is connected to the nozzle through an opening 19. The other end of the cylinder 21 has a movable pump piston 22 which drives the liquid in the cylinder through the opening 19 and into the flow path 18 to break the arc 23 and also flows in the flow path 17. With the movable contact 12' in contact with the stationary contact 11, the opening 19 is closed forming a form of valve. When the switch is brought to the broken state, the liquid can be pumped into the nozzle at a relatively high speed for effective extinguishing of the arc 23.

Den beskrevne innretning er normalt innesluttet iThe described device is normally enclosed in

en trykk- eller lufttett metallbeholder 24.a pressure or airtight metal container 24.

Sylinderen 21 fylles fra bunnen med dielektrisk væske fra et reservoar 26 som er forsynt med kjølevikling 27. En forbindelsesledning 28 forbinder reservoaret 26 med sylinderen 21 med nødvendig ventilvirkning. I det avkjølte reservoar 26 kan flytende svovelheksafluorid lagres ved et rimelig trykk på 14-21 kg/cm 2 og derved minske omkostningene fordi det ikke er nødvendig med en konstruksjon for meget høyt trykk. Med andre ord holder kjøleviklingen 27 heksafluoriden i flytende tilstand hele tiden. I tillegg hvis svovelheksafluoriden holdes på lav nok temperatur f.eks. 1,67°C, har den en tetthet på 1550 kg/rrr og kan således effektivt slukke lysbuer ved store strømstyrker. The cylinder 21 is filled from the bottom with dielectric liquid from a reservoir 26 which is provided with a cooling coil 27. A connecting line 28 connects the reservoir 26 to the cylinder 21 with the necessary valve action. In the cooled reservoir 26, liquid sulfur hexafluoride can be stored at a reasonable pressure of 14-21 kg/cm 2 and thereby reduce the costs because a construction for very high pressure is not necessary. In other words, the cooling coil 27 keeps the hexafluoride in a liquid state all the time. In addition, if the sulfur hexafluoride is kept at a low enough temperature, e.g. 1.67°C, it has a density of 1550 kg/rr and can thus effectively extinguish arcs at high currents.

Reservoaret 26 fyller sylinderen 21 med forholdsvis lav hastighet sammenlignet med utstrømningen gjennom åpningen 19 slik at heksafluoriden holdes i flytende tilstand og hindrer ising. Samtidig under lysbueslukkingen tilveiebringer metall-beholderen 24 tilstrekkelig trykk slik at bortsett fra lysbuen 23 holdes heksafluoriden flytende. Dette behøver ikke være absolutt nødvendig for driften. The reservoir 26 fills the cylinder 21 at a relatively low speed compared to the outflow through the opening 19 so that the hexafluoride is kept in a liquid state and prevents icing. At the same time, during the arc extinguishing, the metal container 24 provides sufficient pressure so that apart from the arc 23, the hexafluoride is kept liquid. This need not be absolutely necessary for the operation.

Fig. 2 viser en alternativ utførelse av fig. 1 hvor bare deler er modifisert. I åpningen 9 er anordnet en tilbakeslagsventil 31 som lukker åpningen når pumpestempelet trekkes tilbake for ny fylling av sylinderen. Dette muliggjør fler-gangs operasjon når et antall lysbuer skal slukkes. En tilbakeslagsventil 32 er anordnet i ledningen 28' fra reservoaret og denne ender ved den øvre ende av sylinderen 21'. Under drift blir flytende svovelheksafluorid for den neste bryte-operasjon trukket inn i pumpesylinderen ved den foregående slutning av bryteren. Dette muliggjør at sylinderen 21' kan ha liten kapasitet sammenlignet med den på fig. 1 hvor sylinderkapasiteten er tilstrekkelig for flere slukkinger. Fig. 2 shows an alternative embodiment of fig. 1 where only parts have been modified. A non-return valve 31 is arranged in the opening 9, which closes the opening when the pump piston is withdrawn to refill the cylinder. This enables multiple operations when a number of arcs are to be extinguished. A check valve 32 is arranged in the line 28' from the reservoir and this ends at the upper end of the cylinder 21'. During operation, liquid sulfur hexafluoride for the next breaking operation is drawn into the pump cylinder at the previous closing of the breaker. This enables the cylinder 21' to have a small capacity compared to the one in fig. 1 where the cylinder capacity is sufficient for several extinguishments.

En jevn væskestrøm inn i munnstykket kan oppnås på flere måter. Fig. 3-6 viser dette. På fig. 3 er munnstykkets munning 14 utstyrt med en indre omkretskanal 33 som er forbundet med åpningen 19 for å gi en jevn væskestrøm rundt omkretsen av munningen. Munnstykket er videre utstyrt med en strømningsoppdeler 34 hovedsaklig midt i åpningen 39 for å dele opp og rette væskestrømmen inn i motstående halvdeler av kanalen 33-Ved en forskyvning av den horisontale senterlinje for kanalen 33 til høyre for den horsiontale senterlinje for munnstykket 14, oppnås en jevn strømningshastighet rundt den indre omkrets av munnstykket. Fig.'4 viser en åpning 19f som forbinder sylinderen 21 med munnstykkets munning 14, og åpningen 19' er forskutt fra senterlinjen 14' for munnstykket og antydet med pilen 36 som senterlinje for åpningen slik at det dannes en spiralformet strømningskanal. Fig, 5 viser to pumper 21a og 21b for svovelheksafluoriden og disse pumper er forbundet• med munnstykket 14 gjennom åpninger 19a og 19b. En omkretskanal 33' er også anordnet. A steady flow of liquid into the nozzle can be achieved in several ways. Fig. 3-6 shows this. In fig. 3, the nozzle's mouth 14 is provided with an inner circumferential channel 33 which is connected to the opening 19 to provide a uniform fluid flow around the circumference of the mouth. The nozzle is further equipped with a flow divider 34 mainly in the middle of the opening 39 to divide and direct the liquid flow into opposite halves of the channel 33 - By shifting the horizontal center line of the channel 33 to the right of the horizontal center line of the nozzle 14, a uniform flow rate around the inner circumference of the nozzle. Fig.'4 shows an opening 19f which connects the cylinder 21 with the mouth 14 of the nozzle, and the opening 19' is offset from the center line 14' of the nozzle and indicated by the arrow 36 as the center line of the opening so that a spiral flow channel is formed. Fig, 5 shows two pumps 21a and 21b for the sulfur hexafluoride and these pumps are connected to the nozzle 14 through openings 19a and 19b. A peripheral channel 33' is also provided.

Fig. 6 viser en konsentrisk pumpe i forbindelse med munnstykkets munning 14. En i enden konisk rørformet fast-stående kontakt danner metalldelen av munnstykket og fingrene 37- Rundt omkretsen er det anordnet en ringformet sylinder 38 hvis yttervegg er en forlengelse av det isolerende munnstykket 13'. Et ringformet stempel 41 gir det nødvendige trykk for innføring av væsken i munnstykkets munning når den bevegelige kontakt 12 trekkes tilbake og åpner åpningen 42. Et egnet utenforliggende reservoar for svovelheksafluorid er ikke vist. Fig. 6 shows a concentric pump in connection with the nozzle's mouth 14. A conical tubular fixed contact at the end forms the metal part of the nozzle and the fingers 37 - Around the circumference is arranged an annular cylinder 38 whose outer wall is an extension of the insulating nozzle 13 '. An annular piston 41 provides the necessary pressure to introduce the liquid into the mouth of the nozzle when the movable contact 12 is retracted and opens the opening 42. A suitable external reservoir for sulfur hexafluoride is not shown.

Ved denne utførelsesform anvendes særlig lite dielektrisk væske. In this embodiment, particularly little dielectric liquid is used.

Claims

1. High-voltage switch with dielectric liquid as arc extinguishing medium, comprising an electrically and thermally insulating nozzle which normally occupies a movable contact in contact with a stationary contact, characterized by an insulated cylinder containing the dielectric liquid and which is connected at one end to the nozzle and the the other end has a pump piston, a liquid reservoir for slowly filling the cylinder with liquid, and valve means for the cylinder and nozzle for the pump piston to cause the liquid to flow through the nozzle at high speed.

2. Switch according to claim 1, characterized in that the valve means comprise an opening through the side wall of the nozzle which is connected to one end of the cylinder, and that the movable contact normally closes the opening, so that when the contact moves, the liquid will flow through the opening and the nozzle.

3. Switch according to claim 2, characterized in that the opening has a non-return valve which closes when the pump piston is withdrawn for new filling for extinguishing several arcs.

4. Switch according to one of claims 1t-3, characterized in that the nozzle has an inner ring-shaped channel which is connected to the opening for uniform liquid flow around the circumference of the nozzle.

5. Switch according to claim 4, characterized in that the opening has a flow spreader mainly in the middle to divide and direct the liquid flow to opposite halves of the channel.

6. Switch according to claim 4, characterized in that the center line of the opening is laterally offset in relation to the center line of the nozzle.

7. Switch according to one of claims 1-6, characterized in that the stationary contact has the form of a hollow truncated cone whose end with the smallest diameter is connected to the nozzle and forms electrical contact with the movable contact, which cone provides an additional flow path for the liquid.

8. Switch according to one of claims 1-73, characterized in that the stationary contact, the movable contact, the nozzle, the insulating cylinder and the valve means are enclosed in an airtight container.