NO791506L

NO791506L - HIGH VOLTAGE SWITCH CONSTRUCTION.

Info

Publication number: NO791506L
Application number: NO791506A
Authority: NO
Inventors: Ben Jose Calvino
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1978-05-18
Filing date: 1979-05-04
Publication date: 1979-11-20
Also published as: ES480645A0; AU4629379A; GB2021321A; ES8100542A1; CA1124295A; IT7922730A0; JPS551091A; IT1114260B; NL7903163A

Description

Høyspenningsbryterkonstruksjon.High voltage switch construction.

Oppfinnelsen angår en høyspenningsbryterkonstruk-sjon omfattende to oppragende søyler som hver inneholder en i serie liggende lysbueslukkeenhet. The invention relates to a high-voltage switch construction comprising two upright columns, each of which contains an arc extinguishing unit in series.

Hensikten med oppfinnelsen er i en slik høy-spenningsbryterkonstruksjon å minske virkningen av ubalansert parasittkapasitét. The purpose of the invention is, in such a high-voltage switch construction, to reduce the effect of unbalanced parasitic capacitance.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at søylene er elektrisk serieforbundet ved en innretning som omfatter en skinne som elektrisk forbinder de øvre ender av de to søyler, og et par linjetilslutninger som er tilordnet hver sin søyle og som er elektrisk forbundet med de respektive søyler mellom déres ender og under skinneforbindelsen med de respektive søyler. This is achieved according to the invention by the columns being electrically connected in series by a device which comprises a rail which electrically connects the upper ends of the two columns, and a pair of line connections which are assigned to each column and which are electrically connected to the respective columns between their ends and below the rail connection with the respective columns.

Vanligvis anvendes en bærekonstruksjon i form av omvendt U hvor de serieforbundede brytere er anordnet i det horisontale øvre steg av konstruksjonen. Også i dette tilfellet blir virkningen av den ubalanserte parasittkapasitét vesentlig minsket slik at de utenforliggende fordelingskapasi-teter ikke er nødvendig ved anvendelse av foreliggende opp-finnelse slik at kostnadene minskes. Usually, a support structure in the form of an inverted U is used, where the series-connected switches are arranged in the horizontal upper step of the structure. In this case too, the effect of the unbalanced parasitic capacity is substantially reduced so that the external distribution capacities are not necessary when using the present invention so that the costs are reduced.

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. Fig. 1 viser i sideriss en enpolet enhet i eh høyspenningsbryterkonstruksjon av kjent art med særskilte spenningsfordelingskondensatorer. Fig. 2 viser ekvivalentdiagram for bryterkonstruksjonen på fig. 1. Fig. 3-5 viser ytterligere ekvivalentdiagrammer som antyder ulik spenningsfordeling på de seriekoplede bryterenheter ved konstruksjonen på fig. 1. Fig. 6 viser i sideriss en høyspenningsbryter-konstruksjon ifølge oppfinnelsen. Fig. 7-9 viser ekvivalentdiagrammer til forklaring av den bedrede spenningsfordelingskarakteristikk ved bryterkonstruksjonen på fig. 6. Fig. 10. viser en alternativ utførelsesform av bryterkonstruksjonen ifølge oppfinnelsen. Fig. 11 viser ekvivalentdiagrammet for bryterkonstruksjonen på fig. 10. Fig. 12 viser en andre.alternativ utførelsesform av en høyspenningsbryterkonstruksjon ifølge oppfinnelsen. Fig. 13 viser et aksialt snitt gjennom en bryterenhet ifølge oppfinnelsen i brutt tilstand. The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings. Fig. 1 shows a side view of a single-pole unit in a high-voltage switch construction of a known type with special voltage distribution capacitors. Fig. 2 shows an equivalent diagram for the switch construction in fig. 1. Fig. 3-5 show further equivalent diagrams which suggest different voltage distribution on the series-connected switch units in the construction of fig. 1. Fig. 6 shows a side view of a high-voltage switch construction according to the invention. Fig. 7-9 show equivalent diagrams to explain the improved voltage distribution characteristic of the switch construction in fig. 6. Fig. 10 shows an alternative embodiment of the switch construction according to the invention. Fig. 11 shows the equivalent diagram for the switch construction of fig. 10. Fig. 12 shows a second alternative embodiment of a high-voltage switch construction according to the invention. Fig. 13 shows an axial section through a switch unit according to the invention in a broken state.

Fig. 14 viser en del av bryterenheten på fig. 13Fig. 14 shows a part of the switch unit in fig. 13

i sluttet tilstand.in closed state.

Fig. 15 viser på samme måte som fig. 14 atskilte kontakter under bryteoperasjonen hvor gasstrømmen er antydet med piler. Fig. 1 viser en tidligere kjent høyspenningsbryter-konstruksjon 1 med utvendige spenningsfordelingskondensatorer 3 på hver bryterenhet 536 av den art som er vist på fig. 13. Fig. 14 og 15 viser bryterenheten 5 i sluttet og delvis brutt tilstand. Ved høyspenhingsbryterkonstruksjonen på fig. 1 anvendes to bryterenheter 536 som vist på fig. 13 anordnet i V-form i forbindelse med en forbindelsesskinne 8 i den nedre ende av bryterenhetene. Tilslutninger 11 og 12 er anordnet ved den øvre ende av bryterehhetene 5>6. Fig. 15 shows in the same way as fig. 14 separate contacts during the breaking operation where the gas flow is indicated by arrows. Fig. 1 shows a previously known high-voltage switch construction 1 with external voltage distribution capacitors 3 on each switch unit 536 of the type shown in fig. 13. Fig. 14 and 15 show the switch unit 5 in closed and partially broken state. In the case of the high-voltage suspension switch construction in fig. 1, two switch units 536 are used as shown in fig. 13 arranged in a V-shape in connection with a connection rail 8 at the lower end of the switch units. Connections 11 and 12 are arranged at the upper end of the switch units 5>6.

Høyspenningsbrytere er etter hvert blitt konstruert for så stor effekt at høyspenningslaboratorier ikke lenger er i stand til å prøve dem fullt ut. For å løse dette problem, er det utviklet brytere med seriekoplede brytesteder. Prøving av en bryterenhet 5 kan bare skje hvis spenningen som opptrer over en slik enhet er godt kjent og enheten som prøves utsettes for den høyeste spenning som den kan påtrykkes. High-voltage circuit breakers have gradually been designed for such a large effect that high-voltage laboratories are no longer able to fully test them. To solve this problem, switches with series-connected switching points have been developed. Testing of a switch unit 5 can only take place if the voltage that occurs across such a unit is well known and the unit being tested is subjected to the highest voltage to which it can be applied.

Spenningen over hver bryterenhet 5 i en høyspennings-bryter med flere brytesteder følger Ohms Lov og er derfor av- hengig av induktivitet, motstand og kapasitet i brytekretsen. Ved vanlige høyspenningsbrytere med flere brytesteder, dvs. uten ytre motstander over de atskillbare kontakter, er hoved-faktoren som bestemmer spenningen som kan påtrykkes over de brutte kontakter parasittkapasitetene over de brutte kontakter og jord. The voltage across each switch unit 5 in a high-voltage switch with several switching points follows Ohm's Law and is therefore dependent on inductance, resistance and capacity in the switching circuit. In the case of normal high-voltage switches with multiple breaking points, i.e. without external resistance across the separable contacts, the main factor that determines the voltage that can be applied across the broken contacts is the parasitic capacitances across the broken contacts and earth.

Følgende eksempler på høyspenningsbryterkonstruksjoner er vist på fig. 2-5 og de tilsvarende ekvivalentkapasitetdia-grammer kan forklare dette. The following examples of high-voltage switch constructions are shown in fig. 2-5 and the corresponding equivalent capacity diagrams can explain this.

På fig. 2 er A og C tilslutninger til en bryter. Bryterenheten AB har mellom de atskillbare kontakter 35 og 36 en kapasitet C^g. Bryterenheten BC har mellom de atskillbare kontakter 35,36 en kapasitet CgC. Bæredelen BD har en kapasitet In fig. 2 are A and C connections to a switch. The switch unit AB has between the separable contacts 35 and 36 a capacity C^g. The switch unit BC has between the separable contacts 35,36 a capacity CgC. The carrier part BD has a capacity

<C>BD- <C>BD-

Den utvendige kondensator 3 over bryterenheten AB har en kapasitet og den ytre kapasitet 3 over BC har en kapasitet C^. Det skal antas at bryterkonstruksjonen 1 på The external capacitor 3 above the switch unit AB has a capacity and the external capacitor 3 above BC has a capacity C^. It shall be assumed that the switch construction 1 on

fig. 2 ikke har de ytre kapasiteter C-^ og Cp over kontaktene 35 og 36. Videre antas at spenningskilden E er forbundet med den øvre tilslutning A mens tilslutningen C er jordet gjennom en ledning 37 som vist på fig. 3. Ekvivalentdiagrammet er vist på fig. 4. fig. 2 do not have the external capacities C-^ and Cp across the contacts 35 and 36. Furthermore, it is assumed that the voltage source E is connected to the upper connection A while the connection C is grounded through a wire 37 as shown in fig. 3. The equivalent diagram is shown in fig. 4.

I dette tilfellet er CAB-":-CBCog CgDer forskjellig fra CABeller CgQ. Ved å anvende Ohms Lov for beregning av spenningen mellom AB og BC, vil innvirkningen av parasittkapasiteten CDnvære betydelig og spenningene som opptrer over bryterenhetene AB og BC er meget forskjellige. In this case, CAB-":-CBCand CgDer is different from CABor CgQ. By applying Ohm's Law to calculate the voltage between AB and BC, the influence of the parasitic capacitance CDn will be significant and the voltages appearing across the switch units AB and BC are very different.

For å utligne disse spenninger over bryterenhetene 5,6 er det utvendig anordnet kapasiteter C-^ og 0,^hvis verdier er meget større enn parasittkapasiteten, f,eks. 2000 pF mens kapasitetene C^g = CB(~, = 50 pF og kapasiteten CBD=^75pF. Det tilsvarende ekvivalente kapasitetsdiagram er vist på fig. 5. Ved anvendelse av Ohms Lov har de ytre kapasiteter C-^ og C 2 en overveiende størrelse og den opptredende spenning over bryterenhetene AB og BC er av samme størrelsesorden, nemlig 49% resp. 51$ av den samlede spenning over bryteren 1. In order to equalize these voltages across the switch units 5,6, capacities C-^ and 0,^ whose values are much greater than the parasitic capacity, e.g. 2000 pF while the capacities C^g = CB(~, = 50 pF and the capacity CBD=^75pF. The corresponding equivalent capacity diagram is shown in Fig. 5. When applying Ohm's Law, the external capacities C-^ and C 2 have a predominantly magnitude and the appearing voltage across the switch units AB and BC are of the same order of magnitude, namely 49% and 51% respectively of the total voltage across switch 1.

Fig. 6 viser en bryterkonstruksjon ifølge oppfinnelsen og fig. 7 viser det tilsvarende kapasitive ekvivalentdiagram. Hvis det gjøres de samme antagelser som ovenfor, får vi: Fig. 6 shows a switch construction according to the invention and Fig. 7 shows the corresponding capacitive equivalent diagram. If the same assumptions are made as above, we get:

CABi<=>50 pFCABi<=>50 pF

<CB>2<C><=>50 pF<CB>2<C><=>50 pF

<C>B1B2D = 5 pF<C>B1B2D = 5 pF

CADeller CCD= 75 PFCADor CCD= 75 PF

Men som følge av forbindelsene ifølge oppfinnelsen, blir ikke spenningsfordelingen mellom bryterenheten AB og BC påvirket, slik at det kapasitive ekvivalentdiagram er som vist på fig. 9. Ved å anvende Ohms lov igjen, fremgår at kapasitetene ^B B D ^ar me§e^ liten innvirkning på spenningsfordelingen, og det er ikke nødvendig med noen ytre kapasiteter 3 for å kompen-sere for parasittkapasitét til jord. However, as a result of the connections according to the invention, the voltage distribution between the switch unit AB and BC is not affected, so that the capacitive equivalent diagram is as shown in fig. 9. By applying Ohm's law again, it appears that the capacities ^B B D ^have little effect on the voltage distribution, and there is no need for any external capacities 3 to compensate for the parasitic capacitance to earth.

Fig. 6 viser en' bærekonstruksjon 40 for to seriekoplede bryterenheter 536 av den art som er vist på fig. 13 Fig. 6 shows a support structure 40 for two series-connected switch units 536 of the type shown in Fig. 13

med forbedret spenningsfordeling slik at det unngås ubalansert parasittkapasitét som er så fremtredende ved den kjente konstruksjon på fig. 1. with improved voltage distribution so that the unbalanced parasitic capacitance which is so prominent in the known construction in fig. is avoided. 1.

Hver av søylene 155l6 på fig. 6 består av en bryterenhet 5 eller 6 av den art som er vist på fig. 133l4 og 15. Each of the columns 155l6 in fig. 6 consists of a switch unit 5 or 6 of the type shown in fig. 133l4 and 15.

Fig. 10 viser en alternativ utførelsesform av en bryterkonstruksjon 50 ifølge oppfinnelsen hvor det i stedet for to søyler 153l6 på fig. 6 er anordnet to søyler 233 24 som er parallelle og har innbyrdes avstand, men hvor det også unngås vesentlig parasittkapasitét ved at forbindelsesskinnen 25 er anordnet ved de øvre ender av søylene 23 og 24 og tilslutningene 28,29 er anordnet i den nedre del'av søylene 23>24. Fig. 10 shows an alternative embodiment of a switch construction 50 according to the invention where instead of two columns 153l6 in fig. 6, two columns 233 24 are arranged which are parallel and have a distance from each other, but where the parasitic capacitance is also substantially avoided by the fact that the connecting rail 25 is arranged at the upper ends of the columns 23 and 24 and the connections 28,29 are arranged in the lower part of the columns 23>24.

Det tilhørende kapasitetsdiagram er vist på fig. 11 og det skal bemerkes at den forstyrrende parasittkapasitét CV har liten innvirkning på spenningsfordelingen. The associated capacity diagram is shown in fig. 11 and it should be noted that the disturbing parasitic capacitance CV has little effect on the voltage distribution.

Fig. 12 viser en ytterligere utførelsesform av en bryterkonstruksjon 60 ifølge oppfinnelsen hvor to søyler 31 og 32 er parallelle og har innbyrdes avstand og bryterenhetene 5,6 er anordnet i den horisontale øvre gren X. Også her er virkningen av parasittkapasiteten meget liten som følge av den vesentlig høytliggende bryterenhet 536 i forhold til jordpotensialet. Fig. 12 shows a further embodiment of a switch construction 60 according to the invention where two columns 31 and 32 are parallel and have a mutual distance and the switch units 5,6 are arranged in the horizontal upper branch X. Here too the effect of the parasitic capacity is very small as a result of the substantially high-lying switch unit 536 in relation to the ground potential.

Av det foregående fremgår at det er oppnådd en vesent lig forbedret høyspenningsbryterkonstruksjon 40,50 og 60 hvor ubalansert spenningsfordeling som følge av parasittkapasiteter er bragt til et minimum ved en særskilt anordning av skinne-konstruksjonen 8a og 25 i en vesentlig høyde over jordpotensialet samtidig som det er innspart ytre kondensatorer. From the foregoing, it appears that a significantly improved high-voltage circuit-breaker structure 40, 50 and 60 has been achieved, where unbalanced voltage distribution as a result of parasitic capacities has been brought to a minimum by a special arrangement of the rail structure 8a and 25 at a significant height above the ground potential at the same time as external capacitors are spared.

Claims

1. High-voltage circuit breaker construction comprising two upright columns each containing an arc arrester in series, characterized in that the columns are electrically connected in series by a device comprising a rail which electrically connects the upper ends of the two columns, and a pair of line connections which are assigned each column, and which is electrically connected to the respective columns between their ends and below the rail connection with the respective columns.

2. Construction according to claim 1, characterized in that the arc extinguishing units comprise a buffer switch unit.

3. Construction according to claim 1 or 2, characterized in that the two columns are connected to each other at their lower end in the form of a V.

4. Construction according to claim 3, characterized in that the two columns have a lateral distance from each other and are upright.

5. Construction according to one of the claims 1^ 4, characterized in that the arc extinguishing units comprise a stationary contact and a stationary piston unit with a cooperating cylinder which is slidable over the piston and which carries a movable contact.

6. Construction according to one of the claims 1^5 5 characterized in that the line connection on each of the hollow upstanding columns is connected to a point approximately halfway down the column, so that the effect of unbalanced paired capacity at the mutual electrical connection is significantly reduced and gives approximately even voltage distribution between the two columns.

7. Construction according to claim 6, characterized in that the lower end of each column is connected to a common operating mechanism.

8. Construction according to one of claims 1-8, characterized in that each column contains arc extinguishing gas under pressure.