NO840384L

NO840384L - HORN SWITCH

Info

Publication number: NO840384L
Application number: NO840384A
Authority: NO
Inventors: Alfred Farkas
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1983-02-03
Filing date: 1984-02-01
Publication date: 1984-08-06
Also published as: EP0118414A3; AT376058B; ATA36183A; EP0118414A2; DK46484A; DK46484D0

Description

Oppfinnelsens gjenstand er en hornbryter som er bestemt til å anvendes i elektriske nett med frakobling av kortslutning resp. jordslutning ved hjelp av effektbryter og omfatter to hornelektroder som er anordnet V-formig i forhold til hverandre og bestemt til å danne fotpunkter for koblingslysbuen. The object of the invention is a horn switch which is intended to be used in electrical networks with the disconnection of short circuits or earth fault by means of a circuit breaker and comprises two horn electrodes which are arranged V-shaped in relation to each other and intended to form footing points for the switching arc.

Hornbrytere av denne art har fra mange år tilbake særlig vært anvendt i strømforsyningsanlegg for elektriske baner. Horn switches of this type have been used for many years in particular in power supply systems for electric railways.

De benyttes som skillebrytere eller lastskillebrytere til galvanisk sammenkobling og adskillelse av kjøreledningsav-snitt med eller av strømforsyningsanlegget. For det meste blir de anordnet som friluftsbrytere på master eller på portaler. Fordelen ved dem ligger i den enkle åpne konstruksjon og det derved betingede nesten ignorerbare vedlikeholdsbehov, They are used as disconnectors or load disconnectors for galvanic connection and separation of catenary sections with or from the power supply system. For the most part, they are arranged as open-air switches on masts or on portals. The advantage of them lies in the simple open construction and the resulting almost ignorable need for maintenance,

i den ved anvendelsen av en luftskillestrekning betingede relative uavhengighet av atmosfæriske innflytelser samt i den tydelig synlige koblingstilstand. De krever regelmessig en effektbryter i tillegg. in the relative independence of atmospheric influences due to the use of an air gap, as well as in the clearly visible state of connection. They regularly require an additional circuit breaker.

Hornbrytere har kontakter som er anbragt på henholdsvisHorn switches have contacts which are placed on respectively

en stasjonær isolator og en svingbar isolator som kan manøv-reres for hånd eller motorisk ved hjelp av en koblingsstang, a stationary isolator and a pivotable isolator that can be maneuvered by hand or motorized by means of a connecting rod,

og horn av spesiell form som slutter seg til og rager opp fra kontaktene. Den lysbue som oppstår mellom de ved fra-koblingen adskilte kontakter, overtas av hornene over disse, stiger opp langs dem og slukner. Dette er det enkleste prinsipp for slukning av en koblingslysbue. and specially shaped horns that join and protrude from the contacts. The arc that occurs between the contacts separated by disconnection is taken over by the horns above them, rises along them and extinguishes. This is the simplest principle for extinguishing a switching arc.

Det sentrale punkt ved nesten alle bryter er koblingslysbuen som uvegerlig oppstår mellom de elektriske kontakter som følge av strømvarmen når den siste metallbro fordamper. Lysbuen opprettholder til å begynne med strømgjennomgangen mellom kontaktene, da den består av et meget varmt, elektrisk lededyktig plasma. Den utvikler da i trangt begrensede rom meget stor varmeeffekt. Bryterens hovedoppgave består nå The central point of almost all switches is the switching arc that inevitably occurs between the electrical contacts as a result of the current heat when the last metal bridge evaporates. The arc initially maintains current flow between the contacts, as it consists of a very hot, electrically conductive plasma. It then develops a very large heating effect in narrowly confined spaces. The switch's main task now remains

i å bringe dette hete koblingslysbue-plasma under kontroll og kjøle det så sterkt at det i løpet av noen hundredels sekunder mister sin elektriske ledningsevne og dermed bryter in bringing this hot junction arc plasma under control and cooling it so strongly that within a few hundredths of a second it loses its electrical conductivity and thus breaks

strømmen mellom kontaktene. Ved vekselstrømbrytere passerer strømmen periodisk null, og bryterens oppgave blir da å forhindre fornyet tenning etter den naturlige nullgjennomgang. Som følge av den ennå eksisterende ledningsevne hos plasmasøylen går der riktignok under innvirkning av den tilbakevendende spenning en liten såkalt etterstrøm som søker å varme opp koblingsstrekningen på ny. Dette vanskeliggjør den definitive sperring av lysbuestrekningen, fremfor alt hvis steilheten av spenningsstigningen etter nullgjennomgang av spenningen er meget stor. Ved vekselstrøm dreier det seg om effektiv minskning av ladningsbærerne i det korte tidsrom mellom strømmens nullgjennomgang og oppsvinget av den tilbakevendende spenning. the current between the contacts. With alternating current switches, the current periodically passes zero, and the switch's task then becomes to prevent renewed ignition after the natural zero crossing. As a result of the still existing conductivity of the plasma column, there is admittedly under the influence of the returning voltage a small so-called aftercurrent which seeks to heat up the connection line again. This makes it difficult to definitively block the arc, above all if the steepness of the voltage rise after zero crossing of the voltage is very large. In the case of alternating current, it is about an effective reduction of the charge carriers in the short period of time between the zero crossing of the current and the rise of the returning voltage.

Alt etter brytertype skjer det definitive brudd i den forbindelse etter en eller flere nullgjennomganger av strømmen. En effektiv kjøling av lysbuestrekningen har alltid avgjørende innflytelse. Den blir oppnådd ved at lysbuen stiger opp på grunn av sin egen termiske virkning og dermed blir forlenget på grunn av hornenes form. Der foreligger her en sammenheng mellom koblingseffekt og lysbuelengde. Den sistnevnte må imidlertid forbli begrenset for ikke å true innretninger i nærheten, Depending on the type of switch, the definitive break in that connection occurs after one or more zero crossings of the current. Effective cooling of the arc always has a decisive influence. It is achieved by the arc rising due to its own thermal action and thus being elongated due to the shape of the horns. Here, there is a connection between switching power and arc length. However, the latter must remain limited so as not to threaten nearby facilities,

så den driftsmessige energiomsetning i den tente lysbue må begrenses. En lastbryter egner seg derfor bare for en begrenset frakoblingseffekt svarende til normal drift. so the operational energy turnover in the ignited arc must be limited. A load switch is therefore only suitable for a limited disconnection effect corresponding to normal operation.

Nå kan det påvises at flere enn halvparten av alle forstyrrelser forårsaket av lysbuer i koblingsanlegg for midlere spenninger skyldes forstyrrelser ved feilmanøvrering av skillebrytere under last eller av lastbrytere under over-belastning. Overlaststøt og kortvarige kortslutningslignende tilstander inntrer imidlertid relativt ofte i banedrift. It can now be shown that more than half of all disturbances caused by electric arcs in switching systems for medium voltages are due to disturbances due to incorrect operation of disconnectors under load or of load breakers under overload. However, overload shocks and short-term short-circuit-like conditions occur relatively often in track operation.

I betraktning av disse stadig større effekter i elektriske anlegg eller de i og for seg høye kortslutningsstrømmer samt den sammentrengte konstruksjon i anlegg for midlere spenninger må innretningene beskyttes stadig bedre mot den skadelige varmestråling fra forstyrrende lysbuer. Da de forstyrrende lysbuer selv som bekjent neppe lar seg forhindre, In consideration of these increasingly large effects in electrical installations or the inherently high short-circuit currents as well as the cramped construction in installations for medium voltages, the devices must be increasingly protected against the harmful heat radiation from disruptive electric arcs. As the disturbing arcs themselves as acquaintances can hardly be prevented,

må man begrense deres energiutvikling ved mest mulig rask avbrytelse av energitilførselen ved hjelp av effektbrytere. must limit their energy development by interrupting the energy supply as quickly as possible using circuit breakers.

Firma ASEA har til formålet gitt anvisning på en innretning hvor en fototransistor reagerer på lyset fra forstyrrende lysbuer og via en etterkoblet forsterker bevirker utløsning av en effektbryter som avbryter energitilførselen. Denne innretning er imidlertid ikke bare relativt kostbar, men forblir også hensiktsmessig begrenset til anvendelse i innen-dørs koblingsanlegg. En annen innretning som likeledes bare lar seg anvende-i innendørs koblingsanlegg, har en trykk-bryter som reagerer på den stigning av cellens innvendige trykk som skyldes de termiske effekter av lysbuen, og utløser energimatebryteren under omgåelse av det normale anleggsvern. For this purpose, the company ASEA has provided instructions for a device where a phototransistor reacts to the light from disturbing arcs and, via a downstream amplifier, triggers the tripping of a circuit breaker that interrupts the energy supply. However, this device is not only relatively expensive, but also remains appropriately limited to use in indoor switching systems. Another device that can also only be used in indoor switchgear has a pressure switch that reacts to the rise in the cell's internal pressure caused by the thermal effects of the electric arc, and triggers the energy supply switch while bypassing the normal system protection.

Oppfinnelsens oppgave er ved hornbrytere å skaffe en enkel innretning hvor koblingslysbuens overgang fra et tillatt til et forbudt brennområde og en dermed forbundet skade på tilgrensende anleggsdeler kan forhindres, og den løser denne oppgave ved at der ved en hornbryter ved den definerte grense mellom et tillatt og et forbudt brennområde for koblingslysbuen er anordnet en jordet tredje elektrode for denne. The task of the invention is, with horn switches, to provide a simple device where the transition of the switching arc from a permitted to a prohibited burning area and the associated damage to adjacent plant parts can be prevented, and it solves this task in that with a horn switch at the defined boundary between a permitted and a prohibited focal area for the switching arc, a grounded third electrode is provided for this.

Fordelen ved innretningen ifølge oppfinnelsen liggerThe advantage of the device according to the invention is

i at det med den er mulig ved hjelp av et element som er enkelt å anbringe og vedlikeholdsfritt, å bevirke den ønskede funksjon som består i utløsning av den forkoblede energi-matebryter, ved å bevirke en kortslutning gjennom den forstyrrende lysbue som trer ut over grensen for det tillatte brennområde og dermed ansporer til det såkalte korttidsbrudd. Innretningen funksjonerer like tilfredsstillende ved hornbrytere uansett om de er montert innendørs eller i friluft. in that with it it is possible, with the help of an element that is easy to install and maintenance-free, to effect the desired function which consists in tripping the pre-connected energy feeder switch, by effecting a short circuit through the disturbing arc that goes beyond the limit for the permitted burning area and thus spurs the so-called short-term break. The device functions just as satisfactorily with horn switches regardless of whether they are installed indoors or outdoors.

Et utførelseseksempel på en innretning ifølge oppfinnelsen vil bli beskrevet nærmere under henvisning til tegningen. An embodiment of a device according to the invention will be described in more detail with reference to the drawing.

Fig. 1 viser den i samsvar med oppfinnelsen utrustede hornbryter i sluttet tilstand, og Fig. 1 shows the horn switch equipped in accordance with the invention in the closed state, and

fig. 2 viser hornbryteren i åpnet tilstand med en skje-matisk antydet lysbue omtrent ved grensen for det vanlige tillatte brennområde. fig. 2 shows the horn switch in the open state with a schematically indicated arc approximately at the limit of the normal permitted firing range.

Fig. 1 viser hornbryteren montert på en konsoll 1 påFig. 1 shows the horn switch mounted on a console 1 on

en strekkavlastningsmast eller en portal. Den har en stivt anordnet isolator 2 og en isolator 5 som kan svinges om en a strain relief mast or a gantry. It has a rigidly arranged insulator 2 and an insulator 5 which can be pivoted about one

akse 4 ved hjelp av en vektstang 3. Til å utøve svingekraften benyttes på kjent måte et (ikke vist) bryterdrivelement, axis 4 by means of a lever 3. To exert the turning force, a switch drive element (not shown) is used in a known manner,

som via et stangsystem er forbundet med vektstangen 3. Manøv-reringen kan skje for hånd eller ved hjelp av en elektro-motorisk, elektromagnetisk eller pneumatisk drivanordning. which is connected to the weight bar 3 via a rod system. The maneuvering can be done by hand or with the help of an electro-motoric, electromagnetic or pneumatic drive device.

På isolatorenes hetter 6, 7 er der anordnet dobbeltvingede kontaktelementer 8, 9 hvis ene vinge er anordnet som henholdsvis kontaktf jaer og kontaktkniv, og hvis annen vinge er utformet som gjennomborede tilkoblingsører for ikke viste kabelsko på fleksible tilkoblingsledninger. Direkte på kontaktelementene 8, 9 sitter hornene 10, 11, som fordelaktig består av elektrolyttkobber med rundt tverrsnitt, og hvis form er resul-tatet av lange optimeringsforsøk. I åpnet tilstand av bryteren har en skråning på 45° i forhold til vertikalen for de fordelaktig rettlinjet utførte ender av hornene 10, 11 vist seg optimal. Den tredje elektrode 12 som oppfinnelsen gir anvisning på for lysbuen, kan fordelaktig på meget enkel måte være utformet som U-formet metallbøyle som ved de frie ender av sine parallelle ben er mekanisk forbundet med den på jord-potensial anordnede konsoll 1, f.eks. ved forskruning, sveis-ing eller klinking. Derved er der altså skaffet en tett inn-pasning av bøylen 12 i den driftsmessige jording. Den korte tverrbjelke hos bøylen 12 danner den egentlige tredje elektrode som ifølge oppfinnelsen trer i virksom forbindelse med lysbuen. Dens vertikale avstand fra en tenkt forbindelseslinje mellom endene av de utsvungne horn 10, 11, en linje som i en stilling skal representere lengden av den definerte grense mellom tillatt og forbudt brennområde for koblingslysbuen, blir å fastlegge individuelt alt etter bryterens type og innbyg-ningsforhold. Selvsagt må den korte tverrbjelke hos bøylen 12 ikke være anordnet loddrett på planet gjennom hornene 10, 11. Det sier seg selv at det ved utformingen av bøylen 12 må tas hensyn til alle forskrifter for minimumsavstander som skal overholdes mellom spenningsførende og jordede deler. Double-winged contact elements 8, 9 are arranged on the caps 6, 7 of the insulators, one wing of which is arranged as a contact spring and a contact knife, respectively, and the other wing of which is designed as pierced connection ears for not shown cable lugs on flexible connection cables. Directly on the contact elements 8, 9 are the horns 10, 11, which advantageously consist of electrolytic copper with a round cross-section, and whose shape is the result of long optimization experiments. In the open state of the switch, a slope of 45° in relation to the vertical for the advantageously rectilinear ends of the horns 10, 11 has proven to be optimal. The third electrode 12, which the invention provides for the arc, can advantageously be designed in a very simple way as a U-shaped metal hoop which, at the free ends of its parallel legs, is mechanically connected to the console 1 arranged at ground potential, e.g. . by screwing, welding or riveting. Thereby, a tight fitting of the hoop 12 in the operational grounding has been achieved. The short cross beam of the hoop 12 forms the actual third electrode which, according to the invention, comes into active connection with the electric arc. Its vertical distance from an imaginary connecting line between the ends of the flared horns 10, 11, a line which in one position should represent the length of the defined boundary between the permitted and prohibited focal area for the switching arc, is to be determined individually depending on the type of switch and installation conditions . Of course, the short cross beam of the hoop 12 must not be arranged vertically on the plane through the horns 10, 11. It goes without saying that when designing the hoop 12, account must be taken of all regulations for minimum distances that must be observed between live and earthed parts.

Funksjonen av innretningen ifølge oppfinnelsen såvelThe function of the device according to the invention as well

som lysbueforholdene skal nå bli skissert under henvisning til fig. 2. as the arc conditions will now be outlined with reference to fig. 2.

Når hornbryteren åpnes ved trekk i betjeningsorganetWhen the horn switch is opened by pulling the operating device

på enden av svingevektstangen 3, blir den svingbare isolator 5 svunget om aksen 4 i retning mot urviseren. Herunder kommer først de korresponderende kontaktdeler av kontaktelementene 8, 9 ut av inngrep. Skjer åpningen av bryteren mens der går en laststrøm, oppstår der mellom kontaktelementene 8, 9 på grunn av fordampningen av den siste metallbro forårsaket av strømvarmen en koblingslysbue som til å begynne med beholder bryterkontaktene som fotpunkt og derfor forlenger seg idet kontaktene fjerner seg fra hverandre. Der inntrer da meget raskt en tilstand hvor avstanden mellom kontaktelementene 8, 9 blir større enn avstanden mellom de nedre partier av hornene 10, 11, som ved passende formgivning ved noen bryterutførelser til og med forløper antiparallelt i sluttet tilstand av bryteren, og som ennå under en del av bryterens åpningsbevegelse forblir ekvidistante. Fotpunktene av den på dette tidspunkt ennå korte koblingslysbue går derfor med sikkerhet over på disse nedre avsnitt av hornene 10, 11. Under det videre forløp av bryterens åpningsbevegelse vandrer lysbuepunktene ut forbi knekkstedene i hornene 10, at the end of the swing weight rod 3, the swingable insulator 5 is swung about the axis 4 in a counter-clockwise direction. Here, first the corresponding contact parts of the contact elements 8, 9 come out of engagement. If the switch is opened while a load current is flowing, due to the vaporization of the last metal bridge caused by the current heat, a switching arc occurs between the contact elements 8, 9, which initially retains the switch contacts as a base and therefore lengthens as the contacts move away from each other. A condition then very quickly occurs where the distance between the contact elements 8, 9 becomes greater than the distance between the lower parts of the horns 10, 11, which with suitable design in some switch designs even run antiparallel in the closed state of the switch, and which still under part of the switch's opening motion remains equidistant. The foot points of the at this point still short switching arc will therefore safely pass to these lower sections of the horns 10, 11. During the further course of the switch's opening movement, the arc points travel out past the breaking points in the horns 10,

11, så lysbuen fra dette tidspunkt av undergår den forlengelse som skal til for den fornødne kjøling. I normal drift av bryteren bør lysbuen slukne senest når dens fotpunkter kommer i umiddelbar nærhet av endene av hornene 10, 11 eller til selve disse ender. Men hvis den opptredende effekt uansett av hvilke årsaker overskrider bryterens merkeeffekt, vil koblingslysbuen idet fotpunktene blir stående ved enden av hornene, søke å forlenge seg videre ved oppbuling av U-formen og komme ut i et område hvor der befinner seg annet driftsutstyr. Da ville der kunne skje en termisk skade på dette driftsutstyr eller en utillatelig overgang av lysbuen til dette. 11, so the arc from this point on undergoes the extension required for the necessary cooling. In normal operation of the switch, the arc should extinguish at the latest when its base points come in close proximity to the ends of the horns 10, 11 or to these ends themselves. But if, for whatever reason, the resulting power exceeds the switch's rated power, the switching arc, as the foot points remain at the end of the horns, will seek to extend further by bulging the U-shape and come out into an area where there is other operating equipment. Thermal damage could then occur to this operating equipment or an impermissible transition of the electric arc to it.

Den avhjelp oppfinnelsen gir anvisning på, består iThe remedy the invention provides instructions for consists in

at der ved grensen for det ovennevnte område hvor der befinner seg annet driftsutstyr, er anordnet en tredje, godt jordet elektrode som nevnt, som lysbuen går over på, så der inntrer en såkalt lysbuejordslutning resp. - ved de enfasede nett that at the border of the above-mentioned area where there is other operating equipment, a third, well-grounded electrode is arranged as mentioned, to which the arc passes, so that a so-called arc-ground fault or - in the case of single-phase networks

som i regelen anvendes for baneforsyning - en lysbuekort-slutning. Denne hører i motsetning til de overbelastninger av bryterne som forårsakes ved feilbetjening eller feilstyring, til de uunngåelige forstyrrelsestilfeller som driften må which is normally used for track supply - an arc short circuit. This, in contrast to the overloads of the switches caused by incorrect operation or incorrect control, belongs to the unavoidable cases of disturbance that the operation must

være forberedt på, og som faktisk kan elimineres rutinemessig ved utløsning av den effektbryter som er ansvarlig for det rammed<*>e område. be prepared for, and which can actually be routinely eliminated by tripping the circuit breaker responsible for the affected area.

Claims

Horn switch intended for use in electrical networks

with short circuit or earth fault disconnection by means of a circuit breaker and provided with two horn electrodes which are arranged in a V-shape in relation to each other and are to serve as footing points for the switching arc, characterized by the fact that at the defined boundary between a permitted and a prohibited focal area for the switching arc there is arranged a grounded third electrode for the switching arc.