SE467431B - Hoegspaenningsbrytare - Google Patents

Description

467 431 dysan. Därigenom uppnås att behovet av manöverenergi reduceras väsentligt.

Vid de kända konstruktionerna är det alltid ett fast förhållande mellan den rörliga kontaktens och de övriga delarnas hastigheter, t ex 2:1.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en enligt själv- blås- eller pufferprincipen utförd brytare, som även vid användning vid höga spänningar behöver mindre manöverenergi och möjliggör bättre dielektrisk koordination än jämförbara kända konstruktioner. Detta uppnås enligt uppfinningen genom en brytare med de i kännetecknande delen av patentkrav 1 angivna särdragen.

Vid en speciellt lämplig utföringsform av uppfinningen är de rörliga kon- takterna kopplade till manöverdonet via en speciell länkväxel, som kommer att närmare beskrivas nedan. Med detta utförande kan man åstadkomma ett hastighetsförhållande mellan de två kontaktsystemen som skiftar under från- slagsrörelsens gång, varigenom stora fördelar kan uppnås. Detta utförande möjliggör att den rörliga driftströmskontakten och den rörliga ljusbågs- kontakten kan accelereras vid olika tider under frånslagningen, varvid den maximala kraft som krävs av manöverdonet minskas väsentligt.

Vid en brytare enligt självblåsprincipen av det slag som uppfinningen avser sker kommunikationen mellan ljusbågsområdet och tryckuppsamlingsrummet genom en kanal i blåsdysan. Genom en speciellt lämplig utföringsform av uppfinningen uppnås att denna kanals inloppsposition i tryckuppsamlings- rummet förskjuts under en frånmanöver. Därigenom får man en för ljusbågs- släckningen mer fördelaktig gasblandning i tryckuppsamlingsrummet.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av ett antal utför- ingsexempel under hänvisning till bifogade ritningar, där fig 1 visar ett axialsnitt genom de centrala delarna av en själv- blåsande brytare av det slag som uppfinningen avser, varvid figurdelen till höger om mittlinjen visar brytaren i till- läget, medan figurdelen till vänster om mittlinjen visar brytaren i frånläget, 467 451. fig 2 visar schematiskt en sådan brytare med en enkel manövermeka- nism av i och för sig känt slag för âstadkommande av olika manöverhastigheter för brytarens rörliga kontakter, fig 3 och 4 visar ett enligt uppfinningen vidareutvecklat utförande av den i fig 2 visade manövermekanismen, fig 5 visar rörelsekurvor för driftströmskontakten resp ljusbågs- kontakten, och som med avseende på spänningshållfasthet och låg manöverenergi är i det närmaste optimala, fig 6 visar en länkväxel för åstadkommande av de i fig 5 visade rörelsekurvorna, fig 7a-7d visar de rörliga brytardelarnas inbördes lägen vid fyra olika tidpunkter under en frånmanöver, och fig 8a och 8b visar ett ytterligare utförande av en brytare enligt uppfin- ningen i till- resp frånläget.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Den i fig 1 visade självblåsande brytaren innefattar, i likhet med tidigare kända brytare, ett gastätt brytkammarhölje 1, som åtminstone delvis består av isolermaterial och som innehåller en fast pluggformig ljusbågskontakt 2 och en axiellt rörlig hylsformig ljusbågskontakt 3. Den rörliga kontakten 3 är via en rörformig kontaktstång 4 och en isolerande dragstång (ej visad) kopplad till ett manöverdon. Med hjälp av manöverdonet kan den rörliga kon- takten förskjutas mellan det till höger i figuren visade tilläget och det till vänster i figuren visade frånläget.

Den rörliga kontakten 3 uppbär en elektriskt isolerande blàsdysa 5 med en ringformig kanal 6 som förbinder det område där ljusbågen brinner vid en frånmanöver med ett tryckuppsamlingsrum 7 (självblåsvolymen), vars volym är konstant. Tryckuppsamlingsrummet 7 avgränsas inåt av blåsdysan 5 och utåt av en av metall utförd hålcylinder 8, vilken även omsluter ett kompres- sionsrum 9 (puffervolymen). Hålcylinderns 8 övre del utgör brytarens rör- liga driftströmskontakt 10, vilken samverkar med en fast driftströmskontakt 11. 467 431 Tryckuppsamlingsrummet 7 och kompressionsrummet 9 är koaxiellt anordnade omkring den rörliga kontaktstången 4 och är åtskilda av en vägg 12 försedd med öppningar, vilka är övertäckta av en såsom backventil fungerande ring- formig skiva 13. Denna backventil 13 tillåter strömning endast i riktning från kompressionsrummet 9 till tryckuppsamlingsrummet 7.

Kompressionsrummet 9 avgränsas av en puffercylinder 14 och en ringformig, faststående kolv 15. Puffercylinderns väggar utgöres av den yttre hål- cylindern 8, en inre hålcylinder 16 samt mellanväggen 12, vilken förbinder hålcylindrarna 8 och 16. Den inre hålcylindern 16 är via ett par drag- stänger 17 kopplad till manöverdonet.

Vid den i fig 1 visade brytaren är den rörliga ljusbågskontakten 3, blås- dysan 5 och kontaktstången 4 hopbyggda och rör sig vid en frånmanöver med hög hastighet. Den rörliga driftströmskontakten 10, hålcylindrarna 8 och 16 med mellanväggen 12, vilka avgränsar rummen 7 och 9, samt dragstängerna 17 rör sig tillsammans med en lägre hastighet.

Vid en brytmanöver drar manöverdonet (ej visat) i dragstängerna 17 som drar med sig den rörliga driftströmskontakten 10 och hålcylindrarna 8 och 16 med en viss hastighet (antytt i fig 1 med en pil). Samtidigt drar manöverdonet i kontaktstången 4 med högre hastighet så att även dysan 5 och den rörliga ljusbågskontakten 3 dras nedåt med denna högre hastighet (antytt i fig 1 med dubbelpil).

Driftströmskontakterna 10 och 11 släpper först, strömmen kommuterar över till ljusbâgskontakterna 2 och 3 som sedan separerar och ljusbåge bildas.

Vid små brytströmmar blåser gas ifrån kompressionsrummet 9 genom backventi- len 13 och tryckuppsamlingsrummet 7 och vidare genom kanalen 6 mot ljus- bågen som avkyls och släcks. Vid stora brytströmmar matas tryckuppsamlings- rummet 7 ifrån ljusbågszonen med het gas, varvid trycket i tryckuppsam- lingsrummet 7 stiger. Backventilen 13 stängs så att kolven 15 inte behöver arbeta mot detta övertryck. Eventuellt kan puffercylindern avlastas genom en övertrycksventil i kolven 15. Vid avtagande strömmomentanvärde strax före strömnoll avtar trycket i dysan 5 och övertrycket i tryckuppsamlings- rummet 7 driver en släckgasström genom kanalen 6 in i ljusbågszonen för släckning. 467 451 De olika hastigheterna hos de båda kontaktsystemen kan åstadkommas på flera olika sätt. I fig 2 visas ett utförande där de olika hastigheterna åstad- kommes på i princip samma sätt som i ovannämnda DE-C-2946929 med hjälp av kugghjul 20, vars centertappar är lagrade i dragstängerna 17. Vid en från- manöver drar manöverdonet i dragstängerna 17, som drar med sig den rörliga driftströmskontakten 10, hålcylindrarna 8 och 16 samt kugghjulen 20. Kugg- hjulen är i ingrepp med kuggade ytor 21 längs kolvens 15 stativ och för- sätts därigenom i vridrörelse. Dessutom är kugghjulen 20 i ingrepp med kuggade ytor 22 på rörets 4 mantelyta och driver röret 4 med dubbel hastig- het nedåt.

Hastigheten av ljusbågskontakten 3 bestäms av brytarens märkspänning. I en brytare enligt uppfinningen rör sig dock bara delarna 3, 4 och, i detta speciella exempel, dysan 5 med den höga hastigheten. De andra rörliga delarna kan röra sig med mindre hastighet. Manöverenergin kan därför redu- ceras jämfört med kända konstruktioner, där alla rörliga delar rör sig med den av märkspänningen föreskrivna hastigheten.

En annan fördel är att kanalens 6 mynning i tryckuppsamlingsrummet 7 ändrar sitt relativa läge till tryckuppsamlingsrummet under en frånmanöver. Där- igenom får man en bättre blandning av de heta gaser som strömmar in i tryckuppsamlingsrummet under högströmsperioden och den kalla gas som fyller tryckuppsamlingsrummet från början. Detta är en fördel eftersom det har visat sig att man vid ogynnsamma konstruktioner med faststående kanal kan få samma heta gas tillbaks för släckning som blåstes in i tryckuppsamlings- rummet under högströmsperioden. Därigenom kan ljusbågssläckningen äventy- ras.

Förhållandet mellan hastigheterna för de två rörliga kontakterna är vid det i fig 2 visade utförandet 2:1. Med ett utförande där hastighetsförhållandet är beroende av den aktuella kontaktpositionen kan kraven på spänningshåll- fasthet och låg manöverenergi ännu bättre tillgodoses. Fig 3 och 4 visar ett vidareutvecklat utförande av den i fig 2 visade kugghjulskonstruktio- nen, vid vilket en sådan ändring av hastighetsförhållandet under frånmanö- vern uppnås. Kugghjulens axeltappar 23 är vid detta utförande excentriskt placerade och löper i spår 24 i dragstängerna 17. Spårens huvudriktning står vinkelrätt mot brytkammarens längsaxel. Omsättningen i kuggväxeln vid 467 451 varje tidpunkt är lika med förhållandet mellan avstånden mellan tapp och kuggens anliggningsytor mot kuggstängerna. På detta sätt kan väg-tid- kurvorna optimeras med hänsyn till kraven på spänningshållfasthet och låg manöverenergi. En särskilt gynnsam rörelse får man om kugghjulen vid bryta- rens tilläge har en omsättning kring 1:1 så att båda kontaktsystemen rör sig med ungefär samma hastighet i initialskedet (fig 3). Efterhand ökar omsättningen mot ett värde kring 1:2 så att den rörliga ljusbågskontakten når sin maximala hastighet strax efter kontaktseparationen (fig 4). Senare när kontakterna går mot sina frånlägen och kraven på ljusbågskontaktens hastighet inte är lika stora minskar omsättningen igen mot ett värde kring 1:1. Ännu en förbättring kan åstadkommas om rörelsekurvorna (vägen s som funk- tion av tiden t) för driftströmskontakten respektive ljusbågskontakten liknar de i fig 5 visade kurvorna, där kurva I avser driftströmskontakten 10 och kurva II ljusbågskontakten 3.

I början av en frånmanöver när båda kontaktparen fortfarande är i ingrepp (vid A i fig 5) accelereras driftströmskontakten mot sin slutliga hastighet medan ljusbågskontakten står still eller accelereras endast litet. När den rörliga driftströmskontakten separerar från den fasta driftströmskontakten (vid B i fig 5) har den nått ungefär sin slutliga hastighet och fortsätter sedan med jämn hastighet. I detta skede accelereras den rörliga ljusbågs- kontakten för att nå sin höga hastighet när eller omedelbart efter den separerar från den fasta ljusbågskontakten (vid C i fig 5). Mot slutet av frânrörelsen (vid D i fig 5) bromsas den rörliga ljusbågskontakten så att hastigheten minskar.

Fördelarna med denna typ av rörelsekurva är bland annat a) Slaglängden för den rörliga ljusbågskontakten kan bli mindre jämfört med en lösning där den rörliga ljusbågskontakten rör sig under hela den tid då den rörliga driftströmskontakten rör sig. b) Man har bättre möjligheter att anpassa geometrien på den rörliga kon- taktsidan så att fältpåkänningarna alltid är större på den rörliga ljusbågskontakten än på den rörliga driftströmskontakten. Ett even- tuellt överslag över brytstället kommer då att ske mellan ljusbågs- kontakterna där man har släckförmågan kvar. 467 431 c) Den snabba och den långsamma rörliga delen i brytaren accelereras vid olika tider. På så sätt kan den maximala kraft som krävs av manöver- donet minskas.

I fig 6 visas en länkväxel med vilken de i fig 5 visade rörelsekurvorna kan åstadkommas. Länkväxeln är anordnad i anslutning till brytkammarens nedre anslutningsfläns 26, vilken är placerad mellan brytkammarhöljet 1 och en stödisolator 27. Fig 6 visar länkväxeln dels i brytarens tilläge med hel- dragna linjer, dels i brytarens frånläge med streckade linjer. Länkväxeln består av två länkarmar 31, 32, vilka är vridbart fästa vid flänsen 26 vid punkterna 33 och 34. Länkarmarna kan vrida sig i ritningsplanet. Länkarmen 31 uppvisar ett spår 35 och länkarmen 32 uppvisar en tapp med en rulle 36 som löper i spåret 35. En dragstång 4 är länkad till armen 31 och förbinder armen med den rörliga ljusbågskontakten i brytaren. En dragstàng 17 är länkad till armen 32 och förbinder armen 32 med den rörliga driftströms- kontakten i brytaren. En tredje dragstång 37 av isolermaterial är länkad till armen 32 och förbinder den med manöverdonet i stödisolatorns bottendel (ej visat). Dragstängerna 4 och 17 är ej visade i frånläget.

När brytaren skall manövreras från tilläget till frånläget drar manöver- donet i dragstången 37. Armen 32 vrider sig kring punkten 34 och drar med sig dragstången 17, vilken manövrerar den rörliga driftströmskontakten.

Bullen 36 löper i spåret 35 så att armen 31 vrider sig litet eller inte alls i början. I ett senare skede börjar armen 31 rotera kring punkt 33 och drar med sig dragstången 4, vilken manövrerar den rörliga ljusbågskontakt- ten. Spårets utformnig gör att vridrörelsen av armen 31 vid manöverns slut bromsas medan armen 32 fortsätter att vrida sig tills brytaren har nått sitt frânläge.

Figurerna 7a-7d visar de rörliga kontaktsystemens inbördes lägen vid olika tidpunkter under en frånslagning med en brytare som är försedd med den i fig 6 visade länkväxeln. Fig 7a visar brytarens tilläge. Fig 7b visar läget i det ögonblick då ljusbågskontakterna 2, 3 separerar (punkt C i fig 5).

Fig 7c visar läget lfl ms efter ljusbågskontakternas öppningsögonblick. I detta läge sker inblåsningen av trycksatt gas längst bak i självblàsvoly- men. Fig 7d visar slutligen brytarens frånläge.

Det i fig 8 visade utföringsexemplet av en självblåsande brytare skiljer sig från det som visas i fig 1 huvudsakligen genom att blåsdysan 5 är hop- byggd med tryckuppsamlingsrummet 7 och att den fasta ljusbågskontakten 467 431 2 är hylsformig och den rörliga ljusbågskontakten 3 pluggformig. Med hjälp av ett manöverdon kan de rörliga kontakterna 3, 10 förskjutas mellan det i fig 8a visade tilläget och det i fig 8b visade frånläget.

Vid en brytmanöver drar manöverdonet (ej visat) i dragstängerna 17 som drar med sig den rörliga driftströmskontakten 10, blâsdysan 5 och hålcylindrarna 8 och 16 med mellanväggen 12, vilka avgränsar rummen 7 och 9, nedåt med en viss hastighet (antytt i fig 8a med en pil). Samtidigt drar manöverdonet i kontaktstången 4 med högre hastighet så att även den rörliga ljusbågskon- takten 3 dras nedåt med denna högre hastighet (antytt i fig 8a med dubbel- pil).

Det i fig 8 visade utföringsexemplet har den fördelen jämfört med det utförande som visas i fig 1 att en ännu mindre massa behöver accelereras till hög hastighet. »a

Claims (6)

.Pa- CT\ \J Jä LJ ...x PATENTKRAV

1. Högspänningsbrytare innefattande - ett med gasformigt släckmedel fyllt hölje (1), - två samverkande ljusbågskontakter (2, 3), av vilka åtminstone den ena (3) är anordnad att med hjälp av ett manöverdon förskjutas i höljet mellan ett till- och ett frånläge, - en kring ljusbågskontakterna koncentriskt anordnad blåsdysa (5), vilken är axiellt förskjutbar med hjälp av manöverdonet, - en med släckgas fylld blåskammare (lä, 16), vilken med hjälp av man- överdonet är axiellt förskjutbar i samma riktning som den rörliga ljusbågskontakten, och vilken via en kanal (6) i blåsdysan (5) står i förbindelse med det område där ljusbågen brinner vid en frånmanöver, - samt två samverkande driftströmskontakter (10, 11), vilka vid en från- slagsmanöver separerar tidigare än ljusbågskontakterna (2, 3), varvid den ena (10) av driftströmskontakterna är förbunden med blåskammaren (14, 16) och rör sig med samma hastighet som denna, medan den rörliga ljusbågskontakten (3), åtminstone under den delen av frånslagningsför- loppet som ligger närmast efter ljusbågskontakternas (2, 3) separe- ringsögonblick, rör sig med större hastighet än blåskammaren (lü, 16), k ä n n e t e c k n a d av att de rörliga kontakterna (3, 10) är kopplade till manöverdonet på sådant sätt, att under första delen av en frânslag- ning, medan båda kontaktparen fortfarande är i ingrepp, accelereras i huvudsak endast den rörliga driftströmskontakten (10), varefter i huvudsak endast den rörliga ljusbågskontakten (3) accelereras för att nå sin slut- liga hastighet vid eller omedelbart efter ljusbågskontakternas (2, 3) separeringsögonblick.

2. Brytare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att de rör- liga kontakterna är kopplade till manöverdonet via en länkväxel med två vridbart lagrade länkar (31, 32), av vilka den ena länken (32) är kopplad dels till den rörliga driftströmskontakten (10), dels till en med manöver- donet förbunden dragstång (37) samt uppvisar en tapp (36) som står i in- grepp med ett frigångsspår (35) i den andra länken (31), vilken är kopp- lad till den rörliga ljusbågskontakten (3). 10 467 431

3. Brytare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att kompres- sionsrummets förskjutbara del (14) är kopplad till manöverdonet via minst en dragstång (17), på vilken ett kugghjul (20) är lagrat, vilket bildar en mekanisk koppling mellan den rörliga ljusbågskontakten (3) och brytarens stationära del, varvid kugghjulet har en excentriskt placerad axel (23), vilken löper i ett transversellt lagringsspår (24) i dragstången (17). .fl

4. Brytare enligt patentkrav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att blåskammaren (14, 16) innefattar ett kompressionsrum (9), vilket är avgränsat av en blåskolv (15) och en blâscylinder (14), av vilka den ena avgränsande delen (t ex 14) är axiellt förskjutbar med hjälp av manöver- donet.

5. Brytare enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d av att blås- kammaren (14, 16) innefattar ett tryckuppsamlingsrum (7), vilket är place- rat mellan kompressionsrummet (9) och den i blåsdysan (5) anordnade kanalen (6), varvid kompressionsrummet (9) åtminstone temporärt kommunicerar med tryckuppsamlingsrummet (7).

6. Brytare enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d av att tryck- uppsamlingsrummet (7) har konstant volym och avgränsas av dels en yttre vägg (8) som är fast förenad med kompressionsrummets (9) förskjutbara del (14), dels en inre vägg som bildas av blåsdysan (5) och/eller den rörliga ljusbågskontakten (3). (I