CH653801A5

CH653801A5 - ENCLOSED, HIGH VOLTAGE SWITCH CONTAINING INSULATING GAS.

Info

Publication number: CH653801A5
Application number: CH230381A
Authority: CH
Inventors: Hans Rudolf Wuethrich; Hubert Spiegel; Peter Krebs; Hermann Lehner
Original assignee: Sprecher & Schuh Ag
Priority date: 1981-04-06
Filing date: 1981-04-06
Publication date: 1986-01-15
Also published as: ATA12382A; AT378626B; DE3130366A1; FR2509521A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsschalter der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 definierten Gattung. The invention relates to a high-voltage switch of the type defined in the preamble of claim 1.

Ein solcher Schalter ist z.B. aus der DE-OS 2 507 163 (Int. CI.: HO 1H,33-80) bekannt. Dieser Schalter weist ein aus Isolierstoff gegossenes Gehäuse auf, in dem die beiden Nennstromelektroden praktisch über ihre gesamte Länge ummittelbar umgössen sind. Die in der Regel aus Kupfer bestehenden Nennstromelektroden weisen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der von jenem des das Gehäuse bildenden Isolierstoffes verschieden ist. Dieser Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten kann bei den bei solchen Schaltern unvermeidlichen thermischen Wechselbeanspruchungen zu Rissbildungen im Isolierstoff oder im Material der Nennstromelektroden selbst oder gar zum Ablösen des Isolierstoffes von den Nennstromelektroden führen. Die Folge davon sind Glimmerscheinungen, die ihrerseits zu einer Ionisation des Isoliergases und damit zu einer Herabsetzung der elektrischen Festigkeit führen können. Such a switch is e.g. known from DE-OS 2 507 163 (Int. CI .: HO 1H, 33-80). This switch has a housing cast from insulating material, in which the two nominal current electrodes are practically encapsulated over their entire length. The nominal current electrodes, which are usually made of copper, have a coefficient of thermal expansion which is different from that of the insulating material forming the housing. This difference in the coefficients of thermal expansion can lead to cracks in the insulating material or in the material of the nominal current electrodes themselves or even detachment of the insulating material from the nominal current electrodes in the case of thermal alternating stresses which are unavoidable with such switches. The consequence of this is mica, which in turn can lead to ionization of the insulating gas and thus to a reduction in the electrical strength.

Ausserdem ist beim bekannten Schalter der elektrische Kriechweg an der zwischen den beiden Nennstromelektroden gelegenen Innenseite des Isoliergehäuses vergleichsweise kurz. Dabei ist zu beachten, dass gerade bei solchen gekapselten Schaltern das Isoliergas nach Ausschaltung insbesondere hoher Ströme durch den Schaltlichtbogen erzeugte Metalldämpfe und andere Spaltprodukte aufnimmt, die gelegentlich kondensieren und sich irgendwo im Schalter ablagern, so auch an dem zwischen den Nennstromelektroden vorhandenen Teil der Innenwand des Isoliergehäuses. Diese Ablagerungen sind aber der Kriechfestigkeit gerade in diesem Teil der Innenwand sehr abträglich. In addition, in the known switch, the electrical creepage distance on the inside of the insulating housing located between the two nominal current electrodes is comparatively short. It should be noted that, especially with such encapsulated switches, the insulating gas, after switching off high currents in particular, absorbs metal vapors and other fission products generated by the switching arc, which occasionally condense and are deposited somewhere in the switch, including on the part of the inner wall of the internal current between the nominal current electrodes Insulating housing. However, these deposits are very detrimental to the creep resistance, especially in this part of the inner wall.

Bei diesem Stand der Technik ist es als ein Zweck der Erfindung anzusehen, einen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der praktisch ohne Vergrösserung seiner Aussenmasse geeignet ist, hohe Nennströme zu führen und abzuschalten, ohne dass die Gefahr der Rissbildung im Gehäuse und/oder in den Nennstromelektroden entstünde, wobei ausserdem die Kriechfestigkeit zwischen den Nenn-stromelektroden erhöht ist. In this prior art, it is to be regarded as a purpose of the invention to provide a switch of the type mentioned at the outset, which is suitable for carrying and switching off high rated currents practically without increasing its external dimensions, without the risk of cracks forming in the housing and / or would arise in the nominal current electrodes, and the creep resistance between the nominal current electrodes is also increased.

Zu diesem Zweck weist der vorgeschlagene Hochspannungsschalter die im Kennzeichnen des Anspruches 1 festgehaltenen Merkmale auf. For this purpose, the proposed high-voltage switch has the features set out in the characterizing part of claim 1.

Einzelheiten bevorzugter Ausführungsformen, die insbesondere darauf gerichtet sind, die Kriechfestigkeit zwischen den Nennstromelektroden weiter zu verbessern, sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. Details of preferred embodiments, which are aimed in particular at further improving the creep resistance between the nominal current electrodes, can be found in the dependent claims.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Schalters anhand der Zeichnung näher beschrieben. Die einzige Figur dieser Zeichnung zeigt einen vereinfachten Axialschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsge-mässen Hochspannungsschalters in Einschaltstellung. An embodiment of the proposed switch is described below with reference to the drawing. The only figure in this drawing shows a simplified axial section through an embodiment of the high-voltage switch according to the invention in the switched-on position.

Der dargestellte Hochspannungsschalter 10 weist ein Isoliergehäuse 11 auf, das aus zwei an einer Stossfuge 12 dicht aneinandergefügten, aus einem Isolierstoff gegossenen Hohlkörpern 13,14 aufgebaut ist. Im Hohlkörper 13 ist eine erste Anschlussdurchführung 15 fest eingegossen. Im Hohlkörper 14 ist eine zweite Anschlussdurchführung 16 fest eingegossen. Das in den Innenraum des Hohlkörpers 13 ragende Ende der ersten Anschlussdurchführung 15 trägt eine daran fest verankerte, rohrförmige Nennstromelektrode 17, die sich bis in die Nähe der Stossfuge 12 erstreckt. Ebenso trägt das in den Innenraum des Hohlkörpers 14 ragende Ende der zweiten Anschlussdurchführung 16 eine daran fest verankerte, rohrförmige Nennstromelektrode 18 gleichen Durchmessers wie die Nennstromelektrode 17. Auch die Nennstromelektrode 18 erstreckt sich bis in die Nähe der Stossfuge 12. Zwischen den einander zugekehrten, mit 19 bzw. 20 bezeichneten Enden der Nennstromelektroden 17,18 ist somit eine Schaltstrecke 21 vorhanden, die - wie noch näher zu beschreiben sein wird - mittels einer an den Innenseiten der Nennstromelektroden 17,18 angreifenden Schaltbrücke 22 überbrückbar ist. Zwischen der Aussenseite der Nennstromelektrode 17 und der Innenseite des Hohlkörpers 13 ist ein Zwischen- oder Mantelraum 23 vorhanden, der in dem an die Schaltstrecke 21 angrenzenden Bereich der Nennstromelektrode 17 um deren gesamten Umfang verläuft. Ebenso ist zwischen der Innenseite des Hohlkörpers 14 und der Aussenseite The high-voltage switch 10 shown has an insulating housing 11, which is constructed from two hollow bodies 13, 14, which are joined to one another at a butt joint 12 and are cast from an insulating material. A first connection bushing 15 is firmly cast into the hollow body 13. A second connection bushing 16 is firmly cast into the hollow body 14. The end of the first connection bushing 15 projecting into the interior of the hollow body 13 has a tubular nominal current electrode 17 firmly anchored thereon, which extends into the vicinity of the butt joint 12. Likewise, the end of the second connection bushing 16 projecting into the interior of the hollow body 14 carries a tubular nominal current electrode 18 of the same diameter as the nominal current electrode 17, which is firmly anchored thereon. The nominal current electrode 18 also extends into the vicinity of the butt joint 12. Between the mutually facing ones 19 or 20 designated ends of the nominal current electrodes 17, 18 there is therefore a switching path 21 which - as will be described in more detail below - can be bridged by means of a switching bridge 22 acting on the inner sides of the nominal current electrodes 17, 18. Between the outside of the nominal current electrode 17 and the inside of the hollow body 13 there is an intermediate or jacket space 23 which extends around the entire circumference in the area of the nominal current electrode 17 adjoining the switching path 21. There is also between the inside of the hollow body 14 and the outside

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

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der Nennstromelektrode 18 ein Zwischen- oder Mantelraum 24 vorhanden, der sich praktisch über die ganze Länge und um den ganzen Umfang der Nennstromelektrode 18 erstreckt. an intermediate or jacket space 24 is present in the nominal current electrode 18 and extends practically over the entire length and around the entire circumference of the nominal current electrode 18.

in den Hohlkörper 14 erstreckt sich eine an eine nicht näher dargestellte Antriebseinheit gekoppelte Schwenkwelle 25, auf der eine Kurbel 26 sitzt. Am abstehenden Ende der Kurbel 26 ist mittels eines Kurbelzapfens 27 ein Pleuel 28 angelenkt, der über einen Gelenkzapfen 29 gelenkig mit einem Ankopplungsstück 30 verbunden ist. Dieses Ankopp-lungsstück 30 ist an einem elektrisch leitenden Schaltbrük-kenträger 31 verankert, an dessen Umfang die einen Kranz federnder Kontaktfinger 32 aufweisende Schaltbrücke 22 befestigt ist. Mittig am Schaltbrückenträger 31 ist ein axial verlaufender, elektrisch leitender Stössel 33 befestigt, der seinerseits ein gleichachsiges, bewegliches Kontaktstück 34 trägt. Extending into the hollow body 14 is a swivel shaft 25, which is coupled to a drive unit, not shown, and on which a crank 26 is seated. At the protruding end of the crank 26, a connecting rod 28 is articulated by means of a crank pin 27, which is articulated to a coupling piece 30 via a joint pin 29. This coupling piece 30 is anchored to an electrically conductive switching bridge carrier 31, on the periphery of which the switching bridge 22 having a ring of springy contact fingers 32 is fastened. An axially extending, electrically conductive plunger 33 is fastened in the center of the switching bridge carrier 31 and in turn carries a coaxial, movable contact piece 34.

In der dargestellten Einschaltstellung schliesst das bewegliche Kontaktstück 34 eine Düse 35, die in einem Isolierstoffteil 36 befestigt ist. Dieses Isolierstoffteil 36 weist einen Umfangflansch 37 auf, der dicht an der Innenseite der Nennstromelektrode 17 befestigt ist. Vom Umfangsfiansch 37 geht einerseits ein Tragstutzen 38 für die Düse 35 aus, andererseits ein rohrförmiger Schurz 39, der über das untere Ende 19 der Nennstromelektrode 17 hervorragt und die Schaltstrecke 21 überlappt. Damit ist durch das Isolierstoffteil 36 im Innenraum der Nennstromelektrode 17 eine Schaltkammer 40 begrenzt, während der unten offene Schurz 39 einen Ausblasraum 41 umfangsseitig so begrenzt, dass jener Teil der Innenfläche des Isoliergehäuses 11, der auf der Höhe der Schaltstrecke 21 liegt, praktisch abgedeckt oder abgeschirmt ist. In the switched-on position shown, the movable contact piece 34 closes a nozzle 35 which is fastened in an insulating material part 36. This insulating material part 36 has a peripheral flange 37 which is fastened tightly to the inside of the nominal current electrode 17. From the circumferential flange 37 there is on the one hand a support piece 38 for the nozzle 35, on the other hand a tubular skirt 39 which projects beyond the lower end 19 of the nominal current electrode 17 and overlaps the switching path 21. A switching chamber 40 is thus delimited by the insulating material part 36 in the interior of the nominal current electrode 17, while the skirt 39, which is open at the bottom, delimits a blow-out space 41 on the circumference such that that part of the inner surface of the insulating housing 11 which lies at the level of the switching path 21 is practically covered or is shielded.

Das obere Ende der Nennstromelektrode 17 trägt ein metallisches Abschlussteil 42. Dieses einen mit Durchlässen 43 versehenen Boden 44 aufweisende Abschlussteil 42 weist eine nach unten ragende und offene, an ihrem freien Ende einen Abbrandring 45 tragende Kontakthülse 46 auf, die einen Kranz federnder Kontaktfinger 47 umschliesst, die in Einschaltstellung an der Aussenseite des beweglichen Kontaktstückes 34 angreifen. Der Abbrandring 45 sowie die Kontaktfinger 47 bilden somit einen Lichtbogenkontaktsatz. The upper end of the nominal current electrode 17 carries a metallic end part 42. This end part 42, which has a bottom 44 provided with passages 43, has a downwardly projecting and open contact sleeve 46, which has a burn-off ring 45 at its free end and which surrounds a ring of resilient contact fingers 47 , which engage in the switched-on position on the outside of the movable contact piece 34. The erosion ring 45 and the contact fingers 47 thus form an arcing contact set.

Im Boden 44 ist eine zentrale Bohrung 48 ausgebildet, in welcher ein Stössel 49 aus einem Isolierstoff verschiebbar geführt ist. Das Abschlussteil 42 weist auch einen oben offenen Zylinder 50 auf, der einen Druckraum 51 umschliesst. Auf dem oberen Ende des Stössels 49 ist ein im Zylinder 50 verschiebbar gelagerter Pumpkolben 52 abgestützt, der seinerseits unter der Wirkung einer an der Innenseite der Stirnwand des Hohlkörpers 13 abgestützten Druckfeder 53 steht. Wie aus der Fig. deutlich ersichtlich ist, wird bei einem Einschalthub der Kolben 52 durch das bewegliche Kontaktstück 34 über den Stössel 49 gegen die Wirkung der s Druckfeder 53 nach oben gedrückt, so dass aus der Schaltkammer 40 über die Durchlässe 43 Löschgas in den Druckraum 51 angesaugt wird. Damit in Einschaltstellung bzw. A central bore 48 is formed in the bottom 44, in which a plunger 49 made of an insulating material is displaceably guided. The closing part 42 also has a cylinder 50 which is open at the top and which surrounds a pressure chamber 51. On the upper end of the plunger 49 is supported a pump piston 52 which is displaceably mounted in the cylinder 50 and which in turn is under the action of a compression spring 53 supported on the inside of the end wall of the hollow body 13. As can be clearly seen from the FIG., During a switch-on stroke, the piston 52 is pressed upwards by the movable contact piece 34 via the plunger 49 against the action of the compression spring 53, so that extinguishing gas from the switching chamber 40 via the passages 43 into the pressure chamber 51 is sucked in. So in the on position or

beim Einschalthub die Druckverhältnisse im gesamten Innenraum des Gehäuses 11 ausgeglichen bleiben, ist im io Umfangflansch 37 ein zur Schaltkammer 40 hin öffnendes Rückschlagventil 54 eingebaut, das von dem den Schurz 39 umgebenden Raum ausgeht. during the switch-on stroke, the pressure conditions in the entire interior of the housing 11 remain balanced, a non-return valve 54 opening towards the switching chamber 40 is installed in the peripheral flange 37, starting from the space surrounding the skirt 39.

Bei einem Ausschalthub spielen sich folgende Vorgänge ab: Zunächst wird durch die Schaltbrücke 22 die elektrische ls Verbindung zwischen den Nennstromelektroden 17,18 unterbunden. Sodann trennt sich das bewegliche Kontaktstück 34 von den Kontaktfingern 47, wodurch zwischen diesen beiden Elementen ein Schaltlichtbogen gezogen wird, der auf den Abbrandring 45 kommutiert, sobald das freie 20 Ende des beweglichen Kontaktstückes 34 diesen verlässt. Dieser Schaltlichtbogen hat eine um so intensivere Druckerhöhung in der Schaltkammer 40 zur Folge, je höher der Ausschaltstrom ist. Sobald gegen Ende des Ausschalthubes das bewegliche Kontaktstück 34 die Öffnung der Düse 35 frei-25 gibt, entlädt sich der in der Schaltkammer 40 entstandene Druck durch die Düse 35 in den Ausblasraum 41, womit eine kräftige Beblasung des Schaltlichtbogens einhergeht. Ist der abzuschaltende Strom vergleichsweise gering, dann sorgt der Kolben 52, der der Bewegung des beweglichen Kontakt-30 stückes 34 folgt, für die erforderliche Druckerhöhung, indem er weiteres Gas aus dem Druckraum 51 durch die Durchlässe 43 verdrängt. Ist der abzuschaltende Strom dagegen vergleichsweise hoch, so genügt zunächst die durch den Schaltlichtbogen allein hervorgerufene Druckerhöhung, um die 35 Blasströmung durch die Blasdüse 35 zu speisen. Der Druckanstieg in der Schaltkammer 40 und damit auch im Druckraum 51 kann sogar so hoch sein, dass der Kolben 52 zunächst daran gehindert wird, der Bewegung des beweglichen Kontaktstückes 34 zu folgen. Erst wenn bei freigege-40 bener Düse 35 der Druck sich allmählich verringert, beginnt der Kolben 52 unter der Wirkung der Druckfeder 53 seinen Pumphub, was eine Durchspülung der Schaltkammer 40 mit vergleichsweise reinem Isoliergas zur Folge hat. Dank dem Mantelraum 23 ist die dem Druckraum 51 abgekehrte Seite 45 des Kolbens 52 stets in Verbindung mit dem Ausblasraum 41, so dass auf dieser Seite bei einem Pumphub kein diesen Pumphub hemmender Unterdruck entstehen kann. The following processes take place during a switch-off stroke: First, the electrical connection between the nominal current electrodes 17, 18 is prevented by the switching bridge 22. The movable contact piece 34 then separates from the contact fingers 47, as a result of which a switching arc is drawn between these two elements, which commutates on the erosion ring 45 as soon as the free end of the movable contact piece 34 leaves it. This switching arc results in a more intensive pressure increase in the switching chamber 40, the higher the breaking current. As soon as the movable contact piece 34 releases the opening of the nozzle 35 towards the end of the switch-off stroke, the pressure generated in the switching chamber 40 discharges through the nozzle 35 into the blow-out space 41, which is accompanied by a strong blowing of the switching arc. If the current to be switched off is comparatively low, the piston 52, which follows the movement of the movable contact piece 34, ensures the required pressure increase by displacing further gas from the pressure chamber 51 through the passages 43. If, on the other hand, the current to be switched off is comparatively high, the pressure increase caused solely by the switching arc is sufficient to feed the blowing flow through the blowing nozzle 35. The pressure increase in the switching chamber 40 and thus also in the pressure chamber 51 can even be so high that the piston 52 is initially prevented from following the movement of the movable contact piece 34. Only when the pressure is gradually reduced when the nozzle 35 is released does the piston 52 begin its pumping stroke under the action of the compression spring 53, which results in a flushing of the switching chamber 40 with comparatively pure insulating gas. Thanks to the jacket space 23, the side 45 of the piston 52 facing away from the pressure space 51 is always in connection with the blow-out space 41, so that a vacuum stroke that does not inhibit this pump stroke cannot arise on this side.

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

653801 PATENT CLAIMS

1.Capsulated, high-voltage switch containing insulating glass with two tubular, coaxially arranged in an insulating housing (11) and each connected to this with connection bushings (15, 16) connected in this encapsulated nominal current electrodes (17, 18), which are connected to a drive by a switching bridge ( 22) can be electrically connected to one another, with an arcing contact set (45, 47) which is arranged coaxially in the one nominal current electrode (17) and is electrically connected to this, which is connected to a contact (34) which is electrically connected to the switching bridge (22) and moves with it. A pressure chamber (51) which can be pressurized during a switch-off stroke is provided, which is connected to a switching chamber (40) and one between the arcing contact set (45, 47) and the movable contact (34) through an insulating material nozzle (35 ) pulled switching arc supports blowing gas flow, characterized in that between the outside th of the nominal current electrodes (17, 18) firmly anchored to the respective leadthroughs (15, 16) and the inside of the insulating housing (11) at least in connection with the switching path (21) present between the nominal current electrodes (17, 18), a jacket space (23 , 24) there is a radial distance.

2. High-voltage switch according to claim 1, characterized in that the nozzle (35) which is closed in the switched-on position by the movable contact (34) by means of an insulating material part (36) is fixedly arranged in the one nominal current electrode (17), which insulating part is the switching chamber (40). from the switching gap (21) which can be bridged directly by the switching bridge (22) between the nominal current electrodes (17, 18).

3. High-voltage switch according to claim 2, characterized in that the insulating material part (36) has a tubular skirt (39) which is coaxial with the nominal current electrodes (17, 18) and whose end facing away from the nozzle (35) is the switching path (21) between the nominal current electrodes (17,18) overlaps.

4. High-voltage switch according to Claim 1, in which the pressure chamber (51) is limited by a piston (52) which can be displaced during a switch-on stroke by the movable contact (34) against the action of a spring (53) in a pump cylinder (50) that the side of the piston (52) facing away from the pressure chamber (51) is in flow connection with the jacket space (23) surrounding a nominal current electrode (17).

5. High-voltage switch according to claims 3 and 4, characterized in that the insulating part (36) is fastened by means of a circumferential flange (37) molded onto it in the one nominal current electrode (17), and that in the circumferential flange towards the switching chamber (40) opening check valve (54) is installed.

6. High-voltage switch according to claim 5, characterized in that the check valve (54) starts from the space surrounding the skirt (39).