EP0024542B1

EP0024542B1 - Gas blast switch

Info

Publication number: EP0024542B1
Application number: EP80104263A
Authority: EP
Inventors: Guido Hux; Hubert Wallimann
Original assignee: Sprecher und Schuh AG
Current assignee: Rockwell Automation Switzerland GmbH
Priority date: 1979-08-30
Filing date: 1980-07-19
Publication date: 1982-07-28
Also published as: CH641292A5; JPS5636816A; ZA805057B; ATE1401T1; DE3060706D1; CA1140191A; EP0024542A1

Abstract

1. Gas-blast switch having a tubular support insulator (12) being supported on a support housing (11) at ground potential and supporting in turn at least one switching chamber (13) the inner spaces of the support housing (11), of the support insulator (12) and of the switching chamber (13) being totally enclosed but in flow communication with one another and containing a pressurized quenching gas, said switch having further a quenching gas heating device (27) at ground potential, the device being in flow communication with the switching chamber (13) via the support insulator (12), characterized in that a connection line (35) leading from the switching chamber (13) and positioned adjacent the support insulator (12) extends to the heating device (17).

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckgasschalter der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 erwähnten Gattung.The invention relates to a gas pressure switch of the type mentioned in the preamble of claim 1.

Die für das Löschgas vorgesehene Heizvorrichtung bezweckt, bei niedrigen Umgebungstemperaturen eine Kondensation des unter Druck stehenden Löschgases und die damit einhergehende Verminderung dessen Dichte und dielektrischer Festigkeit zu verhindern.The purpose of the heating device provided for the extinguishing gas is to prevent condensation of the pressurized extinguishing gas and the associated reduction in its density and dielectric strength at low ambient temperatures.

Solche Druckgasschalter sind zum Beispiel aus der DE-OS 2825744 und aus der GB-PS 1229036 bekannt. Bei diesen Schaltern steigt das durch die Heizvorrichtung erwärmte Löschgas durch Thermosyphon-Wirkung in einer durch den Tragisolator in Längsrichtung hindurch verlaufende, kaminartige Rohrleitung zur Schaltkammer empor, während aus dieser das kühlere oder das abgekühlte Gas in dem zwischen der Innenwand des Tragisolators und der Aussenwand der Rohrleitung frei bleibenden Mantelraum wieder zur Heizvorrichtung hin absinkt. Bei Schaltern für vergleichsweise hohe Nennspannungen weisen die Tragisolatoren respektable Höhen auf, so dass eine wirksame und genügend rasche Zirkulation des von der Heizvorrichtung erwärmten Löschgases (ohne weitere Hilfsmittel) ausreichender Strömungsquerschnitte sowohl der Rohrleitung als auch des Mantelraumes bedarf. Dies wiederum bedingt eine grössere Bemessung des Durchmessers des Tragisolators als es durch dessen rein mechanische Beanspruchung notwendig wäre.Such gas switches are known for example from DE-OS 2825744 and from GB-PS 1229036. In these switches, the extinguishing gas heated by the heating device rises by thermosiphon effect in a chimney-like pipeline running through the support insulator in the longitudinal direction to the switching chamber, while from this the cooler or the cooled gas in between the inner wall of the support insulator and the outer wall of the Pipe free jacket space sinks back to the heater. In the case of switches for comparatively high nominal voltages, the support insulators have respectable heights, so that an effective and sufficiently rapid circulation of the extinguishing gas heated by the heating device (without further aids) requires sufficient flow cross sections of both the pipeline and the jacket space. This in turn requires a larger dimensioning of the diameter of the support insulator than would be necessary due to its purely mechanical stress.

Bei einem anderen, bekannten Schalter der eingangs genannten Art (US-PS 3749869) ist die Schaltkammer horizotnal auf zwei rohrförmigen Tragisolatoren abgestützt. Der Innenraum des ersten dieser Tragisolatoren dient nur als Auspuffraum für die Schaltgase und wird nur bei einem Ausschalthub über ein Ventil geöffnet. Der Innenraum des zweiten Tragisolators dagegen, dient ebenfalls zum Zuführen des erwärmten und unter Druck stehenden Löschgases zur Schaltkammer und zum Rückführen des kühleren bzw. gekühlten Löschgases von der Schaltkammer zurück zur Heizvorrichtung. Die beiden Strömungswege im Innenraum des zweiten Tragisolators laufen unmittelbar nebeneinander und sind nicht etwa durch eine Trennwand voneinander getrennt. Ober eine Düse wird das erwärmte und durch ein Gebläse oder einen Kompressor weiter komprimierte Löschgas in einem Strahl nach oben geblasen und die Saugseite des Gebläses bzw. des Kompressors schöpft kühleres bzw. abgekühltes Löschgas an einer der Düse seitlich benachbarten Stelle aus dem Inneraum des zweiten Tragisolators.In another known switch of the type mentioned (US-PS 3749869), the switching chamber is supported horizotnal on two tubular support insulators. The interior of the first of these support insulators only serves as an exhaust space for the switching gases and is only opened via a valve during a switch-off stroke. The interior of the second support insulator, on the other hand, also serves to supply the heated and pressurized quenching gas to the switching chamber and to return the cooler or cooled quenching gas from the switching chamber back to the heating device. The two flow paths in the interior of the second support insulator run directly next to one another and are not separated from one another by a partition. The heated extinguishing gas, which is further compressed by a blower or a compressor, is blown upwards in a jet via a nozzle and the suction side of the blower or the compressor scoops cooler or cooled quenching gas at a location laterally adjacent to the nozzle from the interior of the second support insulator .

Dass die Länge der Strömungswege bei dieser Anordnung nur sehr beschränkt sein kann, leuchtet ohne weiteres ein. Dementsprechend ist diese Anordnung bei Hochspannungsschaltern (mit Tragisolatoren beträchtlicher Höhe) nicht brauchbar.It is obvious that the length of the flow paths can be very limited in this arrangement. Accordingly, this arrangement is not useful in high-voltage switches (with supporting insulators of considerable height).

Dementsprechend ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, einen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem sich ohne Vergrösserung des Querschnittes des Tragisolators durch die Wirkung der Heizvorrichtung eine ausreichend rasche Zirkulation des Löschgases ausbildet, wobei die Länge des Tragisolators dieser Zirkulation kaum hemmend im Wege steht.Accordingly, it is a purpose of the present invention to provide a switch of the type mentioned, in which a sufficiently rapid circulation of the extinguishing gas is formed without increasing the cross section of the support insulator due to the effect of the heating device, the length of the support insulator of this circulation hardly being stands in the way.

Dieser Zweck wird beim vorgeschlagenen Druckgasschalter durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale erreicht.This purpose is achieved in the proposed gas pressure switch by the features specified in the characterizing part of patent claim 1.

Merkmale bevorzugter Ausführungsformen sind den abhängigen Patentansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung zu entnehmen. Es zeigt:

Fig. einen Längsschnitt durch eine erste, und
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform.

Features of preferred embodiments can be found in the dependent patent claims and the following description of exemplary embodiments of the invention. It shows:

Fig. A longitudinal section through a first, and
Fig. 2 shows a longitudinal section through a second embodiment.

In der Zeichnung sind für funktionell sich entsprechende Teile jeweils dieselben Bezugsziffern verwendet.In the drawing, the same reference numbers are used for functionally corresponding parts.

Der dargestellte Druckgasschalter 10 besitzt ein an Erdpotential liegendes Traggehäuse 11, auf dem ein rohrförmiger, aufrecht stehender Tragisolator 12 dicht angeflanscht ist, dessen Höhe im wesentlichen von der Nennspannung und auch von der Aufstellungsart, für die der Schalter 10 bestimmt ist, abhängig ist.The pressure gas switch 10 shown has a support housing 11 which is connected to earth potential and on which a tubular, upright support insulator 12 is flanged tightly, the height of which essentially depends on the nominal voltage and also on the type of installation for which the switch 10 is intended.

Der Tragisolator 12 trägt eine hier vertikal angeordnete Schaltkammer 13, die von einem rohrförmigen Isolator 14 umschlossen ist und oben mit einem Anschlussflansch 15 dicht verschlossen ist. Zwischen dem Isolator 14 und dem Tragisolator 12 ist ein dicht mit diesen verbundener, unterer Anschlussflansch 16 angeordnet.The support insulator 12 carries a switching chamber 13 arranged vertically here, which is enclosed by a tubular insulator 14 and is sealed at the top with a connecting flange 15. Between the insulator 14 and the support insulator 12 there is a lower connecting flange 16 which is tightly connected to the insulator 14.

In der Schaltkammer 13 ist ein Satz 17 fester, mit dem oberen Anschlussflansch 15 elektrisch verbundener Kontaktstücke und ein Satz 18 beweglicher Kontakstücke angeordnet, die elektrisch mit dem unteren Anschlussflansch 16 verbunden sind und denen eine bewegliche Blasdüse 19 sowie ein Pumpzylinder 20 zugeordnet sind. An den Satz 18 beweglicher Kontaktstücke ist eine Schub- und Zugstange 21 gekoppelt, die sich nach unten aus der Schaltkammer 13 heraus erstreckt und unternends an einem Schub- und Zugrohr 22 aus einem Isolierstoff verankert ist, welches seinerzeit über eine weitere Stange 23 und einen Pleuel 24 an eine Kurbel 25 eines nicht näher dargestellten Antriebes gekoppelt ist. Eine obernends im Traggehäuse 11 und unternends an der Stange 23 abgestützte Druckfeder 26 dient als Kraftspeicher für den Ausschalthub.Arranged in the switching chamber 13 are a set 17 of fixed contact pieces which are electrically connected to the upper connecting flange 15 and a set 18 of movable contact pieces which are electrically connected to the lower connecting flange 16 and to which a movable blowing nozzle 19 and a pump cylinder 20 are assigned. A push and pull rod 21 is coupled to the set 18 of movable contact pieces, which extends downwards out of the switching chamber 13 and is anchored at the bottom to a push and pull tube 22 made of an insulating material, which at that time was connected to a further rod 23 and a connecting rod 24 is coupled to a crank 25 of a drive, not shown. A compression spring 26 supported at the top in the support housing 11 and at the bottom on the rod 23 serves as an energy store for the switch-off stroke.

Die Schaltkammer 13 und die Innenräume des Tragisolators 12 sowie des Traggehäuses 11 sind nach aussen dicht abgeschlossen, stehen jedoch untereinander in Strömungsverbindung und enthalten ein unter einem Druck von etwa 5-20 bar stehendes Löschgas, zum Beispiel SF 6. Wie bereits einleitend erwähnt, ist es wichtig, bei solchen Schaltern eine Kondensation des Löschgases bei tieferen Umgebungstemperaturen zu vermeiden.The switching chamber 13 and the interior of the support insulator 12 and the support housing 11 are sealed off from the outside, but are in flow communication with each other and ent hold an extinguishing gas under a pressure of about 5-20 bar, for example SF 6. As already mentioned in the introduction, it is important to avoid condensation of the extinguishing gas in such switches at lower ambient temperatures.

Zu diesem Zweck ist eine elektrisch mit dem Traggehäuse 11 verbundene - also ebenfalls an Erdpotential liegende - Heizvorrichtung 27 vorgesehen. Diese weist im einzelnen ein Heizelement, zum Beispiel eine elektrische Heizwendel 28 auf, die in einem unten offenen Rohrabschnitt 29 angeordnet ist. Dieser Rohrabschnitt 29 ist koaxial und mit radialem Spiel in einem becherförmigen Gehäuse 30 - vorzugsweise aus einem thermisch schlecht jedoch elektrisch ausreichend leitendem Material - angeordnet, und ist mit seinem oberen Ende an einen Krümmer 31 angeschlossen, an den ein radial aus dem Gehäuse 30 herausführendes Rohr 32 angeschlossen ist. Das Rohr 32 führt zu einer radialen Bohrung 33 im Flansch 34 des Traggehäuses, an welchem der Tragisolator 12 dicht befestigt ist. Obernends ist am Gehäuse 30 eine neben dem Tragisolator 12 und parallel zu diesem angeordnete Verbindungsleitung 35 angeschlossen, welche eine Strömungsverbindung zwischen der Heizvorrichtung 27 und der Schaltkammer 13 herstellt.For this purpose, a heating device 27 is provided which is electrically connected to the support housing 11 and is also connected to earth potential. In detail, this has a heating element, for example an electric heating coil 28, which is arranged in a tube section 29 open at the bottom. This pipe section 29 is arranged coaxially and with radial play in a cup-shaped housing 30 - preferably made of a material which is poorly thermally but sufficiently electrically conductive - and is connected at its upper end to a bend 31 to which a pipe leading radially out of the housing 30 is connected 32 is connected. The tube 32 leads to a radial bore 33 in the flange 34 of the support housing, to which the support insulator 12 is tightly attached. Connected to the top of the housing 30 is a connection line 35 which is arranged next to the support insulator 12 and parallel to the latter and which creates a flow connection between the heating device 27 and the switching chamber 13.

Diese Verbindungsleitung 35 weist bei der Ausführungsform gemäss Fig. 1 einen ersten, rohrförmigen Isolator 36, eine auf der Höhe des unteren Anschlussflansches 16 und an diesen über eine Strebe 37 befestigte, metallische Verbindungsmuffe 38, sowie einen zweiten, neben dem Isolator 14 und parallel zu diesem angeordneten rohrförmigen Isolator 39 auf, dessen oberes Ende mit einem metallischen, mit Kühlrippen 40 und einem seitlich abstehenden Anschlusstutzen 41 versehenen Anschlusstück 42 verbunden ist. Der Anschlusstutzen 41 ist auf nicht näher dargestellte Weise dicht an eine radial aus dem oberen Anschlussflansch 15 herausführende Bohrung 43 angeschlossen, die ihrerseits vom oberen Ende der Schaltkammer 13 ausgeht. Es ist zu beachten, dass im Schalter 10 - sei es in Einschalt- oder in der dargestellten Ausschaltstellung - abgesehen von dem kleinen, durch die Heizvorrichtung 27 (wenn eingeschaltet) bedingten Druckgefälle, überall im wesentlichen der gleiche Löschgasdruck herrscht.In the embodiment according to FIG. 1, this connecting line 35 has a first, tubular insulator 36, a metallic connecting sleeve 38 fastened at the level of the lower connecting flange 16 and to it by means of a strut 37, and a second one next to the insulator 14 and in parallel this arranged tubular insulator 39, the upper end of which is connected to a metallic connecting piece 42 provided with cooling fins 40 and a laterally projecting connecting piece 41. The connecting piece 41 is connected in a manner not shown in detail to a hole 43 leading radially out of the upper connecting flange 15, which in turn originates from the upper end of the switching chamber 13. It should be noted that, apart from the small pressure drop caused by the heating device 27 (when switched on), the switch extinguishing gas pressure is essentially the same everywhere in the switch 10 - be it in the switched-on or in the switch-off position shown.

Im Betrieb heizt die Heizwendel 28 das dieses bestreichende Löschgas auf, welches seinerseits im Rohr 29 aufsteigt und zugleich über den zwischen Gehäuse 30 und Rohr 29 frei bleibenden Mantelraum und das untere, offene Ende des Rohres 29 weiteres Löschgas aus der Verbindungsleitung 35 nachzieht. Das erwärmte Löschgas gelangt über das Rohr 32 und die Bohrung 33 unternends in den Innenraum des Tragisolators 12 und steigt durch diesen und durch die Schaltkammer 13 empor, wobei es sich, je nach Umgebungstemperatur, mehr oder weniger abkühlt. Durch die Bohrung 43 und den Anschlusstutzen 41 verlässt nun das bereits etwas abgekühlte Löschgas die Schaltkammer 13 und gelangt in das mit Kühlrippen versehene Anschlusstück 42, wo es eine weitere Abkühlung erfährt. Dadurch sinkt das Gas nun wieder in der Verbindungsleitung 35 zur Heizvorrichtung 27 hin ab.In operation, the heating coil 28 heats up the extinguishing gas which brushes it, which in turn rises in the pipe 29 and at the same time draws further extinguishing gas from the connecting line 35 via the jacket space remaining between the housing 30 and the pipe 29 and the lower, open end of the pipe 29. The heated extinguishing gas passes through the pipe 32 and the bore 33 at the bottom into the interior of the support insulator 12 and rises through it and through the switching chamber 13, cooling more or less, depending on the ambient temperature. The already somewhat cooled extinguishing gas now leaves the switching chamber 13 through the bore 43 and the connecting piece 41 and enters the connecting piece 42 provided with cooling fins, where it is cooled further. As a result, the gas now drops again in the connecting line 35 to the heating device 27.

Da in Einschaltstellung des Schalters in der Schaltkammer 13 je nach geführtem Strom ebenfalls Wärme entsteht, braucht die Heizwendel nicht ununterbrochen eingeschaltet zu bleiben. Deshalb kann, z.B. im Bereich des unteren Endes der Verbindungsleitung 35, ein nur schematisch angegebener Temperaturfühler 44 vorgesehen sein, der z.B. über einen Schalter 45 die von der Heizwendel 28 aufgenommene Heizleistung regelt, z.B. zu- oder abschaltet.Since heat is also generated in the switch chamber 13 when the switch is in the on position, depending on the current being conducted, the heating coil need not remain switched on continuously. Therefore, e.g. In the area of the lower end of the connecting line 35, a temperature sensor 44, only shown schematically, may be provided, which e.g. regulates the heating power consumed by the heating coil 28 via a switch 45, e.g. switches on or off.

Der wesentliche Unterschied zwischen der Ausführungsform der Fig. 1 und jener der Fig. 2 besteht darin, dass die Verbindungsleitung 35 bei der Fig. 2 nur bis zum unteren Anschlussflansch 16 reicht. Dementsprechend weist die Verbindungsleitung 35 nur den rohrförmigen Isolator 36 auf, auf den das Anschlusstück 42 dicht aufgesetzt ist. Dessen Anschlusstutzen 41 ist mit einem im unteren Anschlussflansch 16 ausgebildeten Durchlass 46 verbunden, der seinerseits vom unteren Ende der Schaltkammer 13 ausgeht.The essential difference between the embodiment of FIG. 1 and that of FIG. 2 is that the connecting line 35 in FIG. 2 only extends to the lower connecting flange 16. Accordingly, the connecting line 35 has only the tubular insulator 36 on which the connecting piece 42 is placed tightly. Its connecting piece 41 is connected to a passage 46 formed in the lower connecting flange 16, which in turn extends from the lower end of the switching chamber 13.

In beiden Fällen ist eine (selbst wenn nur die Thermosyphon-Wirkung ausgenützt wird) wirksame Zirkulation des Löschgases durch die Heizvorrichtung hindruch gewährleistet.In both cases, an effective circulation of the extinguishing gas through the heating device is ensured (even if only the thermosiphon effect is used).

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 wird der gesamte Schalter in diesen Zirkulationsweg einbezogen. Diese Ausführungsform eignet sich daher besonders zur Freiluft-Aufstellung in Gebieten, wo besonders niedrige Umgebungstemperaturen zu erwarten sind. Die etwas weniger aufwendige Ausführungsform der Fig. 2 eignet sich dagegen eher zur Aufstellung in Gebieten, in denen nicht extrem tiefe Umgebungstemperaturen zu erwarten sind.In the embodiment of FIG. 1, the entire switch is included in this circulation path. This embodiment is therefore particularly suitable for outdoor installation in areas where particularly low ambient temperatures are to be expected. The somewhat less complex embodiment of FIG. 2, on the other hand, is more suitable for installation in areas in which extremely low ambient temperatures are not to be expected.

Selbstverständlich kann die Löschgaszirkulation mit bekannten, in den Zeichnungen nicht näher dargestellten Mitteln, wie Pumpe oder Ventilator, verstärkt werden. Diese verstärkte Löschgaszirkulation kann sowohl bei extrem kalter Witterung, als auch bei hoher Strombelastung des Druckgasschalters von Vorteil sein, wobei in letzterem Fall die Heizwendel 28 durch den Temperaturfühler44 und den Schalter 45 abgeschaltet ist.Of course, the extinguishing gas circulation can be increased using known means, such as a pump or fan, which are not shown in the drawings. This increased extinguishing gas circulation can be advantageous both in extremely cold weather and in the event of a high current load on the compressed gas switch, in which case the heating coil 28 is switched off by the temperature sensor 44 and the switch 45.

Claims

2. Gas-blast switch according to claim 1, characterized in that the connection line (35) is essentially composed of one or several tubular insulators (36,39) disposed in parallel to the support insulator (12).

3. Gas-blast switch according to claim 1, characterized in that the connection line (35) leads from the end of the switching chamber (13) remote from the support insulator (12) (Fig. 1).

4. Gas-blast switch according to claim 1, characterized in that the connection line (35) leads from the end of the switching chamber (13) near the support insulator (12) (Fig. 2).

5. Gas-blast switch according to claim 1, characterized in that means (29, 31; 40) are provided for enabling the quenching gas to flow upwardly in the support insulator and downwardly in the connection line (35).

6. Gas-blast switch according to claim 5, characterized in that said means comprise a gas cooler (40) arranged at the upper end of the connection line.

7. Gas-blast switch according to claim 5, characterized in that said means comprise a tube (29) containing a heating element (28), the tube being arranged in the lower region of the connection line (35) and being open at its bottom end, the upper end of the tube (29) being connected by means of a quarter bend (32) with the lower region of the support insulator.