EP1107272B1 - Hybrid circuit breaker - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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- H01H33/143—Multiple main contacts for the purpose of dividing the current through, or potential drop along, the arc of different construction or type
Definitions
- the invention is based on a hybrid power switch according to the preamble of claim 1.
- the document EP 0 847 586 B1 discloses a hybrid power switch which can be used in an electrical high-voltage network.
- This hybrid power switch has two series-connected extinguishing chambers, of which a first is filled with SF 6 gas as extinguishing and insulating medium, and a second is designed as a vacuum interrupter chamber. The second quenching chamber is surrounded outside by SF 6 gas.
- the main contacts of the two extinguishing chambers are actuated simultaneously via a lever mechanism by a common drive.
- Both extinguishing chambers have a power current path, in which the erosion-resistant main contacts are, and in parallel to a nominal current path, said nominal current path having only a single point of interruption. When switching off, the nominal current path is always interrupted first, whereupon the current to be switched commutes to the power current path. The power current path then carries the power on until its definitive shutdown.
- the recurring voltage occurring across this hybrid power switch is distributed to these extinguishing chambers in accordance with the self-capacitances of the two extinguishing chambers.
- the second, designed as a vacuum interrupter chamber, quenching chamber is acted upon by a large proportion of the recurring voltage, so that this second quenching chamber ignites in the rise of the recurrent voltage.
- This ignition can occur several times when switched off. The ignition can cause unwanted oscillations in the high-voltage network associated with undesirable voltage increases.
- the burn-off contacts of the vacuum interrupter chamber are additionally claimed by the ignition, so that their life is shortened.
- a hybrid switch in which the voltage distribution over the two switching chambers by means of a capacitor which is parallel to the first, isolated with a gas and blown Switching chamber is connected, and by means of a non-linear resistor which is connected in parallel to the second, designed as a vacuum switching chamber switching chamber.
- these two components ensure that the vacuum switching chamber is initially charged with the greater part of this recurrent voltage and holds it. Later, the first switching chamber then takes over the greater part of the applied voltage.
- These two components for controlling the voltage distribution require a comparatively large volume in the interior of the switch housing of the hybrid switch, so that it requires a comparatively large and consequently also expensive switch housing.
- the invention solves the problem of providing a hybrid circuit breaker, which is inexpensive to create and has a high availability.
- the first steep rise of the recurring voltage is substantially maintained by the second quenching chamber formed as a vacuum switching chamber.
- the reconsolidation of the extinguishing path of the first quenching chamber may therefore take place here relatively slowly, which means that the blowing of the first quenching chamber may be much less intense than conventional circuit breakers.
- the pressurized gas required for the blowing of the arc so much less energy must be expended.
- the advantages achieved by the invention can be seen in the fact that the hybrid circuit breaker can be equipped with the same power switching capacity with a much weaker and thus cheaper drive. Furthermore, the pressures occurring in this hybrid power switch in the first quenching chamber are much lower than in conventional circuit breakers, so that the insulating tubes and the other pressurized parts can be designed for lower loads, whereby a more economical design of the hybrid circuit breaker is possible. Furthermore, it has the advantageous effect that the flow velocity of the gas cooling the arc in the first quenching chamber can be in the subsonic range because of the considerably less intensive blowing required here, since thereby the amount of pressurized gas to be provided for the blowing can be kept comparatively small.
- Another advantage is the fact that the Abbrand tokene the second quenching chamber, which is designed here as a vacuum interrupter chamber, because of the shorter duration of the current load when switching off and because of avoiding repeated skillsündens the rise of the recurring voltage have a longer life, which is advantageous improved operational availability of the hybrid circuit breaker result.
- the hybrid circuit breaker is provided with at least two in series, operated by a common drive or separate drives, filled with different extinguishing media extinguishing chambers, the extinguishing and insulating medium of the first arcing chamber surrounding the second arcing chamber.
- means which ensure a technically meaningful voltage distribution over the two extinguishing chambers during the turn-off.
- means are provided, which at the switch-off a time advance of the movement of the first quenching chamber with respect to the Ensure movement of the second chamber.
- the second quenching chamber When switching on, the second quenching chamber always closes in front of the first quenching chamber.
- a quenching and insulating medium of the first quenching chamber a gas or a gas mixture is used.
- As a second quenching chamber at least one vacuum switching chamber is provided. However, other switching principles can also be used for the second quenching chamber.
- FIG. 1 shows a greatly simplified first embodiment of a hybrid power switch 1 in the switched-on state.
- This hybrid circuit breaker 1 has two series-connected extinguishing chambers 2 and 3, which here along a common longitudinal axis 4 extends mounted and are arranged concentrically to this. It is quite possible to arrange the extinguishing chambers 2 and 3 in different embodiments of this hybrid circuit breaker 1 on different, mutually angled longitudinal axes. It is even conceivable that in the variant with angled longitudinal axes, these longitudinal axes are not only in one plane or in two mutually parallel planes, but also that these planes intersect at a constructively meaningful angle.
- the hybrid circuit breaker 1 is driven by a drive, not shown, via a drive linkage 5, which consists of electrically insulating material.
- a drive a conventional power storage drive can be provided. But it is also possible to use an electronically controllable DC drive without the interposition of a force accumulator.
- This embodiment is considered to be particularly economical and also makes it possible to adapt the contact speeds of the hybrid circuit breaker 1 to the particular special operational requirements with simple means.
- a transmission 6 is arranged, which the movements of the two extinguishing chambers 2 and 3 linked together and the motion sequences technically meaningful to each other.
- the drive linkage 5 is protected against environmental influences by a support insulator 7 supporting the quenching chambers 2 and 3 of the hybrid circuit breaker 1.
- the support insulator 7 is the earth pressure-tight connected to the drive, not shown, the extinguishing chamber side, it is provided with a metallic flange 8, which is bolted to a first metal flange 9.
- a first end flange 10 of a quenching chamber housing 11 is further screwed.
- the quenching chamber housing 11 is cylindrical, pressure-tight and electrically insulating, it extends along the longitudinal axis 4 and surrounds the two extinguishing chambers 2 and 3 and the gear 6.
- the quenching chamber housing 11 has on the first end flange 10 opposite side a second metallic end flange 12 , which is bolted to a second metallic connecting flange 13.
- a metallic support plate 14 is held between the end flange 12 and the connecting flange 13, a metallic support plate 14 is held.
- the connecting flange 9 is rigidly and electrically conductively connected to the cylindrically shaped metallic support tube 15, which is arranged concentrically to the longitudinal axis 4.
- the support tube 15 has openings, not shown, which serve the gas exchange between the interior of the support tube 15 and the rest of the extinguishing chamber volume.
- the drive-side inner part of the support tube 15 serves as a guide for a guide member 16 which is connected to the drive linkage 5 is and this is supported against the support tube 15.
- the guide member 16 is formed so that it limits the stroke h1 of the drive linkage 5, when the hybrid circuit breaker 1 is in the off position.
- the drive linkage 5 is connected at the front end to a metallic contact tube 17, which represents a first movable power contact of the first extinguishing chamber 2.
- the shaft of the contact tube 17 has openings, not shown, which serve for gas exchange between the interior of the contact tube 17 and the interior of the support tube 15.
- the contact tube 17 is provided on the side facing away from the drive with resilient Abbrandfingern 18, which are arranged tulip-shaped.
- the Abbrandfinger 18 enclose and contact a metallic Abbrandit 19.
- the Abbrandit 19 is axially extending in the center of the quenching chamber 2 and arranged axially movable.
- the Abbrandit 19 always moves opposite to the direction of movement of the contact tube 17.
- the Abbrandit 19 represents the second movable power contact of the first quenching chamber 2.
- the support tube 15 has on the side facing away from the drive on a taper 20 and a guide portion 21 which guides the contact tube 17.
- the guide part 21 is provided inside with spiral contacts, not shown, which allow the proper passage of current from the support tube 15 to the contact tube 17.
- On the taper 20 slides outside a metallic nozzle holder 22, which is provided on the drive side with sliding contacts 23, which allow a proper flow passage from the support tube 15 to the nozzle holder 22.
- the nozzle holder 22 encloses a compression volume 24.
- the compression volume 24 is closed on the drive side by a check valve 25, which through the Guide section 21 is held.
- the check valve 25 has a valve disc 26 which prevents the discharge of the compressed gas into the common extinguishing chamber volume 27 for the two extinguishing chambers 2 and 3 at an overpressure in the compression volume 24.
- an insulating nozzle 30 is held on the side facing away from the drive.
- the insulating nozzle 30 is arranged concentrically around the burn-off pin 19.
- the contact tube 17, the nozzle holder 22 and the insulating nozzle 30 form a one-piece assembly.
- the nozzle throat is located immediately in front of the Abbrandfingern 18 and the insulating nozzle 30 opens in the Abbrandfingern 18 opposite direction.
- the nozzle holder 22 has on the outside a designed as a contact point thickening 31. On this thickening 31 are in the on state of the quenching chamber 2 sliding contacts 32. These sliding contacts 32 are connected to a cylindrically shaped metallic housing 33, which is held by a stationary mounted metallic guide member 34.
- sliding contacts are provided which connect the guide member 34 with the Abbrandstatt 19 electrically conductive. From the guide part 34, the current path, as a line of action 35 indicates, continues via a connection part 44 to the movable contact 36 of the second extinguishing chamber 3.
- an electrically insulating retaining plate 37 is rigidly secured thereto.
- the retaining plate 37 can also from a Be made of metal, if the dielectric conditions in this area allow this.
- a rack 38 is screwed, which extends parallel to the longitudinal axis 4 and which actuates the transmission 6.
- the rack 38 is engaged with two gears 39 and 40, it is pressed by a support roller 41 against these gears 39 and 40.
- Abbranduxs 19 is provided with a toothed groove, into which the gear 39 engages.
- a further support roller 42 presses the shaft of Abbrandstatts 19 against the gear 39.
- the gear 40 is actuated via a lever 43 coupled to it movable the second arcing chamber 3.
- the lever 43 is coupled to the connecting part 44, which is electrically conductive with the movable contact 36th the second quenching chamber 3 is connected.
- the second quenching chamber 3 is shown here schematically as a vacuum interrupter chamber. It is for example possible to realize the switching point of this quenching chamber 3 by means of other switching principles.
- the quenching chamber 3 is surrounded by the insulating medium, which fills the common quenching chamber volume 27.
- the quenching chamber 3 has a fixed contact 45, which is electrically conductively connected to the support plate 14.
- the support plate 14 serves to fix the quenching chamber 3.
- the quenching chamber 3 has an insulating housing 46 which separates the interior of the quenching chamber 3 from the quenching chamber volume 27 in a pressure-tight manner.
- IsoliergePSuse 46 shown partially cut.
- the wall of the insulating housing 46 is provided with a resistance pad 47. This, for the necessary when switching off the control of the distribution of the recurring voltage across the two extinguishing chambers 2 and 3 provided resistance coating 47 may be applied to the inner or on the outer surface of the insulating housing 46. Through this cheap, very space-saving design of the resistor pad 47, the dimensions of the second quenching chamber 3 can be kept advantageously small.
- the ohmic resistance of the resistor pad 47 is here in the range between 10 k ⁇ and 500 k ⁇ , as the resistance of 100 k ⁇ has proven to be particularly favorable.
- FIG. 3 shows an embodiment of the second quenching chamber 3, which is designed here as a vacuum interrupter chamber, in a greatly simplified representation.
- This vacuum interrupter chamber is provided with a cylindrically shaped, electrically conductive screen 49 which keeps switching residues from the insulating housing 46 and from the resistance covering 47.
- the screen 49 is connected by means of an electrically conductive bridge 50 with the potential center of the resistor pad 47, it is defined when turned off at this potential.
- the contacting of the bridge 50 with the resistance covering 47 takes place by means of a conductive coating applied to the resistance coating 47.
- the resistance pad 47 may be applied in a strip-shaped manner on the inner or outer surface of the insulating housing 46, but its entire surface may also be coated with the resistance pad 47.
- the resistance coating 47 here has a matrix of epoxy resin into which, evenly distributed, soot and spherical glass particles are embedded.
- the soot serves as an electrical conductor, with the amount of the mixed soot, the resistance value of the resistive lining 47 is set.
- the spherical glass particles serve as a filler; They have the task of matching the coefficient of expansion of the resistor pad 47 to that of the insulating housing 46, in order to prevent the resistance pad 47 from becoming detached from the insulating housing 46 when thermal expansions occur.
- Resistance surface 47 can be prefabricated and then glued into the insulating housing 46 or glued on the outside; but it can also be applied as a paste on the respective surface of the insulating housing 46 and then cured, where it adheres very well to the material of the insulating housing 46.
- the insulating housing 46 used here is made of a ceramic material, but other insulating materials are also conceivable. During the curing process, the insulating housing 46 is then heated.
- the casting resin used for the matrix of the resist pad 47 may be derived from any one of the groups of the anhydride-cured epoxy resins, the unsaturated polyester resins, the acrylic resins, and the polyurethane resins. But it is also possible to use an electrically conductive silicone resin with appropriately adjusted conductivity as a resistance pad 47.
- the spherical glass particles serving as filler have a diameter of 1 .mu.m to 50 .mu.m, with a good average distribution in the range between 10 .mu.m and 30 .mu.m.
- spherical glass particles are used, which are already coated with an adhesion promoter, since then the connection between the Giessharzmatrix and the spherical glass particles is particularly intimate, so that a very homogeneous resistance coating 47 is formed.
- other mineral and other inorganic fillers can be used.
- the common extinguishing chamber volume 27 is filled with an electrically insulating, electronegative gas or gas mixture, which serves both as an extinguishing medium for the first extinguishing chamber 2 and as an insulating medium.
- the filling pressure is here in the range of 3 bar to 22 bar, preferably 9 bar filling pressure are provided.
- extinguishing and insulating medium pure SF 6 gas or a mixture of N 2 gas used with SF 6 gas. But it is also possible here to use a mixture of compressed air or from N 2 gas and other electronegative gases. Gas mixtures with a proportion of 5% to 50% SF 6 gas have proven particularly suitable.
- the hybrid power switch 1 When switched on, the hybrid power switch 1 carries the current via the following, designated as rated current path current path: flange 9, support tube 15, nozzle holder 22, housing 33, guide member 34, line of action 35, connector 44, movable contact 36, fixed contact 45, support plate 14 and flange 13.
- rated current path current path flange 9
- support tube 15 nozzle holder 22, housing 33
- guide member 34 line of action 35
- connector 44 movable contact 36
- fixed contact 45 support plate 14 and flange 13
- the drive moves the contact tube 17 and with this the insulating nozzle 30 to the left.
- the Abbrandit 19 driven by the rack 38 via the gear 39 moves in the opposite direction to the right, while the housing 33 and the guide member 34 remain stationary.
- the thickening 31 of the nozzle holder 22 has separated from the sliding contacts 32 of the housing 33, the above-mentioned nominal current path is interrupted and the current to be disconnected now commutates to the internal power flow path.
- the power flow path leads through the following switch parts: connecting flange 9, support tube 15, guide section 21, contact tube 17, Abbrandlix 19, guide member 34, line of action 35, connector 44, movable contact 36, fixed contact 45, support plate 14 and flange 13th
- T v ( t Libo min - t 1 ) ms
- t Libo min is the minimum possible arc time in ms for the gas-blown quenching chamber 2, which is determined by the grid data of the particular site of use of the hybrid power switch 1 and the properties of the hybrid power switch 1, for example by its own time.
- the time t 1 is in the range of 2 ms to 4 ms.
- This time delay T v is forcibly generated by the transmission 6.
- the second quenching chamber 3 also has a substantially smaller stroke h2 than the quenching chamber 2, as can be seen in FIG.
- the check valve 25 prevents the escape of the compressed gas on the side facing away from the insulating nozzle 30 of the compression volume 24 in the common quenching chamber volume 27.
- the check valve 28 already flows comparatively small amount of the compressed gas in the arc chamber 48, if the prevailing pressure conditions allow.
- the diameter of the throat of the insulating nozzle 30, the diameter of the Abbrand21s 19, at the beginning of the disconnection still a substantial part this Düsenengnisses and also the outflow cross section through the Abbrandfinger 18 closes, and the inner diameter of the contact tube 17 are coordinated so that during the blowing of the arc always sufficient gas or mixture of non-ionized and ionized gas is discharged from the arc chamber 48, so There can only build a significantly lower compared to conventional circuit breakers gas pressure there.
- the height of this gas pressure is set so that the outflow velocity from the arc chamber 48 is usually in the range below the sound limit.
- the pressure build-up in the compression volume 24 can also be kept comparatively small, so that only a comparatively small drive energy is required for the compression.
- the burn-off pin 19 releases a greater part of the cross-section of the throat of the insulating nozzle 30 as an outflow cross-section.
- the blowing of the arc burning in the arc chamber 48 begins already during the contact separation.
- the extinguishing and insulating medium always flows during this blowing at a flow rate which is in the range below the speed of sound.
- the check valve 28 prevents the heated and pressurized gas flows into the compression volume 24 and can be stored there.
- the heated and pressurized gas instead flows on the one hand through the interior of the contact tube 17 and on the other hand through the insulating nozzle 30 into the common quenching chamber volume 27.
- the blowing of the arc is in this case only when the intensity of the arc and thus the pressure in the arc chamber 48 has decayed so far is that the check valve 28 can open, that is, the pressure in the compression volume 24 is then higher than the pressure in the arc chamber 48.
- the extinguishing and insulating medium flows in this case during the blowing of the arc at a flow velocity in the range below the speed of sound lies.
- the arc chamber 48 of the first quenching chamber 2 is designed so that a very small dead volume is present, so that no appreciable storage of pressurized gas generated by the arc itself can take place, and consequently no significant support of the blowing of the arc self-generated pressurized gas takes place, because only so it is possible to ensure a flow velocity in the subsonic area in the blowing of the arc.
- the hybrid circuit breaker 1 is shown in the off state.
- the second quenching chamber 3 When switching on the hybrid power switch 1 always closes first, the second quenching chamber 3, and without current. This time lead is ensured by the transmission 6.
- an inrush arc forms and closes the circuit.
- the two moving contacts of the power flow path of the quenching chamber 2 continue to move towards each other until they contact each other. Only then, the nominal current path is closed and takes over the further current flow through the quenching chamber 2.
- the two moving contacts of the power flow path of the quenching chamber 2 move a little further until they have finally reached the definitive closed position.
- the second quenching chamber 3 de-energized turns on and is therefore subject to no contact erosion and no contact bonding due to welding of superheated contact surfaces when switching.
- the contacts 36 and 45 need not be replaced during the lifetime of the hybrid power switch 1, which advantageously simplifies the operational maintenance of the hybrid power switch 1 and advantageously increases its operational availability.
- a quenching chamber with a separate storage volume for the storage of gas generated by arc support which cooperates with the compression volume
- a quenching chamber with an only partially compressible storage volume for storing the generated by arc support gas component or a quenching chamber with an only partially compressible blowing volume, in which the pressurized gas is generated completely without arc support.
- the second quenching chamber 3 is also opened when switched off with respect to the first quenching chamber 2 delayed in time and closed at the time of switching on, as already described.
- the drive forces can be additionally assisted in turning off by means of a differential piston.
- the hybrid circuit breaker 1 it has been found to be particularly advantageous that, depending on the SF 6 content in the gas filling the quenching chamber 2, compared to conventional circuit breakers by a factor of 5 to 15 lower extinguishing pressure in the quenching chamber 2 is required ,
- the drive and the other components can therefore be designed for lower force and pressure loads, which advantageously reduces the cost of the hybrid circuit breaker 1.
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem Hybridleistungsschalter gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a hybrid power switch according to the preamble of
Aus der Schrift EP 0 847 586 B1 ist ein Hybridleistungsschalter bekannt, der in einem elektrischen Hochspannungsnetz eingesetzt werden kann. Dieser Hybridleistungsschalter weist zwei in Reihe geschaltete Löschkammern auf, von denen eine erste mit SF6-Gas als Lösch- und Isoliermedium gefüllt ist, und eine zweite als Vakuumschaltkammer ausgebildet ist. Die zweite Löschkammer ist aussen von SF6-Gas umgeben. Die Hauptkontakte der beiden Löschkammern werden über ein Hebelgetriebe von einem gemeinsamen Antrieb simultan betätigt. Beide Löschkammern weisen eine Leistungsstrombahn, in welcher die abbrandfesten Hauptkontakte liegen, und parallel dazu eine Nennstrombahn auf, wobei diese Nennstrombahn nur eine einzige Unterbrechungsstelle aufweist. Beim Ausschalten wird stets zuerst die Nennstrombahn unterbrochen, worauf der abzuschaltende Strom auf die Leistungsstrombahn kommutiert. Die Leistungsstrombahn führt dann den Strom weiter bis zu dessen definitiver Abschaltung.The document EP 0 847 586 B1 discloses a hybrid power switch which can be used in an electrical high-voltage network. This hybrid power switch has two series-connected extinguishing chambers, of which a first is filled with SF 6 gas as extinguishing and insulating medium, and a second is designed as a vacuum interrupter chamber. The second quenching chamber is surrounded outside by SF 6 gas. The main contacts of the two extinguishing chambers are actuated simultaneously via a lever mechanism by a common drive. Both extinguishing chambers have a power current path, in which the erosion-resistant main contacts are, and in parallel to a nominal current path, said nominal current path having only a single point of interruption. When switching off, the nominal current path is always interrupted first, whereupon the current to be switched commutes to the power current path. The power current path then carries the power on until its definitive shutdown.
Bei diesem Hybridleistungsschalter brennt der beim Abschalten stets auftretende Lichtbogen in der Vakuumschaltkammer etwa während der gleichen Zeitdauer wie in der gasgefüllten ersten Löschkammer, was zur Folge hat, dass die Hauptkontakte der Vakuumschaltkammer einer vergleichsweise hohen und lange andauernden Strombelastung und damit verbunden einer hohen Abnutzung unterworfen sind, was vergleichsweise häufig Revisionsarbeiten erforderlich macht, wodurch die Verfügbarkeit des Hybridleistungsschalters eingeschränkt wird. Dieser Hybridleistungsschalter benötigt eine vergleichsweise hohe Antriebsenergie, da, je nach dem in der gasgefüllten ersten Löschkammer verwendeten Schaltprinzip, der Antrieb ganz oder teilweise den für die intensive Beblasung des Lichtbogens nötigen hohen Gasdruck erzeugen muss. Ein derartiger besonders kräftig ausgelegter Antrieb ist vergleichsweise teuer.In this hybrid circuit breaker burns when switching off always occurring arc in the vacuum interrupter chamber during the same period as in the gas-filled first quenching chamber, with the result that the main contacts of the vacuum interrupter chamber of a comparatively high and long-lasting current load and associated therewith are subjected to high wear , which requires comparatively frequent inspection work, whereby the availability of the hybrid circuit breaker is limited. This hybrid circuit breaker requires a comparatively high drive energy, since, depending on the switching principle used in the gas-filled first quenching chamber, the drive must wholly or partly generate the high gas pressure necessary for the intensive blowing of the arc. Such a particularly powerful designed drive is relatively expensive.
Nach dem Erlöschen des Lichtbogens verteilt sich die über diesem Hybridleistungsschalter auftretende wiederkehrende Spannung entsprechend der Eigenkapazitäten der beiden Löschkammern auf diese Löschkammern auf. Dies hat zur Folge, dass die zweite, als Vakuumschaltkammer ausgebildete, Löschkammer mit einem zu grossen Anteil der wiederkehrenden Spannung beaufschlagt wird, sodass diese zweite Löschkammer im Anstieg der wiederkehrenden Spannung durchzündet. Dieses Durchzünden kann bei einer Ausschaltung mehrmals auftreten. Das Durchzünden kann unerwünschte Schwingungsvorgänge im Hochspannungsnetz auslösen verbunden mit unerwünschten Spannungsanstiegen. Zudem werden durch das Durchzünden die Abbrandkontakte der Vakuumschaltkammer zusätzlich beansprucht, sodass ihre Lebensdauer verkürzt wird.After the arc has extinguished, the recurring voltage occurring across this hybrid power switch is distributed to these extinguishing chambers in accordance with the self-capacitances of the two extinguishing chambers. This has the consequence that the second, designed as a vacuum interrupter chamber, quenching chamber is acted upon by a large proportion of the recurring voltage, so that this second quenching chamber ignites in the rise of the recurrent voltage. This ignition can occur several times when switched off. The ignition can cause unwanted oscillations in the high-voltage network associated with undesirable voltage increases. In addition, the burn-off contacts of the vacuum interrupter chamber are additionally claimed by the ignition, so that their life is shortened.
Aus der Offenlegungsschrift DE 3 131 271 A1 ist ein Hybridschalter bekannt, bei dem die Spannungsverteilung über die beiden Schaltkammern mittels einer Kapazität, die parallel zur ersten, mit einem Gas isolierten und beblasenen Schaltkammer geschaltet ist, und mittels eines nichtlinearen Widerstands, der parallel zur zweiten, als Vakuumschaltkammer ausgebildeten Schaltkammer geschaltet ist. Beim Anstieg der wiederkehrenden Spannung unmittelbar nach der Unterbrechung des Lichtbogens stellen diese beiden Bauelemente sicher, dass zunächst die Vakuumschaltkammer mit dem grösseren Teil dieser wiederkehrenden Spannung beaufschlagt wird und diesen hält. Später übernimmt dann die erste Schaltkammer den grösseren Anteil der anliegenden Spannung. Diese beiden Bauelemente für die Steuerung der Spannungsverteilung benötigen ein vergleichsweise grosses Volumen im Inneren des Schaltergehäuses des Hybridschalters, sodass dieser ein vergleichsweises grosses und infolgedessen auch teures Schaltergehäuse benötigt.From the
Die Erfindung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen Hybridleistungsschalter zu schaffen, der preisgünstig zu erstellen ist und der eine hohe Verfügbarkeit aufweist.The invention, as characterized in the independent claims, solves the problem of providing a hybrid circuit breaker, which is inexpensive to create and has a high availability.
Bei diesem Hybridleistungsschalter wird der erste steile Anstieg der wiederkehrenden Spannung im wesentlichen von der zweiten, als Vakuumschaltkammer ausgebildeten Löschkammer gehalten. Die Wiederverfestigung der Löschstrecke der ersten Löschkammer darf demnach hier vergleichsweise langsam erfolgen, was bedeutet, dass die Beblasung der ersten Löschkammer wesentlich weniger intensiv sein darf als bei herkömmlichen Leistungsschaltern. Für die Bereitstellung des für die Beblasung des Lichtbogens nötigen druckbeaufschlagten Gases muss also wesentlich weniger Energie aufgewendet werden.In this hybrid power switch, the first steep rise of the recurring voltage is substantially maintained by the second quenching chamber formed as a vacuum switching chamber. The reconsolidation of the extinguishing path of the first quenching chamber may therefore take place here relatively slowly, which means that the blowing of the first quenching chamber may be much less intense than conventional circuit breakers. For the provision of the pressurized gas required for the blowing of the arc so much less energy must be expended.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind darin zu sehen, dass der Hybridleistungsschalter bei gleichem Leistungsschaltvermögen mit einem wesentlich schwächeren und damit preisgünstigeren Antrieb ausgerüstet werden kann. Ferner sind die in diesem Hybridleistungsschalter in der ersten Löschkammer auftretenden Drücke wesentlich geringer als bei herkömmlichen Leistungsschaltern, sodass auch die Isolierrohre und die übrigen druckbeaufschlagten Teile für geringere Belastungen ausgelegt werden können, wodurch eine wirtschaftlichere Ausgestaltung des Hybridleistungsschalters möglich ist. Ferner wirkt es sich vorteilhaft aus, dass die Strömungsgeschwindigkeit des in der ersten Löschkammer den Lichtbogen kühlenden Gases wegen der hier benötigten wesentlich weniger intensiven Beblasung im Unterschallbereich liegen kann, da dadurch die Menge des für die Beblasung bereitzustellenden druckbeaufschlagten Gases vergleichsweise klein gehalten werden kann. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Abbrandkontakte der zweiten Löschkammer, die hier als Vakuumschaltkammer ausgebildet ist, wegen der kürzeren Dauer der Strombelastung beim Ausschalten und wegen des Vermeidens des wiederholten Durchzündens beim Anstieg der wiederkehrenden Spannung eine grössere Lebensdauer aufweisen, was eine vorteilhaft verbesserte betriebliche Verfügbarkeit des Hybridleistungsschalters zur Folge hat.The advantages achieved by the invention can be seen in the fact that the hybrid circuit breaker can be equipped with the same power switching capacity with a much weaker and thus cheaper drive. Furthermore, the pressures occurring in this hybrid power switch in the first quenching chamber are much lower than in conventional circuit breakers, so that the insulating tubes and the other pressurized parts can be designed for lower loads, whereby a more economical design of the hybrid circuit breaker is possible. Furthermore, it has the advantageous effect that the flow velocity of the gas cooling the arc in the first quenching chamber can be in the subsonic range because of the considerably less intensive blowing required here, since thereby the amount of pressurized gas to be provided for the blowing can be kept comparatively small. Another advantage is the fact that the Abbrandkontakte the second quenching chamber, which is designed here as a vacuum interrupter chamber, because of the shorter duration of the current load when switching off and because of avoiding repeated Durchzündens the rise of the recurring voltage have a longer life, which is advantageous improved operational availability of the hybrid circuit breaker result.
Der Hybridleistungsschalter ist mit mindestens zwei in Reihe geschalteten, von einem gemeinsamen Antrieb oder von separaten Antrieben betätigten, mit unterschiedlichen Löschmedien gefüllten Löschkammern versehen, wobei das Lösch- und Isoliermedium der ersten Löschkammer die zweite Löschkammer isolierend umgibt. Es sind Mittel vorgesehen, welche beim Ausschaltvorgang eine technisch sinnvolle Spannungsverteilung über die beiden Löschkammern gewährleisten. Ferner sind Mittel vorgesehen, welche beim Ausschaltvorgang einen zeitlichen Vorlauf der Bewegung der ersten Löschkammer gegenüber der Bewegung der zweiten Löschkammer sicherstellen. Beim Einschaltvorgang schliesst die zweite Löschkammer stets vor der ersten Löschkammer. Als Lösch- und Isoliermedium der ersten Löschkammer wird ein Gas oder ein Gasgemisch verwendet. Als zweite Löschkammer ist mindestens eine Vakuumschaltkammer vorgesehen. Für die zweite Löschkammer können jedoch auch andere Schaltprinzipien eingesetzt werden.The hybrid circuit breaker is provided with at least two in series, operated by a common drive or separate drives, filled with different extinguishing media extinguishing chambers, the extinguishing and insulating medium of the first arcing chamber surrounding the second arcing chamber. There are provided means which ensure a technically meaningful voltage distribution over the two extinguishing chambers during the turn-off. Furthermore, means are provided, which at the switch-off a time advance of the movement of the first quenching chamber with respect to the Ensure movement of the second chamber. When switching on, the second quenching chamber always closes in front of the first quenching chamber. As a quenching and insulating medium of the first quenching chamber, a gas or a gas mixture is used. As a second quenching chamber, at least one vacuum switching chamber is provided. However, other switching principles can also be used for the second quenching chamber.
Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung, welche lediglich einen möglichen Ausführungsweg darstellt, näher erläutert.The invention, its development and the advantages that can be achieved with it are explained in more detail below with reference to the drawing, which represents only one possible embodiment.
Es zeigen:
- Fig. 1 eine Ausführungsform eines stark vereinfacht dargestellten Hybridleistungsschalters im eingeschalteten Zustand, bei welcher der Lichtbogen in der ersten Löschkammer durch in einer Kolben-Zylinder-Anordnung komprimiertes Gas beblasen wird,
- Fig. 2 diese Ausführungsform des stark vereinfacht dargestellten Hybridleistungsschalters im ausgeschalteten Zustand, und
- Fig. 3 einen stark vereinfachten Schnitt durch eine Ausführungsform der in dem Hybridleistungsschalter eingesetzten Vakuumschaltkammer.
- 1 shows an embodiment of a hybrid circuit breaker shown in greatly simplified form in the switched-on state, in which the arc in the first arcing chamber is blown by compressed gas in a piston-cylinder arrangement,
- Fig. 2 shows this embodiment of the hybrid circuit breaker shown greatly simplified in the off state, and
- Fig. 3 is a greatly simplified section through an embodiment of the vacuum switching chamber used in the hybrid circuit breaker.
Bei allen Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind nicht dargestellt bzw. nicht beschrieben.In all figures the same elements are provided with the same reference numerals. All elements not required for the immediate understanding of the invention are not shown or described.
Die Figur 1 zeigt eine stark vereinfacht dargestellte erste Ausführungsform eines Hybridleistungsschalters 1 im eingeschalteten Zustand. Dieser Hybridleistungsschalter 1 weist zwei in Reihe geschaltete Löschkammern 2 und 3 auf, die hier entlang einer gemeinsamen Längsachse 4 erstreckt montiert und konzentrisch zu dieser angeordnet sind. Es ist durchaus möglich, die Löschkammern 2 und 3 bei anderen Ausführungsformen dieses Hybridleistungsschalters 1 auf verschiedenen, gegeneinander abgewinkelten Längsachsen anzuordnen. Es ist sogar vorstellbar, dass bei der Variante mit abgewinkelten Längsachsen diese Längsachsen nicht nur in einer Ebene oder in zwei parallel zueinander angeordneten Ebenen liegen, sondern auch, dass diese Ebenen sich unter einem konstruktiv sinnvollen Winkel schneiden.FIG. 1 shows a greatly simplified first embodiment of a
Der Hybridleistungsschalter 1 wird von einem nicht dargestellten Antrieb über ein Antriebsgestänge 5, welches aus elektrisch isolierendem Material besteht, angetrieben. Als Antrieb kann ein herkömmlicher Kraftspeicherantrieb vorgesehen werden. Es ist aber auch möglich, einen elektronisch regelbaren Gleichstromantrieb ohne die Zwischenschaltung eines Kraftspeichers einzusetzen. Diese Ausführungsvariante ist als besonders wirtschaftlich anzusehen und zudem ermöglicht sie es, mit einfachen Mitteln die Kontaktgeschwindigkeiten des Hybridleistungsschalters 1 an die jeweiligen besonderen betrieblichen Anforderungen anzupassen. Zwischen den beiden Löschkammern 2 und 3 ist ein Getriebe 6 angeordnet, welches die Bewegungen der beiden Löschkammern 2 und 3 miteinander verknüpft und die Bewegungsabläufe technisch sinnvoll aufeinander abstimmt.The
Das Antriebsgestänge 5 wird durch einen die Löschkammern 2 und 3 des Hybridleistungsschalters 1 tragenden Stützisolator 7 gegen Umwelteinflüsse geschützt. Der Stützisolator 7 ist erdseitig druckdicht mit dem nicht dargestellten Antrieb verbunden, löschkammerseitig ist er mit einem metallischen Flansch 8 versehen, der mit einem ersten metallischen Anschlussflansch 9 verschraubt ist. Über den Anschlussflansch 9 wird die Antriebsseite der Löschkammer 2 mit dem elektrischen Netz verbunden. Mit dem Anschlussflansch 9 ist ferner ein erster Endflansch 10 eines Löschkammergehäuses 11 verschraubt. Das Löschkammergehäuse 11 ist zylinderförmig, druckdicht und elektrisch isolierend ausgebildet, es erstreckt sich entlang der Längsachse 4 und umgibt die beiden Löschkammern 2 und 3 und das Getriebe 6. Das Löschkammergehäuse 11 weist auf der dem ersten Endflansch 10 gegenüberliegenden Seite einen zweiten metallischen Endflansch 12 auf, der mit einem zweiten metallischen Anschlussflansch 13 verschraubt ist. Über den Anschlussflansch 13 wird die dem Antrieb abgewandte Seite der Löschkammer 3 mit dem elektrischen Netz verbunden. Zwischen dem Endflansch 12 und dem Anschlussflansch 13 wird eine metallische Tragplatte 14 gehalten.The
Der Anschlussflansch 9 ist starr und elektrisch leitend verbunden mit dem zylindrisch ausgebildeten metallischen Tragrohr 15, welches konzentrisch zur Längsachse 4 angeordnet ist. Das Tragrohr 15 weist nicht dargestellte Öffnungen auf, die dem Gasaustausch zwischen dem Inneren des Tragrohrs 15 und dem übrigen Löschkammervolumen dienen. Der antriebsseitige innere Teil des Tragrohrs 15 dient als Führung für ein Führungsteil 16, welches mit dem Antriebsgestänge 5 verbunden ist und dieses gegen das Tragrohr 15 abstützt. Das Führungsteil 16 ist so ausgebildet, dass es den Hub h1 des Antriebsgestänges 5 begrenzt, wenn der Hybridleistungsschalter 1 in Ausschaltstellung ist.The connecting
Das Antriebsgestänge 5 ist stirnseitig mit einem metallischen Kontaktrohr 17 verbunden, welches einen ersten beweglichen Leistungskontakt der ersten Löschkammer 2 darstellt. Der Schaft des Kontaktrohrs 17 weist nicht dargestellte Öffnungen auf, die dem Gasaustausch zwischen dem Inneren des Kontaktrohrs 17 und dem Inneren des Tragrohrs 15 dienen. Das Kontaktrohr 17 ist auf der dem Antrieb abgewandten Seite mit federnden Abbrandfingern 18 versehen, die tulpenförmig angeordnet sind. Die Abbrandfinger 18 umschliessen und kontaktieren einen metallischen Abbrandstift 19. Der Abbrandstift 19 ist im Zentrum der Löschkammer 2 axial erstreckt und axial beweglich angeordnet. Der Abbrandstift 19 bewegt sich stets entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Kontaktrohrs 17. Der Abbrandstift 19 stellt den zweiten beweglichen Leistungskontakt der ersten Löschkammer 2 dar.The
Das Tragrohr 15 weist auf der dem Antrieb abgewandten Seite eine Verjüngung 20 auf und eine Führungspartie 21, die das Kontaktrohr 17 führt. Die Führungspartie 21 ist innen mit nicht dargestellten Spiralkontakten versehen, die den einwandfreien Stromübergang vom Tragrohr 15 auf das Kontaktrohr 17 ermöglichen. Auf der Verjüngung 20 gleitet aussen eine metallische Düsenhalterung 22, die antriebsseitig mit Gleitkontakten 23 ausgestattet ist, die einen einwandfreien Stromübergang vom Tragrohr 15 auf die Düsenhalterung 22 ermöglichen.The
Die Düsenhalterung 22 umschliesst ein Kompressionsvolumen 24. Das Kompressionsvolumen 24 wird antriebsseitig durch ein Rückschlagventil 25 abgeschlossen, welches durch die Führungspartie 21 gehalten wird. Das Rückschlagventil 25 weist eine Ventilscheibe 26 auf, die bei einem Überdruck im Kompressionsvolumen 24 den Austritt des komprimierten Gases in das für die beiden Löschkammern 2 und 3 gemeinsame Löschkammervolumen 27 verhindert. Auf der entgegengesetzten Seite des zylindrisch ausgebildeten Kompressionsvolumens 24 ist ein weiteres, in der Düsenhalterung 22 gehaltenes Rückschlagventil 28 vorgesehen, dessen Ventilscheibe 29 bei einem Überdruck im Kompressionsvolumen 24 den Austritt des komprimierten Gases aus diesem Kompressionsvolumen 24 erlaubt.The
In der Düsenhalterung 22 ist auf der dem Antrieb abgewandten Seite eine Isolierdüse 30 gehalten. Die Isolierdüse 30 ist konzentrisch um den Abbrandstift 19 angeordnet. Das Kontaktrohr 17, die Düsenhalterung 22 und die Isolierdüse 30 bilden eine einstückige Baugruppe. Das Düsenengnis ist unmittelbar vor den Abbrandfingern 18 angeordnet und die Isolierdüse 30 öffnet sich in die den Abbrandfingern 18 entgegengesetzte Richtung. Die Düsenhalterung 22 weist auf der Aussenseite eine als Kontaktstelle ausgelegte Verdickung 31 auf. Auf dieser Verdickung 31 liegen im eingeschalteten Zustand der Löschkammer 2 Gleitkontakte 32 auf. Diese Gleitkontakte 32 sind verbunden mit einem zylindrisch ausgebildeten metallischen Gehäuse 33, welches durch ein ortsfest montiertes metallisches Führungsteil 34 gehalten wird. In einer zentralen Bohrung des Führungsteils 34 sind nicht dargestellte Gleitkontakte vorgesehen, die das Führungsteil 34 mit dem Abbrandstift 19 elektrisch leitend verbinden. Von dem Führungsteil 34 geht die Strombahn, wie eine Wirkungslinie 35 andeutet, über ein Anschlussteil 44 weiter zum beweglichen Kontakt 36 der zweiten Löschkammer 3.In the
Auf der dem Antrieb abgewandten Seite der Isolierdüse 30 ist an dieser eine elektrisch isolierende Haltescheibe 37 starr befestigt. Die Haltescheibe 37 kann jedoch auch aus einem Metall gefertigt sein, wenn die dielektrischen Verhältnisse in diesem Bereich das zulassen. In diese Haltescheibe 37 ist eine Zahnstange 38 eingeschraubt, die sich parallel zur Längsachse 4 erstreckt und die das Getriebe 6 betätigt. Die Zahnstange 38 steht mit zwei Zahnrädern 39 und 40 im Eingriff, sie wird durch eine Stützrolle 41 gegen diese Zahnräder 39 und 40 gedrückt. In den Schaft des durch das Führungsteil 34 geführten Abbrandstifts 19 ist eine mit Zähnen versehene Nut eingelassen, in welche das Zahnrad 39 eingreift. Eine weitere Stützrolle 42 drückt den Schaft des Abbrandstifts 19 gegen das Zahnrad 39. Das Zahnrad 40 betätigt über einen mit ihm beweglich gekoppelten Hebel 43 die zweite Löschkammer 3. Der Hebel 43 ist mit dem Anschlussteil 44 gekoppelt, welches elektrisch leitend mit dem beweglichen Kontakt 36 der zweiten Löschkammer 3 verbunden ist.On the side facing away from the drive of the insulating
Die zweite Löschkammer 3 ist hier schematisch als Vakuumschaltkammer dargestellt. Es ist beispielsweise möglich, die Schaltstelle dieser Löschkammer 3 auch mittels anderer Schaltprinzipien zu realisieren. Die Löschkammer 3 ist vom isolierenden Medium, welches das gemeinsame Löschkammervolumen 27 füllt, umgeben. Die Löschkammer 3 weist einen feststehenden Kontakt 45 auf, der mit der Tragplatte 14 elektrisch leitend verbunden ist. Die Tragplatte 14 dient der Fixierung der Löschkammer 3. Die Löschkammer 3 weist ein Isoliergehäuse 46 auf, welches das Innere der Löschkammer 3 vom Löschkammervolumen 27 druckdicht abtrennt. Hier ist das. Isoliergehäuse 46 teilweise aufgeschnitten dargestellt.The
Die Wand des Isoliergehäuses 46 ist mit einem Widerstandsbelag 47 versehen. Dieser, für die beim Ausschalten notwendige Steuerung der Verteilung der wiederkehrenden Spannung über den beiden Löschkammern 2 und 3 vorgesehene Widerstandsbelag 47 kann auf der inneren oder auf der äusseren Oberfläche des Isoliergehäuses 46 aufgebracht sein. Durch diese günstige, sehr platzsparende Ausgestaltung des Widerstandsbelags 47 können die Abmessungen der zweiten Löschkammer 3 vorteilhaft klein gehalten werden. Der ohmsche Widerstand des Widerstandsbelags 47 liegt hier im Bereich zwischen 10 kΩ und 500 kΩ, als besonders günstig hat sich der Widerstandswert von 100 kΩ erwiesen.The wall of the insulating
Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der zweiten Löschkammer 3, die hier als Vakuumschaltkammer ausgebildet ist, in stark vereinfachter Darstellung. Diese Vakuumschaltkammer ist mit einem zylinderförmig ausgebildeten, elektrisch leitenden Schirm 49 versehen, der Schaltrückstände von dem Isoliergehäuse 46 bzw. vom Widerstandsbelag 47 fernhält. Der Schirm 49 ist mittels einer elektrisch leitenden Brücke 50 mit der potentialmässigen Mitte des Widerstandsbelags 47 verbunden, er liegt beim Ausschalten definiert auf diesem Potential. Die Kontaktierung der Brücke 50 mit dem Widerstandsbelag 47 erfolgt mittels eines auf den Widerstandsbelag 47 aufgetragenen Leitlacks. Es sind jedoch auch Ausführungsvarianten ohne diese Brücke 50 vorstellbar. Der Widerstandsbelag 47 kann streifenförmig auf der inneren oder äusseren Oberfläche des Isoliergehäuses 46 aufgebracht sein, es kann jedoch auch dessen gesamte Oberfläche mit dem Widerstandsbelag 47 beschichtet sein.3 shows an embodiment of the
Der Widerstandsbelag 47 weist hier eine Matrix aus Epoxidharz auf, in welche, gleichmässig verteilt, Russ und kugelförmige Glaspartikel eingelagert sind. Der Russ dient als elektrischer Leiter, mit der Menge des beigemischten Russes wird der Widerstandswert des Widerstandsbelags 47 eingestellt. Die kugelförmigen Glaspartikel dienen als Füllstoff; sie haben die Aufgabe, den Ausdehnungskoeffizienten des Widerstandsbelags 47 demjenigen des Isoliergehäuses 46 anzugleichen, um zu vermeiden, dass sich beim Auftreten von Wärmedehnungen der Widerstandsbelag 47 vom Isoliergehäuse 46 ablöst. Der Widerstandsbelag 47 kann vorgefertigt und dann in das Isoliergehäuse 46 eingeklebt bzw. aussen aufgeklebt werden; er kann aber auch als Paste auf die jeweilige Oberfläche des Isoliergehäuses 46 aufgetragen und danach ausgehärtet werden, wobei er sehr gut auf dem Material des Isoliergehäuses 46 haftet. Das hier eingesetzte Isoliergehäuse 46 ist aus einem Keramikmaterial gefertigt, es sind jedoch auch andere Isoliermaterialien vorstellbar. Beim Aushärtungsvorgang wird dann das Isoliergehäuse 46 mit erwärmt.The
Das für die Matrix des Widerstandsbelags 47 verwendete Giessharz kann aus einer der Gruppen der anhydridgehärteten Epoxidharze, der ungesättigten Polyesterharze, der Acrylharze und der Polyurethanharze stammen. Es ist aber auch möglich, ein elektrisch leitfähiges Silikonharz mit entsprechend eingestellter Leitfähigkeit als Widerstandsbelag 47 einzusetzen. Die als Füllstoff dienenden kugelförmigen Glaspartikel weisen einen Durchmesser von 1 µm bis 50 µm auf, mit einer guten mittleren Verteilung im Bereich zwischen 10 µm und 30 µm. Vorteilhaft werden kugelförmige Glaspartikel verwendet, die bereits mit einem Haftvermittler beschichtet sind, da dann die Verbindung zwischen der Giessharzmatrix und den kugelförmigen Glaspartikeln besonders innig ist, sodass ein sehr homogener Widerstandsbelag 47 entsteht. In Kombination mit den kugelförmigen Glaspartikeln oder auch ohne diese sind andere mineralische und sonstige anorganische Füllstoffe einsatzbar.The casting resin used for the matrix of the resist
Das gemeinsame Löschkammervolumen 27 ist mit einem elektrisch isolierend wirkenden, elektronegativen Gas oder Gasgemisch gefüllt, welches sowohl als Löschmedium für die erste Löschkammer 2 als auch als Isoliermedium dient. Der Fülldruck liegt hier im Bereich von 3 bar bis 22 bar, vorzugsweise werden 9 bar Fülldruck vorgesehen. Als Lösch- und Isoliermedium werden reines SF6-Gas oder ein Gemisch von N2-Gas mit SF6-Gas eingesetzt. Es ist aber auch möglich, hier ein Gemisch aus Druckluft bzw. aus N2-Gas und anderen elektronegativen Gasen einzusetzen. Besonders bewährt haben sich Gasgemische mit einem Anteil von 5% bis 50% SF6-Gas.The common
Im eingeschalteten Zustand führt der Hybridleistungsschalter 1 den Strom über folgende, als Nennstrombahn bezeichnete Strombahn: Anschlussflansch 9, Tragrohr 15, Düsenhalterung 22, Gehäuse 33, Führungsteil 34, Wirkungslinie 35, Anschlussteil 44, beweglicher Kontakt 36, feststehender Kontakt 45, Tragplatte 14 und Anschlussflansch 13. Es ist aber auch möglich, insbesondere dann, wenn der Hybridleistungsschalter 1 für vergleichsweise hohe Nennströme ausgelegt werden muss, auch parallel zur zweiten Löschkammer 3 eine separate, für hohe Nennströme geeignete Nennstrombahn vorzusehen.When switched on, the
Wenn der Hybridleistungsschalter 1 einen Ausschaltbefehl erhält, so bewegt der nicht dargestellte Antrieb das Kontaktrohr 17 und mit diesem die Isolierdüse 30 nach links. Zugleich mit dieser Bewegung bewegt sich der Abbrandstift 19 angetrieben durch die Zahnstange 38 über das Zahnrad 39, in entgegengesetzter Richtung nach rechts, während das Gehäuse 33 und das Führungsteil 34 ortsfest bleiben. Sobald die Verdickung 31 der Düsenhalterung 22 sich von den Gleitkontakten 32 des Gehäuses 33 getrennt hat, ist die oben angegebene Nennstrombahn unterbrochen und der abzuschaltende Strom kommutiert nun auf die innen liegende Leistungsstrombahn. Die Leistungsstrombahn führt durch folgende Schalterteile: Anschlussflansch 9, Tragrohr 15, Führungspartie 21, Kontaktrohr 17, Abbrandstift 19, Führungsteil 34, Wirkungslinie 35, Anschlussteil 44, beweglicher Kontakt 36, feststehender Kontakt 45, Tragplatte 14 und Anschlussflansch 13.When the
Das Kontaktrohr 17 und mit diesem die Isolierdüse 30 bewegt sich nach dem Unterbrechen der Nennstrombahn weiter nach links, und der Abbrandstift 19 bewegt sich mit der gleichen Geschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung weiter. Im Verlaufe dieses Bewegungsablaufs erfolgt danach die Kontakttrennung in der Leistungsstrombahn. Diese Kontakttrennung hat zur Folge, dass sich zwischen den Abbrandfingern 18 und der Spitze des Abbrandstifts 19 in einem dafür vorgesehenen Lichtbogenraum 48 ein Lichtbogen ausbildet.The
Bis zu diesem Zeitpunkt bleibt die zweite Löschkammer 3 in der Regel geschlossen. Sie öffnet erst nach einer zeitlichen Verzögerung Tv, die durch folgende Beziehung definiert wird:
Während der Ausschaltbewegung der ersten Löschkammer 2 wird das im Kompressionsvolumen 24 befindliche Gas oder Gasgemisch komprimiert, das Rückschlagventil 25 verhindert das Austreten des komprimierten Gases auf der der Isolierdüse 30 abgewandten Seite des Kompressionsvolumens 24 in das gemeinsame Löschkammervolumen 27. Durch das Rückschlagventil 28 strömt bereits eine vergleichsweise geringe Menge des komprimierten Gases in den Lichtbogenraum 48 ein, wenn die dort herrschenden Druckverhältnisse das erlauben. Der Durchmesser des Engnisses der Isolierdüse 30, der Durchmesser des Abbrandstifts 19, der am Anfang der Ausschaltbewegung noch einen wesentlichen Teil dieses Düsenengnisses und auch den Abströmquerschnitt durch die Abbrandfinger 18 verschliesst, und der innere Durchmesser des Kontaktrohrs 17 sind so aufeinander abgestimmt, dass während der Beblasung des Lichtbogens immer genügend Gas bzw. Gemisch aus nicht ionisiertem und ionisiertem Gas aus dem Lichtbogenraum 48 abgeführt wird, sodass sich dort nur ein im Vergleich zu konventionellen Leistungsschaltern wesentlich kleinerer Gasdruck aufbauen kann. Die Höhe dieses Gasdrucks wird so festgelegt, dass die Abströmgeschwindigkeit aus dem Lichtbogenraum 48 in der Regel im Bereich unterhalb der Schallgrenze liegt. Infolge dieser vergleichsweise kleinen Drücke im Lichtbogenraum 48 kann der Druckaufbau im Kompressionsvolumen 24 ebenfalls vergleichsweise klein gehalten werden, sodass für die Kompression lediglich eine vergleichsweise kleine Antriebsenergie benötigt wird. Im Vergleich zu konventionellen Leistungsschaltern kann hier beim Hybridleistungsschalter 1, bedingt durch die kleineren Gasdrücke beim Ausschalten, vorteilhaft ein schwächerer und damit billigerer Antrieb eingesetzt werden.During the switch-off movement of the
Unmittelbar nach der Kontakttrennung in der Leistungsstrombahn gibt der Abbrandstift 19 einen grösseren Teil des Querschnitts des Engnisses der Isolierdüse 30 als Abströmquerschnitt frei. Bei vergleichsweise kleinen Abschaltströmen beginnt bereits bei der Kontakttrennung die Beblasung des im Lichtbogenraum 48 brennenden Lichtbogens. Das Lösch- und Isoliermedium strömt während dieser Beblasung stets mit einer Strömungsgeschwindigkeit, die im Bereich unterhalb der Schallgeschwindigkeit liegt. Beim Abschalten von grösseren Strömen, wie sie beispielsweise beim Abschalten von Kurzschlüssen im Netz auftreten können, heizt der Lichtbogen den Lichtbogenraum 48 und das in ihm vorhandene Gas so intensiv auf, dass der Druck in diesem Raum etwas höher ist als der Druck im Kompressionsvolumen 24. In diesem Fall verhindert das Rückschlagventil 28, dass das aufgeheizte und druckbeaufschlagte Gas in das Kompressionsvolumen 24 strömt und dort gespeichert werden kann. Das aufgeheizte und druckbeaufschlagte Gas strömt stattdessen einerseits durch das Innere des Kontaktrohrs 17 und andererseits durch die Isolierdüse 30 ab in das gemeinsame Löschkammervolumen 27. Die Beblasung des Lichtbogens setzt in diesem Fall erst dann ein, wenn die Intensität des Lichtbogens und damit der Druck im Lichtbogenraum 48 soweit abgeklungen ist, dass das Rückschlagventil 28 öffnen kann, d.h. der Druck im Kompressionsvolumen 24 ist dann höher als der Druck im Lichtbogenraum 48. Das Lösch- und Isoliermedium strömt auch in diesem Fall während der Beblasung des Lichtbogens mit einer Strömungsgeschwindigkeit, die im Bereich unterhalb der Schallgeschwindigkeit liegt.Immediately after the contact separation in the power flow path, the burn-
Bei dieser Ausführungsform des Hybridleistungsschalters 1 ist der Lichtbogenraum 48 der ersten Löschkammer 2 so ausgelegt, dass ein sehr geringes Totvolumen vorhanden ist, sodass keine nennenswerte Speicherung von vom Lichtbogen selbst erzeugten druckbeaufschlagtem Gas erfolgen kann, und infolgedessen auch keine nennenswerte Unterstützung der Beblasung des Lichtbogens durch selbst erzeugtes druckbeaufschlagtes Gas erfolgt, denn nur so ist es möglich, eine Strömungsgeschwindigkeit im Unterschallbereich bei der Beblasung des Lichtbogens zu gewährleisten.In this embodiment of the
Wenn die Löschkammern 2 und 3 den Lichtbogen gelöscht haben, tritt zwischen den Abbrandfingern 18 und dem Abbrandstift 19 der Löschkammer 2, bzw. zwischen dem beweglichen Kontakt 36 und dem feststehenden Kontakt 45 der Löschkammer 3, jeweils ein Teil der wiederkehrenden Spannung auf. Die Schaltstrecke der Vakuumschaltkammer verfestigt sich unmittelbar nach dem Löschen stets rascher als die Schaltstrecke eines Gasschalters, sodass die Vakuumschaltkammer am Anfang des steilen Anstiegs der wiederkehrenden Spannung den grösseren Teil dieser Spannung übernehmen wird. Die Aufteilung der wiederkehrenden Spannung auf zwei in Reihe geschaltete Löschkammern wird im Normalfall durch die Eigenkapazitäten der beiden Löschkammern bestimmt. Hier stellt jedoch der vergleichsweise hochohmige Widerstand des Widerstandsbelags 47, der parallel zur zweiten Löschkammer 3 angeordnet ist, genau definiert sicher, dass die Aufteilung der wiederkehrenden Spannung auf die beiden Löschkammern 2 und 3 so erfolgt, dass zunächst der grössere Anteil der wiederkehrenden Spannung an der zweiten Löschkammer 3 anliegt. Erst im weiteren Verlauf des Ausschaltvorgangs übernimmt dann die erste Löschkammer 2 den überwiegenden Anteil der wiederkehrenden Spannung, die dann den Hybridleistungsschalter 1 gesamthaft beaufschlagt. Im ausgeschalteten Zustand des Hybridleistungsschalters 1 hält die erste Löschkammer 2 den überwiegenden Anteil der anliegenden Spannung. Bei der Auslegung dieser ohmschen Spannungssteuerung wird darauf geachtet, dass in der zweiten Löschkammer 3 im Anstieg der wiederkehrenden Spannung keine Wiederzündungen auftreten können.When the extinguishing
In der Figur 2 ist der Hybridleistungsschalter 1 in ausgeschaltetem Zustand dargestellt. Beim Einschalten des Hybridleistungsschalters 1 schliesst stets zuerst die zweite Löschkammer 3, und zwar ohne Strombeaufschlagung. Dieser zeitliche Vorlauf wird durch das Getriebe 6 sichergestellt. Erst nachdem die zweite Löschkammer 3 geschlossen ist, bewegen sich die beiden beweglichen Kontakte der Leistungsstrombahn der ersten Löschkammer 2 aufeinander zu. Wenn die entsprechende Vorzünddistanz erreicht ist, bildet sich ein Einschaltlichtbogen aus und schliesst den Stromkreis. Die beiden beweglichen Kontakte der Leistungsstrombahn der Löschkammer 2 bewegen sich weiter aufeinander zu, bis sie sich kontaktieren. Erst danach wird die Nennstrombahn geschlossen und übernimmt die weitere Stromführung durch die Löschkammer 2. Die beiden beweglichen Kontakte der Leistungsstrombahn der Löschkammer 2 bewegen sich noch etwas weiter, bis sie schliesslich die definitive Einschaltstellung erreicht haben.In the figure 2, the
Als besonders vorteilhaft erweist es sich bei diesem Hybridleistungsschalter 1, dass die zweite Löschkammer 3 stromlos einschaltet und deshalb beim Einschalten keinem Kontaktabbrand und auch keinem Kontaktkleben infolge von Verschweissungen von überhitzten Kontaktoberflächen unterworfen ist. Die Kontakte 36 und 45 brauchen, normale Betriebsverhältnisse vorausgesetzt, während der Lebensdauer des Hybridleistungsschalters 1 nicht ersetzt zu werden, was den betrieblichen Unterhalt des Hybridleistungsschalters 1 vorteilhaft vereinfacht Und dessen betriebliche Verfügbarkeit vorteilhaft vergrössert.It proves to be particularly advantageous in this
Als erste Löschkammer 2 können ausser der beschriebenen, mit einem Kompressionsvolumen 24 für die Erzeugung des für die Beblasung des Lichtbogens nötigen druckbeaufschlagten Gases versehenen Ausführungsform weitere Ausführungsformen eingesetzt werden, wie beispielsweise: eine Löschkammer mit einem separaten Speichervolumen für die Speicherung des durch Lichtbogenunterstützung erzeugten Gasanteils, welches mit dem Kompressionsvolumen zusammenwirkt, oder eine Löschkammer mit einem nur teilweise komprimierbaren Speichervolumen für die Speicherung des durch Lichtbogenunterstützung erzeugten Gasanteils, oder eine Löschkammer mit einem nur teilweise komprimierbaren Blasvolumen, bei der das druckbeaufschlagte Gas völlig ohne Lichtbogenunterstützung erzeugt wird.As the
Bei jeder dieser Ausführungsformen des Hybridleistungsschalters 1 wird die zweite Löschkammer 3 beim Ausschalten ebenfalls gegenüber der ersten Löschkammer 2 zeitlich verzögert geöffnet und beim Einschalten zeitlich vorlaufend geschlossen, wie dies bereits beschrieben wurde. Ferner können bei jeder der hier beschriebenen Ausführungsformen die Antriebskräfte beim Ausschalten mittels eines Differentialkolbens zusätzlich unterstützt werden. Durch diese Massnahme kann auf einfache Weise der Bedarf an mechanischer Antriebsenergie weiter reduziert und der Antrieb weiter verbilligt werden.In each of these embodiments of the
Bei den vorab beschriebenen Ausführungsformen des Hybridleistungsschalters 1 hat es sich als besonders vorteilhaft ergeben, dass, abhängig von dem SF6-Gehalt in der Gasfüllung der Löschkammer 2, gegenüber konventionellen Leistungsschaltern ein um den Faktor 5 bis 15 geringerer Löschdruck in der Löschkammer 2 erforderlich ist. Der Antrieb und auch die übrigen Bauelemente können deshalb für geringere Kraft- und Druckbelastungen ausgelegt werden, was den Hybridleistungsschalter 1 vorteilhaft verbilligt.In the above-described embodiments of the
- 11
- HybridleistungsschalterHybrid circuit breaker
- 2,32.3
- Löschkammerextinguishing chamber
- 44
- Längsachselongitudinal axis
- 55
- Antriebsgestängedrive linkage
- 66
- Getriebetransmission
- 77
- Stützisolatorsupport insulator
- 88th
- Flanschflange
- 99
- Anschlussflanschflange
- 1010
- Endflanschend flange
- 1111
- LöschkammergehäuseExtinguishing chamber housing
- 1212
- Endflanschend flange
- 1313
- Anschlussflanschflange
- 1414
- Tragplattesupport plate
- 1515
- Tragrohrsupport tube
- 1616
- Führungsteilguide part
- 1717
- Kontaktrohrcontact tube
- 1818
- Abbrandfingerconsumable fingers
- 1919
- Abbrandstiftconsumable
- 2020
- Verjüngungrejuvenation
- 2121
- Führungspartieguiding part
- 2222
- Düsenhalterungnozzle holder
- 2323
- Gleitkontaktesliding contacts
- 2424
- Kompressionsvolumencompression volume
- 2525
- Rückschlagventilcheck valve
- 2626
- Ventilscheibevalve disc
- 2727
- LöschkammervolumenArcing chamber volume
- 2828
- Rückschlagventilcheck valve
- 2929
- Ventilscheibevalve disc
- 3030
- Isolierdüseinsulating
- 3131
- Verdickungthickening
- 3232
- Gleitkontaktesliding contacts
- 3333
- Gehäusecasing
- 3434
- Führungsteilguide part
- 3535
- Wirkungslinieline of action
- 3636
- beweglicher Kontaktmoving contact
- 3737
- Haltescheiberetaining washer
- 3838
- Zahnstangerack
- 39,4039.40
- Zahnradgear
- 41,4241.42
- Stützrollesupporting role
- 4343
- Hebellever
- 4444
- Anschlussteilconnector
- 4545
- feststehender Kontaktfixed contact
- 4646
- Isoliergehäuseinsulating
- 4747
- Widerstandsbelagresistance coating
- 4848
- LichtbogenraumArcing area
- 4949
- Schirmumbrella
- 5050
- Brückebridge
Claims (14)
- Hybrid circuit breaker (1) having at least two series-connected arcing chambers (2, 3) which are operated by a common drive or by separate drives and are filled with different arc extinguishing media, where the arc extinguishing and insulating medium in a first arcing chamber (2) surrounds a second arcing chamber (3) in an insulating manner, where means are provided which ensure a sensible voltage distribution between the first (2) and the second arcing chamber (3) in the course of a switching process, and where a pressurized gas or a gas mixture is used as the arc extinguishing medium and insulating medium in the first arcing chamber (2), while at least one vacuum switching chamber having an insulating housing (46) is provided as the second arcing chamber (3), characterized- in that means are provided which always ensure that the disconnection movement of the first arcing chamber (2) leads the disconnection movement of the second arcing chamber (3) during a disconnection process, and that the connection movement of the second arcing chamber (3) always leads the connection movement of the first arcing chamber (2) during a connection process,- in that the second arcing chamber (3) is permanently bridged by a non-reactive resistor, and- in that the non-reactive resistor is in the form of a resistance coating (47) which is applied to the inner wall or the outer wall of the insulating housing (46) of the second arcing chamber (3).
- Hybrid circuit breaker according to Claim 1, characterized- in that the value of the non-reactive resistor is in the range between 10 and 500 kΩ, but is preferably 100 kΩ.
- Hybrid circuit breaker according to Claim 1 or 2, characterized- in that the resistance coating (47) is introduced into, or applied externally to, the insulating housing (46) in the form of a paste which can be painted on and has a curable casting-resin matrix, and is connected to this insulating housing (46) during the curing process.
- Hybrid circuit breaker according to Claim 1 or 2, characterized- in that the resistance coating (47) is introduced or applied as a prefabricated part having a cured casting-resin matrix, and is connected to the insulating housing (46).
- Hybrid circuit breaker according to one of Claims 1 to 4, characterized- in that the coefficient of expansion of the resistance coating (47) is matched to that of the insulating housing (46) by means of spherical glass particles which are used as a filler, where these glass particles have a diameter of from 1 µm to 50 µm, and have good average distribution in the region between 10 µm and 30 µm.
- Hybrid circuit breaker according to Claim 5, characterized- in that the spherical glass particles are coated with an adhesion promoter.
- Hybrid circuit breaker according to one of Claims 1 to 6, characterized- in that the conductivity of the resistance coating (47) is achieved by adding conductive particles, preferably carbon-black particles.
- Hybrid circuit breaker according to one of Claims 3 to 7, characterized- in that the casting resin used for the matrix of the resistance coating (47) originates from one of the groups of anhydride-cured epoxy resins, unsaturated polyester resins, acryl resins or polyurethane resins.
- Hybrid circuit breaker according to Claim 1, characterized- in that the first arcing chamber (2) has a power current path and a rated current path in parallel with it, and- in that the second arcing chamber (3) has no separate rated current path.
- Hybrid circuit breaker according to Claim 1, characterized- in that both the first (2) and the second arcing chamber (3) have a power current path and a rated current path connected in parallel with it.
- Hybrid circuit breaker according to Claim 1, characterized- in that pure SF6 gas or a mixture composed of N2 gas and SF6 gas, or else a mixture composed of compressed air with other electrically negative gases, is used as the arc-extinguishing and insulating medium.
- Hybrid circuit breaker according to Claim 11, characterized- in that a gas mixture in which the proportion of SF6 gas is from 5% to 50% is preferably used.
- Hybrid circuit breaker according to Claim 12, characterized- in that the filling pressure of the first arcing chamber (2) is in the range from 3 bar to 22 bar, but is preferably approximately 9 bar.
- Hybrid circuit breaker according to Claim 1, characterized where tLibo min is the minimum possible arcing time for the first arcing chamber (2), and t1 is a time in the range from 2 ms to 4 ms.
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