DE2753375A1 - GAS SWITCH WITH A FAST THERMAL AND DIELECTRIC RELAXATION - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Leistungsschalter und insbesondere auf Gasstromleistungsschalter mit einer schnellen thermischen und dielektrischen bzw. elektrischen Erholung nach der Lichtbogenbildung.The invention relates to electrical circuit breakers and, more particularly, to gas flow circuit breakers having a rapid thermal and dielectric or electrical recovery after arcing.

Die Leistungsfähigkeit von Gasstromleistungsschaltern ist eine Funktion der Schnelligkeit einer Laststromunterbrechung und des Betriebsdrucks des Leistungsschaltergases. Eine Vergrößerung in der zeitlichen Änderungsgeschwindigkeit des Laststroms reduziert die Schalterleistungsfähigkeit (das heißt die maximale Anstiegsgeschwindigkeit der Wiederkehrspannung, die nach Auftreten eines Null-Laststroms ausgehalten werden kann), während eine Vergrößerung im Betriebsdruck des Gases die Schalterleistungsfähigkeit vergrößert. Schwefelhexafluorid (SF₆) Gasstrom-LeistungsschalterThe performance of gas flow circuit breakers is a function of the rapidity of a load current interruption and the operating pressure of the circuit breaker gas. An increase in the rate of change of load current with time reduces the switch performance (i.e. the maximum rate of rise in recovery voltage that can be sustained after a zero load current has occurred), while an increase in the operating pressure of the gas increases the switch performance. Sulfur hexafluoride (SF ₆ ) gas flow circuit breaker

2 sind auf einen maximalen Betriebsdruck von 3,16 kp/cm (45 psi) begrenzt, und zwar durch den auf den Schalter als eine Auslegungsnorm ausgeübten -4o C Umgebungsbedingung; der Betriebsdruck des Gases kann durch Erwärmen des Schalters vergrößert werden, doch handelt es sich hierbei um einen aufwendigen und nicht vollständig zuverlässigen Weg zum Erreichen einer Vergrößerung der Schalterlei-2 are limited to a maximum operating pressure of 3.16 kp / cm (45 psi) limited by the -4o C environmental condition imposed on the switch as a design standard; the operating pressure of the gas can be increased by heating the switch, but this is a complex and not completely reliable one Way to achieve an enlargement of the counter

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stungsfähigkeit. Ein Hinzufügen von Stickstoff zu SF, wurde als ein Weg zum Erreichen höherer Gasbetriebsdrücke ohne Erwärmen bzw. Erhitzen vorgeschlagen, doch wird hierdurch nicht die Schalterleistungsfähigkeit verbessert, da Stickstoff ein langsames Lichtbogenbildungsgas ist und nicht die thermische Erholung eines Gasstromschalters verbessert.efficiency. Adding nitrogen to SF was considered to be suggests a way of achieving higher gas operating pressures without heating, but it does not compromise switch performance because nitrogen is a slow arcing gas and not the thermal recovery of a gas flow switch improved.

Es wurde kürzlich festgestellt, daß Tetrafluormethan (CF.) und Hexafluoräthan (C₂Fg) schnelle Lichtbogenerholungsgase sind, die eine Geschwindigkeit»-und Druckabhängigkeit ähnlich wie SF, nahen. Es wurde festgestellt, daß eine Mischung von SF,- in einer 75 Volumenprozentigen Verdünnung mit CF, die große Durchschlagfestigkeitseigenschaft von SF₆ zeigt. Diese Mischung oder alternativ eine Mischung von C₂F,- und SF, bildet die große Durchschlagfestigkeitseigenschaft von SF,, aber bei einemjhöheren Betriebsdruck ohne Erhitzen bzw. Erwärmen. Da CF. (wie auch C₀F,)It has recently been found that tetrafluoromethane (CF.) and hexafluoroethane (C ₂ Fg) are fast arc recovery gases that approximate a velocity and pressure dependency similar to SF. It has been found that a mixture of SF, - at a 75 volume percent dilution with CF, exhibits _{the high dielectric strength property of SF 6.} This mixture, or alternatively a mixture of C ₂ F, - and SF, forms the great dielectric strength property of SF, but at a higher operating pressure without heating or heating. Since CF. (as well as C ₀ F,)

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ein schnelles Lichtbogenbildungsgas ist, vergrößert es die Geschwindigkeit der thermischen und dielektrischen Erholung gegenüber dem Fall mit SF, allein. Da ferner die Lichtbogenbildung durch diese Gasmischung zu einer Bildung von CS, einem stabilen Gas, statt von festem Kohlenstoff führt, wird das Problem der Verkohlung der Schalterinnenflächen durch die Gasmischung erheblich vermindert. Dementsprechend wird eine Steigerung in der maximalen Anstiegsgeschwindigkeit der Erholungsspannung erreicht, die von dem Schalter nach Auftreten des Null-Laststroms ausgehalten werden kann.is a fast arcing gas, it increases the speed thermal and dielectric recovery versus the case with SF alone. There is also arcing this gas mixture leads to the formation of CS, a stable gas, instead of solid carbon, the problem becomes Significant carbonization of the inner surfaces of the switches due to the gas mixture reduced. Accordingly, an increase in the maximum rate of rise of the recovery voltage is achieved, which can be withstood by the switch after the zero load current has occurred.

Kurz gesagt wird in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein elektrischer Leistungsschalter beschrieben, der relativ bewegliche Kontakte innerhalb einer Lichtbogenbildungskammer enthält, die von einem lichtbogenlöschenden Fluid durchströmt wird, wenn die Kontakte unter elektrischen Stromüberlastbedingungen getrennt werden. Eine Verbesserung des Schalters ergibt sich dann, wenn das lichtbogenlöschende Fluid eine Mischung aus Schwefelhexafluorid und einem Fluorkohlenstoff gas enthält. Bevorzugte Fluorkohlenstoffgase sind per- bzw. durchfluorierte Alkane wie CF„ und C„F .In short, is in accordance with a preferred Embodiment of the invention an electrical circuit breaker described, the relatively movable contacts within an arcing chamber, through which an arc-extinguishing fluid flows when the contacts are under electrical Current overload conditions are disconnected. An improvement in the switch results when the arc-extinguishing Fluid is a mixture of sulfur hexafluoride and a fluorocarbon contains gas. Preferred fluorocarbon gases are per- or through-fluorinated alkanes such as CF "and C" F.

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Das Hinzusetzen von CF. oder C₀F, zu SF, für eine Ver-The addition of CF. or C ₀ F, to SF, for a

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wendung als das lichtbogenlöschende Gas in einem Gasstrom-Lei-used as the arc-extinguishing gas in a gas flow line

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stungsschalter führt zu einem Schalter großer Durchschlagfestigkeit, bei dem das Gas bei großem Betriebsdruck angewendet wird, ohne daß die Notwendigkeit für ein übermäßiges Erwärmen des Gases besteht. Der Schalter hat hierdurch eine vergrößerte Geschwindigkeit bezüglich einer thermischen Erholung bzw. Wiedergewinnung und einer dielektrischen bzw. elektrischen Erholung bzw. Wiedergewinnung. Eine Verkohlung wird ebenfalls reduziert, da die Mischung bei Anwesenheit eines Lichtbogens statt festen Kohlenstoffs stabiles CS Gas bildet.circuit breaker leads to a switch with high dielectric strength, in which the gas is used at high operating pressure without the need for excessive heating of the gas consists. The switch thereby has an increased thermal recovery speed and dielectric recovery. Charring is also reduced as the mix in the presence of an arc forms stable CS gas instead of solid carbon.

Die Erfindung wird bezüglich ihres Aufbaues und ihrer Betriebsweise nachfolgend zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen derselben unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is set forth below in terms of its structure and mode of operation, along with other objects and advantages the same explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

Figur 1 - in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht einen Blastyp-Leistungsschalter, der gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar ist,
Figur 2 - einen Teil des in Figur 1 dargestellten Schalters inFIG. 1 - in a partially sectioned side view, a blow-type circuit breaker which can be used according to the present invention,
Figure 2 - a part of the switch shown in Figure 1 in

vergrößerter Darstellung sowie in seiner Schließposition, Figur 3 - einen Schnitt längs der Linie 3-3 aus Figur 2, Figur 4 - den in Figur 2 dargestellten Schalter in seiner vollständigen Öffnungsposition,enlarged view and in its closed position, Figure 3 - a section along the line 3-3 from Figure 2, Figure 4 - the switch shown in Figure 2 in its fully open position,

Figur 5 - in einer Schnittansicht einen Teil des in Figur 1 dargestellten Schalters in einer mittleren Position, durch die er während eines Öffnungsvorgangs betätigt wird, Figur 6 - in einer grafischen Darstellung die relative anfängliche Anstiegsgeschwindigkeit der Erholungsspannung (recovery voltage) für unterschiedliche Verhältnisse von SF, sowie CF. in einer hieraus bestehenden Mischung und für unterschiedliche Verhältnisse von SF, sowie C₀F, in einer hieraus bestehenden Mischung,FIG. 5 - a sectional view of part of the switch shown in FIG. 1 in a central position by which it is actuated during an opening process; , as well as CF. in a mixture consisting of this and for different ratios of SF, as well as C ₀ F, in a mixture consisting of this,

Figur 7 - in einer grafischen Darstellung die Abhängigkeit der Schalterspannung von der Zeit seit Beginn des Öffnens des Schalters undFIG. 7 - in a graphical representation, the dependence of the switch voltage on the time since the start of opening of the switch and

Figur 8 - in einer grafischen Darstellung die Abhängigkeit der Erholungsspannung von der Zeit nach Stromnull für verschiedene Gase und Mischungen hieraus.FIG. 8 - in a graphical representation the dependency of the recovery voltage from the time after zero current for various gases and mixtures thereof.

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Die Figuren 1 bis 5 zeigen einen Gasstrom-Leistungsschalter vom Blastyp gemäß der Beschreibung in dem US-Patent 3 739 125. Wie es in Figur 1 dargestellt ist, weist der Leistungsschalter ein zylindrisches Gehäuse 12 aus isolierendem Material und ein Paar von Endkappen 14 sowie 16 auf, die an entgegengesetzten Enden des Gehäuses 12 in geeigneter Weise luftdicht mit diesem verschlossen sind und als entgegengesetzte elektrische Anschlüsse für den Leistungsschalter dienen. Eine von einer leitenden Kontaktstange 22 getragene obere oder stationäre Elektrode 21 ist in passender Weise mit der oberen Endkappe 14 verbunden. Eine untere Elektrode 2o ist mit einer beweglichen leitenden Kontaktstange 24 verbunden, die die Elektrode 2o trägt und die sich durch die untere Endkappe 16 erstreckt, wobei sie durch eine geeignete Führung 25 an der unteren Endkappe 16 für eine vertikale Hin- und Herbewegung geführt ist. Beide Glieder 2o und 24 haben einen rohrförmigen Aufbau mit einem darin befindlichen axialen Durchgang bzw. Kanal 46, durch den Gas in einer Abwärtsrichtung strömen kann, um über aus Figur 2 ersichtliche Offnungen 48 abgelassen zu werden. Das Gehäuse 12 ist mit dem lichtbogenlöschenden Gas nach der vorliegenden Erfindung unter einem vorbestimmten Druck gefüllt.Figures 1 through 5 show a blow type gas flow circuit breaker as described in the US patent 3 739 125. As shown in Figure 1, the circuit breaker has a cylindrical housing 12 made of insulating material and a pair of end caps 14 and 16 attached to opposite ends of housing 12 in a suitable manner airtight therewith are closed and serve as opposite electrical connections for the circuit breaker. One of a senior Upper or stationary electrode 21 carried by contact rod 22 is suitably connected to upper end cap 14. One lower electrode 2o is connected to a movable conductive contact rod 24 which carries the electrode 2o and which extends through the lower end cap 16 extends, being guided by a suitable guide 25 on the lower end cap 16 for vertical reciprocation Movement is performed. Both members 2o and 24 have a tubular structure with an axial passage or passage therein. Channel 46 through which gas can flow in a downward direction in order to be discharged via openings 48 which can be seen in FIG. The case 12 is filled with the arc extinguishing gas of the present invention under a predetermined pressure.

Innerhalb eines Gehäuses 3o unterhalb der unteren Endkappe 16 wird die Kontaktstange 24 betätigt, um sich in einer vertikalen Richtung zu bewegen. Ein flexibles leitendes Geflecht 27 sorgt für eine elektrische Verbindung zwischen der Kontaktstange 24 und der unteren Endkappe 16.Within a housing 3o below the lower end cap 16, the contact rod 24 is actuated to move in a vertical direction Move direction. A flexible conductive mesh 27 provides an electrical connection between the contact rod 24 and the lower end cap 16.

Gemäß Figur 2 weist der stationäre Kontakt 21 ein leitendes Rohr 4o auf, welches die Kontaktstange 22 umgibt und hiermit elektrisch verbunden ist. Das Rohr 4o ist an seinem unteren Ende längsgeschlitzt, um über den Umfang verteilte Kontaktfinger 34 zu bilden, die längs der äußeren Oberfläche des beweglichen Kontaktes 2o gleiten, und zwar während der anfänglichen Kontaktöffnungsbewegung und während der schließlichen Kontaktschließbewegung. Ein in dem leitenden Rohr 4o angeordnetes rohrförmiges Kontaktglied 45 ist an seinem oberen Ende mit der stationären Kontaktstange 22 verbunden, und sein unteres Ende liegt gemäß Figur 2 an dem beweglichen Kontakt 2o an, wenn der Leistungsschalter geschlossen ist. Ein Kanal bzw. Durchgang 42 erstreckt sich, axial durch die rohr-According to Figure 2, the stationary contact 21 has a conductive tube 4o which surrounds the contact rod 22 and herewith is electrically connected. The tube 4o is slit longitudinally at its lower end in order to contact fingers 34 distributed over the circumference that slide along the outer surface of the movable contact 2o during the initial contact opening movement and during the eventual contact closure movement. A tubular contact member 45 disposed in the conductive tube 4o is connected at its upper end to the stationary contact rod 22, and its lower end is, according to FIG. 2, on the movable one Contact 2o on when the circuit breaker is closed. A channel or passage 42 extends axially through the tubular

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förmigen Glieder 45 sowie 22 und hat aus Figur 1 ersichtliche große Ablaßöffnungen 44 an seinem oberen Ende.shaped members 45 and 22 and has shown in Figure 1 large drain holes 44 at its upper end.

Der Leistungsschalter wird geöffnet, indem die bewegliche Kontaktstange 24 aus ihrer in Figur 2 dargestellten Position zu der aus Figur 4 ersichtlichen Position nach unten bewegt wird, um hierdurch den beweglichen Kontakt 2o von dem stationären Kontakt 21 zu trennen. Der Leistungsschalter wird dadurch geschlossen, daß die bewegliche Kontaktstange 24 aus ihrer in Figur 4 dargestellten Position zu der Position aus Figur 2 nach oben zurückbewegt wird.The circuit breaker is opened by pulling the movable contact rod 24 out of its position shown in FIG is moved down to the position shown in FIG. 4, thereby removing the movable contact 2o from the stationary contact 21 to separate. The circuit breaker is closed in that the movable contact rod 24 out of its position shown in FIG Position is moved back to the position of Figure 2 upwards.

Die Kontakte 2o und 21 sind von einer Düse 5o aus elektrisch isolierendem Material umgeben. Gemäß Figur 5 enthält die Düse 5o zwischen ihren Enden einen Halsbereich 52, wo der Strömungskanal bzw. -durchgang 54 durch die Düse seine kleinste Querschnittsfläche hat. Eine Vielzahl von Einblaskanälen 56 erstreckt sich radial durch die Wandungen der Düse 5o, wobei die Einblaskanäle an ihren inneren Enden den Hals 52 schneiden. Durch die Einblaskanäle kann ein lichtbogenlöschendes Gas in den Halsbereich der Düse eingeblasen werden. Diese Kanäle sind in Figur 3 dargestellt, wobei es sich um einen Querschnitt längs der Linie 3-3 aus Figur 2 handelt.The contacts 2o and 21 are surrounded by a nozzle 5o made of electrically insulating material. According to Figure 5 contains the Nozzle 5o has a neck area 52 between its ends, where the flow channel or passage 54 through the nozzle has its smallest cross-sectional area Has. A plurality of injection channels 56 extend radially through the walls of the nozzle 5o, the injection channels cut the neck 52 at their inner ends. An arc-extinguishing gas can enter the throat area through the injection channels blown into the nozzle. These channels are shown in Figure 3, which is a cross-section along line 3-3 Figure 2 acts.

Mit dem äußeren Umfang der Düse 5o ist ein ringförmiger Kolben 6o gekoppelt, der im inneren Umfangsbereich des Zylinders 12 axial verschiebbar ist. Eine Dichtung 62 am äußeren Umfang des Kolbens 6o verhindert ein über den Kolben erfolgendes Lecken bzw. Vorbeiströmen von unter Druck gesetztem Gas. Die innere Peripherie eines an dem Gehäuse 12 befestigten ringförmigen Gliedes 64, das sich von dem Gehäuse radial einwärts erstreckt, nimmt in verschiebbarer Weise den äußeren Umfang der Düse 5o auf und wirkt als eine Düsenführung während der Düsenbewegung. Eine von dem ringförmigen Glied 64 getragene Dichtung 66 verhindert, daß unter Druck gesetztes Gas zwischen dem Düsenumfang und dem ringförmigen Glied 64 hindurchströmt. An annular piston 6o is coupled to the outer circumference of the nozzle 5o, which is in the inner circumferential area of the cylinder 12 is axially displaceable. A seal 62 on the outer circumference of the piston 6o prevents leakage or leakage over the piston. Passing of pressurized gas. The inner periphery of an annular member 64 attached to the housing 12, the extends radially inward from the housing, slidably receives the outer periphery of the nozzle 5o and acts as one Nozzle guidance during nozzle movement. A seal 66 carried by the annular member 64 prevents pressurization Gas flows through between the nozzle periphery and the annular member 64.

Wenn sich die Düse von ihrer in Figur 2 dargestellten Position nach unten bewegt, wird das in einem Raum 67 zwischen dem Kolben 6o und dem ringförmigen Glied 64 befindliche Gas komprimiert und über die Einblaskanäle 56 in der Düse hinausgedrückt.When the nozzle moves down from its position shown in Figure 2, this is in a space 67 between the Piston 6o and the annular member 64 located gas is compressed and forced out through the injection channels 56 in the nozzle.

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Diese Abwärtsbewegung der Düse 5o erfolgt während eines öffnungsbetrieoes des Leistungsschalters, wenn von der beweglichen Kontaktstange 24 über ein Gestänge 7ο auf die Düse eine Kraft übertragen wird. Das Gestänge 7ο weist gemäß der schematischen Darstellung in Figur 2 zwei Hebel 72 auf, die jeweils schwenkbar am Gehäuse angelenkt sind. Jeder Hebel 72 hat einen an seinem äußeren Ende längsverlaufenden Schlitz 74, der in verschiebbarer Weise einen an der Stange 24 befestigten Querbolzen 75 aufnimmt. Eine Verbindungsstange 77 aus isolierendem Material ist über eine Bolzen- und Schlitzkupplung 78, 79 schwenkbar mit einem mittleren Punkt an jedem Gestängeglied bzw. Hebel 72 verbunden und an ihrem oberen Ende an die Düse 5o angekoppelt. An ihrem unteren Ende greift jede Verbindungsstange 77 in verschiebbarer Weise in eine Öffnung 82a in einer stationären Führungsplatte 82 aus isolierendem Material, wobei diese öffnung die Stange 77 geradlinig vertikal führt.This downward movement of the nozzle 5o takes place during an opening mode of the circuit breaker when a force is transmitted from the movable contact rod 24 via a linkage 7ο to the nozzle will. The linkage 7ο has according to the schematic representation in Figure 2, two levers 72, which are each pivotably articulated on the housing. Each lever 72 has one on its outer one End of longitudinal slot 74 which slidably receives a transverse bolt 75 attached to rod 24. One Connecting rod 77 made of insulating material is pivotable via a pin and slot coupling 78, 79 with a central one Point connected to each linkage or lever 72 and coupled at its upper end to the nozzle 5o. At their lower end Each connecting rod 77 slidably engages an opening 82a in a stationary guide plate 82 of insulating Material, this opening guiding the rod 77 in a straight line vertically.

Wenn die Kontaktstange 24 während eines Öffnungsvorgangs des Leistungsschalters nach unten bewegt wird, führt sie über den Bolzen 75 zu einem Verschwenken der Hebel 72 aus ihrer in Figur 2 dargestellten Position in die Position aus Figur 4, so daß die Verbindungsstangen 77 und die Düse 5o in die Positionen aus Figur 4 abwärts bewegt werden. In den in den Figuren 2 und 4 dargestellten Positionen ist jeder Hebel 72 entsprechend von einer horizontalen Bezugsebene 84 verlagert bzw. versetzt, und zwar um im wesentlichen gleiche und entgegengesetzte Winkel 8o sowie 81. Jede Verbindungsstange 77 wird durch ihren Betätigungshebel 72 an einem Punkt betrieben, der etwa auf halbem Wege zwischen den Endschwenkpunkten des Hebels 72 liegt, wenn der Leistungsschalter entweder vollständig geschlossen oder vollständig geöffnet wird. Somit beträgt die von der Düse 5o zwischen den Positionen aus den Figuren 2 und 4 durchlaufene Distanz etwa die Hälfte desjenigen Weges, der von der beweglichen Kontaktstange 24 bei der Bewegung von der vollständigen Schließposition zur vollständigen Öffnungsposition durchlaufen wird. Die mittlere Geschwindigkeit der Düse beträgt somit während einer solchen Bewegung etwa die Hälfte derjenigen Geschwindigkeit der beweglichen Kontaktstange, wobei der Hals 52 der Düse während des größten Teils eines jeden Öffnungsvorgangs imWhen the contact rod 24 during an opening process of the circuit breaker is moved downwards, it leads via the bolt 75 to a pivoting of the lever 72 out of its position in FIG position shown in the position of Figure 4, so that the connecting rods 77 and the nozzle 5o in the positions of Figure 4 can be moved downwards. In the positions shown in FIGS. 2 and 4, each lever 72 is correspondingly horizontal Reference plane 84 displaced or offset, namely by essentially the same and opposite angles 8o and 81. Each Connecting rod 77 is operated by its operating lever 72 at a point approximately midway between the end pivot points of the lever 72 is when the circuit breaker is either fully closed or fully opened. Thus amounts to the distance traversed by the nozzle 5o between the positions from FIGS. 2 and 4 is about half of the path that of the movable contact rod 24 when moving from the fully closed position to the fully opened position is run through. The mean speed of the nozzle is thus about half that during such a movement Speed of the movable contact rod, with the nozzle neck 52 being in

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wesentlichen auf halbem Wege zwischen den Enden der Elektroden 2o und 21 gehalten wird. Dieses führt zu allgemein symmetrischen Strömungsbedingungen in der Düse.is held substantially midway between the ends of electrodes 2o and 21. This leads to generally symmetrical ones Flow conditions in the nozzle.

Wenn die bewegliche Kontaktstange 24 zum öffnen des Schalters nach unten getrieben wird, trennt sie den beweglichen Kontakt 2o von dem stationären Kontakt 21, um den beweglichen Kontakt 2o aus seiner Position gemäß Figur 2 innerhalb dee Hal see 52 abzuziehen, wodurch zwischen den Kontakten ein Lichtbogen 55 gezogen bzw. erzeugt wird, der sich gemäß Figur 5 durch den Hals erstreckt. Die Abwärtsbewegung der Kontaktstange 24 wirkt auch über das Gestänge 7o in der Weise, daß die Düse 5o und der Kolben 6o nach unten bewegt werden, wodurch lichtbogenlöschendes Gas aus dem Zylinderraum 67 durcn die Einblaskanäle 56 in den Lichtbogenbereich gedrückt wird. Wenn das lichtbogenlöschende Gas durch die Einblaskanäle 56 strömt, folgt es den in Figur 5 durch Pfeile 83 dargestellten Strömungspfaden; das heißt, daß nach einem Eintreten in den Lichtbogenbereich in dem Hals 52 ein Teil des lichtbogenlöschenden Gases allgemein axial zum Lichtbogen in Richtung zur beweglichen Elektrode 2o strömt, während der verbleibende Teil allgemein axial zum Lichtbogen in Richtung zur stationären Elektrode 21 strömt.When the movable contact rod 24 is driven down to open the switch, it separates the movable one Contact 2o from the stationary contact 21 to see the movable contact 2o from its position according to FIG. 2 within the Hal 52, as a result of which an arc 55 is drawn or generated between the contacts, which according to FIG. 5 extends through the neck extends. The downward movement of the contact rod 24 also acts via the linkage 7o in such a way that the nozzle 5o and the piston 6o are moved downwards, whereby arc-extinguishing gas from the cylinder space 67 through the injection channels 56 into the arc area is pressed. When the arc-extinguishing gas flows through the injection ducts 56, it follows that indicated by arrows 83 in FIG flow paths shown; that is, after an entry in the arc region in the neck 52, a portion of the arc-extinguishing gas generally axially of the arc towards the movable electrode 2o flows, while the remaining part flows generally axially to the arc in the direction of the stationary electrode 21 flows.

Während des anfänglichen Teils des Öffnungsvorgangs unterbindet die sich noch in dem Hals 52 der Düse befindliche bewegliche Elektrode 2o eine Strömung durch die Einblaskanäle 56 in den Halsbereich. Diese Blockierung ermöglicht es, daß durch die Kolbenbewegung bei der anfänglichen Kontaktöffnungsbewegung ein gewisser Druckaufbau in dem Zylinderraum 67 erfolgt. Wenn der Öffnungsvorgang so weit fortgeschritten ist, bis die Elektrode 2o die Einblaskanäle 56 freigibt, steht dann in dem Zylinderraum 67 ein spürbarer Druck zur Verfügung, der das lichtbogenlöschende Gas durch die Kanäle 56 in den Lichtbogenbereich drückt.Prevents during the initial part of the opening process the movable electrode 2o still located in the neck 52 of the nozzle initiates a flow through the injection channels 56 in the neck area. This blockage enables the piston movement to enter the initial contact opening movement a certain pressure build-up in the cylinder space 67 takes place. When the opening process has progressed until the electrode 2o releases the injection channels 56, a noticeable pressure is then available in the cylinder space 67, which the arc-extinguishing gas pushes through the channels 56 into the arc area.

Wenn der augenblickliche Strom zum Zeitpunkt der Kontakttrennung klein ist, strömt Gas durch die Einblaskanäle 56 in den Lichtbogenbereich. Wenn jedoch der augenblickliche Strom groß ist, ist der durch den Lichtbogen in dem Hals 52 entwickelte Druck groß genug, um eine Strömung durch die Einblaskanäle 56 in den Halsbereich zu unterbinden. Bei diesen Hochstrombedingungen er-If the instantaneous flow at the time of contact separation is small, gas will flow through the injection channels 56 in FIG the arc area. However, when the instantaneous current is large, the pressure developed in the neck 52 by the arc is large enough to prevent a flow through the injection channels 56 into the throat area. In these high current conditions

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folgt tatsächlich ein Verstopfen oder Verblocken des Düsenhalses 52 und der Einblaskanäle 56 durch den Lichtbogen und die Lichtbogenprodukte. Somit wird das Gas Im Zylinderraum 67 in wünschenswerter Weise stärker komprimiert, wenn sich der Kolben 6o weiter nach unten bewegt. Es erfolgt kein überflüssiges Einblasen während der anfänglichen Hochstromperiode, wenn ein solches Einblasen zum Löschen des Lichtbogens wenig oder nichts hilft. Wenn jedoch der augenblickliche Strom auf einen niedrigen Wert kurz vor dem Stromnulldurchgang fällt, erfolgt kein längeres Verstopfen des Halses durch den Lichtbogen, und der während der früheren Verstopfungsperiode aufgebaute große Druck sorgt für einen wirksamen Gasstrom durch die Einblaskanäle 56. Während dieser Niedrigstromperiode kühlt der Strom durch die Kanäle 56 den Lichtbogen und die Lichtbogenprodukte, so daß der erwünschte schnelle Aufbau der dielektrischen bzw. Durchschlagfestigkeit bei Stromnull begünstigt wird. Das durch die hohlen Durchgänge in den Elektroden strömende Gas wird über entsprechende Ablaßöffnungen 44 und 48 in den jeweiligen Kontaktstangen abgelassen.This is actually followed by clogging or blocking of the nozzle throat 52 and the injection channels 56 by the arc and the arc products. Thus, the gas in the cylinder space 67 is desirably more compressed as the piston 6o moves further moved down. There is no redundant puffing during the initial high current period when such puffing is used Quenching the arc helps little or nothing. However, if the instantaneous current drops to a low value just before the current zero crossing falls, there is no prolonged clogging of the throat by the arc and the high pressure built up during the earlier period of clogging provides an efficient flow of gas through the injection channels 56. During this low current period, the flow through the channels 56 cools the arc and the arc products, so that the desired rapid build-up of dielectric strength or breakdown strength at zero current is promoted. The gas flowing through the hollow passages in the electrodes is discharged through respective vent openings 44 and 48 in the respective Contact rods lowered.

Wenn somit das Gehäuse 12 des Leistungsschalters aus den Figuren 1-5 mit SF,- in einer 75 Volumenprozent igen VerdünnungIf thus the housing 12 of the circuit breaker from Figures 1-5 with SF, - in a 75 percent by volume dilution

mit CF. gefüllt wird, und zwar bei Drücken von 9,49 kp/cm² (135with CF. is filled at pressures of 9.49 kp / cm ² (135

psi) von CF₄ und 3,16 kp/cm (45 psi) von SF,, zeigt der Unterbrecher bzw. Schalter die große Durchschlagfestigkeit, die durch SFg allein bei demselben Gesamtdruck erreicht würde. Somit wird eine SF, + CF₄-Mischung durch die Einblaskanäle 56 in den Halsbereich 52 eingeblasen und aus diesem in entgegengesetzten axialen Richtungen unter Vorbeiströmen an den Elektroden 2o und 21 abgelassen. psi) of CF ₄ and 3.16 kp / cm (45 psi) of SF ,, the breaker or switch shows the high dielectric strength that would be achieved by SFg alone at the same total pressure. An SF, + CF ₄ mixture is thus blown through the injection channels 56 into the neck region 52 and discharged from it in opposite axial directions while flowing past the electrodes 20 and 21.

Durch Anwenden von SF, in Verbindung mit CF₄ oder C-F, kann somit der Betriebsdruck über die 3,16 kp/cm (45 psi) SF₆ Betriebsdruckgrenze bei minimalem Aufwand ohne Erhitzen bzw. Erwärmen des Unterbrechers gesteigert werden. Das heißt, daß die Verflüssigung der lichtbogenlöschenden Gasmischung bei sehr viel höherem Druck erfolgt, als es für SF₆ allein zutrifft. CF₄ hat eine kritische Temperatur von -45°C undjkann bei irgendeinem Druck benutzt werden. Ferner sind Fluorkohlenstoffgase (das heißt die perfluorierten Alkane CF₄ und C₂F,) preiswerter als SF, erhält-By using SF in conjunction with CF ₄ or CF, the operating pressure can thus be increased above the 3.16 kp / cm (45 psi) SF ₆ operating pressure limit with minimal effort without heating or warming the interrupter. This means that the liquefaction of the arc-extinguishing gas mixture takes place at a much higher pressure than is the case for SF ₆ alone. CF ₄ has a critical temperature of -45 ° C and can be used at any pressure. Furthermore, fluorocarbon gases (i.e. the perfluorinated alkanes CF ₄ and C ₂ F,) are cheaper than SF,

^liCh" 809823/0743 ^liCh "809823/0743

AOAO

Es ist festzustellen, daß ein Zusatz von CF. oder C_?F_fi zu SF, eine Änderung bezüglich der relativen Regenerations- bzw. Erholungsgeschwindigkeit des Leistungsschalters führt, wobei diese in unerwarteter Weise in einer im wesentlichen linearen Beziehung zum Anteil der Gase in der Mischung steht. Dies ist durch die durchgezogenen Kurven in Figur 6 dargestellt, welche die relative anfängliche Geschwindigkeit des Anstieges der Erholungsspannung (im Vergleich zu reinem SF,) in Abhängigkeit von dem relativen SF, Gehalt der Gasmischung sind, und zwar bei einem stromaufwärtigen Gesamtüberdruck (über dem atmosphärischen Druck) vonIt should be noted that the addition of CF. or C _? F _fi to SF, a change in the relative regeneration rate of the circuit breaker, which unexpectedly has a substantially linear relationship to the proportion of gases in the mixture. This is illustrated by the solid curves in Figure 6, which are the relative initial rate of increase in recovery voltage (compared to pure SF,) as a function of the relative SF, content of the gas mixture, at a total upstream pressure (above atmospheric Print of

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21,o9 kp/cm (3oo psig) für eine Anderungsgeschwindigkeit des Laststroms von 13 A/ii see. Bei einer noch größeren Anderungsgeschwindigkeit des Laststroms (25 A/u see.) ist die Wirkung des Mischens von CF. mit SF durch die gestrichelte Linie dargestellt, die noch mehr einer geraden Linie angenähert ist. Dies ist ein vorteilhafter Umstand, da das Hinzufügen von CF. oder C„F, zu SF, die relative anfängliche Anstiegsgeschwindigkeit der Erholungsspannung um einen angemessen kleinen Wert reduziert, und kleine Änderungen in den Mischungsverhältnissen führen zu keiner bedeutenden Änderung dieses Wertes.2
21.09 kp / cm (300 psig) for a rate of change in load current of 13 A / ii see. With an even greater rate of change in load current (25 A / u see.), The effect of mixing CF. represented with SF by the dashed line, which is even more approximated to a straight line. This is a beneficial circumstance since adding CF. or C "F, to SF, the relative initial rate of rise of the recovery voltage is reduced by a reasonably small amount, and small changes in the mixing ratios do not result in a significant change in that value.

Eine Wirkung des Zusetzens von per- bzw. durchfluoriertem Alkan zu SF^ ist in Figur 7 dargestellt, die eine grafische Darstellung der Erholungsspannung in Abhängigkeit von der mit dem Stromnull beginnenden Zeit beinhaltet. In dem Augenblick, wenn ein Leistungsschalter infolge eines Kurzschlußfehlers öffnet, zeigt das Einschwingverhalten der Erholungsspannung des Leistungsschalters sofort nach Auftreten des Stromnulls Spannungsspitzen, wie es in Figur 7 dargestellt ist. Der Spitzenwert der anfänglichen Spitze, welche bei 5o - 1oo KV auftreten kann, wird in typischer Weise in 5-1o ii see. für eine maximale Erholungseffektivspannung von 2oo - 3oo KV erreicht. Obwohl diese Spitzen (die durch Übertragungsleitungseffekte begründet werden) mit der Zeit gedämpft werden, können sie ein Neuzünden bzw. Rückzünden des Lichtbogens begründen, bevor die Erholungsspannung die volle Leitungs- bzw. Netzspannung erreicht (was 2oo - 3oo η sec. erfordern kann). Das Hinzufügen des perfluorierten Alkans zu SF, ermöglicht ein Verwenden eines Gasdrucks über dem reinen SF, Verflüssigungs-An effect of adding perfluorinated or fully fluorinated alkane to SF ^ is shown in FIG. 7, which contains a graphic representation of the recovery voltage as a function of the time beginning with zero current. At the moment when a circuit breaker opens as a result of a short-circuit fault, the transient behavior of the recovery voltage of the circuit breaker shows voltage peaks immediately after the occurrence of the current zero, as is shown in FIG. The peak of the initial peak, which can occur at 5o - 100 KV, is typically 5-1o II see. for a maximum recovery effective voltage of 2oo - 3oo KV. Although these peaks (caused by transmission line effects) are dampened over time, they can cause the arc to re-ignite or re-ignite before the recovery voltage reaches full line or mains voltage (which may require 2oo - 3oo η sec.). Adding the perfluorinated alkane to SF enables a gas pressure to be used above the pure SF, liquefaction

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toto

druck, so daß die dielektrische Erholüngsgeschwindlgkeit der Gasmischung schneller bzw. größer ist als die Anstiegsgeschwindigkeit der in Figur 7 dargestellten ersten Spannungsspitze. Dementsprechend wird die Wahrscheinlichkeit einer vorzeitigen Lichtbogenrückzündung verringert.pressure, so that the dielectric recovery speed of the gas mixture is faster or greater than the rate of rise of the first voltage peak shown in FIG. Accordingly the likelihood of premature arc flashback is reduced.

Figur 8 ist eine grafische Darstellung der innerhalb von Mikrosekunden nach Stromnull auftretenden spezifischen Werte der Erholungsspannung, wobei das relative Leistungsvermögen von SF. allein, von CF. allein, von einer Mischung aus 5o % SF, sowie 5o % CF₄ und von einer Mischung von 25 % SF_ß sowie 75 % CF. dargestellt ist. Es ist ersichtlich, daß das Verhalten der Gasmischungen enge Parallelen zu dem Verhalten von SF, allein hat, währendFigure 8 is a graph of the specific recovery voltage values occurring within microseconds of zero current, with the relative performance of SF. alone, from CF. alone, from a mixture of 50% SF and 50% CF ₄ and from a mixture of 25% SF _ß and 75% CF. is shown. It can be seen that the behavior of the gas mixtures has close parallels to the behavior of SF, alone, while

sich das Verhalten von CF. allein deutlich von demjenigen von SF, sowie den Gasmischungen'/unterlegen unterscheidet. Somit ist es klar, daß es wünschenswert ist, die Gasmischungen in den Gasstromschaltern anzuwenden. /el«the behavior of CF. only clearly different from that of SF, as well as the gas mixtures' / inferior. So it is it is clear that it is desirable to use the gas mixtures in the gas flow switches. / el «

Die vorstehenden Ausführungen beschreiben einen Gasstromschalter, der eine schnelle thermische und dielektrische bzw. elektrische Erholung zeigt, welche zu einer Vergrößerung in der maximalen Anstiegsgeschwindigkeit der Erholungsspannung führt, die nach Auftreten des Null-Laststroms ausgehalten werden kann. Der Leistungsschalter verwendet ein Fluorkohlenstoffgas, so daß eine von der Lichtbogenbildung herrührende Verkohlung (carbonization) durch Bilden eines stabilen kohlenstoffhaltigen Gases reduziert wird.The above explanations describe a gas flow switch, which shows rapid thermal and dielectric / electrical recovery leading to an increase in the maximum Rise speed of the recovery voltage leads, which can be sustained after the occurrence of the zero load current. The circuit breaker uses a fluorocarbon gas so one of carbonization resulting from arcing is reduced by forming a stable carbonaceous gas.

Während nur gewisse bevorzugte Merkmale der Erfindung in beispielhafter Weise dargestellt wurden, kann der Fachmann im Rahmen der vorliegenden Erfindung viele Abwandlungen und Änderungen vornehmen.While only certain preferred features of the invention have been illustrated by way of example, those skilled in the art can within the scope make many modifications and changes to the present invention.

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I eI e

e rs e i t ee r i t e

Claims (4)

General Electric Company AnsprücheGeneral Electric Company claims 1.)Elektrischer Leistungsschalter mit relativ beweglichen Kontakten innerhalb einer Lichtbogenkammer, die von einem lichtbogenlöschenden Fluid durchströmt wird, wenn die Kontakte unter
elektrischen Uberlaststrombedingungen getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtbogenlöschende Fluid eine Mischung aus Schwefelhexafluorid und einem Fluorkohlenstoffgas enthält.1.) Electrical circuit breaker with relatively movable contacts within an arc chamber through which an arc-extinguishing fluid flows when the contacts are below
electrical overload current conditions, characterized in that the arc extinguishing fluid contains a mixture of sulfur hexafluoride and a fluorocarbon gas. 2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorkohlenstoffgas ein per- bzw. durchfluoriertes (perfluorinated) Alkan enthält.2. Circuit breaker according to claim 1, characterized in that the fluorocarbon gas is a perfluorinated or fluorinated (perfluorinated) Contains alkane. 3. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorkohlenstoffgas Tetrafluormethan enthält.3. Circuit breaker according to claim 1, characterized in that the fluorocarbon gas contains tetrafluoromethane. 4. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorkohlenstoffgas Hexafluoräthan enthält.4. Circuit breaker according to claim 1, characterized in that the fluorocarbon gas contains hexafluoroethane. 809823/0743809823/0743