NO855379L - Trykkgassbryter. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse tar utgangspunkt i en trykkgassbryter ifølge den innledende del av patentkrav 1.

Med denne innledende del av nevnte patentkrav refererer oppfinnelsen seg til en teknikkens stilling hva angår trykkgassbrytere, slik denne er beskrevet i DE-C2 28 11 947. Den kjente trykkgassbryter oppviser et oppvarmingsvolum som er fyllt med slukkegass, og i hvilket ved utkobling,slukkegasstrykket på grunn av den termiske varmevirkning av en lysbue som trekkes mellom to koblingsstykker som skilles,øker mer eller mindre sterkt, avhengig av styrken på den strøm som skal brytes. For at man ved utkobling av forholdsvis mindre strømmer skal bibeholde et slukkegasstrykk som er tilstrekkelig for ut-blåsing av lysbuen, er det imidlertid nødvendig å forhindre en for tidlig utstrømning av slukkegassen fra oppvarmingsvolumet gjennom en ventil som er avhengig av stil-lingen av de to bevegelige koblingsstykker. Dessuten er det nødvendig med en ytterligere ventil for å forhindre overbelastning av oppvarmingsvolumet ved kobling av forholdsvis større strømmer.

Oppfinnelsen løser oppgaven slik det fremgår av den kjen-netegnende del i kravene, ved hjelp av en trykkluftbryter av den innledningsvis angitte art, ved hjelp av hvilken man kan koble store og små strømmer uten innlemmelse av trykkstyrende ventiler.

Trykkluftbryteren ifølge oppfinnelsen utmerker seg derved at ved å anordne i det minste et utstrømningsrør mellom lysbue- og utløpsrom, oppnår en øket trykkoppbygning i oppvarmingsvolumet ved kobling av mindre strømmer, og unngår en for høy trykkoppbygning ved kobling av større strømmer. Derved unngår man bruken av trykkstyrende ventiler, og kan holde bruddstyrken på et hus som rommer oppvarmingsvolumet på et forholdsvis lavere nivå.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli nærmere omtalt un-

der henvisning til utførelseseksempler som er vist på tegn-ingen . Fig. 1 er et snitt sett ovenfra gjennom en første utfør-elsesform for en trykkgassbryter utført i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er et diagram som viser den tidsmessige avhengig-het av strømmen I og slukkegasstrykkene P]_ og P2umiddelbart ved strømreduksjon for en dyseåpning ved en trykkgassbryter ifølge fig. 1, med forskjellige dimensjonerte utstrømningsrør. Fig. 3 er et snitt sett ovenfra gjennom en annen utfør-elsesform for en trykkgassbryter ifølge oppfinnelsen. Fig. 4 er et snitt sett ovenfra gjennom en tredje utfør-elsesform for en trykkgassbryter ifølge oppfinnelsen. Fig. 5 er et snitt sett ovenfra gjennom en fjerde ut-førelsesform for en trykkgassbryter ifølge oppfinnelsen.

På alle tegningsfigurer er like deler forsynt med samme henvisningstall. Ved alle de trykkgassbrytere som er vist på figurene 1, 3, 4 og 5 er der i et ikke vist hus som er fyllt med en isolasjonsgass, f.eks. svovelhexa-fluorid med et trykk på 4 til 6 bar, ført to. strømtilkob-linger, henholdsvis 1 og 2, som står i elektrisk ledende forbindelse med et stasjonært koblingsstykke 3, respektive et bevegelig koblingsstykke 4. Slik det fremgår av den venstre side på fig. 1, står de to koblingsstykker 3 og 4 i berøring med hverandre i innkoblet tilstand i et koblingskammer 5 som befinner seg i huset. Koblingskammeret 5 inneholder et oppvarmingsvolum 6 som omfat-

ter det stasjonære koblingsstykket 3, såvel som et lysbuerom 7 som ved utkobling befinner seg mellom de fra-skillende koblingsstykker 3 og 4, og hvor en lysbue 8

som er trukket mellom koblingsstykkene 3 og 4, brenner (høyre side av fig. 1). I lysbuerommet 7 befinner der seg en dyseåpning 10 som er begrenset av en isolasjons-stoffdel 9 og i innkoblet tilstand er lukket av det bevegelige koblingsstykket 4, og gjennom hvilken åpning en slukkegass strømmer i pilretningen når en påtrykt strøm I nærmer seg en nullstrømgjennomgang. Den del av lysbuerommet 7 som befinner seg nedstrøms i forhold til dyseåpningen 10, er via et utstrømningsrør 11 forbundet med et utløpsrom 12 som er omgitt av det ikke viste hus. Slik det fremgår av fig. 1, kan man i stedenfor et ut-strømningsrør 11 bruke flere utstrømningsrør.

Bryteren ifølge oppfinnelsen virker som følger: Ved utkobling blir det koblingsstykket 4 som står i inngrep med det stasjonære koblingsstykket 3, beveget nedover ved hjelp av et ikke vist drivorgan. Under forløpet av utkoblingsbevegelsen føres de to koblingsstykker 3 og 4 fra hverandre, og mellom disse koblingsstykker blir der trukket en brennende lysbue 8 i lysbuerommet 7. Ved sin termiske virkning vil lysbuen 8 øke trykket av den slukkegass som befinner seg i oppvarmingsvolumet 6.

Ved kobling av større strømmer er dette trykk så stort at etter frigjøring av dyseåpningen 10 på grunn av koblingsstykket 4, blir bevirket en intensiv beblåsning av lysbuen 8 på grunn av den slukkegasstrømning som finner sted fra oppvarmingsvolumet 6 gjennom lysbuerommet 7 og utstrømningsrøret 11 til utløpsrommet 12. Fordi oppvarmingsvolumet 6 i den forbindelse så å si til stadighet står i forbindelse med utløpsrommet 12, og den kjølige gass som befinner seg i utstrømningsrøret 11, blir blåst ut med lydens hastighet på grunn av det gjeldende over-kritiske trykkforhold, unngår man en overstadig trykkbe-lastning av oppvarmingsvolumet 6.

Ved kobling av mindre strømmer derimot, vil den kjølige slukkegass som befinner seg i utstrømningsrøret 11, etter frigjøring av dyseåpningen 10, blokkere utstrømningen av den oppvarmede slukkegass fra lysbuerommet 7 lenger, og derved også fra oppvarmingsvolumet 6, fordi den på grunn av det lavere trykk blir blåst ut med en vesentlig lavere hastighet enn lydens hastighet. Når man nærmer seg nullgjennomgang for strømmen, blir også i dette tilfellet den kjølige slukkegass, av den slukkegass som står under for-høyet trykk og befinner seg i oppvarmingsvolumet 6, skjø-vet ut av utstrømningsrøret 11, og blåser lysbuen 8. Sammenligninger med en trykkgassbryter uten et slikt ut-strømningsrør, gir i den forbindelse under oppvarmingsfasen et forhøyet slukkegasstrykk i oppvarmingsvolumet 6 i forhold til fylltrykket Pp for den slukkegass som befinner seg i koblingskammeret 5, hvilket ved strømmens nullgjennomgang i forhold til fylltrykket PF er forhøyet med verdien A P]_. Denne ytterligere trykkforhøyelse rek-ker vanligvis til å kunne beblåse lysbuen 8 tilstrekkelig ved strømmens nullgjennomgang.

Det ovenfor omtalte saksforhold er anskueliggjort på

fig. 2, hvor der er angitt forløpet av den strøm I som skal brytes, og slukkegasstrykket P]_ umiddelbart nedstrøms i forhold til dyseåpningen 10, såvel som trykket P-^y i oppvarmingsvolumet 6 under en etter tidspunktet tg be-gynnende periode T for den strøm som skal brytes, ved en trykkgassbryter ifølge oppfinnelsen med et utstrømnings-rør på ca. 0,7 m. Utstrømningsrøret 11 gjør det mulig under den høystrømsfase som etterfølger tidspunket tg, å øke trykket P]_ for slukkegassen nedstrøms i forhold til dyseåpningen 10 til en maksimal verdi. Tilsvarende sti-ger gasstrykket i oppvarmingsvolumet 6 til denne verdi. Når man nærmer seg strømmens nullgjennomgang ved tidspunktet tg + T/2, har trykket P]_ for slukkegassen umiddelbart nedstrøms i forhold til dyseåpningen 10 falt til verdien av fylltrykket PF for slukkegassen, og der står til disposisjon en trykkforskjell på £P^for beblåsning av lysbuen 8, idet denne forskjell er et resul-tat av forskjellen i slukkegasstrykk i oppvarmingsvolumet 6 P-|_H og umiddelbart bak dyseåpningen 10.

En ytterligere økning av den trykkforskjell som står til disposisjon ved strømmens nullgjennomgang ved beblåsning av lysbuen 8, oppnår man derved at avstanden L mellom dyseåpningen 10 og den ende av utstrømningsrøret 11 som vender mot utløpsrummet 12, blir optimalisert. Det har vist seg at ved en avstand L mellom

c/32f og c/5f,idet

c er lydhastigheten i slukkegassen under fyllebetingelser og

f er nettfrekvensen for den strøm som skal brytes, gir en ytterligere forøkning av den virksomme trykkforskjell A P]_ over dyseåpningen 10. I den forbindelse kan man bestemme den øvre og nedre grense av avstanden L ved hjelp av en

fortetningsbølge som oppstår i oppvarmingsfasen av lysbuen, og brer seg med lydhastigheten i slukkegassen, og som føres videre i utstrømningsrøret 11 og ved dettes åpne ende blir reflektert som fortynningsbølge. Alt et-tersom der ønskes en eller to refleksjoner, gis der di-mensjoner ingsområder for avstanden L fra c/16f til c/5f respektive fra c/10f til c/32f.

Ved trykkgassbrytere for forholdsvis store kortslutnings-strømmer er det spesielt fordelaktig å gjøre avstanden L større enn c/10f og mindre enn c/5f, fordi forplantnings-tiden for fortynningsbølgen i utstrømningsrøret 11 da blir beregnet slik at denne bølge etter refleksjon ved den åpne ende av utstrømningsrøret 11 omtrent ved tidspunktet for strømmens nullgjennomgang befinner seg i om-rådet for dyseåpningen 10, og der frembringer en betydelig trykkreduskjon.

Ved en ifølge oppfinnelsen utført trykkgassbryter med en avstand L som befinner seg ovenfor omtalte område, og eksempelvis utgjør 0,3 m får man det på fig. 2 angitte for-løp av slukkegasstrykket P2umiddelbart nedstrøms i forhold til dyseåpningen 10. Herav fremgår det at ved en slik dimensjonert trykkgassbryter vil der ved tidspunktet for strømmens nullgjennomgang, nemlig ved tg + T/2, i oppvarmingsvolumet 6 stå en slukkegass med et trykk P2htil disposisjon, hvis trykkforskjell £ P2i forhold til trykket P2for slukkegassen umiddelbart nedstrøms i forhold til dyseåpningen 10, er tilnærmet dobbelt så høy som den tilsvarende trykkforskjell A P-j_ ved en trykkgassbryter med et utstrømningsrør 11 som er dimensjonert utenfor det ovenfor omtalte område. Dette er fremfor alt betinget derved at ved den passende beregning av avstanden L, vil trykket i slukkegassen ved tidspunktet for strømmens nullgjennomgang umiddelbart bak dyseåpningen 10 bli senket betydelig under verdien for fylltrykket Pp for slukkegassen.

Ved trykkgassbrytere for forholdsvis små kortslutnings-strømmer er det vanligvis tilstrekkelig å gjøre avstanden L større enn c/20f og mindre enn c/12f, da utstrømnings-røret 11 på grunn av den forholdsvis lavere trykkoppbygning i oppvarmingsvolumet 6,.da oppviser en tilstrekkelig sperrevirkning inntil der opptrer en to ganger reflektert fortynningsbølge ved den åpne ende av utstrøm-ningsrøret 11.

Tverrsnittet av utstrømningsrøret 11 bør være dimensjonert større enn tverrsnittet av dyseåpningen 10, for å sikre det ønskede trykkfall over dyseåpningen 10. Det anbefales å gjøre tverrsnittet for utstrømningsrøret 11 mindre enn 0,8 x f x VH x PF/( PLBx c), idet VH utgjør størrelsen av oppvarmingsvolumet 6,

f er nettfrekvensen for den strøm som skal brytes,

Pp er fylltrykket for slukkegassen,

A PLb er det av lysbuen 8 i oppvarmingsvolumet 6 i tillegg til fylltrykket Pp oppbygd trykk ved maksimal strøm, for hvilken sperrevirkningen av utstrømningsrøret 11 nettopp ennå ikke er nødvendig (vanligvis ca. 1 bar) og c er lydens hastighet.

Ved en slik dimensjonering blir energitapet som oppstår på grunn av utstrømningen av den oppvarmede slukkegass i det rom som befinner seg nedstrøms i forhold til dyseåpningen 10, og oppstrøms i forhold til fasegrensen mellom varm- og kaldgass i utstrømningsrøret 11, begrenset til ca. 20%.

Utstrømningsrøret 11 kan, slik det fremgår av fig. 1, være tildannet sylinderformet. Det kan imidlertid også, slik det er vist med stiplet strek på fig. 1, være tildannet krummet. Derved oppnår man i tillegg den fordel at utstrømsgassen føres til et vilkårlig (spesielt di-elektrisk ubelastet) sted i utløpsrommet 12.

Videre er det, slik det er angitt på fig. 1, tenkelig

i stedenfor et eneste utstrømningsrør 11 å benytte flere utstrømningsrør. I den forbindelse er det bare nødven-dig å være oppmerksom på at tverrsnittene for disse ut-strømningsrør 11 til sammen ligger innenfor den ovenfor angitte grenser for verdien av tverrsnittet for utstrøm-ningsrøret 11.

For oppnåelse av en kompakt byggeform for trykkgassbry-teren ifølge oppfinnelsen er det, slik det er angitt på fig. 3, mulig å fremstille utstrømningsrøret av to kon-sentrisk i forhold til hverandre anordnede og sentralt i forhold til det bevegelige koblingsstykket 4 førte røravsnitt 13 og 14, eller, slik det er angitt på fig. 4, å tildanne utstrømningsrøret 11 som en skrue 15, og tilordne denne skrue 15 perifert i forhold til det bevegelige koblingsstykket 4.

Slik det er angitt på fig. 5, er det også mulig å anordne utstrømningsrøret umiddelbart i det bevegelige koblingsstykket 4. På grunn av oppnåelsen av en kompakt byggemåte er det tilsvarende utførelsesformen i-følge fig. 3 også i dette tilfellet hensiktsmessig å bygge utstrømningsrøret 11 opp av to konsentriske rør-avsnitt 13 og 14.

Utstrømningsrøret bør være tildannet av et varmebestandig materiale. For oppnåelse av en ytterligere kjølevirkning for utløpsgassen, er det fordelaktig å anordne.godt varmeledende materiale i tilstrekkelig grad i utstrømningsrøret. Slikt materiale består fordelaktig av metall, f.eks. kobber eller stål, og kan eksempelvis danne hele veggen av utstrømningsrøret, men kan være anordnet bare på noen steder av denne veggen. Ved et utstrømningsrør som over-veiende består av et godt varmeledende metall, er det å anbefale at den midlere veggtykkelse av dette rør gjøres større enn 0,5 mm. Utstrømningsrøret oppviser da en tilstrekkelig varmeledningsevne og varmekapasitet, for i lø-pet av kort tid å oppta en betydelig del av den energi som ved kobling av store kortslutningsstrømmer under oppvarmingsfasen av lysbuen strømmer sammen med utløpsgassen gjennom dyseåpningen 10 i utstrømningsrøret 11. På denne måte unngår man forbigående en oppvarming av utløpsrommet 12, hvilket innebærer at trykkforskjellen mellom oppvarmingsvolumet 6 og utløpsrommet 12 blir større, og faren for utløpsoverslag er redusert.

Claims (11)

1.T rykkgassbryter, omfattende a) et hus fyllt med slukkegass, b) et koblingskammer (5) som befinner seg i huset, c) et utløpsrom (12) som befinner seg i huset og som opp-tar oppvarmet slukkegass fra koblingskammeret (5) d) to koblingsstykker (3, 4) som er anordnet bevegelig i forhold til hverandre i koblingskammeret (5), e) et oppvarmingsvolum (6) som befinner seg i koblingskammeret (5), og omfatter et første (3) av de to koblingsstykker (3,4), f) et lysbuerom (7) som befinner seg i koblingskammeret (5) og kan forbindes med oppvarmingsvolumet (6) ved utkobling, g) en dyseåpning (10) som befinner seg i lysbuerommet (7) og ved utkobling gjennomstrømmes av slukkegassen, ved hvilken bryter h) en lysbue (8) som dannes ved et koblings forløp mellom koblingsstykkene (3, 4) blir beblåst av en lysbuefremskaffet slukkegasstrømning, karakterisert ved at der mellom lysbuerommet (7) og utløpsrommet (12) er anordnet et utstrøm-ningsrør (11) som åpner seg mot utløpsrommet (12).

2.B ryter som angitt i krav 1, karakterisert ved at j) avstanden mellom dyseåpningen (10) og den ende av ut-strømningsrøret (11) som vender mot utløpsrommet (12) er større enn c/32f og mindre enn c/5f, idet c er lydens hastighet for den slukkegass som befinner seg i koblingskammeret, og f er nettfrekvensen av den strøm som skal kobles ut.

3. Bryter som angitt i krav 2, karakterisert v e d at k) avstanden mellom dyseåpningen (10) og den ende av ut-strømningsrøret (11) som vender mot utløpsrommet (12) er større enn c/16f.

4. Bryter som angitt i krav 3, karakterisert ved at

1) avstanden mellom dyseåpningen (10) og den ende av ut-strømningsrøret (11) som vender mot utløpsrommet (12) er større enn c/10f.

5. Bryter som angitt i krav 2, karakterisert ved at m) avstanden mellom dyseåpningen (10) og den ende av ut-strømningsrøret (11) som vender mot utløpsrommet (12) er mindre enn c/10f.

6. Bryter som angitt i krav 5, karakterisert v e d at n) avstanden mellom dyseåpningen (10) og den ende av ut-strømningsrøret (11) som vender mot utløpsrommet (12) er større enn c/20f og mindre enn c/12f.

7. Bryter som angitt i et av kravene 2-6, karakterisert ved at o) tverrsnittet av utstrømningsrøret (11) er større enn tverrsnittet av dyseåpningen (10), og p) mindre enn 0.8 x f x VH x Pp/(A <p>lb x ^ ' i(3et Vy er størrelsen av oppvarmingsvolumet 6, Pp er fulltrykket for slukkegassen i koblingskammeret (5), og IS. Plb er det trykk som ved maksimal strøm bygger seg opp i tillegg til fylltrykket Pp på grunn av lysbuen i oppvarmingsvolumet og akkurat er tilstrekkelig for sperrevirkningen av utstrømningsrøret (11).

8. Bryter som angitt i et av kravene 1-7, karakterisert ved at p) i det minste et av utstrømningsrørene (11) er tildannet med kromning.

9. Bryter som angitt i krav 8, karakterisert ved at r) at minst et utstrømningsrør (11) er tildannet som en skrue (15).

10. Bryter som angitt i et av kravene 1-7, karakterisert ved at s) minst et utstrømningsrør (11) oppviser to konsentriske røravsnitt, av hvilke t) et ytre røravsnitt (14) åpner seg mot utløpsrommet (12) og et indre røravsnitt (13) som er forbundet med det ytre røravsnitt (14) slutter seg til lysbuerommet (7).

11. Bryter som angitt i et av kravene 1-10, karakterisert ved at u) utstrømningsrøret (11) er dannet av et godt varmeledende materiale, f.eks. kobber eller stål, og oppviser en midlere veggtykkelse større enn 0,5 mm.