handbook of switchgears - · pdf filehandbook of switchgears.pdf author: asus created date:...

27
Circuit Breaker Technologies 1.13 (a) (b) 1.2 CIRCUIT BREAKER TECHNOLOGY High voltage circuit breaker technology has changed radically in the past 15 years. Most utility systems are having mix population of bulk oil, minimum oil, vacuum, air blast, SF6 two-pressure, and SF6 single-pressure circuit breakers. The SF6 single-pressure circuit breaker has become the current state of the art technology at transmission voltages (72.5 kV and above). However, SF6 gas has been identified as a greenhouse gas, and safety regulations are being introduced in many countries in order to prevent its release into the atmosphere. Vacuum circuit breaker has emerged as the dominant technology in the medium voltage range due to its superior features such as long contact life, lack of maintenance requirement, low operating energy requirement and high reliability. This chapter briefly discusses the trends in the technology of circuit breakers such as bulk oil circuit breakers (BOCBs), minimum oil circuit breakers (MOCBs), air blast circuit breakers (ABCBs), SF6 circuit breakers (SF6) and vacuum circuit breakers (VCBs). 1.2.1 Bulk Oil Circuit Breakers (BOCBs) The circuit breakers in which the contacts part in oil and wherein the oil also provides the main insulation between the live part and earthed metal tank are called bulk oil circuit breakers. These types of breakers are designed in all voltage ranges from 1000 V to 330 kV. Although the earliest switching devices employed air as the extinguishing medium, it was not long before a better dielectric was needed, and insulating oil soon appeared on the switchgear scene. Initially it was used in small quantities just around the contacts. As larger powers and Fig. 1.7: Vacuum arc diagram

Upload: phungtruc

Post on 10-Feb-2018

235 views

Category:

Documents


6 download

TRANSCRIPT

Page 1: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

������������� ��������� ����

(a)

(b)

��� ��������� ������������

��������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������� ���������!������������!�������!����������!�"#$��%�&������!����"#$������&����������������������

��"#$������&������������������������������ ���������� ������ � ������� ���������������������������������'()����*���������+����%��!�"#$����������������� ������������������!������� �������������������������������������������������������������������������������������������

*�������������������������������������������������������������������������������� ��� ���� �������� ������ ����� ��� ����� �������� �� !� ����� � � ���������� �,������!� ��%���������������,���������������������������

�������������� �������������������������������������� �����������������������������������������������'-��+!����������������������������'�-��+!��������������������������'.��+!"#$����������������'"#$+���������������������������'*��+�

����� ����������������������������

��������������������%���������������������������������%���������������������������������������������%�������������������������������������������������������������������� �������� �������������������������������������� �����///�*����00/��*�

.�������������������%�������������������������������������������������!����%������������ �������������������%������!� ���� ��������������� ��������������� ��� �%������������ 1��������� ���%��� ���� ��� ������ ,��������� 2���� ������� ��� ����������.�� ������ ��%��� ���

Fig. 1.7: Vacuum arc diagram

Page 2: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

���� ���������� �"%��������

��������%���,����!��������%��������������������������������������������������������������������������������������%��������

1��������!�������������%������������������������!���������������� �������!����������� ��� � � ��� �������� ������ ���� ��� ���� ��� ��� ���!� ���� ��� �������� %����� �������� ����������!�%�� ��� ������� �������������������������������������������������������������������� ��� ��������� ������ ����� �������� ��� ��� ����� ����� � � ��%�� �������������� .�� ������������ �������!� ��� ������� ��� ������� ��� ��� ��� ������������� � � ��� ���� �������� ���&������������������� �����������������������������������������!��������������������������������!������������������������������������ ����������-������������������������������������������������������������� �������������%����� ���������%���������������������&����� ��� �������� ������ �������� �������!� ���� ��� �������������� � � ��� ���� ����� ����� ��� ���������������������������������

#�������������%����������������������� �������&�����3������������4�������3�����2�����4!�%����� ��������������� ��������������������������������������������

#�������5�����������&����������%����� ��������������&����������������������� ����������� ����������� ������������������������������������������������������������������������� ������� ��� ������� ��� ����������%������%���� ���������� �������� ���������� ������� � ������������������������������������������������������������������� ������������������������������� ������������������������������������������������� ������������!������������������������������� ����������

Fig. 1.8: Side-vented arc control device

Page 3: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

������������� ��������� ����

��������������������������� ���������������� �����������!� ����������������%� �������������������� ��� ���������������6�������������7��� ��� �����!� �������&��������������������������������������������������������������������������.�������������%������������������� �����������������!����������������������������������!������������� ����������������������!�%��������%���������������������������� ��������� ���� ����!�%�������!����������������� �,����� �� ��� ��� ������� � � ��� ���� ����!� ���� �������� ���� �������� ���� ��� ���������������� �������������� ���������� ���������� ������������������ �����������%������������%��������!������������������������� �������������������-��� ����� ������������������������������������������������ ���������������%�������������������� ����������&�������������������%�������������� ����������%��������������������������������������� ����������� ������������������������������ ���������������������������������������%���������� ��%� ��������� .��%���� ���� ����� � � �������� �������%����� ��� ��� ��%�� � � ��� ���� ��������� ��� ����� ��� ���� �%�� ���������!� ���� ������ �� 3��������� 7��4� ��� ��� �������� �����������

������������������������������������������ �������!� ��������%����������������������� ��������� ����� ��� ������ '#���� ��8�� ���� ��8�+!� ���� ��� ���� �������������!� �������� � � ��� ��������������������#���!������������������������������ ��������������� ������������������������������������������!�%����!��������!���� �������������������������������.��������������������������� ��������������� ������������ �������� ��������������������%������� ���������

Fig. 1.9: (a) View of bulk oil circuit breaker, (b) Breaker with oil tank lowered

Page 4: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

���� ���������� �"%��������

���� ���� �������� ������ ��� ����� ��� ���� ����!� ���� ����� ���� � � ���� �������� ������%��� �����3����������4����%��!���������������� ����������������������%�������%����������������������������������������� ����������������������������������

������������ �������������������������%����������������00/��*�������� �������������%�� ������� ��� ��� ��� ��� � � �� ���� ����� ������� � � ���� '����� �/!///� �� ��� �� 00/� �*� ������������+!�����,�������� ����������������� ������������������������������ ����������������������. ��� ����� ���� �����!������������� �������� ������� ���� ���� ������ �������� ������%������������

����� !�"�#�#�������������������!����

��� ����� � � �������� ������� ������� ���� ��� ��� ������������ ������ ��%��!� ������ ����� �����������������!���������������������������������������������������������������������������� ���� ����� � � ��� ������ � � �-��� ������ ��� �,������� � � ���!� ���� ���� ������� ����� ������%��������������������������������� ���������������������������������������� �����///�*����($���*���������������&����������,���.�����������%�� �0$��*��-�����������������������������%�����#�������/��

(a) (b)

Fig. 1.10: (a) Typical view of 36 kV MOCB, (b) Cross-section of interrupting chamber

Page 5: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

������������� ��������� ���

���� ���� � � ������ ��� %����� ���� ��� ������������� ���� ������������� ��%����� .� ������������������������ �������������������� ������������������������������������/��.�%�������������������������������� ��������� ������������������%����������������� 1�� ����� ����� ������������!��������!�%��������������������������� ���������!������������%����� ���������������������� ��9������������������:���*�%������������������������):���*�%�����%����������&������������������������ ����������������������������

1����������������������!�����������%����������������������������������������������������������������������������������!� ������������������������'���+����������������������������������.���������������������������������%������������������������������������� � ��������� ����������������� ����������!�����������������������77����������������� ���������&����������������������������������������������������������'��#�������/�+�

1�����%��&���%����������������������������������������������������� ;*�����������������&������� ������� �%�������� ���������� ���������%��!� ����� ����������� ��� ������� ����&�������������������������������������%����������������

��������� ��������%�� ���������������������� ����������������������������%���������%����������������������������!�;����������#������!�%��������������������������������������������������������������,�� ����������������

<�� ��� ����� ������ ������ ������!� �������� ���� �*� �������� ������� �� �� ���� %� ��2�������������������������������������������������������������� ����� ���&��������9������������&� &������%������������������������� �����!���������-��!�%������������������������������ ����������������������������� ������������������������������ ��������������������&������������������������������������������������������������,�������������������2������ ���� 2�� ������ ���%�������������&������� ������� �������� � � ������������� ������&���������������������� ������������������������������%������������������������������&������!�%���������� ��������� �������������������������������������

=������� ����� ���������� ��� ��������� �������� ��� ��� ��� ������ � � *�� ���������� �������������������"#$����������������������������������

����$ ������������������ ���

.������������������%�������������������������������������������������������������� ���������������������������� ������������������������������������������� ����������������&���� ��������� � � ��� ������ ������� � � ���� �������� ������� ��������� ������� �������������������������� �������� ������� �������� ������������%��!� ��� ���� ��������!���������#��������1����!����������������������%������������������ ��������������������*!�������������!������������������������%���������������������������������������������������%������������ ������� ������������������������� ���������������������������������������

��������� ����%���� ��� .������� �������� ���� ���� �������� ������� ������� ���������� ��������� ��� ��� ��� �*� ������ ��� ������ � � ��� �%� ������� ���� "#$� ������������ #����� ��������%�������������� �����������������������������

������������� ����� ������������ ����%�� ���������� ����������������� �������� ���� ������������������������� ����������������6���������2������ ������������ ������������������

Page 6: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

��� ���������� �"%��������

(a)

(b)

Fig. 1.11: (a) Main Parts of an air circuit breacker trolley, (b) Cooling arc in an insulated plate arc chute

Page 7: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

������������� ��������� ����

(c)

(d)

��� ���!� ���� ��� ������ ��� ���������� � � ������� � ��� ������� 7��� ��� �������� �� ���������%��������������������%����%�������������������������������!���������������������������������������������������������������� ������������������

Fig. 1.11: (c) Arc chute with magnetic coil, (d) Arc chute with metal arc splitter plates

Page 8: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

��� ���������� �"%��������

���������������������%���>

� 1�������������� ��������������!��������������������������������������?

� @��������������������������������������������?����

� "��������������������������������� �����������

�� �������2�������������������������� ���������������������������%������������������������������ ���������������������.������������������������� �����%�������������������������������������������7��!������������������3��������4!�������������������������������������������1 ���������������������������!���������������������������� ��������������!������������%����� ���� ���� ������ ��������� ���� ���� � � ���� ����� ���� ��� �� ���� ���� ���� ����� � � ���������������!�%���������������������������������� ����������������%��!������� ������������%������� ������������7���������������%����������� ��������!������������������������������������������������ �����%���������� ���������������������������� ���������������#��������������%����������� ����������������������������������

����������2����� ����������������������%���� ��� ����!� � � ���%������ � �������������������� ��� ����� ��%��� ����� ��� ���� ��� ���� ����� ����� ����� ����� ����������%���� ���!� ���� ��������������������������������� ������������� ���������������������������������������������� ����� ��� ����� ������ ����� ���� ��� �� ����� ���� ������!� ���� �� ����� ���� ���������� ���������� ��� ������ ��%�� ������ ��� ����� ��� ������������� ����� � � ��� ������� ������� ��� ��������� ���������� 7��� ��� ����� ���%� ���� ���� ������ #������!� ��� ����� ����� � � ���������������� ��� ��� ���� �� ������ ��� �������� � � ��� ;*� ������������ ����� ����� ��� �������� �������������������������������

����������������������������%��������,����!�������%������������!����������������������������������������������������� ������������������������������� �����������������������������������������������������������������!�������������������&��������������������� ���!�%��������������� �������������������������%�����������������!����������������������������������������������A� ������������������� ��������������������������������������������������������������!��������������������������������������������������������� ���������������������������������� ���������������%��������������������������������������������������������������������������������������1������������!����������� ����������������������������������������� ����%����������������������������������������������������������

������ ��������������������������������������������������!���������������������������������������������������������������!��������������������������������������������������������������������������� ������������������� �����������������������������������������������!�������������������������� ����������������������������������������,���������������������������� �������������� ������� ����� ��� ������� �������� ��� ��� ���� ����� ��� ��%����� ��� ������ ; �#�������������%����������������%�����������������

�������� ��� �����������!� ������� �����%������ ��������������������!������� ���������������� ��������������������������������������������������������&�������������� ���������������������������������!�������������������������������%���������!���������������!������������������������������������� ��������������������������B����������������������������� ��� ����� ������ � � �������� ��������� ��� �� ����� ���� ����!�%����� ���� ��� �� ��� ���������������������������������������

Page 9: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

������������� ��������� ����

6����������������������������� �����������!���������������������!�������������������:/��.�����)��*!�%������������ ��������� ������� ���� �������� ����!� � � �� ��������������� �� ������ �������������������� ������������������������������������ ����������������������������!��������� ������� ����� � � ������ �������������� ��� ��!� ��%��!� ���� ���������� ��� ������������������!� ������������� %��� ��� ������ �%�������� ��������� ��� ���!� ��� ��� ����� ����������������� ��� ���� �������� ������ ���������� ��������� � � ��� �������� ���%����� ��� ��� ���&�����

��%��!���������������,������ ��������������������������������������������������������������������� ��#������������������������!�%���������������������������������������!��������� ����� ��� ��������� �� ����� ������ � � ����� ���� ������� ������� ������� .� ����������������,����������������%��������������������� �����������������%��������������������� ����3���������������������4����!�����%������������������������������������������������������������ �������������� ����������!����� ��� �����%����������������� ���� ��������������������������������%����� ���������������������������������������� 1��������������������������� ������������������������� ���������������������������� ��������������� ����������� ���������������������������������������

���� ��� ���� � ������������� ����� ���� �������� ������ �,����� ��� ������� ������������� ����� ����!� �������� ���� ��������� ���� ���� �� �� ��� ��������� �� ��� ���� ���� ����������� ������� ���� ��� %���� ������� ������ "����� ��������� ���� ��� �� �������� ��� ����!���������������������������������������������������������������!��������������������� ������������ ���������������������&������������������������������������������

.� ����� ������ ���������� ��� ��������������� � � ��� ���� �������� ������ ��� ����� ��� ����������������,������������������������������������������������������������������ ���������7���� 1 � �����������������������������������������������!� �������%����������������!���������� � � %����� ��� ������� ��� ��� ��� ��!� %����� ����� ��� �������� ��� ��� �������� �������������� �������������

.���������������������������������������������� ���������������������������!������������������� ���������� ���������������������������%��������������������

����% ����������������������� ����

���� ����� �������������������������������� ������� ���������*������������!� ���������������� � � ):�� �*!� ���� ://� �*� ��� ��� ($�� �*!� ��������� %��� ����� ������ ��������� %���,������ 1�� ��� ����� �����!� �� �%�&����� ��������� %��� ������� ���� ��� ����� ��������������� %���� �� ������ ����� ���� � � ��� ����� ���� ��� ������� ��� ������� ������������� ��.������� ������� 1�� ����� ������� �����!� ��� ���������� ������� ���� � � �)� ��� ���� �������������� ���� � � ������ 5� ��� ���� ��� �������� ���� ���� � � ������ ���� ��� ���� ��� �������������������%�������������������������%���������������������������������������������������������&��������� �����&������������ �����������&���������������%����!���������� � � �� ����� ��� ��� ��������� ��� � � �� ����������� �������!� �������� ��� �������� ���� ������������������������������������ ��������� ������ ���������

1�������������������������������������� �����������������2����������%��������������������!���������%������ ���������������������B������������������������%����������������������

Page 10: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

���� ���������� �"%��������

���� �������������������@������!���������������������� �������������������������������������������������������������%��������������� ���������������������%��!�����������!������������������������������������������������������������� ���������� � ����������� ��������������� ���������������� ������������

#��������)�����%������������������� ��������������������������������B����������������������� ���������������������!��������������������������� ���!�%��������������������� ��������������������� �������������� �������������������������� �����������%����������������� ��%��������������� ���� ������ ��� ����������� �������������� ������� � � ��� ������������� �����������

����������������������������������� �����������&�������������������������%������������������ ���������������������������������������������������� ���������������������������������� ��� ����� ���� ��� ��� �������� ���� �������� � � ����� �� �������� �������.�� ������� ���� �������������������� �������������������� ����������������������������������������������������������%������� ������������������������ ���������� ��������������� ����������������������%���� ���� ������������ ��������#����� ���)�� ���%�� ��� ���������������� � ����������� #����� ���)����%�������������������������������������%�������������%�� ������������������������#�������)�����%�������������� �����������������%�������������������

�� ������������������������ ����������������� ����������� ����������� ���������� ���������������� ������C�������� ��� ������� ���� ��� ������� 0/� ��� 0�� ������ 1�� ����� ������������ ��������������������������������� ���������!���� ���������������� ����������������� ��������������������

��������!���%��!�"#$������������������������������������������������ ����������������

����& '()������������������

.������������������%�������������������������������������������� �������'"#$+�����������%���� ��� "#$� �������� ������ '#���� ���0+�� ��� �������� ������� ��� ��������� ��� ������� ����� � ������ ������� ���� ����� ������� ������������ ��� ��� 5//� �*� ���� ������ ���� ������ ��� ������������ �������&�����������������*����&����������1�� ���!�����������������������%������������������� ��� ����&����� �%�������� ��� �*� ������ ��%��!� %���� ��� ��������� � � ������������ �� �� ������ ��� ������ ����� �������!� ��� ������������ ���� �������� ������� ��B�*D9�*��������������������������������������������������������������.�������!� ��� ��������������������������&����������):���*!��%�&����������:)/��*����� ���&����������5//��*��������������

"����"#$����������������� �������������������!��� ���������������������������������� ����� ��������� ��� ����� ��� ������ ���� ����� ����� ��� ���������� ���� ��� �*� �������������%�������������� �������� ����� ���� ����������� ������������� ��� ������������������������������������������������������� �"#$����������������������������������������������������!�"#$� ���������������%�������� �� ������������������������������ ����!%����� ��� ������� ��� ����� ������ � ��������������������� � ,�������� ��������#��� ����� �����!������ ��������������������&���������������������������������

.��������������������� �� ����������� ����"#$��������������� ��� ��� 3�������������4�����&������1������������ ������!�����������������������������������������������������������

Page 11: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

������������� ��������� ����

Fig. 1.12: (a) Contacts closed: Air blast commencing Arc struck, (b) Contacts partially open: arcextinguished, (c) Contacts fully opened: Arc extinguished

Page 12: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

���� ���������� �"%��������

��� ���� ,��������� "���� ����� ����������� ���� ������ ��� ����� �,������� � � ��� ����������������� ��� ���� ����� �������� ��� ��� �� ������� ��������� ��� ������������ ��� "#$� ��������������������):���*��.����������������� �"#$�����������������������������������������������������������������!��������������������������������������������������������*������� ��������������������������������������������:�

����) *����#����������������*���

1������������������������!����������������������������������������� �������������������� ����������������������� ���������������������������������������������������������� ���()����*������:���*��������������!�����%������ ����������������������������

1�� ��������!� �� ������� ���������� ���� �� ���� ���� ������� ��� ��� ����� ���� ���������������������������������������; ��#�������:����%������������������� ������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������� ���������� �������������������������������������%���������� ������������������������������ ������������������������������������������ �������������%��� ����������������%����������������� �����!�%����!��������!�������7�������������������������������!����������������������������������������� ����������������������������/E$�����

�� �������� � � ��� ��������� ������ �� ���� ���������� ���� ��� ��� ������� �� ������� � � ��������� �������� ������ '*�+!� ���!� ��� ���!� ��� ����� ��������� � � ������� ������������ ������ ������� ��� ��� � � �������������� ���� ������� � � ��� ��������� ������� ������

Fig. 1.13: SF6 circuit breaker

Page 13: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

������������� ��������� ����

�������������������������!�����!������.���- ����!������� ������������������������� ��������������� ������������ ����5��.����$0��.��6����������������!�������������������������������������%����������%����)����0������

B���������������������������������'*1+�����������%����������������������8$/�!����������������������������������������������!���������������������������������������������������������������������#��������!������7����������������� �������*1������������������������������������������8$/���#�������������%������������ ��)��*!��)����.�*1�%�������������������������������� ����*1�������������� ����(�����������8$(����)�������������� �����7� ��������� ��� ��� ������ � ���2��� ���������� ��� ������� ���������!� ����������������!��������������������������������������� ������������������������� ����������������������� ��������������� ��������� ��� ��� �8$/�� ����������������������� ��� ������!� ��������������������� �����'��#�������$+�� ����������������������������!��������������������� �������������������%���������� ���������������1������� �������������������������������%��������������������%�������� �,����� ��� ��������� �������� ���� �����:����.�� �� ����������������� ���� ' �#+��������� ���� ������� ��� ��%� ������� ���� ���� �������������� ��� ��������� ��� ��� ���������������� �������������������������������� ��%���������������������������%�������� �������������������������������!���������!�������������������������������������� ����� ��������������%�� ���>�'�+��������������� ���������� ������������������� ��������������������������������� ���������������������!�����'�+������������������������������ �%������������� ��������������

Fig. 1.14: Vacuum interrupter

Page 14: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

���� ���������� �"%��������

7��� ��������� ��������� 1�� ����� ������� ��� ����� ������!�%����� ��� ������ ������������� ������7���

��������������� ����*1�������������%�������������������������������%�������������������'��#�������(+��1�� ���!�������������������������'*�+������������������������������������!���� ��� ����� ���� ��� ��%��� ���������� ������ ���� ��� ����������� ��������� ��� �������� ��������������������������������� ����������������������������%����������������*��%��������&����������������������������������%���& ������������

1��������������������������� ������ ���"#$����������%����*������������������ ����%���������2�������>

'�+ ����� ������ ��� �����%��������� ���������� ����& �����*1��������%������������� ����� �������� ��� �,��������������� �� � � � ��� �������� ������!� ���� �����%���� ��� �� ���� ������� ����������,�������� ������������&������������������� �

'�+ ������������������������*1���������������� ������������������������������������������������������������������������������������������"#$����������.����*1��������������������7�������%������������������"#$�������������,����%���������������&���������� ��������%������"#$����������������������� ����������� ������� �

'�+ �������� !"������"��������#������������!������������������ �*14������������� ������ ���������������� ��� ����� ����������������;��������� �*14��%����� �,����� ��� ������������������ ���������������������� �����������;F<�%������������������������&����������������� ��������� �*14��

���������� �����������������������������������0�

Fig. 1.15: Reduction in size of vacuum interrupter for 12 kV, 12.5 kA rating

Page 15: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

������������� ��������� ���

����+ ����"������,'-���./������'

G�������������%������������������������������ ��%��������%��������������� �������'"#$+���� ������� ��� ��� ����������� ��%�� ��� ���� ������ ���� ��� ������ ����� ��������� �� �����������,���������������������������&��������������� �����%�������������������!�"#$�� �������� �,������������������������������������� �����)��*����5//��*���������������������G1"��������)��*������������������ �����%����"#$������������������%�)�������� ���������� �G1"���������������������1B��$/)85D1B��$))(�&�//!����������� ����������������%���������G1"� ���������������()����*�������������������������������1B��$/��(D1B��$))(�&)/0��G������������%���������������2������������� �����������������&���������� ����������������������������&

Fig. 1.16: Contact geometry and their effect

Page 16: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

��� ���������� �"%��������

Fig. 1.17: Percentage market share trend for various technologies in medium voltage switchgear

���� ����� ���&��������������&���!���������������� ��������!� �������������!� ������� ����� ����!����������%�����

���������������������������������������������,����� ��������&����������������������!������������ ����!������������������������������� ����������� ������,���������������&�������� ��� � ���� ��� �� ���� ��������� ����� ������� ���&�������� 'G1�B"+� ��� ��� 1�����������B�����&��������������������� ���� ����������������%����%��� ���������� ���������� �����������

�������������G1"�,������� �����������������������������������������"#$���������������������������<���������������"#$������� �������������������������������������������������������������������� %�������������������������� ��� ��������,������!���� ������������������������� ���������������� ��������������G1"� ������������ �()����*������������ ���������� �%�&������� ������� ��� ���&������������� � � ������� ����������� ��� ����� �����������������1������������������&��������!���������������������������������������� ���������������������� ���������������������

G��� ��������� ����� ������� �%��������!� %����� ��� ������� ��� �������� ������������������������!���������������%>

� ��� �����$%"&� ��'()����������������� ������������� �������������������������!������ ���� � � �� �������� �����!� �� ������ ���� �����������!� ��&����� �������� � � �� ����������� ����!����� ����������������!�������������������!� ����������������&�����G1"����� ������������,��������������%���������������������������G1"���� �����������

� "���� � ���������� ���������� ���� ��� ���&����� ������ � � �����������������!� ������� ����� � � �� �������� �����!� ���� ����� '����������+� ��� �� ������������ ��� ���&���������������� �������������!� ������������������������!� ������ ��������� �&���%"&� ���$!��� ������������ ��������������� ��������������������!������������&������� ���1�������=����G1"�

Page 17: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

������������� ��������� ����

� 1�� ������� ��� ���������� ������ &����$� � ��� !� �� �������� ������������ � � �������&�������� ���&������������������ ������!� ���� ���&����������������������&������&����!� ��� ����������������� �����&���������� ����������6���� ��� ���&����� �������������������������� ��� �������������� ��������������!� ��� �������&�����,������������� ����&��&����� ������ ��� ������������!� ���� ��� �������� ������� �� �������� ������� ����� %���� ��� ������ ���� ��� ���������� � � ��� �������� ������� G1"� ���������� �������������������!����� ���������������������������������������!�%��������������&���������������������������&����������7�

� *��"�#��'()� ������� ��� ���������� ���&����� ������� ������!� %���� ���� ����� �� ������������������������������.����������������������������&������������������!������������ ����!�����������%�����!��������������������������������� ��������� �������� � ���������� ��������������������� ��� �������� ��������������������� ��� �����&������������

� �� +��&��� (��������$�)� ��� � '�1"+!� ���������� ��� )///!� ��� ���������������� ������&������������� ��������� ���&��������!� ������������������� ��������������� ����� ,�������������������������&����������������� ����������D��������&���������� �� ����������%������������� ��� 2���� ��� ,������!�%����� ����� ��� �������������� ���� ������������� ����� G1"� ��������������������������������

��$ ��������� ����0�� ���!��� ��'!'

���������� ��������� � �� �������� ��������������� ��� ���������� �������� ���������������������������������� 1��������� ���������������������������������������� ��%�����,���������%��!�%��������������� ��� ���� ������������������������!����������� ����������!�%������������������������������ ���������������� ����!�������������� %�����������%����������������������������������!� ����������������������!�%������������������������������!� ���������������������������������������������������������������%��� �������������

-������ ���� �������� ��������!� ���%��� ��� �����!� ��� ������ �������� ��� �������� ������������������������� � �� ��������������� ��������������������������� ��� �,������� ������������������� -������ ���� �������� ��������� ��� ���������� ��� ��� ��������� ��� ����� ��� ������ �������������������������������%��������������������������� ���������������������� ������������ ��� �������������� ���%��������� ��� �,����������������������� ������!�%����!� ��� ����!� �����&������ ������ ��� ��� ������ �������� ���� ���� ��� ���� ��� %����� ����� ���� ��������� �� ����������������������� ��� ��� �� ���� ��� ��� ���� ��������� ������ %���� ��� �������� ������ ��� ��1B�$))(�&�//�

���%���������� ���������������!�����������������������������������1B�$))(�&�//!������ ����%�>

� ��������� ���)///����������������������� ������0?����

� �������)� �����������������,��������� ��/!///�����������������

����������������������������������������������������!����%��������������������������,���&������ �������������� ����������������������������������������� ���"#$!�����������������

Page 18: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

��� ���������� �"%��������

���� ������������������ ���%�� ���#���� ���5��-�������� �������������� ������ ������������������������������� �����������������������������������������������������������%����������������������������������� �������������

Fig. 1.18: Operating characteristic curves

Page 19: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

������������� ��������� ����

�������� �� ���� �������������� ������� ����������� �� ��������������� ������������� ����������������

�������� ���������������� ����������������

�H��&-H�� ������� �// �//;��� �// �//������� �// �//

�&�&�-H��&�&� �� ;��� )�/ H�-H�� ;��� H �//

Table 1.3 Mechanical Duty Requirement of Circuit Breaker Operating Mechanism

%�� - I�������!���I��������!��-�I������������������ ����%������������������������

�� I�������%���%������������%��������������������������������������������������D������������������������� �������� ������������������

� I� /�0� ��� ��� �������� ������ ������� ��� ���� ����&��������� ����!� � � ���� ����%������ ���

��������� �����������,���������������� ������0��������������������������� ���������������������������������������#����������H��H-H�������������������������������������� %���� ����� ���� ���� ��� ��%��� �� ���� �,���� ������� ����� � � ����� ���������������������������������,����� � ������0����������������� ������������������ ��������������������������� ���

��$�� ���������������1�"�"/��2����#�"��

���%���������,�������� ��� �������������������������� �������������������� ����������������������������������������� �������������� ��������������,��������������������� ������ �������� ����� �������������� � ������������ ���������� ������������������� ��� �%�������!� ������� ��� �������������������������������������������� ��� ������ ��������������%����� ������������������������&������������,��������� ������������������������������������������������� ���� ��� ��������� ��� ������� ���� ������ ��� ���� ���� ��� %��������� ��� ��������������� ����������� ��������� �������%���� ���������������������� ������������� ��������%���������������������������%�����������������������

����� ������������������������������������� ���%��������������������� ������������������������������%������� ��������������������!���!�������������������!�%����������%�������� � �� ����� ���������� �������� ����� ��� ������ ���� ��� ����!� ��� ������� �������!� ���� � � ��������������������� ����� ��� �������� ������������!�%����� ���� ������� ��%�� �������������������������� ���������������������6����������������������������������������������!������������������������� ����������������������

��%��!������������ �������������������������������������� �������������������� ���������������������������!��� �������������,���������������������������������������!��������! �����������������������������������������������������������

Page 20: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

���� ���������� �"%��������

-��������������� �������� ������� � ��������������� ����%��������������� ����� ��� ��%��������!��������������������������������������������������7�����������������������������������!���������������������������� �������������������.����������� ��������������������������������� �� ������������������������������������������ �����������������������������������&�����������%�������������!������������������������������������������� �������������������1������������������������������������������������������������� �������������������������&���!�����%��!����������������������������������������������

6���� ��� ������� ��������� ��������� ���� ��� ��� �������� ���� �������!� �� ��������� �������������������������� ���%��������������������������������������������%����������&����������������������������������������7���� ����������� ���������������������� ���������������������������������

��$�� ����������������3��"/��2����#�"��

<�������������������������!��������������������������������� ����%�����,�������>

� �������� ���������� ��������������������������������,���������������������������&������?

� "������� ������������������������ ������������������ ����?

� "������ � � ����� ��� �������� ����� ��� ��� ������� ������!� ��� �-�!� "#$� ���� ���� �������������������?����

� "������� �������������������������������!�� ��,�����

�����������������������������������,��������� ���������������������������������%�

� ��� ��� ! ����� ������!��� "� #��$% ����� !��� � #��$%

��� �*� )�/��*.�://�.�� 5�)� )��(00� �*� �///��*.��)//�.�� 0��/ 0�5$$� �*� )�//��*.��)//�.�� 85�/ )5�5�0)� �*� �///��*.��)//�.�� �)/ ):0

J� ���� �������� ��� ����� �,����� ��� ������ ��� ������� ��������

Table 1.4 Typical Opening and Closing Energy Requirements of Oil Circuit Breaker

����������������,�������� ������������������������������� �00��*!��///��*.����������)/���&��

��$�$ 41��35��������������!��.�"��#�

<� ���� ����� � ����������� ��� ��������� ��� �� ���� ����� � � �������� ������!� ����%���� ������������������������������������������������������������������!�%��������������� �������%���%��������������������������� �����

Page 21: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

������������� ��������� ����

#�������������������������� ���%!����������������������������������4��������������&��� ����������������!������������������������������������ �������������������������������� ���%!� ������������� � ����������� � ��� ���&���� ������� ������������������������� �����2��������%��������������������������������������������������&���������������������������������������������������������������������

���� ������ ��� ������ ��� ��� ���� ����� ���� ���� �� �������� ��� ������� �� %��� ������� � ��������� ��������������������������������%��!��������������2����������������������������������� ��������!����� ��������!� ������� ����%������������������������������� ����� �� ����%��������4�����������������!�����������������!�%���������������������������������!�������������������!�%����������������������������������������������

������������� ���������������� ������������������������ �������������������� ���!��7�����������������!�����������������������������������-���������!��������������������%������������� ��������-���'%������,����������0�//D:�//�C���������� ���:)/��*�������������+�����"#$���������������� ���0$��*�����:���*����������#����*����������������� �:)/��*��������!���������� ��� ���������%�������������������� � �%�������!� ��������� �������������������������������������������������������%��!����������������!��������������������� ������������%�����*� ������ � "#$����� �������� ���������� ��� ��/��*�� "���������������������� ��� �� ���� ��� ������� ���� ������� ������ � � �������� ������� ��� ��� ����� ������������������������������������������������

��$�$�� '1��"/�.��/�"/!��.�"��#�

"������ ���������������������� ������������� ������������������������ ���� ������� ���������������������%��!� ��� ����%���� ����� �����!� ��� ���������������� ��� ���� ��������&�����������������"#$����������������������):���*��������.�������������������!���������� ������������������������������������������� ������������������������� �������������������������������������� ����%������������� ������������������

1�������������� ���!������������������������������ �������������������������������������������� ��������!� �� �������� ���!� �������� �������!� ��������� �������!� ���� �� ������ �������� ���������� ������ ���� ������� �������D���� ��������� ��������� ���������� �&��������� � � ���������������������������� ����%���������������������������������#�������8�

�������������������������������������������������������!�%�������������������������� ���� ���������� 1�� ����� ��� ����� ��� ������� ����!� ����� ��� ����������� ������� �������������������!������������� �������� ���� �����������#����%���� ��������������� � ��������������&����!� �� �������� ������ ��� �����!� %����� ���������� ������������ � � ��� ������� �������� ���������������������������������� ���������������!�%����� ����������� ���������������������������������������� ��� �������� ����� ���� ��� ����.�� ��� ���� ������!� ��� ����������� ��� ������ ������!%����!��������!������������������� ���������������������������������������������������� ���������� �����������������

���������������� � ��� ������ ������ ������ ��� ����� ��������� ����������� ��������� �� �����������������������������������������������������������1���������������������������������!���������������������������������������������������������������� ���������� ���������������� �� ��������� ����������� �����������!� ��%��!� ���������� ��������� ��� �������� ������������ ����������������������6������ ������������������������!� ��� ����� ������ ��������

Page 22: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

���� ���������� �"%��������

����� ����� ��� ����� ������ �������� �� ���� �������� ��� ���� ��� ����� ������ ������� ����������������������!����������������������������� ��%����� ������������������!�%�����������&���������������������������� �!������������,������������������������������� ������������������ 1�� ������� �������� ������!� ����� � � ��� ��������� ���� ��� ����� �������� ��� ��� ����������������������

��$�$�� 0"��#����!��.�"��#�

=������������������������������������� ������������������������������������������������������������� ���������������������������������%��!��������������������������������������������������������������������������������������������������"#$����������������

��� ���������!� %����� ��� ���� %���� ���� ������ �������� ������!� �������� ���� ���� ��������������������� �����������!� ���� ������������������� ������ ������������� ����������������%�������������������������������-������������������������������������������������������������������������������������ �����������������#�������)/����%��������������������

Fig. 1.19: Spring charging mechanism

Page 23: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

������������� ��������� ����

������������������))/��*�������.���������������������������������,����� ������������������������������������>

.��� ��� �������� ���������� ����� ��� ��� ���&����� ������ �� ��� ��� ��������� ���� �������������������)!����������������������������������������������������:��9����������������������%������������������!����������������������������������� ���������

1��������������������������!������������������������7�����������������������������������������.����������������������������0����� �������%��������&�������������������������%�������������������������������(������������������������$!���������������������������� ��������%��������������������������������������������������

-����������������������������!������������������!�������������� �����&%�����������!��������������������������������������������� �����������&��������������������!������������ ���������������������

.�� ��� ���������� � � ��� ��������� �����!� ��� ��������� ������� �������� �� ������ ����!%����� ������� ���� ��� ��� �����&���������������!� �������� ��� ��%�� ���� ����� ����������� ��� ������������ ����������������������!�������������������������&�������������������������������������������������������

������������������&������������������������������������������!����������������%���� ��� �������� � � ��� ����&������!� ��� �����&���������������� ��� ��������%����� ��� ������������!���������������������5���������������������������������� �������������������

H 1 �������������������7�� ����������������������������,���������������������!��������������� ����������%������������������������������������������������������������ ��������%����������������������������������������&������!�%�����������%�������

Fig. 1.20: Pneumatic mechanism

Page 24: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

���� ���������� �"%��������

����� �������������������� ���!����������������������������������������������������� �������������������������!���������������������K�������L�

���������&��������������������������������������������������������������������8�

.������������������ ����������!������ ����� ������� ����������������� ���������������������������������������������������

1�������������������������������!������������������������������������������� �������������������������&%��������� ����������������%����������������������������� ������������� ������ ���������� ����� ��� ���� ��� ������� ��� ����� �� ����������� ��� ��� ������!� %����� ������������������������������� �������������������������1���������������������������������!������������������������� �����������������-�����������������������!�����������������������������������������������������������

-������������������������������������������!�%����������������������������������%���������������� �����������������!�%����!��������!� ��������������������������������������

.����������������� ���������������������������%����������������� ����������� ���������������������������������������� ��������������������������������������� ������������������������������������ �������&%���������

��$�$�$ �4,������!��.�"��#�

������������������������������������������������ � ���������������������� ������!� �����������!��������������������������������������!������������������������������� ���� ������� ��������������������������������������%������������������������������������� ���� �������������������������� ���� �������������������2��������%�����������������������

���������������� ����������������������������������������������������������������������!�%���������������������������������� ������������������������������� �����������&�������������������������!������������������ ������������� �������������������������� ���� � ���������� �������������� ��� ������������������������ ���������� ��� ����������&�������������������������������������%��������%�����#������)�������#������)���

�������&�������������������������������������� �����������������������!��������������������������B��������� �������������������������������������������������&���������������&���� ���������� �� ����� �������� ��������� � � �� �������!� �� ������� ������� ���� ����� �����!%�������������������� �������

.�������������������������������������������������&��!��������������������������!�"#$��������������������������������������

�� ���������� ������ � � ���� ��� ���� ����� ��� ����&��������� .� �������� �������� ���� �%��������������������������������������������� ��������������������������������������1����������������������������������������������%��������������������������������������������������#���������������!��������������������%&������������ �������������������������������!%����� ���������� ��� ��� ����� ����� �� ���� �������� ��� ��� ������ �������� ��� ����������%���������-CD-##�����������������

Page 25: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

������������� ��������� ���

(a)

(b)

Fig. 1.21: (a) Electrohydraulic operating mechanism closing operation (b) Electro-hydraulic operatingmechanism opening operation

Page 26: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

��� ���������� �"%��������

���������������������� ����������������������������������� ���� �����������������%����#������)����6�����������������������)����������!���������������5�����������������������������������/���������������'����+������8�

��������������/���������������������������������������������������������������������������0��C�%!�������������������������������������������� �������� ������ �������������%���� ��� ���� ����� ���� �������������� ����� ��� ������� ������� :� ��%����� ��� ������ ������ �������� ���������������������������������������

��������������������� ������������������������������������ ���� ������ ��������������-������������������������������������������#������)����6���������������������0����������!�������������������������������%������� ����������������������������C�%���������������/�������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ���������������������������� ���� ������ ���������������������������������������������������������������������

��$�$�% '3��"3�,�",!�/"�������4 ������,!��.�"��#

������������������������������������������������������ ��������� �������������D���������������� ������������������� ������������������������������������������'#������))+� ���� ���������������� ��� ������� �������������������������� ������������������ ��������������������� ����������������������������� ��������������%�������������� ���������������������������� ������������������������������������������������������������� ������ ������� ��� ��� ���������4�� ������� ��������� �� �%�� ������ � � ����� '���� ������������������+����������������������������������������������������������������������������������������������������D�������������'������%��������������������������������������������������������������������������������������������������������������+�

��������� ������������������������������%���������������,�������'#������))+� ���������������������������������������������� �������������������������������� ����,������� � � ��� ���������!� ��� �� ��2��� ������������ ��� ��� �%�������� ���������� ���� ��������� ����� �,�������� ��� ������ ��� �������� �����D�������&����� ����������� ������&����������������� ���������������� ��������������&���� ������� �����������������!� ��� ��������� ��� ���� ������ ���&�������� ����!� �������� ������� ��������� �������������� �������������������� ���� ������������������,�������� �����������������������������������������������������������������������

1�� ��� �������� ����������������� �������� ������ ������� ������������� �� � � � ��� ������������%������������������ �������������

"���� ���� ������������� ��� ����� �,�������� �������� ����������!������������� ����&����������������� ��������������������������������������� �������%�������������������!�������"#$�����������!���%��!������� ������

��$�% !3�3�6,��7�"!��.�"��#�

1���������������� � ����������!� �������������%���������������"����������&����������&������%������������������� ���������������������������������������������������������� ��������������� ����������������������������������������� ����������

Page 27: handbook of switchgears -   · PDF filehandbook of switchgears.pdf Author: ASUS Created Date: 3/7/2012 10:30:41 PM

������������� ��������� ����

Fig. 1.22: Permanent magnet/solenoid based mechanism

,������#�

�� 1BB� ���������� "���� �(!� K=�%�� �������� ����� ����� ���� <����L!� B����� �������#���������

Fig. 1.23: Typical force-travel requirement for mechanism of vacuum circuit breaker