CH667940A5 - Elektrischer schalter. - Google Patents

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CH667940A5 CH365085A CH365085A CH667940A5 CH 667940 A5 CH667940 A5 CH 667940A5 CH 365085 A CH365085 A CH 365085A CH 365085 A CH365085 A CH 365085A CH 667940 A5 CH667940 A5 CH 667940A5
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Description

BESCHREIBUNG
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem elektrischen Schalter nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik von elektrischen Schaltern Bezug, wie er etwa in der DE-A-2 527 326 beschrieben ist. Ein nach dem Stand der Technik ausgeführter, elektrischer Schalter weist zwei längs einer Achse miteinander in oder ausser Eingriff bringbare Ab-brandkontaktstücke auf, von denen zumindests eines in koaxialer Anordnung einen längs der Achse erstreckten Kontaktträger mit einer auf dem Kontaktträger befestigten, kohlenstoffhaltigen Lichtbogenelektrode enthält. Durch eine solche kohlenstoffhaltige Lichtbogenelektrode wird der Kontaktabbrand des betreffenden Abbrandkontaktstückes gegenüber einem metallischen Abbrandkontaktstück verringert. Die beim Ein- und Ausschalten eines elektrischen Schalters auftretenden mechanischen Kräfte vermag ein Abbrandkontaktstück mit einer kohlenstoffhaltigen Lichtbogenelektrode jedoch nur sehr bedingt aufzunehmen.
Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen elektrischen Schalter der gattungsge-mässen Art anzugeben, dessen Abbrandkontaktstücke unter Beibehaltung eines geringen Kontaktabbrandes eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen.
Der erfindungsgemässe elektrische Schalter zeichnet sich bei einem geringen Kontaktabbrand durch eine hohe Schlagfestigkeit und ein pseudoplastisches Bruchverhalten seiner Abbrandkontaktstücke aus. Hierdurch ist es möglich, die Abbrandkontaktstücke mit hoher Geschwindigkeit miteinander in oder ausser Eingriff zu bringen, ohne dass Beschädigungen der miteinander kontaktierten oder voneinander getrennten, lichtbogentragenden Teile der Abbrandkontaktstücke zu befürchten sind.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten und die Erfindung nicht beschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Hierbei zeigt die einzige Figur eine Aufsicht auf eine axial geschnittene Ausführungsform eines als Druckgasschalter ausgeführten und in Hochspannungsschaltanlagen verwendeten, er-findungsgemässen elektrischen Schalters, wobei in der linken Hälfte der Zustand in der Einschaltposition und in der rechten Hälfte der Zustand während des Ausschaltens dargestellt sind.
In Fig. 1 bezeichnet 1 ein im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildetes und etwa aus Isolierstoff bestehendes Gehäuse. Dieses Gehäuse 1 ist mit einem Isoliergas, wie etwa Schwefelhe-xafluorid von einigen bar Druck gefüllt. Es enthält zwei längs einer Achse 2 miteinander in oder ausser Eingriff bringbare Schaltstücke 3 und 4. Das Schaltstück 3 ist in elektrisch leitender Weise mit einem nicht dargestellten Stromanschluss verbunden und enthält einen feststehenden Nennstromkontakt 5 sowie ein feststehendes, beispielsweise vollzylindrisch ausgebildetes, Abbrandkontaktstück 6. Das Schaltstück 4 ist ebenfalls in elektrisch leitender Weise mit einem ebenfalls nicht dargestellten weiteren Stromanschluss verbunden und enthält einen beweglichen Nennstromkontakt 7 sowie ein bewegliches, beispielsweise hohlzylindrisch ausgebildetes, Abbrandkontaktstück 8. Der bewegliche Nennstromkontakt 7 trägt auf einem Teil seiner Innenfläche eine Isolierdüse 9, welche die Abbrandkontaktstücke 6 und 8 koaxial umgibt und welche zusammen mit dem beweglichen Abbrandkontaktstück 8 einen Ringkanal 10 begrenzt, durch den beim Ausschalten in einem Druckgasspeicher 11 befindliches und beispielsweise durch Lichtbogenaufheizung oder mechanische Arbeit komprimiertes Isoliergas in die beim Ausschalten zwischen den beiden Abbrandkontaktstücken 6, 8 gebildete Lichtbogenzone 12 (Strömungspfeile in der rechten Hälfte der Figur) gelangt.
An den einander zugewandten und in der Einschaltposition (linke Hälfte der Figur) miteinander in Eingriff befindlichen freien Enden der Abbrandkontakte 6 bzw. 8 sind auf Kontaktträgern 13 bzw. 14 Lichtbogenelektroden 15 bzw. 16 angebracht.
Die Lichtbogenelektrode 15 ist als massives zylindrisches Teil ausgebildet und enthält zumindest teilweise Kohlenstofffasern und eine Kohlenstoffmatrix, in welche die Kohlenstofffasern eingebettet sind. Die Lichtbogenelektrode 15 weist eine hohe mechanische Festigkeit auf, wenn die Kohlenstoffasern in alle Raumrichtungen orientiert sind oder wenn eine Schicht 17 von Kohlenstoffasern vorwiegend in Umfangsrichtung um die Achse 2 auf einen Graphitkern 18 gewickelt ist. Die Lichtbogenelektrode 15 kann beispielsweise mittels eines Kupfer- und/ oder Silber-Hochtemperaturlotes mit einem zwischen 1 bis 10 Gewichtsprozent betragenden Gehalt mindestens eines der karbidbildenden Elemente Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Vanadiumm (V), Niob (Nb), Tantal (Ta), Titan (Ti), Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf) auf dem Kontaktträger 13 befestigt werden. Die Lichtbogenelektrode 15 und der Kontaktträger 13 können auch hohlzylindrisch ausgebildet sein. In diesem Fall enthält die Lichtbogenelektrode 15 vorzugsweise lediglich die Schicht 17 aus gewickelten und in eine Kohlenstoffmatrix eingebetteten Kohlenstoffasern. Solche Schichten 17 lassen sich beispielsweise durch Wickeln nach dem filament winding-Verfah-ren oder durch Aufwicklen eines Kohlenstoffaser-Gewebes herstellen.
Die Lichtbogenelektrode 16 ist ringförmig ausgebildet und enthält längs der Achse 2 erstreckte Kontaktfinger 19. Die Kon-taktfinger 19 enthalten ebenfalls jeweils Kohlenstoffasern und
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eine Kohlenstoffmatrix, in welche die Kohlenstoffasern eingebettet sind. Hierbei sind die Kohlenstoffasern der Kontaktfinger 19 vorzugsweise zumindest teilweise radial ausgerichtet, da hierdurch eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit zwecks leichter Abfuhr des Lichtbogenstroms und der Lichtbogenwärme sowie eine besonders hohe mechanische Stabilität der Lichtbogenelektrode 16, insbesondere beim Aufprall während des Einschaltens auf die Lichtbogenelektrode 15, erreicht wird. Solche radial verlaufende Kohlenstoffasern sind beispielsweise in einem Material mit dreidimensional ausgerichteten Kohlenstoffasern vorhanden, können aber auch durch Verwendung eines zweidimensionalen Kohlenstoffaser-Gewebes, dessen erste Faserrichtung radial zur Achse 2 und dessen zweite Faserrichtung axial oder in Umfangsrichtung verläuft, erzielt werden.
Jeder der Kontaktfinger ist auf federnd ausgebildeten Endabschnitten 20 des Kontaktträgers 14 befestigt, so dass in der Einschaltposition (linke Hälfte der Figur) eine gute Kontaktkraft zwischen den Lichtbogenelektroden 15 und 16 besteht. Die Befestigung der Kontaktfinger 19 kann entsprechend der Lichtbogerielektrode 15 durch Hochtemperaturlöten erfolgen, kann aber auch durch Lagerung der Kontaktfinger 19 auf Absätzen 21 bewirkt werden, welche jeweils auf einer der der Achse 2 zugewandten Innenflächen der Endabschnitte 20 des Kontaktträgers 14 angebracht sind. Die Halterung eines Kontaktfingers 19 auf einem der Absätze 21 kann, wie in der linken Hälfte der Figur angegeben ist, beispielsweise durch eine U-förmig gebogene Blattfeder 22 erfolgen, deren einer Schenkel in eine auf der Aussenseite eines der Endabschnitte 20 angebrachten Vertiefung eingeschnappt ist, und deren anderer Schenkel das dem feststehenden Abbrandkontakt 6 zugewandte freie und in Richtung auf die Achse 2 angeschrägte Ende des Kontaktfingers 19 hintergreift. Wie in der rechten Hälfte der Figur angegeben ist, kann die Halterung eines Kontaktfingers 19 auf einem der Absätze 21 aber auch mittels einer Schraube 23 erfolgen, welche etwa in axialer Richtung vom freien Ende des Kontaktfingers 19 in den Absatz 21 geführt ist.
Beim Ausschalten des Druckgasschalters wird das bewegliche Schaltstück 4 durch einen nicht dargestellten Antrieb nach s unten geführt. Der Antrieb kann vergleichsweise schwach ausgebildet sein, da die zu überwindenden Reibungskräfte zwischen den beiden in der Einschaltposition ineinandergefahrenen Abbrandkontaktstücken 6, 8 wegen des geringen Reibungskoeffizienten von Kohlenstoff auch bei hohen Kontaktdrücken ge-lo ring ist.
Nach Öffnen der Nennstromkontaktstücke 5, 7 kommutiert der abzuschaltende Strom auf einen über die Abbrandkontaktstücke 6, 8 verlaufenden Strompfad. Nach dem Trennen der Abbrandkontaktstücke 6, 8 wird ein Schaltlichtbogen gebildet, i5 dessen Fusspunkte sich auf den Lichtbogenelektroden 15, 16 befinden. Wegen der gegenüber Metallelektroden vergleichsweise hohen Abbrandfestigkeit von Kohlenstoff entstehen nur kleine Mengen an schädlichen Zersetzungsprodukten in der Lichtbogenzone 12, wodurch eine Verschlechterung der Lösch-20 eigenschaften des Löschgases — wie etwa durch Metalldampf bei Verwendung von Metallelektroden — ausgeschlossen wird. Der geringe Abbrand der Kohlenstoffelektroden ermöglicht ausserdem eine grössere Anzahl von Kurzschlussabschaltungen ohne Revision des Schalters. Bei Annäherung des abzuschalten-25 den Stromes an einen Nulldurchgang wird dann der Lichtbogen bei entsprechendem Kontaktabstand, wie durch Strömungspfeile angegeben ist, beblasen.
Beim Einschalten werden die voneinander getrennten Abbrandkontaktstücke 6, 8 durch den nicht dargestellten Antrieb 30 gegeneinander geführt. Im Zuge der Einschaltbewegung können die beiden Lichtbogenelektroden 15, 16 aufeinanderprallen. Ein solches Kontaktprellen ist unschädlich, da wegen der geeigneten Ausrichtung der Kohlenstoffasern deren hohe mechanische Belastbarkeit voll zum Tragen kommt.
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1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

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1. Elektrischer Schalter mit zwei längs einer Achse (2) miteinander in oder ausser Eingriff bringbaren Abbrandkontakt-stücken (6, 8), von denen mindestens eines beider Abbrandkon-taktstücke (6, 8) in koaxialer Anordnung einen längs der Achse (2) erstreckten Kontaktträger (13, 14) und eine auf dem Kontaktträger (13, 14) befestigte, kohlenstoffhaltige Lichtbogenelektrode (15, 16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogenelektrode (15, 16) Kohlenstoffasern und eine Kohlenstoffmatrix enthält, in welche die Kohlenstoffasern eingebettet sind.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein überwiegender Teil der Kohlenstoffasern vorwiegend in Umfangsrichtung um die Achse (2) gewickelt sind.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffasern auf einen Graphitkern gewickelt sind.
4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogenelektrode (z.B. 16) von Kontaktfingern (19) gebildet ist, die längs der Achse (2) erstreckt auf federnd ausgebildeten Endabschnitten (20) des Kontaktträgers (14) befestigt sind und überwiegend in radialer Richtung ausgerichtete Kohlenstoffasern aufweisen.
5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte (20) des Kontaktträgers (14) auf ihren der Achse (2) zugewandten Innenflächen jeweils einen Absatz (21) aufweisen, auf dem jeweils einer der Kontaktfinger (19) gelagert ist.
6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Kontaktfinger (19) mittels einer Blattfeder (22) oder einer Schraube (23) am Absatz (21) gehaltert ist.
7. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogenelektrode (z.B. 15) mittels eines Kupfer- und/oder Silber-Hochtemperaturlotes mit einem zwischen 1 bis 10 Gewichtsprozent betragenden Gehalt mindestens eines der karbidbildenden Elemente Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf auf dem Kontaktträger (z.B. 13) befestigt ist.
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