DD233446A1 - Kontaktanordnung fuer hochspannungstrennschalter und -erder - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mehrfinger-Kontaktanordnung fuer Hochspannungstrennschalter und -erder, vornehmlich einsetzbar in geografischen Gegenden mit hoher Luftfeuchtigkeit und Regen sowie niederigen Temperaturen. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, die aus einem bewegten (2) und einem feststehenden (1) Kontaktteil mit daran angeordneten Kontaktfingern (3) bestehende Kontaktanordnung so auszulegen, dass selbst bei einer eventuellen Vereisung des bewegten Kontaktteiles (2) eine stoerungsfreie Kontaktgabe erfolgen kann. Geloest wird die Aufgabe dadurch, dass der bewegte Kontaktteil (2) im wesentlichen aus einem Kugelkoerper (11) besteht und der feststehende Kontaktfinger (3) den Kugelkoerper (11) aufnehmen kann. Ein ueber die Verschiebung eines federgelagerten Drucktellers (6) zu drehendes System zweiarmiger Hebel (7) sorgt fuer die Verschiebung der Kontaktfinger (3), wobei der Kontaktdruck erhoeht wird. Abweichungen von der vorgeschriebenen Bewegungsbahn des bewegten Kontaktteiles (2) werden durch Verlagerungen des Kontaktkoerpers (12) im festen Kontaktgehaeuse (13) ausgeglichen. Flexible Strombaender (14) uebernehmen den Transport der elektrischen Energie. Der feststehende Kontaktteil (1) ist durch ein Gehaeuse (15) gegen Eisbildung abgeschirmt und ermoeglicht durch eine Oeffnung derselben das Trennen und Verbinden beider Kontaktteile (1; 2). Fig. 2

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung beinhaltet eine durch ein Gehäuse abgedeckte Mehrfinger-Kontaktanordnung für Hochspannungstrennschalter und -erder, insbesondere Dreh-, Horizontal-, Panthographen-, Vertikal-, Schubtrennschalter, mit einem festen und einem bewegten Kontaktteil, deren Funktion auch unter extremen Bedingungen der Eisbildung garantiert ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Erfindung bezieht sich auf Hochspannungstrennschalter, die als Baueinheit in Freiluftanlagen sich ständig ändernden klimatischen Bedingungen unterworfen sind.

Für den Schaltvorgang ist das gesicherte Funktionieren des Kontaktsystems, welches in einen feststehenden und einen bewegten Kontaktteil unterteilt ist, von grundlegender Bedeutung. Die präzise Raltivbewegung beider Kontaktteile, die Einhaltung des erforderlichen Kontaktdruckes, die geometrische Mikrogestalt der kontaktierten Oberflächen und die materielle Beschaffenheit der Leitermaterialien bestimmen die Wirkungsweise der Kontaktgabe. Klimatische Veränderungen, die beispielsweise Eisbildung nach sich ziehen, verändern diese Voraussetzungen so, daß eine Störung oder eine Verhinderung des Schaltvorganges hervorgerufen wird. Bekannte Enteisungsanlagen erfüllen nur unzureichend den erwarteten Zweck. So ist bereits eine Enteisungsanlage für elektrische stangenförmige Kontaktanordnungen bekannt, die an Trennschaltern eingesetzt werden kann (DE-OS 2350889). Diese Anlage ist primär dadurch gekennzeichnet, daß sich zur Enteisung auf dem Umfang der Kontaktstange Nocken befinden, welche über einen Antrieb beim Betrieb des Schaltgerätes um die Kontaktstange herumbewegt werden und die Eisschicht abfräsen sollen. Neben einem beachtlichen Kostenaufwand für eine derartige Vorrichtung sind es ihre Handhabung und die zusätzlich zu bewegende Masse, die gegen die volle Wertigkeit dieses Erfindungsgedankens sprechen. Das Problem des Schaltens in Freiluftanlagen unter Vereisungsbedingung on stellt sich deswegen so kritisch, weil den Temperatureinwirkungen außer durch Beheizen der Kontaktbauteile unter Hochspannungseinwirkung nicht zu begegnen ist und die atmosphärische Feuchtigkeit nur in begrenztem Maße, z. B. durch Gehäuseabdeckungen, ferngehalten werden kann. Die Eisbildung im geschlossenen ungeschützten Kontakt setzt an bzw. zwischen allen Kontaktbauteilen ein und verhindert so die Relativbewegung der Kontaktteile. Pauschal läßt sich feststellen, daß die zum Verbindung oder Trennen beider Kontaktteile notwendigen Kräfte nicht nur mit der Stärke der Eisbildung, sondern auch mit der geometrischen Kompliziertheit und der Anzahl der bewegten Kontaktbauteile und dem Grad der Gleitreibung bei ihrer Bewegung gegeneinander zunehmen. Die relative Sicherheit der Funktionsweise einer Kontaktanordnung wächst demzufolge mit ihrem Schutz gegen die klimatischen Bedingungen für eine Eisbildung, mit ihrer konstruktiven Einfachheit und sich verringernder Energie für das Trennen oder Verbinden der beiden Kontaktteile.

So ist für den Einsatz unter besonderen klimatischen Bedingungen mit starken Eisbildungen eine Kontaktanordnung von Hochspannungstrennschaltern, insbesondere Schwenktrennschaltern mit einem festen, vorzugsweise nach unten offenen und einem beweglichen, als Strombahn ausgebildeten Kontaktteil vorgeschlagen worden (WP H 01 H/266251-0) die sich dadurch auszeichnet, daß der bewegte Kontaktteil zwei oder mehrere Kontaktsegmente trägt und der feste, am Kontaktgehäuse befindliche, Kontaktteil aus ein oder mehreren nebeneinanderliegenden Kontaktfingerpaaren, die in Richtung der Bahnkurve des ein- bzw. ausschwenkenden bewegten Kontaktteiles offenstehen und durch ein Abschwenken der Kontaktfingerkontur von ihrer gemeinsamen Symmetrielinie weg die Aufnahme des bewegten Kontaktteiles begünstigen, besteht, daß ein von einer oder mehreren Druckfeder(n) in einem oder mehreren Führungskörper(n) bewegten Spreizprisma mit keilähnlicher Kontur, zwischen den Kontaktfingerpaaren angeordnet und zur Druckfederseite hin durch einen oder mehrere Isolierkörper elektrisch isoliert ist, daß flexible Strombänder von den Kontaktfingern und/oder dem Spreizprisma zum Kontaktgehäuse führend angeordnet sind und daß eine Haube mit einer der Bahnkurve des ein- bzw. ausschwenkenden bewegten Kontaktteiles zugewandten Öffnung

vorgesehen ist. ----

Die eisbrechende Wirkung der bedingt federnden Kontaktfinger reicht hier nicht bei starken Eisschichten auf dem bewegten Kontaktteil aus und die Stromtragfähigkeit der Kontaktfinger bei Stromdurchgang wird durch die die Kontaktfinger vom beweglichen Kontaktteil abhebenden Stromkräfte trotz des Spreizkörpers vermindert.

Ähnliches tritt auch bei bekannten Tulpenkontakten für Trennschalter (z. B. nach DE-PS 2064037; 2145070) als auch für Leistungsschalter (z. B. DE-AS 1015518; DE-OS 2028177; DE-OS 2826585) als auch bei Steckkontakten (z. B. nach DE-PS 2602779; DE-OS 2138989) auf. Hinzu kommt noch bei Trennschaltern in Freiluftanlagen, daß erhebliche Schaltwege mit größeren Toleranzen zurückzulegen sind, was zu erheblichen Schwierigkeiten beim Einlaufen des bewegten Kontaktteiles in den festen Kontaktteil führen kann. Erschwerend kommt bei den meisten bekannten Tulpenkontakten noch hinzu, daß der Durchmesser der von den Kontaktfingern gebildeten Öffnung im offenen Zustand des Schalters kleiner als der Durchmesser des stiftförmigen bewegten Kontaktteiles ist.

Schließlich ist noch ein Schub- und Zugtrennschalter mit geradliniger Führung des Schubschaltgliedes in den durch unter Federdruck stehenden Kontaktlamellen bekannt, bei dem starre Kontaktkugeln an dem Schubschaltglied verwendet werden, an denen die unter besonderem Federdruck stehenden Kontaktlamellen stets tangential anliegen (DR-PS 619442). Dieses Kontaktsystem geht von der Erkenntnis aus, daß der Übergangswiderstand eines Kontaktes im wesentlichen mehr eine Funktion des Kontaktdruckes ist, aber weniger von der Berührungsfläche abhängig ist. Die Vorteile dieses Kontaktsystems bestehen somit in einer Verringerung des Übergangswiderstandes bei Kontaktgabe sowie in einer Verminderung der zur Betätigung des Trennschalters aufzuwendenden Schaltkraft infolge der relativ geringen Berührungsfläche der Kontaktteile. Nachteilig sind hier wieder, daß eine Eisbrechung auf dem Kugelkontakt beim Einlaufen in den festen Kontakt nur ungenügend erfolgt und daß durch den festen Kontakt keine ausreichende Einlaufführung möglich ist, wie sie bei großen Schlagweiten srforderlich wäre.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, ein für Hochspannungstrenner oder-erder geeignetes Kontaktsystem zu finden, das bekannten, derzeit gebräuchlichen technischen Lösungen gegenüber bei einfacherem Fertigungs- und Montageaufwand, höherer Verschleißfestigkeit und demzufolge längerer Einsetzbarkeit eine höhere Funktionssicherheit und außerdem eine sichere Betriebsführung unter Vereisungsbedingungen gewährleistet.

I/Vesen der Erfindung

Die technische Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus einem bewegten, im wesentlichen kugelförmigen und einem festen, Kontaktfinger Tagenden Kontaktteil eine Kontaktanordnung für Hochspannungstrennschalter zu schaffen, bei der ein störungsfreien <ontaktein- und -auslauf mit minimalem Kraftaufwand, ein gleichmäßiger Kontaktdruck der Kontaktfinger auf den bewegten <ontaktteil bei voller Stromtragfähigkeit und eine Verminderung bzw. Ausschaltung von Vereisungen bzw. ihrer nachteiligen Wirkungen erreicht wird.

Merkmale der Erfindung

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der feste Kontaktteil in seinem in dem Kontaktgehäuse unter Zwischenschaltung einer Druckfeder gleitend abgeordneten Kontaktkörper Führungen für die in ihnen gleitenden Kontaktfinger Desitzt, die in ihrer Gesamtheit zwischen sich zunächst eine Hohlkugel bzw. Hohltonne und darauf einen Einlauftrichter bilden jnd die an ihren dem Kontakteinlauf abgewendeten Enden in Lagern über im Kontaktkörper in einem Mittenlager drehbare !weiarmige Hebel mit einem zwischen sich mittig angeordneten und in axialer Richtung verschiebbaren Druckteller wiederum in .agem mechanisch verbunden sind, wobei die zweiarmigen Hebel an den Enden ihrer Arme Langlöcher tragen und der Druckteller über eine Druckfeder sich am Kontaktkörper so abstützt, daß er im geöffneten Zustand des Schalters am weitesten in dichtung des Kontakteinlaufes vorgeschoben ist und die mit ihm über die zweiarmigen Hebel verbundenen Kontaktfinger ihren größten Öffnungswinkel aufweisen, daß die Kontaktfinger an ihren den Trichter bildenden Enden über Strombänder mit dem <ontaktgehäuse des festen Kontaktteiles elektrisch leitend verbunden sind, dessen Gehäuse ihn bis auf eine Öffnung für den Einlauf des bewegten Kontaktteiles nahezu abdeckt, wobei es an der Öffnung eine trichterförmige Einstülpung aufweist, und daß der an seiner Spitze einen Kugelkörper tragende bewegte Kontaktteil so ausgebildet ist, daß dieser Kugelkörper im eingelaufenen Zustand in axialer Richtung hinter seinem Mittelpunkt von den eine Hohlkugel bzw. Hohltonne bildenden Teilen der <ontaktfinger umfaßt ist, wobei der Kugelkörper in der Einlaufphase auf dem Druckteller, diesen und die mit ihm über die !weiarmigen Hebel verbundenen Kontaktfinger gegen die Kraft der auf ihn wirkenden Druckfeder verschiebend, zur Anlage (ommt.

/orteilhafterweise bestehen die Kontaktfinger'aus einem Werkstoff mit hoher Federwirkung, z. B. Berylliumbronze. Zur Reduzierung der Baulänge kann es von Vorteil sein, wenn die eingesetzten Druckfedern als Teleskop-Druckfederanordnungen ausgebildet sind.

Zur weiteren Zentrierung ist die dem Kontakteinlauf zugewendete Abschlußfläche des Drucktellers der Kugelform des <ugelkörpers des bewegten Kontaktteiles angepaßt.

Die kontaktgebenden, gleitenden und drehenden Flächen der Kontaktanordnung können feststoffgeschmiert sein. /Veiterhin können die kontaktgebenden Flächen der Kontaktfinger und/oder des Kugelkörpers strukturell in Einzelkontaktflächen äufgeqliedertsein.

Die einen Einlauftrichter bildenden Flanken der Kontaktfinger können zur Verringerung der Reibungsenergie einen minimalen Anstellwinkel aufweisen.

Das Zusammenwirken der geometrischen Elemente der energiespeichernden Elemente in Gestalt beider Druckfedern und der kinetische Energie tragenden Elemente bedingt das Öffnen der rotationssymmetrisch verteilten Kontaktfinger bei Trennung der Kontaktteile und ein Schließen unter Ausnutzung minimaler mechanischer Energiebeträge beim Verbinden beider Kontaktteile.

Die Vereisungsgefahr des inneren mechanischen Systems ist noch weiter herabgemindert, sobald die Kontaktfinger geschlossen sind und damit den Eintritt von Feuchtigkeit abschirmen.

Die elektrische Funktion der Mehrfinger-Kontaktanordnung ist durch die die Kontaktfinger und das Kontaktgehäuse verbindenden Strombänder garantiert, so daß der Transport der elektrischen Energie über die stromführenden Bauteile der Schaltanlage vonstatten geht.

Infolge der sich mit dem Stromtransport aufbauenden magnetischen Feldwirkungen verriegeln sich die geschlossenen Kontaktteile über die sich zusammenziehenden Kontaktfinger zusätzlich noch einmal selbst.

Weiterhin wird der gesamte feststehende Kontaktteil nahezu vollständig durch ein Gehäuse vor einer möglichen Vereisung geschützt.

Die geometrischen und energetischen Verhältnisse der Mehrfinger-Kontaktanordnung garantieren einen allseitig am kugelförmigen, bewegten Kontaktteil zu erzeugenden Kontaktdruck bei voller Stromtragfähigkeit, einen genauen, entsprechend der vorgegebenen Bewegungsbahn des bewegten Kontakteiles folgenden Kontakteinlauf bzw. -auslauf unter energetisch optimalen Bedingungen ohne erzwungene Lageänderungen der Bauteile der Schaltanlage sowie einen verschleißarmen Betrieb bei größtmöglichem Vereisungsschutz. Die Mehrfinger-Kontaktanordnung kann gleichsam für Hochspannungstrenner und -erder eingesetzt werden.

Ausführungsbeispiel

An dem in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: den konstruktiven Aufbau der geöffneten Mehrfinger-Kontaktanordnung gemäß der Erfindung; Fig. 2: den konstruktiven Aufbau der geschlossenen Mehrfinger-Kontaktanordnung gemäß der Erfindung; Fig. 3: Seitenansicht des feststehenden Kontaktteiles gemäß der Fig. 2

Dabei sind die mechanischen und elektrischen Kopplungs- und Anschlußbedingungen für den bewegten Kontaktteil an der Strombahn des Trenners oder am Schwenkarm des Erders und für den festen Kontaktteil an der gegenüberliegenden, auf Hochspannungspotential befindlichen Seite des Stützers nicht näher dargestellt.

Bei getrennten Kontaktteilen 1,2 unmittelbar vor der Kontaktgabe sind die Kontaktfinger 3 deswegen in ihrem größten Öffnungswinkel bezüglich der Richtung der Relativbewegung beider Kontaktteile 1,2, die gleichermaßen die Rotationsachse der gesamten Mehrfinger-Kontaktanordnung ist, bei maximalem Anstellwinkel der Fingereinlaufflanke gegen den einlaufenden, mit einem Kugelkörper 11, ausgerüsteten Kontaktteil 2 positioniert, weil der durch die freigesetzte elastische Energie der unter Vorspannung befindlichen Druckfedern 4, 5 zu bewegende Druckteller 6 am weitesten gegen den bewegten Kontaktteil 2 im kugelförmigen Hohlraum zwischen den Kontaktfingern 3 ausgelenkt ist. Der Druckteller 6 befindet sich in dieser Stellung infolge minimalen Inhalts an potentieller Energie der Druckfedern 3,5 und der maximalen Entfernung der Lager 8,11 in den Langlöchern 7.1 der zweiarmigen Hebel 7 des im Mittenlager 9 geführten Gelenksystems im stabilen Gleichgewicht. Die Position der Kontaktfinger 3 und ihre geometrische Gestaltung gestatten eine bevorzugte Zentrierwirkung für die Kontaktgabe der Kontaktteile 1,2. Während des Verbindens der Kontaktteile 1,2 wird der Druckteller 6 in Bewegungsrichtung des bewegten Kontaktteiles 2 verschoben, so daß die zweiarmigen Hebel 7, die am Druckteller 6 im Lager 8 drehbar und verschiebbar, am Kontaktkörper 12 im Mittenlager 9 drehbar und an den Kontaktfingern 3 im Lager 10 drehbar und verschiebbar gelagert sind, sich zunehmend zur Richtung der Relativbewegung beide Kontaktteile 1,2 steiler ausrichten und damit die Kontaktfinger 3 im Sinne eines kleiner werdenden Öffnungswinkels — durch ihre kreisförmigen nutförmigen Führungen 16 vorgegeben — schließen.

Dabei umfassen die Kontaktfinger 3 die hintere, halbkugelförmige Zone am Kugelkörper 11 des bewegten Kontaktteiles 2. Die Druckfeder 4 wird durch das Einfügen des bewegten Kontaktteiles 2 gespannt, bis über die zweiarmigen Hebel 7 ein Gleichgewicht über den Kontaktdruck hergestellt ist. Danach wird infolge eventueller, vorwiegend axialer Bahnabweichungen des bewegten Kontaktteiles 2 von der konstruktiv vorgegebenen Sollbahnkurve die Druckfeder 5 durch Gleiten des Kontaktkörpers 12 im Kontaktgehäuse 13 in Richtung der Relativbewegung der Kontaktteile 1,2 gespannt und somit ein endgültiges Gleichgewicht zwischen den beiden verbundenen Kontaktteilen 1, 2 hergestellt.

Die elektrische Funktion der Mehrfinger-Kontaktanordnung wird durch Strombänder 14 von den Kontaktfingern 3 zum Kontaktgehäuse 13 garantiert.

Durch die magnetische Wirkung beim Stromtransport erfolgt zusätzlich eine Selbstverriegelung der Kontaktteile 1,2 über die sich zusammenziehenden Kontaktfinger 3. Damit verbunden ist eine weitere Erhöhung des Kontaktdruckes. Frfindungsgemäß ist zum ".'wecke der Verhinderung der Eisbildung das gesar.ite feststehende Kontaktteil 1 durch ein eine Einstülpung 17 aufweisendes Gehäuse 15 nahezu vollständig geschützt, das eine Öffnung für das Verbinden oder Trennen der Kontaktteile 1, 2 besitzt. In geschlossener Position der Kontaktteile 1,2 ist eine weitere Abschirmung der Mehrfinger-Kontaktanordnung ermöglicht, die mit einer weitestgehenden Verhinderung der Eisbildung verbunden ist.

Claims (7)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Kontaktanordnung für Hochspannungstrennschalter und -erder mit einem von einem Gehäuse umgebenden feststehenden, tulpenförmigen Kontaktteil mit mehreren einzelnen Kontaktfingern, die mit dem Kontaktgehäuse über Strombänder verbunden sind, und mit einem bewegten Kontaktteil, derzurKontaktgabe einen Kugelkörper trägt, gekennzeichnet dadurch, daß der feste Kontaktteil (1) in seinem in dem Kontaktgehäuse (13) unter Zwischenschaltung einer Druckfeder (5) gleitend angeordneten Kontaktkörper (12) Führungen (16) für die in ihm gleitenden Kontaktfinger (3) besitzt, die in ihrer Gesamtheit zwischen sich zunächst eine Hohlkugel bzw. Hohltonne und darauf einen Einlauftrichter bilden und die an ihren dem Kontakteinlauf abgewendeten Enden in Lagern (10) über im Kontaktkörper (12) in einem Mittenlager (9) drehbare zweiarmige Hebel (7) mit einem zwischen sich mittig angeordneten und in axialer Richtung verschiebbaren Druckteller (6) wiederum in Lagern (8) mechanisch verbunden sind, wobei die zweiarmigen Hebel (7) an den Enden ihrer Arme Langlöcher (7.1) tragen und der Druckteller (6) über eine Druckfeder sich am Kontaktkörper (12) so abstützt, daß er im geöffneten Zustand des Schalters am weitesten in Richtung des Kontakteinlaufes vorgeschoben ist und die mit ihm über die zweiarmigen Hebel (7) verbundenen Kontaktfinger (3) ihren größten Öffnungswinkel aufweisen, daß die Kontaktfinger (3) an ihren den Trichter bildenden Enden über die Strombänder (14) mit dem Kontaktgehäuse (13) des festen Kontaktteiles (1) elektrisch leitend verbunden sind, dessen Gehäuse (15) ihn bis auf eine Öffnung für den Einlauf des bewegten Kontaktteiles (2) nahezu abdeckt, wobei dieses an der Öffnung eine trichterförmige Einstülpung (17) aufweist, und daß der an seiner Spitze den Kugelkörper (11) tragende bewegte Kontaktteil (2) so ausgebildet ist, daß dieser Kugelkörper (11) im eingelaufenen Zustand in axialer Richtung hinter seinem Mittelpunkt von den eine Hohlkugel bzw. Hohltonne bildenden Teilen der Kontaktfinger (3) umfaßt ist, wobei der Kugelkörper (11) in der Einlaufphase auf dem Druckteller, diesen und die mit ihm über die zweiarmigen Hebel (7) verbundenen Kontaktfinger (3) gegen die Kraft der auf ihn wirkenden Druckfeder (4) verschiebend, zur Anlage kommt.
2. 2. Kontaktanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kontaktfinger (3) aus einem Werkstoff mit hoher Federwirkung, z. B. Berylliumbronze, bestehen.
3. 3. Kontaktanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Druckfedern (4; 5) als Teleskop-Druckfederanordnungen ausgebildet sind.
4. 4. Kontaktanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die dem Kontakteinlauf zugewendete Abschlußfläche des Drucktellers (6) der Form des Kugelkörpers (11) des bewegten Kontaktteiles (2) angepaßt ist.
5. 5. Kontaktanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die kontaktgebenden, gleitenden und drehenden Flächen der Kontaktanordnung feststoffgeschmiert sind.
6. 6. Kontaktanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die kontaktgebenden Flächen der Kontaktfinger (3) und/oder des Kugelkörpers (11) strukturell in Einzelkontaktflächen aufgegliedert sind.
7. 7. Kontaktanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die einen Einlauftrichter bildenden Flanken der Kontaktfinger (3) einen minimalen Anstellwinkel aufweisen.

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