DD233447A1 - Kontaktanordnung fuer hochspannungstrennschalter und -erder - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine rotationssymmetrische Mehrfinger-Kontaktanordnung fuer derartige Schalter, vornehmlich einsetzbar in geografischen Gegenden mit hoher Luftfeuchtigkeit und Regen sowie niedrigen Temperaturen. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, die aus einem beweglichen (2) und einem feststehenden Kontaktteil (1) mit daran angeordneten Kontaktfingern (3) bestehende Kontaktanordnung so auszulegen, dass selbst bei einer Vereisung des bewegten Kontaktteiles (2) unter Ausnutzung des maximalen Betrages der Antriebsenergie fuer die Schaltanlage eine stoerungsfreie Kontaktgabe erfolgt. Geloest wird diese Aufgabe dadurch, dass der bewegte Kontaktteil (2) im wesentlichen eine Kugelgestalt (7) aufweist und der feststehende Kontaktteil (1) ueber die rotationssymmetrisch angeordneten Kontaktfinger (3) ein teilweises Negativ dieser Geometrie annimmt. Ein aus mehreren Druckfedern (4; 6) gebildetes Halterungssystem steuert die Lage der Kontaktfinger (3) als einseitige Hebel so, dass ein zentrisches Einlaufen und Auslaufen des bewegten Kontaktteiles (2) unter optimalen Gleit- und Verschleissbedingungen erfolgen kann. Strombaender (10) uebernehmen den Transport der elektrischen Energie. Der feststehende Kontaktteil (1) ist durch ein Gehaeuse (12) gegen Eisbildung abgeschirmt und ermoeglicht ueber 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 Relativbewegung 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 Vereisungsbedingungen stellt sich deswegen so kritisch, weil den Temperatureinwirkungen außer du.ch 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 Verbinden oder Trennen beider Kontaktteile notwendige 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 Schwenktrennschaltem 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. 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 /on 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 Rjnktion des Kontaktdruckes ist, aber weniger von der Berührungsfläche abhängig ist. Die Vorteile dieses Kontaktsystems Destehen somit in einer Verringerung des Übergangswiderstandes bei Kontaktgabe sowie in einer Verminderung des 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 srfolgt und daß durch den festen Kontakt keine ausreichende Einlaufführung möglich ist, wie sie bei großen Schlagweiten jrforderlich wäre.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, ein für Hochspannungstrenner oder -erder geeignetes Kontaktsystem zu finden, das bekannten, derzeit Ijebräuchlichen technischen Lösungen gegenüber bei einfacherem Fertigungs- und Montageaufwand, höherer /erschleißfestigkeit und demzufolge längerer Einsetzbarkeit eine höhere Funktionssicherheit und außerdem eine sichere 3etriebsführung unter Vereisungsbedingungen gewährleistet.

Wesen der Erfindung

Die technische Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus einem bewegten, im wesentlichen kugelförmigen und einem festen, Kontaktfinger ragender Kontaktteil eine Kontaktanordnung für Hochspannungstrennschalter zu schaffen, bei der ein störungsfreier (ontaktein- und -auslauf mit minimalem Kraftaufwand, ein gleichmäßiger Kontaktdruck der Kontaktfinger auf den bewegten kontaktteil 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 Kontaktkörper des festen Kontaktteiles eine erste axiale Bohrung zur \ufnahme der in Drehlagern bedingt drehbar gelagerten Kontaktfinger aufweist, die in der Ebene der Drehlager nach radial nnen gerichtete Hebelansätze besitzen und deren Arme rotationssymmetrisch zwischen sich zunächst eine Hohlkugel bzw. Hohltonne und darauf einen Einlauftrichter bilden und mit der Innenwand der ersten axialen Bohrung des Kontaktkörpers axial 5twa in Höhe des Überganges von Hohlkugel bzw. Hohltonne zum Einlauftrichter über Strombänder verbunden sind, wobei axial 5twa in der Mitte zwischen den Drehlagern und den Befestigungspunkten der Strombänder Druckfedern annähernd radial nach außen zwischen den Kontaktfingern und der Innenwand der ersten axialen Bohrung, in Aufnahmebohrungen geführt, angeordnet sind, daß sich am Grund der ersten axialen Bohrung eine nicht durchgehende zweite axiale Bohrung geringeren Durchmessers anschließt, in der gleitbar ein Tellerkörper vorgesehen ist und zwischen dem und dem Grund der zweiten axialen 3ohrung sich eine Druckfeder so unter Vorspannung stehend befindet, daß derTellerkörper im geöffneten Zustand des Schalters ^:est an den Hebelansätzen der Kontaktfinger anliegt, wobei dabei die freien Enden derselben die Innenwand der ersten axialen 3ohrung berühren, daß das den festen Kontaktteil umgebende Gehäuse diesen bis auf eine Öffnung für den Einlauf des Dewegten Kontaktteiles nahezu völlig abdeckt, und daß der an seiner Spitze einen Kugelkörper, der in eine Ausstülpung mit laibkugelförmiger Spitze ausläuft, tragenden bewegten 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 Arme der <ontaktfinger umfaßt ist, wobei seine Ausstülpung in einer Zentrierbohrung des Tellerkörpers, die Kraft der auf diesen wirkenden Druckfeder überwindend, zur Anlage kommt.

Es kann z. B. zur Reduzierung der Baugröße von Vorteil sein, wenn die auf den Tellerkörper wirkende Druckfeder als Teieskop-Druckfederanordnung ausgebildet ist.

Die kontaktgebenden und gleitenden Flächen der Kontaktanordnung können feststoffgeschmiert sein.

Weiterhin können die kontaktgebenden Flächen der Kontaktfinger und/oder des Kugelkörpers strukturell in Einzelkontaktflächen aufgegliedert sein.

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

Vorzugsweise ist der Arbeitsraum unter dem Tellerkörper, derein Teil der zweiten axialen Bohrung ist, gesondert gegen Feuchtigkeit abgedichtet.

Das Zusammenwirken der Elemente des festen Kontaktteiles bedingt ein Öffnen der rotationssymmetrisch verteilten Kontaktfinger bei getrennten Kontaktteilen und ein Schließen derselben, sobald die Kontaktteile verbunden sind, unter Ausnutzung minimaler mechanischer Energiebeträge.

Durch die magnetischen Wirkungen beim Stromtransport erfahren die geschlossenen Kontaktteile eine Selbstverriegelung.

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

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

Der Kontaktkörper 11 des festen Kontaktes besitzt eine erste axiale Bohrung 11.1, in der die Kontaktfinger 3 in Drehlagern 9 bedingt drehbar angeordnet sind. Eine sich daran anschließende zweite axiale Bohrung 11.2 dient der Aufnahme einer Druckfeder4und eines Tellerkörpers5,derzurZentrierung des bewegten Kontaktteiles 2 mit einer Zentrierbohrung 5.1 versehen ist. Zwischen den Kontaktfingern 3 und der Innenwand der ersten axialen Bohrung 11.1 sind in Aufnahmebohrungen 11.3,3.2 Druckfedern 6 eingebracht.

Bei getrennten Kontaktteilen 1,2 kurz vor der Kontaktgabe sind die Kontaktfinger 3 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, im wesentlichen kugelförmigen, bewegten Kontaktteil 2 deswegen positioniert, weil der durch die mechanische Energie der unter Vorspannung befindlichen Druckfeder 4 bewegte Tellerkörper 5 am weitesten gegen den bewegten Kontaktteil 2 ausgefahren ist. Der Tellerkörper 5 befindet sich infolge der inneren potentiellen Energie der Druckfeder 4 und der Druckfedern 6 mit den Kontaktfingern 3 über ihre Hebelansätze 3.1 im Gleichgewicht, da das Gleichgewicht an den Kontaktfingern 3 über das Hebelgesetzfür einarmige Hebel ebenfalls erfüllt ist und nach der Forderung des Prinzips der Minimalenergie optimal eingestellt werden kann. Daraus folgt, daß ein maximaler Betrag der Antriebsenergie der Schaltanlage zur Überwindung des Widerstandes durch Vereisung der Kontaktteile ausgenutzt werden kann, wenn die Reibungsverluste bei der Kontaktgabe vernachlässigbar klein sind.

Die Position der Kontaktfinger 3 und ihre geometrische Gestaltung gestatten eine zu bevorzugende Zentrierwirkung beim Trennen bzw. Verbinden der Kontaktteile 1,2. Während des Schließens der Kontaktteile 1 und 2 wird der Tellerkörper 5 durch den Eingriff der Ausstülpung 8 an der Stirnseite des Kugelkörpers 7 in Einlauf richtung verschoben und die Druckfeder 4 gespannt. Dadurch können die auf die Kontaktfinger 3 ebenfalls einwirkenden Druckfedern 6 entspannt werden, da sich die Kontaktfinger 3 durch Drehung um ihr Drehlager 9 verschieben, bis sie den Kugelkörper 7 an der Oberfläche hinter der einiaufseitigen Halbkugel passend umfassen und den mechanischen Kontaktdruck herstellen. Während des Stromtransports erfahren beide Kontaktteile 1,2 eine Selbstverriegelung infolge der magnetischen Feldwirkung. Die elektrische Funktion der Mehrfinger-Kontaktanordnung wird zweckmäßigerweise durch Strombänder 10 gewährleistet, welche die Kontaktfinger 8 mit dem Kontaktkörper 11 und demzufolge mit den stromführenden Baugruppen der Schaltanlage verbinden.

Weiterhin ist der gesamte feststehende Kontaktteil 1 durch ein Gehäuse 12 vor einer möglichen Vereisung geschützt, wobei eine Gehäuseöffnung für das Verbinden oder Trennen der Kontaktteile 1,2 vorgesehen ist. Somit wird eine völlige Abschirmung der Kontaktteile 1, 2 bei geschlossenem Kontakt, die vor extremer Eisbildung schützt, ermöglicht.

Claims (6)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Kontaktanordnung für Hochspannungstrennschalter und -erder mit von einem Gehäuse umgebenden feststehenden, tulpenförmigen Kontaktteil mit mehreren einzelnen Kontaktfingern, die mit dem Kontaktkörper über Strombänder verbunden sind, und mit einem bewegten Kontaktteil, der zur Kontaktgabe einen Kugelkörper trägt, gekennzeichnet dadurch, daß der Kontaktkörper (11) des festen Kontaktteiles (1) eine erste axiale Bohrung (11.1) zur Aufnahme der in Drehlagern (9) bedingt drehbar gelagerten Kontaktfinger (3) aufweist, die in der Ebene der Drehlager (9) radial nach innen gerichtete Hebelansätze (3.1) besitzen und deren Arme rotationssymmetrisch zwischen sich zunächst eine Hohlkugel bzw. Hohltonne und darauf einen Einlauftrichter bilden und mit der Innenwand der ersten axialen Bohrung (11.1) des Kontaktkörpers (11) axial etwa in der Höhe des Überganges von Hohlkugel bzw. Hohltonne zum Einlauftrichter über die Strombänder (10) verbunden sind, wobei axial etwa in der Mitte zwischen den Drehlagern (9) und den Befestigungspunkten der Strombänder (10) Druckfedern (6) annähernd radial nach außen zwischen den Kontaktfingern (3) und der Innenwand der ersten axialen Bohrung (11.1), in Aufnahmebohrungen (3.2; 11.3) geführt, angeordnet sind, daß sich am Grund der ersten axialen Bohrung (11.1) eine nicht durchgehende zweite axiale Bohrung (11.2) geringeren Durchmessers anschließt, in der gleitbar ein Tellerkörper (5) vorgesehen ist, und zwischen dem und ihrem Grund sich eine Druckfeder (4) so unter Vorspannung stehend befindet, daß der Tellerkörper (5) im geöffnetem Zustand des Schalters fest an den Hebelansätzen (3.1) der Kontaktfinger anliegt, wobei die freien Enden derselben die Innenwand der ersten axialen Bohrung (11.1) berühren, daß das den festen Kontaktteil (1) umgebende Gehäuse (12) diesen bis auf eine Öffnung für den Einlauf des bewegten Kontaktteiles (2) nahezu völlig abdeckt, und daß der an seiner Spitze den Kugelkörper (7), der in eine Ausstülpung (8) mit halbkugelförmiger Spitze ausläuft, tragenden, bewegten Kontaktteil (2) so ausgebildet ist, daß dieser Kugelkörper (7) im eingelaufenen Zustand in axialer Richtung hinter seinem Mittelpunkt von den eine Hohlkugel bzw. Hohltonne bildenden Teilen der Kontaktfinger (3) umfaßt ist, wobei seine Ausstülpung (8) in einer Zentrierbohrung (5.1) des Tellerkörpers (5), die Kraft der auf diesen wirkenden Druckfeder (4) überwindend, zur Anlage kommt.
2. 2. Kontaktanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die auf den Tellerkörper (5) wirkende Druckfeder (4) als Teleskop-Druckfederanordnung ausgebildet ist.
3. 3. Kontaktanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die kontaktgebenden und gleitenden Flächen der Kontaktanordnung feststoffgeschmiert sind.
4. 4. Kontaktanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die kontaktgebenden Flächen der Kontaktfinger (3) und/oder des Kugelkörpers (7) strukturell in Einzelkontaktflächen aufgegliedert sind.
5. 5. Kontaktanordnung nach Punkt ^gekennzeichnet dadurch, daß die einen Einlauftrichter bildenden Flanken der Kontaktfinger (3) einen minimalen Anstellwinkel aufweisen.
6. 6. Kontaktanordnung nach Punkt 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Arbeitsraum unter dem Tellerkörper (5), der ein Teil der zweiten axialen Bohrung (11.2) ist, gesondert gegen Feuchtigkeit abgedichtet ist.

   Hierzu 1 Seite Zeichnungen