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Die
Erfindung betrifft einen Kontaktstift für eine Kontaktanordnung, insbesondere
einer Kontaktanordnung für
einen Hochspannungsleistungsschalter, gemäss dem Oberbegriff des Schutzanspruchs
1.
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Derartige
Kontaktstifte werden in elektrischen Schaltern, insbesondere in
Hochspannungsleistungsschalter verwendet. Weiter werden derartige
Schalter auch für
Mittelspannungsschalter verwendet. Insbesondere werden derartige
Kontaktstifte für
Schalter von gasisolierten Schaltanlagen verwendet.
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Herkömmliche
Kontaktstifte von bekannten Kontaktanordnungen weisen im Wesentlichen
einen halbkugelförmigen
Endbereich auf, der dazu bestimmt ist, mit federnden Fingerelementen
einer Kontakttulpe der Kontaktanordnung zusammen zu wirken. Dabei
tritt das Problem auf, dass die Fingerelemente beim Schliessen der
Kontaktanordnung am Kontaktstift prellen, wodurch nach der ersten
Berührung
des Kontaktstiftes mit den Fingerelementen erneut ein Lichtbogen
zwischen dem Kontaktstift und der Kontakttulpe entsteht.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Kontaktstift
sowie eine verbesserte Kontaktanordnung und einen verbesserten Hochspannungsleistungsschalter
bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Kontaktstift mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst,
durch eine Kontaktanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und
durch einen Hochspannungsleistungsschalter mit den Merkmalen des
Anspruchs 6 gelöst.
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Der
erfindungsgemässe
Kontaktstift für
eine Kontaktanordnung, bestehend aus dem Kontaktstift und einer
Kontakttulpe, weist einen Endbereich auf, der dazu bestimmt ist,
mit der Kontakttulpe zusammen zu wirken. Eine an das freie Ende
des Kontaktstifts angrenzende erste Zone kann zumindest mittels
einer Kugel mit einem ersten Radius (R1) angenähert werden. Weiter weist der
Kontaktstift einen im wesentlichen zylinderförmigen Bereich aufweist, wobei
dieser zylinderförmige Bereich
zumindest mit einem Kreiszylinder mit einem dritten Radius angenähert werden
kann. Erfindungsgemäss
ist der dritte Radius des Kreiszylinders grösser gewählt als der erste Radius der
Kugel zur Annäherung
der ersten Zone (7).
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Die
erfindungsgemässe
Wahl der Radien ermöglicht
die Herstellung eines Kontaktstiftes, an welchem Fingerelemente
der Kontakttulpe weniger prellen.
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Die
Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel
in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
Kontaktstift und eine Kontakttulpe einer Kontaktanordnung eines
herkömmlichen Schalters
vor Kontaktberührung;
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2 den
Kontaktstift und die Kontakttulpe gemäss 1 zum Zeitpunkt
der Kontaktberührung;
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3 den
Kontaktstift und die Kontakttulpe gemäss 1 kurz nach
Kontaktberührung
bei geringem Impuls;
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4 den
Kontaktstift und die Kontakttulpe gemäss 1 kurz nach
Kontaktberührung
bei hohem Impuls, wodurch Fingerelemente der Kontakttulpe prellen;
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5 den
Kontaktstift und die Kontakttulpe gemäss 1 nach dem
Schliessen der Kontaktanordnung;
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6 einen
erfindungsgemässer
Kontaktstift und eine Kontakttulpe einer erfindungsgemässen Kontaktanordnung
vor Kontaktberührung;
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7 den
Kontaktstift und die Kontakttulpe gemäss 6 zum Zeitpunkt
der Kontaktberührung;
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8 den
Kontaktstift und die Kontakttulpe gemäss 6 beim Einfahren
des Kontaktstifts in die Kontakttulpe; und
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9 den
erfindungsgemässer
Kontaktstift.
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1 bis 5 zeigen
eine bekannte Kontaktanordnung für
einen Hochspannungsleistungsschalter bestehend aus einem Kontaktstift 1 und
einer Kontakttulpe 3. Derartige Hochspannungsleistungsschalter
werden beispielsweise in gasisolierten Schaltanlagen verwendet.
Als Isoliergas wird typischerweise SF6 verwendet.
Andere isolierende Gase können
ebenso verwendet werden.
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Während des
Einschaltvorgangs, siehe 1, wird der Abstand zwischen
den Kontakten 1, 3, das heisst zwischen der Kontakttulpe 3 und
dem Kontaktstift 1, reduziert. Kontakttulpe 3 und
Kontaktstift 1 bewegen sich aufeinander zu. Nach der in 2 dargestellten
Kontaktberührung
kann es zu einem Prellvorgang kommen. Der Stoss beziehungsweise
der Impuls auf die Kontakttulpe 3, deren dem Stift 1 zugewandter
Endbereich durch mehrere Fingerelemente 5 ausgebildet ist,
führt zu
einer Beschleunigung der Fingerelemente 5 in radialer Richtung
nach aussen, das heisst weg von der Achse A, auf welcher sich der
Kontaktstift 1 bzw. die Kontakttulpe 3 bewegt.
Die Federsteifigkeit der Fingerelemente 5 erzeugt eine
Gegenkraft aufgrund der Federkraft. Ist die Federkraft grösser als
die Kraft durch den Impuls (Stosskraft), folgen die Fingerelemente 5 der
Kontakttulpe 3 dem Verlauf des eindringenden Stiftes wie
dies in 3 dargestellt ist. Ist die Stosskraft jedoch grösser als
die Federkraft, können
die Fingerelemente 5 der Kontakttulpe 3 „abheben" beziehungsweise
prellen, wie dies in 4 dargestellt ist. Dadurch wird
der elektrische Kontakt zwischen Kontaktstift 1 und der
Kontakttulpe 3 erneut unterbrochen und ein Lichtbogen 6 kann
zwischen der Kontakttulpe 3 und dem Kontaktstift 1 entstehen.
Dieser Lichtbogen 6 führt
zu einem erhöhten
Abbrand am Kontaktstift 1 wie auch an der Kontakttulpe 3.
Bei sehr geringer Federsteifigkeit können die Fingerelemente 5 auch
nach erneuter Kontaktberührung
wieder abheben (mehrfaches Prellen).
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Ein
Prellen kann durch eine erhöhte
Federsteifigkeit vermieden werden. Damit wird aber auch die Reibung
zwischen den Kontakten 1, 3 erhöht. Die erhöhte Reibung
bedeutet mehr Antriebsenergie für die
Kontaktanordnung und erhöhter
mechanischer Abrieb an den Kontakten 1, 3.
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Wie
in 6 gezeigt, wird ein erfindungsgemässer Kontaktstift 1 derart
ausgeführt,
dass der Impuls auf die Fingerelemente 5 der Kontakttulpe 3 reduziert
wird. Eine erste Zone 7 des Kontaktstifts 1, die
direkt an das Ende des Kontaktstifts 1 angrenzt, ist so
ausgestaltet, dass die Anforderungen an die Dielektrik erfüllt werden.
Eine zweite Zone 9, die an die erste Zone 7 angrenzt,
ist so gestaltet, dass die Fingerelemente 5 unter einem
möglichst
flachen Winkel auf den Kontaktstift 1 auftreffen. Die zweite
Zone 9 grenzt weiter an einen zylinderförmigen Bereich 11 des
Kontaktstifts 1 an.
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Der
Einschaltvorgang mittels eines erfindungsgemässen Kontaktstifts 1 ist
in den 7 und 8 dargestellt.
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Eine
mögliche
Konstruktion eines erfindungsgemässen
Kontaktstifts 1 ist in 9 dargestellt.
Die erste Zone 7 ist durch eine Kappe einer Kugel mit einem
ersten Radius R1 ausgebildet. Die zweite Zone 9 ist im
Querschnitt durch zwei Kreise mit einem zweiten Radius R2 begrenzt,
wobei die Oberfläche
der ersten Zone 7 stetig in die Oberfläche der zweiten Zone 9 übergeht.
Weiter geht die Oberfläche
der zweiten Zone 9 stetig in die Mantelfläche des
Kontaktstifts 1 über,
die auf einer Zylinderfläche mit
einem dritten Radius R3 liegt. Der dritte Radius R3 ist grösser als
der erste Radius R1 und der zweite Radius R2 ist grösser als
der dritte Radius R3.
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Alternativ
kann der Endbereich des Kontaktstifts mit der erste Zone 7 und
der zweite Zone 9 durch ein elliptisches Paraboloid angenähert werden, welches
schlussendlich wiederum in einen Zylinder übergeht.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die zweite Zone 9 als ein Kegelstumpf ausgebildet.
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Weitere
Annäherungen
des erfindungsgemässen
Kontaktstifts sind denkbar, wobei die erste Zone zumindest näherungsweise
kugelkappenförmig ausgebildet
ist. Die Oberfläche
der ersten Zone wird über
die Oberfläche
der zweiten Zone stetig in die Zylinderfläche übergeführt. Der Zylinder weist einen Radius
auf, der grösser
ist als der Radius der Kugelkappe zur Annäherung der Oberfläche der
ersten Zone.