DE202011000963U1 - Selector switch assembly for a high voltage device - Google Patents

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Abstract

Wahlschalterbaugruppe (1) für eine Hochspannungsvorrichtung, umfassend: – einen zylindrischen Stromabnehmer (2), der aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt ist und ein erstes Ende (3) und ein zweites Ende (4) aufweist, – einen beweglichen Kontakt (5), der beweglich entlang den Umfang des ersten Endes (3) des zylindrischen Stromabnehmers (2) angeordnet und in Kontakt mit dem ersten Ende (3) ist, – zumindest zwei Kontakten (8), die fest an den zylindrischen Stromabnehmer (2) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Stromabnehmer (2) ein erstes (6) und ein zweites (7) zylindrisches Teil umfasst, die miteinander verbunden angeordnet sind, wobei das erste Teil (6) das erste Ende (3) umfasst und im Wesentlichen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist und das zweite Teil (7) das zweite Ende (4) umfasst und im Wesentlichen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.A selector switch assembly (1) for a high voltage device, comprising: - a cylindrical current collector (2) made of electrically conductive material and having a first end (3) and a second end (4), - a movable contact (5) which movably arranged along the circumference of the first end (3) of the cylindrical current collector (2) and in contact with the first end (3), thereby - at least two contacts (8) which are firmly connected to the cylindrical current collector (2) characterized in that the cylindrical current collector (2) comprises a first (6) and a second (7) cylindrical part which are arranged connected to one another, the first part (6) comprising the first end (3) and essentially made of copper or is made of a copper alloy and the second part (7) comprises the second end (4) and is essentially made of aluminum or an aluminum alloy.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wahlschalterbaugruppe für eine Hochspannungsvorrichtung (> 1 kV), wie etwa einen Stufenschalter, umfassend einen elektrischen Stromabnehmer, der aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt ist und ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei ein beweglicher Kontakt beweglich entlang den Umfang des ersten Endes der Kontaktvorrichtung angeordnet und in Kontakt mit dem ersten Ende und zumindest zwei Kontakten ist, die fest an die Kontaktvorrichtung angeschlossen sind.The present invention relates to a selector switch assembly for a high voltage device (> 1 kV), such as a tap changer comprising an electric current collector made of electrically conductive material and having a first end and a second end, wherein a movable contact is movable along the circumference disposed in contact with the first end and at least two contacts fixedly connected to the contact device.

Stand der TechnikState of the art

Stufenschalter werden zum Ändern des Zapfanschlusses einer Transformatorwicklung, während der Transformator unter Strom ist, verwendet. Der Stufenschalter kann als einzelne Einheit für Einzel- und Dreiphasenanwendungen mit einem gemeinsamen Sternpunkt ausgelegt sein. Abhängig von der Dreiphasennennleistung könnte dies drei separate Einheiten erfordern, die jede ihre eigenen isolierten Phasen aufweisen. Stufenschalter können entweder innerhalb des Transformatorhauptbehälters oder außerhalb in ihrer eigenen Abteilung angeordnet sein. Das Umschalten von einer Position in eine andere muss über eine Impedanz erfolgen, um einen Kurzschluss zwischen zwei Stufen der Regelwicklung zu vermeiden. Stufenschalter können belastet oder unbelastet sein, und Laststufenschalter enthalten im Allgemeinen einen Lastumschalter, der zum Bewirken des Übertragens von Strom von einem Spannungsabgriff auf den nächsten betrieben ist. Der Lastumschalter bewirkt das gesamte Herstellen und Unterbrechen von Strömen unter Last, während der Wahlschalter den Abgriff vorauswählt, auf den der Lastumschalter den Laststrom überträgt. Der Wahlschalter enthält außerdem zumindest zwei feste Kontakte, die im Gehäuse des Stufenschalters angeordnet sind, einen Stromabnehmer, Vakuumschalter, bewegliche Kontakte und einen Mechanismus, der zum Regeln (öffnen/schließen) der Vakuumschalter angeordnet ist. Der Stromabnehmer ist zum Übertragen von Strom zwischen dem beweglichen Kontakt des Wahlschalters und den festen Kontakten angeordnet, die in dem Gehäuse des Stufenschalters angeordnet sind.Tap changers are used to change the tap connection of a transformer winding while the transformer is energized. The tap changer can be designed as a single unit for single and three-phase applications with a common neutral point. Depending on the three-phase power rating, this might require three separate units, each with their own isolated phases. Tap changers can be located either inside the transformer main tank or outside in their own compartment. Switching from one position to another must be done via an impedance to avoid a short circuit between two stages of the control winding. Tap changers may be loaded or unloaded, and on-load tap changers generally include a diverter switch operable to effect the transfer of power from one tap to the next. The diverter switch effects all the making and breaking of currents under load while the selector selects the tap to which the diverter switch transfers the load current. The selector switch also includes at least two fixed contacts arranged in the housing of the tap changer, a current collector, vacuum switches, movable contacts and a mechanism arranged to control (open / close) the vacuum switches. The current collector is arranged to transfer current between the movable contact of the selector switch and the fixed contacts arranged in the housing of the tap changer.

Heutzutage sind Stromabnehmer typischerweise vollständig aus Kupfer (Cu) hergestellt. Der Grund dafür ist das Erfordernis, dass die Stromabnehmer aus einem Material mit niedrigem Leitungspunktwiderstand und hoher mechanischer Festigkeit hergestellt sind. Die Verwendung von Kupfer macht die Fertigung der Stromabnehmer jedoch kostspielig. Aluminium ist als Leiter ebenfalls effizient, bei Gebrauch als oder mit einem beweglichen Kontakt jedoch unzulänglich. Der Grund dafür ist, dass Aluminium eine niedrige Oberflächenhärte aufweist und daher einen Aufbau von Aluminiumoxid auf seiner Oberfläche mit sich bringt. Ein zu großer Aluminiumoxidaufbau erhöht den Kontaktwiderstand, da die elektrische Leitfähigkeit für Aluminiumoxid schwach ist, und daher die Temperatur zunimmt, wenn der Stufenschalter in Betrieb ist. Deshalb könnte eine zusätzliche Kühlung des Stufenschalters erforderlich sein, und dies muss vermieden werden.Today, current collectors are typically made entirely of copper (Cu). The reason for this is the requirement that the current collectors are made of a material with low conduction resistance and high mechanical strength. However, the use of copper makes the manufacture of the pantographs expensive. Aluminum is also efficient as a conductor but inadequate when used as or with a moving contact. The reason for this is that aluminum has a low surface hardness and therefore causes a buildup of alumina on its surface. Too much alumina buildup increases the contact resistance because the electrical conductivity for alumina is low and therefore the temperature increases when the tap changer is in operation. Therefore, additional cooling of the tap changer may be required and this must be avoided.

Kurzdarstellung der ErfindungBrief description of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Wahlschalterbaugruppe bereitzustellen, die im Vergleich zu vorherigen Lösungen kostengünstiger in der Herstellung ist und einen niedrigen Leitungspunktwiderstand und hohe mechanische Festigkeit aufweist.It is the object of the invention to provide a selector switch assembly that is less expensive to manufacture compared to previous solutions and has low line point resistance and high mechanical strength.

Diese Aufgabe wird durch die eingangs definierte Wahlschalterbaugruppe gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der zylindrische Stromabnehmer ein erstes und ein zweites zylindrisches Teil umfasst, die miteinander verbunden angeordnet sind, wobei das erste Teil das erste Ende umfasst, das im Wesentlichen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist, und das zweite Teil das zweite Ende umfasst, das im Wesentlichen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt ist. Durch eine derartige Anordnung ist die Wahlschalterbaugruppe im Vergleich zu vorher bekannten Lösungen weniger kostspielig in der Fertigung, da die Gesamtmenge von Kupfer erheblich verringert ist. Außerdem ist durch eine derartige Anordnung ein niedriger Leitungspunktwiderstand zwischen dem beweglichen Kontakt, der im Wesentlichen aus reinem Kupfer hergestellt ist, und dem ersten Ende des zylindrischen Stromabnehmers erzielt, da das Kupfer im ersten Ende des zylindrischen Stromabnehmers keinen Aufbau von Oxiden erfährt. Daher erfährt die Wahlschalterbaugruppe, obgleich das Material im zweiten zylindrischen Teil bezüglich Oberflächenoxidation unbeständig ist und dadurch seinen Widerstand leicht erhöhen kann, keinen Aufbau von Aluminiumoxiden und weist daher im Vergleich zu vorher bekannten Wahlschalterbaugruppen zumindest gleiche elektrische und mechanische Eigenschaften auf.This object is achieved by the selector switch assembly defined at the beginning, which is characterized in that the cylindrical current collector comprises a first and a second cylindrical part, which are arranged connected to each other, wherein the first part comprises the first end, which consists essentially of copper or a Copper alloy is made, and the second part comprises the second end, which is made essentially of aluminum or an aluminum alloy. By such an arrangement, the selector switch assembly is less expensive to manufacture compared to previously known solutions because the total amount of copper is significantly reduced. In addition, such an arrangement achieves a low line point resistance between the movable contact, which is made substantially of pure copper, and the first end of the cylindrical current collector, since the copper in the first end of the cylindrical current collector does not undergo build-up of oxides. Therefore, although the material in the second cylindrical part is inconsistent with respect to surface oxidation and thus can easily increase its resistance, the selector switch assembly does not undergo alumina build-up and therefore has at least equal electrical and mechanical properties as compared to previously known selector switch assemblies.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Höhe des ersten Teils des Stromabnehmers geringer, oder sogar erheblich kleiner, als die Höhe des zweiten Teils des Stromabnehmers. Dadurch ist der Kupferanteil in dem Stromabnehmer geringer als der Aluminiumanteil. Daher sind die Fertigungskosten im Vergleich zu vorher bekannten Lösungen herabgesetzt. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Stromabnehmer im Vergleich zu vorher bekannten Lösungen weniger wiegt.According to one embodiment of the invention, the height of the first part of the pantograph is lower, or even considerably smaller, than the height of the second part of the pantograph. As a result, the proportion of copper in the current collector is less than the aluminum content. Therefore, the manufacturing costs are reduced compared to previously known solutions. Another advantage is that the pantograph weighs less compared to previously known solutions.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht die Zusammensetzung des Stromabnehmers aus 10 bis 15 Gew.-% Kupfer und der Rest aus Aluminium.According to a further embodiment, the composition of the current collector consists of 10 to 15 wt .-% copper and the balance of aluminum.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Wahlschalterbaugruppe ein Teil eines Stufenschalters.According to a preferred embodiment of the invention, the selector switch assembly is part of a tap changer.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigen:Show it:

1a eine Perspektivansicht, von oben betrachtet, einer Wahlschalterbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 1a a perspective view, viewed from above, a selector switch assembly according to an embodiment of the invention;

1b eine Perspektivansicht, von unten betrachtet, der Wahlschalterbaugruppe, die in 1a gezeigt ist; 1b a perspective view, viewed from below, of the selector switch assembly, which in 1a is shown;

2 eine Perspektivansicht des zylindrischen Stromabnehmers mit einem angebrachten festen Kontakt. 2 a perspective view of the cylindrical pantograph with an attached fixed contact.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

1a und 1b zeigen eine Perspektivansicht einer Wahlschalterbaugruppe 1 für eine Hochspannungsvorrichtung, umfassend einen zylindrischen Stromabnehmer 2, der aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt ist und ein erstes Ende 3 und ein zweites Ende 4 aufweist, wobei ein beweglicher Kontakt 5 beweglich entlang den Umfang des ersten Endes 3 des zylindrischen Stromabnehmers 2 angeordnet und in Kontakt mit dem ersten Ende 3 und zumindest zwei Kontakten (nicht gezeigt) ist, die fest an den zylindrischen Stromabnehmer 2 angeschlossen sind. Der zylindrische Stromabnehmer 2 umfasst ein erstes 6 und ein zweites 7 zylindrisches Teil, die miteinander verbunden angeordnet sind, wobei das erste Teil 6 das erste Ende 3 umfasst und im Wesentlichen aus Kupfer, einem Material mit hohen leitfähigen und mechanischen Eigenschaften, oder einer Kupferlegierung hergestellt ist. Das zweite Teil 7 umfasst das zweite Ende 4 und ist im Wesentlichen aus Aluminium, einem Material mit niedrigem Leitungspunktwiderstand, oder einer Aluminiumlegierung hergestellt. Vorzugsweise ist das erste Teil 6 des zylindrischen Stromabnehmers 2 aus reinem Kupfer hergestellt. Es ist jedoch außerdem möglich, eine Kupferlegierung zu verwenden oder das erste Teil 6 des zylindrischen Stromabnehmers 2 mit einem Edelmetall, z. B. Silber (Ag) zu beschichten. Vorzugsweise ist das zweite Teil 7 des zylindrischen Stromabnehmers 2 aus reinem Aluminium hergestellt. Es ist jedoch außerdem möglich, eine Aluminiumlegierung zu verwenden. Durch eine derartige Anordnung ist niedriger Leitungspunktwiderstand zwischen dem beweglichen Kontakt 5 und dem ersten Ende 3 des zylindrischen Stromabnehmers 2 erzielt, da Kupfer keinen Aufbau von Oxiden erfährt. Dadurch erfährt die Wahlschalterbaugruppe 1 keinen Aufbau von Aluminiumoxiden und weist daher im Vergleich zu vorher bekannten Wahlschalterbaugruppen zumindest gleiche elektrische und mechanische Eigenschaften auf. 1a and 1b show a perspective view of a selector switch assembly 1 for a high voltage device comprising a cylindrical current collector 2 made of electrically conductive material and a first end 3 and a second end 4 having a movable contact 5 movable along the circumference of the first end 3 of the cylindrical pantograph 2 arranged and in contact with the first end 3 and at least two contacts (not shown) fixed to the cylindrical current collector 2 are connected. The cylindrical pantograph 2 includes a first 6 and a second one 7 cylindrical part, which are arranged connected to each other, wherein the first part 6 the first end 3 and essentially made of copper, a material having high conductive and mechanical properties, or a copper alloy. The second part 7 includes the second end 4 and is essentially made of aluminum, a low line point resistance material, or an aluminum alloy. Preferably, the first part 6 of the cylindrical pantograph 2 made of pure copper. However, it is also possible to use a copper alloy or the first part 6 of the cylindrical pantograph 2 with a precious metal, z. B. silver (Ag) to coat. Preferably, the second part 7 of the cylindrical pantograph 2 made of pure aluminum. However, it is also possible to use an aluminum alloy. By such an arrangement is low line point resistance between the movable contact 5 and the first end 3 of the cylindrical pantograph 2 achieved because copper does not undergo formation of oxides. This tells the selector switch assembly 1 no structure of aluminum oxides and therefore has at least the same electrical and mechanical properties compared to previously known selector switch assemblies.

Nach der Übertragung von Strom von dem beweglichen Kontakt 5 zum ersten Teil 3 des zylindrischen Stromabnehmers 2 wirkt der Kupfer im ersten Teil 6 des zylindrischen Stromabnehmers 2 als Kontaktleitungspunktmaterial und das Aluminium im zweiten Teil 7 des zylindrischen Stromabnehmers 2 als Hauptleiter. Daher wird Strom vom ersten Teil 6 zum zweiten Teil 7 übertragen.After the transfer of electricity from the moving contact 5 to the first part 3 of the cylindrical pantograph 2 The copper acts in the first part 6 of the cylindrical pantograph 2 as contact point material and the aluminum in the second part 7 of the cylindrical pantograph 2 as the main conductor. Therefore, electricity is from the first part 6 to the second part 7 transfer.

Ferner umfasst die Wahlschalterbaugruppe 1 einen Mechanismus 10, der zum Öffnen und Schließen von Vakuumschaltern (nicht gezeigt) angeordnet ist. Der bewegliche Kontakt 5, der Mechanismus 10 und die Vakuumschalter sind an einer Wahlschalterachse 11 angebracht angeordnet. Der zylindrische Stromabnehmer 2 ist durch Befestigungsmittel (nicht gezeigt) am Innenumfang eines gestreckten Gehäuses (nicht gezeigt) befestigt. Zumindest zwei Kontakte (nicht gezeigt) sind an der Verwendungsstelle in dem Gehäuse festgemacht.Furthermore, the selector switch assembly includes 1 a mechanism 10 which is arranged to open and close vacuum switches (not shown). The moving contact 5 , the mechanism 10 and the vacuum switches are on a selector switch axis 11 arranged arranged. The cylindrical pantograph 2 is fixed to the inner circumference of a stretched housing (not shown) by fastening means (not shown). At least two contacts (not shown) are moored in place in the housing.

Das erste Teil 6 des zylindrischen Stromabnehmers 2 ist zum Aufnehmen des beweglichen Kontakts 5 angeordnet, der zum übertragen von Strom zum zylindrischen Stromabnehmer 2 angeordnet ist. Das zweite Teil 7 des zylindrischen Stromabnehmers 2 umfasst zumindest zwei statische Kontakte 8, die zum Übertragen von Strom zu festen Kontakten (nicht gezeigt) angeordnet sind, welche in dem gestreckten Gehäuse an der Verwendungsstelle angeordnet sind. Das erste 6 und das zweite 7 Teil des zylindrischen Stromabnehmers 2 sind miteinander verbunden angeordnet, beispielsweise durch Reibrührschweißen, oder ähnliche Verfahren, wie etwa Lichtstrahlschweißen. Dadurch gliedern sich Kupfer und Aluminium ein, und daher ist ein beständiger widerstand, trotz des Aufbaus von Oxidierungen auf dem Material, erzielt. Ein Hauptvorteil ist, dass die Nutzung von Reibrührschweißen oder ähnlicher Verfahren, wie etwa Lichtbogenschweißen, bedeutet, dass kein anderes Material außer Kupfer und Aluminium miteinbezogen ist.The first part 6 of the cylindrical pantograph 2 is for picking up the moving contact 5 arranged to transfer current to the cylindrical pantograph 2 is arranged. The second part 7 of the cylindrical pantograph 2 includes at least two static contacts 8th arranged to transmit power to fixed contacts (not shown) disposed in the elongated housing at the point of use. The first 6 and the second 7 Part of the cylindrical pantograph 2 are arranged connected to each other, for example by friction stir welding, or similar methods, such as light beam welding. As a result, copper and aluminum break down, and therefore a resistant resistance, despite the build-up of oxidations on the material, achieved. One major advantage is that the use of friction stir welding or similar processes, such as arc welding, means that no material other than copper and aluminum is involved.

2 zeigt den zylindrischen Stromabnehmer 2 mit einem daran angebrachten, festen Kontakt 9. 2 shows the cylindrical pantograph 2 with a fixed contact attached to it 9 ,

Claims (6)

Wahlschalterbaugruppe (1) für eine Hochspannungsvorrichtung, umfassend: – einen zylindrischen Stromabnehmer (2), der aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt ist und ein erstes Ende (3) und ein zweites Ende (4) aufweist, – einen beweglichen Kontakt (5), der beweglich entlang den Umfang des ersten Endes (3) des zylindrischen Stromabnehmers (2) angeordnet und in Kontakt mit dem ersten Ende (3) ist, – zumindest zwei Kontakten (8), die fest an den zylindrischen Stromabnehmer (2) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Stromabnehmer (2) ein erstes (6) und ein zweites (7) zylindrisches Teil umfasst, die miteinander verbunden angeordnet sind, wobei das erste Teil (6) das erste Ende (3) umfasst und im Wesentlichen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist und das zweite Teil (7) das zweite Ende (4) umfasst und im Wesentlichen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.Selector switch assembly ( 1 ) for a high voltage device, comprising: A cylindrical pantograph ( 2 ) made of electrically conductive material and having a first end ( 3 ) and a second end ( 4 ), - a movable contact ( 5 ) movable along the circumference of the first end ( 3 ) of the cylindrical pantograph ( 2 ) and in contact with the first end ( 3 ), - at least two contacts ( 8th ) fixed to the cylindrical pantograph ( 2 ), characterized in that the cylindrical current collector ( 2 ) a first ( 6 ) and a second one ( 7 ) cylindrical part, which are arranged connected to each other, wherein the first part ( 6 ) the first end ( 3 ) and is essentially made of copper or a copper alloy and the second part ( 7 ) the second end ( 4 ) and is made essentially of aluminum or an aluminum alloy. Wahlschalterbaugruppe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste zylindrische Teil (6) aus Kupfer besteht und das zweite zylindrische Teil (7) aus Aluminium besteht.Selector switch assembly ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the first cylindrical part ( 6 ) consists of copper and the second cylindrical part ( 7 ) consists of aluminum. Wahlschalterbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des ersten Teils (6) des Stromabnehmers (2) geringer als die Höhe des zweiten Teils (7) des Stromabnehmers (2) ist.Selector switch assembly ( 1 ) according to one of claims 1 to 2, characterized in that the height of the first part ( 6 ) of the pantograph ( 2 ) less than the height of the second part ( 7 ) of the pantograph ( 2 ). Wahlschalterbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des ersten Teils (6) des Stromabnehmers (2) erheblich kleiner als die Höhe des zweiten Teils (7) des Stromabnehmers (2) ist.Selector switch assembly ( 1 ) according to one of claims 1 to 2, characterized in that the height of the first part ( 6 ) of the pantograph ( 2 ) considerably smaller than the height of the second part ( 7 ) of the pantograph ( 2 ). Wahlschalterbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des zylindrischen Stromabnehmers (2) aus 10 bis 15 Gew.-% Kupfer und der Rest aus Aluminium besteht.Selector switch assembly ( 1 ) according to one of claims 1 to 2, characterized in that the composition of the cylindrical current collector ( 2 ) consists of 10 to 15 wt .-% copper and the balance of aluminum. Verwendung einer Wahlschalterbaugruppe (1) für eine Hochspannungsvorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schalterbaugruppe ein Teil eines Stufenschalters ist.Using a selector switch assembly ( 1 ) for a high voltage device according to any one of the preceding claims, wherein the switch assembly is a part of a tap changer.
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