DE2221631A1 - Elektrisches hochspannungsgeraet - Google Patents

Description

Elektrisches Hochspannungsgerät

Aus der DT-AS 1 154 548 ist ein elektrischer Schalter mit einem elektronegativen, f^orhaltigen Gas als Lösch- und Isoliermittel und relativ zueinander beweglichen Schaltstücken bekannt, zwischen denen beim Ausschalten ein Lichtbogen gezogen wird. Um die Zerstörung der Schaltstücke und die Bildung von Zersetzungsprodukten unter der Einwirkung .des Lichtbogens klein zu halten, sind dabei die Schaltstücke aus Kohlenstoff, vorzugsweise aus Graphit gefertigt. Die aus Graphit bestehenden Schaltstücke sind massiv ausgebildet und in topfförmigen Elektroden eingesetzt, wobei die Wände der topfförmigen Elektroden zumindest · teilweise in mantelseitig an den Schaltstücken vorgesehene Hinterschneidungen eingreifen. Damit läßt sich eine sichere mechanische und elektrische Verbindung erzielen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Hochspannungsgerät, insbesondere Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem gasförmigen Isoliermittel und Kontaktstücken, die stirnseitig Lichtbogenelektroden aus' Graphit tragen. Erfindungsgemäß sind die Lichtbogenelektroden ringförmig ausgebildet und mit einem umlaufenden U-Profil versehen, zwischen dessen U-Schenkeln ein Stützkörper angeordnet ist.

Durch Anwendung der Erfindung lassen sich düsenförmig gestaltete Graphitelektroden für Kontaktstücke schaffen, die zur Abfuhr von Schaltgasen hohl ausgebildet sind. Die ringförmigen Lichtbogenelektroden, die nicht nur mit ihren Stirnseiten, sondern auch _f·mit ihren inneren Mantelflächen zur Führung des Lichtbogens bestimmt sind, sollen aus einem Grsphitmaterial bestehen, das günstige Abbranderscheinungen

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zeigt. Zugleich ist dieses Material aber nur schwierig mechanisch stabil, d.h. bruchsicher zu fassen. Der Einsatz von düsenförmigen Graphitkörpern in elektrischen Hochspannungs-Leistungsschaltern ist jedoch wegen der Lichtbogenführungseigenschaften sehr günstig. Die Erfindung hat ferner auch das Ziel, den zwischen den Lichtbogenelektroden gezogenen Lichtbogen magnetisch derart zu beblasen, daß er in das Innere der düsenförmig gestalteten Graphitelektroden getrieben wird. Zur magnetischen Beblasung in elektrischen Hochspannungs-Leistungsschaltern ist es an sich bekannt, den Lichtbogenstrom selbst heranzuziehen und eine Schleifenbildung zu bewirken (vergl. z.B. DT-PS 1 212 617). Ein derartiges U-Profil beeinträchtigt jedoch die ohnehin ungünstigen mechanischen Eigenschaften von düsenförmigen Graphitkörpern.

Die Erfindung sieht daher vor, einen Stützkörper zwischen den U-Schenkeln der ringförmigen Lichtbogenelektroden anzuordnen, der die beiden Schenkel und damit den Düsenkörper als ganzes versteift.

Der besondere Vorteil der Ausführungsform nach der Erfindung besteht darin, daß die steifen und mechanisch stabilen aus Graphit bestehenden Lichtbogenelektroden mit Ausnehmungen versehen werden können, um zu einer günstigeren magnetischen Lichtbogenbeeinflussung zu gelangen. Durch schräg zur Stirnseite geschlitzte Lichtbogenelektroden ist es nämlich möglich, den Lichtbogen zu einer Rotation um die Achse der ringförmigen Lichtbogenelektrode zu veranlassen.

Bei einer ersten Ausführungsform nach der Erfindung ist der Stützkörper ringförmig ausgebildet; er besteht aus einem Gießharz, insbesondere aus einem Epoxidharz. Bei einem etwas anderen Ausführungsbeispiel besteht der Stützkörper aus Keramik.

Für erhöhte mechanische Beanspruchungen, insbesondere für eine Halterung der Lichtbogenelektrode, die einen festen

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Sitz durch Reibschluß erhält, kann mit dem Stützkörper eine metallische Bewehrung verbunden sein. Dabei 1st vorteilhaft der radial außen umlaufende U-Schenkel der Lichtbogenelektrode zwischen dem Stützkörper, insbesondere zwischen der metallischen Bewehrung und einer äußeren tragenden Fassung des Kontaktstückes verspannt. Der- Stützkörper kann somit bevorzugt als Widerlager¹¹ für eine Reibschlußhalterung dienen.

In allen Fällen weist das Material des Stützkörpers in einem Temperaturbereich zwischen etwa -4O⁰C und +150⁰C bevorzugt annähernd den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Graphitmaterial der Lichtbogenelektrode auf. Im.Falle der Verwendung von Gießharz kann der Ausdehnungskoeffizient durch Füllstoff mit beispielsweise körniger, schuppiger oder fadenförmiger Struktur dem Ausdehnungskoeffizienten des Graphitmaterials angepaßt sein. Als Material für die Bewehrung sind Metalle zu bevorzugen, die im interessierenden Temperaturintervall einen dem Graphit entsprechenden Ausdehnungskoeffizienten haben. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Metall mit 36% Nickel, Rest Eisen erwiesen. Ferner ist mit Vorteil auch ein Metall mit 28% Nickel, 18% Kobalt, Rest Eisen zu verwenden.

Anhand der Zeichnung sind Ausführungsbeispieüe eines elektrischen Hochspannungsgerätes nach der Erfindung beschrieben.

In Fig. 1 ist ein als Leistungsschalter ausgebildetes elektrisches Hochspannungsgerät nach der Erfindung schematisch gezeichnet.

Die Fig. 2 zeigt ein Kontaktstück des Leistungsschalters nach Fig. 1 mit einer Lichtbogenelektrode aus Graphit.

Die Fig. 3 zeigt in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung ein Kontaktstück mit einer etwas anders ausgebildeten Graphitelektrode.

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In Fig. 4 ist in einer weiteren Ausführungsform eine mit einem Kontaktstück verbundene Graphitelektrode in einer den Fig. 2 und 3 entsprechenden Darstellung schematisch gezeichnet.

Der in Fig.« 1 dargestellte Leistungsschalter weist eine beispielsweise aus Porzellan bestehende Schaltkammer 10 auf, die ein gasförmiges Isoliermittel, z.B. Schwefelhexafluorid, aufnimmtc Im Innern 12 der Schaltkammer 10 sind zwei Kontaktstücke 1 angeordnet, die an ihren freien einander zugewandten Stirnseiten über je einen elektrisch leitenden Körper 4 eine zur Führung des Lichtbogens bestimmte Graphitelektrode 6 tragen. Die Graphitelektrode ist ringförmig, z.B. düsenförmig, gestaltet und dient zur Abfuhr der während der Lichtbogenbrenndauer entstehenden heißen Schaltgase. Diese Schaltgase werden durch das Innere der hohl ausgebildeten Kontaktstücke 1 weitergeführt. Im dargestellten Äusführungsbeispiel befindet sich der Schalter in der rechts der Mittellinie gezeichneten Position in der Einschaltstellung und in der"links der Mittellinie gezeichneten Position in der Ausschaltstellung. In der Einschaltstellung sind die beiden Kontaktstücke 1 durch ein Überbrückungsschaltstück 11 miteinander elektrisch leitend verbunden. In der Ausachaltstellung ist die zwischen den beiden Kontaktstücken 1 gebildete Trennstrecke vom Überbrückungsschaltstück 11 freigegeben, das zuvor in Pfeilrichtung 13 bewegt wurde.

In Fig. 2 ist ein Kontaktstück 1 für den Hochspannungs-Leistungsschalter nach Fig. 1 in einer vergrößerten Darstellung schematisch gezeichnet, das zur Abfuhr der während des Schaltvorganges entstehenden Schaltgase hohl ausgebildet ist. Das verwendete gasförmige Isoliermittel, insbesondere Schwefelhexafluorid, dient im Falle der Ausbildung als Hochspannungs-Leistungsschalter in der Regel gleichzeitig als Löschmittel. Dieses Löschmittel wird unter einem vorbestimmten Druck von beispielsweise 10 bar zur Trennstrecke

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geleitet, wenn der Schalter in die Ausschaltetellung überführt wird, und von dort' über die düsenförmigen Graphitelektroden und hohlen Kontaktstücke abgeführt»

Das Kontaktstück 1- trägt an seiner Stirnseite 2 ein Gewinde 3 zur Aufnahme eines elektrisch leitenden,,rohrförmigen Fassungskörpers 4, der seinerseits die Graphitelektrode 6 haltert. Die Graphitelektrode 6 ist ringförmig ausgebildet und mit einem umlaufenden U-Profil versehen₀ Zwischen den Schenkeln 7,8 des U-Profils ist ein Stützkörper 9 angeordnet„ der ebenfalls ringförmig ausgebildet ist. Der Stützkörper kann aus einem Gießharz oder aus Keramik oder beiden bestehen. Die Fertigung der aus Graphit bestehenden Lichtbogenelektrode 6 kann beispielsweise so vorgenommen werden,, daß in den Graphitkörper eine umlaufende innere Ringnut eingegeben wird, die in einem nachfolgenden Verfahrensschritt durch ein Gießharz vergossen wird«, Das Gießharz ist mit Füllstoffen fasriger, schuppiger oder körniger Struktur versehen^ die einen dem Ausdehnungskoeffzienten des Graphits entsprechenden Ausdehnungskoeffizienten für den Stützkörper bewirken«.

In Fig. 3 ist in einer ähnlichen Darstellung wie in Fig_G 2 das Kontaktstück 1 mit dem Fassungskörper 4 dargestellt, der die Graphitelektrode 6 unter Reibschluß haltert. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist mit dem Stützkörper 9 aus Gießharz eine metallische "Bewehrung 14 verbunden* derart, daß der radial außen umlaufende U-Schenkel 8 der Lichtbogenelektrode 6 zwischen der Bewehrung 14 und dem Fassungskörper 4 verspannt ist. Damit ist sichergestellt, daß das Material der Lichtbogenelektrode 6 im interessierenden Temperaturintervall zwischen -4O⁰C und +150⁰C nur auf Druck beansprucht wird. Die Bewehrung 14 ist ringförmig ausgebildet und vorteilhaft mit dem Stützkörper 9 vergossen« Der Stützkörper 9, insbesondere die Bewehrung 14, dient im dargestellten Ausführungsbeispiel als' Widerlager für eine vom Fassungskörper 4 gebildete Rei-bschlußhalterung«,

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Als Material für die Bewehrung 14 hat sich ein Metall als vorteilhaft erwiesen, das in einem Temperaturbereich zwischen -40°C und +150⁰C etwa den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Material der Lichtbogenelektrode aufweist. Sofern als Material für die Bewehrung ein Metall mit 36% Nickel, Rest Eisen gewählt wird,ist die dargestellte Ausführungsform bis zu einer Temperatur von etwa +200⁰C hinsichtlich der auf die Graphitelektrode 6 wirkenden Reibschlußkräfte ^f stabil. Erst oberhalb einer Tei
die Reibschlußkräfte geringer.

stabil« Erst oberhalb einer Temperatur von +200⁰C werden

Für erhöhte Beanspruchungen, insbesondere für einen Temperaturbereich bis über 40O⁰C hat sich ein Material für den elektrisch leitenden Fassungskörper 4 als vorteilhaft erwiesen, das aus Metall mit 28 % Nickel, 18# Kobalt, Rest Eisen besteht. Ein derartiges Metall hat bis zu +400⁰C eine relative Ausdehnung, die weitgehend der des Graphits entspricht.

Durch Anwendung der Erfindung ist die Lichtbogenelektrode aus Graphit trotz ihrer ringförmigen Gestalt so stabil und bruchsicher, daß zusätzlich in die Lichtbogenelektrode schräg zur Stirnseite verlaufende Schlitze und Ausnehmungen eingegeben werden können* Dies ist in Fig. 4 dargestellt, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind» Schräg zur Stirnseite 15 der Lichtbogenelektrode 6 verlaufen Schlitze 16, die gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sein können. Die beispielsweise durch Sägen erzielten Schlitze 16 können in einem nachfolgenden Arbeitsgang mit einem Gießharz vergossen werden_s das in seiner Zusammensetzung dem Gießharz des Stützkörpers entspricht. Es ist auch möglich, die Ausnehmungen 16 gemeinsam mit dem zwischen den Schenkeln 7 und 8 des U-Profils zu vergießen.

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Anstelle der schräg verlaufenden Schlitze 16 können auch parallel zur Achse der Lichtbogenelektrode verlaufende Schlitze vorgesehen werden» In diesem Fall ergeben sich keine zusätzlichen, eine Rotation des Lichtbogens um die Lichtbogenelektrodenachse bewirkende magnetische Komponente. Die angestrebte günstigere magnetische Lichtbogenbeeinflussung durch Schleifenbildung bleibt jedoch voll erhalten,

8 Patentansprüche
4 Figuren

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Claims (8)

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1./Elektrisches Hochspannungsgerät, insbesondere HochspannungsjEeistungsschalter, mit einem gasförmigen;Isoliermittel.mad; Kontaktstückeii, die stirnseitig Lichtbogene.lektroden aus ;< Graphit tragen, dadurch gekennzeichnet, daß die. Lichtbogens elektroden (6) ringförmig ausgebildet und mit einem umlaufenden U-Profil versehen sind, zwischen dessen U-Schenkeln (7,8) ein Stützkörper (9) angeordnet ist.

2. Elektrisches Hochspannungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenelektroden (6) schräg zur Stirnseite (15) geschlitzt sind.

3. ElektrischesHochspannungsgerät, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (9) ringförmig ausgebildet ist und aus einem Gießharz besteht.

4. Elektrisches Hochspannungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (9) aus Keramik besteht.

5. Elektrisches Hochspannungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Stützkörper (9) eine metallische Bewehrung (14) verbunden ist.

6. Elektrisches Hochspannungsgerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der radial außen umlaufende U-Schenkel (8) der Lichtbogenelektrode (9) zwischen dem Stützkörper (9,14) und einer äußeren, tragenden Fassung (4) des Kontaktstückes (1) verspannt ist.

7. Elektrisches Hochspannungsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (9,14) als Widerlager für eine Reibschlußhalterung dient.

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8. Elektrisches Hochspannungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Stützkörpers (9) in einem Temperaturbereich zwishen -40⁰C und +150⁰C etwa den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Material der Lichtbogenelektrode (6) aufweist. ,

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