DE2230927C3

DE2230927C3 - Kontaktsystem für Hochspannungs-Leistungsschalter

Info

Publication number: DE2230927C3
Application number: DE19722230927
Authority: DE
Inventors: Heiner 1000 Berlin Marin
Original assignee: Zusatz in: 23 50 702 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München
Filing date: 1972-06-20
Publication date: 1977-05-12

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Kontaktsystem für Hochspannungs-Leistungsschalter, insbesondere Druckgasschalter, mit mindestens einem hohlen düsenförmigen Schaltstück, das in der Ausschaltstellung die vom Druckgas bespülte Trennstrecke begrenzt und aus einem elektrisch leitenden Rohr und einem vom Rohr stirnseitig getragenen Düsenkörper aus Graphit besteht. Ein derartiges Kontaktsystem ist aus der DT-OS 1913973 bekannt. 5<>

Aus der DT-AS 1154 548 ist ferner ein elektrischer Schalter bekannt, bei dem elektronegatives, fluorhaltiges Gas, insbesondere SF₆, als Lösch- und Isoliermittel verwendet wird. Der bekannte Schalter weise zwei relativ zueinander bewegliche Schaltstücke auf, zwischen denen beim Ausschalten ein Lichtbogen gezogen wird. Die Schaltstücke bestehen aus Kohlenstoff, vorzugsweise Giaphit, um die Zerstörung der Schaltstückc und die Bildung von Zersetzungsprodukten während der Einwirkun, szeit des Lichtbogens 6ο gering zu halten. Die aus Graphit bestehenden Schaltstückc sind massiv ausgebildet und in topfförmigen Elektroden eingesetzt, wobei die Wände der topfföimigen Elektroden zumindest teilweise in mantelseitige Hinterschneidungen der Schaltstücke eingreifen, damit eine sichere mechanische und elektrische Verbindung erzielt wird.

Bei Hochspannungs-Leistungsschaltern, insbesondere Druckgasschaltern, ist es vorteilhaft, die Schaltstücke hohl und zur Abfuhr dsr während des Ausschaltvorgangs entstehenden Lichtbogengase auszubilden. Die hohlen Kontaktstücke tragen die Lichtbogenelektroden an ihren Stirnseiten, die nach einem Vorschlag ringförmig ausgebildet und mit einem umlaufenden U-Profil versehen sind, zwischen dessen U-Schenkeln ein Stützkörper angeordnet ist. Durch Anwendung des Vorschlags soll die Graphitelektrode mechanisch stabil und bruchsicher unter Reibschluß gefaßt werden.

Ferner ist vorgeschlagen worden, die ringförmige und zur Abfuhr von Schaltgasen düsenförmig ausgebildete Graphitelektrode von einem ringförmigen elektrisch leitenden Körper unter Reibschluß zu umfassen, der seinerseits mit dem zugehörigen Schaltstück elektrisch leitend verbunden ist. Der bei diesem Vorschlag die Elektrode halternde Zwischenkörper kann hinsichtlich der Ströme und der stofflichen Zusammensetzung so gewählt werden, daß sich günstige Ausdehnungskoeffizienten im Vergleich zur Graphitelektrode ergeben, die durch den Lichtbogen eine hohe Wärmebeanspruchung aufzunehmen hat.

Die beiden vorgenannten Vorschläge haben Preßpassungfin zur Voraussetzung, bei denen die Graphitdüse als Einsatzteil gegenüber dem umfassenden metallischen Ringkörper unterkühlt wird, während der umfassende Ringkörper auf eine hohe Temperatur gebracht wird.

Es ist erwünscht, das die Graphitelektrode tragende Schaltstück aus einem elektrisch gut leitenden Material, insbesondere Kupfer, zu fertigen, um hohe Nennströme ohne größere Erwärmung übertragen zu können. Der Einsatz von Kupferrohren als Fassung für Graphitelektroden bringt aber deshalb Schwierigkeiten mit sich, weil bei den erforderlichen Übermaßen der Reibschlußhalterung die Festigkeit des Kupfers überschritten werden kann. Eine derartige Schrumpfverbindung ist daher für den vorliegenden Fall nicht anwendbar.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das die Graphitelektrode tragende Schaltstück aus einem elektrisch gut teilenden Material, insbesondere Kupfer, zu fertigen, um hohe Nennströme ohne größere Erwärmung übertragen zu können, und eine sichere Verbindung der Werkstoffe Graphit und Kupfer zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Düsenkörper in das aus kaltverfestigtem Kupfer gefertige Rohr kalt eingepreßt und von diesem unter Reibschluß umfaßt ist.

Durch die Kaltverfestigung des Kupferrohres sind die Festigkeitseigenschaften wesentlich erhöht; diese Eigenschaften bleiben unterhalb der für die Zusammensetzung des jeweils verwendeten Kupfenverkstoffs bekannten Rekristallisationstemperatur, z.B. +150° C, erhalten. Das Kupferrohr kann dementsprechend den für einen Reibschluß erforderlichen Kräften mit Sicherheit standhalten.

Aus der DT-AS 1222571 ist die Befestigung eines rohrförmigen Schaltstiftes mit einem ebenfalls rohrförmigen Abbrandteil bekannt. Beide ringförmigen Teile bestehen aus plastisch verformbarem Material Sie werden nach dem Ineinanderfügen durch plastische Verformung aufgeweitet, so daß das innere am äußeren Teil verankert wird. Eine derartige Befestigung ist für Graphitmaterial nicht möglich.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die für

einen Reibschluß mit dem Rohr bestimmte Mantelfläche von einer zylindrischen Ausnehmung d?s Düsenkörpers gebildet, die in eine angepaßte innere zylindrische Ausnehmung des Rohres eingreift. Dabei kann das radiale Maß der inneren Ausnehmung des Rohres etwa die Hälfte der Wandstärke des Rohres betragen.

Bevorzugt w>rd ein solches Übermaß des Düsenkörpermantels in bezug auf die Rohrausnehmung vorgesehen, das in einem Temperaturbereich zwischen — 40° und +12O⁰C die Druckspannungen des Düse nkörpermaterials und des Rohrmaterials an keiner Stelle des Fassungsbereichs den zulässigen Wert überschreiten. Um ein Splittern oder Reißen des Düse η-körpers zu vermeiden, ist er vorteilhaft im Fassungsbereich nur auf Druck beansprucht.

An Hand der Zeichnung ist ein Ausfiihrungsbeispiel eines Kontaktsystems nach der Erfindung beschrieben.

Die Figur zeigt das Kontaktsystem eines elektrischen Hochspannungs-Leistungiischalters, der als Druckgasschalter ausgebildet ist. Im Innenraum 1 einer beispielsweise aus Porzellan bestehenden Schalt kammer 2 ist als Lösch- und Isoliermittel Schwefelhexafluorid eingefüllt. Die Schaltkammer 2 ist rohrförmig gestaltet und weist zentrisch zwei festehend angeordnete, mit Abstand einander gegenüberstehende Schaltstücke 3, 4 auf, die gleichartig ausgebildet sind. Die Schaltstücke 3,4 bestehen aus je einem elektrisch leitenden Rohr 5, 6. Die Rohre 5, 6 tragen stirnseitig je einen Düsenkörper 7, 8 aus Graphit als üchtbogenbeständigem Werkstoff. Die beiden Rohre 5,6 bestehen aus Kupfer und sind in der oberhalb der Mittellinie dargestellten Einschaltstellung von einem Überbrückungsschakstück 12 elektrisch leitend überbrückt.

Bei einei Bewegung des Überbrückungsschaltstücks 12 in Pfeilrichtung 13 gelangt das Überbrükkungsschaltstück 12 in die unterhalb der Mittellinie gezeichnete Ausschaltstellung. Dabei wird zwischen den Graphitdüsenkörpern 7 und 8 ein Lichtbogen gezogen, der von einer im Innenraum 1 der Schaltkaminer 2 einsetzenden Gasströmung in das Innere der hohlen düsenförmigen Schaltstücke 3 und 4 getrieben w>rd, bis er im Stromnulldurchgang des Wechselstroms gelöscht wird.

Die Schaltstückrohre 5 und 6 bestehen aus kalt verfestigtem Kupfer und weisen im Bereich der Stirnseiten je eine innere zylindrische Ausnehmung 9 auf. deren radiales Maß etwa die Hälfte der Wandstärke a der Rohre 3. 4 beträgt. Die Düsenkörper 7, 8 weisen an ihrer Mantelfläche 10 eine zylindrische Ausnehmung 11 auf, die mit ihrer Mantelfläche für einen Reibschluß mit dem zugehörigen Rohr 5 bzw. 6 bestimmt ist. In die innere Ausnehmung 9 der Rohre 5 und 6 werden die aus Graphit besvehenden Düsenkörper 7,8 kalt eingepreßt, wobei ein Teil des Düsenkörpers 7. 8 vorsteht. Während des Einpressens ergeben sich im Graphitkörper an der Mantelfläche 11 Riefen, deren Material z.B. in Staubform anfällt und zur Schmierung beim Einpressen dienen kann.

Die Ausbildung der Rchre 5, 6 mit einer Ausnehmung 9 entlastet den Düsenkörper im bruchgefährdeten Bereich des ungefaßten Endes und gewährleistet eine gröbere Flächenpressung im gefaßten Ende des Düsenkörpers, weil hier der ausgenommene Rohrbereich vom angrenzenden Rohrbereich unterstützt wird.

Bevorzugt wird für den Düsenkörpermantel 10. 11 in bezug auf die Rohrausnehmung 9 ein solches Übermaß gewählt, daß in einem Temperaturbereich zwischen — 40° und +120° C die zulässigen Zugspannungen für das Rohrmaterial (Kupfer) und die zulässigen Druckspannungen für das Düsenkörpei material (Graphit) an keiner Stelle des Fassungsbe reichs überschritten werden, wobei die erforderliche Flächenpressung im Fassungsbereich nicht unterschritten wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ergeben sich folgende Werte:
Rohr Zugspannung = 25 kp/rnnv

Düsenkörper Druckspannung= 4 kp<mm^:

Flächenpressung = 0,4 bis !,2 kp mnr

Übermaß = etwa 2.5 /,,

Durch Anwendung der Erfindung ist es möglich, das den aus Graphit bestehenden Düsenkörper fassende Kontaktstück aus einem für die Nennstromtragfähigkeit des Leistungsschalter günstigen Kontaktwerkstoff, nämlich Kupfer, zu fertigen, wobei die erforderlichen Festigkeitseigenschaften durch Kaltverfestigung erzielt werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Düsenkörper im Fassungsbereich mit einem den Reibschluß sicherstellenden Druck beaufschlagt ist, i,hne daß das Kupfermaterial im Fassungsbereich fließt. Das Zusammenfüge", erfordert keine besondere Wärmebehandlung und keine Nachbearbeitung der zusammengefügten Teile.

«5 Das im Zusammenhang mit Hochspannungs-Lei stungsschaltern. insbesondere Druckgasschaltern, beschriebene Kontaktsystem kann selbstverständlich auch bei anderen mit einem gasförmigen Isoliermittel versehenen Hochspannungsgeräten Verwendung finden. So ist es beispielsweise möglich. Lasttrennschalter oder gasgefüllte Funkenstrecker; von überspannungsabieitern mit dem Kon \ik !system nach der Erfindung zu versehen

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kontaktsystem für Hochspannungs-Leistungsschalter, insbesondere Druckgasschalter, mit mindestens einem hohlen düsenförmigen Schaltstück, das in der Ausschaltstellung die vom Druckgas bespülte Trennstrecke begrenzt und aus einem elektrisch leitenden Rohr und einem vom Rohr stirnseitig getragenen Düsenkörper aus Graphit besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (7, 8) in das aus kaltverfestigtem Kupfer gefertigte Rohr (S, 6) kalt eingepreßt und von diesem unter Reibschluß umfaßt ist.

2. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für einen Reibschluß mit dem Rohr (S, 6) bestimmte Mantelfläche von einer zylindrischen Ausnehmung (11) des Düsenkörpers (7,8) gebildet ist, die in eine angepaßte innere zylindrische Ausnehmung (9) des Rohres (5, 6) eingreift.

3. Kontaktsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das radiale Maß der inneren Ausnehmung des Rohres (5, 6) etwa die Hälfte der Wandstärke (a) des Rohres (5, 6) beträgt.

4. Kontaktsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein solches Obermaß des Düsenkörpermantels in bezug auf die Rohrausnehmung, daß in einem Temperaturbereich zwischen —40° und +120° C die Druckspannungen für das Düsenkörpermaterial und die Zugspannungen für das Rohrmaterial an keiner Stelle des Fassungsbereiches den zulässigen Wert überschreiten.