DE2232314B2 - Kontaktsystem für elektrische Hochspannungsgeräte mit einem gasförmigen Isoliermittel, insbesondere Hochspannungs-Leistungsschalter - Google Patents
Kontaktsystem für elektrische Hochspannungsgeräte mit einem gasförmigen Isoliermittel, insbesondere Hochspannungs-LeistungsschalterInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Kontaktsystem für elektrische Hochspannungsgeräte mit einem gasförmigen
Isoliermittel, gemäß Patentanspruch 1 des Hauptpatents 22 15883. w
Gemäß dem Hauptpatent ist jede Elektrode zur Abfuhr von Schaltgasen düsenförmig ausgebildet und
von einem ringförmigen, elektrisch leitenden Körper unter Reibschluß umfaßt, der mit dem zugehörigen
Schaltstück elektrisch leitend verbunden ist. Damit ist es r>r>
möglich, die düsenförmig gestalteten Graphitelektroden mechanisch stabil, d. h. biruchsicher, zu haltern, wobei
der die Elektrode halternde Zwischenkörper während des Ausschaltvorganges den über den Schalter fließenden
Strom und den Lichtbogenstrom führt.
Aus der DE-AS 11 54 548 ist ein Kontaktsystem für
einen elektrischen Schalter bekannt, der mit einem elektronegativen, fluorhaltigen Gas als Lösch- und
Isoliermittel arbeitet und relativ zueinander bewegliche Schaltstücke aufweist, zwischen denen beim Ausschalten
ein Lichtbogen gezogen wird. Um die Zerstörung der Schaltstücke und die Bildung von Zersetzungsprodukten
unter der Einwirkung des Lichtbogens gering zu halten, sind dabei die Schaltstücke aus Kohlenstoff,
vorzugsweise Graphit, gefertigt. Die aus Graphit bestehenden Schaltstücke sind massiv ausgebildet und
in topfförmigen Elektroden eingesetzt, wobei die Wände dieser Elektroden zumindest teilweise in
mantelseitig an den Schaltstücken vorgesehenen Hinterschneidungen eingreifen. Damit läßt sich eine sichere
mechanische und elektrische Verbindung erzielen.
Aus der DE-OS 19 13 973 ist ein elektrischer Schalter bekannt, bei dem Schaltstift und Gegenschaltstück hohl
ausgebildet sind und aus Graphit bestehen können. Hierbei werden Abbrandstücke aus lichtbogenfestem
Material vorgesehen, die ringförmig ausgebildet sind und einen Teil der düsenförmigen Schaltstücke bilden.
Dem bekannten Schalter ist jedoch über die Art der mechanischen Befestigung der Abbrandstücke und
deren elektrischer Verbindung mit den Schaltstücken nichts zu entnehmen.
In der DE-AS 22 30 927 ist ein Kontaktsystem für Hochspannungs-Leistungsschalter, insbesondere
Druckgasleistungsschalter, vorgeschlagen, das mindestens ein hohles düsenförmiges Schaltstück aufweist,
welches 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. Gemäß
dem Vorschlag ist der Düsenkörper in das aus kalt verfestigtem Kupfer gefertigte Rohr kalt eingepreßt
und von diesem unter Reibschluß umfaßt, es fehlt jedoch der bei der vorliegenden Erfindung vorausgesetzte
Zwischenkörper.
Bei Schaltstiften (vgl. DE-AS 12 22 571) ist es bekannt, die Schaltstiftspitze aus verformbarem Material in eine
stirnseitige Ausnehmung des Schaltstiftes einzusetzen und anschließend die Schaltstiftspitze und Teile des
Schaltstiftes gemeinsam so zu verformen, daß sich eine Preßverbindung ergibt. Eine derartige Befestigung ist
für Graphitmaterial nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Kontaktsystem nach dem Hauptpatent insbesondere
hinsichtlich der elektrischen Verbindung zwischen dem ringförmigen Körper und dem Schaltstück zu verbessern.
Nach der Erfindung wird dies dadurch gelöst, daß das rohrförmige Schaltstück an seinem freien Ende von
einem elektrisch leitenden ringförmigen Körper ebenfalls unter Reibschluß umfaßt ist, und zwar durch eine
Schrumpfverbindung.
Eine derartige kraftschlüssige Verbindung ist in der Lage, den hohen Temperaturwechselbeanspruchungen,
wie sie bei modernen Hochspannungs-Hochleistungsschaltern auftreten, besser standzuhalten als eine
Schraubverbindung. Darüber hinaus ist es möglich, die Schrumpfverbindung so zu gestalten, daß die Kommutierung
eines vom Schaltstück abgleitenden beweglichen Schaltstückes auf den ringförmigen Körper und
gegebenenfalls auch auf die Graphitelektrode verbessert ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung greift der ringförmige Körper in eine äußere
ringförmige Ausnehmung des Schaltstückes ein. Mit besonderem Vorteil sind die Außendurchmesser des
ringförmigen Körpers und des Schaltstückes außerhalb des Verbindungsbereiches gleich, um die Bewegung des
während des Ausschaltvorganges hoch beanspruchten Überbrückungsschaltstückes zu vereinfachen.
Eine verbesserte Kommutierung an den Stellen, an denen der ringförmige Körper mit dem Schaltstück
zusammenstößt und an denen sich eine Sprungstelle der
elektrischen Leitfähigkeiten wegen der unterschiedlichen stofflichen Zusammensetzung des ringförmigen
Körpers gegenüber dem Schaltstück ergibt, läßt sich erzielen, wenn der ringförmige Körper und das
Schaltstück mit ihren äußeren Mantelflächen dicht aneinanderstoßen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung springt die Graphitelektrode aus dem ringförmigen
Körper axial vor, wobei sie mit gleichem Außendurchmesser wie dem des ringförmigen Körpers
und des Schaltstückes dicht an der äußeren Mantelseite zusammengefügt ist. Für die Anwendung in Hochspannungs-Hochleistungsschaltern
besteht der ringförmige Körper bevorzugt aus einem überwiegend Eisen enthaltenden Metall, während das Schaltstück aus
Kupfer gefertigt ist.
An Hand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
In F i g. 1 ist ein Kontaktsystem f>>r ein als
Leistungsschalter ausgebildetes elektrisches Hochspannungsgerät schematisch dargestellt. Das Hochspannungsgerät
nimmt in einer beispielsweise aus Porzellan bestehenden Schaltkammer 10 ein gasförmiges Isoliermittel,
z. B. Schwefelhexafluorid, auf. Im Innern 12 der Schaltkammer 10 sind zwei Schaltstücke 1 angeordnet,
die an ihren freien, einander zugewandten Stirnseiten über einen elektrisch leitenden Körper 4 eine
Graphitelektrode 6 tragen. Die Graphitelektrode ist düsenförmig gestaltet und dient zur Abfuhr der während
der Lichtbogenbrenndauer entstehenden heißen Schaltgase. Diese Schaltgase werden durch das Innere der
hohl ausgebildeten Schaltstücke 1 weitergeführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel befindet rieh 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 Schaltstükke
1 durch ein Überbrückungsschaltstück 11 miteinander elektrisch leitend verbunden. In der Ausschaltstellung
ist die zwischen den beiden Schaltstücken 1 gebildete Trennstrecke vom Überbrückungsschaltstück
freigegeben, das zuvor in Pfeilrichtung bewegt wurde.
In Fig.2 ist in einer Explosivdarstellung ein Kontaktstück 1 für ein elektrisches Hochspannungsgerät,
insbesondere einen Hochspannungs-Leistungsschalter, gezeichnet, das zur Abfuhr der während des
Ausschaltvorganges entstehenden Schaltgase hohl ausgebildet ist. Das verwendete gasförmige Isoliermittel,
insbesondere Schwefelhexafluorid, dient im Falle der Ausbildung des elektrischen Hochspannungsgerätes
nach der Erfindung als Hochspannungs-Leistungsschalter gleichzeitig als Löschmittel. Dieses Löschmittel wird
unter einem vorbestimmten Druck von beispielsweise 16 bar zur Trennstrecke geleitet, wenn der Schalter
ausgeschaltet und von dort durch die hohlen Schaltstükke 1 abgeführt ist.
Das Schaltstück 1 weist im stirnseitigen Bereich 2 eine ringförmige Ausnehmung 3 auf, die zur Aufnahme des
elektrisch leitenden ringförmigen Körpers 4 bestimmt ist. Der Innendurchmesser c/des ringförmigen Körpers
4 ist kleiner als der Außendurchmesser D des ausgenommenen stirnseitigen Bereiches des Schaltstükkes
J. Zur Herstellung der Schrumpfverbindung zwischen dem ringförmigen Körper 4 und dem
Schaltstück 1 kann das Schaltstück 1 unterkühlt werden, während der ringförmige Körper 4 auf Raumtemperatur
gehalten wird. Die Abkühlung des Schaltstückes 1 kann beispielsweise in flüssiger Lufi erfolgen. Der
Innendurchmesser d des ringförmigen Körpers ist ferner kleiner als der Außendurchmesser D\ des
ausgenommenen Bereiches der Graphitelektrode 6, so daß auch zwischen der Graphitelektrode 6 und dem
ringförmigen Körper 4 eine Reibschlußverbindung hergestellt werden kann. Das Zusammenfügen der Teile
1,4 und 6 kann in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen.
Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, sind die Außendurchmesser D2, D3 und D* der Teile 1, 4 und 6
gleich. Durch die Wahl der Schrumpfverbindungen zwischen den Teilen ist es möglich, die äußeren
Mantelflächen der Teile 1,4 und 6 dicht aneinanderzufügen.
Es ist möglich, den elektrisch leitenden ringförmigen Körper 4 aus Eisen, z. B. St 35, zu fertigen. Bei einer
etwas anderen Ausführungsform kann der ringförmige Körper aus Metall mit 36% Nickel, Rest Eisen bestehen,
während er bei einer weiteren Ausführungsform aus einem Metall mit 28% Nickel, 18% Kobalt, Rest Eisen
besteht. Bei allen Ausführungsformen ist als Material für das Schaltstück Kupfer gewählt.
Durch Anwendung der Erfindung ist einerseits ein guter mechanischer und andererseits ein verbesserter
elektrischer Kontakt zwischen dem ringförmigen Körper 4 und dem Schaltstück 1 gewährleistet, der auch
bei hohen Temperaturwechselbeanspruchungen erhalten bleibt. Der ringförmige Körper 4 kann so ausgelegt
sein, daß er auf der die Graphitelektrode tragenden Seite bei einer Temperatur von — 400C eine bis zu
seiner Elastizitätsgrenze reichende Tangentialspannung erhält, während die Graphitelektrode an ihrem Innenrand
bis zur maximalen Druckfestigkeit des Graphitmaterials beansprucht wird. Bei oberhalb von —400C
liegenden Temperaturen werden die unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen dem Körper 4 und der
Graphitelektrode durch elastische Formänderung ausgeglichen.
Die dem Schaltstück 1 zugewandte Seite des ringförmigen Körpers 4 kann so bemessen werden, daß
bei der höchsten Betriebstemperatur von beispielsweise + 1200C der ringförmige Körper 4 eine bis zu seiner
Elastizitätsgrenze reichende Tangentialspannung erhält. Die Flächenpressung wird bevorzugt so gewählt, daß
auch das Schaltstück 1 im Bereich der Verbindungsstelle bis an die Grenze der Elastizität des Kupfermaterials
belastet wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Kontaktsystem für elektrische Hochspannungsgeräte
mit einem gasförmigen Isoliermittel, insbesondere Hochspannungs-Leistungsschalter, mit mindestens
einem hohlen düsenförmigen Kontaktstück, das aus einem elektrisch leitenden Rohr und einer
am Rohr stirnseitig angeordneten düsenförmigen Graphitelektrode besteht, die von einem ringförmigen,
elektrisch leitenden Zwischenkörper unter Reibschluß umfaßt ist, der mit dem Rohr mechanisch
sowie elektrisch leitend verbunden ist, nach Patent 2215 883, dadurch gekennzeichnet, daß
das rohrförmige Schaltstück (1) an seinem freien Ende (2) von einem elektrisch leitenden ringförmi- is
gen Körper (4) ebenfalls unter Reibschluß umfaßt ist, und zwar durch eine Schrumpfverbindung.
2. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Körper (4) in
eine äußere ringförmige Ausnehmung (3) des Schaltstückes (1) eingreift
3. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außendurchmesser (D 3,
D 2) des ringförmigen Körpers (4) und des Schaltstückes (1) außerhalb des Verbindungsbereiches
(3,4) gleich sind.
4. Kontaktsystem nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Körper (4) und das Schaltstück (H) mit ihren äußeren
Mantelflächen dicht aneinanderstoßen. .jo
5. Kontaktsystem nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitelektrode (6) aus dem ringförmigen Körper (4) axial
vorspringt und mit gleichem Außendurchmesser (D 4) wie dem (D 2, D 3) des ringförmigen Körpers :5
(4) und des Schaltstückes (1) dicht an der äußeren Mantelseite zusammengefügt ist.
6. Kontaktsystem nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Körper (4) aus einem überwiegend Eisen enthalten- 4u
den Metall und das Schaltstück (1) aus Kupfer bestehen.
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