DE3341903A1 - Hochspannungsleistungsschalter - Google Patents
HochspannungsleistungsschalterInfo
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Description
128/83
28.10.83 Ka/eh
Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungsschalter
gemäss dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein solcher Schalter ist etwa aus der EP-Al-0075341 bekannt.
Der bekannte Schalter weist zwei koaxiale, relativ zueinander bewegliche Schaltstücke mit Abbrand- und Nennstromkontakten
auf. Bei einem beweglichen beider Schaltstücke ist der Nennstromkontakt über ein Tragteil kraftschlüssig
mit dem Abbrandkontakt verbunden. Das von einem feststehenden beider Schaltstücke abgewandte Ende
des Nennstromkontaktes ist in gleitender Weise ständig
mit einer Stromzuführung des beweglichen Schaltstückes kontaktiert. Hierdurch wird in konstruktiv einfacher
Weise eine sichere Uebertragung und Schaltung von Strömen
ermöglicht. Dazu bedarf es aber noch eines zwischen Stromführung und Abbrandkontakt des beweglichen Schaltstückes angeordneten Gleitkontaktes. Solche Gleitkontakte
sind verhältnismässig aufwendig und verschleissanfällig.
- / - ' 128/83
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Schalter der gattungsgemässen
Art zu schaffen, welcher die Uebertragung und
Schaltung extrem grosser und extrem kleiner Ströme mit einfachen Mitteln auch nach zahlreichen Schaltvorgängen
in sicherer Weise gestattet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden
Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. Durch geeignete Anordnung und Ausbildung der Nennstromkontakte
des erfindungsgemässen Schalters ist ein verschleissanfälliger
Gleitkontakt zwischen Stromzuführung und Abbrandkontakt entbehrlich. Gleichzeitig können die die Schaltleistung
und die Dauerstromübertragung bestimmenden Elemente, wie etwa die beweglichen stromführenden Teile,
die Kontaktdruckgeber und ein gegebenenfalls vorgesehener Beblasungsmechanismus, so aufeinander abgestimmt werden,
dass extrem grosse und kleine Ströme auch nach zahlreichen Schaltungen mit Sicherheit beherrschbar sind.
Zur näheren Erläuterung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
Hierbei zeigt die einzige Figur eine Aufsicht auf einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäss ausgeführten
Hochspannungs-Leistungsschalter, bei welchem in der linken Hälfte der Figur der Schalter in der Einschalt-
und in der rechten Hälfte in der Ausschaltstellung dargestellt ist.
In der Figur bezeichnet 1 einen hohlzylindrischen Isolierkörper, welcher gasdicht zwischen zwei hohlen Stromanschlüssen
2 und 3 eingeflanscht ist.
Der Stromanschluss 2 trägt ein feststehendes Schaltstück
mit einem ringförmigen Nennstromkontakt 4 mit längs seines Umfanges gleichmässig verteilt angebrachten Kon-
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• ζ-
taktteilen 4a aus lichtbogenbeständigem Material und einem hohl ausgebildeten Abbrandkontakt 5, in dessen
• Inneren ein düsenförmig ausgeführtes Isolierstoffteil 6
angeordnet ist, welches in der Einschaltstellung (linke Hälfte der Figur) durch einen beweglichen, düsenförmig
ausgebildeten Abbrandkontakt 7 gegen die Kraft einer (nicht dargestellten) Feder ins Innere des Abbrandkontaktes
5 geschoben ist. Im Inneren des Stromanschlusses ist ein Isolierstoffkörper 8 befestigt. Dieser Isolierstoffkörper
8 weist einen mit ringförmigen Rippen versehenen Isolator 9 und ein daran anschliesendes rohrförmiges
Isolierstoffteil 10 auf. Der Isolator 9 stellt im Ausschaltzustand einen kriechstromsicheren Isolationsabstand
zwischen dem Nennstromkontakt 4 und dem Abbrandkontakt 7 her. Das Isolierstoffteil 10 wird vom Abbrandkontakt
7 durchdrungen und begrenzt an seinem dem feststehenden Schaltstück zugewandten Ende zusammen mit einem
in isolierender Weise am Stromanschluss 2 befestigten Lichtbogenlaufring 11 einen Ringspalt 12. Der Ringspalt
verbindet ein vom Stromanschluss 2, dem Isolierstoffkörper 8 und dem Lichtbogenlaufring 11 umschlossenes
Heizvolumen 13 mit der bei einem Schaltvorgang zwischen den geöffneten Abbrandkontakten 5 und 7 befindlichen
Lichtbogenlöschzone. Der Lichtbogenlaufring 11 besteht
aus einem lichtbogenfesten Material und ist ebenso wie der Abbrandkontakt 5 mit dem einen Anschluss einer Spule
14 verbunden, deren anderer Anschluss mit dem Stromanschluss 2 in elektrisch leitender Verbindung steht.
In das. Heizvolumen 13 mündet ein längs des Abbrandkontaktes 7 erstreckter Ringkanal 15, gegen den das Heizvolumen
13 über ein Rückschlagventil 16 absperrbar ist.
Der Stromanschluss 3 trägt ein koaxial zum feststehenden Schaltstück angebrachtes bewegliches Schaltstück mit
einem beweglichen Nennstromkontakt 17 und dem beweglichen Abbrandkontakt 7. Der bewegliche Nennstromkontakt 17
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enthält Kontaktfinger, welche zueinander parallel auf
der Aussenfläche eines mit dem beweglichen Abbrandkontakt 7 starr verbundenen Tragteils 18 aus elektrisch leitendem
Material gelagert sind. Die Kontaktfinger sind mittels lyraförmig gebogener Blattfedern 19 in federnder Weise
in einem hohlzylindrischen Käfig 20 abgestützt und weisen an ihren beiden Enden jeweils eine Kontaktfläche auf.
Die eine Kontaktfläche stützt sich sowohl im Einschaltals auch im Ausschaltzustand auf der Aussenfläche eines
ringförmig ausgebildeten Fortsatzes 21 des Stromanschlusses 3 ab, wohingegen die andere Kontaktfläche lediglich
im Einschaltzustand am feststehenden Nennstromkontakt 4 anliegt.
Ein erster Teil von Kontaktfingern 22 ist an den vom
feststehenden Schaltstück abgewandten Enden abgeschrägt (aus der Figur nicht ersichtlich), während ein zweiter
Teil von Kontaktfingern 23 an den dem feststehenden Schaltstück zugewandten Enden über die Kontaktfinger
22 vorsteht und an den vorstehenden Enden lichtbogenfest ausgebildet ist. Die Kontaktfinger 23 lassen sich
in einfacher Weise dadurch herstellen, dass an den abgeschrägten Enden von Kontaktfingern 22 Kontaktteile 24
aus lichtbogenfestern Material aufgebracht werden und
bei der Montage diese Kontaktfinger um 180° gegenüber den Kontaktfingern 22 verdreht zwischen Tragteil 18
und Käfig 20 eingeschoben werden.
Das Tragteil 18 ist auf seiner Aussenseite mit einer zylindermantelförmigen Kontaktfläche 25 versehen, welche
beim Ausschalten Kontaktflächen 26 berührt, die in Ausnehmungen der Kontaktfinger 22 und 23 angebracht sind.
Im Tragteil 18 ist ein ringförmiger Kompressionsraum 27 ausgespart, welcher von einem am Stromanschluss 3
starr befestigten Ringkolben 28 verschlossen ist. Auf
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der Innenfläche des Tragteils 18 sind Schlitze 29 vorgesehen,
welche den Kompressionsraum 27 über den Ringkanal 15 mit dem Heizvolumen 13 verbinden.
Das Innere des vom Isolierstoffkörper 1 und den Stroman-Schlüssen
2 und 3 begrenzten Gehäuses ist mit einem Isoliergas, wie etwa Schwefelhexafluorid, von einigen
bar Druck gefüllt.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Hochspannungs-Leistungsschalters
ist nun wie folgt;
In der Einschaltstellung (linke Hälfte der Figur) durchsetzt
der bewegliche Abbrandkontakt 7 den Lichtbogenlaufring 11 und ist in den feststehenden Abbrandkontakt 5
eingeführt. Mit seiner Stirnfläche liegt der bewegliche Abbrandkontakt 7 an der Stirnfläche des Isolierstoffteiles
6 an, wodurch das Innere der Abbrandkontakte 5 und 7 gegenüber dem Heizvolumen 13 abgeschlossen ist. Die
dem feststehenden Schaltstück zugewandten Kontaktflächen aller Kontaktfinger 22 und 23 des beweglichen Nennstromkontaktes
17 liegen am feststehenden Nennstromkontakt 4 an. Der überwiegende Teil des Stromes fliesst nun vom
Stromanschluss 2 über den Nennstromkontakt 4, den Nennstromkontakt 17 und den Fortsatz 21 zum Stromanschluss
Beim Ausschalten wird der mit einem nicht dargestellten Antrieb versehene Abbrandkontakt 7 und damit auch der
mit dem Abbrandkontakt 7 über das Tragteil 18 kraftschlüssig verbundene Nennstromkontakt 17 nach unten
bewegt. Bei dieser Bewegung kommen zunächst die Kontaktfinger 22 ausser Eingriff mit dem Nennstromkontakt 4
und kontaktieren sich gleichzeitig die Kontaktflächen 26 der Kontaktfinger 22 und die Kontaktfläche 25 des
Tragteils 18. Da die Kontaktteile 4a so angebracht sind, dass sie in der Einschaltstellung mit den Kontaktteilen
- € - 12Q/Q3
•8-
zusammenwirken, fliesst der Strom nun über den Stromanschluss
2, die lichtbogenfesten Kontaktteile 4a, die lichtbogenfesten Kontaktteile 24, die Kontaktfinger 23
und den Fortsatz 21 zur Stromzuführung 3.
Sobald sich die Kontaktteile 4a und 24 trennen, werden auch die Kontaktflächen 26 der Kontaktfinger 23 mit
der Kontaktfläche 25 des Tragteils 18 in Berührung gebracht
und läuft der in einen parallelen Strompfad kommutierte Strom nun vom Stromanschluss 2 über die Spule 14,
den Abbrandkontakt 5, den Abbrandkontakt 7, das Tragteil 18, die Kontaktfinger 22 und 23 sowie den Fortsatz 21
zum Stromanschluss 3. Ein beim Schalten grosser Ströme während des Kommutierungsuorganges gegebenenfalls auftretender
Lichtbogen wird zwischen den lichtbogenfesten Kontaktteilen 4a und 24 gezogen. Da diese Teile lichtbogenfest
ausgebildet sind, wird eine Beschädigung der Nennstromkontakte 4 und 17 unter gleichzeitiger Beibehaltung
guter Stromleitfähigkeit in der Einschaltstellung vermieden.
Nach der Kommutierung des Stromes trennen sich die Abbrandkontakte
5 und 7 und wird zwischen diesen beiden Kontakten ein nicht dargestellter Lichtbogen gezogen,
dessen am Abbrandkontakt 5 befindlicher Fusspunkt im Verlauf des weiteren Abschaltvorganges unter der Wirkung
des nach unten laufenden Isolierstoffteils 6 auf den
Lichtbogenlaufring 11 kommutiert. Der Strom fliesst nun über den Stromanschluss 2, die Spule 14, den Lichtbogenlaufring
11, den nicht dargestellten Lichtbogen, den Abbrandkontakt 7, das Tragteil 18, die Kontaktfinger
22 und 23 sowie den Fortsatz 21 zum Stromanschluss 3.
Unter der Wirkung des Magnetfeldes der nun stromdurchflossenen
Spule 14 beginnt der Lichtbogen um die Schaltstückachse zu rotieren und das in der Löschzone befindliche
Isoliergas aufzuheizen. Unter der Wirkung von Zentri-
- γ - 128/83 ·
. 9·
fugalkräften wird das aufgeheizte Löschgas nach aussen
befördert und an den Düsenöffnungen des Isolierstoffteils
6 und des Abbrandkontaktes 7 eine Druckabsenkung, hingegen an der Peripherie der in der Lichtbogenlöschzone
rotierenden Gasmasse eine Druckerhöhung hervorgerufen. Das erhitzte Löschgas strömt durch den Ringspa.lt 12
in das Heizvolumen 13, wo es je nach Stärke des abzuschaltenden Stromes bei Druckwerten, welche mehrere
bar über dem Druckwert des nicht aufgeheizten Isoliergases liegen, gespeichert und gleichzeitig beruhigt und abgekühlt
wird. Kurz vor dem Stromnulldurchgang, wenn die Heizwirkung des Schaltlichtbogens nachgelassen hat und
der Druck des Löschgases im Heizvolumen 13 den Druck des Löschgases in der Lichtbogenlöschzone übertrifft,
tritt das komprimierte Löschgas über den Ringspalt 12 aus dem Heizvolumen 13 aus und bebläst den schwächer
werdenden Lichtbogen in verstärktem Masse, wodurch eine erneute Zündung des Lichtbogens bei ausreichendem Kontaktabstand
verhindert wird.
Beim Schalten kleiner Ströme reicht die Leistung des Lichtbogens nicht aus, um im Heizvolumen 13 einen für
die Löschung des Schaltlichtbogens ausreichenden Löschgasdruck zu erzeugen. Eine ausreichende Beblasung des bei
kleinen Strömen, gezogenen Schaltlichtbogens wird jedoch
über Isoliergas ermöglicht, welches im Kompressionsraum bei einem Schaltvorgang verdichtet und über die Schlitze
29, den Ringkanal 15, das Rückschlagventil 16, das Aufheizvolumen 13 und den Ringspalt 12 in die Löschzone
geblasen wird. Die vorteilhafte Wirkung einer solchen , zusätzlichen Beblasung wird entsprechend der Anordnung
des Heizvolumens 13 ohne den Nachteil zusätzlichen Platzbedarfs verfügbar. Entsprechend dem im Stromanschluss 2
angeordneten Aufheizvolumen 13 ist auch für den Kompressionsraum 27 der Zusatzbeblasung kein zusätzlicher Platz
notwendig, da dieser Kompressionsraum 27 bequem in dem bereits vorhandenen Tragteil 18 untergebracht werden
kann.
ι · #' V - ι
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Claims (4)
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Patentansprüche
Hochspannungsleistungsschalter mit zwei koaxialen,
relativ zueinander beweglichen, jeweils einen Nennstrom (4, 17)- und einen Abbrandkontakt (5, 7) aufweisenden
Schaltstücken, bei dem Nennstrom (17)- und Abbrandkontakt (7) eines ersten beider Schaltstücke über
ein Tragteil (18) in kraftschlüssiger Weise miteinander verbunden sind und das vom zweiten beider Schaltstücke
abgewandte Ende des Nennstromkontaktes (17) des ersten Schaltstückes in gleitender Weise mit einer Stromzuführung
(3) dieses Schaltstückes kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Nennstromkontakt (17)
des ersten Schaltstückes von «ontaktfingern (22, 23)
gebildet ist, welche in der Ausschaltstellung in federnder Weise zwischen dem Tragteil (18) und einem
das Tragteil (18) ringförmig umgebenden Käfig (20) angeordnet sind, und dass das Tragteil (18) elektrisch
leitend ausgebildet ist und eine Kontakt fläche (25) aufweist, welche mit Kontaktflächen (26) der Kontaktfinger
(22, 23) nach dem Trennen der Nennstromkontakte (4, 17) zusammenwirkt.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil (22) der Kontaktfinger an den
vom zweiten Schaltstück abgewandten Enden abgeschrägt und ein zweiter Teil (23) der Kontaktfinger an den
dem zweiten Schaltstück zugewandten Enden lichtbogenfest ausgebildet ist, und dass der Nennstromkontakt
(4) des zweiten Schaltstückes längs seines Umfanges verteilte lichtbogenfeste Kontaktteile (4a) aufweist,
welche mit den lichtbogenfesten Enden der Kontaktfinger
(23) des zweiten Teils der Kontaktfinger zusammenarbeiten.
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3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der Nennstromkontakt (4) des zweiten Schaltstückes an einer den Abbrandkontakt (7) des ersten
Schaltstückes zumindest teilweise hintergreifenden und die äussere Wand des Heizvolumens (13) bildenden
Stromzuführung (2) des zweiten Schaltstückes angebracht
ist, und dass das Aufheizvolumen (13) über einen Ringspalt (12) mit der bei einem Schaltvorgang
zwischen beiden Abbrandkontakten (5, 7) befindlichen Lichtbogenlöschzone verbunden ist.
4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass das Aufheizvolumen (13) mit einem aus dem Tragteil (18) ausgesparten Kompressionsraum (27) verbindbar ist.
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