DE3341903A1 - Hochspannungsleistungsschalter - Google Patents

Description

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28.10.83 Ka/eh

Hochspannunqsleistunqsschalter

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.

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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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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

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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-

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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.

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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.