DE3341903C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungsschal­ ter gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein solcher Schalter ist etwa aus der EP 75 341 A1 bekannt. Der bekannte Schalter weist zwei koaxiale, relativ zu­ einander bewegliche Schaltstücke mit Abbrand- und Nenn­ stromkontakten auf. Bei einem beweglichen beider Schalt­ stücke ist der Nennstromkontakt über ein Tragteil kraft­ schlüssig 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 Übertragung und Schaltung von Strömen ermöglicht. Dazu bedarf es aber noch eines zwischen Stromführung und Abbrandkontakt des beweglichen Schalt­ stückes angeordneten Gleitkontaktes. Solche Gleitkontakte sind verhältnismäßig aufwendig und verschleißanfällig.

Ein Hochspannungsleistungsschalter mit Abbrandkontakten 14a, 16a und einem beweglichen Nennstromkontakt, welcher von Kontaktfingern 19 und einer die Kontaktfinger in federnder Weise haltenden Isolierhülse gebildet ist, ist in GB-PS 15 25 229 beschrieben. Bei diesem Schalter sind in der Einschaltstellung die Kontaktfinger 19 mit ihren einen Enden mit einem als Stromanschluß dienenden Kontaktteil 10 und mit ihren anderen Enden mit einem ebenfalls als Stromanschluß dienenden Kontaktteil 11 kontaktiert. In der Ausschaltposition sind beide Enden der Kontaktfinger 19 ausschließlich mit dem Kontaktteil 10 kontaktiert. Beide Kontaktteile 10, 11 sind dann durch einen Spalt 17, in dem die am Schalter anliegende Spannung abfällt, elektrisch voneinander isoliert. Auch dieser Schalter benötigt einen zwischen Kontaktteil 10 und einem beweglichen 16a beider Abbrandkontakte angeordneten, aus Fig. 1A ersichtlichen Gleitkontakt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Schalter der gattungs­ gemäßen Art zu schaffen, welcher die Übertragung 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 kennzeich­ nenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. Durch geeig­ nete Anordnung und Ausbildung der Nennstromkontakte des erfindungsgemäßen Schalters ist ein verschleißan­ fälliger Gleitkontakt zwischen Stromzuführung und Abbrand­ kontakt entbehrlich. Gleichzeitig können die die Schalt­ leistung 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 Ausführungs­ beispiel 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 darge­ stellt ist.

In der Figur bezeichnet 1 einen hohlzylindrischen Isolier­ körper, welcher gasdicht zwischen zwei hohlen Stroman­ schlüssen 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 taktteilen 4a aus lichtbogenbeständigem Material und einem hohl ausgebildeten Abbrandkontakt 5, in dessen Innerem 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 Abbrandkon­ taktes 5 geschoben ist. Im Inneren des Stromanschlusses 2 ist ein Isolierstoffkörper 8 befestigt. Dieser Isolier­ stoffkörper 8 weist einen mit ringförmigen Rippen verse­ henen Isolator 9 und ein daran anschließendes rohrförmi­ ges Isolierstoffteil 10 auf. Der Isolator 9 stellt im Ausschaltzustand einen kriechstromsicheren Isolationsab­ stand zwischen dem Nennstromkontakt 4 und dem Abbrandkon­ takt 7 her. Das Isolierstoffteil 10 wird vom Abbrandkon­ takt 7 durchdrungen und begrenzt an seinem dem feststehen­ den Schaltstück zugewandten Ende zusammen mit einem in isolierender Weise am Stromanschluß 2 befestigten Lichtbogenlaufring 11 einen Ringspalt 12. Der Ringspalt 12 verbindet ein vom Stromanschluß 2, dem Isolierstoff­ körper 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 Stroman­ schluß 2 in elektrisch leitender Verbindung steht. In das Heizvolumen 13 mündet ein längs des Abbrandkon­ taktes 7 erstreckter Ringkanal 15, gegen den das Heiz­ volumen 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 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 Einschalt­ als auch im Ausschaltzustand auf der Außenfläche eines ringförmig ausgebildeten Fortsatzes 21 des Stromanschlus­ ses 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 lichtbogen­ fest ausgebildet ist. Die Kontaktfinger 23 lassen sich in einfacher Weise dadurch herstellen, daß an den abge­ schrägten Enden von Kontaktfingern 22 Kontaktteile 24 aus lichtbogenfestem 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 Aus­ nehmungen der Kontaktfinger 22 und 23 angebracht sind.

Im Tragteil 18 ist ein ringförmiger Kompressionsraum 27 ausgespart, welcher von einem am Stromanschluß starr befestigten Ringkolben 28 verschlossen ist. Auf der Innenfläche des Tragteils 18 sind Schlitze 29 vorge­ sehen, 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) durch­ setzt der bewegliche Abbrandkontakt 7 den Lichtbogenlauf­ ring 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 Kontaktflä­ chen aller Kontaktfinger 22 und 23 des beweglichen Nenn­ stromkontaktes 17 liegen am feststehenden Nennstromkontakt 4 an. Der überwiegende Teil des Stromes fließt nun vom Stromanschluß 2 über den Nennstromkontakt 4, den Nenn­ stromkontakt 17 und den Fortsatz 21 zum Stromanschluß 3.

Beim Ausschalten wird der mit einem nicht dargestellten Antrieb versehene Abbrandkontakt 7 und damit auch der mit dem Abbrandkontakt 7 über das Tragteil 18 kraft­ schlüssig verbundene Nennstromkontakt 17 nach unten bewegt. Bei dieser Bewegung kommen zunächst die Kontakt­ finger 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 24 zusammenwirken, fließt der Strom nun über den Stroman­ schluß 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 ge­ bracht und läuft der in einen parallelen Strompfad kommu­ tierte 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 Kommutierungsvorganges gegebenenfalls auf­ tretender Lichtbogen wird zwischen den lichtbogenfesten Kontaktteilen 4a und 24 gezogen. Da diese Teile licht­ bogenfest ausgebildet sind, wird eine Beschädigung der Nennstromkontakte 4 und 17 unter gleichzeitiger Beibe­ haltung guter Stromleitfähigkeit in der Einschaltstellung vermieden.

Nach der Kommutierung des Stromes trennen sich die Ab­ brandkontakte 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 Licht­ bogenlaufring 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 stromdurchflos­ senen Spule 14 beginnt der Lichtbogen um die Schalt­ stückachse zu rotieren und das in der Löschzone befindli­ che Isoliergas aufzuheizen. Unter der Wirkung von Zentri­ fugalkräften wird das aufgeheizte Löschgas nach außen befördert und an den Düsenöffnungen des Isolierstoffteils 6 und des Abbrandkontaktes 7 eine Druckabsenkung, hinge­ gen an der Peripherie der in der Lichtbogenlöschzone rotierenden Gasmasse eine Druckerhöhung hervorgerufen. Das erhitzte Löschgas strömt durch den Ringspalt 12 in das Heizvolumen 13, wo es je nach Stärke des abzu­ schaltenden Stromes bei Druckwerten, welche mehrere bar über dem Druckwert des nicht aufgeheizten Isoliergases liegen, gespeichert und gleichzeitig beruhigt und abge­ kühlt 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 Kontakt­ abstand verhindert wird.

Beim Schalten kleiner Ströme reicht die Leistung des Lichtbogens nicht aus, um im Heizvolumen 13 einen für die Löschung des Schaltlichtbogens ausreichenden Löschgas­ druck zu erzeugen. Eine ausreichende Beblasung des bei kleinen Strömen gezogenen Schaltlichtbogens wird jedoch über Isoliergas ermöglicht, welches im Kompressionsraum 27 bei einem Schaltvorgang verdichtet und über die Schlitze 29, den Ringkanal 15, das Rückschlagventil 16, das Auf­ heizvolumen 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 Platz­ bedarfs verfügbar. Entsprechend dem im Stromanschluß 2 angeordneten Aufheizvolumen 13 ist auch für den Kompres­ sionsraum 27 der Zusatzbeblasung kein zusätzlicher Platz notwendig, da dieser Kompressionsraum 27 bequem in dem bereits vorhandenen Tragteil 18 untergebracht werden kann.

Claims (4)

1. 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 starr am Abbrandkontakt (7) befestigtes 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 Kontaktfingern (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 Kontaktfläche (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 lichtbogen­ fest ausgebildet ist, und daß der Nennstromkontakt (4) des zweiten Schaltstückes längs seines Umfanges verteilte lichtbogenfeste Kontaktteile (4a) aufweist, welche mit den lichtbogenfesten Enden der Kontaktfin­ ger (23) des zweiten Teils der Kontaktfinger zusam­ menarbeiten.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Nennstromkontakt (4) des zweiten Schalt­ stückes an einer den Abbrandkontakt (7) des ersten Schaltstückes zumindest teilweise hintergreifenden und die äußere Wand des Heizvolumens (13) bildenden Stromzuführung (2) des zweiten Schaltstückes ange­ bracht 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 Kompressions­ raum (27) verbindbar ist.