DE3736835A1

DE3736835A1 - Hochspannungsschalter

Info

Publication number: DE3736835A1
Application number: DE19873736835
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Phys Dr Ackermann; Lutz Dr Niemeyer
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1987-10-30
Filing date: 1987-10-30
Publication date: 1989-05-11

Description

Technisches Gebiet

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Hochspannungs schalter gemäß dem ersten Teil von Patentanspruch 1.

Stand der Technik

Hierbei nimmt die Erfindung Bezug auf einen Stand der Technik von Hochspannungsschaltern wie er etwa in DE-B2-20 62 865 beschrieben ist. Der bekannte Hochspannungsschalter weist zwei parallel zueinander geschaltete Strompfade auf, nämlich einen den Strom im Betriebszustand mittels Nennstromkon takten führenden Nennstrompfad und einen den Strom beim Abschalten nach dem Unterbrechen des Nennstrompfades führenden Löschstrompfad, in dem der abzuschaltende Strom durch Löschung eines auf Abbrandkontakten brennenden Lichtbogens unterbrochen wird. Beim bekannten Hochspannungsschalter wird beim Unter brechen des Nennstrompfades ein zwischen den geöffneten Nennstromkontakten brennender Lichtbogen gezogen, über den in der Anfangsphase eine Spannung von typischerweise 20 V abfällt, welche mit zunehmendem Kontaktabstand auf etwa 30 V ansteigt. Sobald der Lichtbogen zwischen den Nennstrom kontakten entsteht, setzt die Kommutation des abzuschal tenden Stromes von Nennstrom- in den Löschstrompfad ein. Bei neuwertigen und daher im allgemeinen niederohmigen Abbrand kontakten genügt bereits ein geringer Spannungsabfall im Nennstrompfad, um den abzuschaltenden Strom schnell und vollständig in den Löschstrompfad zu kommutieren. Bei mehrfach benutzten und daher vergleichsweise hochohmigen Abbrandkon takten bereitet die Kommutation des abzuschaltenden Stromes in den Löschstrompfad jedoch erhebliche Mühe, wodurch es insbesondere beim Schalten großer Ströme zu einer Über lastung der Nennstromkontakte und gegebenenfalls zu Schalt versagern kommen kann.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist, löst die Aufgabe, einen Hochspannungsschalter anzugeben, dessen Kontaktanordnung auch nach mehrmaligem Ausschalten großer Kurzschlußströme noch keiner Revision bedarf.

Der erfindungsgemäße Hochspannungsschalter zeichnet sich dadurch aus, das er selbst dann noch ein sicheres und schnelles Kommutieren des abzuschaltenden Stromes vom Nennstrom- auf den Löschstrompfad gewährleistet, wenn die im Löschstrom pfad vorgesehenen Abbrandkontakte - etwa nach mehreren schweren Kurzschlußabschaltungen - vergleichsweise hochohmig geworden sind und/oder wenn sehr große Ströme kommutiert werden müssen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch eine Kontaktanordnung eines ersten Ausführungs beispiels des erfindungsgemäßen Hochspannungsschal ters,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch eine Kontaktanordnung eines zweiten Ausführungs beispiels des erfindungsgemäßen Hochspannungsschal ters und

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch eine Kontaktanordnung eines dritten Ausführungs beispiels des erfindungsgemäßen Hochspannungsschal ters.

In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen auch gleich wirkende Teile und sind die angegebenen Kontaktanordnungen im linken Teil jeweils in der Einschaltstellung und im rechten Teil jeweils beim Ausschalten des erfindungsgemäßen Hoch spannungsschalters dargestellt.

In Fig. 1 sind zwei längs einer Achse 1 miteinander zusammen wirkende und koaxial zueinander angeordnete Schaltstücke 2 und 3 dargestellt. Das Schaltstück 2 ist feststehend ange ordnet und weist einen stiftförmig ausgebildeten Abbrandkon takt 4 sowie einen den Abbrandkontakt 4 koaxial umgebenden Nennstromkontakt 5 auf. Das Schaltstück 3 kann durch einen nicht dargestellten Antrieb in axialer Richtung bewegt werden und weist einen düsenförmig ausgebildeten, hohlen Abbrandkon takt 6 auf sowie einen den Abbrandkontakt 6 koaxial umgeben den Nennstromkontakt 7, an dessen dem Schaltstück 2 zuge wandten Ende eine in der Einschaltstellung vom Abbrandkon takt 4 durchsetzte Isolierdüse 8 angebracht ist.

Der Nennstromkontakt 5 enthält einen rohrförmigen Kontakt träger 9 sowie einen Kranz von Kontaktfingern 10, welche jeweils mittels je einer lyraförmig gebogenen Feder 11 in radialer Richtung elastisch verschiebbar in einer torus förmigen Ausnehmung 12 des Kontaktträgers 9 gehalten sind. Die äußere Begrenzung der Ausnehmung 12 wird gebildet von einer rohrförmigen metallischen Abschirmung 13, deren dem Schaltstück 3 zugewandtes freies Rohrende 14 nach innen gekrümmt ist und daher einen Anschlag für die unter der Wirkung der Federn 11 radial nach innen geführten unteren Kontaktenden 15 der Kontaktfinger 10 darstellt (rechter Teil von Fig. 1). Die Abschirmung 13 ist in elektrisch lei tender Weise mit einem rohrförmigen Stromanschluß 16 des Kontaktträgers 9 verbunden und ist auf ihrer Innenseite mit einer die Ausbildung eines von den Kontaktfingern 10 über die Kontaktfedern 11 zur Abschirmung 13 fließenden Stromes verhindernden Isolierfolie 17 ausgekleidet. Die Isolierfolie 17 kann entfallen, wenn die Abschirmung 13 über einen hochohmigen Widerstand mit dem Stromanschluß 16 verbunden ist. Die innere Begrenzung der Ausnehmung 12 wird gebildet von einem axial erstreckten rohrförmigen An satz des Stromanschlußes 16, welcher auf seiner Außenseite eine im Einschaltzustand von den oberen Kontaktenden 18 der Kontaktfinger 10 kontaktierte Kontaktfläche 19 trägt sowie ein als ringförmige Schneide ausgebildetes Isolierteil 20 oder mehrere jeweils als Zapfen ausgebildete Isolierteile 20.

Eine solche Kontaktanordnung wirkt nun wie folgt: Im Einschalt zustand (linker Teil von Fig. 1) sind die beiden Schaltstücke 2, 3 miteinander im Eingriff und fließt Strom im wesentlichen vom Stromanschluß 16 über die Kontaktfläche 19, die Kontakt enden 18 der Kontaktfinger 10, die Kontaktenden 15 der Kontakt finger 10 und den Nennstromkontakt 7 zu einem nicht dar gestellten zweiten Stromanschluß. Die Federn 11 stützen sich hierbei auf äußeren Stirnflächen der Kontaktfinger 10 ab und bewirken zusammen mit eigenmagnetischen Kräften des Stromes Kontaktkräfte zwischen den Kontaktenden 18 und der Kontaktfläche 19 bzw. den Kontaktenden 15 und dem Nenn stromkontakt 7.

Beim Ausschalten wird das Schaltstück 3 nach unten bewegt. Nach einer vorgegebenen Zeitspanne trennen sich die Nenn stromkontakte der beiden Schaltstücke 2, 3, während deren beide Abbrandkontakte 4, 6 noch miteinander in Eingriff sind. Bei der Trennung der Nennstromkontakte 5, 7 werden sowohl die Kontaktenden 15 der Kontaktfinger 10 und der Nennstromkontakt 7 voneinander getrennt als auch die Kontakt enden 18 der Kontaktfinger 10 und die Kontaktfläche 19. Die Trennung der Kontaktenden 18 von der Kontaktfläche 19 ist dadurch bedingt, daß im Zuge der Abwärtsbewegung des Schaltstückes 3 die auf den Nennstromkontakt 7 aufliegenden Kontaktenden 15 unter der Wirkung der Federn 11 und der Eigenmagnetkräfte des Stromes solange nach innen geführt werden, bis die Kontaktfinger 10 auf den Isolierteilen 20 aufliegen. Trennen sich nun die Kontaktenden 15 der Kontakt finger 10 und der Nennstromkontakt 7, so ermöglichen die Isolierteile 20 eine durch das Rohrende 14 begrenzte Dreh bewegung der Kontaktfinger 10 in der Zeichnungsebene. Die Kontaktenden 18 heben von der Kontaktfläche 19 ab. Bei der Kontakttrennung bilden sich daher zwei miteinander in Serie geschaltete Lichtbögen 21 und 22 (rechter Teil von Fig. 1). Diese Lichtbögen weisen typischerweise jeweils einen Spannungs abfall von 20 V auf. Der gesamte Spannungsabfall von ca. 40 V im Nennstrompfad bewirkt auch bei mehrfach benutzten und daher vergleichsweise hochohmigen Abbrandkontakten 4, 6 ein rasches und vollständiges Kommutieren des abzuschaltenden Stromes vom Nennstrompfad in den durch die (noch) geschlossenen Abbrandkontakte 4, 6 gebildete Löschstrompfad.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Kontaktanordnung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochspannungsschal ters enthalten die Kontaktfinger 10 auf ihren inneren Seiten flächen zusätzlich eine nach innen gewölbte Kulisse 23. Diese Kulisse wirkt beim Ausschalten mit einer radial nach außen erstreckten Verdickung 24 der Isolierdüse 8 zusammen und bewirkt im Zuge der Abwärtsbewegung des Schaltstückes 3 eine radial nach außen gerichtete Schwenkung der Kontakt finger 10 um die auf der Kontaktfläche 19 gelagerten Kontakt enden 18. Hierbei heben die Kontaktenden 15 der Kontakt finger 10 von dem Nennstromkontakt 7 ab und wird der Licht bogen 21 gezogen. Im Verlauf der weiteren Schwenkbewegung werden die gegen die Kraft der Federn 11 und die Magnet kräfte des abzuschaltenden Stromes nach außen geführten Seitenflächen der Kontaktfinger 10 auf den nun an der Ab schirmung 20 befestigten Isolierteilen 20 abgestützt und werden in der Folge die Kontaktfinger 10 in der Zeichnungs ebene um die Auflagefläche auf diesen Isolierteilen 20 ge dreht. Hierbei heben die Kontaktenden 18 unter Bildung des zweiten Lichtbogens 22 von der Kontaktfläche 19 ab. Bei dieser Ausführungsform der Kontaktanordnung des erfindungs gemäßen Hochspannungsschalters sind die die Drehung der Kontaktfinger 10 bewirkenden Isolierteile 20 durch die Kon taktfinger 10 vor der Einwirkung von heißem, bei der Trennung der Abbrandkontakte 4, 6 gebildetem Lichtbogenplasma weit gehend geschützt.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Kontaktanordnung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochspannungsschal ters läßt sich die die Kontaktfinger 10 tragende Abschir mung 13 in axialer Richtung verschieben. Zu diesem Zweck ist in den Stromanschluß 16 eine in axialer Richtung er streckte, ringförmige Nut 25 eingelassen. Auf dem Grund der Nut 25 ist eine Feder 26 abgestützt, welche ihrerseits abgestützt ist auf der oberen Stirnfläche der in der Nut 25 in axialer Richtung verschieblich geführten Abschirmung 13. Die Abschirmung 13 weist im Bereich der Nut 25 axial erstreckte Langlöcher 27 auf, welche jeweils von einem am Stromanschluß 16 angeschraubten Führungskörper 28 durch drungen sind. Die Führungskörper 28 begrenzen eine in axialer Richtung geführte Bewegung der Abschirmung 13 und damit der Kontaktfinger 10 nach unten. Ein an der Abschirmung 13 befestigter Anschlag 29 begrenzt eine in umgekehrter Richtung erfolgende Bewegung nach oben. Durch die axiale Länge der Langlöcher 27 läßt sich hierbei die axiale Ver schieblichkeit der Abschirmung 13 und damit der Kontaktfinger 10 variieren.

Im Einschaltzustand ist bei der Kontaktanordnung gemäß Fig. 3 die Abschirmung 13 mit ihrem gekrümmten Rohrende 14 auf einem schulterförmigen Absatz 30 des Schaltstückes 3 gehalten und ist der Anschlag 29 auf dem Stromanschluß 16 abgestützt. Die Feder 26 ist gespannt. Die oberen Kontakten den 18 der Kontaktfinger 10 ruhen auf der Kontaktfläche 19. Beim Ausschalten wird das Schaltstück 3 und damit auch die unter der Wirkung der geladenen Feder 26 stehende Ab schirmung 13 nach unten geführt. Hierbei werden die Kontakt enden 18 der Kontaktfinger 10 von der Kontaktfläche 19 auf ein in axialer Richtung an die Kontaktfläche 19 anschließen des, zylinderförmiges Isolierteil 31 geführt und es bildet sich zwischen den Kontaktenden 18 und der Kontaktfläche 19 der Lichtbogen 22. Nach einer durch die Länge der Langlöcher 27 vorgebbaren Nachlaufstrecke schlägt die Abschirmung 13 an den Führungskörper 28 an und verschiebt sich nun auch der Nennstromkontakt 7 relativ zu den Kontaktfingern 10. Kommen die Kontaktfinger 10 und der Nennstromkontakt 7 außer Eingriff, so wird - falls der Strom noch nicht in den Lösch strompfad kommutiert ist - nun auch der die kommutierende Spannung verdoppelnde Lichtbogen 21 gezogen. Eine zusätz liche Erhöhung der kommutierenden Spannung wird bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochspannungsschalters dadurch erreicht, daß der Lichtbogen 22 vom Isolierteil 31 Isoliermaterial abdampft, welches durch Bildung eines Druckgradienten zu einer Verlängerung und damit zu einer Spannungserhöhung des Lichtbogens 22 führt.

Claims

1. Hochspannungsschalter mit zwei längs einer Achse (1) zusammenarbeitenden Schaltstücken (2, 3) mit jeweils mindestens einem Nennstrom (5, 7) - und einem Abbrand kontakt (4, 6), bei dem der Nennstromkontakt (5) eines ersten (2) beider Schaltstücke (2, 3) gebildet ist von mindestens einem in einem Kontaktträger (9) federnd ge lagerten Kontaktfinger (10), welcher in der Einschalt stellung mit einem ersten (18) seiner beiden Kontakt enden (15, 18) auf einer Kontaktfläche (19) des Kontakt trägers (9) und mit dem zweiten (15) seiner beiden Kontakt enden (15, 18) auf einer Kontaktfläche des Nennstrom kontaktes (7) des zweiten Schaltstückes (3) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Kontaktfinger (10) beim Ausschalten Teil eines Führungs elementes ist, welches im Zuge der Ausschaltbewegung den mindestens einen Kontaktfinger (10) von der Kontakt fläche (19) des Nennstromkontaktes (5) des ersten Schalt stückes (2) entfernt.

2. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Führungselement ein eine Drehbewe gung des mindestens einen Kontaktfingers (10) ermögli chendes Lager ist.

3. Hochspannungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Lager ein als Schneide oder Zapfen ausgebildetes und am Kontaktträger (9) befestigtes Iso lierteil (20) aufweist, welches im Zuge der Ausschalt bewegung den mindestens einen Kontaktfinger (10) abstützt.

4. Hochspannungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Isolierteil (20) den mindestens einen Kontaktfinger (10) auf einer seiner Seitenflächen ab stützt, welche entgegengesetzt angeordnet ist zu seiner unter der Wirkung einer Feder (11) stehenden Seitenfläche.

5. Hochspannungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der mindestens eine Kontaktfinger (10) eine beim Ausschalten vom zweiten Schaltstück (3) gesteuer te Kulisse (23) aufweist und daß das Isolierteil (20) den mindestens einen Kontaktfinger (10) auf einer Seiten fläche abstützt, welche entgegengesetzt angeordnet ist zu seiner die Kulisse (23) enthaltenden Seitenfläche.

6. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Führungselement eine Längsführung ist, welche eine Axialverschiebung des mindestens einen Kontaktfingers (10) auf der Kontaktfläche (19) des Nenn stromkontaktes (5) des ersten Schaltstückes (2) ermöglicht.

7. Hochspannungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Längsführung ein in axialer Richtung an die Kontaktfläche (19) anschließendes Isolierteil (20) enthält.

8. Hochspannungsschalter nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der mindestens eine Kontaktfinger (10) in einer axial verschieblichen, im Einschaltzustand unter der Wirkung einer geladenen Feder (26) stehenden Halte rung angeordnet ist.