DE4212740C2 - Hochspannungsschalter - Google Patents

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung geht aus von einem Hochspannungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

STAND DER TECHNIK

Aus der Patentschrift CH 655 605 A5 ist eine tulpenförmig ausgebildete Kontaktanordnung für einen Hochspannungsschalter bekannt, die mit abbrandfesten Graphitkappen ausgestattet ist. Die Graphitkappen werden entweder mit Hilfe eines Gießvorgangs oder durch ein Verschrauben auffedernd ausgebildeten, zylindrisch angeordneten Metallstegen befestigt. Die Enden der Metallstege müssen dabei sehr genau in entsprechende Aussparungen der Graphitkappen eingepaßt sein. Sollen bei Kontaktrevisionen die Graphitkappen erneuert werden, so ist bei dieser Schalterausführung mit einem vergleichsweise hohen Montageaufwand zu rechnen.

Es ist aber auch vorstellbar, das in der Patentschrift CH 667 039 AS offenbarte Lötverfahren zu verwenden, um die abbrandfesten Graphitkappen auf den federnd ausgebildeten, zylindrisch angeordneten Metallstegen zu befestigen. Bei derartigen Kontakten sind die metallischen Teile im Bereich, wo sich ein Lichtbogen ansetzen kann, mit kohlefaserverstärktem Graphit als abbrandfestem Belag versehen. Die Verbindung von Metallteilen mit Graphit ist jedoch wegen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten sehr schwierig. In der Regel wird ein Lötverfahren mit vergleichsweise hohen Löttemperaturen eingesetzt, wodurch das Gefüge der benachbarten Metallpartien verändert werden kann. Zum Angleichen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten wird häufig noch ein leitendes Medium zwischen Graphit und die Metallteile des betreffenden Kontakts eingebracht und verlötet.

Dieses Lötverfahren ist vergleichsweise aufwendig, da das Löten in Schutzgasatmosphäre erfolgen muß. Zudem ist es aufgrund der vielen Arbeitsschritte auch vergleichsweise teuer.

Weitere Informationen zum Stand der Technik sind den folgenden Schriften zu entnehmen: US 1 742 246, DE 39 33 463 A1, DE 35 32 963 A1, CH 488 268, DE 34 34 083 A1, DE-OS 22 34 067, DE 38 29 877 A1.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen Hochspannungsschalter mit einer Leistungsstrombahn zu schaffen, bei welchem die abbrandfesten Kontaktpartien mit einfachen Mitteln in Position gehalten werden.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß zumindest tulpenartig ausgebildete Kontakte einfach mit abbrandfesten Kappen versehen werden können. Dabei weist der jeweilige tulpenartige Kontakt federnd ausgebildete Stege auf, die durch ein teilweises Aufschlitzen eines zylindrischen Metallrohres entstanden sind. Diese Stege weisen auf der dem Kontaktstift zugewandten Seite einen Kopf auf, der in einer Hinterschneidung einer Kappe aus abbrandfestem Material eingelegt ist. Einander benachbarte Kappen stützen sich nach dem Ausfahren des zugehörigen, als Kontaktstift ausgebildeten Gegenkontaktes so gegeneinander ab, daß ein geschlossener Ring entsteht, der durch die Federkraft der Stege zusammengehalten wird und der dielektrisch vorteilhaft ausgebildet ist, da durch ihn die dielektrisch unvorteilhaften Spalte zwischen den Kappen abgeschirmt werden. Gegenüber herkömmlichen Tulpenkontakten wird auf diese Art bei geöffneten Schalterkontakten eine wesentlich höhere dielektrische Festigkeit der Schaltstrecke erreicht.

Pro Kappe ist mindestens ein Steg vorgesehen. Zur Montageerleichterung werden vorzugsweise zwei oder drei Stege mit einer gemeinsamen Kappe versehen.

Als besonders günstig im Hinblick auf die Betriebssicherheit erweist es sich, daß die Auflagefläche des Kopfes und die dieser entsprechenden Auflagefläche in der Kappe aneinander angepaßt sind, so daß sowohl in einer Einschaltstellung als auch in einer Ausschaltstellung und auch beim Übergang von einer dieser Stellungen in die jeweils andere stets eine definierte Auflage des Kopfes in der Kappe gewährleistet ist. Auf diese Weise wird in jeder Stellung der Kontakte ein genau definierter, einwandfreier Stromübergang gewährleistet. Als Material für das zylindrische Metallrohr ist eine Kupferlegierung, insbesondere Chromkupfer oder eine Stahllegierung vorgesehen. Als Material für die Kappe wird Graphit oder ein faserverstärkter Kohlenstoff oder ein abbrandfestes Sintermaterial, vorzugsweise Wolframkupfer eingesetzt. Diese Materialien haben sich als besonders günstig erwiesen, es sind jedoch auch andere vorteilhafte Materialien vorstellbar, wie sie für Kontakte herkömmlicher Art auch eingesetzt werden.

Für Hochspannungsschalter mit vergleichsweise kleinen Nennströmen ist es auch vorstellbar, daß auf eine separate Nennstrombahn verzichtet werden kann, so daß eine besonders preisgünstige Schaltervariante entsteht.

Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung, welche lediglich einen möglichen Ausführungsweg darstellt, näher erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen tulpenförmig ausgebildeten Kontakt,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch den tulpenförmig ausgebildeten Kontakt, und

Fig. 3 bis Fig. 7 einige Einzelteile des tulpenförmig ausgebildeten Kontakts.

Bei allen Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen tulpenförmig aus­ gebildeten Kontakt in Ausschaltstellung. Kappen 1 liegen an ihren Stützflächen 2 aneinander an und umschließen eine zylindrische Öffnung 3. Wie der Teilschnitt zeigt, werden die Kappen 1 durch federnd ausgebildete Stege 4, die durch das Aufschlitzen eines zylindrischen Metallrohres 5 entstanden sind, gegen das Zentrum des tulpenförmigen Kontaktes gedrückt. Die Kappen 1 sind aus abbrandfestem Material hergestellt. Pro Kappe 1 sind hier drei Stege 4 vorgesehen. Die zylindrische Öffnung 3 ist für den Gegenkontakt vorgesehen, der als massiver oder hohler zylindrischer Kontaktstift 3a ausgebildet ist und der einen größeren Außendurchmesser aufweist, als die lichte Weite der Öffnung 3 beträgt.

Für die Erfindung ist es unerheblich, ob der Kontaktstift 3a oder der tulpenförmig ausgebildete Kontakt als beweglicher Kontakt ausgebildet ist. Wird jedoch für die Kappen 1 ein vergleichsweise schweres Material verwendet, so wird der tulpenförmige Kontakt aus mechanischen Gründen vorteilhaft als feststehender Kontakt ausgebildet. Beim Auftreffen des Kontaktstiftes 3a auf die Kappen 1 werden diese durch den Kontaktstift 3a radial nach außen gedrückt. Der Auftreffbereich des Kontaktstiftes 3a ist in der Regel konisch ausgebildet, um die mechanische Beanspruchung dieses Bereiches und auch die der Kappen 1 klein zu halten. Die Spitze des Kontaktstiftes 3a ist in der Regel ebenfalls mit abbrandfestem Material versehen.

Der in Fig. 1 angegebene Schnitt A-A ist in Fig. 2 dargestellt. Der Steg 4 weist einen Kopf 6 auf, der in eine Hinterschneidung 7 der Kappe 1 eingreift. Die Form des Kopfes 6 ist der Form der Hinterschneidung 7 so angepaßt, daß nur ein geringfügiges axiales Spiel besteht. In Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch das Metallrohr 5 mit den Stegen 4 dargestellt, ebenso sind Zwischenräume 8 zwischen den Stegen 4 sichtbar. Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 3. Die Fig. 5 zeigt einen Kopf 6, wie er in der Fig. 2 dargestellt ist, in vergrößertem Maßstab in einer Seitenansicht. Dieser Kopf 6 weist eine erste Auflagefläche 9 auf. Eine zweite Auflagefläche 10 des Kopfs 6 ist in der Einschaltstellung wirksam, sie liegt dann voll auf der äußeren Zylinderfläche des Kontaktstifts 3a auf. Der Übergang zwischen den beiden Auflageflächen ist, wie der Pfeil 11 andeutet, sorgfältig abgerundet, so daß auch während der Übergangsphase von der Ein- in die Ausschaltstellung und umgekehrt stets eine gute Auflage des Kopfes 6 gewährleistet ist. Fig. 6 zeigt einen Schnitt B-B durch eine Kappe l, wie in Fig. 7 angedeutet, der besseren Übersichtlichkeit halber sind die übrigen Sichtkanten nicht dargestellt. Eine dritte Auflagefläche 12 in der Hinterschneidung 7 der Kappe 1 wirkt mit den beiden Auflageflächen 9 und 10 des Kopfes 6 zusammen. Die beiden Auflageflächen 9 und 10 sind hier als Teile von Zylinderflächen ausgebildet oder sie sind der Form von Zylinderflächen zumindest angenähert und der Übergang zwischen beiden Flächen ist abgerundet. Ebenso ist die dritte Auflagefläche 12 als Teil einer Zylinderfläche ausgebildet.

Es sind jedoch auch andere Formgebungen für diese Auflageflächen vorstellbar, wie z. B. eine ballig geformte Auflagefläche des Kopfes 6 und eine entsprechend konkav ausgebildete Auflagefläche 12, die auf diesen ballig geformten Kopf 6 abgestimmt ist.

In Fig. 7 sind Kappen 1 so zusammengestellt, wie sie aus einem Rohling gefertigt wurden. Die Stützflächen 2 sind als Seitenwände von Schnitten anzusehen, die den zylindrischen Rohling zerlegt haben. Die Kanten 13, welche die Stützflächen 2 begrenzen, werden vorteilhaft abgeschrägt, wie bei den unteren Kappen 1 in Fig. 7 dargestellt, oder abgerundet, um so das dielektrische Feld zwischen den Kappen 1 und dem Kontaktstift 3a nach einer Kontakttrennung zu verbessern.

Als Material für die Kappen 1 ist Graphit oder ein faserver­ stärkter Kohlenstoff vorgesehen, insbesondere ist auch kohlefaserverstärkter Kohlenstoff möglich. Auf diese Art wird ein abbrandfester tulpenartiger Kontakt, der besonders bei mit Schwefelhexafluorid als Isoliermedium gefüllten Hochspannungsschaltern, vorteilhaft einsetzbar ist, geschaffen. Die Spitze des zugeordneten Kontaktstiftes 3a ist ebenfalls abbrandfest bestückt. Wird auch hier eine Kohlenstoffkonfiguration gewählt, so wird das Abbrandstück mit dem Metall des Kontaktstiftes 3a verlötet. Es ist aber auch denkbar, hier andere, einfacher zu verlötende Abbrandmaterialien einzusetzen. Die Kappen 1 können, entsprechend den zu erwartenden Betriebsanforderungen, auch aus abbrandfestem Sintermaterial, wie beispielsweise Wolframkupfer, hergestellt werden. Es besteht hier eine große Auswahl von verschiedenen Materialien, so daß die Kontaktpaarungen stets optimal für den jeweiligen Fall gewählt werden können.

Das zylindrische Metallrohr 5 wird vorzugsweise aus einer Kupferlegierung, insbesondere Chromkupfer, hergestellt. Wenn bezüglich Stromtragfähigkeit keine besonderen Anforderungen gestellt werden, ist es auch möglich, hierfür eine Stahllegierung einzusetzen. Die Stege 4 müssen jedenfalls federnd ausgebildet sein, da durch sie die gesamte Kontaktkraft aufgebracht werden muß, wenn von etwaigen elektrodynamischen Kräften, die bei einem Stromfluß auf die Stege 4 ausgeübt werden, abgesehen wird.

Die Federkraft der Stege 4 kann auf die jeweilige, im Betrieb zu erwartende Belastung des Kontaktes abgestimmt werden. Das System Steg 4 mit Kopf 6 und mit der Kappe 1 kann sehr vielseitig variiert und unterschiedlichen Kontaktdurchmessern und unterschiedlichen Strombelastungen angepaßt werden.

Bei der Montage der Kappen 1 werden zunächst mittels eines Hilfswerkzeugs, welches auf der den Köpfen 6 entgegengesetzten Seite in das Innere des Metallrohres 5 eingeführt wird, die Stege 4 soweit aufgespreizt, daß die zu einer ringförmigen Kalotte zusammengelegten Kappen 1 zusammen zwischen die Köpfe 6 eingeschoben werden können. Wird danach die Spreizung der Stege 4 reduziert, so rasten die Köpfe 6 in der Hinterschneidung 7 der Kappen 1 ein. Mit der Entfernung des Hilfswerkzeugs ist die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Baugruppe einsatzbereit. Die Federkraft der Stege 4 hält diese Baugruppe zusammen, die als Ganzes dann in den Hochspannungsschalter eingebaut wird. Die Montagearbeiten werden dadurch sehr vereinfacht.

Es ist auch möglich, derartige Kontakte in Hochspannungsschaltern ohne eine separate Nennstrombahn einzusetzen. Allerdings sind diese Hochspannungsschalter, wenn dabei Kappen 1 aus Kohlenstoff verwendet werden, in der Regel für vergleichsweise kleine Nennströme auszulegen. In diesem Fall wäre das Metallrohr 5, wenn es aus einer Kupferlegierung besteht, zu versilbern, um so die Stromtragfähigkeit den entsprechenden Normen anzupassen.

Ist das Metallrohr 5 jedoch lediglich als Teil der Leistungs­ strombahn eines mit einer separaten Nennstrombahn versehenen Hochspannungsschalters ausgebildet, so braucht es, da es nicht dauernd strombeaufschlagt ist, nicht versilbert zu werden. Diese Ausführung stellt eine wirtschaftlich sehr vorteilhafte Ausgestaltung dar.

Bezugszeichenliste

1 Kappe
2 Stützfläche
3 Öffnung
3a Kontaktstift
4 Steg
5 Metallrohr
6 Kopf
7 Hinterschneidung
8 Zwischenräume
9, 10 Auflagefläche
11 Pfeil
12 Auflagefläche
13 Kanten.

Claims (6)

1. Hochspannungsschalter mit mindestens einer Leistungs­ strombahn, welche mindestens einen beweglichen und mindestens einen feststehenden Kontakt aufweist, wobei einer dieser Kontakte als Kontaktstift (3a) und ein anderer tulpenartig ausgebildet ist und im eingeschalteten Zustand den Kontaktstift (3a) konzentrisch umgibt, wobei der tulpenartige Kontakt federnd ausgebildete Stege (4) mit jeweils einem Kopf (6) aufweist, die Bestandteil eines teilweise geschlitzten zylindrischen Metallrohres (5) sind, und deren Kopf auf der dem Kontaktstift (3a) zugewandten Seite in eine Hinterschneidung einer Kappe (1) aus einem abbrandfesten Material eingreift, wobei pro Kappe (1) mindestens ein Steg (4) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Kopf (6) der Stege (4) auf der dem Kontaktstift (3a) zugewandten Seite eine erste Auflagefläche (9) und eine zweite Auflagefläche (10) aufweist, die mit einer dritten, in der Hinterschneidung (7) der Kappe (1) vorgesehenen Auflagefläche (12) derart zusammenwirken, daß die erste Auflagefläche (9) des Kopfes (6) in der Ausschaltstellung auf der dritten Auflagefläche (12) aufliegt, und daß die zweite Auflagefläche (10) des Kopfes (6) in der Einschaltstellung auf der dritten Auflagefläche (12) aufliegt, und
• - daß sich einander benachbarte Kappen (1) nach dem Ausfahren des Kontaktstifts (3a) so gegeneinander abstützen, daß ein geschlossener Ring entsteht, der durch die Federkraft der Stege (4) zusammengehalten wird.

2. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß zwei oder drei Stege (4) mit einer gemeinsamen Kappe (1) versehen sind.

3. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Übergang zwischen der ersten (9) und der zweiten Auflagefläche (10) abgerundet ist.

4. Hochspannungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die dritte Auflagefläche (12) in der Kappe (1) als Teil einer Zylinderfläche ausgebildet ist,
• - daß die ersten Auflageflächen (9) des Kopfes (6) in der Ausschaltstellung gemeinsam auf einer Zylinderfläche liegen, und
• - daß die zweiten Auflageflächen (10) des Kopfes (6) in der Einschaltstellung gemeinsam auf einer Zylinderfläche liegen.

5. Hochspannungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß als Material für das zylindrische Metallrohr (5) eine Kupferlegierung, insbesondere Chromkupfer, oder eine Stahllegierung vorgesehen ist, und
• - daß als Material für die Kappe (1) Graphit oder ein faserverstärkter Kohlenstoff oder ein abbrandfestes Sintermaterial, vorzugsweise Wolframkupfer, eingesetzt wird.

6. Hochspannungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Kappen (6) seitliche, durch Kanten (13) begrenzte Stützflächen (2) aufweisen, die sich nach dem Ausfahren des Kontaktstifts (3a) berühren, und
• - daß diese Kanten (13) abgerundet oder abgeschrägt ausgeführt sind.