EP0665565B1 - Kontaktsystem für einen Hochleistungsschalter - Google Patents

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EP0665565B1
EP0665565B1 EP95101010A EP95101010A EP0665565B1 EP 0665565 B1 EP0665565 B1 EP 0665565B1 EP 95101010 A EP95101010 A EP 95101010A EP 95101010 A EP95101010 A EP 95101010A EP 0665565 B1 EP0665565 B1 EP 0665565B1
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EP
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contact
screen
contact system
contact element
leaf springs
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Prof. Dr. Ottmar Müller
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ABB Patent GmbH
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ABB Patent GmbH
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    • H01H1/36—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by sliding
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H33/91—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism the arc-extinguishing fluid being air or gas

Definitions

  • the invention relates to a contact system for a high-voltage circuit breaker according to the preamble of claim 1.
  • a contact system is e.g. described in EP-A-0015865.
  • Such high-voltage circuit breakers are SF 6 gas-insulated switches, which have a fixed contact piece, over which a movable contact piece can be pushed, the movable contact piece being assigned a blow piston or blow cylinder system, which compresses a gas volume during the switching-off process, so that after the blow cylinder has run off the fixed one Contact piece a gas flow for blowing the arc generated between the movable contact piece and the fixed contact piece is generated.
  • the object of the invention is a contact system of the beginning to create the type mentioned, in which the burning behavior is improved.
  • the erosion contact piece is made of graphite
  • the arc has a base point on the erosion contact piece or on the graphite ring, on which it can also rotate, so that experience has shown that no discrete base points, ie hot spots, arise and peaks are avoided after the arc has been extinguished become.
  • Graphite only forms gaseous waste products, especially CF 4 ; the solid waste products that arise when only metal contact pieces are provided are avoided.
  • the erosion contact piece made of graphite remains relatively flat even after frequent arcing, so that only a weakly inhomogeneous field can arise.
  • the arc base point on the graphite is diffuse, which means that extreme hot spots that contribute to strong electrode erosion and can generate metal vapor are practically excluded.
  • Another advantageous embodiment of the invention is the claim 5. This is how it is achieved that the outer shell of the circuit breaker, that is Switch housing, can be made of plastic.
  • the shielding pot has the advantage that a weakly inhomogeneous field is generated to the outside and all sharp-edged live parts are shielded become.
  • the shielding pot also allows such easy to design live parts.
  • the metal shield through the shielding pot also takes when switching, the hot gases open and protect thus the insulating housing of the switching chamber.
  • the shielding can according to the claim 6 additional contact leaf springs are provided, which lie against the inner surface of the shielding pot and thus form the actual continuous current contacts. If the contact leaf springs according to claim 7 in Extend towards the bottom of the shielding pot, then form this also has a shield so that the entire through the shielding pot and the contact leaf springs formed screen wall is extended so that the hot Gases from the switching arcs from the insulating wall in one even larger area can be kept away. For the Decaying times of 10 ms already bring a considerable amount Protective effect for the insulating housing.
  • the pot shape of the shield forms one mechanical reinforcement of the entire insulating housing, because the strain on the floor area due to the increased Pressure values when switching off the rounded shield or taken up by the rounded shielding pot and on the mechanically very stable housing cylinder wall is transmitted.
  • the reinforced floor surface the mechanical fastening of Connection parts, e.g. B. the fixed contact piece.
  • a shield housing 13 made of metal, which has a pot shape, wherein the cylinder wall 14 on the inner surface of the cylinder section 11 is present.
  • the bottom 15 of the shielding pot is thickened relative to the cylinder wall 14. Is on the inside of the pot base 15 a fixed contact piece 16, which is not in the bottom of the pot attached in more detail.
  • the fixed contact piece 16 acts with a tubular, movable Contact piece 17 via the contact fingers 27 together which is attached to a piston crown 18 which is radial and perpendicular to the central longitudinal axis on the inner surface of the cylinder wall 11 of the insulating housing with the interposition of piston rings 38 - preferably made of PTFE.
  • the movable switching tube 17 projects over the piston crown 18 out to receive the contact fingers 27 on one side; in Distance to the free end 19 of the Scahlt tube 17 in the area the contact fingers 27 are on the piston crown 18
  • Inner cylinder 20 and an outer cylinder 21 attached, the Ends facing away from the piston crown 18 each have a flange 22 or 23 have inside.
  • the flanges 22 and 23 are spaced apart and take between them a burning ring 24 resiliently on the preferably consists of graphite.
  • This burn ring can closed or composed of several ring parts be what improves assembly.
  • the inner and outer cylinder are adjacent to each other in the piston crown 18 Section firmly connected, so that only in a flanged area 25, the two cylinders are separated from each other so that a relative stiff suspension of the two flanged edges 22 and 23 generated becomes.
  • the contact finger 27 which has a bearing section 28, which is in the vicinity of the piston crown 18, and have a contact area 29.
  • the contact area 29 is located between the free end of the switching tube 19 and the flanged edge 22.
  • the contact fingers have a radial outside a recess 30 in which a leaf spring 31st are provided, which are on the inner surface of the cylinder 20 support and so the contact finger 27 to the Support point at 29 rotatable inwards against the fixed Press contact piece 16, moving inwards on the one hand through the free switching tube end 19 and on the other hand by an axially extending recess 31 on Flanged edge 22 and an axially extending projection 32 is effected on the contact finger 27, the projection 32 at the contact surface end of the contact finger 27 is provided.
  • a blow cylinder 33 is also located on the piston head 18 attached, which surrounds the outer cylinder 21 at a distance and is bent towards the fixed contact piece 16; the Blow cylinder 33 defines an opening 34 there as Nozzle for the extinguishing gases. Furthermore, are on the Piston plate 18 fixed contact leaf springs 35 that against the inner surface of the cylinder portion 14 of the shielding pot 13 come to rest and come off the piston crown 18 extend towards the bottom of the pot.
  • the movable contact piece 17 moves together with the piston or pot base 18, the contact arrangement and the blow cylinder 33 in the direction of arrow P, the gas in the space 37 being compressed until the contact finger part 29 or the Burn-off contact 24 leaves the fixed contact piece 16.
  • the compressed gas then flows into the nozzle 34 according to the direction of the arrow P 1 and thereby blows the arc by blowing off a partial flow of the gas through the movable switching tube 17 and another partial flow of the gas through the nozzle 34.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kontaktsystem für einen Hochspannungsleistungsschalter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solches Kontaktsystem ist z.B. in der EP-A-0015865 beschrieben.
Derartige Hochspannungsleistungsschalter sind SF6-gasisolierte Schalter, die ein festes Kontaktstück aufweisen, über welches ein bewegliches Kontaktstück schiebbar ist, wobei dem beweglichen Kontaktstück ein Blaskolben- oder Blaszylindersystem zugeordnet ist, welches beim Ausschaltvorgang ein Gasvolumen zusammenpreßt, so daß nach Ablaufen des Blaszylinders vom festen Kontaktstück eine Gasströmung zur Beblasung des zwischen dem beweglichen Kontaktstück und dem festen Kontaktstück entstehenden Lichtbogens erzeugt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kontaktsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das Abbrandverhalten verbessert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Wenn ein Ausschaltvorgang stattfindet, dann gleiten das bewegliche Kontaktstück und darüberhinaus die Kontaktfinger auf dem festen Kontaktstück entlang, so lange, bis sich die Kontaktfinger von dem festen Kontaktstück gelöst haben. Dabei liegt das Abbrandkontaktstück noch am Kontaktfinger an, und sobald dieses das bewegliche Kontaktstück verlassen hat, brennt der Lichtbogen zwischen dem festen Kontaktstück und dem Abbrandkontaktstück.
Wenn gemäß Anspruch 2 das Abbrandkontaktstück aus Graphit hergestellt ist, dann besitzt der Lichtbogen einen Fußpunkt auf dem Abbrandkontaktstück bzw. auf dem Graphitring, auf dem er auch rotieren kann, so daß erfahrungsgemäß keine diskreten Fußpunkte, d. h. Heißpunkte, entstehen und Spitzen nach dem Lichtbogenverlöschen vermieden werden. Dieses fördert die Wiederverfestigung der Schaltstrecke und reduziert den Anteil an Metallfluoriden erheblich. Graphit bildet nur gasförmige Abfallprodukte, insbesondere CF4; die festen Abfallprodukte, die dann entstehen, wenn lediglich Metallkontaktstücke vorgesehen sind, werden vermieden. Das Abbrandkontaktstück aus Graphit bleibt auch nach häufiger Lichtbogenbeanspruchung relativ eben, so daß lediglich ein schwach inhomogenes Feld entstehen kann. Der Lichtbogenfußpunkt auf dem Graphit ist diffus, weswegen extreme Heißpunkte, die zu starken Elektrodenerosionen beitragen und Metalldampf erzeugen können, praktisch ausgeschlossen sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dem Anspruch 5 zu entnehmen. Dadurch wird es erreicht, daß die Außenhülle des Leistungsschalters, also das Schaltgerhäuse, aus Kunststoff hergestellt werden kann. Der Abschirmtopf hat einerseits den Vorteil, daß dadurch nach außen ein schwach inhomogenes Feld erzeugt wird und alle scharfkantigen spannungsführenden Teile abgeschirmt werden. Darüberhinaus erlaubt es der Abschirmtopf, solche spannungsführenden Teile einfach zu gestalten. Die Metallschirmung durch den Abschirmtopf nimmt darüberhinaus bei einem Schaltvorgang die heißen Gase auf und schützt damit das Isoliergehäuse der Schaltkammer.
Mit dem Vorsehen des Abschirmtopfes können gemäß dem Anspruch 6 zusätzliche Kontaktblattfedern vorgesehen werden, die gegen die Innenfläche des Abschirmtopfes anliegen und damit die eigentlichen Dauerstromkontakte bilden. Wenn sich die Kontaktblattfedern gemäß Anspruch 7 in Richtung zum Abschirmtopfboden erstrecken, dann bilden diese zusätzlich noch eine Abschirmung, so daß die gesamte, durch den Abschirmtopf und die Kontaktblattfedern gebildete Schirmwand verlängert wird, so daß die heißen Gase der Schaltlichtbögen von der Isolierwand in einem noch größeren Bereich ferngehalten werden können. Für den Abklingvorgang bringen Zeiten von 10 ms bereits eine erhebliche Schutzwirkung für das Isolierstoffgehäuse.
Darüberhinaus bildet die Topfform der Abschirmung eine mechanische Verstärkung des gesamten Isoliergehäuses, da die Beanspruchung der Bodenfläche aufgrund der erhöhten Druckwerte beim Ausschaltvorgang von der abgerundeten Abschirmung bzw. von dem abgerundeten Abschirmtopf aufgenommen wird und auf die mechanisch sehr stabile Gehäusezylinderwand übertragen wird. Desweiteren gewährt die verstärkte Bodenfläche die mechanische Befestigung von Anschlußteilen, z. B. das feste Kontaktstück.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sowie weitere Vorteile der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.
Es zeigt die einzige Figur einen Leistungsschalter gemäß der Erfindung in Schnittansicht und im Einschaltzustand.
Innerhalb eines aus Isolierstoff bestehenden Isoliergehäuses 10, das einen zylindrischen Abschnitt 11 und einen Dachabschnitt 12 aufweist, befindet sich ein Abschirmgehäuse 13 aus Metall, welches eine Topfform aufweist, wobei die Zylinderwand 14 an der Innenfläche des Zylinderabschnittes 11 anliegt. Der Boden 15 des Abschirmtopfes ist gegenüber der Zylinderwand 14 verdickt ausgebildet. An der Innenseite des Topfbodens 15 befindet sich ein festes Kontaktstück 16, welches am Topfboden in nicht näher dargestellter Weise befestigt ist. Das feste Kontaktstück 16 wirkt mit einem rohrförmigen, beweglichen Kontaktstück 17 über die Kontaktfinger 27 zusammen, an dem ein Kolbenboden 18 befestigt ist, der radial und senkrecht zur Mittellängsachse an der Innenfläche der Zylinderwand 11 des Isoliergehäuses unter Zwischenfügung von Kolbenringen 38 - vorzugsweise aus PTFE - gleitet. Das bewegliche Schaltrohr 17 ragt über den Kolbenboden 18 hinaus um die Kontaktfinger 27 einseitig aufzunehmen; in Abstand zu dem freien Ende 19 des Scahltrohres 17 im Bereich der Kontaktfinger 27 sind an dem Kolbenboden 18 ein Innenzylinder 20 und ein Außenzylinder 21 befestigt, deren dem Kolbenboden 18 abgewandte Enden je eine Umbördelung 22 bzw. 23 nach innen aufweisen. Die Umbördelungen 22 und 23 sind in Abstand zueinander angeordnet und nehmen zwischen sich federnd einen Abbrandring 24 auf, der vorzugsweise aus Graphit besteht. Dieser Abbrandring kann geschlossen oder aus mehreren Ringteilen zusammengesetzt sein, was die Montage verbessert. Der Innen- und Außenzylinder sind miteinander in dem dem Kolbenboden 18 benachbarten Abschnitt fest miteinander verbunden, so daß lediglich in einem bördelseitigen Bereich 25 die beiden Zylinder voneinander getrennt sind, so daß eine relativ steife Federung der beiden Bördelränder 22 und 23 erzeugt wird.
Zwischen dem freien Schaltrohrende 19 und den beiden Zylindern 20 und 21 ist ein Käfig 26 gebildet, der Kontaktfinger 27 aufweist, welche einen Lagerungsabschnitt 28, der sich in der Nähe des Kolbenbodens 18 befindet, und einen Kontaktbereich 29 besitzen. Der Kontaktbereich 29 befindet sich zwischen dem freien Ende des Schaltrohres 19 und dem Bördelrand 22. Radial außen besitzen die Kontaktfinger eine Ausnehmung 30, in der eine Blattfeder 31 vorgesehen sind, welche sich an der Innenfläche des Zylinders 20 abstützen und so den Kontaktfinger 27, um die Auflagestelle bei 29 drehbar nach innen gegen das feste Kontaktstück 16 drücken, wobei die Bewegung nach innen einerseits durch das freie Schaltrohrende 19 und andererseits durch einen axial verlaufenden Rücksprung 31 am Bördelrand 22 und einen axial verlaufenden Vorsprung 32 am Kontaktfinger 27 bewirkt wird, wobei der Vorsprung 32 an dem kontaktflächenseitigen Ende des Kontaktfingers 27 vorgesehen ist.
Am Kolbenboden 18 ist darüberhinaus ein Blaszylinder 33 befestigt, der den äußeren Zylinder 21 in Abstand umgibt und hin zum festen Kontaktstück 16 abgebogen ist; der Blaszylinder 33 umgrenzt dort eine Öffnung 34, die als Düse für die Löschgase dient. Desweiteren sind an dem Kolbenboden 18 Kontaktblattfedern 35 befestigt, die gegen die Innenfläche des Zylinderabschnittes 14 des Abschirmtopfes 13 zum Anliegen kommen und sich vom Kolbenboden 18 in Richtung zum Topfboden des Abschirmtopfes erstrecken.
Im Bereich zwischen dem Blaszylinder 33 und dem äußeren Zylinder 21 befinden sich im Kolbenboden 18 Öffnungen 36.
Wenn nun eine Ausschaltung durchgeführt wird, bewegt sich das bewegliche Kontaktstück 17 zusammen mit dem Kolben- oder Topfboden 18, der Kontaktanordnung sowie dem Blaszylinder 33 in Pfeilrichtung P, wobei das Gas im Raum 37 so lange komprimiert wird, bis das Kontaktfingerteil 29 bzw. der Abbrandkontakt 24 das feste Kontaktstück 16 verläßt. Danach strömt das komprimierte Gas gemäß Pfeilrichtung P1 in die Düse 34 und bebläst dadurch den Lichtbogen, in dem ein Teilstrom des Gases durch das bewegliche Schaltrohr 17 und ein anderer Teilstrom des Gases durch die Düse 34 abgeblasen wird.
Bevor die Kontaktfinger 29 bzw. die Abbrandkontaktstücke 24 das feste Kontaktstück 16 verlassen, ist die Berührung zwischen dem Abschirmtopf 13 und den Kontaktblattfedern 35 unterbrochen, so daß der dort fließende Dauerstrom auf die Kontaktfinger 29 bzw. die Abbrandkontaktstücke 24 kommutiert wird.

Claims (11)

  1. Kontaktsystem für einen Hochspannungsleistungsschalter, mit einem festen (16) und einem beweglichen Kontaktstück und mit einem mit dem vorzugsweise als Schaltrohr (17) ausgebildeten beweglichen Kontaktstück verbundenen Blaszylindersystem (33), wobei das Kontaktstück federbelastete Kontaktfinger (27 bis 29) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfinger (27 bis 29) in einen Käfig (26) eingesetzt sind, an dessen kontaktberührungsstellenseitigen Ende wenigstens ein Abbrandkontaktstück (24) aus einem hochabbrandfesten Material befestigt ist.
  2. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Graphit ist.
  3. Kontaktsystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (26) radial außen durch zwei ineinandergepaßte zylindrische metallische Hüllkörpern (20, 21) begrenzt ist, deren Enden radial nach innen abgebördelt sind und zwischen sich federnd das Abbrandkontaktstück (24) festhalten.
  4. Kontaktsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfinger (27 bis 29) fliegend in dem radial nach innen durch das freie Schaltrohrende (19) begrenzten Käfig (26) gelagert sind, wobei die Kontaktfinger (27 bis 29) mittels je einer Blattfeder (31), die sich an dem inneren Hüllkörper (20) abstützt, soweit radial nach innen gedrückt sind, daß ihre Kontaktberührungsflächen (29) im Ausschaltzustand sich innerhalb des durch den Außenumfang des festen Kontaktstückes (16) gebildeten Zylinders befinden und im Einschaltzustand gegen das feste Kontaktstück (16) gedrückt sind.
  5. Kontaktsystem, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktanordnung innerhalb eines geschlossenen Kunststoffgehäuses (10) untergebracht ist, an dessen Innenfläche ein Abschirmtopf (13, 14, 15) befestigt ist, dessen Topfboden (15) zur Halterung des festen Kontaktstückes (16) dient und der die Kontaktanordnung übergreift.
  6. Kontaktsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem beweglichen Schaltrohr (17) am Außenumfang des Kolbens (18) Kontaktblattfedern (35) fest verbunden sind, die im Einschaltzustand gegen die Innenfläche des Abschirmtopfes (13 bis 15) anliegen, wobei die Länge des Abschirmtopfes (13 bis 15) so bemessen ist, daß beim Ausschaltvorgang die Kontaktblattfedern (35) vom Abschirmtopf (13 bis 15) freikommen, bevor sich das bewegliche Schaltrohr (17) über die Kontaktfinger 27 und das feste Kontaktstück (16) getrennt haben.
  7. Kontaktsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktblattfedern (35) etwa auf einem Zylinder liegen und sich von der Befestigungsstelle in Richtung zum Abschirmtopfboden (15) erstrecken.
  8. Kontaktsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende des Abschirmtopfes (13 bis 15) an seiner Innenfläche Fixkontaktstücke vorgesehen sind, die mit den Kontaktblattfedern (35) zusammenwirken.
  9. Kontaktsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkörper (20, 21) aus unmagnetischem Stahl bestehen.
  10. Kontaktsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkörper (20, 21) in dem dem Bördelrand entgegengesetzt liegenden Bereich miteinander verbunden, vorzugsweise verschweißt sind, so daß die freien Bördelrandenden (22, 23) geringfügig auffedern können, um das Abbrandkontaktstück (24) zu fixieren.
  11. Kontaktsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kontaktfinger (27) einen axialen Vorsprung (32) aufweist, der hintern einen axialen Rücksprung (31) am Bördelrand (22) des inneren Hüllkörpers (20) greift.
EP95101010A 1994-02-01 1995-01-26 Kontaktsystem für einen Hochleistungsschalter Expired - Lifetime EP0665565B1 (de)

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DE4402935A DE4402935A1 (de) 1994-02-01 1994-02-01 Kontaktsystem für einen Hochspannungsleistungsschalter
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