EP1876625A1 - Hochspannungsleistungsschalter - Google Patents

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Publication number
EP1876625A1
EP1876625A1 EP06405289A EP06405289A EP1876625A1 EP 1876625 A1 EP1876625 A1 EP 1876625A1 EP 06405289 A EP06405289 A EP 06405289A EP 06405289 A EP06405289 A EP 06405289A EP 1876625 A1 EP1876625 A1 EP 1876625A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
current
sliding
rated current
conductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06405289A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Kriegel
Bogdan Cranganu-Cretu
Joerg Ostrowski
Michael Conry
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Research Ltd Switzerland, ABB Research Ltd Sweden filed Critical ABB Research Ltd Switzerland
Priority to EP06405289A priority Critical patent/EP1876625A1/de
Publication of EP1876625A1 publication Critical patent/EP1876625A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/7015—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts
    • H01H33/7069—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts characterised by special dielectric or insulating properties or by special electric or magnetic field control properties

Definitions

  • the present invention relates to a high voltage circuit breaker according to the preamble of claim 1.
  • a switch of the aforementioned type is generally used in the voltage range of over 70 kV and for turn-off currents of over 10 kA and is with an arc-quenching properties insulating gas, such as on the basis of sulfur hexafluoride and / or nitrogen and / or carbon dioxide, from generally up to filled a few bar pressure.
  • an arc-quenching properties insulating gas such as on the basis of sulfur hexafluoride and / or nitrogen and / or carbon dioxide, from generally up to filled a few bar pressure.
  • a switch of the type mentioned is described in EP 0 806 049 B1 ,
  • This switch contains two arranged in a insulating gas-filled housing 10 and along an axis relative to each other displaceable switching pieces containing coaxial arrangement in each case an arcing contact and a surrounding the arc contact rated current contact.
  • the fault current then flows from a power connector 12 via a fixedly held in the housing 10 conductor 26, a sliding contact 27, a contact carrier portion 19 of a movably designed rated contact 14, a rated current contact and the associated Arc contact 16 in an electrically conductive manner rigidly interconnecting, radially guided conductor, the arc contact 16, the arc, a stationary held arcing contact 15 and further fixedly held in the housing conductor to a second power connection 11.
  • the fault current in the course of the closing close the arcing contacts 15, 16th and the rated current contacts 14, 17 and then the fault current commutates from the arc path containing the inner arcing contacts 15, 16 into a nominal current path containing the external rated current contacts 14, 17.
  • the arcing contacts and the radially guided conductor are then largely free of current. Thereafter, the switch-on is completed and the switch can be opened again to turn off the error.
  • the fault current conducted in the switch generates a magnetic field. This field is exposed to all current-carrying parts of the switch. This can cause significant electromagnetic forces that require a strong drive required.
  • the object is to provide a switch of the type mentioned, with which even large fault currents can be safely switched with a small-sized drive.
  • At least one arranged in the arc path radially guided conductor is held stationary in a housing of the switch.
  • a current flowing in the arc path during switching is conducted radially from the outside inwards.
  • the current In an adjoining axially guided section of the arc path, the current generates a magnetic field which is perpendicular to the axis and perpendicular to the direction of the current in the radially guided conductor. Therefore, an axially directed electromagnetic force acts on the radially guided current conductor. which is directed against a force generated by the drive of the switch when switching.
  • the current conductor is held stationary in the housing. Therefore, the electromagnetic force is absorbed by the housing and no longer reduces the power of the switch drive.
  • a rapid commutation of the current from the arc to the nominal current path is achieved in one embodiment of the switch according to the invention, in which the radially guided conductor is arranged between rated current and arcing contact.
  • a switch has a piston-cylinder compression device with a ring piston penetrated by the arc contact and a cylinder formed by a contact carrier of the rated current contact
  • the ring piston can be used to form the radially guided current conductor.
  • the annular piston then carries at least one supported on a lateral surface of a contact carrier of the arcing contact first and at least one supported on an inner surface of the contact carrier of the rated current contact second sliding contact.
  • the contact carrier of the rated current contact is then guided in a stationary held in the housing and a third slide bearing bearing bushing.
  • the radially guided conductor is alternatively formed by a held on the housing guide the arcing contact.
  • the current conductor then has a first sliding bush in which a first sliding contact supported on the lateral surface of a contact carrier of the arcing contact is held.
  • a high rated current carrying capacity is achieved when a second sliding bush is held on the housing, which carries a second sliding contact supported on a contact carrier of the rated current contact.
  • the time required for the commutation of the arc path in the nominal current path is reduced when the arc contact carrier is connected via a predominantly extending in the radial direction further conductor rigidly connected to a contact carrier of the rated current contact.
  • the switch contains a piston-cylinder compression device, the piston of which is fixedly held in the housing and whose cylinder is formed by a contact carrier of the rated current contact, then this further current conductor is advantageously designed as a cylinder bottom of the piston-cylinder compression device.
  • the circuit breaker shown in Figure 1 can be used for example in a multi-phase high-voltage network with a rated voltage of 250 kV as a pole for switching one of the phases. It contains one with one compressed insulating gas, such as based on sulfur hexafluoride or a sulfur hexafluoride-containing gas mixture, filled and largely tubular shaped housing 10 and a housing 10 received and largely axially symmetrical designed contact arrangement with two along an axis A relative to each other sliding contact pieces 20, 30.
  • the switching piece 20 is slidably mounted on a sliding bush 11 having and fixedly held on the inner wall of the housing 10 guide 12.
  • the switching piece 30 is held stationary in the housing 10 and is electrically conductively connected to a designed as a metal tube and acting as a power terminal 31 of the switch portion of the housing 10.
  • Both contact pieces 20 and 30 contain in coaxial arrangement in each case an inner arcing contact 22 and 32, and an electrically conductive connected to the arcing contact 22 and 32, tubular rated, external rated current contact 23 and 33rd
  • the rated current contact 23 has a designed as a conductor tube contact carrier 24th on, in the right-pointing end Nennstromnapsinger 25 are formed.
  • Both arcing contacts 22, 32 are coaxially surrounded by an insulating nozzle 40 held in the rated current contact 23.
  • the reference numeral 50 denotes a compression device.
  • a designed as an annular piston 51 piston of the compression device 50 is fixedly held on the guide 12.
  • the cylinder of the compression device 50 is formed by the rated current contact carrier 24.
  • a bottom 52 of the cylinder electrically connects the rated current contact carrier 24 rigidly to an inner contact carrier 26 of the arcing contact 22.
  • a slide bushing 13 On the inner wall of the housing 10, a slide bushing 13 is held, in which a generally designed as a spiral sliding contact 14 is arranged, via which even with a displacement of the contact piece 20 is always an electrically conductive connection between the contact piece 20 and designed as a metal tube and as Power terminal 21 of the switch acting portion of the housing 10 is ensured.
  • the switching piece 20 When the switch is closed, the switching piece 20 is displaced to the right by a drive, not shown, with a drive force F illustrated by an arrow along the axis A.
  • the power connections 21 and 31 are generally at different electrical potentials, so that a switching arc S which fuses on the two arc contacts 22, 32 is ignited.
  • Current I now flows in an arc path L from the power connector 21 via the sliding bush 13, the sliding contact 14, the rated current contact carrier 24, acting as a current conductor cylinder bottom 52, the arcing contact 22, the arc S, the arcing contact 32, respectively. the switching piece 30 to the power connector 31st
  • FIG. 1 shows that an electromagnetic force K indicated by an arrow acts on the moved cylinder bottom bottom 52 with current flow from the outside inwards in the radial direction, which under the action of the magnetic field M of the current flowing in the arcing contact 22 in the axial direction 1 is directed against the force F of the drive to the left.
  • the fixedly held in the housing 10 annular piston 51 is designed as a current conductor and carries at least one supported on a lateral surface of the arcing contact carrier 26 sliding contact 53 and at least one supported on an inner surface of the rated current contact carrier 24 sliding contact 54th Der Nominal current path N runs as in the switch according to Fig.1.
  • the arc path L now extends from the rated current contact carrier 24 predominantly via the sliding contact 54, the annular piston 51 and the sliding contact 53 to the arcing contact 22.
  • the electromagnetic force acting in this case has the same direction as in the prior art, but it has no effect on the Drive, since it is received by the fixing housing 10. The driving force can therefore be reduced, without a blocking of the drive and thus a failure of the switch when switching in case of failure is to be feared.
  • the guide 12 held on the housing 10 is designed as a predominantly radially oriented conductor and holds the bushing 11 a sliding contact 15 supported on the outer surface of the arc contact carrier 26.
  • the arc path L now extends from the power connection 21 the guide 12, the sliding bushing 11 and the sliding contact 15 to the arcing contact 22.
  • the electromagnetic forces are absorbed by the housing 10 and is thus a blocking of the drive when switching in case of failure avoided with certainty. Characterized in that only two sliding contacts, namely 14 and 15, instead of three sliding contacts are required, the applied during the displacement of the contact piece 20 friction is reduced and can be saved as driving force.
  • the sliding contact 14 Therefore, the rated current path N now no longer runs from the power connector 21 via the slide bushing 13, the sliding contact 14 and the rated current contacts 23, 33 to the power connector 31, but from the power connector 21 via the guide 12, the sliding bush 11, the sliding contact 15, the arc contact carrier 26, the cylinder bottom 52 and the rated current contacts 23, 33 to the power connector 31.
  • Der Current flow in the rated current path N no longer differs so much from the current flow in the arc path L as in the embodiment of FIG. 3. Therefore, the time that the current I needs to commute from the arc path L in the nominal current path N, compared to the embodiment Reduced according to FIG. 3 and accelerates the switch-on accordingly. Characterized in that only a sliding contact, namely the sliding contact 15, is used, the driving force can be additionally reduced.
  • a roller contact 16 is provided in the embodiment according to FIG. 5 instead of the sliding contact 15.
  • the roller contact 16 on the one hand, the contact resistance during the current transition from the sliding bushing 11 is reduced to the arcing contact 22, so that despite the reduced diameter of the current transition point, the rated current carrying capacity of the switch remains high.
  • the roller contact reduces the increased friction of the sliding contact 15 by electromagnetic forces, so that additional driving force can be saved.

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  • Circuit Breakers (AREA)

Abstract

Der Hochspannungsleistungsschalter enthält zwei in einem isoliergasgefüllten Gehäuse (10) angeordnete und längs einer Achse (A) relativ zueinander verschiebbare Schaltstücke (20, 30), von denen mindestens eines (20) beweglich ausgeführt ist und in koaxialer Anordnung einen Lichtbogenkontakt (22) und einen den Lichtbogenkontakt umgebenden Nennstromkontakt (23) aufweist. Beim Einschalten wird Strom (I) von einem den Lichtbogenkontakt (22) enthaltenden Lichtbogenpfad (L) in einen den Nennstromkontakt (23) enthaltenden Nennstrompfad (N) kommutiert. Um mit einem gering dimensionierten Antrieb auch beim Einschalten im Fehlerfall stets ein sicheres Schliessen des Schalters zu gewährleisten, ist ein im Lichtbogenpfad (L) vorgesehener, vorwiegend in radialer Richtung erstreckter und an den Lichtbogenkontakt (22) geführter Stromleiter (51) feststehend im Gehäuse (10) gehalten. Vom Fehlerstrom (I) erzeugte und den Stromleiter (51) in axialer Richtung belastende elektromagnetische Kräfte werden dann vom Gehäuse (10) aufgenommen und vom Antrieb ferngehalten.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungsleistungsschalter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Ein Schalter der vorgenannten Art wird im allgemeinen im Spannungsbereich von über 70 kV und für Ausschaltströme von über 10 kA eingesetzt und ist mit einem Lichtbogenlöscheigenschaften aufweisenden Isoliergas, etwa auf der Basis von Schwefelhexafluorid und/oder Stickstoff und/oder Kohlendioxid, von im allgemeinen bis zu einigen bar Druck gefüllt.
    • STAND DER TECHNIK
  • Ein Schalter der eingangs genannten Art ist beschrieben in EP 0 806 049 B1 . Dieser Schalter enthält zwei in einem isoliergasgefüllten Gehäuse 10 angeordnete und längs einer Achse relativ zueinander verschiebbare Schaltstücke, die in koaxialer Anordnung jeweils einen Lichtbogenkontakt und einen den Lichtbogenkontakt umgebenden Nennstromkontakt enthalten.
  • Bei einem solchen Schalter wird beim Einschalten mit Hilfe eines Antriebs eines der beiden Schaltstücke mit dem im allgemeinen feststehend ausgebildeten anderen Schaltstück in Eingriff gebracht. Es wird dann zwischen den Lichtbogenkontakten der beiden Schaltstücke zunächst ein Lichtbogen gezündet. Der einsetzende, in einem die Lichtbogenkontakte enthaltenden Lichtbogenpfad geführte Strom kann dabei sehr hohe Werte erreichen, falls im Fehlerfall eingeschaltet wird. Der Fehlerstrom fliesst dann von einem Stromanschluss 12 über einen im Gehäuse 10 feststehend gehaltenen Stromleiter 26, einen Gleitkontakt 27, einen Kontaktträgerabschnitt 19 eines beweglich ausgeführten Nennstromkontakts 14, einen diesen Nennstromkontakt und den zugeordneten Lichtbogenkontakt 16 in elektrisch leitender Weise starr miteinander verbindenden, radial geführten Stromleiter, den Lichtbogenkontakt 16, den Lichtbogen, einen feststehend gehaltenen Lichtbogenkontakt 15 und weitere im Gehäuse feststehend gehaltene Stromleiter an einen zweiten Stromanschluss 11. im weiteren Verlauf des Einschaltvorgangs schliessen die Lichtbogenkontakte 15, 16 und die Nennstromkontakte 14, 17 und kommutiert dann der Fehlerstrom von dem die innenliegenden Lichtbogenkontakten 15, 16 enthaltenden Lichtbogenpfad in einen die aussenliegenden Nennstromkontakte 14, 17 enthaltenden Nennstrompfad. Die Lichtbogenkontakte und der radial geführte Stromleiter sind dann weitgehend stromfrei. Danach ist der Einschaltvorgang abgeschlossen und kann der Schalter wieder geöffnet werden, um den Fehler abzuschalten.
  • Durch den im Schalter geführten Fehlerstrom wird ein Magnetfeld erzeugt. Diesem Feld sind alle stromdurchflossenen Teile des Schalters ausgesetzt. Hierbei können erhebliche elektromagnetische Kräfte auftreten, die einen starken Antrieb erforderlich machen.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem auch grosse Fehlerströme mit einem gering dimensionierten Antrieb sicher geschaltet werden können.
  • Beim Schalter nach der Erfindung ist mindestens ein im Lichtbogenpfad angeordneter radial geführter Stromleiter feststehend in einem Gehäuse des Schalters gehalten. In diesem Stromleiter wird ein beim Einschalten im Lichtbogenpfad fliessender Strom radial von aussen nach innen geführt. In einem sich daran anschliessenden axial geführten Abschnitt des Lichtbogenpfads erzeugt der Strom ein Magnetfeld, welches senkrecht zur Achse und senkrecht zur Richtung des Stroms im radial geführten Stromleiter steht. Auf den radial geführten Stromleiter wirkt daher eine axial gerichtete elektromagnetische Kraft, welche entgegen einer beim Einschalten vom Antrieb des Schalters erzeugten Kraft gerichtet ist. Im Unterschied zum Stand der Technik ist der Stromleiter jedoch feststehend in Gehäuse gehalten. Daher wird die elektromagnetische Kraft vom Gehäuse aufgenommen und reduziert die Leistung des Schalterantriebs nun nicht mehr.
  • Eine rasche Kommutation des Stromes vom Lichtbogen- in den Nennstrompfad wird bei einer Ausführungsform des Schalters nach der Erfindung erreicht, bei der der radial geführte Stromleiter zwischen Nennstrom- und Lichtbogenkontakt angeordnet ist.
  • Weist ein solcher Schalter eine Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung auf mit einem vom Lichtbogenkontakt durchdrungenen, feststehend gehaltenen Ringkolben und einem von einem Kontaktträger des Nennstromkontakts gebildeten Zylinder, so kann der Ringkolben zur Bildung des radial geführten Stromleiters eingesetzt werden. Der Ringkolben trägt dann mindestens einen auf einer Mantelfläche eines Kontaktträgers des Lichtbogenkontakts abgestützten ersten und mindestens einen auf einer Innenfläche des Kontaktträgers des Nennstromkontakts abgestützten zweiten Gleitkontakt. Der Kontaktträger des Nennstromkontakts ist dann in einer feststehend im Gehäuse gehaltenen und einen dritten Gleitkontakt tragenden Gleitbuchse geführt.
  • Um die Zahl der Gleitkontakte gering zu halten, ist der radial geführte Stromleiter alternativ von einer am Gehäuse gehaltenen Führung des Lichtbogenkontakts gebildet. Der Stromleiter weist dann eine erste Gleitbuchse auf, in der ein auf der Mantelfläche eines Kontaktträgers des Lichtbogenkontakts abgestützter erster Gleitkontakt gehalten ist.
  • Eine grosse Nennstromtragfähigkeit wird erreicht, wenn am Gehäuse eine zweite Gleitbuchse gehalten ist, die einen auf einem Kontaktträger des Nennstromkontakts abgestützten zweiten Gleitkontakt trägt.
  • Die bei der Kommutierung vom Lichtbogenpfad in den Nennstrompfad anfallende Zeit wird reduziert, wenn der Lichtbogenkontaktträger über einen vorwiegend in radialer Richtung erstreckten weiteren Stromleiter starr mit einem Kontaktträger des Nennstromkontakts verbunden ist.
  • Enthält der Schalter eine Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung, deren Kolben feststehend im Gehäuse gehalten und deren Zylinder von einem Kontaktträger des Nennstromkontakts gebildet ist, dann ist dieser weitere Stromleiter in fertigungstechnisch vorteilhafter Weise als Zylinderboden der Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung ausgebildet.
  • Wird anstelle des ersten Gleitkontakts ein Rollenkontakt verwendet, dann werden beim Schalten nicht zu vermeidende Reibungskräfte reduziert und wird so die vom Schalterantrieb aufgebrachte Antriebsenergie verringert. Zugleich wird so auch die Stromtragfähigkeit des Schalters erhöht.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Anhand von Zeichnungen werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigt
    • Fig.1
    eine Aufsicht auf einen längs einer Achse geführten Schnitt durch einen Hochspannungsleistungsschalter nach dem Stand der Technik, bei der der Schalter oberhalb der Achse im Einschaltzustand und unterhalb der Achse während des Einschaltens dargestellt ist,
    und zeigen die Figuren 2 bis 5 jeweils eine Aufsicht auf einen längs einer Achse geführten Schnitt durch eine von vier Ausführungsformen eines Hochspannungsleistungsschalters nach der Erfindung, bei der der Schalter oberhalb der Achse im Einschaltzustand und unterhalb der Achse während des Einschaltens dargestellt ist. WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • In allen Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Teile. Der in Fig.1 dargestellte Leistungsschalter kann beispielsweise in einem mehrphasigen Hochspannungsnetz mit einer Nennspannung von 250 kV als Pol zum Schalten einer der Phasen eingesetzt werden. Er enthält ein mit einem komprimierten Isoliergas, etwa auf der Basis Schwefelhexafluorid oder eines Schwefelhexafluorid enthaltenden Gasgemischs, gefülltes und weitgehend rohrförmig gestaltetes Gehäuse 10 sowie eine vom Gehäuse 10 aufgenommene und weitgehend axialsymmetrisch gestaltete Kontaktanordnung mit zwei längs einer Achse A relativ zueinander verschiebbaren Schaltstücken 20, 30 auf. Das Schaltstück 20 ist an einer eine Gleitbuchse 11 aufweisenden und an der Innenwand des Gehäuses 10 feststehend gehaltenen Führung 12 gleitfähig gelagert. Das Schaltstück 30 ist feststehend im Gehäuse 10 gehalten und ist elektrisch leitend mit einem als Metallrohr ausgeführten und als Stromanschluss 31 des Schalters wirkenden Abschnitt des Gehäuses 10 verbunden. Beide Schaltstücke 20 und 30 enthalten in koaxialer Anordnung jeweils einen innenliegenden Lichtbogenkontakt 22 bzw. 32 sowie einen mit dem Lichtbogenkontakt 22 bzw. 32 elektrisch leitend verbundenen, rohrförmig ausgebildeten, aussenliegenden Nennstromkontakt 23 bzw. 33. Der Nennstromkontakt 23 weist einen als Leiterrohr ausgeführten Kontaktträger 24 auf, in dessen nach rechts weisendes Ende Nennstromkontaktfinger 25 eingeformt sind. Beide Lichtbogenkontakte 22, 32 sind koaxial von einer im Nennstromkontakt 23 gehaltenen Isolierdüse 40 umgeben.
  • Mit dem Bezugszeichen 50 ist eine Kompressionsvorrichtung bezeichnet. Ein als Ringkolben 51 ausgeführter Kolben der Kompressionsvorrichtung 50 ist feststehend an der Führung 12 gehalten. Der Zylinder der Kompressionsvorrichtung 50 ist vom Nennstromkontaktträger 24 gebildet. Ein Boden 52 des Zylinders verbindet den Nennstromkontaktträger 24 elektrisch leitend und starr mit einem innenliegenden Kontaktträger 26 des Lichtbogenkontakts 22.
  • An der Innenwand des Gehäuses 10 ist eine Gleitbuchse 13 gehalten, in der ein im allgemeinen als Spirale ausgeführter Gleitkontakt 14 angeordnet ist, über den auch bei einer Verschiebung des Schaltstücks 20 stets eine elektrische leitende Verbindung zwischen dem Schaltstück 20 und einem als Metallrohr ausgebildeten und als Stromanschluss 21 des Schalters wirkenden Abschnitt des Gehäuses 10 sichergestellt ist.
  • Beim Schliessen des Schalters wird das Schaltstück 20 von einem nicht dargestellten Antrieb mit einer durch einen Pfeil verdeutlichten Antriebskraft F längs der Achse A nach rechts verschoben. Die Stromanschlüsse 21 und 31 befinden sich im allgemeinen auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen, so dass ein auf den beiden Lichtbogenkontakten 22, 32 fussender Schaltlichtbogen S gezündet wird. Strom I fliesst nun in einem Lichtbogenpfad L vom Stromanschluss 21 über die Gleitbuchse 13, den Gleitkontakt 14, den Nennstromkontaktträger 24, den als Stromleiter wirkenden Zylinderboden 52, den Lichtbogenkontakt 22, den Lichtbogen S, den Lichtbogenkontakt 32 resp. das Schaltstück 30 zum Stromanschluss 31.
  • Der im Lichtbogen S geführte Strom kann im Fehlerfall, wenn beispielsweise einer beider Stromanschlüsse auf Erdpotential oder auf dem Potential einer anderen Phase des Netzes liegt, hohe Werte erreichen. Es können dann im Lichtbogenpfad L grosse elektromagnetische Kräfte gebildet werden, welche die Bewegung des Schaltstücks 20 in Richtung des Pfeils F erschweren oder gegebenenfalls sogar den Schalterantrieb blockieren können. In Fig.1 ist dargestellt, dass auf den bewegten Zylinderbodenboden 52 mit Stromfluss von aussen nach innen in radialer Richtung eine durch einen Pfeils kenntlich gemachte, elektromagnetische Kraft K wirkt, die unter der Wirkung des Magnetfelds M des im Lichtbogenkontakt 22 in axialer Richtung fliessenden Stroms 1 entgegen der Kraft F des Antriebs nach links gerichtet ist.
  • Da beim Zünden des Lichtbogens S, d.h. beim Kurzschliessen der beiden Stromanschlüsse 21, 31, eine besonders hohe Stromamplitude auftritt, sind gegebenenfalls erhebliche elektromagnetische Kräfte zu überwinden, um den Einschaltvorgang abzuschliessen und um rasch die aus dem oberen Teil der Fig.1 ersichtliche Einschaltstellung zu erreichen. In der Einschaltstellung ist der Strom I nach Schliessen der beiden Nennstromkontakte 23 und 33 in einen vom Stromanschluss 21 über die Gleitbuchse 13, den Gleitkontakt 14 und die beiden Nennstromkontakte 23 und 33 zum Stromanschluss 31 geführten Nennstrompfad N kommutiert. Erst nach Erreichen dieser Einschaltstellung, d.h. nach Abschluss des Einschaltvorgangs, kann der Schalter wieder geöffnet und der Fehlerstrom I abgeschaltet werden. Beim Öffnen des Schalters wird eine vergleichsweise geringe Antriebskraft benötigt, da dann der abzuschaltende Strom I im Zylinderboden 52 in radialer Richtung von innen nach aussen fliesst, wodurch eine den Antrieb unterstützende, elektromagnetische Kraft gebildet wird.
  • Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäss ausgebildeten Hochspannungsleistungsschalters nach Fig. 2 ist der feststehend im Gehäuse 10 gehaltene Ringkolben 51 als Stromleiter ausgeführt und trägt mindestens einen auf einer Mantelfläche des Lichtbogenkontaktträgers 26 abgestützten Gleitkontakt 53 und mindestens einen auf einer Innenfläche des Nennstromkontaktträgers 24 abgestützten Gleitkontakt 54. Der Nennstrompfad N verläuft wie beim Schalter gemäss Fig.1. Der Lichtbogenpfad L verläuft nun aber vom Nennstromkontaktträger 24 vorwiegend über den Gleitkontakt 54, den Ringkolben 51 und den Gleitkontakt 53 zum Lichtbogenkontakt 22. Die hierbei wirkende elektromagnetische Kraft weist zwar die gleiche Richtung auf wie beim Stand der Technik, doch hat sie keine Auswirkung auf den Antrieb, da sie vom fixierenden Gehäuse 10 aufgenommen wird. Die Antriebskraft kann daher reduziert werden, ohne dass ein Blockieren des Antriebs und damit ein Versagen des Schalters beim Einschalten im Fehlerfall zu befürchten ist.
  • Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäss ausgebildeten Hochspannungsleistungsschalters nach Fig. 3 ist die am Gehäuse 10 gehaltene Führung 12 als vorwiegend radial ausgerichteter Stromleiter ausgeführt und hält die Buchse 11 einen auf der Mantelfläche des Lichtbogenkontaktträgers 26 abgestützten Gleitkontakt 15. Der Lichtbogenpfad L verläuft nun vom Stromanschluss 21 über die Führung 12, die Gleitbuchse 11 und den Gleitkontakt 15 zum Lichtbogenkontakt 22. Auch bei dieser Ausführungsform werden die elektromagnetischen Kräfte von Gehäuse 10 aufgenommen und wird so ein Blockieren des Antriebs beim Einschalten im Fehlerfall mit Sicherheit vermieden. Dadurch, dass lediglich zwei Gleitkontakte, nämlich 14 und 15, anstelle von drei Gleitkontakten benötigt werden, wird die beim Verschieben des Schaltstücks 20 aufzubringende Reibung verringert und kann so Antriebskraft eingespart werden.
  • Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäss ausgebildeten Hochspannungsleistungsschalters nach Fig. 4 entfällt im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig.3 der Gleitkontakt 14. Daher verläuft der Nennstrompfad N nun nicht mehr vom Stromanschluss 21 über die Gleitbuchse 13, den Gleitkontakt 14 und die Nennstromkontakte 23, 33 zum Stromanschluss 31, sondern vom Stromanschluss 21 über die Führung 12, die Gleitbuchse 11, den Gleitkontakt 15, den Lichtbogenkontaktträger 26, den Zylinderboden 52 und die Nennstromkontakte 23, 33 zum Stromanschluss 31. Der Stromfluss im Nennstrompfad N unterscheidet sich nun nicht mehr so stark vom Stromfluss im Lichtbogenpfad L wie bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3. Daher wird die Zeit, die der Strom I braucht, um vom Lichtbogenpfad L in den Nennstrompfad N zu kommutieren, gegenüber der Ausführungsform gemäss Fig. 3 reduziert und der Einschaltvorgang dementsprechend beschleunigt. Dadurch, dass lediglich ein Gleitkontakt, nämlich der Gleitkontakt 15, verwendet wird, kann die Antriebskraft zusätzlich herabgesetzt werden.
  • Im Unterschied zur Ausführungsform des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters nach Fig. 4 ist bei der Ausführungsform nach Fig. 5 anstelle des Gleitkontakts 15 ein Rollenkontakt 16 vorgesehen. Durch den Rollenkontakt 16 wird zum einen der Kontaktwiderstand beim Stromübergang von der Gleitbuchse 11 auf den Lichtbogenkontakt 22 reduziert, so dass trotz des verringerten Durchmessers der Stromübergangsstelle die Nennstromtragfähigkeit des Schalters hoch bleibt. Zum anderen setzt der Rollenkontakt die durch elektromagnetische Kräfte erhöhte Reibung des Gleitkontakts 15 herab, so dass zusätzlich Antriebskraft eingespart werden kann.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 10
    Gehäuse
    11
    Gleitbuchse
    12
    Führung, Stromleiter
    13
    Gleitbuchse
    14, 15
    Gleitkontakte
    16
    Rollenkontakt
    20, 30
    Schaltstücke
    21, 31
    Stromanschlüsse
    22, 32
    Lichtbogenkontakte
    23, 33
    Nennstromkontakte
    24
    Nennstromkontaktträger
    25
    Nennstromkontaktfinger
    26
    Lichtbogenkontaktträger
    40
    Isolierdüse
    50
    Kompressionsvorrichtung
    51
    Ringkolben, Stromleiter
    52
    Zylinderboden
    53, 54
    Gleitkontakte
    A
    Achse
    F
    Antriebskraft
    I
    Strom
    K
    elektromagnetische Kraft
    L
    Lichtbogenpfad
    M
    Magnetfeld
    N
    Nennstrompfad
    S
    Schaltlichtbogen

Claims (8)

  1. Hochspannungsleistungsschalter mit zwei in einem isoliergasgefüllten Gehäuse (10) angeordneten und längs einer Achse (A) relativ zueinander verschiebbaren Schaltstücken (20, 30), von denen mindestens eines (20) beweglich ausgeführt ist und in koaxialer Anordnung einen Lichtbogenkontakt (22) und einen den Lichtbogenkontakt umgebenden Nennstromkontakt (23) aufweist, bei dem beim Einschalten Strom (I) von einem den Lichtbogenkontakt (22) enthaltenden Lichtbogenpfad (L) in einen den Nennstromkontakt (23) enthaltenden Nennstrompfad (N) kommutiert, und bei dem der Lichtbogenpfad (L) mindestens einen vorwiegend in radialer Richtung erstreckten und an den Lichtbogenkontakt (22) geführten ersten Stromleiter (12, 51) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stromleiter (12, 51) feststehend im Gehäuse (10) gehalten ist.
  2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stromleiter (51) zwischen Nennstrom (23)- und Lichtbogenkontakt (22) angeordnet ist.
  3. Schalter nach Anspruch 2 mit einer Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung, enthaltend einen vom Lichtbogenkontakt (22) durchdrungenen, feststehend gehaltenen Ringkolben (51) und einen von einem Kontaktträger (24) des Nennstromkontakts (23) gebildeten Zylinder, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkolben (51) den ersten Stromleiter bildet und mindestens einen auf einer Mantelfläche eines Kontaktträgers (26) des Lichtbogenkontakts (22) abgestützten ersten (53) und mindestens einen auf einer Innenfläche des Kontaktträgers (24) des Nennstromkontakts (23) abgestützten zweiten Gleitkontakt (54) trägt, und dass der Kontaktträger (24) des Nennstromkontakts (23) in einer feststehend im Gehäuse (10) gehaltenen und einen dritten Gleitkontakt (14) tragenden Gleitbuchse (13) geführt ist.
  4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stromleiter (12) von einer am Gehäuse (10) gehaltenen Führung (12) des Lichtbogenkontakts (22) gebildet ist und eine Gleitbuchse (11) aufweist, in der ein auf der Mantelfläche eines Kontaktträgers (26) des Lichtbogenkontakts (22) abgestützter erster Gleitkontakt (15) gehalten ist.
  5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (10) eine zweite Gleitbuchse (13) gehalten ist, welche einen auf einem Kontaktträger (24) des Nennstromkontakts (23) abgestützten zweiten Gleitkontakt (14) trägt.
  6. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogenkontaktträger (26) über einen vorwiegend in radialer Richtung erstreckten zweiten Stromleiter starr mit einem Kontaktträger (24) des Nennstromkontakts (23) verbunden ist.
  7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Stromleiter ein Zylinderboden (52) einer Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung (50) ist, deren Kolben (51) feststehend im Gehäuse (10) gehalten und deren Zylinder vom Kontaktträger (24) des Nennstromkontakts (23) gebildet ist.
  8. Schalter nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des ersten Gleitkontakts (15) ein Rollenkontakt (16) vorgesehen ist.
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