EP2410553A1 - Gasisolierter Hochspannungsschalter - Google Patents
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- EP2410553A1 EP2410553A1 EP10169955A EP10169955A EP2410553A1 EP 2410553 A1 EP2410553 A1 EP 2410553A1 EP 10169955 A EP10169955 A EP 10169955A EP 10169955 A EP10169955 A EP 10169955A EP 2410553 A1 EP2410553 A1 EP 2410553A1
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- H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
- H01H33/66—Vacuum switches
- H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
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- H01H2033/6648—Contacts containing flexible parts, e.g. to improve contact pressure
Definitions
- the present invention relates to a gas-insulated high voltage switch according to the preamble of claim 1.
- a switch of the aforementioned type is generally designed as a circuit breaker and has a rated current carrying capacity of at least a few kA in the voltage range of more than a few kV. In general, this switch is used as a generator switch and therefore contains a high rated current loadable contact arrangement.
- a high voltage switch of the aforementioned type is described in the brochure Generator Circuit Breakers Type HGl, Brochure No. 1 HC0015509E11 / AA06, ABB Switzerland AG, 8050 Zurich / Switzerland.
- the switch described includes a guided around a central axis ring of axially aligned and supported by an annular contact bottom contact fingers.
- the contact fingers have at an exposed end in each case a contact part, which rests with a closed switch with a predetermined, achieved by elastic deformation of contact springs or contact fingers contact force on a cylindrical mating contact of the rated current path of the switch electrically conductive. It is essential that the contact force applied by elastic deformation remains constant during operation of the switch.
- the object is to provide a rated current contact of the type mentioned, its rated current carrying capacity can be increased without increasing its diameter, and at the same time provide a method that allows the production of such a rated current contact in a simple and cost-effective manner.
- a contact for the rated current path of a high voltage switch comprising a collar guided by a central axis of axially aligned and supported by an annular contact bottom contact fingers, each having a contact portion at an exposed end, with the switch closed with a contact point rests on a cylindrical mating contact of the rated current path electrically conductive.
- a first two end faces of a hollow cylindrical winding is fixed, which contains a plurality of turns of an electrically conductive tape, are formed in the winding radially aligned and axially guided on the second end face of the winding slots, each of which two a stack of superimposed slats limit, which are integrated into one of the contact fingers, and carries the slat stack at its remote from the contact bottom free end of the contact part.
- the multi-part, lamellar structure of the contact fingers of the rated current contact can lead to a higher rated current according to the invention, without its diameter and, accordingly, the number of its contact fingers must be increased. Since the winding is easy to manufacture and easy to work, the current carrying capacity of the contact fingers determined by the thickness of the winding can be increased and thus the height of the rated current can be increased. Because of the greater material thickness of the contact fingers, the contact resistance of the rated current contact is reduced, so that when carrying an increased rated current, the permissible operating temperature is not exceeded. Accordingly, an unwanted relaxation of the contact fingers in continuous operation is avoided.
- High-voltage switches equipped with a rated current contact according to the invention are preferably used as generator switches.
- the turns of the winding can be welded to one another and to the contact part in the region of the first end side with one another and with the contact bottom and the lamellae at the free end of the lamination stack.
- At least one groove for receiving a tension spring which can be guided about the axis can be formed in the side of the contact part facing away from the contacting point. It is achieved as an additional spring force of the contact fingers.
- Additional spring force is also achieved if, in one embodiment of the rated current contact according to the invention, in which the contacting point is arranged on a side of the contact part facing away from the axis, at least one groove for receiving a compression spring which can be guided about the axis is formed in the side of the contact part facing away from the contacting point is.
- the spring force of the contact fingers and thus also the contact force of the rated current contact according to the invention increases.
- the at least one turn may be the inner or the outer turn of the winding.
- a particularly high contact force is achieved if at least two such windings are provided, which may be deposited successively, one of which may be the inner winding and the other the outer winding of the winding.
- a method of making a contact for the rated current path of a high voltage switch comprising a ring of about a central axis axially aligned and carried by a contact bottom contact fingers, each having a contact portion at an exposed end, which rests electrically conductive with a closed contact with a contact point on a cylindrical mating contact of the rated current path.
- the contact bottom and a contact ring are set at a distance from each other and to form an annular, radially outwardly open groove on a rotatable support of a mounting device, wherein the groove is bounded in each case by a molded into the contact bottom and a molded into the contact ring paragraph, is deposited forming a first and a second joint in the annular groove, a winding having a plurality of turns of an electrically conductive, corresponding to the width of the groove band, the first joint of the formed in an end face of the contact bottom heel and first ends of the turns and the second joint is bounded by the shoulder formed in the face of the contact ring and the second ends of the turns, in the first joint the first ends of the turns with each other and with the contact bottom and in the second joint the second ends of the turns with each other and with the contact ring firmly connected, and become after Removing the rotatable support formed in a raw body thus produced radially aligned slots which are guided parallel to the contact ring
- the contact bottom and the contact ring are particularly firmly connected to the winding when the first and second ends of the windings are welded together and with the contact bottom and the contact ring.
- electron beam welding has proved to be outstanding because of the high energy density of the electron beam.
- the slots can be cut with a centrally oriented, axially guided water jet in the green body.
- the water jet can be guided inclined relative to a plane aligned perpendicular to the axis.
- the spring resp. the contact force of the contact fingers can be increased in a simple manufacturing technology, if before or after depositing the electrically conductive tape at least one Winding the winding is stored, the material has a higher allowable bending stress than the material of the electrically conductive strip.
- the in Fig.1 shown high voltage switch is designed as a generator switch and is typically designed for a rated voltage of 24 kV, a rated current of up to 8 kA, a permissible short-circuit current of 63 kA and a nominal frequency of 50/60 hertz.
- This switch has a housing which is filled with an arc-containing insulating gas, such as based on sulfur hexafluoride and / or nitrogen and / or carbon dioxide, of generally up to a few bar pressure.
- the illustrated in the figure upper part 10 of the housing includes a hollow cylindrical insulator 11 and two each serving as a power connection metal plates 12, 13, between which the insulator is flattened gas-tight.
- a power connection metal plates 12, 13, between which the insulator is flattened gas-tight In the housing part 10 a to the power terminals 12, 13 is electrically connected contact arrangement is provided, which has two along an axis A relative to each other movable switching pieces 20 and 30.
- the contact piece 20 is connected to a drive, not shown, and - as indicated by a double arrow D - when closing along the axis A upwards and when opening along the axis A down.
- the contact piece 20 has an arcing contact 21 in an axially symmetrical arrangement and a tubular contact current contact 22 surrounding it, whereas the contact piece 30 contains an arcing contact 31 in an axially symmetrical arrangement and two nominal current contacts 40 and 50 surrounding the arcing contact 31 at a distance and concentric with one another.
- the outer rated current contacts 40 include a ring of contact fingers, each with a contact point on the outer surface of the tubular rated current contact 22 rest, whereas the inner rated current contact 50 a ring of contact fingers each having a contact point on the inner surface of the rated current contact 22.
- the rated current contact 22 When the switch is closed, the rated current contact 22 is retracted into an annular space located between the two rated current contacts 40, 50, and the contact fingers of the two rated current contacts 40 and 50 are resiliently supported on the outer or inner surface of the tubular contact 22.
- One of the number of contact fingers corresponding high number of contact points favors the transmission of high rated currents.
- the arcing contact 31 is slidably mounted relative to the two rated current contacts 40, 50 along the axis A and is at the switch closed (right half of the figure) with its arc-free end formed by means of a prestressed spring 32 to form a sufficient contact force on the also arc-resistant supported free end of the arcing contact 21, so that the arcing contact 31 and the arcing contact 21 abut each other at the respective free end head to head.
- the current is conducted mainly from the terminal 12 via a hollow cylinder 23, a sliding contact, not shown, the rated current contacts 22, 40, 50 and a designed as a hollow cylinder contact carrier 33 to the terminal 13.
- the switch-on position (right half of the figure) supported on the arcing contact 21 arc contact 31 is tracked by the prestressed spring 32 while maintaining the required contact force.
- the rated current contacts 22 and 40, 50 separate. The current commutes in a current path, which is formed by a cylinder bottom 24, the arc contacts 21, 31, a sliding contact, not shown, and the contact carrier 33.
- a switching arc S which burns in a radially outwardly bounded by an insulating nozzle 25 arc chamber.
- the arc generates hot, pressurized gas, which on the one hand via a heating channel 26 in a heating volume 27 and on the other via the insulating nozzle into the interior of the housing 10 expands.
- the in the FIGS. 2 and 3 shown rated current contact 40 has clearly attachable to the contact carrier 33, annular, flat contact bottom 41, on the outer edge of the ring of the contact finger indicated by the reference numeral 42 is mounted.
- the contact fingers 42 are part of a Figure 3 apparent winding 43 of an electrically conductive tape, which is typically formed as a copper foil with a film thickness of up to one millimeter. This winding is attached to a first 44 of its two end faces 44, 45 on the outer edge of the contact bottom 41.
- each of which is parallel to the axis A and from the front side menthaltenden level, eg from Fig.2 apparent level E, and which are extended to the second end face 45 of the winding 43.
- Each two adjacent slots define a stack 47 of superimposed, respectively from the layers.
- the turns of the winding 43 cut slats.
- the lamella stack 47 carries a contact part 60, which has a contacting point 61 resting on the outer surface of the rated current contact 22 when the switch is closed.
- the turns of the winding 43 are welded to one another and to the contact base 41 in the region of the end face 44, whereas the lamellae are welded to one another at the free end of the lamination stack 47 and to the contact part 60 with the aid of the electron beam.
- the number of contact fingers has to be increased.
- the height of the rated current can be increased by approximately 20%, for example from 6.3 kA to 8 kA, without the prescribed operating temperature of typically 105 ° C is exceeded, and without the resilient contact fingers 42 in continuous operation relaxation.
- the electrically conductive band for example, a band of hard copper instead of a soft copper
- the flexural rigidity and thus the contact force of the contact fingers 42 can be increased.
- a further increase in the contact force is achieved by at least one annular, guided about the axis A tension spring 48. This spring is received by a circumferentially extending around the axis of the groove 62, which is formed at a side remote from the contact point 61 side in the contact part 60.
- the rated current contact 40 is made as follows. On one off Figure 4 apparent, around the axis of symmetry A of the rated current contact 40 rotatable support 70 of a mounting device, the contact bottom 41 and the contact parts 60 containing contact ring 60 'with distance from each other and to form an annular, radially outwardly open groove attached. First, the contact ring 60 'formed substantially as a pipe section is fixed to a stop 71 of the holder 70. Thereafter, a tubular spacer 72 is pushed onto the holder 70 and supported on a side facing away from the stop 71 front side of the contact ring 60 '. In the outside of the spacer 72 lying portion of this end face is an annular about the axis A resp.
- the contact bottom 41 is at an end face of the holder 70 by means of Fixed screws 74 and sets using the spacer 72, the contact ring 60 'firmly.
- the contact base 41 In the outside of the spacer 72 lying outer edge of the contact base 41 is an annular about the axis A resp. the axis of the holder 70 guided paragraph 49 formed.
- the paragraphs 49 and 63 'and the lateral surface of the spacer 72 define a radially outwardly open annular groove, in the formation of two joints 64' and 65 ', the winding 43 is stored.
- the joint 64 ' is formed by the shoulder 49 and ends of the windings of the winding 43 supported on this shoulder and the joint 65' by the shoulder 63 'and windings of the winding 43 supported on this shoulder.
- the support forces are applied by a prestressed pipe strap 73, which is guided around the winding 43 and thus fixes the turns of the winding.
- a thus manufactured blank 80 is removed from the holder 70 and on a likewise rotatable about the axis A, from Figure 5 apparent bracket 90 a cutting device fixed.
- the slots 46 are cut into the green body 80.
- the slots 46 are made with a radially inwardly directed onto the axis A water jet WS, which is moved along the axis A.
- the water jet is also guided through the contact ring 60 ', and since the contact ring 60', in particular in the region of the edge 61 ', generally has a coating which increases the rated current carrying capacity of silver, care should be taken to ensure that Cutting due to reversion abrasion at the silver-coated areas of the green body, in particular the contact ring 60 ', is avoided.
- This is achieved in that the water jet WS is inclined relative to a plane E aligned perpendicular to the axis A by an angle ⁇ which is at least 20 to 30 °.
- Another embodiment of the rated current contact 40 may be formed by molding the slots 46 in Figure 6 apparent raw body 80 are manufactured.
- an inner turn 43a of the winding 43 made of stainless spring steel strip with a thickness of typically 0.3 mm. This winding is applied to the shoulders 49, 63 'prior to winding the remaining turns of the soft or hard copper electrically conductive tape.
- the winding 43a significantly increases the flexural rigidity of the contact fingers 42. Thus, electrodynamic forces acting on the contact fingers 42 are reliably controlled.
- the at least one tension spring 48 can then be omitted in general.
- each of the contact parts 61 may one of the groove 62 'respectively. 62 corresponding groove formed, which serves to receive a guided about the axis A, the contact force of the contact fingers 42 increasing compression spring.
- the electrically conductive band is made of soft copper, a high current carrying capacity rated current contact can be achieved with spring stiffness of the contact fingers sufficient for certain applications, if the coil 43a or 43b is made of hard copper or other electrically conductive spring metal, or if at least two turns 43a or 43b or when both windings 43a or 43b containing respectively the aforementioned material are used.
Landscapes
- Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen gasisolierten Hochspannungsschalter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
- Ein Schalter der vorgenannten Art ist im allgemeinen als Leistungsschalter ausgeführt und weist im Spannungsbereich von mehr als einigen kV eine Nennstromtragfähigkeit von mindestens einigen kA auf. Im allgemeinen wird dieser Schalter als Generatorschalter eingesetzt und enthält daher eine mit hohen Nennströmen belastbare Kontaktanordnung.
- Ein Hochspannungsschalter der eingangs genannten Art ist in der Broschüre Generator Circuit-Breakers Type HGl, Broschüren-Nr.1HC0015509E11/AA06, ABB Schweiz AG, 8050 Zürich/Schweiz beschrieben. Der beschriebene Schalter enthält einen um eine zentrale Achse geführten Kranz von axial ausgerichteten und von einem ringförmigen Kontaktboden getragenen Kontaktfingern. Die Kontaktfinger weisen an einem freiliegenden Ende jeweils ein Kontaktteil auf, das bei geschlossenem Schalter mit einer vorgegebenen, durch elastische Verformung von Kontaktfedern oder der Kontaktfinger erreichten Kontaktkraft auf einem zylinderförmigen Gegenkontakt der Nennstrombahn des Schalters elektrisch leitend aufliegt. Hierbei ist es wesentlich, dass die durch elastische Verformung aufgebrachte Kontaktkraft während des Betriebs des Schalters konstant bleibt.
- Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nennstromkontakt der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Nennstromtragfähigkeit erhöht werden kann, ohne dessen Durchmesser zu vergrössern, und zugleich ein Verfahren anzugeben, das die Fertigung eines solchen Nennstromkontakts in einfacher und kostengünstiger Weise ermöglicht.
- Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein Kontakt für die Nennstrombahn eines Hochspannungsschalters bereitgestellt, umfassend einen um eine zentrale Achse geführten Kranz von axial ausgerichteten und von einem ringförmigen Kontaktboden getragenen Kontaktfingern, die an einem freiliegenden Ende jeweils ein Kontaktteil aufweisen, das bei geschlossenem Schalter mit einem Kontaktierungspunkt auf einem zylinderförmigen Gegenkontakt der Nennstrombahn elektrisch leitend aufliegt. Am Kontaktboden ist eine erste zweier Stirnseiten einer hohlzylindrischen Wicklung befestigt, die mehrere Windungen eines elektrisch leitenden Bandes enthält, sind in die Wicklung radial ausgerichtete und in axialer Richtung auf die zweite Stirnseite der Wicklung geführte Schlitze eingeformt, von denen jeweils zwei einen Stapel von übereinanderliegenden Lamellen begrenzen, die in einen der Kontaktfinger integriert sind, und trägt der Lamellenstapel an seinem vom Kontaktboden abgewandten freien Ende das Kontaktteil.
- Wegen des mehrteiligen, lamellaren Aufbaus der Kontaktfinger kann der Nennstromkontakt nach der Erfindung einen höheren Nennstrom führen, ohne dass sein Durchmesser und dementsprechend die Zahl seiner Kontaktfinger vergrössert werden muss. Da die Wicklung leicht zu fertigen und leicht zu bearbeiten ist, kann die durch die Dicke der Wicklung bestimmte Stromtragfähigkeit der Kontaktfinger erhöht und damit die Höhe des Nennstroms gesteigert werden. Wegen der grösseren Materialstärke der Kontaktfinger ist der Durchgangswiderstand des Nennstromkontakts verringert, so dass beim Führen eines erhöhten Nennstroms die zulässige Betriebstemperatur nicht überschritten wird. Dementsprechend wird auch eine unerwünschte Relaxation der Kontaktfinger im Dauerbetrieb vermieden.
- Derartige vorteilhafte Wirkungen können mit einem Nennstromkontakt nach dem Stand der Technik, bei dem der Kontaktfingerkranz in fertigungstechnisch vorteilhafter Weise durch Stanzen und Biegen eines federelastischen Kupferblechs hergestellt wird, im allgemeinen nicht erreicht werden, da bei diesem Kontakt die Biegesteifigkeit der Kontaktfinger bei gleicher Biegelänge mit dem Quadrat der Dicke des Materials zunimmt und daher der Nennstromkontakt praktisch in seiner idealen Passform, d. h. nahezu ohne Toleranzen gefertigt, werden muss.
- Mit einem Nennstromkontakt nach der Erfindung ausgerüstete Hochspannungsschalter werden bevorzugt als Generatorschalter eingesetzt.
- Die Windungen der Wicklung können im Bereich der ersten Stirnseite miteinander und mit dem Kontaktboden und die Lamellen am freien Ende des Lamellenstapels miteinander und mit dem Kontaktteil verschweisst sein.
- Ist der Kontaktierungspunkt an einer der Achse zugewandten Seite des Kontaktteils angeordnet, so kann in die vom Kontaktierungspunkt abgewandte Seite des Kontaktteils mindestens eine Nut zur Aufnahme einer um die Achse führbaren Zugfeder eingeformt sein. Es wird so eine zusätzliche Federkraft der Kontaktfinger erreicht.
- Zusätzliche Federkraft wird auch erreicht, wenn bei einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Nennstromkontakts, bei der der Kontaktierungspunkt an einer von der Achse abgewandten Seite des Kontaktteils angeordnet ist, in die vom Kontaktierungspunkt abgewandte Seite des Kontaktteils mindestens eine Nut zur Aufnahme einer um die Achse führbaren Druckfeder eingeformt ist.
- Weist der Werkstoff mindestens einer der Windungen der Wicklung eine höhere zulässige Biegespannung auf als der Werkstoff des elektrisch leitenden Bandes, so erhöht sich die Federkraft der Kontaktfinger und damit auch die Kontaktkraft des erfindungsgemässen Nennstromkontakts. Die mindestens eine Windung kann die innere oder die äussere Windung der Wicklung sein. Eine besonders hohe Kontaktkraft wird erreicht, wenn mindestens zwei solcher Windungen vorgesehen sind, die aufeinanderfolgend abgelegt sein können, von denen die eine aber auch die innere und die andere die äussere Windung der Wicklung sein kann.
- Gemäss der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines Kontakts für die Nennstrombahn eines Hochspannungsschalters bereitgestellt, wobei der Nennstromkontakt einen um eine zentrale Achse geführten Kranz von axial ausgerichteten und von einem Kontaktboden getragenen Kontaktfingern aufweist, die an einem freiliegenden Ende jeweils ein Kontaktteil aufweisen, das bei geschlossenem Schalter mit einem Kontaktierungspunkt auf einem zylinderförmigen Gegenkontakt der Nennstrombahn elektrisch leitend aufliegt. Bei diesem Verfahren werden der Kontaktboden und ein Kontaktring mit Abstand voneinander und unter Bildung einer ringförmigen, radial nach aussen offenen Nut auf einer drehbaren Halterung einer Montagevorrichtung festgesetzt, wobei die Nut jeweils von einem in den Kontaktboden und einem in den Kontaktring eingeformten Absatz begrenzt ist, wird unter Bildung einer ersten und einer zweiten Fuge in der Ringnut eine Wicklung abgelegt, die mehrere Windungen eines elektrisch leitenden, der Breite der Nut entsprechenden Bandes aufweist, wobei die erste Fuge von dem in eine Stirnseite des Kontaktbodens eingeformten Absatz und ersten Enden der Windungen und die zweite Fuge von dem in die Stirnseite des Kontaktrings eingeformten Absatz und zweiten Enden der Windungen begrenzt ist, werden in der ersten Fuge die ersten Enden der Windungen miteinander und mit dem Kontaktboden und in der zweiten Fuge die zweiten Enden der Windungen miteinander und mit dem Kontaktring fest verbunden, und werden nach Entfernen der drehbaren Halterung in einen so gefertigten Rohkörper radial ausgerichtete Schlitze eingeformt, welche parallel zur Achse von der Wicklung über die zweite Fuge und den Kontaktring an ein vom Kontaktboden abgewandtes freies Ende des Rohkörpers geführt sind.
- Der Kontaktboden und der Kontaktring sind besonders fest mit der Wicklung verbunden, wenn die ersten und zweiten Enden der Windungen miteinander sowie mit dem Kontaktboden und dem Kontaktring verschweisst werden. Hierbei hat sich Elektronenstrahlschweissen wegen der hohen Energiedichte des Elektronenstrahls hervorragend bewährt.
- In rascher und schonender Weise können die Schlitze mit einem zentral ausgerichteten, axial geführten Wasserstrahl in den Rohkörper eingeschnitten werden. Um Abrasion infolge Rückstrahlen an versilberten Stellen des Rohkörpers zu vermeiden, kann der Wasserstrahl gegenüber einer senkrecht zur Achse ausgerichteten Ebene geneigt geführt werden. Die Feder- resp. die Kontaktkraft der Kontaktfinger kann in fertigungstechnisch einfacher Weise erhöht werden, wenn vor oder nach Ablegen des elektrisch leitenden Bandes mindestens eine Windung der Wicklung abgelegt wird, deren Werkstoff eine höhere zulässige Biegespannung aufweist als der Werkstoff das elektrisch leitenden Bandes.
- Weitere bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Wirkungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren hervor.
- Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Hierbei zeigt:
- Fig.1
- eine Aufsicht auf einen längs einer Achse A geführten Schnitt durch einen Hochspannungsschalter, der im links der Achse gelegenen Teil der Figur beim Ausschalten und im rechts der Achse gelegenen Teil im Einschaltzustand dargestellt ist und der zwei Nennstromkontakte nach der Erfindung aufweist,
- Fig.2
- eine in Richtung von Pfeilen geführte Aufsicht auf eine erste Ausführungsform eines der beiden Nennstromkontakte nach
Fig.1 , - Fig.3
- eine in Pfeilrichtung geführte Aufsicht auf einen längs III-III geführten Schnitt durch den Nennstromkontakt gemäss
Fig.2 , - Fig.4
- eine Aufsicht auf einen längs der Achse A geführten Schnitt durch einen bei der Fertigung des Nennstromkontakts gemäss den
Figuren 2 und 3 entstehenden Rohkörper, der auf einer drehbaren Halterung einer bei der Fertigung verwendeten Montagevorrichtung festgesetzt ist, - Fig.5
- eine Aufsicht auf einen längs der Achse A geführten Schnitt durch den auf einer Halterung einer Schneidevorrichtung festgesetzten Rohkörper gemäss
Fig.4 während des Schneidens von Schlitzen, - Fig.6
- die obere Hälfte eines bei der Fertigung einer zweiten Ausführungsform des Nennstromkontakts nach den
Figuren 2 und 3 entstehenden Rohkörpers vorm Festsetzen in der Schneidevorrichtung nachFig.5 , und - Fig.7
- die obere Hälfte eines bei der Fertigung des anderen der beiden Nennstromkontakte nach
Fig.1 entstehenden Rohkörpers vorm Festsetzen in der Schneidevorrichtung nachFig.5 . - In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleichwirkende Teile. Der in
Fig.1 dargestellte Hochspannungsschalter ist als Generatorschalter ausgebildet und ist typischerweise für eine Nennspannung von 24 kV, einen Nennstrom von bis zu 8 kA, einen zulässigen Kurzschlussstrom von 63 kA und eine Nennfrequenz von 50/60 Hertz ausgelegt. Dieser Schalter weist ein Gehäuse auf, das 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 ist. Der in der Figur dargestellte obere Teil 10 des Gehäuse enthält einen hohlzylindrischen Isolator 11 und zwei jeweils als Stromanschluss dienende Metallplatten 12, 13, zwischen denen der Isolator gasdicht eingeflanscht ist. Im Gehäuseteil 10 ist eine mit den Stromanschlüssen 12, 13 elektrisch leitend verbundene Kontaktanordnung vorgesehen, die zwei längs einer Achse A relativ zueinander bewegbare Schaltstücke 20 und 30 aufweist. Das Schaltstück 20 ist mit einem nicht dargestellten Antrieb verbunden und wird - wie durch einen Doppelpfeil D angegeben - beim Schliessen längs der Achse A nach oben und beim Öffnen längs der Achse A nach unten geführt. - Das Schaltstück 20 weist in axialsymmetrischer Anordnung einen Lichtbogenkontakt 21 und einen diesen Kontakt mit Abstand umgebenden rohrförmigen Nennstromkontakt 22 auf, wohingegen das Schaltstück 30 in axialsymmetrischer Anordnung einen Lichtbogenkontakt 31 enthält und zwei den Lichtbogenkontakt 31 mit Abstand umgebende, zueinander konzentrisch angeordnete Nennstromkontakte 40 und 50. Der äussere Nennstromkontakte 40 enthält einen Kranz von Kontaktfingern, die jeweils mit einem Kontaktierungspunkt auf der Aussenfläche des rohrförmigen Nennstromkontakts 22 aufliegen, wohingegen der innere Nennstromkontakt 50 einen Kranz von Kontaktfingern aufweist, die jeweils mit einem Kontaktierungspunkt auf der Innenfläche des Nennstromkontakts 22 aufliegen.
- Bei geschlossenem Schalter ist der Nennstromkontakt 22 in einen zwischen den beiden Nennstromkontakten 40, 50 befindlichen Ringraum eingefahren und sind die Kontaktfinger der beiden Nennstromkontakte 40 bzw. 50 federnd auf der Aussen- bzw. der Innenfläche des rohrförmigen Kontakts 22 abgestützt. Eine der Zahl der Kontaktfinger entsprechende hohe Zahl an Kontaktierungspunkten begünstigt die Übertragung hoher Nennströme. Der Lichtbogenkontakt 31 ist gegenüber den beiden Nennstromkontakten 40, 50 längs der Achse A verschiebbar gelagert und ist bei geschlossenem Schalter (rechte Hälfte der Figur) mit seinem lichtbogenfest ausgebildeten freien Ende mit Hilfe einer vorgespannten Feder 32 unter Bildung einer ausreichenden Kontaktkraft auf dem ebenfalls lichtbogenfest ausgebildeten freien Ende des Lichtbogenkontakts 21 abgestützt, so dass der Lichtbogenkontakt 31 und der Lichtbogenkontakt 21 am jeweils freien Ende Kopf an Kopf aneinander stossen.
- Bei geschlossenem Schalter wird der Strom vorwiegend vom Anschluss 12 über einen Hohlzylinder 23, einen nicht dargestellten Gleitkontakt, die Nennstromkontakte 22, 40, 50 und einen als Hohlzylinder ausgeführten Kontaktträger 33 zum Anschluss 13 geführt. Beim Abschalten führt der Antrieb D das Schaltstück 20 nach unten. Der in der Einschaltposition (rechte Hälfte der Figur) auf dem Lichtbogenkontakt 21 abgestützte Lichtbogenkontakt 31 wird hierbei durch die vorgespannte Feder 32 unter Aufrechterhaltung der erforderlichen Kontaktkraft nachgeführt. Zunächst trennen sich die Nennstromkontakte 22 und 40, 50. Der Strom kommutiert in einen Strompfad, der von einen Zylinderboden 24, den Lichtbogenkontakten 21, 31, einem nicht dargestellten Gleitkontakt und dem Kontaktträger 33 gebildet ist. Nach einem vorgegebenen Schalthub des Schaltstücks 20 schlägt dieses an einen Wandabschnitt 34 des Kontaktträgers 33 an (linke Hälfte von
Fig.1 ). Beim Anschlagen trennen sich die beiden Lichtbogenkontakte 21, 31 und bildet sich zwischen den einander gegenüberstehenden freien Enden der Kontakte 21, 31 ein Schaltlichtbogen S, der in einem von einer Isolierdüse 25 radial nach aussen begrenzten Lichtbogenraum brennt. Der Lichtbogen erzeugt heisses, unter Druck stehendes Gas, welches zum einen über einen Heizkanal 26 in ein Heizvolumen 27 und zum anderen über die Isolierdüse ins Innere des Gehäuses 10 expandiert. Bei Annäherung an einen Nulldurchgang des abzuschaltenden Stroms bebläst das im Heizvolumen 27 gespeicherte Gas, unterstützt durch komprimiertes Isoliergas aus einem Kompressionsraum 28 einer vom Schaltstück 20 betätigten Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung, den Lichtbogen S, was zu einer Unterbrechung des Stroms führt. - Der in den
Figuren 2 und 3 dargestellten Nennstromkontakt 40 weist ersichtlich einen am Kontaktträger 33 befestigbaren, ringförmig ausgebildeten, flachen Kontaktboden 41 auf, an dessen Aussenrand der Kranz der mit dem Bezugszeichen 42 gekennzeichneten Kontaktfinger angebracht ist. Die Kontaktfinger 42 sind Teil einer ausFig.3 ersichtlichen Wicklung 43 aus einem elektrisch leitenden Band, welches typischerweise als Kupferfolie mit einer Folienstärke von bis zu einem Millimeter ausgebildet ist. Diese Wicklung ist an einer ersten 44 ihrer beiden Stirnseiten 44, 45 am Aussenrand des Kontaktbodens 41 befestigt. In die Wicklung 43 sind radial ausgerichtete Schlitze 46 (Fig.2 ) eingeformt, die jeweils parallel zur Achse A verlaufen und von der Stirnseite menthaltenden Ebene, z.B. ausFig.2 ersichtliche Ebene E, liegen und die auf die zweite Stirnseite 45 der Wicklung 43 erstreckt sind. Je zwei benachbarte Schlitze begrenzen einen Stapel 47 von übereinanderliegenden, aus den Lagen resp. den Windungen der Wicklung 43 geschnittenen Lamellen. An seinem an der Stirnseite 45 gelegenen freien Ende trägt der Lamellenstapel 47 ein Kontaktteil 60, das einen bei geschlossenem Schalter auf der Aussenfläche des Nennstromkontakts 22 aufliegenden Kontaktierungspunkt 61 aufweist. Mit Hilfe eines Elektronenstrahls sind die Windungen der Wicklung 43 im Bereich der Stirnseite 44 miteinander und mit dem Kontaktboden 41 verschweisst, hingegen sind die Lamellen am freien Ende des Lamellenstapels 47 miteinander und mit dem Kontaktteil 60 mit Hilfe des Elektronenstrahls verschweisst. - Wegen des mehrteiligen, schichtförmigen Aufbaus der Kontaktfinger 42 kann der vom Kontakt 40 geführte Nennstrom erhöht werden, ohne dass der Durchmesser des Kontakts resp. die Zahl seiner Kontaktfinger grundsätzlich vergrössert werden muss. Dadurch, dass die durch die Zahl der Windungen bestimmte Dicke der Wicklung 43 von beispielsweise 4 mm auf 6 mm erhöht wird, kann die Höhe des Nennstroms um ca. 20%, beispielsweise von 6,3 kA auf 8 kA, gesteigert werden, ohne dass die vorgeschriebene Betriebstemperatur von typischerweise 105°C überschritten wird, und ohne dass die federnden Kontaktfinger 42 im Dauerbetrieb Relaxation zeigen.
- Bei einem Nennstromkontakt nach dem Stand der Technik, bei dem der Kontaktfingerkranz in fertigungstechnisch vorteilhafter Weise durch Stanzen und Biegen eines federelastischen Kupferblechs hergestellt wird, ist dies im allgemeinen nicht möglich. Bei einem solchen Nennstromkontakt nimmt die Biegesteifigkeit der Kontaktfinger bei gleicher Biegelänge mit dem Quadrat der Dicke des Materials zu. Dieser Nennstromkontakt muss daher praktisch in seiner idealen Passform, d. h. nahezu ohne Toleranzen, gefertigt werden
- Durch geeignete Wahl des elektrisch leitenden Bandes, beispielsweise eines Bandes aus hartem Kupfer statt eines aus weichem Kupfer, kann die Biegesteifigkeit und damit die Kontaktkraft der Kontaktfinger 42 erhöht werden. Eine weitere Erhöhung der Kontaktkraft wird durch mindestens eine ringförmige, um die Achse A geführte Zugfeder 48 erreicht. Diese Feder wird von einer in Umfangsrichtung um die Achse erstreckten Nut 62 aufgenommen, die an einer vom Kontaktierungspunkt 61 abgewandten Seite in das Kontaktteil 60 eingeformt ist.
- Der Nennstromkontakt 40 wird wie folgt hergestellt. Auf einer aus
Fig.4 ersichtlichen, um die Symmetrieachse A des Nennstromkontakts 40 drehbaren Halterung 70 einer Montagevorrichtung werden der Kontaktboden 41 und ein die Kontaktteile 60 enthaltender Kontaktring 60' mit Abstand voneinander und unter Bildung einer ringförmigen, radial nach aussen offenen Nut befestigt. Zunächst wird der im wesentlich als Rohrabschnitt ausgebildete Kontaktring 60' an einem Anschlag 71 der Halterung 70 festgesetzt. Danach wird ein rohrförmiges Distanzstück 72 auf die Halterung 70 aufgeschoben und an einer vom Anschlag 71 abgewandten Stirnseite des Kontaktrings 60' abgestützt. In den ausserhalb des Distanzstücks 72 liegenden Abschnitt dieser Stirnseite ist ein ringförmig um die Achse A resp. die Achse der Halterung 70 geführter Absatz 63' eingeformt, wohingegen in die nach innen weisende Seite des Kontaktrings 60' eine die Kontaktierungspunkte enthaltende, ringförmige Kante 61' eingeformt ist. Der Kontaktboden 41 wird an einer Stirnseite der Halterung 70 mit Hilfe von Schrauben 74 befestigt und setzt dabei mit Hilfe des Distanzstücks 72 den Kontaktring 60' fest. In den ausserhalb des Distanzstücks 72 liegenden Aussenrand des Kontaktbodens 41 ist ein ringförmig um die Achse A resp. die Achse der Halterung 70 geführter Absatz 49 eingeformt. - Die Absätze 49 und 63' sowie die Mantelfläche des Distanzstücks 72 begrenzen eine radial nach aussen offene Ringnut, in die unter Bildung zweier Fugen 64' und 65' die Wicklung 43 abgelegt wird. Die Fuge 64' ist vom Absatz 49 und von auf diesem Absatz abgestützten Enden der Windungen der Wicklung 43 und die Fuge 65' vom Absatz 63' und von auf diesem Absatz abgestützten Windungen der Wicklung 43 gebildet. Die Stützkräfte werden durch eine vorgespannte Rohrbride 73 aufgebracht, die um die Wicklung 43 geführt ist und so die Windungen der Wicklung fixiert.
- In der Fuge 64' werden die auf dem Absatz 49 abgestützten Enden der Windungen der Wicklung 43 miteinander und mit dem Kontaktboden 41 und in der Fuge 65' die auf dem Absatz 65' abgestützten Windungen der Wicklung 43 miteinander und mit dem Kontaktring 60' verschweisst.
- Nach Öffnen der Rohrbride 73 und Lösen der Schrauben 74 wird ein so gefertigter Rohkörper 80 von der Halterung 70 entfernt und auf einer ebenfalls um die Achse A drehbaren, aus
Fig.5 ersichtlichen Halterung 90 einer Schneidevorrichtung fixiert. In dieser Schneidevorrichtung werden die Schlitze 46 in den Rohkörper 80 eingeschnitten. In materialschonender Weise werden die Schlitze 46 mit einem radial nach innen auf die Achse A ausgerichteten Wasserstrahl WS gefertigt, der längs der Achse A verschoben wird. Da beim Fertigen der Schlitze 46 der Wasserstrahl auch durch den Kontaktring 60' geführt wird, und da der Kontaktring 60', insbesondere im Bereich der Kante 61', im allgemeinen eine die Nennstromtragfähigkeit erhöhende Beschichtung aus Silber aufweist, ist darauf zu achten, dass beim Schneiden infolge von Rückstrahlung Abrasion an den silberbeschichteten Stellen des Rohkörpers, insbesondere des Kontaktrings 60', vermieden wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der Wasserstrahl WS gegenüber einer senkrecht zur Achse A ausgerichteten Ebene E um einen Winkel α, welcher mindestens 20 bis 30° beträgt, geneigt ist. - Eine weitere Ausführungsform des Nennstromkontakts 40 kann durch Einformen der Schlitze 46 in den aus
Fig.6 ersichtlichen Rohkörper 80 gefertigt werden. Im Unterschied zum Rohkörper nachFig.4 ist beim Rohkörper nachFig.6 eine innere Windung 43a der Wicklung 43 aus rostfreiem Federstahlband mit einer Dicke von typischerweise 0,3 mm gebildet. Diese Windung wird vorm Wickeln der restlichen Windungen des aus weichem oder hartem Kupfer bestehenden, elektrisch leitenden Bandes auf die Absätze 49, 63' aufgebracht. Die Windung 43a erhöht die Biegesteifigkeit der Kontaktfinger 42 erheblich. Es werden so an den Kontaktfingern 42 wirkende, elektrodynamische Kräfte sicher beherrscht. Die mindestens eine Zugfeder 48 kann dann im allgemeinen entfallen. - Im Unterschied zum Rohkörper nach
Fig.6 wird beim Rohkörper nachFig.7 , der bei der Fertigung des Nennstromkontakts 50 verwendet wird, die die Biegesteifigkeit der Kontaktfinger 42 erhöhende Windung erst nach dem Wickeln des Kupferbandes als äussere Windung 43b aufgebracht. Diese äussere Windung 43b erhöht die Biegesteifigkeit der Kontaktfinger 42 vor allem dann erheblich, wenn die Kante 61' resp. wenn die beim Schneiden der Schlitze 46 entstehenden Kontaktierungspunkte 61 an einer von der Achse A abgewandten Seite des Kontaktrings 60' resp. der beim Schneiden entstehenden Kontaktteile 61 angeordnet sind. In die der Achse A zugewandte Seite des Kontaktrings 61' resp. jedes der Kontaktteile 61 kann eine der Nut 62' resp. 62 entsprechende Nut eingeformt sein, die der Aufnahme einer um die Achse A geführten, die Kontaktkraft der Kontaktfinger 42 erhöhenden Druckfeder dient. - Besteht das elektrisch leitende Band aus weichem Kupfer, so kann ein Nennstromkontakt hoher Stromtragfähigkeit mit einer für bestimmte Anwendungen ausreichenden Federsteifigkeit der Kontaktfinger erreicht werden, wenn die Windung 43a oder 43b aus hartem Kupfer oder einem anderen elektrisch gut leitenden Federmetall bestehen, oder wenn mindestens zwei Windungen 43a oder 43b oder wenn beide Windungen 43a oder 43b, enthaltend jeweils den vorgenannten Werkstoff, verwendet werden.
-
- 10
- Gehäuse
- 11
- Isolator
- 12, 13
- Stromanschlüsse
- 20
- Schaltstück
- 21
- Lichtbogenkontakt
- 22
- Nennstromkontakt
- 23
- Hohlzylinder
- 24
- Verbindungswand
- 25
- Isolierdüse
- 26
- Heizkanal
- 27
- Heizvolumen
- 28
- Kompressionsraum
- 30
- Schaltstück
- 31
- Lichtbogenkontakt
- 32
- Kontaktfeder
- 33
- Kontaktträger
- 34
- Wandabschnitt
- 40
- Nennstromkontakt
- 41
- Kontaktboden
- 42
- Kontaktfinger
- 43
- Wicklung
- 43a
- innere Windung der Wicklung 43
- 43b
- äussere Windung der Wicklung 43
- 44,45
- Stirnseiten
- 46
- Schlitze
- 47
- Lamellenstapel
- 48
- Zugfeder
- 49
- Absatz
- 50
- Nennstromkontakt
- 60
- Kontaktteil
- 60'
- Kontaktring
- 61
- Kontaktierungspunkt
- 61'
- Kante
- 62
- Nut
- 62'
- Nut
- 63'
- Absatz
- 64', 65'
- Fugen
- 70
- drehbare Halterung einer Montagevorrichtung
- 71
- Anschlag
- 72
- Distanzstück
- 73
- Rohrbride
- 74
- Schrauben
- 80
- Rohkörper
- 90
- drehbare Halterung einer Schneidevorrichtung
- A
- Achse
- D
- Antrieb
- E
- Ebene
- S
- Schaltlichtbogen
- WS
- Wasserstrahl
Claims (11)
- Kontakt (40, 50) für die Nennstrombahn eines Hochspannungsschalters mit einem um eine zentrale Achse (A) geführten Kranz von axial ausgerichteten und von einem ringförmigen Kontaktboden (41) getragenen Kontaktfingern (42), die an einem freiliegenden Ende jeweils ein Kontaktteil (60) aufweisen, das bei geschlossenem Schalter mit einem Kontaktierungspunkt (61) auf einem zylinderförmigen Gegenkontakt (22) der Nennstrombahn elektrisch leitend aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass am Kontaktboden (41) eine erste (44) zweier Stirnseiten (44, 45) einer hohlzylindrischen Wicklung (43) befestigt ist, die mehrere Windungen eines elektrisch leitenden Bandes enthält, dass in die Wicklung (43) radial ausgerichtete und auf die zweite Stirnseite (45) der Wicklung (43) geführte Schlitze (46) eingeformt sind, von denen jeweils zwei einen Stapel (47) von übereinanderliegenden Lamellen begrenzen, die in einen der Kontaktfinger (42) integriert sind, und dass der Lamellenstapel (47) an seinem vom Kontaktboden (41) abgewandten freien Ende das Kontaktteil (60) trägt.
- Nennstromkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen der Wicklung (43) im Bereich der ersten Stirnseite (44) miteinander und mit dem Kontaktboden (41) und die Lamellen am freien Ende des Lamellenstapels (47) miteinander und mit dem Kontaktteil (60) verschweisst sind.
- Nennstromkontakt nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der Kontaktierungspunkt (61) an einer der Achse (A) zugewandten Seite des Kontaktteils (60) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die vom Kontaktierungspunkt (61) abgewandte Seite des Kontaktteils (60) mindestens eine Nut (62) zur Aufnahme einer um die Achse (A) führbaren Zugfeder (48) eingeformt ist.
- Nennstromkontakt nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der Kontaktierungspunkt (61) an einer von der Achse (A) abgewandten Seite des Kontaktteils (60) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die vom Kontaktierungspunkt (61) abgewandte Seite des Kontaktteils (60) mindestens eine Nut zur Aufnahme einer um die Achse (A) führbaren Druckfeder eingeformt ist.
- Nennstromkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (43) zusätzlich mindestens eine Windung (43a, 43b) aus einem Werkstoff enthält, eine höhere zulässige Biegespannung aufweist als der Werkstoff des elektrisch leitenden Bandes.
- Nennstromkontakt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zusätzliche Windung (43a, 43b) als innere (43a) oder als äussere Windung (43b) der Wicklung (43) abgelegt ist.
- Verfahren zur Herstellung eines Kontakts (40, 50) für die Nennstrombahn eines Hochspannungsschalters mit einem um eine zentrale Achse (A) geführten Kranz von axial ausgerichteten und von einem Kontaktboden (41) getragenen Kontaktfingern (42), die an einem freiliegenden Ende jeweils ein Kontaktteil (60) aufweisen, das bei geschlossenem Schalter mit einem Kontaktierungspunkt (61) auf einem zylinderförmigen Gegenkontakt (22) der Nennstrombahn elektrisch leitend aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktboden (41) und ein Kontaktring (60') mit Abstand voneinander und unter Bildung einer ringförmigen, radial nach aussen offenen Nut auf einer drehbaren Halterung (70) einer Montagevorrichtung festgesetzt werden, wobei die Nut jeweils von einem in den Kontaktboden (41) und einem in den Kontaktring (60') eingeformten Absatz (49; 63') begrenzt ist, dass unter Bildung einer ersten (64') und einer zweiten Fuge (65') in der Ringnut eine Wicklung (43) abgelegt wird, die mehrere Windungen eines elektrisch leitenden, der Breite der Nut entsprechenden Bandes aufweist, wobei die erste Fuge (64') von dem in eine Stirnseite des Kontaktbodens (41) eingeformten Absatz (49) und ersten Enden der Windungen und die zweite Fuge (65') von dem in die Stirnseite des Kontaktrings (60') eingeformten Absatz (63') und zweiten Enden der Windungen begrenzt ist, dass in der ersten Fuge (64') die ersten Enden der Windungen miteinander und mit dem Kontaktboden (41) und in der zweiten Fuge (65') die zweiten Enden der Windungen miteinander und mit dem Kontaktring (60') fest verbunden werden, und dass nach Entfernen der Halterung (70) in einen so gefertigten Rohkörper (80) radial ausgerichtete Schlitze (46) eingeformt werden, welche parallel zur Achse (A) von der Wicklung (43) über die zweite Fuge (65') und den Kontaktring (60') an ein vom Kontaktboden (41) abgewandtes freies Ende des Rohkörpers (80) geführt sind.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Enden der Windungen miteinander sowie mit dem Kontaktboden (41) und dem Kontaktring (60') verschweisst werden.
- Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (46) mit einem zentral ausgerichteten, längs der Achse (A) geführten Wasserstrahl (WS) in den Rohkörper (80) eingeschnitten werden.
- Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstrahl (WS) gegenüber einer senkrecht zur Achse (A) ausgerichteten Ebene (E) geneigt geführt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach Ablegen des elektrisch leitenden Bandes mindestens eine Windung (43a, 43b) der Wicklung (43) abgelegt wird, deren Werkstoff eine höhere zulässige Biegespannung aufweist als der Werkstoff des elektrisch leitenden Bandes.
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