EP3469613B1 - Kontaktarmanordnung für ein hochspannungs-schaltgerät und deren verwendung - Google Patents

Kontaktarmanordnung für ein hochspannungs-schaltgerät und deren verwendung Download PDF

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EP3469613B1
EP3469613B1 EP17739933.4A EP17739933A EP3469613B1 EP 3469613 B1 EP3469613 B1 EP 3469613B1 EP 17739933 A EP17739933 A EP 17739933A EP 3469613 B1 EP3469613 B1 EP 3469613B1
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EP
European Patent Office
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contact
contact arm
arms
arm upper
recess
Prior art date
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EP17739933.4A
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English (en)
French (fr)
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EP3469613A1 (de
Inventor
Matthias HURNICKI
Mariusz ROHMANN
Bernd RÄTH
Dirk SCHRÄDER
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.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H31/00—Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H31/34—Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means with movable contact adapted to engage an overhead transmission line, e.g. for branching
    • H01H31/36—Contact moved by pantograph

Definitions

  • the invention relates to a contact arm arrangement for a high-voltage switching device and its use, the contact arm arrangement comprising at least two contact arms which are arranged in pairs and movable relative to one another via at least one joint, and which each comprise an upper contact arm part and a lower contact arm part, wherein each of the contact arm upper part has at least one receptacle which is designed to receive a contact element.
  • a contact arm arrangement is from GB 1 154 477 known.
  • High-voltage switchgear devices such as from the GB 1 154 477 A and the U.S. 4,504,708 A known, are used in the high voltage range, ie from a voltage of 1000 V.
  • High-voltage switchgear devices are z.
  • B disconnectors in particular single-column disconnectors, which are used for the visible separation of a current path, or earthing switches.
  • High-voltage switching devices can be constructed in the manner of a pantograph.
  • a typical structure here here comprises at least one contact with a movable and a fixed contact piece.
  • the fixed contact piece ie the fixed contact is z.
  • B a spatially fixed cylindrical metal pipe or cable.
  • the contact piece is made of a material such as. B copper, which conducts electricity well, and / or aluminum, for high mechanical strength.
  • the movable contact piece comprises, for. B a contact arm arrangement with at least two contact arms, which are arranged in pairs and movable relative to one another via at least one joint, analogous to a pantograph.
  • the contact arms each comprise a contact arm upper part and a contact arm lower part.
  • the contact arms can, for. B consist of tubular metal pieces, e.g. B made of copper and / or aluminum pipes.
  • the object of the present invention is to avoid or reduce the problems described above.
  • it is the task of specifying a contact arm arrangement for a high-voltage switching device and its use, which enable reliable function, in particular with low electrical losses when the high-voltage switching device is connected, and a cost-effective, in particular modular, design that is adapted to the requirements.
  • a contact arm arrangement for a high-voltage switching device having the features according to claim 1 and / or by using the contact arm arrangement according to claim 6.
  • Advantageous embodiments of the contact arm arrangement according to the invention for a high-voltage switching device and / or the Use of the contact arm arrangement are specified in the subclaims.
  • the subject matter of the main claim can be combined with the features of the subclaims and features of the subclaims.
  • a contact arm arrangement according to the invention for a high-voltage switching device comprises at least two contact arms which are arranged in pairs and movable relative to one another via at least one joint, and which each have an upper contact arm part and a lower contact arm part.
  • the contact arm upper part each has at least one or exactly one recess which is designed to receive a contact element, the respective recess of a contact arm upper part being formed in the form of a slot between at least two rectangular profile rods which are attached to one another at a distance from one another via spacer elements, in particular rectangular profile bars with rounded corners and edges, and wherein at least one contact element, in particular in T-shape, is at least partially embedded in the recess between the profile bars, is in mechanical and electrical contact with the profile bars.
  • a contact element can be attached to the contact arm in a stable and electrically conductive manner simply and inexpensively through the recess in the contact arm upper part.
  • contact elements with a predetermined, favorable shape and made of a suitable material, regardless of the shape and material of the contact arm upper part, can be attached to the contact arm upper part, tailored to the area of application of the high-voltage switching device.
  • the shape of the upper part of the contact arm is independent of the shape of an electrical contact surface for electrical contact between the contact arm and the fixed contact. It can e.g. B T-shaped contact elements are used, which are selected according to the voltage ranges and currents across the contact.
  • T-shaped contact elements can generate a larger contact surface between movable contact pieces and fixed contact compared to a tubular, ie O-shaped contact piece, which enables a more reliable current flow with lower electrical losses when the high-voltage switching device is closed.
  • Contact elements made of copper can be used with or without Coatings e.g. B made of silver can be used, or erosion-resistant materials for a long-term stable, good electrical contact.
  • the contact elements can make good electrical contact when the high-voltage switching device is closed result, with low electrical losses and the resulting costs, especially in adverse weather conditions such. B in the event of wind and ice formation and / or short circuits in the network.
  • contact arm upper parts made of one piece, in particular from a round tube z. B contact elements with a T-profile are used, which have an elongated contact surface on a tubular fixed contact.
  • cylindrical contact arm upper parts without a contact element in connection with a tubular, i.e. H. cylindrical fixed contact, only a point-shaped contact surface.
  • a higher reliability of the contact when moving a contact piece along the longitudinal axis of the opposite contact piece is given by the larger contact surface, since the contact may only be interrupted locally along the longitudinal axis and not completely.
  • a larger contact surface also results in a better flow of current with lower electrical losses.
  • the design of the contact arm upper parts each with a recess for receiving a contact element enables a modular construction of the contact arm arrangement and a simple exchange of contact elements.
  • the latter can be selected independently of the rest of the structure of the contact arm arrangement, optimized in shape and material for good electrical contact, in accordance with the required current and voltage range of the high-voltage switching device.
  • the contact elements can simply be removed from the recess and replaced with new contact elements.
  • the contact arm design, with the exception of the recess, is independent of the contact element, and can be based on properties such as B mechanical stability and cost reduction must be optimized.
  • the high-voltage switching device can be a high-voltage disconnector, in particular a disconnector in the manner of a pantograph or the high-voltage switching device can be a high-voltage earthing switch, in particular an earthing switch in the manner of a pantograph.
  • the high-voltage switching device can be designed in the manner of a single-column switching device.
  • a number of contact arms can be included in the contact arm arrangement, which is dependent on parameters of the power network to which the high-voltage switching device is connected, in particular depending on the operating current and / or short-circuit current. With larger, maximum currents and / or voltages, a larger number of contact arms can be used. The number can also be selected as a function of the shape and shape of the contact arms, in particular when the contact arm cross-section is reduced, a higher number of contact arms can be used. The flexibility in the design of the contact arm arrangement can lead to cost reductions, enable safe operation and / or keep or reduce the maximum electrical losses that occur over the contact.
  • the contact arm upper part comprises at least two profile rods which are rigidly connected to one another via spacer elements.
  • the contact arm lower part can comprise at least two profile rods which are rigidly connected to one another, in particular via spacer elements.
  • a contact arm part e.g. B the contact arm upper part can be in another contact arm part, for. B are arranged on the contact arm lower part, in particular in a joint area, whereby a scissor-like movement is made possible in a simple manner.
  • the recess for receiving a contact element of the contact arm upper part can be elongated along the longitudinal axis of the contact arm upper part, in particular in the manner of a gap.
  • the contact element can be easily arranged and fastened in the gap.
  • the elongated design enables the arrangement of an elongated contact element, in particular with a large contact area and / or rectangular contact area, for good contact properties, for. B when contact pieces move against each other.
  • the respective recess of a contact arm upper part is formed in the form of a slot between at least two rectangular profile rods which are attached to one another at a distance from one another via spacer elements.
  • rectangular profile bars with rounded corners and edges can be arranged at a distance.
  • At least one contact element, in particular in a T-shape, is at least partially let into the recess between the profile rods, in mechanical and electrical contact with the profile rods.
  • spaced profile rods can be formed easily and inexpensively slots or recesses for contact elements.
  • the contact arm arrangement can be constructed in a simple and inexpensive manner with contact elements, with good electrical properties for contact between contact pieces. Rounded corners and edges of rectangular profile bars lead to a reduction or avoidance of corona phenomena and voltage flashovers.
  • the contact arm arrangement can encompass at least one fixed contact which, in the closed state of the current path of the high-voltage switching device, is in electrical contact with the at least two contact arms.
  • a fixed contact can be implemented easily and inexpensively.
  • a movable contact can also be used, which moves in the direction of the contact arm upper parts to close the contact.
  • Two contact arm pairs each with two contact arms, can be included in the contact arm arrangement, in particular two contact arm pairs arranged parallel to one another, which are mechanically connected to one another via at least one connecting element, in particular via a connecting element arranged in the area of the joints.
  • the structure described results in a mechanically stable, inexpensive to manufacture contact arm arrangement which can be used in particular in the manner of a pantograph and which, via the two pairs of contact arms, has a high level of reliability in making and maintaining the electrical contact, with a high current carrying capacity over, in particular, four contact arms .
  • the contact arm When a contact arm moves on the fixed contact, especially in the event of a short circuit and / or in the event of wind and / or exposure to ice, the contact arm can unroll on the fixed contact, whereby the contact surface between the fixed contact and the T-shaped contact element, in particular the surface on the top of the horizontal web of the T-shaped contact element, the rounding of which continuously maintains electrical contact, with a constant effective contact area between the contact arm and the fixed contact.
  • a use according to the invention of the contact arm arrangement described above comprises that the contact arm arrangement is used in a high-voltage switching device in the manner of a pantograph.
  • pantographs By clamping at least one contact piece between mating contact pieces, pantographs can form a good contact which is mechanically and electrically stable, with low electrical losses.
  • a scissor-like movement of contact pieces of the pantograph can take place simply, with little drive energy, reliably without jamming of contact pieces, which leads to high reliability and low electrical losses when the high-voltage switching device is switched on.
  • the high-voltage switching device can be encompassed by an electrical high-voltage network and / or electrically connected to it, in particular a high-voltage network with voltages from 1000 V operating voltage.
  • the advantages described above are particularly positive in a high-voltage network.
  • FIGS Figures 1-3 , 5 and 7th shown schematically in FIGS Figures 1-3 , 5 and 7th shown and described in more detail below.
  • FIG. 1 shows a high-voltage switching device 1 in the manner of a pantograph as a single-column disconnector.
  • the high-voltage switching device 1 has a contact arm arrangement 2 according to the invention, which is arranged on a support frame arrangement 5 with insulators 4.
  • a contact arm assembly 2 with contact arms 7 in the manner of a pantograph is arranged on a support frame assembly 5, designed analogously to a pedestal, which in the closed state of the current path of the high-voltage switching device 1 is in electrical and, in particular, mechanical contact with a Counter contact 3, designed as a fixed contact, is.
  • the current path e.g.
  • the movement of the contact arms 7 or the switching between the open and closed state of the high-voltage switching device 1 is driven by a drive 6 on the support frame arrangement 5.
  • the movement is carried out by the drive 6 via a kinematic chain with z.
  • B elements such as insulators 4 or waves in the insulators 4 are transferred to the contact arm arrangement 2.
  • the drive 6 can, for. B be a motor, in particular an electric motor or a spring-loaded drive.
  • Elements such as B gears, pulleys and / or shafts can be included in the kinematic chain.
  • Figure 2 is the contact arm assembly 2 in side view of FIG Figure 1 Shown in more detail, with a plane of movement of the contact arms 7 in the plane of the drawing.
  • the two contact arms 7 of the pair of contact arms shown each comprise an upper contact arm part 8 and a lower contact arm part 9, which are connected to one another via a joint 10.
  • the two contact arms 7 of the pair of contact arms, connected via a joint 10, are movably supported.
  • the joints 10 enable a movement in which the upper contact arm parts 8 move in the upper area, above the joint 10 between two contact arms 2, towards each other when the current path of the high-voltage switching device 1 is closed and move away from one another when it is opened.
  • the contact arms 7 form a type of scissors via the joint 10 between the two contact arms 7, between the legs of which the mating contact 3 is mechanically clamped when the current path is closed.
  • the mating contact 3 is for the sake of simplicity in Figure 2 not shown.
  • the contact arm upper part 8 and the contact arm lower part 9 of a contact arm 7 are each movably connected to one another via a joint 10.
  • a joint 10 By connecting two contact arms 7 or two contact arm upper parts 8 via a joint 10, a movement in which the joints 10, which each connect the contact arm lower part 9 and the contact arm upper part 8 at one end, move away from one another an opening of the scissors formed by the contact arm upper parts 8.
  • the joint 10 is moved downwards to connect the two contact arms 7 or two contact arm upper parts 8. In this position, the current path via the high-voltage switching device 1 is open.
  • a movement of the contact arms 7 takes place in each case by rotating the contact arm lower parts 9 about an axis perpendicular to the plane of the drawing Figure 2 , wherein the axis of rotation is arranged at the end of the respective contact arm lower part 9, which is opposite the end of the contact arm lower part 9 with hinge 10.
  • the rotary movement of the contact arm lower part 9 around its lower end is controlled by the drive 6, via the kinematic Transfer chain, causes.
  • the contact arm lower parts 9 are rotated away from one another in opposite directions, ie the right contact arm lower part 9 clockwise and the left contact arm lower part 9 counterclockwise.
  • To close the current path the contact arm lower parts 9 are rotated in opposite directions towards each other, ie the right contact arm lower part 9 counterclockwise and the left contact arm lower part 9 clockwise.
  • the rotary movement of the two lower contact arm parts 9 around the axis at each end of the lower contact arm parts 9 causes a movement of the upper contact arm parts 8.
  • the scissors or the contact to the mating contact 3 is opened and the current path is interrupted.
  • the joint 10, which connects the contact arm upper parts 8 of the two contact arms 7 to one another, is moved downwards.
  • the ends of the contact arm upper parts 8 are moved downwards and the freely movable end of the two contact arm lower parts 9 is respectively moved downwards.
  • the end of the contact arm lower part 9, on which the axis of rotation lies does not change its height or position in relation to the support frame arrangement 5.
  • the scissors or the contact to the mating contact 3 is closed and the current path is closed, ie the mating contact 3 is clamped in an electrically conductive manner between the upper ends of the contact arm upper parts 8.
  • the ends of the contact arm upper parts 8 are moved upwards and the freely movable end of the two contact arm lower parts 9 is respectively moved upwards.
  • the end of the contact arm lower part 9, on which the axis of rotation lies does not change its height or position in relation to the support frame arrangement 5.
  • the contact arm upper parts 8 can, as in Figure 2 is shown have a kink. As a result, the upper ends of the contact arm upper parts 8 are bent towards one another. When the contact or the current path is closed, the mating contact 3 is clamped between the upper ends of the contact arm upper parts 8 before the lower ends of the contact arm upper parts 8 or the upper ends of the contact arm lower parts 9 or the joints 10, which each of the contact arm upper parts 8 and lower parts 9 movably connect with one another, touch.
  • a good clamping of the mating contact 3 can be achieved without the contact arm upper parts 8 or the lower parts 9 being touched at their ends or the connecting joints 10 during the clamping and the clamping being hindered as a result.
  • Hook-shaped structures facing one another at the upper ends of the contact arm upper parts 8 can reduce the degrees of freedom of movement of the contact arms 7 in the clamped state. This will keep the closed state of the high-voltage switching device 1 z. B improved in the event of weather influences such as wind or short circuits.
  • FIG 3 are two parallel contact arm pairs with contact arms 7 of the Figure 2 , shown rigidly connected via connecting elements 11.
  • the connecting elements 11 are, for. B in the form of waves or rods perpendicular to the plane of the drawing Figure 2 in Figure 3 arranged between the contact arm pairs.
  • the connecting elements 11 are each arranged on the joints 10 and each connect two equivalent joints 10 of the opposing contact arm pairs to one another.
  • the three connecting elements 11 are of the same length, as a result of which the contact arm pairs are arranged parallel to one another.
  • a tubular one Mating contact 3 is arranged with its longitudinal axis parallel to the longitudinal axes of the connecting elements 11. For the sake of simplicity, the mating contact is 3 in Figure 3 not shown.
  • the contact arm assembly of Figure 3 with two pairs of contact arms arranged parallel to one another Figure 2 with contact arms 7, enables improved clamping with lower electrical losses compared to clamping the mating contact 3 with only one pair of contact arms.
  • four contact points arise between contact arm upper parts 8 or contact arms 7 and the mating contact 3.
  • the current flow through four contact points occurs with lower resistance or lower losses compared to two contact points when only one contact arm is used. Pair, and the clamping is more reliable and mechanically more stable.
  • FIG 4 is an upper end of a contact arm upper part 8 in the Figures 1 to 3 contact arms 7 shown.
  • the dashed line 16 represents the previously described kink axis or the kink in the contact arm upper parts 8.
  • An elongated recess in the contact arm upper part 8 is formed by an elongated groove 12 along the longitudinal axis of the contact arm upper part 8.
  • the groove 12 can be through the entire cross section of the contact arm upper part 8 or only in a surface area up to a certain depth, for. B in the range of centimeters in the contact arm upper part 8.
  • FIG 5 is an alternative embodiment of the in Figure 4 contact arm upper part 8 shown.
  • the recess is formed between two profile rods 13 arranged parallel to one another by spacer elements 15 between the profile rods 13.
  • the distance between the profile rods 13 or the width of the spacer elements 15 results in the width of the recess and the distance between the spacer elements 15 from each other results in the length of the recess along the longitudinal axis of the contact arm upper part 8.
  • the spacer elements 15 can, for. B be attached to the two profile rods 13 of the contact arm upper part 8 by screwing and / or welding and / or soldering and / or gluing. They keep the two profile rods 13 at a constant distance from one another along the longitudinal axis of the profile rods 13 or the contact arm upper part 8.
  • Fastening elements 14 can be arranged along the longitudinal axis of the profile rods 13 or the contact arm upper part 8, around the two profile rods 13 to be mechanically and in particular electrically connected to one another in a stable manner.
  • the lower contact arm parts 9 can be constructed from two profile rods 13 with fastening elements 14 and / or spacer elements 15.
  • Figure 6 is a contact arm upper part 8 according to Figure 4 , arranged with a contact element 17 in the groove 12 as a recess, shown in a sectional view.
  • the contact arm upper part 8 which in the embodiment of Figure 6 is designed with a rectangular cross section, has a profile rod 13 and a spatially and electrically conductively connected to the profile rod 13 contact element 17.
  • the profile bar 13 with wall 20 is hollow on the inside, and bar-shaped with a rectangular cross-section perpendicular to the longitudinal axis of the bar. The edges of the profile bar 13 are rounded in order to prevent excess tension at corners and edges.
  • a contact element 17 is arranged or inserted in a form-fitting manner in the groove.
  • the contact element 17 is rod-shaped, ie elongated, in particular without being hollow on the inside.
  • the contact element 17 has a T-shape in cross section and is designed analogously to a rail. Laterally through the contact element 17 holes are arranged on a vertical surface 19, which holes are assigned in a lateral surface of the profile rod 13. Screws 14 and / or bolts, guided through the holes, can fasten the contact element 17 to the profile rod 13 in a mechanically stable and / or electrically conductive manner.
  • spacer elements 21 can be inserted along the fastening element 14 in the inner region of the profile rod 13, between the wall of the profile rod 20 and the contact surface 19.
  • the profile bar 13 can, for. B made of copper and / or made of aluminum.
  • the contact element 17 can be made of copper for good electrical conductivity and good electrical contact, and is held in a mechanically stable manner via the profile rod 13.
  • the structure shown describes a contact arm upper part 8 with high mechanical stability and good electrical contact properties in contact with the fixed or mating contact 3.
  • the contact arm lower part 9 of the contact arm 7 can be constructed analogously to the contact arm upper part 8, only without groove 12 and / or contact element 17.
  • Figure 7 is a contact arm upper part 8 according to Figure 5 shown in a sectional view, with a contact element 17, arranged in the recess between the two profile rods 13.
  • the contact arm upper part 9 of the Figure 7 instead of a profile rod 13 with a rectangular cross section, as shown in FIG. 6, has two profile rods 13 arranged parallel to one another with an oval cross section.
  • the oval cross-section or the wall 20 of a profile rod 13 is composed of two flat, parallel sides, which are centered over a connecting web that is perpendicular to the sides 18, which extends along the length of the profile rods 13, are mechanically connected to one another, and two semicircles with radius r, which each connect the opposite ends of the planes parallel to the connecting web 18.
  • the two profile rods 13 are spaced apart, arranged parallel to one another, whereby a gap or a recess is formed between the profile rods 13.
  • a T-shaped contact piece 17 analogous to the contact piece 17 in the groove in the Figure 6 , arranged.
  • Fastening elements 14, in particular screws, rivets and / or bolts, can be used to connect the profile rods 13 to one another and to the contact piece 17 in a mechanically stable manner.
  • the screws 14 with nuts can, as in Fig. 7 is shown, over the outer sides of the contact arm upper part 8 or the two profile rods 13, hold the contact arm upper part 8 together and / or press. Alternatively or alternately, the screws 14 with nuts can act on inner surfaces of the profile rods 13 in order to hold and / or press the contact arm or the profile rods 13 and the contact piece 14 together.
  • Spacer elements 15 with a thickness such as the contact elements 17 have in the lower region can be arranged between the profile rods 13, in particular in the region of the fastening elements 14.
  • the two profile rods 13 of the contact arm upper part 8 are fixed parallel, relative to each other.
  • the contact arm lower part 9 of the contact arm 7 can be constructed analogously to the contact arm upper part 8, only without a contact element 17 and with spacer elements 15 instead of the contact element 17 in the upper region of the profile rods 13.
  • the contact arms 7 z. B can be used in different types of high-voltage switching devices 1. It can e.g. B disconnectors or earth electrodes are used in particular in the manner of a pantograph. Instead of single-column high-voltage switching devices 1, high-voltage switching devices 1 with several, in particular movable, columns can also be used. The high-voltage switching devices 1 can be used for one or more phases in the power grid.
  • the profile bars 13 can have different shapes. So profile rods 13 z. B rectangular, with rounded edges, as in Figure 6 is shown, be formed with one or more slots or grooves, or the profile rods 13 can, for. B oval, as in the Figure 7 is shown, be formed with one or more recesses between a plurality of profile rods 13.
  • One or one contact element 17 can be arranged in the or in the recesses. It is also possible for two or more profile rods 13 to be arranged, in particular parallel to one another, as in FIG Figure 7 is shown, and the contact element 17 or the contact elements 17 can be arranged between or in each case between the profile rods 13.
  • Profile rods can 13 cross sections such. B rectangular, oval and / or elliptically oval.
  • profile bars 13 can be designed with the same cross-section or with different cross-sections, in particular with a different shape.
  • Combinations of the exemplary embodiments of Figures 6 and 7 are used, arranged with contact elements 17 between profile rods 13 and in recesses of the respective profile rod 13.
  • Two, four or more contact arms 7 can be used for the contact arm arrangement 2. These can be arranged parallel and / or at an angle to one another.
  • the Contact arm upper parts 8 and the contact arm lower parts 9 can, for. B the shape as in Figure 6 shown, or the shape as in Figure 7 shown have, or combinations of shapes.
  • Electrically conductive or non-conductive connecting elements 11 can be arranged between the contact arms 7. It can, as in Figure 3 is shown, five connecting elements 11 are used, or a smaller or larger number of connecting elements 11.
  • Joints 10 can include shafts and / or bearings and optionally additional elements for power transmission, which are made of highly conductive materials such as copper or aluminum.
  • the contact elements 17 and profile rods 13 can be used instead of screws 14, rivets or bolts z. B be connected to one another by welding or gluing.
  • Contact elements 14 and / or profile rods 13 can be coated for better electrical conductivity, e.g. B be silver-plated. In particular, contact surfaces between parts or elements of the contact arms 7 can be coated.
  • Profile rods 13 and / or contact elements 17 can be made of a material, in particular a highly conductive material such as. B copper, or mechanically stable materials such as B steel or aluminum, and / or can have different materials and / or alloys.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Contacts (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kontaktarmanordnung für ein Hochspannungs-Schaltgerät und deren Verwendung, wobei die Kontaktarmanordnung wenigstens zwei Kontaktarme umfasst, welche paarweise und über wenigstens ein Gelenk relativ zueinander beweglich angeordnet sind, und welche jeweils ein Kontaktarm-Oberteil und ein Kontaktarm-Unterteil umfassen, wobei jeweils das Kontaktarm-Oberteil wenigstens eine Aufnahme aufweist, welche ausgebildet ist zur Aufnahme eines Kontaktelementes. Eine derartige Kontaktarmanordnung ist aus der GB 1 154 477 bekannt.
  • Hochspannungs-Schaltgerätgeräte, wie z.B. aus der GB 1 154 477 A und der US 4,504,708 A bekannt, werden im Hochspannungsbereich, d. h. ab einer Spannung von 1000 V verwendet. Hochspannungs-Schaltgerätgeräte sind z. B Trennschalter, insbesondere Einsäulen-Trennschalter, welche zum sichtbaren Trennen einer Strombahn eingesetzt werden, oder Erdungsschalter. Hochspannungs-Schaltgerätgeräte können nach Art eines Pantographen aufgebaut sein. Dabei umfasst ein typischer Aufbau wenigstens einen Kontakt mit einem beweglichen und einem festen Kontaktstück. Das feste Kontaktstück, d. h. der Festkontakt ist z. B ein räumlich fixiertes zylinderförmiges Metallrohr oder Kabel. Das Kontaktstück ist aus einem Material wie z. B Kupfer, welches elektrischen Strom gut leitet, und/oder Aluminium, für eine hohe mechanische Festigkeit.
  • Das bewegliche Kontaktstück umfasst z. B eine Kontaktarmanordnung mit wenigstens zwei Kontaktarmen, welche paarweise und über wenigstens ein Gelenk relativ zueinander beweglich angeordnet sind, analog einem Pantographen. Die Kontaktarme umfassen jeweils ein Kontaktarm-Oberteil und ein Kontaktarm-Unterteil. Beim elektrischen Verbinden mit dem festen Kontaktstück werden die Kontaktarm-Oberteile des jeweiligen Kontaktarm-Paares aufeinander zubewegt, d. h. über das Gelenk verbunden analog dem Schließen einer Schere bewegt, wobei das feste Kontaktstück zwischen den Kontaktarm-Oberteilen eingeklemmt wird. Dabei wird der elektrische Kontakt zwischen dem festen und den beweglichen Kontaktstücken über die Kontaktarm-Oberteile in Verbindung mit dem festen Kontaktstück hergestellt.
  • Beim Öffnen der Strombahn über die Kontaktanordnung werden die Kontaktarm-Oberteile des jeweiligen Kontaktarm-Paares voneinander weg bewegt, d. h. analog dem Öffnen einer Schere bewegt, wobei das feste Kontaktstück zwischen den Kontaktarm-Oberteilen von den Kontaktarm-Oberteilen freigegeben wird. Die Kontaktarme können z. B aus rohrförmigen Metallstücken bestehen, z. B aus Kupfer- und/oder Aluminiumrohren.
  • Im verbundenen bzw. eingeschalteten Zustand des Hochspannungs-Schaltgerätes ist ein guter elektrischer Kontakt zwischen dem Festkontakt und den beweglichen Kontaktarmen notwendig, um verlustfrei bzw. zumindest verlustarm elektrischen Strom über den Kontakt zu leiten.
  • Damit die Trennstrecke z. B bei Trennschaltern und Erdungsschaltern nach außen hin gut sichtbar ist, und aus Platzgründen, ist der Schalter in der Regel nicht gekapselt und nicht in einem Gehäuse verbaut. Somit können die Elemente bzw. Teile des Hochspannungs-Schaltgerätes den Wettereinflüssen ausgesetzt sein. Wind und/oder Eisbelastung können zu einer ungewollten Bewegung der beweglichen Kontaktstücke führen, insbesondere zu einer Bewegung vom Festkontakt weg, was den elektrischen Kontakt verschlechtert und somit zu höheren elektrischen Verlusten über den Kontakt hinweg führt. Im Extremfall kann ein Auftrennen der Strombahn erfolgen, unbeabsichtigt und mit negativen Folgen für das angeschlossene Stromnetz.
  • In einem Kurzschlussfall können durch hohe Ströme Kräfte entstehen, z. B über sich ändernde Magnetfelder um die stromdurchflossenen Teile herum, d. h. durch Induktion erzeugte Kräfte, welche zu einer Bewegung der beweglichen Kontaktarme vom Festkontakt weg führen können. Analog Wettereinflüssen kann dies den elektrischen Kontakt verschlechtern und somit zu höheren elektrischen Verlusten über den Kontakt hinweg führen. Im Extremfall kann ein unbeabsichtigtes Auftrennen der Strombahn erfolgen.
  • Durch die zuvor beschriebenen Probleme ist die Zuverlässigkeit des Hochspannungs-Schaltgerätes eingeschränkt, und hohe elektrische Verluste können zu hohen Kosten führen. Ein sicheres, gesteuertes Trennen und Verbinden der elektrischen Kontakte kann eingeschränkt oder unmöglich sein. Eine Anpassung der Kontaktflächen zwischen den beweglichen und Festkontaktstücken ist aufwendig und unter Umständen mit hohem Materialaufwand verbunden, da die Kontaktstücke als Ganzes verändert und angepasst werden müssen. So müssen z. B für einen höheren Stromfluss mit geringem Widerstand Rohrstücke als Ganzes mit größerem Querschnitt, mit mehr Material und/oder als rechteckige Stange mit einem der Kontaktfläche angepassten Profil ausgelegt werden. Das erhöht die Kosten und verringert Designfreiheiten, z. B die Anpassung des Profils an mechanische Stabilitätserfordernisse.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung bzw. Reduzierung der zuvor beschriebenen Probleme. Insbesondere ist es Aufgabe eine Kontaktarmanordnung für ein Hochspannungs-Schaltgerät und deren Verwendung anzugeben, welche eine zuverlässige Funktion, insbesondere mit geringen elektrischen Verlusten im verbundenen Zustand des Hochspannungs-Schaltgerätes ermöglichen, und eine kostengünstige, den Anforderungen angepasste, insbesondere modulare Bauform ermöglichen.
  • Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kontaktarmanordnung für ein Hochspannungs-Schaltgerät mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch die Verwendung der Kontaktarmanordnung gemäß Patentanspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kontaktarmanordnung für ein Hochspannungs-Schaltgerät und/oder der Verwendung der Kontaktarmanordnung sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei ist der Gegenstand des Hauptanspruchs mit den Merkmalen der Unteransprüche sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar.
  • Eine erfindungsgemäße Kontaktarmanordnung für ein Hochspannungs-Schaltgerät umfasst wenigstens zwei Kontaktarme, welche paarweise und über wenigstens ein Gelenk relativ zueinander beweglich angeordnet sind, und welche jeweils ein Kontaktarm-Oberteil und ein Kontaktarm-Unterteil aufweisen. Das Kontaktarm-Oberteil weist jeweils wenigstens eine oder genau eine Ausnehmung auf, welche ausgebildet ist zur Aufnahme eines Kontaktelements, wobei die jeweilige Ausnehmung eines Kontaktarm-Oberteils gebildet ist in Form eines Schlitzes zwischen wenigstens zwei Rechteckprofilstangen, welche voneinander beabstandet über Abstandselemente aneinander befestigt sind, insbesondere Rechteckprofilstangen mit abgerundeten Ecken und Kanten, und wobei wenigstens ein Kontaktelement insbesondere in T-Form zumindest teilweise in die Ausnehmung zwischen den Profilstangen eingelassen ist, in mechanischem und elektrischem Kontakt mit den Profilstangen ist.
  • Durch die Ausnehmung im Kontaktarm-Oberteil kann jeweils ein Kontaktelement einfach und kostengünstig am Kontaktarm stabil und elektrisch leitend befestigt werden. Über die Ausnehmung können Kontaktelemente mit vorbestimmter, günstiger Form und aus einem geeigneten Material, unabhängig von der Form und vom Material des Kontaktarm-Oberteils, am Kontaktarm-Oberteil befestigt werden, abgestimmt auf den Einsatzbereich des Hochspannungs-Schaltgerätes. Die Form des Kontaktarm-Oberteils ist unabhängig von der Form einer elektrischen Kontaktfläche für einen elektrischen Kontakt zwischen Kontaktarm und Festkontakt. Es können z. B T-förmige Kontaktelemente verwendet werden, welche entsprechend der Spannungsbereiche und Ströme über den Kontakt ausgewählt sind. So können T-förmige Kontaktelemente gegenüber einem rohrförmigen, d. h. O-förmigen Kontaktstück, eine größere Kontaktfläche zwischen beweglichen Kontaktstücken und Festkontakt erzeugen, welche im geschlossenen Zustand des Hochspannungs-Schaltgerätes einen zuverlässigeren Stromfluss mit geringeren elektrischen Verlusten ermöglich. Es können Kontaktelemente aus Kupfer mit oder ohne Beschichtungen z. B aus Silber verwendet werden, oder abbrandfeste Materialien für einen langzeitstabilen, guten elektrischen Kontakt. Die Kontaktelemente können einen guten elektrischen Kontakt im geschlossenen Zustand des Hochspannungs-Schaltgerätes ergeben, mit geringen elektrischen Verlusten und geringen daraus entstehenden Kosten, insbesondere auch bei ungünstigen Wettereinflüssen wie z. B bei Wind und Eisbildung und/oder bei Kurzschlüssen im Netz.
  • Gegenüber Kontaktarm-Oberteilen aus einem Stück, insbesondere aus einem runden Rohr, können z. B Kontaktelemente mit einem T-Profil verwendet werden, welche eine längliche Kontaktfläche an einem rohrförmigen Festkontakt aufweisen. Im Gegensatz dazu weisen zylinderförmige Kontaktarm-Oberteile ohne Kontaktelement, in Verbindung mit einem rohrförmigen, d. h. zylinderförmigen Festkontakt, nur eine punktförmige Kontaktfläche auf. Eine höhere Zuverlässigkeit des Kontakts bei Bewegung eines Kontaktstücks entlang der Längsachse des gegenüberliegenden Kontaktstücks ist durch die größere Auflagefläche gegeben, da der Kontakt unter Umständen nur lokal entlang der Längsachse und nicht vollständig unterbrochen wird. Eine größere Auflagefläche ergibt ebenfalls einen besseren Stromfluss, mit geringeren elektrischen Verlusten.
  • Die Ausbildung der Kontaktarm-Oberteile jeweils mit einer Ausnehmung zur Aufnahme eines Kontaktelements, ermöglicht einen modularen Aufbau der Kontaktarmanordnung und einen einfachen Tausch von Kontaktelementen. Letztere können unabhängig vom restlichen Aufbau der Kontaktarmanordnung ausgewählt werden, in Form und Material für einen guten elektrischen Kontakt optimiert, entsprechend dem geforderten Strom- und Spannungsbereich des Hochspannungs-Schaltgerätes. Bei Verschleiß können die Kontaktelemente einfach aus der Ausnehmung entfernt und durch neue Kontaktelemente ersetzt werden. Das Kontaktarmdesign mit Ausnahme der Ausnehmung ist unabhängig vom Kontaktelement, und kann bezüglich Material und Form auf Eigenschaften wie z. B mechanische Stabilität und Kostenreduktion optimiert sein.
  • Das Hochspannungs-Schaltgerät kann ein Hochspannungs-Trennschalter, insbesondere ein Trennschalter nach Art eines Pantographen sein, oder das Hochspannungs-Schaltgerät kann ein Hochspannungs-Erdungsschalter sein, insbesondere ein Erdungsschalter nach Art eines Pantographen. Das Hochspannungs-Schaltgerät kann nach Art eines Einsäulen-Schaltgeräts ausgebildet sein. Die zuvor beschriebenen Vorteile der Kontaktarmanordnung sind insbesondere bei Trenn- und Erdungsschaltern sowie Einsäulen-Schaltgeräten und Schaltgeräten, welche nach Art eines Pantographen aufgebaut sind, gegeben.
  • Eine Anzahl von Kontaktarmen kann von der Kontaktarmanordnung umfasst sein, welche abhängig ist von Parametern des Stromnetzes, an welches das Hochspannungs-Schaltgerät angeschlossenen ist, insbesondere abhängig vom Betriebsstrom und/oder Kurzschlussstrom. Bei größeren, maximal auftretenden Strömen und/oder Spannungen, kann eine größere Zahl an Kontaktarmen verwendet werden. Die Zahl kann auch abhängig von der Form und Gestalt der Kontaktarme gewählt werden, insbesondere bei Reduzierung des Kontaktarmquerschnitts kann eine höhere Zahl an Kontaktarmen verwendet werden. Die Flexibilität im Design der Kontaktarmanordnung kann zu Kostenreduktionen führen, einen sicheren Betrieb ermöglichen und/oder maximal auftretende elektrische Verluste über den Kontakt konstant halten oder reduzieren.
  • Das Kontaktarm-Oberteil umfasst wenigstens zwei Profilstangen, welche über Abstandselemente miteinander starr verbunden sind. Das Kontaktarm-Unterteil kann wenigstens zwei Profilstangen umfassen, welche insbesondere über Abstandselemente miteinander starr verbunden sind.
  • Dadurch wird eine mechanisch stabile Kontaktarmanordnung mit guten elektrischen Eigenschaften ermöglicht, welche Ausnehmungen aufweist. Teile wie z. B Kontaktelemente und Bereiche der anderen Kontaktarme können in den Ausnehmungen teilweise oder vollständig angeordnet werden. Ein Kontaktarmteil, z. B das Kontaktarm-Oberteil kann in einem anderen Kontaktarmteil, z. B dem Kontaktarm-Unterteil angeordnet werden, insbesondere in einem Gelenkbereich, wodurch eine scherenartige Bewegung einfach ermöglicht wird.
  • Die Ausnehmung zur Aufnahme eines Kontaktelements des Kontaktarm-Oberteils kann entlang der Längsachse des Kontaktarm-Oberteils länglich ausgebildet sein, insbesondere nach Art eines Spaltes. In dem Spalt kann das Kontaktelement einfach angeordnet und befestigt werden. Die längliche Ausbildung ermöglicht die Anordnung eines länglichen Kontaktelements, insbesondere mit großer Kontaktfläche und/oder rechteckiger Kontaktfläche, für gute Kontakteigenschaften z. B bei Bewegung von Kontaktstücken gegeneinander.
  • Die jeweilige Ausnehmung eines Kontaktarm-Oberteils ist gebildet in Form eines Schlitzes zwischen wenigstens zwei Rechteckprofilstangen, welche voneinander beabstandet über Abstandselemente aneinander befestigt sind. Insbesondere Rechteckprofilstangen mit abgerundeten Ecken und Kanten können beabstandet angeordnet sein. Wenigstens ein Kontaktelement, insbesondere in T-Form, ist zumindest teilweise in die Ausnehmung zwischen den Profilstangen eingelassen, in mechanischem und elektrischem Kontakt mit den Profilstangen. Über beabstandete Profilstangen können einfach und kostengünstig Schlitze bzw. Ausnehmungen für Kontaktelemente ausgebildet werden. Dadurch kann wie zuvor beschrieben die Kontaktarmanordnung auf einfache und kostengünstige Weise mit Kontaktelementen aufgebaut werden, mit guten elektrischen Eigenschaften für einen Kontakt zwischen Kontaktstücken. Abgerundete Ecken und Kanten von Rechteckprofilstangen führen zu einer Reduktion oder Vermeidung von Koronaerscheinungen und Spannungsüberschlägen.
  • Wenigstens ein Festkontakt kann von der Kontaktarmanordnung umfasst sein, welcher im geschlossenen Zustand der Strombahn des Hochspannungs-Schaltgerätes in elektrischem Kontakt mit den wenigstens zwei Kontaktarmen steht. Ein Festkontakt ist einfach und kostengünstig realisierbar. Alternativ kann auch ein beweglicher Kontakt verwendet werden, welcher sich zum Schließen des Kontaktes in Richtung Kontaktarm-Oberteile bewegt.
  • Zwei Kontaktarm-Paare mit jeweils zwei Kontaktarmen können von der Kontaktarmanordnung umfasst sein, insbesondere zwei parallel zueinander angeordnete Kontaktarm-Paare, welche über mindestens ein Verbindungselement miteinander mechanisch verbunden sind, insbesondere über ein im Bereich der Gelenke angeordnetes Verbindungselement. Der beschriebene Aufbau ergibt eine mechanisch stabile, kostengünstig herstellbare Kontaktarmanordnung, welche insbesondere nach Art eines Pantographen verwendet werden kann, und welche über die zwei Kontaktarm-Paare eine hohe Zuverlässigkeit beim Herstellen und Halten des elektrischen Kontakts aufweist, mit hoher Stromtragfähigkeit über insbesondere insgesamt vier Kontaktarme.
  • Bei einer Kontaktarmanordnung mit Kontaktarmen wie zuvor beschrieben, ergibt sich ein guter elektrischer Kontakt ohne hohe Verluste im eingeschalteten Zustand des Hochspannungs-Schaltgerätes, insbesondere mit T-förmigen Kontaktelementen des jeweiligen beweglichen Kontaktarms in elektrischem und mechanischem Kontakt mit einem Festkontakt, insbesondere in zylindrischer Rohrform.
  • Bei Bewegung eines Kontaktarms am Festkontakt, insbesondere im Kurzschlussfall und/oder bei Wind und/oder bei Eisbelastung, kann ein Abrollen des Kontaktarms am Festkontakt erfolgen, wobei die Kontaktfläche zwischen Festkontakt und T-förmigem Kontaktelement, insbesondere die Oberfläche auf der Oberseite des waagerechten Stegs des T-förmigem Kontaktelements, durch deren Abrundung einen elektrischen Kontakt kontinuierlich erhält, mit gleichbleibender wirksamer Kontaktfläche zwischen Kontaktarm und Festkontakt.
  • Eine erfindungsgemäße Verwendung der zuvor beschriebenen Kontaktarmanordnung umfasst, dass die Kontaktarmanordnung in einem Hochspannungs-Schaltgerät nach Art eines Pantographen eingesetzt wird. Pantographen können durch Klemmen wenigstens eines Kontaktstücks zwischen Gegenkontaktstücken einen guten Kontakt ausbilden, welcher mechanisch und elektrisch stabil ist, mit geringen elektrischen Verlusten. Eine scherenartige Bewegung von Kontaktstücken des Pantographen kann einfach, mit wenig Antriebsenergie, zuverlässig ohne Verklemmen von Kontaktstücken erfolgen, was zu einer hohen Zuverlässigkeit und geringen elektrischen Verlusten im eingeschalteten Zustand des Hochspannungs-Schaltgerätes führt.
  • Das Hochspannungs-Schaltgerät kann von einem elektrischen Hochspannungs-Netz umfasst werden und/oder an diesem elektrisch angeschlossen werden, insbesondere einem Hochspannungs-Netz mit Spannungen ab 1000 V Betriebsspannung. Die zuvor beschriebenen Vorteile treten insbesondere in einem Hochspannungs-Netz positiv auf.
  • Die Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung der zuvor beschriebenen Kontaktarmanordnung nach Anspruch 6 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen der Kontaktarmanordnung für ein Hochspannungs-Schaltgerät nach Anspruch 1 und umgekehrt.
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch in den Figuren 1-3,5 und 7 dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
  • Dabei zeigen die
    • Figur 1
    schematisch in Seitenansicht ein Hochspannungs-Schaltgerät 1 nach Art eines Pantographen mit einer erfindungsgemäßen Kontaktarmanordnung 2, und
    Figur 2
    die Kontaktarmanordnung 2 der Figur 1 in mehr Detail, mit zwei Kontaktarmen 7 eines KontaktarmPaares, welche jeweils ein Kontaktarm-Oberteil 8 und ein Kontaktarm-Unterteil 9 über ein Gelenk 10 verbunden umfassen, und
    Figur 3
    zwei parallele Kontaktarm-Paare mit Kontaktarmen 7 der Figur 2, starr verbunden über Verbindungselemente 11, und
    Figur 4
    ein Beispiel eines Kontaktarm-Oberteils 8 mit Nut 12 als Ausnehmung für ein Kontaktelement, welches nicht unter die Erfindung fällt, und
    Figur 5
    ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kontaktarm-Oberteils 8 mit einer Ausnehmung für ein Kontaktelement, ausgebildet zwischen zwei Profilstangen 13 beabstandet durch Abstandselemente 15, und
    Figur 6
    ein Kontaktarm-Oberteil 8 nach Figur 4, mit einem Kontaktelement 17 in der Nut 12 als Ausnehmung angeordnet, welches nicht unter die Erfindung fällt, und
    Figur 7
    ein Kontaktarm-Oberteil 8 nach Figur 5, mit einem Kontaktelement 17, angeordnet in der Ausnehmung zwischen den zwei Profilstangen 13.
  • In Figur 1 ist ein Hochspannungs-Schaltgerät 1 nach Art eines Pantographen als Einsäulen-Trennschalter dargestellt. Das Hochspannungs-Schaltgerät 1 weist eine erfindungsgemäße Kontaktarmanordnung 2 auf, welche auf einer Tragrahmenanordnung 5 mit Isolatoren 4 angeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel des Einsäulen-Trennschalters, ist auf einer Tragrahmenanordnung 5, analog einem Standfuß ausgeführt, eine Kontaktarmanordnung 2 mit Kontaktarmen 7 nach Art eines Pantographen angeordnet, welche im geschlossenen Zustand der Strombahn des Hochspannungs-Schaltgeräts 1 in elektrischem und insbesondere mechanischem Kontakt mit einem Gegenkontakt 3, ausgebildet als Festkontakt, steht. Die Strombahn, z. B in einem Hochspannungs-Stromnetz, ist über das Hochspannungs-Schaltgerät 1 geschlossen dargestellt, mit einem elektrischen Kontakt zwischen Festkontakt 3 und Kontaktarmen 7. Gestrichelt ist der geöffnete Zustand dargestellt, mit gestrichelter Bewegungsbahn der Kontaktarme 7, wobei die Strombahn zwischen Festkontakt 3 und Kontaktarmen 7 unterbrochen ist.
  • Die Bewegung der Kontaktarme 7 bzw. das Schalten zwischen geöffnetem und geschlossenem Zustand des Hochspannungs-Schaltgeräts 1 erfolgt angetrieben über einen Antrieb 6 an der Tragrahmenanordnung 5. Die Bewegung wird vom Antrieb 6 über eine kinematische Kette mit z. B Elementen wie Isolatoren 4 oder Wellen in den Isolatoren 4 auf die Kontaktarmanordnung 2 übertragen. Der Antrieb 6 kann z. B ein Motor, insbesondere ein Elektromotor oder ein Federspeicherantrieb sein. Elemente wie z. B Getriebe, Umlenkrollen und/oder Wellen können von der kinematischen Kette umfasst sein.
  • In Figur 2 ist in Seitenansicht die Kontaktarmanordnung 2 der Figur 1 in mehr Detail dargestellt, mit einer Bewegungsebene der Kontaktarme 7 in der Zeichenebene.
  • Die zwei Kontaktarme 7 des gezeigten Kontaktarm-Paares umfassen jeweils ein Kontaktarm-Oberteil 8 und ein Kontaktarm-Unterteil 9, welche über ein Gelenk 10 miteinander verbunden sind. Die zwei Kontaktarme 7 des Kontaktarm-Paares, verbunden über ein Gelenk 10, sind beweglich gelagert. Die Gelenke 10 ermöglichen eine Bewegung, bei welcher sich die Kontaktarm-Oberteile 8 im oberen Bereich, oberhalb des Gelenkes 10 zwischen zwei Kontaktarmen 2, beim Schließen der Strombahn des Hochspannungs-Schaltgerätes 1 aufeinander zu bewegen und beim Öffnen voneinander weg bewegen. Die Kontaktarme 7 bilden über das Gelenk 10 zwischen den zwei Kontaktarmen 7 eine Art Schere, zwischen deren Schenkeln der Gegenkontakt 3 beim Schließen der Strombahn mechanisch eingeklemmt wird. Der Gegenkontakt 3 ist der Einfachheit halber in Figur 2 nicht dargestellt.
  • Das Kontaktarm-Oberteil 8 und das Kontaktarm-Unterteil 9 eines Kontaktarms 7 sind über ein Gelenk 10 jeweils beweglich miteinander verbunden. Durch die Verbindung zweier Kontaktarme 7 bzw. zweier Kontaktarm-Oberteile 8 über ein Gelenk 10 führt eine Bewegung, bei welcher die Gelenke 10, die jeweils das Kontaktarm-Unterteil 9 und das Kontaktarm-Oberteil 8 an einem Ende miteinander verbinden, voneinander weg, zu einem Öffnen der durch die Kontaktarm-Oberteile 8 gebildeten Schere. Dabei wird das Gelenk 10 zur Verbindung der zwei Kontaktarme 7 bzw. zweier Kontaktarm-Oberteile 8 nach unten bewegt. In dieser Stellung ist die Strombahn über das Hochspannungs-Schaltgerät 1 geöffnet.
  • Eine Bewegung der Kontaktarme 7 erfolgt jeweils über ein Drehen der Kontaktarm-Unterteile 9 um eine Achse senkrecht zur Zeichenebene der Figur 2, wobei die Drehachse am Ende des jeweiligen Kontaktarm-Unterteils 9 angeordnet ist, welches dem Ende des Kontaktarm-Unterteils 9 mit Gelenkt 10 gegenüberliegt. Die Drehbewegung des Kontaktarm-Unterteils 9 um sein unteres Ende wird durch den Antrieb 6, über die kinematische Kette übertragen, bewirkt. Zum Öffnen der Strombahn werden die Kontaktarm-Unterteile 9 in entgegengesetzte Richtungen voneinander weg gedreht, d. h. das rechte Kontaktarm-Unterteil 9 im Uhrzeigersinn und das linke Kontaktarm-Unterteil 9 entgegen dem Uhrzeigersinn. Zum Schließen der Strombahn werden die Kontaktarm-Unterteile 9 in entgegengesetzte Richtungen aufeinander zu gedreht, d. h. das rechte Kontaktarm-Unterteil 9 gegen den Uhrzeigersinn und das linke Kontaktarm-Unterteil 9 mit dem Uhrzeigersinn.
  • Analog einem Pantographen bewirkt die Drehbewegung der beiden Kontaktarm-Unterteile 9 um die Achse jeweils am Ende der Kontaktarm-Unterteile 9, eine Bewegung der Kontaktarm-Oberteile 8. Eine Bewegung der Kontaktarm-Unterteile 9 mit einer Bewegung der Gelenke 10, welche die Kontaktarm-Unterteile 9 mit den Kontaktarm-Oberteilen 8 verbinden, voneinander weg, bewegt die unteren und oberen Enden der Kontaktarm-Oberteile 8 voneinander weg. Die Schere bzw. der Kontakt zum Gegenkontakt 3 wird geöffnet und die Strombahn unterbrochen. Dabei wird das Gelenk 10, welches die Kontaktarm-Oberteile 8 der zwei Kontaktarme 7 miteinander verbindet, nach unten bewegt. Die Enden der Kontaktarm-Oberteile 8 werden nach unten bewegt sowie das frei bewegliche Ende der beiden Kontaktarm-Unterteile 9 wird jeweils nach unten bewegt. Das Ende des Kontaktarm-Unterteils 9, an welchem die Drehachse liegt, ändert jeweils seine Höhe bzw. Lage zur Tragrahmenanordnung 5 nicht.
  • Eine Bewegung der Kontaktarm-Unterteile 9 mit einer Bewegung der Gelenke 10, welche die Kontaktarm-Unterteile 9 mit den Kontaktarm-Oberteilen 8 verbinden, aufeinander zu, bewegt die unteren und oberen Enden der Kontaktarm-Oberteile 8 ebenfalls jeweils aufeinander zu. Die Schere bzw. der Kontakt zum Gegenkontakt 3 wird geschlossen und die Strombahn wird geschlossen, d. h. der Gegenkontakt 3 wird zwischen den oberen Enden der Kontaktarm-Oberteile 8 elektrisch leitend eingeklemmt. Dabei wird das Gelenk 10, welches die Kontaktarm-Oberteile 8 der zwei Kontaktarme 7 miteinander verbindet, nach oben bewegt. Die Enden der Kontaktarm-Oberteile 8 werden nach oben bewegt sowie das frei bewegliche Ende der beiden Kontaktarm-Unterteile 9 wird jeweils nach oben bewegt. Das Ende des Kontaktarm-Unterteils 9, an welchem die Drehachse liegt, ändert jeweils seine Höhe bzw. Lage zur Tragrahmenanordnung 5 nicht.
  • Die Kontaktarm-Oberteile 8 können, wie in Figur 2 dargestellt ist, einen Knick aufweisen. Dadurch sind sie Oberen Enden der Kontaktarm-Oberteile 8 aufeinander zu gebogen. Beim Schließen des Kontakts bzw. der Strombahn wird der Gegenkontakt 3 eingeklemmt zwischen den oberen Enden der Kontaktarm-Oberteile 8, bevor sich die unteren Enden der Kontaktarm-Oberteile 8 bzw. die oberen Enden der Kontaktarm-Unterteile 9 bzw. die Gelenke 10, welche jeweils die Kontaktarm-Oberteile 8 und Unterteile 9 miteinander beweglich verbinden, berühren. Eine gute Klemmung des Gegenkontakts 3 kann so erreicht werden, ohne dass bei der Klemmung eine Berührung jeweils der Kontaktarm-Oberteile 8 bzw. der Unterteile 9 an ihren Enden bzw. der verbindenden Gelenke 10 erfolgt und die Klemmung dadurch behindert wird. Aufeinander zuweisende hakenförmige Strukturen an den oberen Enden der Kontaktarm-Oberteile 8 können die Bewegungsfreiheitsgrade der Kontaktarme 7 im geklemmten Zustand verringern. Dadurch wird das Halten des geschlossenen Zustands des Hochspannungs-Schaltgerätes 1 z. B bei Wettereinflüssen wie Wind oder Kurzschlüssen verbessert.
  • In Figur 3 sind zwei parallele Kontaktarm-Paare mit Kontaktarmen 7 der Figur 2, starr verbunden über Verbindungselemente 11 dargestellt. Die Verbindungselemente 11 sind z. B in Form von Wellen oder Stangen senkrecht zur Zeichenebene der Figur 2 in Figur 3 zwischen den Kontaktarm-Paaren angeordnet. Die Verbindungselemente 11 sind jeweils an den Gelenken 10 angeordnet, und verbinden jeweils zwei äquivalente Gelenke 10 der gegenüberliegenden Kontaktarm-Paare miteinander. Die drei Verbindungselemente 11 sind gleich lang, wodurch die Kontaktarm-Paare parallel zueinander angeordnet sind. Ein rohrförmiger Gegenkontakt 3 ist mit seiner Längsachse parallel zu den Längsachsen der Verbindungselemente 11 angeordnet. Der Einfachheit halber ist der Gegenkontakt 3 in Figur 3 nicht eingezeichnet.
  • Die Kontaktarmanordnung der Figur 3, mit zwei parallel zueinander angeordneten Kontaktarm-Paaren der Figur 2 mit Kontaktarmen 7, ermöglicht ein verbessertes Klemmen mit geringeren elektrischen Verlusten verglichen zu einem Klemmen des Gegenkontakts 3 mit nur einem Kontaktarm-Paar. Es entstehen im geschlossenen Zustand des Hochspannungs-Schaltgerätes 1 vier Kontaktstellen zwischen Kontaktarm-Oberteilen 8 bzw. Kontaktarmen 7 und dem Gegenkontakt 3. Der Stromfluss über vier Kontaktstellen erfolgt mit geringerem Widerstand bzw. geringeren Verlusten verglichen mit zwei Kontaktstellen bei Verwendung von nur einem Kontaktarm-Paar, und die Klemmung erfolgt zuverlässiger und mechanisch stabiler.
  • In Figur 4 ist ein oberes Ende eines Kontaktarm-Oberteils 8 der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Kontaktarme 7 gezeigt. Die gestrichelte Linie 16 stellt die zuvor beschriebene Knick-Achse bzw. den Knick in den Kontaktarm-Oberteilen 8 dar. Eine längliche Ausnehmung im Kontaktarm-Oberteil 8 ist durch eine längliche Nut 12 entlang der Längsachse des Kontaktarm-Oberteils 8 ausgebildet. Die Nut 12 kann durch den gesamten Querschnitt des Kontaktarm-Oberteils 8 oder nur in einem Oberflächenbereich bis zu einer bestimmten Tiefe, z. B im Bereich von Zentimetern in dem Kontaktarm-Oberteil 8 ausgebildet sein.
  • In Figur 5 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel des in Figur 4 dargestellten Kontaktarm-Oberteils 8 gezeigt. Die Ausnehmung wird zwischen zwei parallel zueinander angeordneten Profilstangen 13 durch Abstandselemente 15 zwischen den Profilstangen 13 ausgebildet. Der Abstand zwischen den Profilstangen 13 bzw. die Breite der Abstandselemente 15 ergibt die Breite der Ausnehmung und der Abstand der Abstandselemente 15 voneinander ergibt die Länge der Ausnehmung längs der Längsachse des Kontaktarm-Oberteils 8. Die Abstandselemente 15 können z. B durch Schrauben und/oder Schweißen und/oder Löten und/oder Kleben an den zwei Profilstangen 13 des Kontaktarm-Oberteils 8 befestigt sein. Sie halten die zwei Profilstangen 13 auf einen insbesondere konstanten Abstand voneinander entlang der Längsachse der Profilstangen 13 bzw. des Kontaktarm-Oberteils 8. Befestigungselemente 14 können entlang der Längsachse der Profilstangen 13 bzw. des Kontaktarm-Oberteils 8 angeordnet sein, um die zwei Profilstangen 13 miteinander stabil mechanisch und insbesondere elektrisch zu verbinden. Analog dem Kontaktarm-Oberteil 8 können die Kontaktarm-Unterteile 9 aufgebaut sein, aus zwei Profilstangen 13 mit Befestigungs- 14 und/oder Abstandselementen 15.
  • In Figur 6 ist ein Kontaktarm-Oberteil 8 nach Figur 4, mit einem Kontaktelement 17 in der Nut 12 als Ausnehmung angeordnet, in Schnittdarstellung gezeigt.
  • Das Kontaktarm-Oberteil 8, welches im Ausführungsbeispiel der Figur 6 mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist, weist eine Profilstange 13 und ein räumlich und elektrisch leitend mit der Profilstange 13 verbundenes Kontaktelement 17 auf. Die Profilstange 13 mit Wandung 20 ist innen hohl, und stangenförmig mit einem rechteckigen Querschnitt senkrecht zur Stangenlängsachse ausgebildet. Die Kanten der Profilstange 13 sind abgerundet, um Überspannungen an Ecken und Kanten zu verhindern. Auf einer Seite, in Figur 6 der Oberseite der Profilstange 13, ist eine Nut bzw. durchgehende Ausnehmung durch die Wandung 20 angeordnet. Die Nut ist linear, entlang der Längsachse der Profilstange 13 ausgebildet, und verbindet den Innen- mit dem Außenraum der Profilstange 13.
  • In der Nut ist ein Kontaktelement 17 angeordnet bzw. formschlüssig eingelassen. Das Kontaktelement 17 ist stabförmig, d. h. länglich ausgedehnt, insbesondere ohne innen hohl zu sein. Das Kontaktelement 17 weist eine T-Form im Querschnitt auf und ist analog einer Schiene ausgebildet. Seitlich sind Löcher durch das Kontaktelement 17 durchgehend, auf einer vertikalen Fläche 19 angeordnet, welchen Löcher in einer seitlichen Fläche der Profilstange 13 zugeordnet sind. Schrauben 14 und/oder Bolzen können durch die Löcher geführt das Kontaktelement 17 an der Profilstange 13 mechanisch stabil und/oder gut elektrisch leitend befestigen. Um eine höhere mechanische Stabilität und eine bessere elektrische Leitfähigkeit zu erreichen, können entlang des Befestigungselements 14 im Innenbereich der Profilstange 13, zwischen Wandung der Profilstange 20 und der Kontaktfläche 19, Abstandselemente 21 eingefügt sein.
  • Die Profilstange 13 kann z. B aus Kupfer, und/oder aus Aluminium bestehen. Das Kontaktelement 17 kann aus Kupfer für eine gute elektrische Leitfähigkeit und einem guten elektrischen Kontakt bestehen, und wird über die Profilstange 13 mechanisch stabil gehalten. Durch den dargestellten Aufbau ist ein Kontaktarm-Oberteil 8 beschrieben, mit hoher mechanischer Stabilität und guten elektrischen Kontakteigenschaften im Kontakt mit dem Fest- bzw. Gegenkontakt 3. Das Kontaktarm-Unterteil 9 des Kontaktarms 7 kann analog dem Kontaktarm-Oberteil 8 aufgebaut sein, nur ohne Nut 12 und/oder Kontaktelement 17.
  • In Figur 7 ist ein Kontaktarm-Oberteil 8 nach Figur 5 in Schnittdarstellung gezeigt, mit einem Kontaktelement 17, angeordnet in der Ausnehmung zwischen den zwei Profilstangen 13.
  • Das Kontaktarm-Oberteil 9 der Figur 7 weist statt einer Profilstange 13 mit rechteckigem Querschnitt, wie sie in der Figur 6 dargestellt ist, zwei parallel zueinander angeordnete Profilstangen 13 mit ovalem Querschnitt auf. Der ovale Querschnitt bzw. die Wandung 20 einer Profilstange 13 setzt sich zusammen aus zwei ebenen, parallelen Seiten, welche mittig über einen senkrecht auf den Seiten stehenden Verbindungssteg 18, welcher sich entlang der Länge der Profilstangen 13 erstreckt, miteinander mechanisch verbunden sind, und zwei Halbkreisen mit Radius r, welche jeweils die gegenüberliegende Enden der Ebenen parallel zum Verbindungssteg 18 miteinander verbinden.
  • Die zwei Profilstangen 13 sind beabstandet, parallel zueinander angeordnet, wodurch ein Spalt bzw. eine Ausnehmung zwischen den Profilstangen 13 ausgebildet ist. In den Spalt ist ein T-förmiges Kontaktstück 17, analog dem Kontaktstück 17 in der Nut in der Figur 6, angeordnet. Befestigungselemente 14, insbesondere Schrauben, Nieten und/oder Bolzen können verwendet werden, um die Profilstangen 13 untereinander und mit dem Kontaktstück 17 mechanisch stabil zu verbinden. Die Schrauben 14 mit Muttern können, wie in Fig. 7 dargestellt ist, über die Außenseiten des Kontaktarm-Oberteils 8 bzw. der zwei Profilstangen 13, das Kontaktarm-Oberteil 8 zusammen halten und/oder pressen. Alternativ oder abwechselnd können die Schrauben 14 mit Muttern auf Innenflächen der Profilstangen 13 wirken, um den Kontaktarm bzw. die Profilstangen 13 und das Kontaktstück 14 zusammen zu halten und/oder zu pressen.
  • Abstandselemente 15 mit einer Dicke, wie sie die Kontaktelemente 17 im unteren Bereich aufweisen, können zwischen den Profilstangen 13 insbesondere im Bereich der Befestigungselemente 14 angeordnet werden. Durch das Kontaktelement 17 im oberen Bereich der Profilstangen 13 zwischen den Profilstangen 13 angeordnet, und den Abstandselementen 15 im unteren Bereich der Profilstangen 13 zwischen den Profilstangen 13 angeordnet, werden die zwei Profilstangen 13 des Kontaktarm-Oberteils 8 parallel, relativ zueinander fixiert. Das Kontaktarm-Unterteil 9 des Kontaktarms 7 kann analog dem Kontaktarm-Oberteil 8 aufgebaut sein, nur ohne Kontaktelement 17 und mit Abstandselementen 15 statt Kontaktelement 17 im oberen Bereich der Profilstangen 13.
  • Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können die Kontaktarme 7 z. B in verschiedene Arten von Hochspannungs-Schaltgeräten 1 verwendet werden. Es können z. B Trennschalter oder Erder verwendet werden insbesondere nach Art eines Pantographen. Es können statt Einsäulen-Hochspannungs-Schaltgeräten 1 auch Hochspannungs-Schaltgeräte 1 mit mehreren, insbesondere bewegbaren Säulen verwendet werden. Die Hochspannungs-Schaltgeräte 1 können für eine oder mehr Phasen im Stromnetz eingesetzt werden.
  • Die Profilstangen 13 können unterschiedliche Formen aufweisen. So können Profilstangen 13 z. B rechteckig, mit abgerundeten Kanten, wie in Figur 6 dargestellt ist, mit einem oder mehr Schlitzen bzw. Nuten ausgebildet sein, oder die Profilstangen 13 können z. B oval, wie in der Figur 7 dargestellt ist, mit einer oder mehr Ausnehmungen zwischen mehreren Profilstangen 13 ausgebildet sein. In der oder in den Ausnehmungen kann ein oder jeweils ein Kontaktelement 17 angeordnet sein. Es können auch zwei oder mehr Profilstangen 13, insbesondere parallel zueinander angeordnet sein, wie in Figur 7 dargestellt ist, und das Kontaktelement 17 oder die Kontaktelemente 17 können zwischen oder jeweils zwischen den Profilstangen 13 angeordnet sein. Dabei können Profilstangen 13 Querschnitte wie z. B rechteckig, oval und/oder elliptisch oval aufweisen. Jeweils alle Profilstangen 13 können mit dem gleichen Querschnitt oder mit unterschiedlichen Querschnitten ausgebildet sein, insbesondere mit unterschiedlicher Form. Es können auch Kombinationen der Ausführungsbeispiele der Figuren 6 und 7 verwendet werden, mit Kontaktelementen 17 zwischen Profilstangen 13 und in Ausnehmungen der jeweiligen Profilstange 13 angeordnet.
  • Es können für die Kontaktarmanordnung 2 zwei, vier oder mehr Kontaktarme 7 verwendet werden. Diese können parallel und/oder in einem Winkel zueinander angeordnet werden. Die Kontaktarm-Oberteile 8 und die Kontaktarm-Unterteile 9 können z. B die Form wie in Figur 6 gezeigt aufweisen, oder die Form wie in Figur 7 gezeigt aufweisen, oder Kombinationen von Formen. Es können elektrisch leitende oder nichtleitende Verbindungselemente 11 zwischen den Kontaktarmen 7 angeordnet sein. Es können, wie in Figur 3 dargestellt ist, fünf Verbindungselemente 11 verwendet werden, oder eine kleinere oder größere Anzahl an Verbindungselementen 11. Gelenke 10 können Wellen und/oder Lager und gegebenenfalls zusätzliche Elemente zur Stromübertragung, die aus gut leitenden Materialien wie Kupfer oder Aluminium hergestellt sind, umfassen.
  • Die Kontaktelemente 17 und Profilstangen 13 können statt durch Schrauben 14, Nieten oder Bolzen z. B durch Schweißen oder Kleben miteinander verbunden sein. Kontaktelemente 14 und/oder Profilstangen 13 können für eine bessere elektrische Leitfähigkeit beschichtet sein, z. B versilbert sein. Insbesondere Kontaktflächen zwischen Teilen bzw. Elementen der Kontaktarme 7 können beschichtet sein. Profilstangen 13 und/oder Kontaktelemente 17 können aus einem Material, insbesondere einem gut leitfähigen Material wie z. B Kupfer, oder mechanisch stabilen Materialien wie z. B Stahl oder Aluminium hergestellt sein, und/oder können unterschiedliche Materialien und/oder Legierungen aufweisen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hochspannungs-Schaltgerät
    2
    Kontaktarmanordnung
    3
    Gegenkontakt
    4
    Isolator
    5
    Tragrahmenanordnung
    6
    Antrieb
    7
    Kontaktarm
    8
    Kontaktarm-Oberteil
    9
    Kontaktarm-Unterteil
    10
    Gelenk
    11
    Verbindungselement
    12
    Nut
    13
    Profilstange
    14
    Befestigungselement
    15
    Abstandselement
    16
    Knickachse
    17
    Kontaktelement
    18
    Steg
    19
    Kontaktfläche Kontaktelement
    20
    Wandung Profilstange
    21
    Abstandselement

Claims (7)

  1. Kontaktarmanordnung (2) für ein Hochspannungs-Schaltgerät (1), mit wenigstens zwei Kontaktarmen (7), welche paarweise und über wenigstens ein Gelenk (10) relativ zueinander beweglich angeordnet sind, und welche jeweils ein Kontaktarm-Oberteil (8) und ein Kontaktarm-Unterteil (9) umfassen, wobei jeweils das Kontaktarm-Oberteil (8) wenigstens eine Ausnehmung aufweist, welche ausgebildet ist zur Aufnahme eines Kontaktelements (17),
    dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Ausnehmung eines Kontaktarm-Oberteils (8) gebildet ist in Form eines Schlitzes zwischen wenigstens zwei Rechteckprofilstangen (13), welche voneinander beabstandet über Abstandselemente (15) aneinander befestigt sind, insbesondere Rechteckprofilstangen (13) mit abgerundeten Ecken und Kanten, und wobei wenigstens ein Kontaktelement (17) insbesondere in T-Form zumindest teilweise in die Ausnehmung zwischen den Profilstangen (13) eingelassen ist, in mechanischem und elektrischem Kontakt mit den Profilstangen (13) ist.
  2. Kontaktarmanordnung (2) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktarm-Unterteil (9) und/oder das Kontaktarm-Oberteil (8) wenigstens zwei Profilstangen (13) umfasst, welche insbesondere über Abstandselemente (15) miteinander starr verbunden sind.
  3. Kontaktarmanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung zur Aufnahme eines Kontaktelements (17) des Kontaktarm-Oberteils (8) entlang der Längsachse des Kontaktarm-Oberteils (8) länglich ausgebildet ist, insbesondere nach Art eines Spaltes.
  4. Kontaktarmanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Ausnehmung eines Kontaktarm-Oberteils (8) in Form einer Nut (12) in einer Profilstange (13), insbesondere einer Rechteckprofilstange mit abgerundeten Ecken und Kanten ausgebildet ist, und/oder wenigstens ein Kontaktelement (17) insbesondere in T-Form zumindest teilweise in die Ausnehmung (12) eingelassen ist, in mechanischem und elektrischem Kontakt mit der Profilstange (13).
  5. Kontaktarmanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kontaktarm-Paare mit jeweils zwei Kontaktarmen (7) umfasst sind, insbesondere zwei parallel zueinander angeordnete Kontaktarm-Paare, welche über wenigstens ein Verbindungselement (11) miteinander mechanisch verbunden sind, insbesondere über ein jeweils im Bereich der Gelenke (10) angeordnetes Verbindungselement (11).
  6. Verwendung der Kontaktarmanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktarmanordnung (2) in einem Hochspannungs-Schaltgerät (1) nach Art eines Pantographen eingesetzt wird.
  7. Verwendung der Kontaktarmanordnung (2) nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Hochspannungs-Schaltgerät (1) von einem elektrischen Hochspannungs-Netz umfasst wird und/oder an diesem elektrisch angeschlossen wird, insbesondere einem Hochspannungs-Netz mit Spannungen im Bereich ab 1000 V Betriebsspannung.
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