WO2006087372A1 - Schaltwiderstand für ein elektrisches schaltgerät - Google Patents

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WO2006087372A1
WO2006087372A1 PCT/EP2006/060058 EP2006060058W WO2006087372A1 WO 2006087372 A1 WO2006087372 A1 WO 2006087372A1 EP 2006060058 W EP2006060058 W EP 2006060058W WO 2006087372 A1 WO2006087372 A1 WO 2006087372A1
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switching
resistance
switching resistor
plastic
resistor
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PCT/EP2006/060058
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Lutz-Rüdiger JÄNICKE
Heiko Jahn
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/16—Impedances connected with contacts
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    • H01C7/02—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient
    • H01C7/027—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient consisting of conducting or semi-conducting material dispersed in a non-conductive organic material
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    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/1006—Thick film varistors

Definitions

  • the invention relates to a switching resistor for a elekt ⁇ cal switching device, for example.
  • a high-voltage circuit breaker which comprises a resistor having an electrical resistance material.
  • High-voltage circuit breakers are used, among other things, for connecting and disconnecting high-voltage overhead lines. Such lines have a defined capacity per kilometer line ⁇ length. In high and very high voltage networks particularly long lines are realized, which lead due to their capacity in a switching operation to a voltage and / or current increase. To limit the overshoot, high-voltage circuit breakers are equipped with switching resistors. A switching resistor forms, for example, an auxiliary switching path, which is switched before the eigentli ⁇ che main switching path is switched and has a ver ⁇ comparatively high, an inrush current limiting resistance value. Such a high-voltage circuit breaker is described for example in DE 29 49 753 Al.
  • the switching resistors of high-voltage circuit breakers are currently realized by series connections of discs of sintered resistance material. Such discs are expensive and have a large mass.
  • Object of the present invention is to len a shift resistor for an electrical switching device available to stel ⁇ which is less expensive to manufacture and / or has a lower mass than the switching resistors according to the prior art. It is a further object of the present invention to provide an electrical switching device, in particular a high voltage circuit breaker, with improved switching resistance.
  • the first object is achieved by a switching resistor according to An ⁇ claim 1
  • the second object by an electrical switching ⁇ device according to claim 14.
  • the dependent claims contain ⁇ advantageous developments of the invention.
  • a switching resistor can be used, for example, to limit an overshoot or overshoot in a switch-on process. However, it can also be provided to use the switching resistor for limiting overvoltages and / or currents during turn-off operations. Depending on
  • switching resistors as on-resistance be ⁇ or switching-off resistance called.
  • An inventive switching resistor for an electrical switching device comprises an electrically conductive ceremoniessmate ⁇ rial, which is made of plastic.
  • the resistance material itself may be an electrically conductive plastic, for example doped polyacetylene, polypyrrole, etc.
  • the resistance material is preferably an electrically conductive filled plastic, since this is generally less expensive to produce than a conductive plastic.
  • Under a conductively filled plastic is here to stand ver ⁇ , which a conductive additive is mixed with an electrically non-conductive plastic.
  • a conductive additive for example, graphite, carbon black or a metal powder can be used. In particular carbon black, so-called conductive carbon black, is a product that can easily be processed as an additive.
  • the conductive additives may be in the form of nanoparticles with dimensions in the range of 10 nm to 100 nm or in the form of macroscopic
  • metal fibers with a length of up to several millimeters are present.
  • fullerenes are used as conductive auxiliary used, for example.
  • the spherical Kohlenstoffmodifika- tion of C 6 o- example in the case of conductivity as leitfä ⁇ ELIGIBLE additive are primary particles in the size range of 10 nm prior to 100 nm, the rockbal into agglomerates ⁇ len.
  • the particles of suitable conductive additives can have dimensions in the range of a few nanometers to a few millimeters.
  • Plastic-based resistance materials in particular conductive-filled plastics, are cheaper and lighter than the resistance material used hitherto. They are too ⁇ the less sensitive to water ingress and have over a wide temperature range with good mechanical properties. Overall, the construction of the entire device "switching resistance" can be simplified.
  • the resistance value of the switching resistor can be increased without its geometrical dimensions would have to be changed.
  • Adding the macroscopic filler usually changes nothing in the super-percolative nature of a mixture of insulating plastic and leitfä ⁇ higem additive.
  • the macroscopic particles affect as in the case of conductive carbon as a conductive material to ⁇ not set a conductively-filled plastic, the microscopic structure of the überperkolative horrsmate- rials.
  • the macroscopic filler causes the proportion of resistance material to the mixture of filling ⁇ material and resistance material in the switching resistance is lower than would be the case without the filler.
  • the current for the flow through the switching resistor has a smaller effective area than without filling material.
  • the resistance value of the switching resistance results as the product of the resistivity with the length of the switching resistance, divided by the current flowing through the cross-sectional area of the switching resistance. The lower the usable for the flow of current cross-sectional area of the switching resistance, the higher is its resistance ⁇ value.
  • the resistance material comprises a me ⁇ chanically solid plastic. If the plastic is elekt ⁇ driven conductive itself, this can be self-configured as a mechanically resistant plastic. If the plastic is not lei ⁇ tend and only serves as a matrix for a conductive additive, so preferably the non-conductive plastic is formed as a mechanically strong plastic. However, if necessary, the mechanical strength can only be brought about by the electrically conductive additive.
  • the switching resistor according to the invention can be realized as a cast part.
  • the casting of the Wennwiderstan- allows flexible shaping, so that the switching ⁇ resistance is easily adaptable to specific geometric requirements.
  • the invention also provides an electrical switching device, in particular a high-voltage circuit breaker, with a switching resistor according to the invention.
  • Fig. 1 shows as an exemplary embodiment of a fiction, ⁇ according electrical switching device, the schematic diagram of a high-voltage buttersehalters.
  • Fig. 2 shows an embodiment of a erfindungsge ⁇ MAESSEN switching resistor in a schematic sectional view.
  • Fig. 3 shows a cross-sectional view of the switching resistor of Fig. 1 in a section perpendicular to its longitudinal axis.
  • FIG. 4 shows a detail of an alternative switching resistor in a schematic sectional view.
  • FIG. 5 shows a detail of a further alternative switching resistor in a schematic sectional view.
  • FIG. 6 shows a detail of yet another alternative switching resistor in a schematic sectional view.
  • FIG. 1 shows a high-voltage circuit breaker is shown as an exemplary embodiment of an inventive electrical switching device in the form of a block diagram.
  • the high voltage circuit breaker shown is a high voltage circuit breaker as used to power on
  • High voltage overhead lines in high voltage and extra high voltage networks It comprises a main switching path 3 and an auxiliary switching path 5 connected in parallel with the main switching path 3.
  • the main switching path 3 serves to carry the current between the connected high-voltage line and the high-voltage network in the switched-on state.
  • the task of the auxiliary switching path 5 is to limit the inrush current when the high-voltage line is switched on.
  • the auxiliary switching path 5 has a switching resistance 7 acting as an on-resistance.
  • the connection of a high voltage line to a high voltage network is carried out with the high-voltage circuit breaker 1 of Figure 1 by first the auxiliary switching path 5 is closed ⁇ sen, the on-resistance 7 limits the inrush current through the high-voltage circuit breaker 1. Subsequently, the main switching path 3 is switched. After ⁇ the circuit is closed via the main switching path 3, the auxiliary switching path 5 can be opened again.
  • An inventive on-resistance 7 is shown in Figure 2 in a schematic longitudinal section. It comprises a resistance material 9, which is arranged surrounded by a screen 11, 12 between two end fittings 13 and 17.
  • the end fitting 13 has a contact pin 15, which cooperates to close the auxiliary switching path 5 with a non-presented Darge ⁇ fixed contact.
  • springs 19 present in the end fitting 17 the on-resistance 7 - and thus the contact pin 15 - is spring-loaded in the disconnection direction, so that the on-resistance 7 for switching the
  • Auxiliary switching section 5 must be inserted against the spring force in the fixed contact.
  • the resistance material 9 of the on-resistance 7 is a plastic-based resistance material.
  • a conductive filled plastic that is to say a plastic material which is mixed with a conductive material, is used.
  • the conductive material in the present embodiment is carbon black, so-called conductive carbon black. Carbon black is due to its simple Handhab ⁇ bility particularly suitable.
  • metal powders, graphite, fullerenes, etc. are also suitable as conductive additional material for the non-conductive plastic.
  • Plastic material and soot are so high that the soot particles form conductive paths in the plastic, which differs from a Extend end fitting to the other.
  • Such a degree of filling of carbon black is also called overperkolativer degree of filling.
  • a suitable resistance value for example a resistance value in the range between 200 and 600 ohms, in particular 400 ohms, macroscopic glass beads with diameters in the range of 0.1 mm to 10 mm are arranged in the resistance material.
  • the insulating glass beads 10 reduce the cross-sectional area available to the current for the current flow through the on-resistance 7.
  • FIG. 3 schematically shows a section along the line A-A shown in FIG.
  • the resistance material 9 the glass beads 10 and the screen 11 can be seen.
  • the dimensions of the glass beads are not shown to scale in Fig. 3 for the sake of clarity.
  • the glass beads 10 are contrary to a current flow due to their isolator properties. The current can therefore not flow through the area occupied by the glass beads 10 surface. Therefore, only the light areas in FIG. 3 are available to him.
  • the resistance value of A ⁇ switching resistor 7 can beads by the amount of the added glass 10 can be adjusted.
  • the glass beads 10 can also beads of other non-conductive materials, such as plastic, porcelain, etc Use find. Nor is it necessary that find use. Other geometric shapes can lead to an equally good result.
  • the plastic-based resistance material 9 is pourable, so that the on-resistance 7 can be molded.
  • a plastic material for the on-resistance a silicone elastomer is used in the present embodiment.
  • the on-7 may be completely or partially designed asstra ⁇ constricting structure which is surrounded only to the shield 11, 12 to.
  • the screen which is a Ummante- ment 11 with umbrella-like projections 12, serves to protect the resistor from environmental influences such as rain, dirt, etc. He also extends the so-called creepage path, ie the current path over the outer surface of the resistor.
  • the sheath 11 may also have ribs 14, as shown by way of example in Fig. 4.
  • the term screen for the sake of simplicity should also include the sinsva ⁇ variant with ribs instead of umbrella-like projections conceptually with.
  • the surrounding of the resistance material 9 with the screen 11, 12 can be done for example by molding the resistance material 9 with the material of the screen 11, 12 in an injection mold.
  • the resistance is to mechanically stabilize, eg. Through a placed between the periphery of the resistance material 9 and the screen IIa, IIa or 12a, 14a attached ⁇ stabilizing tube 16 (cf. Fig. 5 and Fig. 6).
  • the surrounding of the resistance material 9 with the tube 16 can, for example, be done by the resistance material 9 is poured into the tube 16. But it is also possible to cast the resistance ⁇ material 9 in the form and this later by mounting to introduce into the tube 16.
  • the screens 12a and 14a of the ribs are in the fi gures ⁇ Examples 5 and 6 as part of tube 16 formed in the difference.
  • the resistive material 9 may also consist of a conductive plastic, for example of doping system polyacetylene, ie with impurities offset polyacetylene, polypyrrole , or other conductive plastics.
  • a conductive plastic for example of doping system polyacetylene, ie with impurities offset polyacetylene, polypyrrole , or other conductive plastics.
  • the foreign substances in doped plastic material do not form conductive paths, but instead change the electrical properties of the doped plastic material itself, so that it becomes conductive.
  • the proportion of foreign ⁇ is doped plastic material far below the proportion of foreign substances in conductively filled plastic material, the proportion of foreign substances that are not sufficient for a super-percolative filling ratio would. In other words, the impurity concentration prevailing in doped plastic materials would not be sufficient to produce conductive paths between the two end fittings.

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Abstract

Ein Schaltwiderstand (7) für ein elektrisches Schaltgerät (1) umfasst ein elektrisch leitendes Widerstandsmaterial (9) auf Kunststoffbasis.

Description

Beschreibung
Schaltwiderstand für ein elektrisches Schaltgerät
Die Erfindung betrifft einen Schaltwiderstand für ein elekt¬ risches Schaltgerät, bspw. einen Hochspannungs-Leistungs- schalter, welcher ein einen elektrischen Widerstand aufweisendes Widerstandsmaterial umfasst.
Elektrische Schaltgeräte wie etwa Hochspannungs-Leistungs- schalter werden unter anderem zum Zu- und Abschalten von Hochspannungs-Freileitungen verwendet. Derartige Leitungen besitzen eine definierte Kapazität pro Kilometer Leitungs¬ länge. In Hoch- und Höchstspannungsnetzen werden besonders lange Leitungen realisiert, die aufgrund ihrer Kapazität bei einem Schaltvorgang zu einer Spannungs- und/oder Stromüberhöhung führen. Um die Überhöhungen zu begrenzen, werden Hochspannungs-Leistungsschalter mit Schaltwiderständen ausgerüstet. Ein Schaltwiderstand bildet beispielsweise eine Hilfsschaltstrecke, die geschaltet wird, bevor die eigentli¬ che Hauptschaltstrecke geschaltet wird und die einen ver¬ gleichsweise hohen, einen Einschaltstrom begrenzenden Widerstandswert aufweist. Ein derartiger Hochspannungs-Leistungs- schalter ist beispielsweise in DE 29 49 753 Al beschrieben.
Die Schaltwiderstände von Hochspannungs-Leistungsschaltern werden derzeit durch Reihenschaltungen von Scheiben aus gesintertem Widerstandmaterial realisiert. Derartige Scheiben sind teuer und haben eine große Masse.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schaltwiderstand für ein elektrisches Schaltgerät zur Verfügung zu stel¬ len, welcher kostengünstiger herzustellen ist und/oder eine geringere Masse als die Schaltwiderstände nach Stand der Technik aufweist. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere einen Hochspannungs- Leistungsschalter, mit einem verbesserten Schaltwiderstand zur Verfügung zu stellen.
Die erste Aufgabe wird durch einen Schaltwiderstand nach An¬ spruch 1, die zweite Aufgabe durch einen elektrisches Schalt¬ gerät nach Anspruch 14 gelöst. Die abhängigen Ansprüche ent¬ halten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Ein Schaltwiderstand ist beispielsweise zur Begrenzung einer Stromüberhöhung beziehungsweise Spannungsüberhöhung bei einem Einschaltvorgang einsetzbar. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, den Schaltwiderstand zur Begrenzung von Überspannungen und/oder Strömen bei Ausschaltvorgängen zu nutzen. Je nach
Einsatz werden Schaltwiderstände als Einschaltwiderstand be¬ ziehungsweise Ausschaltwiderstand bezeichnet.
Ein erfindungsgemäßer Schaltwiderstand für ein elektrisches Schaltgerät umfasst ein elektrisch leitendes Widerstandsmate¬ rial, welches auf Kunststoffbasis hergestellt ist. Dabei kann das Widerstandsmaterial selbst ein elektrisch leitfähiger Kunststoff, beispielsweise dotiertes Polyacethylen, Polypyr- rol, etc. sein. Vorzugsweise ist das Widerstandsmaterial je- doch ein elektrisch leitfähig gefüllter Kunststoff, da dieser in der Regel kostengünstiger herzustellen ist als ein leitfähiger Kunststoff. Unter einem leitfähig gefüllten Kunststoff ist hierbei ein elektrisch nicht leitender Kunststoff zu ver¬ stehen, dem ein leitfähiger Zusatzstoff beigemischt ist. Als leitfähiger Zusatzstoff kann beispielsweise Graphit, Ruß oder ein Metallpulver Verwendung finden. Insbesondere Ruß, so genannter Leitfähigkeitsruß, ist ein Produkt, das sich leicht als Zusatzstoff verarbeiten lässt. Die leitfähigen Zusatzstoffe können in Form von Nanopartikeln mit Abmessungen im Bereich von 10 nm bis 100 nm oder in Form makroskopischer
Strukturen, beispielsweise Metallfasern mit einer Länge bis zu einigen Millimetern vorliegen. Als eine weitere Möglich- keit können auch Fullerene als leitfähiger Zusatzstoff zur Anwendung kommen, bspw. die kugelförmige Kohlenstoffmodifika- tion von C6o- Etwa im Fall von Leitfähigkeitsruß als leitfä¬ higen Zusatzstoff liegen Primärpartikel im Größenbereich von 10 nm bis 100 nm vor, die sich zu Agglomeraten zusammenbal¬ len. Grundsätzlich können daher die Partikel geeigneter leitfähiger Zusatzstoffe Abmessungen im Bereich von wenigen Nano- metern bis zu einigen Millimetern besitzen.
Widerstandsmaterialien auf Kunststoffbasis, insbesondere leitfähig gefüllte Kunststoffe, sind preiswerter und leichter als das bisher eingesetzte Widerstandsmaterial. Sie sind zu¬ dem weniger empfindlich gegen das Eindringen von Wasser und besitzen über einen weiten Temperaturbereich gute mechanische Eigenschaften. Insgesamt kann die Konstruktion des gesamten Bauteils „Schaltwiderstand" vereinfacht werden.
Insbesondere bei Hochspannungs-Leistungsschaltern für Hochspannungsleitungen ist man in der Regel bestrebt, den Wider- standwert eines Einschaltwiderstandes an den Wellenwiderstan¬ des der zu schaltenden Leitung anzupassen, der typischerweise einige hundert Ohm, bspw. 450 Ohm beträgt. Ein derartiger, vergleichsweise geringer spezifischer Widerstand des Schalt¬ widerstandes lässt sich erzielen, wenn der leitfähige Zusatz- Stoff mit einem überperkolativen Füllgrad im Kunststoff vor¬ liegt. Wenn ein nicht leitender Kunststoff mit einem leitfä¬ higen Zusatzstoff vermischt wird, so bildet dieser leitfähige Zusatzstoff ab einem gewissen kritischen Anteil an der Ge- samtstoffmenge des Gemisches elektrisch leitende Pfade aus, die sich durch das gesamte Gemisch erstrecken, und das Gemisch wird leitfähig. In der Realität existiert ein unterper- kolativer Bereich, in dem der Anteil an Zusatzstoff zu klein ist, um sich durch das gesamte Material erstreckende leitfä¬ hige Pfade auszubilden, und ein überperkolativer Bereich, in dem der Anteil an Zusatzstoff zur Ausbildung einer Vielzahl elektrisch leitender Strompfade durch das gesamte Material ausreicht. Zwischen dem unterperkolativen Bereich und dem überperkolativen Bereich existiert ein Übergangsbereich, in dem die Erhöhung des Anteils an Zusatzstoff zu einer raschen Verringerung des spezifischen Widerstandes, d.h. des Widerstand bezogen auf eine Probe mit Einheitslänge und einer stromdurchflossene Einheitsfläche, führt. Im überperkolativen Bereich sinkt der spezifische Widerstand des Widerstandsmate¬ rials dann nicht weiter.
Durch Hinzufügen wenigstens eines makroskopischen Füllstoffes mit einem hohen elektrischen Widerstand zum Widerstandsmate¬ rial lässt sich der Widerstandswert des Schaltwiderstandes vergrößern, ohne dass seine geometrischen Abmessungen geändert werden müssten. Das Hinzufügen des makroskopischen Füllstoffes ändert in der Regel nichts an der überperkolativen Natur eines Gemisches aus isolierendem Kunststoff und leitfä¬ higem Zusatzstoff. So beeinflussen die makroskopischen Partikel etwa im Falle von Leitfähigkeitsruß als leitfähigem Zu¬ satzstoff eines leitfähig gefüllten Kunststoffes nicht die überperkolative mikroskopische Struktur des Widerstandsmate- rials. Der makroskopische Füllstoff führt jedoch dazu, dass der Anteil an Widerstandsmaterial an dem Gemisch aus Füll¬ stoff und Widerstandsmaterial im Schaltwiderstand geringer ist, als dies ohne den Füllstoff der Fall wäre. Dies hat zur Folge, dass dem Strom für den Fluss durch den Schaltwider- stand eine geringere effektive Fläche zur Verfügung steht als ohne Füllmaterial. Der Widerstandswert des Schaltwiderstands ergibt sich als das Produkt des spezifischen Widerstandes mit der Länge des Schaltwiderstandes, geteilt durch die vom Strom durchflossene Querschnittsfläche des Schaltwiderstandes. Je geringer die für den Stromfluss nutzbare Querschnittsfläche des Schaltwiderstandes ist, desto höher ist dessen Wider¬ standswert .
Der makroskopische Füllstoff kann in Form von Füllstoffparti- kein, beispielsweise in Form von Glas- und/oder Kunststoffku¬ geln mit einem hohen spezifischen Widerstand, vorliegen, welche Abmessungen zwischen 0,1 mm und 10 mm aufweisen. In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schaltwiderstandes umfasst das Widerstandsmaterial einen me¬ chanisch festen Kunststoff. Wenn der Kunststoff selbst elekt¬ risch leitend ist, kann dieser selbst als mechanisch fester Kunststoff ausgebildet sein. Wenn der Kunststoff nicht lei¬ tend ist und lediglich als Matrix für einen leitfähigen Zusatz dient, so ist vorzugsweise der nicht leitende Kunststoff als mechanisch fester Kunststoff ausgebildet. Die mechanische Festigkeit kann jedoch ggf. auch erst durch den elektrisch leitfähigen Zusatzstoff herbeigeführt werden.
Aufgrund der mechanischen Festigkeit ist eine selbsttragende Konstruktion des Schaltwiderstandes möglich, die nur noch mit Schirmen und/oder Rippen zur Sicherung der Fremdschichtbe- ständigkeit zu versehen ist. Bisherige so genannte „im-Rohr- Konstruktionen" bei Schaltwiderständen mit gesintertem Widerstandsmaterial können dann durch ganz oder teilweise selbst¬ tragende Konstruktionen ersetzt werden. Das Versehen der selbsttragenden Konstruktion mit Schirmen oder Rippen kann beispielsweise durch Umspritzen der Konstruktion in einer Spritzgießform geschehen.
Vorteilhafterweise kann der erfindungsgemäße Schaltwiderstand als Gussteil realisiert sein. Das Gießen des Schaltwiderstan- des ermöglicht eine flexible Formgebung, so dass der Schalt¬ widerstand leicht an spezifische geometrische Anforderungen anpassbar ist.
Erfindungsgemäß wird außerdem einelektrisches Schaltgerät, insbesondere ein Hochspannungs-Leistungsschalter, mit einem erfindungsgemäßen Schaltwiderstand zur Verfügung gestellt.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren . Fig. 1 zeigt als ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungs¬ gemäßes elektrisches Schaltgerät das Prinzipschaltbild eines Hochspannungs-Leistungssehalters .
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsge¬ mäßen Schaltwiderstand in einer schematischen Schnittansicht.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht des Schaltwiderstandes aus Fig. 1 in einem Schnitt senkrecht zu seiner Längsachse.
Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus einem alternativen Schaltwiderstand in einer schematischen Schnittansicht.
Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt aus einem weiteren alternativen Schaltwiderstand in einer schematischen Schnittansicht.
Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt aus noch einem weiteren alternativen Schaltwiderstand in einer schematischen Schnittansicht .
In Figur 1 ist ein Hochspannungs-Leistungsschalter als Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes elektrisches Schaltgerät in Form eines Prinzipschaltbildes dargestellt. Der dargestellte Hochspannungs-Leistungsschalter ist ein Hochspannungs-Leistungsschalter, wie er zum Zuschalten von
Hochspannungs-Freileitungen in Hoch- und Höchstspannungsnet- zen Verwendung findet. Er umfasst eine Hauptschaltstrecke 3 und eine zur Hauptschaltstrecke 3 parallel geschaltete Hilfs- schaltstrecke 5. Die Hauptschaltstrecke 3 dient dazu, im ein- geschalteten Zustand den Strom zwischen der zugeschalteten Hochspannungsleitung und dem Hochspannungsnetz zu tragen. Aufgabe der Hilfsschaltstrecke 5 ist es, beim Zuschalten der Hochspannungsleitung den Einschaltstromstoß zu begrenzen. Um dies zu bewerkstelligen, weist die Hilfsschaltstrecke 5 einen als Einschaltwiderstand wirkenden Schaltwiderstand 7 auf. Das Zuschalten einer Hochspannungsleitung an ein Hochspannungsnetz erfolgt mit dem Hochspannungs-Leistungsschalter 1 aus Figur 1, indem zuerst die Hilfsschaltstrecke 5 geschlos¬ sen wird, wobei der Einschaltwiderstand 7 den Einschaltstrom- stoß durch den Hochspannungs-Leistungsschalter 1 begrenzt. Anschließend wird die Hauptschaltstrecke 3 geschaltet. Nach¬ dem der Stromkreis über die Hauptschaltstrecke 3 geschlossen ist, kann die Hilfsschaltstrecke 5 wieder geöffnet werden.
Ein erfindungsgemäßer Einschaltwiderstand 7 ist in Figur 2 in einem schematischen Längsschnitt dargestellt. Er umfasst ein Widerstandmaterial 9, welches von einem Schirm 11, 12 umgeben zwischen zwei Endarmaturen 13 und 17 angeordnet ist.
Die Endarmatur 13 weist einen Kontaktstift 15 auf, der zum Schließen der Hilfsschaltstrecke 5 mit einem nicht darge¬ stellten Festkontakt zusammenwirkt. Mittels in der Endarmatur 17 vorhandenen Federn 19 wird der Einschaltwiderstand 7 - und damit der Kontaktstift 15 - in Ausschaltrichtung federbelas- tet, so dass der Einschaltwiderstand 7 zum Schalten der
Hilfsschaltstrecke 5 gegen die Federkraft in den Festkontakt eingeführt werden muss.
Das Widerstandsmaterial 9 des Einschaltwiderstands 7 ist ein Widerstandsmaterial auf Kunststoffbasis. Im vorliegenden Aus¬ führungsbeispiel findet ein leitfähig gefüllter Kunststoff, also ein Kunststoffmaterial, welches mit einem leitfähigen Material vermengt ist, Verwendung. Das leitfähige Material ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel Ruß, so genannter Leitfähigkeitsruß. Ruß ist aufgrund seiner einfachen Handhab¬ barkeit besonders geeignet. Es sind jedoch auch Metallpulver, Graphit, Fullerene, etc. als leitfähiges Zusatzmaterial für den nicht leitenden Kunststoff geeignet.
Der Anteil des Rußes an der Mischung aus nicht leitendem
Kunststoffmaterial und Ruß ist so hoch, dass die Rußpartikel leitfähige Pfade im Kunststoff bilden, die sich von einer Endarmatur zur anderen erstrecken. Ein derartiger Füllgrad an Ruß wird auch überperkolativer Füllgrad bezeichnet.
Zum Einstellen eines geeigneten Widerstandswertes, beispiels- weise eines Widerstandswertes im Bereich zwischen 200 und 600 Ohm, insbesondere 400 Ohm, sind makroskopische Glaskügelchen mit Durchmessern im Bereich von 0,1 mm bis 10 mm im Widerstandsmaterial angeordnet. Die isolierenden Glaskügelchen 10 reduzieren die Querschnittsfläche, die dem Strom für den Stromfluss durch den Einschaltwiderstand 7 zur Verfügung steht.
Die Reduktion der zur Verfügung stehenden Querschnittsfläche ist in Figur 3 zu erkennen, welche schematisch einen Schnitt entlang der in Figur 2 dargestellten Linie A-A zeigt. In Figur 3 sind das Widerstandsmaterial 9, die Glaskügelchen 10 und der Schirm 11 zu erkennen. Die Abmessungen der Glaskügelchen sind in Fig. 3 der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht maßstäblich dargestellt. Die Glaskügelchen 10 stehen aufgrund ihrer Isolatoreigenschaften einem Stromfluss entgegen. Der Strom kann daher nicht durch die von den Glaskügelchen 10 eingenommene Fläche fließen. Ihm stehen deshalb nur die hellen Bereiche in Figur 3 zur Verfügung.
Da sich der Widerstandswert des Einschaltwiderstandes 7 aus dessen spezifischem Widerstand, der Länge des Einschaltwiderstandes 7 sowie der dem Stromfluss zur Verfügung stehenden Querschnittsfläche ergibt, kann der Widerstandswert des Ein¬ schaltwiderstandes 7 durch die Menge der hinzugefügten Glas- kügelchen 10 eingestellt werden. Je mehr Glaskügelchen 10 das Widerstandsmaterial 9 enthält, desto geringer ist die für den Stromfluss zur Verfügung stehende Fläche, d.h. desto größer ist der Widerstandswert des Einschaltwiderstandes 7. Statt der Glaskügelchen 10 können auch Kügelchen aus anderen nicht leitenden Materialien, beispielsweise Kunststoff, Porzellan, etc. Verwendung finden. Auch ist es nicht nötig, dass Kugel- chen Verwendung finden. Andere geometrische Formen können zu einem gleichguten Ergebnis führen.
Das Widerstandsmaterial 9 auf Kunststoffbasis ist gießbar, so dass der Einschaltwiderstand 7 in Form gegossen werden kann. Als Kunststoffmaterial für den Einschaltwiderstand findet im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Silikonelastomer Verwendung.
Wenn ein mechanisch fester Kunststoff für das Widerstandsma¬ terial Verwendung findet, kann der Einschaltwiderstand 7, wie in Figur 2 dargestellt, ganz oder teilweise als selbsttra¬ gende Konstruktion ausgeführt sein, die nur noch mit dem Schirm 11, 12 zu umgeben ist. Der Schirm, der eine Ummante- lung 11 mit schirmartigen Vorsprüngen 12 darstellt, dient dazu, den Widerstand vor Umwelteinflüssen wie etwa Regen, Schmutz, etc. zu schützen. Zudem verlängert er den sog. Kriechweg, also den Strompfad über die äußere Oberfläche des Widerstandes. Anstelle von schirmartigen Vorsprüngen 12 kann die Ummantelung 11 auch Rippen 14 aufweisen, wie dies beispielhaft in Fig. 4 dargestellt ist. Nachfolgend soll der Begriff Schirm der Einfachheit halber auch die Ausführungsva¬ riante mit Rippen statt mit schirmartigen Vorsprüngen begrifflich mit umfassen. Das Umgeben des Widerstandsmaterials 9 mit dem Schirm 11, 12 kann beispielsweise durch Umspritzen des Widerstandsmaterials 9 mit dem Material des Schirms 11, 12 in einer Spritzgießform erfolgen.
Wenn kein mechanisch fester Kunststoff für das Widerstandsma- terial 9 Verwendung findet, ist der Widerstand mechanisch zu stabilisieren, bspw. durch ein zwischen dem Umfang des Widerstandsmaterials 9 und dem Schirm IIa, 12a bzw. IIa, 14a ange¬ ordnetes stabilisierendes Rohr 16 (vgl. Fig. 5 und Fig. 6) . Das Umgeben des Widerstandsmaterials 9 mit dem Rohr 16 kann bspw. erfolgen, indem das Widerstandsmaterial 9 in das Rohr 16 gegossen wird. Es ist aber auch möglich, das Widerstands¬ material 9 in Form zu gießen und dieses später durch Montage in das Rohr 16 einzubringen. Außerdem ist auch möglich, dass die Schirme 12a bzw. Rippen 14a im Unterschied den in den Fi¬ guren 5 und 6 dargestellten Beispielen als Teil des Rohres 16 ausgebildet sind.
In Abweichung zum in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, in dem das Widerstandsmaterial 9 ein mit Ruß versetz¬ tes Silikonelastomer ist, kann das Widerstandsmaterial 9 auch aus einem leitfähigen Kunststoff, beispielsweise aus dotier- tem Polyacethylen, d.h. mit Fremdstoffen versetztem Polya- cethylen, aus Polypyrrol, oder anderen leitfähigen Kunststoffen hergestellt sein. Im Unterschied zu leitfähig gefülltem Kunststoffmaterial bilden die Fremdstoffe in dotiertem Kunst- stoffmaterial keine leitfähigen Pfade aus, sondern ändern die elektrischen Eigenschaften des dotierten Kunststoffmaterials selbst, so dass dieses leitfähig wird. Der Anteil an Fremd¬ stoffen liegt in dotiertem Kunststoffmaterial weit unter dem Anteil an Fremdstoffen in leitfähig gefülltem Kunststoffmaterial, so dass der Anteil an Fremdstoffen nicht für einen überperkolativen Füllgrad ausreichen würde. Mit anderen Worten, die in dotierten Kunststoffmaterialien vorherrschende Fremdstoffkonzentration würde nicht ausreichen, leitfähige Pfade zwischen den beiden Endarmaturen herzustellen.
Bezugszeichenliste
1 Hochspannungsschalter
3 Hauptschaltstrecke 5 Hilfsschaltstrecke
7 Einschaltwiderstand
9 Widerstandsmaterial
10 Glaskügelchen
11 Ummantelung IIa Ummantelung
12 schirmartiger Vorsprung 12a schirmartiger Vorsprung
13 Endarmatur
14 Rippe 14a Rippe
15 Kontaktstift
16 Rohr
17 Endarmatur 19 Feder

Claims

Patentansprüche
1. Schaltwiderstand (7) für einen elektrisches Schaltgerät (1) mit einem elektrisch leitenden Widerstandsmaterial (9), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Widerstandsmaterial (9) ein Widerstandsmaterial auf Kunststoffbasis ist.
2. Schaltwiderstand nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Widerstandsmaterial (9) ein elektrisch leitfähiger Kunst¬ stoff ist.
3. Schaltwiderstand (7) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Widerstandsmaterial (9) ein nicht leitendes Kunststoffma¬ terial und einen leitfähigen Zusatzstoff umfasst.
4. Schaltwiderstand (7) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der leitfähige Zusatzstoff Graphit ist.
5. Schaltwiderstand (7) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der leitfähige Zusatzstoff Ruß ist.
6. Schaltwiderstand (7) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der leitfähige Zusatzstoff ein Metall in Form von Pulver oder Fäden ist.
7. Schaltwiderstand (7) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der leitfähige Zusatzstoff Fullerene umfasst.
8. Schaltwiderstand (7) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der leitfähige Zusatzstoff mit einem überperkolativen Füll¬ grad im Kunststoff vorliegt.
9. Schaltwiderstand (7) nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass er ein Gemisch aus Widerstandsmaterial (9) und wenigstens ei¬ nem makroskopischen Füllstoff (10) mit einem hohen elektrischen Widerstand umfasst.
10. Schaltwiderstand (7) nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der makroskopische Füllstoff in Form von Füllstoffpartikeln (10) mit Abmessungen zwischen 0,1 mm und 10 mm vorliegt.
11. Schaltwiderstand (7) nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der makroskopische Füllstoff in Form von sphärischen Parti¬ keln (10), insbesondere sphärischen Glas- und/oder Kunst- stoffpartikeln, mit einem hohen spezifischen Widerstand vor- liegt.
12. Schaltwiderstand (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Widerstandsmaterial (9) einen mechanisch festen Kunst¬ stoff umfasst.
13. Schaltwiderstand (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Widerstandsmaterial (9) in Form eines Gussteils vorliegt.
14. Elektrisches Schaltgerät (1) mit einem Schaltwiderstand (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
15. Elektrisches Schaltgerät (1) , g e k e n n z e i c h n e t d u r c h seine Ausgestaltung als Hochspannungs-Leistungsschalter .
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