WO2010139540A1 - Leistungsschalter - Google Patents

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WO2010139540A1
WO2010139540A1 PCT/EP2010/056561 EP2010056561W WO2010139540A1 WO 2010139540 A1 WO2010139540 A1 WO 2010139540A1 EP 2010056561 W EP2010056561 W EP 2010056561W WO 2010139540 A1 WO2010139540 A1 WO 2010139540A1
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WO
WIPO (PCT)
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contact
contact elements
circuit breaker
carbon fiber
fiber material
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/056561
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English (en)
French (fr)
Inventor
Vladimir Danov
Arno DÖBBELER
Bernd Gromoll
Werner Hartmann
Thomas Matschullat
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/62—Heating or cooling of contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/6606—Terminal arrangements
    • H01H2033/6613—Cooling arrangements directly associated with the terminal arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/6606—Terminal arrangements

Definitions

  • the invention relates to a circuit breaker, in particular a vacuum interrupter, comprising two contact elements, which are each connected at their ends facing each other with at least one contact piece, wherein the contact elements are movable relative to each other such that the respective contact pieces are brought into contact with each other.
  • Circuit breakers in particular vacuum interrupters of this type are well known, inter alia from DE 299 01 094 Ul.
  • WO 2008/071793 A1 discloses an electrical contact element with a contact body or contact piece which comprises metal and, inter alia, carbon fibers.
  • DE 42 12 740 Al describes a high voltage switch with a cap made of erosion-resistant material, which is formed of graphite or fiber-reinforced carbon.
  • Circuit breakers in particular vacuum interrupters are structurally designed such that they have a high rated current carrying capacity. To ensure that the contact pieces of a circuit breaker do not overheat at rated current load during continuous operation, the resulting heat must be removed from the contact pieces. In a vacuum interrupter, the heat from the contact pieces can be dissipated either by heat conduction through the contact elements or to a small extent by heat radiation.
  • Contact elements made of pure copper provided with an axial bore, in which, for example, a heat pipe is used.
  • Contact elements made of pure copper were previously used preferably in circuit breakers, since copper at a temperature of 20 0 C has a high thermal conductivity of about 384 W / mK and good electrical conductivity of about 57 m / ⁇ mm 2 .
  • a circuit breaker comprising two contact elements which are each connected at their mutually facing ends with at least one contact piece, wherein the contact elements are movable relative to each other such that the respective contact pieces with each other in
  • At least one of the contact elements is at least partially formed of a carbon fiber material having a thermal conductivity of greater than 400 W / mK at least in one direction at a temperature of 20 0 C.
  • carbon fiber material is meant a 100% carbon material formed by a plurality of carbon fibers.
  • Carbon fiber materials having at a temperature of 20 0 C at least in one direction, a thermal conductivity greater than 400 W / mK, up to 1000 W / mK, for example, on the Fa. CyTec, USA, available.
  • Carbon fiber material is in the fiber longitudinal direction at 20 0 C about 0.279 m / ⁇ mm 2 and is thus lower than the specific electrical conductivity of copper. Due to the high thermal conductivity of the carbon fiber material, a particularly effective dissipation of the heat generated at the contact pieces of the circuit breaker is possible, so that the performance or rated current carrying capacity of the vacuum interrupter can be increased. In addition, the carbon fiber material has the advantage that it is insensitive to vibrations during switching operations and can be operated easily in any spatial position.
  • the circuit breaker is particularly preferably a vacuum interrupter, comprising a housing with a vacuum interrupter space and two guided through the housing in the vacuum interrupter contact elements which are connected at its arranged in the vacuum interchangeable end with at least one contact piece, wherein the contact elements are movable relative to each other such that the respective contact pieces are in contact with each engageable, and wherein at least one of the contact elements is at least partially formed from the carbon fiber material having at a temperature of 20 0 C at least in one direction, a thermal conductivity greater than 400 W / mK.
  • circuit breaker may also be, for example, an outdoor switch, an air-insulated switch, a flow switch, a Blaskolbenschalteer, a gas blast switch, a differently encapsulated switch, etc.
  • the contact elements of the circuit breaker are movable relative to each other such that the respective contact pieces are brought into contact with each other.
  • one of the contact elements movable and one of the contact elements rigid, in a vacuum interrupter For example, be attached to the housing of the vacuum interrupter.
  • both contact elements can be movable.
  • a Federbalgdichtung or the like is used.
  • the contact pieces of a circuit breaker are preferably formed of pure copper and often have a special coating on the surfaces at which the contacts attached to the different contact elements touch each other, which significantly determines the life of the circuit breaker.
  • both contact elements of a circuit breaker are formed at least partially from the carbon fiber material.
  • both contact elements of a circuit breaker are formed at least partially from the carbon fiber material.
  • At least one of the contact elements further comprises a metal with which the carbon fiber material is at least partially encased.
  • metal encompasses both pure metals and metal alloys. This coating allows a particularly gas-tight seal between the contact element and the vacuum switching chamber of a vacuum interrupter
  • circuit breaker in general can be improved thereby the specific electrical conductivity of the contact element and the reduced copper specific electrical conductivity of the carbon fiber material can be at least partially compensated.
  • the metal forms a tube which is at least partially filled with the carbon fiber material.
  • the tube can with a contact piece and / or an electrical connection line and / or the housing of a
  • Vacuum interrupter and the like are soldered or welded.
  • the carbon fiber material is preferably previously graphitized.
  • the currently relatively expensive pure copper comes into consideration.
  • metals which have a thermal conductivity of significantly less than about 400 W / mK at a temperature of 20 0 C can be used easily. Only the specific electrical conductivity for the contact element must be sufficiently high overall to achieve the required rated current carrying capacity.
  • metals such as aluminum, aluminum alloys, steel or copper alloys have proven to be suitable.
  • Thermal conductivity which these metals have over pure copper, is easily compensated by the high thermal conductivity of the carbon fiber material.
  • At least one of the contact elements is tubular and encloses a heat sink, in particular in the form of a heat pipe.
  • the heat sink is preferably partially embedded in the carbon fiber material.
  • FIGS. 1 to 3 show by way of example possible embodiments of circuit breakers according to the invention in the form of vacuum interrupters. So shows
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a circuit breaker in
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a circuit breaker in the form of a vacuum interrupter with contact elements made of metal and carbon fiber material; and 3 shows a longitudinal section through a circuit breaker in the form of a vacuum interrupter with contact elements made of metal, carbon fiber material and a heat sink.
  • FIG. 1 shows a circuit breaker in the form of a vacuum interrupter 1 in longitudinal section comprising a housing 9 with a vacuum interrupter 9a and two guided through the housing 9 in the vacuum interrupter 9a contact elements 2a, 2b, which at its arranged in the vacuum interrupter 9a end each with a contact piece 8a, 8b are connected.
  • a dielectric shield 5 In the housing 9 is a dielectric shield 5.
  • the contact elements 2a, 2b are movable relative to each other, so that the contact pieces 8a, 8b are brought into contact with each other. While a contact element 2a is rigidly fixed to the housing 9, the other contact element 2b is connected to the housing 9 by means of a bellows seal 7.
  • the Federbalgdichtung 7 allows a switching operation, a movement of the contact element 2b in the direction of the contact element 2a and away from this (see double arrow).
  • the contact pieces 8a, 8b which are formed for example from copper, are optionally coatings 8c, 8d, which increase the life of the vacuum interrupter 1.
  • the coatings 8c, 8d are intended to increase the wear resistance of the contact pieces 8a, 8b and to improve the current transfer between the contact pieces 8a, 8b.
  • the contact elements 2 a, 2 b are each formed from a carbon fiber material 3 a, 3 b, which has a thermal conductivity of greater than 400 W / mK only in the direction of the longitudinal axis of the contact elements 2 a, 2 b at a temperature of 20 ° C.
  • the contact elements 2a, 2b are graphitized at their ends. At the ends of the contact elements 2a, 2b, which are located in the vacuum switching chamber 9a, they are soldered to one of the contact pieces 8a, 8b.
  • the ends of the contact elements 2 a, 2 b located outside the vacuum switch chamber 9 a can be connected to electrical lines, for example by soldering.
  • the high thermal conductivity of the contact elements 2a, 2b in the direction of the longitudinal axis of the contact elements allows a quick and directed removal of heat generated at the contact pieces 8a, 8b from the housing.
  • FIG. 2 shows a circuit breaker in the form of a
  • Vacuum interrupter 10 in longitudinal section which differs from that shown in Figure 1 only by the structure of their contact elements 2c, 2d.
  • the contact elements 2c, 2d are each formed here of a carbon fiber material 3c, 3d encased with metal 4a, 4b, which has a thermal conductivity of greater than 400 W / mK at a temperature of 20 ° C. at least in the direction of the longitudinal axis of the contact elements 2c, 2d ,
  • the contact elements 2c, 2d are graphitized in the region of the carbon fiber material 3c, 3d at their ends.
  • the metal 4a, 4b is here designed in the form of a tube whose tube opening fills the carbon fiber material 3c, 3d.
  • the metal 4a, 4b is in this case made of aluminum or steel, but may also be made of copper, a copper alloy. Made of an aluminum alloy, etc.
  • the high thermal conductivity of the contact elements 2c, 2d at least in the direction of the longitudinal axis of the contact elements allows rapid dissipation of the resulting heat at the contact pieces 8a, 8b from the housing 9.
  • the metal 4a, 4b is due to its good electrical conductivity in addition to the carbon fiber material 3c, 3d as an additional electrical conductor, over which a part of the rated current is passed.
  • FIG. 3 shows a circuit breaker in the form of a vacuum interrupter 100 in a longitudinal section, which differs from that shown in FIGS. 1 and 2 merely by the structure their contact elements 2e, 2f different.
  • the same reference numerals in FIGS. 1 to 2 designate the same components.
  • the contact elements 2e, 2f are each formed here of a carbon fiber material 3e, 3f encased in metal 4c, 4d, which has a thermal conductivity of greater than 400 W / mK at least in the direction of the longitudinal axis of the contact elements 2e, 2f at a temperature of 20 ° C.
  • the contact elements 2e, 2f are each tubular, with a respective heat sink 6a, 6b being located in the tube opening.
  • the heat sinks 6a, 6b are here designed, for example, as heat pipes, the operation of which, for example, from DE 299 01 094 Ul is well known.
  • the contact elements 2e, 2f are graphitized in the region of the carbon fiber material 3e, 3f at their ends. At the ends of the contact elements 2e, 2f, which are located in the vacuum switching chamber 9a, these are each soldered to one of the contact pieces 8a, 8b, which are formed for example of copper.
  • the ends of the contact elements 2e, 2f located outside of the vacuum switch chamber 9a can be connected to electrical lines.
  • the metal 4c, 4d is in the form of a tube whose tube opening partially fills the likewise tubular carbon fiber material 3e, 3f.
  • the metal 4c, 4d is made of aluminum or steel in this case, but may be formed of copper, a copper alloy, an aluminum alloy and so on.
  • Thermal conductivity of the contact elements 2e, 2f at least in the direction of the longitudinal axis of the contact elements 2e, 2f in conjunction with the heat sinks 6a, 6b allows a particularly rapid and directed removal of heat generated at the contact pieces 8a, 8b from the housing 9.
  • the metal 4c, 4d Due to its good electrical conductivity, it serves, in addition to the carbon fiber material 3e, 3f, as an additional electrical conductor, via which a part of the rated current is conducted.
  • circuit breakers or vacuum interrupters are known, which are not shown in Figures 1 to 3.
  • a transmission of the inventive concept on circuit breakers such as outdoor switches, air-insulated switches, flow switches, Blaskolbenschalteer, gas blast switch, other types of encapsulated switches, etc. is thus readily possible for a person skilled in the art.

Landscapes

  • Contacts (AREA)
  • Circuit Breakers (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter, umfassend zwei Kontaktelemente (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f), die an ihren zueinander zeigenden Enden mit jeweils mindestens einem Kontaktstück (8a, 8b) verbunden sind, wobei die Kontaktelemente (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) relativ zueinander beweglich sind derart, dass die jeweiligen Kontaktstücke (8a, 8b) miteinander in Berührung bringbar sind, wobei mindestens eines der Kontaktelemente (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) zumindest teilweise aus einem Kohlenstoff fasermaterial (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) gebildet ist, das bei einer Temperatur von 20°C zumindest in einer Richtung eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 400 W/mK aufweist.

Description

Beschreibung
Leistungsschalter
Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter, insbesondere eine Vakuumschaltröhre, umfassend zwei Kontaktelemente, die an ihren zueinander zeigenden Enden jeweils mit mindestens einem Kontaktstück verbunden sind, wobei die Kontaktelemente relativ zueinander beweglich sind derart, dass die jeweiligen Kontaktstücke miteinander in Berührung bringbar sind.
Leistungsschalter, insbesondere Vakuumschaltröhren dieser Art sind unter anderem aus der DE 299 01 094 Ul hinreichend bekannt .
Die WO 2008/071793 Al offenbart ein elektrisches Kontaktelement mit einem Kontaktkörper bzw. Kontaktstück, das Metall und weiterhin unter anderem Kohlenstofffasern umfasst.
Die DE 42 12 740 Al beschreibt einen Hochspannungsschalter mit einer Kappe aus abbrandfestem Material, das aus Graphit oder faserverstärktem Kohlenstoff gebildet ist.
Leistungsschalter, insbesondere Vakuumschaltröhren sind konstruktiv derart auszulegen, dass diese eine hohe Nennstromtragfähigkeit aufweisen. Damit sich die Kontaktstücke eines Leistungsschalters bei Nennstrombelastung im Dauerbetrieb nicht übermäßig erhitzen, muss die entstehende Wärme von den Kontaktstücken abgeführt werden. In einer Vakuumschaltröhre kann die Wärme von den Kontaktstücken entweder durch Wärmeleitung über die Kontaktelemente oder in geringem Umfang durch Wärmestrahlung abgeführt werden.
Die DE 299 01 094 Ul offenbart hier bereits einen Einsatz von Kühlkörpern im Bereich der Kontaktelemente. Dabei werden
Kontaktelemente aus reinem Kupfer mit einer axialen Bohrung versehen, in welche beispielsweise ein Wärmerohr eingesetzt wird. Kontaktelemente aus reinem Kupfer wurden bisher bevorzugt in Leistungsschaltern eingesetzt, da Kupfer bei einer Temperatur von 200C eine hohe Wärmeleitfähigkeit von etwa 384 W/mK und gute spezifische elektrische Leitfähigkeit von etwa 57 m/Ωmm2 aufweist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, Leistungsschalter mit verbesserten Kontaktelementen anzugeben, die sowohl eine hohe Wärmeableitung wie auch Nennstromtragfähigkeit gewährleisten.
Die Aufgabe wird durch einen Leistungsschalter, umfassend zwei Kontaktelemente, die an ihren zueinander zeigenden Enden jeweils mit mindestens einem Kontaktstück verbunden sind, wobei die Kontaktelemente relativ zueinander beweglich sind derart, dass die jeweiligen Kontaktstücke miteinander in
Berührung bringbar sind, gelöst, indem mindestens eines der Kontaktelemente zumindest teilweise aus einem Kohlenstofffasermaterial gebildet ist, das bei einer Temperatur von 200C zumindest in einer Richtung eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 400 W/mK aufweist.
Unter einem „Kohlenstofffasermaterial" wird ein zu 100% aus Kohlenstoff bestehendes Material verstanden, das durch eine Vielzahl an Kohlenstofffasern gebildet ist.
Kohlenstofffasermaterialien, die bei einer Temperatur von 200C zumindest in einer Richtung eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 400 W/mK, bis hin zu 1000 W/mK, aufweisen, sind beispielsweise über die Fa. CyTec, USA, verfügbar. Die spezifische elektrische Leitfähigkeit eines solchen
Kohlenstofffasermaterials beträgt in Faserlängsrichtung bei 200C etwa 0,279 m/Ωmm2 und ist damit niedriger als die spezifische elektrische Leitfähigkeit von Kupfer. Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Kohlenstofffasermaterials ist eine besonders effektive Ableitung der an den Kontaktstücken des Leistungsschalters entstehenden Wärme möglich, so dass die Leistung bzw. Nennstromtragfähigkeit der Vakuumschaltröhre gesteigert werden kann. Zudem besitzt das Kohlenstofffasermaterial den Vorteil, dass es unempfindlich gegenüber Erschütterungen bei Schaltvorgängen ist und in jeder beliebigen Raumlage problemlos betrieben werden kann.
Der Leistungsschalter ist besonders bevorzugt eine Vakuumschaltröhre, umfassend ein Gehäuse mit einem Vakuumschaltraum sowie zwei durch das Gehäuse in den Vakuumschaltraum geführte Kontaktelemente, die an ihrem im Vakuumschaltraum angeordneten Ende mit jeweils mindestens einem Kontaktstück verbunden sind, wobei die Kontaktelemente relativ zueinander beweglich sind derart, dass die jeweiligen Kontaktstücke miteinander in Berührung bringbar sind, und wobei mindestens eines der Kontaktelemente zumindest teilweise aus dem Kohlenstofffasermaterial gebildet ist, das bei einer Temperatur von 200C zumindest in einer Richtung eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 400 W/mK aufweist.
Der Leistungsschalter kann aber beispielsweise auch ein Freiluftschalter, ein luftisolierte Schalter, ein Strömungsschalter, ein Blaskolbenschalteer, ein Druckgasschalter, ein andersartig gekapselter Schalter usw. sein .
Die Kontaktelemente des Leistungsschalters sind relativ zueinander beweglich derart, dass die jeweiligen Kontaktstücke miteinander in Berührung bringbar sind. Dazu kann eines der Kontaktelemente beweglich und eines der Kontaktelemente starr, bei einer Vakuumschaltröhre beispielsweise am Gehäuse der Vakuumschaltröhre, befestigt sein. Ebenso können aber beide Kontaktelemente beweglich sein. Um ein bewegliches Kontaktelement beispielsweise durch das Gehäuse in den Vakuumschaltraum zu führen, wird unter anderem eine Federbalgdichtung oder dergleichen verwendet.
Die Kontaktstücke eines Leistungsschalters sind bevorzugt aus reinem Kupfer gebildet und weisen häufig an den Flächen, an denen die an den unterschiedlichen Kontaktelementen befestigten Kontaktstücke einander berühren, eine spezielle Beschichtung auf, die die Lebensdauer des Leistungsschalters wesentlich bestimmt.
Es hat sich insbesondere für eine Vakuumschaltröhre bewährt, wenn die Richtung, in der das Kohlenstofffasermaterial bei einer Temperatur von 200C eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 400 W/mK aufweist, sich parallel zu einer Achse erstreckt, die durch das im Vakuumschaltraum angeordnete Ende und ein außerhalb des Vakuumschaltraums angeordnetes Ende des Kontaktelements verläuft. Dadurch wird die Wärme zuverlässig von dem am Kontaktelement angeordneten mindestens einen Kontaktstück weg und aus dem Vakuumschaltraum hinaus gerichtet abgeleitet.
Besonders bevorzugt ist es, wenn beide Kontaktelemente eines Leistungsschalters zumindest teilweise aus dem Kohlenstofffasermaterial gebildet sind. So wird eine möglichst gleichmäßige Wärmeableitung von den Kontaktstücken über beide Kontaktelemente erreicht.
Besonders bewährt hat sich der Einsatz eines Kohlenstofffasermaterials, das bei einer Temperatur von 20°C in zumindest der einen Richtung eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 700 W/mK aufweist. Eine derart hohe Wärmeleitfähigkeit verhindert zuverlässig eine Überhitzung im Bereich der Kontaktstücke.
Bevorzugt umfasst mindestens eines der Kontaktelemente weiterhin ein Metall, mit welchem das Kohlenstofffaser- material zumindest teilweise ummantelt ist. Der Begriff „Metall" umfasst dabei sowohl reine Metalle wie auch Metall- Legierungen. Diese Ummantelung ermöglicht eine besonders gasdichte Abdichtung zwischen dem Kontaktelement und dem Vakuumschaltraum einer Vakuumschaltröhre. Für
Leistungsschalter allgemein kann dadurch zudem die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Kontaktelements verbessert und die gegenüber Kupfer verringerte spezifische elektrische Leitfähigkeit des Kohlenstofffasermaterials zumindest teilweise ausgeglichen werden.
Es ist von Vorteil, wenn das Metall ein Rohr bildet, welches mit dem Kohlenstofffasermaterial zumindest teilweise gefüllt ist. Das Rohr kann mit einem Kontaktstück und/oder einer elektrischen Anschlussleitung und/oder dem Gehäuse einer
Vakuumschaltröhre und dergleichen verlötet oder verschweißt werden .
Zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen dem Kontaktelement und dem mindestens einen Kontaktstück sowie dem Kontaktelement und einer elektrischen Leitung ist ein Verlöten des Kohlenstofffasermaterials mit dem mindestens einen Kontaktstück bzw. einer elektrischen Anschlussleitung möglich. Das Kohlenstofffasermaterial wird zuvor bevorzugt graphitisiert .
Als Metall, mit welchem das Kohlenstofffasermaterial zumindest teilweise ummantelt ist, kommt beispielsweise das derzeit relativ teure reine Kupfer in Betracht. Insbesondere können auch Metalle, die bei einer Temperatur von 200C eine Wärmeleitfähigkeit von deutlich kleiner als etwa 400 W/mK aufweisen, problemlos verwendet werden. Lediglich die spezifische elektrische Leitfähigkeit für das Kontaktelement muss insgesamt ausreichend hoch sein, um die geforderte Nennstromtragfähigkeit zu erreichen.
Als kostengünstiger Ersatz für reines Kupfer haben sich Metalle wie Aluminium, Aluminiumlegierungen, Stahl oder Kupferlegierungen als geeignet erwiesen. Die geringere
Wärmeleitfähigkeit, die diese Metalle gegenüber reinem Kupfer aufweisen, wird durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Kohlenstofffasermaterials ohne weiteres ausgeglichen.
Um die Wärmeabführung von den Kontaktstücken eines Leistungsschalters durch Wärmeleitung über die Kontaktelemente noch einmal zu steigern, hat es sich bewährt, wenn zumindest eines der Kontaktelemente rohrförmig ausgebildet ist und einen Kühlkörper, insbesondere in Form eines Wärmerohres, umschließt. Der Kühlkörper wird dabei bevorzugt teilweise in das Kohlenstofffasermaterial eingebettet .
Die FIGen 1 bis 3 zeigen beispielhaft mögliche Ausgestaltungen erfindungsgemäßer Leistungsschalter in Form von Vakuumschaltröhren. So zeigt
FIG 1 einen Längsschnitt durch einen Leistungsschalter in
Form einer Vakuumschaltröhre mit Kontaktelementen aus Kohlenstofffasermaterial;
FIG 2 einen Längsschnitt durch einen Leistungsschalter in Form einer Vakuumschaltröhre mit Kontaktelementen aus Metall und Kohlenstofffasermaterial; und FIG 3 einen Längsschnitt durch einen Leistungsschalter in Form einer Vakuumschaltröhre mit Kontaktelementen aus Metall, Kohlenstofffasermaterial und einem Kühlkörper .
FIG 1 zeigt einen Leistungsschalter in Form einer Vakuumschaltröhre 1 im Längsschnitt umfassend ein Gehäuse 9 mit einem Vakuumschaltraum 9a sowie zwei durch das Gehäuse 9 in den Vakuumschaltraum 9a geführte Kontaktelemente 2a, 2b, die an ihrem im Vakuumschaltraum 9a angeordneten Ende jeweils mit einem Kontaktstück 8a, 8b verbunden sind. Im Gehäuse 9 befindet sich eine dielektrische Schirmung 5. Die Kontaktelemente 2a, 2b sind relativ zueinander beweglich, so dass die Kontaktstücke 8a, 8b miteinander in Berührung bringbar sind. Während ein Kontaktelement 2a starr am Gehäuse 9 fixiert ist, ist das andere Kontaktelement 2b mittels einer Federbalgdichtung 7 mit dem Gehäuse 9 verbunden. Die Federbalgdichtung 7 ermöglicht bei einem Schaltvorgang eine Bewegung des Kontaktelements 2b in Richtung des Kontaktelements 2a bzw. von diesem weg (siehe Doppelpfeil) . Im Bereich der Kontaktflächen der Kontaktstücke 8a, 8b, die beispielsweise aus Kupfer gebildet sind, befinden sich optional Beschichtungen 8c, 8d, welche die Lebensdauer der Vakuumschaltröhre 1 erhöhen. Die Beschichtungen 8c, 8d sollen insbesondere die Verschleißfestigkeit der Kontaktstücke 8a, 8b erhöhen und den Stromübergang zwischen den Kontaktstücken 8a, 8b verbessern. Die Kontaktelemente 2a, 2b sind hier jeweils aus einem Kohlenstofffasermaterial 3a, 3b gebildet, das bei einer Temperatur von 200C lediglich in Richtung der Längsachse der Kontaktelemente 2a, 2b eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 400 W/mK aufweist. Die Kontaktelemente 2a, 2b sind an ihren Enden graphitisiert . An den Enden der Kontaktelemente 2a, 2b, die sich im Vakuumschaltraum 9a befinden, sind diese mit je einem der Kontaktstücke 8a, 8b verlötet. Die sich außerhalb des Vakuumschaltraums 9a befindenden Enden der Kontaktelemente 2a, 2b können mit elektrischen Leitungen verbunden werden, beispielsweise durch Löten. Die hohe Wärmeleitfähigkeit der Kontaktelemente 2a, 2b in Richtung der Längsachse der Kontaktelemente ermöglicht eine schnelle und gerichtete Abführung der an den Kontaktstücken 8a, 8b entstehenden Wärme aus dem Gehäuse 9.
FIG 2 zeigt einen Leistungsschalter in Form einer
Vakuumschaltröhre 10 im Längsschnitt, die sich von der in FIG 1 dargestellten lediglich durch den Aufbau ihrer Kontaktelemente 2c, 2d unterscheidet. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren 1 und 2 bezeichnen gleiche Bauteile. Die Kontaktelemente 2c, 2d sind hier jeweils aus einem mit Metall 4a, 4b ummantelten Kohlenstofffasermaterial 3c, 3d gebildet, das bei einer Temperatur von 200C zumindest in Richtung der Längsachse der Kontaktelemente 2c, 2d eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 400 W/mK aufweist. Die Kontaktelemente 2c, 2d sind im Bereich des Kohlenstofffasermaterials 3c, 3d an ihren Enden graphitisiert . An den Enden der Kontaktelemente 2c, 2d, die sich im Vakuumschaltraum 9a befinden, sind diese mit je einem der Kontaktstücke 8a, 8b verlötet, die beispielsweise aus Kupfer gebildet sind. Die sich außerhalb des Vakuumschaltraums 9a befindenden Enden der Kontaktelemente 2c, 2d können mit elektrischen Leitungen verbunden werden, beispielsweise ebenfalls durch Löten. Das Metall 4a, 4b ist hier in Form eines Rohres ausgebildet, dessen Rohröffnung das Kohlenstofffasermaterial 3c, 3d ausfüllt. Das Metall 4a, 4b ist in diesem Fall aus Aluminium oder Stahl gebildet, kann aber auch aus Kupfer, einer Kupferlegierung. Einer Aluminiumlegierung usw. gebildet sein. Die hohe Wärmeleitfähigkeit der Kontaktelemente 2c, 2d zumindest in Richtung der Längsachse der Kontaktelemente ermöglicht eine schnelle Abführung der an den Kontaktstücken 8a, 8b entstehenden Wärme aus dem Gehäuse 9. Das Metall 4a, 4b dient aufgrund seiner guten elektrischen Leitfähigkeit neben dem Kohlenstofffasermaterial 3c, 3d als zusätzlicher elektrischer Leiter, über welchen ein Teil des Nennstroms geführt wird.
FIG 3 zeigt einen Leistungsschalter in Form einer Vakuumschaltröhre 100 im Längsschnitt, die sich von den in den Figuren 1 und 2 dargestellten lediglich durch den Aufbau ihrer Kontaktelemente 2e, 2f unterscheidet. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren 1 bis 2 bezeichnen gleiche Bauteile. Die Kontaktelemente 2e, 2f sind hier jeweils aus einem mit Metall 4c, 4d ummantelten Kohlenstofffasermaterial 3e, 3f gebildet, das bei einer Temperatur von 200C zumindest in Richtung der Längsachse der Kontaktelemente 2e, 2f eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 400 W/mK aufweist. Die Kontaktelemente 2e, 2f sind jeweils rohrförmig ausgebildet, wobei sich in der Röhröffnung jeweils ein Kühlkörper 6a, 6b befindet. Die Kühlkörper 6a, 6b sind hier beispielsweise als Wärmerohre ausgeführt, deren Funktionsweise z.B. aus der DE 299 01 094 Ul hinreichend bekannt ist. Die Kontaktelemente 2e, 2f sind im Bereich des Kohlenstofffasermaterials 3e, 3f an ihren Enden graphitisiert . An den Enden der Kontaktelemente 2e, 2f, die sich im Vakuumschaltraum 9a befinden, sind diese mit je einem der Kontaktstücke 8a, 8b verlötet, die beispielsweise aus Kupfer gebildet sind. Die sich außerhalb des Vakuumschaltraums 9a befindenden Enden der Kontaktelemente 2e, 2f können mit elektrischen Leitungen verbunden werden. Das Metall 4c, 4d ist in Form eines Rohres ausgebildet, dessen Rohröffnung das ebenfalls rohrförmige Kohlenstofffasermaterial 3e, 3f teilweise ausfüllt. Das Metall 4c, 4d ist in diesem Fall aus Aluminium oder Stahl gebildet, kann aber auch aus Kupfer, einer Kupferlegierung, einer Aluminiumlegierung usw. gebildet sein. Die hohe
Wärmeleitfähigkeit der Kontaktelemente 2e, 2f zumindest in Richtung der Längsachse der Kontaktelemente 2e, 2f ermöglicht im Zusammenspiel mit den Kühlkörpern 6a, 6b eine besonders schnelle und gerichtete Abführung der an den Kontaktstücken 8a, 8b entstehenden Wärme aus dem Gehäuse 9. Das Metall 4c, 4d dient aufgrund seiner guten elektrischen Leitfähigkeit neben dem Kohlenstofffasermaterial 3e, 3f als zusätzlicher elektrischer Leiter, über welchen ein Teil des Nennstroms geführt wird.
Einem Fachmann sind selbstverständlich diverse alternative Bauweisen von Leistungsschaltern oder Vakuumschaltröhren bekannt, die in den Figuren 1 bis 3 nicht dargestellt sind. Eine Übertragung des Erfindungsgedankens auf Leistungsschalter wie beispielsweise Freiluftschalter, luftisolierte Schalter, Strömungsschalter, Blaskolbenschalteer, Druckgasschalter, andere Arten gekapselter Schalter usw. ist einem Fachmann somit ohne weiteres möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Leistungsschalter, umfassend zwei Kontaktelemente (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) , die an ihren zueinander zeigenden Enden jeweils mit mindestens einem Kontaktstück (8a, 8b) verbunden sind, wobei die Kontaktelemente (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) relativ zueinander beweglich sind derart, dass die jeweiligen Kontaktstücke (8a, 8b) miteinander in Berührung bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Kontaktelemente (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) zumindest teilweise aus einem Kohlenstofffasermaterial (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) gebildet ist, das bei einer Temperatur von 200C zumindest in einer Richtung eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 400 W/mK aufweist.
2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, wobei der Leistungsschalter als eine Vakuumschaltröhre (1, 10, 100) ausgebildet ist, welche ein Gehäuse (9) mit einem Vakuumschaltraum (9a) sowie zwei durch das Gehäuse (9) in den Vakuumschaltraum (9a) geführte Kontaktelemente (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) umfasst, die an ihrem im Vakuumschaltraum (9a) angeordneten Ende mit jeweils mindestens einem der Kontaktstücke (8a, 8b) verbunden sind.
3. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung, in der das Kohlenstofffasermaterial (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) bei einer Temperatur von 200C eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 400 W/mK aufweist, sich parallel zu einer Achse erstreckt, die durch das im Vakuumschaltraum (9a) angeordnete Ende und ein außerhalb des Vakuumschaltraums (9a) angeordnetes Ende des Kontaktelements (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) verläuft.
4. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kontaktelemente (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) zumindest teilweise aus dem Kohlenstofffasermaterial (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) gebildet sind.
5. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenstofffasermaterial
(3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) bei einer Temperatur von 200C in zumindest der einen Richtung eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 700 W/mK aufweist.
6. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Kontaktelemente (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) weiterhin ein Metall (4a, 4b, 4c, 4d) umfasst, mit welchem das
Kohlenstofffasermaterial (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) zumindest teilweise ummantelt ist.
7. Leistungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall (4a, 4b, 4c, 4d) ein Rohr bildet, welches mit dem Kohlenstofffasermaterial (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) zumindest teilweise gefüllt ist.
8. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall (4a, 4b, 4c, 4d) bei einer Temperatur von 200C eine Wärmeleitfähigkeit von kleiner als 400 W/mK aufweist.
9. Leistungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall durch Aluminium, Stahl oder eine Kupferlegierung gebildet ist.
10. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Kontaktelemente (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) rohrförmig ausgebildet ist und einen Kühlkörper (6a, 6b) umschließt.
11. Leistungsschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6a, 6b) durch ein Wärmerohr gebildet ist.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1125734A (en) * 1966-08-23 1968-08-28 Ass Elect Ind Improvements in or relating to switching devices
DE29901094U1 (de) * 1999-01-22 1999-04-08 Kloeckner Moeller Gmbh Vakuumschaltröhre
WO2006092380A1 (de) * 2005-03-03 2006-09-08 Siemens Aktiengesellschaft Schaltgerät mit wärmerohr
WO2008071793A1 (en) * 2006-12-15 2008-06-19 Abb Research Ltd Contact element

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4212740C2 (de) * 1992-04-16 1997-02-27 Asea Brown Boveri Hochspannungsschalter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1125734A (en) * 1966-08-23 1968-08-28 Ass Elect Ind Improvements in or relating to switching devices
DE29901094U1 (de) * 1999-01-22 1999-04-08 Kloeckner Moeller Gmbh Vakuumschaltröhre
WO2006092380A1 (de) * 2005-03-03 2006-09-08 Siemens Aktiengesellschaft Schaltgerät mit wärmerohr
WO2008071793A1 (en) * 2006-12-15 2008-06-19 Abb Research Ltd Contact element

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