DE19904930C2 - Switches for use in SF6 medium-voltage switchgear - Google Patents

Switches for use in SF6 medium-voltage switchgear

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Abstract

The switch has a contact blade (1), a fixed contact and an arc-quenching device. The contact blade has a contact surface (8) is formed by a contact head (10) which is considerably thicker than a shaft (7). The contact head includes a tip (11) made of a material that is resistant to high temperatures as it is subjected to heat due to arcing when switching.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter mit als Kontaktmesser ausgebildeten beweglichen Schalt­ kontakten für den Einsatz in SF6-Mittelspannungsschaltanlagen, insbesondere einen Drei-Stel­ lungs-Leistungsschalter, dessen Phasen jeweils eine Löschspule als Lichtbogenlöscheinrich­ tung zugeordnet ist.The invention relates to a switch designed as a contact knife movable switching contacts for use in SF 6 medium-voltage switchgear, in particular a three-position circuit breaker, the phases of which are assigned to each quenching coil as an arc quenching device.

Ein Drei-Stellungs-Leistungsschalter mit den Stellungen EIN-AUS-GEERDET muß mit seinem Kontaktsystem in den Lage sein, die Nenn- und Kurzschlußströme sicher zu tragen und zu schalten, ohne daß die Kontakte verschweißen oder mechanisch versagen. Die Schaltfähigkeit wird u. a. dadurch sichergestellt, daß der beim Schalten entstehende Lichtbogen zwischen dem Festkontakt und dem beweglichen Schaltkontakt der jeweiligen Phase möglichst kurz gehalten und durch eine Lichtbogenlöscheinrichtung rasch gelöscht wird, so daß die Temperaturbela­ stung an den Kontakten niedrig bleibt. Für das Schalten der beweglichen Schaltkontakte eines Drei-Stellungs-Leistungsschalters sind erhebliche Kräfte erforderlich.A three-position circuit breaker with the ON-OFF-GROUNDED positions must be connected to its Contact system to be able to safely carry the rated and short-circuit currents switch without the contacts welding or failing mechanically. The switching ability we you. a. thereby ensuring that the arc generated during switching between the Fixed contact and the movable switching contact of the respective phase kept as short as possible and is quickly extinguished by an arc extinguisher so that the temperature contact remains low. For switching the movable switch contacts one Three position circuit breakers require considerable force.

Einem durch eine hohe Temperaturbelastung verursachten Abbrand an den Kontakten wird in bekannter Weise dadurch begegnet, daß aus einem abbrandfesten Material bestehende Kon­ takte eingesetzt werden. So ist aus der AT 228 318 ein elektrischer Kontakt für Hochspan­ nungsschalter bekannt, der als Sinterteil erstellt wird. Dazu wird Wolframpulver mit einer metal­ lischen Bindephase aus Eisen-Nickel oder Kupfer-Nickel gemischt und in reduzierender Atmo­ sphäre gesintert, wobei der Wolfram-Anteil 85 bis 95% beträgt. Aus der CH 49 70 34 ist ein elektrischer Kontakt bekannt, der durch Tränken eines Wolfram-Skelettkörpers mit einer Kup­ fer-Chrom-Legierung hergestellt ist. Bei dem Tränkprozeß dringt die Kupfer-Chrom-Legierung in den porösen Wolfram-Skelettkörper ein. In der DE 40 40 902 C2 und der DE 23 53 627 A1 sind Kipprohrlasttrennschalter beschrieben, bei denen jeweils der Festkontakt aus einer Wolfram- Kupfer-Tränklegierung mit 30% Hupfer besteht.Burning of the contacts caused by a high temperature load will result in countered in a known manner that consisting of a burn-resistant material Kon clocks are used. AT 228 318 is an electrical contact for high chip voltage switch is known, which is created as a sintered part. For this, tungsten powder with a metal mixed binder phase of iron-nickel or copper-nickel mixed and in a reducing atmosphere sphere sintered, the tungsten content being 85 to 95%. From CH 49 70 34 is a known electrical contact, which is obtained by impregnating a tungsten skeletal body with a cup fer-chromium alloy is made. The copper-chromium alloy penetrates the impregnation process into the porous tungsten skeletal body. DE 40 40 902 C2 and DE 23 53 627 A1 Tilt tube switch disconnectors are described, in which the fixed contact is made of a tungsten Copper impregnation alloy with 30% hoppers is made.

Aus der DE 38 20 489-A1 ist ein Schalter nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bekannt. Bei diesem Schalter ist jedoch der Kontaktkopf nicht für hohe Schaltleistungen ausgebildet, insbesondere ist er für hohe Temperaturbelastung nicht geeignet.From DE 38 20 489-A1 a switch according to the preamble of the main claim is known. With this switch, however, the contact head is not designed for high switching capacities, in particular, it is not suitable for high temperature loads.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei diesem Schalter eine Erleichterung der Schaltbarkeit vorzusehen und dessen Abbrandfestigkeit bei Sicherstellung der Dauerstromtragfähigkeit zu erhöhen.The object of the invention is to facilitate switchability in this switch to be provided and its resistance to erosion while ensuring the continuous current carrying capacity increase.

Diese Aufgabe wird bei einem Schalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Weiterführende Ausgestaltungen finden sich in den Unter­ ansprüchen. This object is achieved by a switch according to the preamble of claim 1 characteristic features solved. Further developments can be found in the sub claims.  

In bekannter Weise ist der gattungsgemäße Schalter aus einem mit wenigstens einem Kon­ taktmesser gebildeten und über eine Schaltwelle betätigbaren Schaltkontakt, einem Festkon­ takt und einer Lichtbogenlöscheinrichtung gebildet. Die Erfindung besteht nun darin, daß das einen schwenkbar gelagerten Schaft und eine im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Schwenkachse ausgebildete Kontaktfläche für den Festkontakt aufweisende Kontaktmesser so ausgebildet ist, daß die Kontaktfläche an einem gegenüber dem Schaft erheblich dickeren Kontaktkopf ausgebildet ist und dieser für einen sich beim Schalten ausbildenden Lichtbogen teilweise aus einer abbrandfesten, hochtemperaturbeständigen Wolfram-Kupfer-Legierung besteht.In a known manner, the generic switch is made of one with at least one con tact meter formed and actuated via a switching shaft switch contact, a fixed con clock and an arc extinguishing device is formed. The invention now consists in that a pivoted shaft and one substantially in a plane perpendicular to Swivel axis formed contact surface for the contact knife having fixed contact is designed so that the contact surface on a considerably thicker than the shaft Contact head is formed and this for an arc forming when switching partly made of a fire-resistant, high-temperature-resistant tungsten-copper alloy consists.

Diese Ausbildung des Kontaktmessers ermöglicht es, die Masse des Schaltkontaktes erheblich zu reduzieren und so die Antriebskraft für dessen Schaltbewegung zu verringern. Die Dauer­ stromtragfähigkeit wird dadurch sichergestellt, daß die Kontaktfläche für den Festkontakt an dem aus Kupfer bestehenden Teil des Kontaktkopfes ausgebildet ist. Der aus der Wolfram- Kupfer-Legierung bestehende Teil des Kontaktkopfes erhöht die Hitzebeständigkeit des Schaltkontaktes in dem durch einen Lichtbogen beaufschlagten Bereich und verhindert in die­ sem einen Abbrand am Schaltkontakt.This design of the contact knife enables the mass of the switch contact to be increased considerably to reduce and thus reduce the driving force for its switching movement. The duration Current carrying capacity is ensured by the contact surface for the fixed contact the copper part of the contact head is formed. The one from the tungsten Copper alloy existing part of the contact head increases the heat resistance of the Switch contact in the area affected by an arc and prevents in the a burn on the switch contact.

Es ist zweckmäßig, auch den Festkontakt in dem durch einen sich beim Schalten ausbilden­ den Lichtbogen beaufschlagten Bereich aus einer Wolfram-Kupfer-Legierung zu bilden, um auch dessen Hitzebeständigkeit zu erhöhen und auf diese Weise zu verhindern, daß die Kontakte miteinander verschweißen. Als Wolfram-Kupfer-Legierung kann eine bekannte Tränklegierung mit 30% Kupfer eingesetzt werden, wobei die aus dieser Legierung bestehen­ den Teile des Kontaktkopfes und des Festkontaktes separat hergestellt und an das übrige Kopfteil angelötet werden.It is expedient to also form the fixed contact in the one when switching to form the arcing area from a tungsten-copper alloy also to increase its heat resistance and in this way to prevent the Weld contacts together. As a tungsten-copper alloy, a known one Impregnation alloy with 30% copper are used, which consist of this alloy the parts of the contact head and the fixed contact made separately and to the rest Headboard to be soldered.

Der Kontaktkopf ist festkontaktseitig ballig ausgebildet, damit der Stromübergang zwischen dem Kupferbereich des Kontaktkopfes und der Kupfer Kontaktfläche des Festkontaktes erfol­ gen kann, und das Schaltmesser kann in Längsrichtung wenigstens im Bereich des Kontakt­ kopfes mittig geschlitzt sein, um den zu führenden Strom zu teilen.The contact head is crowned on the fixed contact side so that the current transfer between the copper area of the contact head and the copper contact surface of the fixed contact gene can, and the switching knife can in the longitudinal direction at least in the region of the contact slit in the middle to divide the current to be carried.

Da der Lichtbogen einen schaltkontaktseitigen und einen festkontaktseitigen Fußpunkt hat, ist es zweckmäßig, eine am jeweiligen Kontakt den jeweiligen Fußpunkt aufnehmende Fläche im wesentlichen rechtwinklig zum Lichtbogen definiert auszubilden. Since the arc has a switch contact-side and a fixed contact-side base point it is expedient to have a surface at the respective contact receiving the respective base point to be defined essentially at right angles to the arc.  

Um das Anschlagen des Schaltkontaktes bei einer Schaltkontaktbewegung in die jeweilige Endstellung zu dämpfen, ist es vorteilhaft, in den Endstellungen Stoßdämpfer anzuordnen.The striking of the switching contact during a switching contact movement in the respective To dampen the end position, it is advantageous to arrange shock absorbers in the end positions.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. In den zugehö­ rigen Zeichnungen wird schematisch dargestellt:The invention is explained below using exemplary embodiments. In the associated The following drawings are shown schematically:

Fig. 1 eine Phase eines Drei-Stellungs-Leistungsschalters mit einer Löschspule in der Schalterstellung EIN, Fig. 1 is a phase of a three-position power switch with a quenching coil in the switch on position,

Fig. 2 eine Bewegungsphase des beweglichen Schaltkontaktes zwischen den Schalterstellungen EIN und AUS, Fig. 2 is a phase of movement of the movable switching contact between the switch positions ON and OFF,

Fig. 3 die Phase in der Schalterstellung GEERDET, Fig. 3, the phase in the switch position grounded,

Fig. 4 eine Sicht aus der AUS-Position auf den in der Schalterstellung EIN befindlichen Schaltkontakt, Fig. 4 is a view from the OFF position to the ON position in the switch located switching contact,

Fig. 5a bis c die Spitze des Schaltkontaktes in unterschiedlichen Positionen zum Festkontakt, FIGS. 5a-c, the tip of the switching contact in different positions to the fixed contact,

Fig. 6a und b ein Kontaktmesser in zwei Ansichten und FIGS. 6a and b a contact blade in two views and

Fig. 7a und b weitere Ausführungen eines Kontaktmessers. Fig. 7a and b show further embodiments of a contact blade.

In Fig. 1 ist ein Drei-Stellungs-Leistungsschalter mit einem aus zwei parallel angeordneten Kontaktmessern 1 (auch Fig. 4) aus Kupfer gebildeten betätigbaren Schaltkontakt, einem Festkontakt 2 und einer Löschspule 3 dargestellt. Die den Schaltkontakt bildenden Kontakt­ messer 1 sind um eine Schwenkachse S schwenkbar angeordnet und über eine Pleuelstange 4 und eine mit einer Schaltwelle 5 drehfest verbundene Kurbelschwinge 6 gemeinsam betätig­ bar. Sie weisen jeweils einen Schaft 7 und eine mit dem Festkontakt 2 korrespondierende Kontaktfläche 8 auf, die, wie zwei einander gegenüberliegende Kontaktflächen 9 des Festkon­ taktes 2, in einer Ebene senkrecht zur Schwenkachse S ausgebildet ist. Fig. 4 zeigt, daß diese an einem gegenüber dem Schaft 7 erheblich dickeren Kontaktkopf 10 ausgebildet ist. Der Kontaktkopf 10 besteht aus Kupfer und weist eine Spitze 11 aus einer hochtemperaturbe­ ständigen Wolfram-Kupfer-Tränklegierung mit 30% Kupfer auf, die durch einen sich beim Schalten ausbildenden Lichtbogen thermisch hoch beansprucht wird. Festkontaktseitig ist der Kontaktkopf 10 ballig ausgebildet und wird durch eine Federkraft F gegen den Festkontakt 2 gedrückt. Dieser besteht aus Kupfer und weist in dem mit der Spitze 11 des Kontaktkopfes 10 korrespondierenden Bereich ebenfalls eine Spitze 12 aus der genannten hochtemperaturbe­ ständigen Wolfram-Kupfer-Tränklegierung auf. Die Spitze 11 liegt an einem Stoßdämpfer 13 an. In Fig. 1, a three-position power switch is shown with one of two parallel contact blades 1 (also Fig. 4) formed of copper actuatable switch contact, a fixed contact 2 and an erase coil 3. The contact 1 forming the switch contact are arranged pivotably about a pivot axis S and can be actuated jointly via a connecting rod 4 and a crank arm 6 which is connected to a switching shaft 5 in a rotationally fixed manner. They each have a shaft 7 and a contact surface 8 corresponding to the fixed contact 2 , which, like two opposite contact surfaces 9 of the Festkon clock 2 , is formed in a plane perpendicular to the pivot axis S. Fig. 4 shows that this is formed on a considerably thicker than the shaft 7 contact head 10 . The contact head 10 is made of copper and has a tip 11 made of a high-temperature-resistant tungsten-copper impregnating alloy with 30% copper, which is thermally highly stressed by an arc that forms during switching. On the fixed contact side, the contact head 10 is spherical and is pressed by a spring force F against the fixed contact 2 . This consists of copper and in the area corresponding to the tip 11 of the contact head 10 also has a tip 12 made of the high-temperature permanent tungsten-copper impregnating alloy mentioned. The tip 11 abuts a shock absorber 13 .

In der Fig. 2 ist der Schalter in einer Bewegungsphase zwischen den Schalterstellungen EIN und AUS gezeigt. Zwischen den Spitzen 11 und 12 der beiden Schalterkontakte 1 und 2 ist ein Lichtbogen LB ausgebildet, der seine beiden Fußpunkte jeweils auf einer im wesentlichen senkrecht zum Lichtbogen ausgebildeten Fläche 14 und 15 an der jeweiligen Spitze 11 bzw. 12 hat.In FIG. 2 the switch is shown in a phase of movement between the switch positions ON and OFF. An arc LB is formed between the tips 11 and 12 of the two switch contacts 1 and 2 , each of which has its two base points on a surface 14 and 15 formed essentially perpendicular to the arc at the respective tip 11 and 12 , respectively.

Fig. 3 zeigt den in der Schalterstellung GEERDET an einem Erdungskontakt 16 und einem Stoßdämpfer 17 anliegenden Schaltkontakt 1. Die Spitze 11 des sichtbaren Schaltmessers 1 korrespondiert mit einem am Erdungskontakt ausgebildeten Bereich 18. Fig. 3 shows the switching contact 17 attached in the switch position grounded to a grounding contact 16, and a bumper 1. The tip 11 of the visible switching knife 1 corresponds to a region 18 formed on the ground contact.

In den Fig. 6a und 6b ist ein Kontaktmesser 1 in einer Seitenansicht und in einer Draufsicht dargestellt. In letzterer ist ein im Bereich des Kontaktkopfes 10 in Längsrichtung mittig ausge­ bildeter Spalt 19 zu sehen, der einer Stromteilung dient. Die Fig. 7a und 7b zeigen weitere alternative Ausführungen eines Kontaktmessers 1, die sich durch die Ausbildung der Wolfram- Kupfer-Spitze unterscheiden. In Fig. 7a ist gegenüber der vorbeschriebenen Ausführung eine auf die Stirnkante des Kontaktkopfes 10 reduzierte Spitze 20 und in Fig. 7b eine halbseitige Spitze 21 zu sehen.In Figs. 6a and 6b, a contact blade 1 is shown in a side view and in a plan view. In the latter one can be seen in the region of the contact head 10 in the longitudinal direction centrally formed gap 19 , which serves to divide the current. FIGS. 7a and 7b illustrate further alternative embodiments of a contact blade 1, which differ by the formation of copper tungsten tip. In Fig. 7a with respect to the above described embodiment is reduced to the end edge of the contact head 10 and tip 20 in Fig. 7b to see a half-sided tip 21.

Wird nun der Schaltkontakt aus der EIN-Schaltstellung (Fig. 1, Fig. 5a) in Richtung der AUS- Schaltstellung bewegt, durchläuft dieser die Bewegungsphase nach Fig. 5b, in der die Spitzen 11 und 12 voneinander getrennt und die Spitzen 11 durch die anliegende Federkraft F jeweils um den Betrag f aufeinander zu bewegt werden. Dabei entsteht ein Lichtbogen LB zwi­ schen der Spitze 12 und den Spitzen 11, der an seinen Fußpunkten jeweils senkrecht zu den an den Spitzen ausgebildeten Flächen verläuft (Fig. 2, Fig. 5c). Ein Abbrand an den Kontakten 1 und 2 wird durch die aus der hochtemperaturbeständigen Wolfram-Kupfer-Tränklegierung mit 30% Kupfer bestehenden Spitzen 11 (20, 21) und 12 vermieden. If the switch contact is now moved from the ON switch position ( FIG. 1, FIG. 5a) in the direction of the OFF switch position, it goes through the movement phase according to FIG. 5b, in which the tips 11 and 12 are separated from one another and the tips 11 by applied spring force F are moved towards each other by the amount f. This creates an arc LB between the tip 12 and the tip 11 , which at its base points is perpendicular to the surfaces formed at the tips ( Fig. 2, Fig. 5c). Burning of contacts 1 and 2 is avoided by the tips 11 ( 20 , 21 ) and 12, which are made of the high-temperature-resistant tungsten-copper impregnation alloy with 30% copper.

Liste der verwendeten BezugszeichenList of the reference symbols used

11

Kontaktmesser
Contact knife

22nd

Festkontakt
Fixed contact

33rd

Löschspule
Quenching coil

44th

Pleuelstange
connecting rod

55

Schaltwelle
Selector shaft

66

Kurbelschwinge
Crank arm

77

Schaft
shaft

88th

Kontaktfläche
Contact area

99

Kontaktfläche
Contact area

1010th

Kontaktkopf
Contact head

1111

Spitze
top

1212th

Spitze
top

1313

Stoßdämpfer
Shock absorber

1414

Fläche
area

1515

Fläche
area

1616

Erdungskontakt
Earth contact

1717th

Stoßdämpfer
Shock absorber

1818th

Bereich
Area

1919th

Spalt
gap

2020th

Spitze
top

2121

Spitze
LB Lichtbogen
S Schwenkachse
top
LB arc
S swivel axis

Claims (7)

1. Schalter für den Einsatz in SF6-Mittelspannungsschaltanlagen, gebildet aus wenigstens einem Kontaktmesser (1) als betätigbarem Schaltkontakt, einem Festkontakt (2) und einer Lichtbogenlöscheinrichtung (3), wobei das Kontaktmesser (1) einen schwenkbar gelagerten Schaft (7) mit einer an einem Kontaktkopf (10) in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Schwenkachse (S) ausgebildeten Kontaktfläche (8) zum Kontaktieren des Festkontakts (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktkopf (10) mit der Kontaktfläche (8) dicker ist als der Schaft (7), und daß der Kontaktkopf (10) in dem durch einen sich beim Schalten ausbildenden Lichtbogen (LB) thermisch beaufschlagten Teil (Spitzen 11, 20, 21) aus einem hochtemperaturbeständigen Werkstoff besteht. 1. Switch for use in SF 6 medium-voltage switchgear, formed from at least one contact knife ( 1 ) as an actuatable switch contact, a fixed contact ( 2 ) and an arc extinguishing device ( 3 ), the contact knife ( 1 ) having a pivotably mounted shaft ( 7 ) has a contact surface ( 8 ) formed on a contact head ( 10 ) in a plane substantially perpendicular to the pivot axis (S) for contacting the fixed contact ( 2 ), characterized in that the contact head ( 10 ) with the contact surface ( 8 ) is thicker than the shaft ( 7 ), and that the contact head ( 10 ) consists of a high-temperature-resistant material in the part (tips 11 , 20 , 21 ) which is thermally acted upon by an arc (LB) which forms during switching. 2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkontakt (2) in dem durch den Lichtbogen (LB) thermisch beaufschlagten Teil (Spitze 12) aus einem hochtemperaturbe­ ständigen Werkstoff besteht.2. Switch according to claim 1, characterized in that the fixed contact ( 2 ) in the part thermally acted upon by the arc (LB) (tip 12 ) consists of a high temperature permanent material. 3. Sehalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hochtemperaturbe­ ständige Werkstoff eine Wolfram-Kupfer-Tränklegierung mit 30% Kupfer ist.3. Sehalter according to claim 1 or 2, characterized in that the high temperature permanent material is a tungsten-copper impregnation alloy with 30% copper. 4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktkopf (10) festkon­ taktseitig ballig ausgebildet ist.4. Switch according to claim 1, characterized in that the contact head ( 10 ) festkon is convex on the clock side. 5. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktmesser (1) in Längsrichtung wenigstens im Bereich des Kontaktkopfes (10) mittig geschlitzt ist (Spalt 19).5. Switch according to claim 1, characterized in that the contact knife ( 1 ) in the longitudinal direction at least in the region of the contact head ( 10 ) is slotted centrally (gap 19 ). 6. Sehalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem hochtempe­ raturbeständigen Werkstoff bestehende Teil (Spitze 11, 12, 20, 21) so gestaltet ist, daß dieser eine im wesentlichen senkrecht zum Lichtbogen (LB) ausgebildete Fläche (14, 15) für den jeweiligen Fußpunkt des Lichtbogens (LB) aufweist.6. Sehalter according to claim 1 or 2, characterized in that the existing from the high-temperature resistant material (tip 11 , 12 , 20 , 21 ) is designed so that this is a substantially perpendicular to the arc (LB) formed surface ( 14th , 15 ) for the respective base point of the arc (LB). 7. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den definierten Endstellungen (EIN, GEERDET) des Schaltkontaktes Stoß­ dämpfer (13, 17) für den Kontaktkopf (10) angeordnet sind.7. Switch according to one or more of the preceding claims, characterized in that in the defined end positions (ON, EARTHED) of the switch contact shock absorber ( 13 , 17 ) for the contact head ( 10 ) are arranged.
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