DE3341903C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungsschal
ter gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein
solcher Schalter ist etwa aus der EP 75 341 A1 bekannt.
Der bekannte Schalter weist zwei koaxiale, relativ zu
einander bewegliche Schaltstücke mit Abbrand- und Nenn
stromkontakten auf. Bei einem beweglichen beider Schalt
stücke ist der Nennstromkontakt über ein Tragteil kraft
schlüssig mit dem Abbrandkontakt verbunden. Das von
einem feststehenden beider Schaltstücke abgewandte Ende
des Nennstromkontaktes ist in gleitender Weise ständig
mit einer Stromzuführung des beweglichen Schaltstückes
kontaktiert. Hierdurch wird in konstruktiv einfacher
Weise eine sichere Übertragung und Schaltung von Strömen
ermöglicht. Dazu bedarf es aber noch eines zwischen
Stromführung und Abbrandkontakt des beweglichen Schalt
stückes angeordneten Gleitkontaktes. Solche Gleitkontakte
sind verhältnismäßig aufwendig und verschleißanfällig.
Ein Hochspannungsleistungsschalter mit Abbrandkontakten
14a, 16a und einem beweglichen Nennstromkontakt, welcher
von Kontaktfingern 19 und einer die Kontaktfinger in
federnder Weise haltenden Isolierhülse gebildet ist, ist in
GB-PS 15 25 229 beschrieben. Bei diesem Schalter sind in
der Einschaltstellung die Kontaktfinger 19 mit ihren einen
Enden mit einem als Stromanschluß dienenden Kontaktteil 10
und mit ihren anderen Enden mit einem ebenfalls als
Stromanschluß dienenden Kontaktteil 11 kontaktiert. In der
Ausschaltposition sind beide Enden der Kontaktfinger 19
ausschließlich mit dem Kontaktteil 10 kontaktiert. Beide
Kontaktteile 10, 11 sind dann durch einen Spalt 17, in dem
die am Schalter anliegende Spannung abfällt, elektrisch
voneinander isoliert. Auch dieser Schalter benötigt einen
zwischen Kontaktteil 10 und einem beweglichen 16a beider
Abbrandkontakte angeordneten, aus Fig. 1A ersichtlichen
Gleitkontakt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Schalter der gattungs
gemäßen Art zu schaffen, welcher die Übertragung und
Schaltung extrem großer und extrem kleiner Ströme mit
einfachen Mitteln auch nach zahlreichen Schaltvorgängen
in sicherer Weise gestattet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich
nenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. Durch geeig
nete Anordnung und Ausbildung der Nennstromkontakte
des erfindungsgemäßen Schalters ist ein verschleißan
fälliger Gleitkontakt zwischen Stromzuführung und Abbrand
kontakt entbehrlich. Gleichzeitig können die die Schalt
leistung und die Dauerstromübertragung bestimmenden
Elemente, wie etwa die beweglichen stromführenden Teile,
die Kontaktdruckgeber und ein gegebenenfalls vorgesehener
Beblasungsmechanismus, so aufeinander abgestimmt werden,
daß extrem große und kleine Ströme auch nach zahlreichen
Schaltungen mit Sicherheit beherrschbar sind.
Zur näheren Erläuterung wird nachfolgend ein Ausführungs
beispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
Hierbei zeigt die einzige Figur eine Aufsicht auf einen
Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgeführten
Hochspannungs-Leistungsschalter, bei welchem in der
linken Hälfte der Figur der Schalter in der Einschalt
und in der rechten Hälfte in der Ausschaltstellung darge
stellt ist.
In der Figur bezeichnet 1 einen hohlzylindrischen Isolier
körper, welcher gasdicht zwischen zwei hohlen Stroman
schlüssen 2 und 3 eingeflanscht ist.
Der Stromanschluß 2 trägt ein feststehendes Schaltstück
mit einem ringförmigen Nennstromkontakt 4 mit längs
seines Umfanges gleichmäßig verteilt angebrachten Kon
taktteilen 4a aus lichtbogenbeständigem Material und
einem hohl ausgebildeten Abbrandkontakt 5, in dessen
Innerem ein düsenförmig ausgeführtes Isolierstoffteil 6
angeordnet ist, welches in der Einschaltstellung (linke
Hälfte der Figur) durch einen beweglichen, düsenförmig
ausgebildeten Abbrandkontakt 7 gegen die Kraft einer
(nicht dargestellten) Feder ins Innere des Abbrandkon
taktes 5 geschoben ist. Im Inneren des Stromanschlusses 2
ist ein Isolierstoffkörper 8 befestigt. Dieser Isolier
stoffkörper 8 weist einen mit ringförmigen Rippen verse
henen Isolator 9 und ein daran anschließendes rohrförmi
ges Isolierstoffteil 10 auf. Der Isolator 9 stellt im
Ausschaltzustand einen kriechstromsicheren Isolationsab
stand zwischen dem Nennstromkontakt 4 und dem Abbrandkon
takt 7 her. Das Isolierstoffteil 10 wird vom Abbrandkon
takt 7 durchdrungen und begrenzt an seinem dem feststehen
den Schaltstück zugewandten Ende zusammen mit einem
in isolierender Weise am Stromanschluß 2 befestigten
Lichtbogenlaufring 11 einen Ringspalt 12. Der Ringspalt 12
verbindet ein vom Stromanschluß 2, dem Isolierstoff
körper 8 und dem Lichtbogenlaufring 11 umschlossenes
Heizvolumen 13 mit der bei einem Schaltvorgang zwischen
den geöffneten Abbrandkontakten 5 und 7 befindlichen
Lichtbogenlöschzone. Der Lichtbogenlaufring 11 besteht
aus einem lichtbogenfesten Material und ist ebenso wie
der Abbrandkontakt 5 mit dem einen Anschluß einer Spule
14 verbunden, deren anderer Anschluß mit dem Stroman
schluß 2 in elektrisch leitender Verbindung steht.
In das Heizvolumen 13 mündet ein längs des Abbrandkon
taktes 7 erstreckter Ringkanal 15, gegen den das Heiz
volumen 13 über ein Rückschlagventil 16 absperrbar ist.
Der Stromanschluß 3 trägt ein koaxial zum Feststehenden
Schaltstück angebrachtes bewegliches Schaltstück mit
einem beweglichen Nennstromkontakt 17 und dem beweglichen
Abbrandkontakt 7. Der bewegliche Nennstromkontakt 17
enthält Kontaktfinger, welche zueinander parallel auf
der Außenfläche eines mit dem beweglichen Abbrandkontakt
7 starr verbundenen Tragteils 18 aus elektrisch leitendem
Material gelagert sind. Die Kontaktfinger sind mittels
lyraförmig gebogener Blattfedern 19 in federnder Weise
in einem hohlzylindrischen Käfig 20 abgestützt und weisen
an ihren beiden Enden jeweils eine Kontaktfläche auf.
Die eine Kontaktfläche stützt sich sowohl im Einschalt
als auch im Ausschaltzustand auf der Außenfläche eines
ringförmig ausgebildeten Fortsatzes 21 des Stromanschlus
ses 3 ab, wohingegen die andere Kontaktfläche lediglich
im Einschaltzustand am feststehenden Nennstromkontakt
4 anliegt.
Ein erster Teil von Kontaktfingern 22 ist an den vom
feststehenden Schaltstück abgewandten Enden abgeschrägt
(aus der Figur nicht ersichtlich), während ein zweiter
Teil von Kontaktfingern 23 an den dem feststehenden
Schaltstück zugewandten Enden über die Kontaktfinger
22 vorsteht und an den vorstehenden Enden lichtbogen
fest ausgebildet ist. Die Kontaktfinger 23 lassen sich
in einfacher Weise dadurch herstellen, daß an den abge
schrägten Enden von Kontaktfingern 22 Kontaktteile 24
aus lichtbogenfestem Material aufgebracht werden und
bei der Montage diese Kontaktfinger um 180° gegenüber
den Kontaktfingern 22 verdreht zwischen Tragteil 18
und Käfig 20 eingeschoben werden.
Das Tragteil 18 ist auf seiner Außenseite mit einer
zylindermantelförmigen Kontaktfläche 25 versehen, welche
beim Ausschalten Kontaktflächen 26 berührt, die in Aus
nehmungen der Kontaktfinger 22 und 23 angebracht sind.
Im Tragteil 18 ist ein ringförmiger Kompressionsraum
27 ausgespart, welcher von einem am Stromanschluß
starr befestigten Ringkolben 28 verschlossen ist. Auf
der Innenfläche des Tragteils 18 sind Schlitze 29 vorge
sehen, welche den Kompressionsraum 27 über den Ringkanal
15 mit dem Heizvolumen 13 verbinden.
Das Innere des vom Isolierstoffkörper 1 und den Stroman
schlüssen 2 und 3 begrenzten Gehäuses ist mit einem
Isoliergas, wie etwa Schwefelhexafluorid, von einigen
bar Druck gefüllt.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Hochspannungs-
Leistungsschalters ist nun wie folgt:
In der Einschaltstellung (linke Hälfte der Figur) durch setzt der bewegliche Abbrandkontakt 7 den Lichtbogenlauf ring 11 und ist in den feststehenden Abbrandkontakt 5 eingeführt. Mit seiner Stirnfläche liegt der bewegliche Abbrandkontakt 7 an der Stirnfläche des Isolierstoffteiles 6 an, wodurch das Innere der Abbrandkontakte 5 und 7 gegenüber dem Heizvolumen 13 abgeschlossen ist. Die dem feststehenden Schaltstück zugewandten Kontaktflä chen aller Kontaktfinger 22 und 23 des beweglichen Nenn stromkontaktes 17 liegen am feststehenden Nennstromkontakt 4 an. Der überwiegende Teil des Stromes fließt nun vom Stromanschluß 2 über den Nennstromkontakt 4, den Nenn stromkontakt 17 und den Fortsatz 21 zum Stromanschluß 3.
In der Einschaltstellung (linke Hälfte der Figur) durch setzt der bewegliche Abbrandkontakt 7 den Lichtbogenlauf ring 11 und ist in den feststehenden Abbrandkontakt 5 eingeführt. Mit seiner Stirnfläche liegt der bewegliche Abbrandkontakt 7 an der Stirnfläche des Isolierstoffteiles 6 an, wodurch das Innere der Abbrandkontakte 5 und 7 gegenüber dem Heizvolumen 13 abgeschlossen ist. Die dem feststehenden Schaltstück zugewandten Kontaktflä chen aller Kontaktfinger 22 und 23 des beweglichen Nenn stromkontaktes 17 liegen am feststehenden Nennstromkontakt 4 an. Der überwiegende Teil des Stromes fließt nun vom Stromanschluß 2 über den Nennstromkontakt 4, den Nenn stromkontakt 17 und den Fortsatz 21 zum Stromanschluß 3.
Beim Ausschalten wird der mit einem nicht dargestellten
Antrieb versehene Abbrandkontakt 7 und damit auch der
mit dem Abbrandkontakt 7 über das Tragteil 18 kraft
schlüssig verbundene Nennstromkontakt 17 nach unten
bewegt. Bei dieser Bewegung kommen zunächst die Kontakt
finger 22 außer Eingriff mit dem Nennstromkontakt 4
und kontaktieren sich gleichzeitig die Kontaktflächen
26 der Kontaktfinger 22 und die Kontaktfläche 25 des
Tragteils 18. Da die Kontaktteile 4a so angebracht sind,
daß sie in der Einschaltstellung mit den Kontaktteilen 24
zusammenwirken, fließt der Strom nun über den Stroman
schluß 2, die lichtbogenfesten Kontaktteile 4a, die
lichtbogenfesten Kontaktteile 24, die Kontaktfinger 23
und den Fortsatz 21 zur Stromzuführung 3.
Sobald sich die Kontaktteile 4a und 24 trennen, werden
auch die Kontaktflächen 26 der Kontaktfinger 23 mit
der Kontaktfläche 25 des Tragteils 18 in Berührung ge
bracht und läuft der in einen parallelen Strompfad kommu
tierte Strom nun vom Stromanschluß 2 über die Spule 14,
den Abbrandkontakt 5, den Abbrandkontakt 7, das Tragteil
18, die Kontaktfinger 22 und 23 sowie den Fortsatz 21
zum Stromanschluß 3. Ein beim Schalten großer Ströme
während des Kommutierungsvorganges gegebenenfalls auf
tretender Lichtbogen wird zwischen den lichtbogenfesten
Kontaktteilen 4a und 24 gezogen. Da diese Teile licht
bogenfest ausgebildet sind, wird eine Beschädigung der
Nennstromkontakte 4 und 17 unter gleichzeitiger Beibe
haltung guter Stromleitfähigkeit in der Einschaltstellung
vermieden.
Nach der Kommutierung des Stromes trennen sich die Ab
brandkontakte 5 und 7 und wird zwischen diesen beiden
Kontakten ein nicht dargestellter Lichtbogen gezogen,
dessen am Abbrandkontakt 5 befindlicher Fußpunkt im
Verlauf des weiteren Abschaltvorganges unter der Wirkung
des nach unten laufenden Isolierstoffteils 6 auf den
Lichtbogenlaufring 11 kommutiert. Der Strom fließt
nun über den Stromanschluß 2, die Spule 14, den Licht
bogenlaufring 11, den nicht dargestellten Lichtbogen,
den Abbrandkontakt 7, das Tragteil 18, die Kontaktfinger
22 und 23 sowie den Fortsatz 21 zum Stromanschluß 3.
Unter der Wirkung des Magnetfeldes der nun stromdurchflos
senen Spule 14 beginnt der Lichtbogen um die Schalt
stückachse zu rotieren und das in der Löschzone befindli
che Isoliergas aufzuheizen. Unter der Wirkung von Zentri
fugalkräften wird das aufgeheizte Löschgas nach außen
befördert und an den Düsenöffnungen des Isolierstoffteils
6 und des Abbrandkontaktes 7 eine Druckabsenkung, hinge
gen an der Peripherie der in der Lichtbogenlöschzone
rotierenden Gasmasse eine Druckerhöhung hervorgerufen.
Das erhitzte Löschgas strömt durch den Ringspalt 12
in das Heizvolumen 13, wo es je nach Stärke des abzu
schaltenden Stromes bei Druckwerten, welche mehrere
bar über dem Druckwert des nicht aufgeheizten Isoliergases
liegen, gespeichert und gleichzeitig beruhigt und abge
kühlt wird. Kurz vor dem Stromnulldurchgang, wenn die
Heizwirkung des Schaltlichtbogens nachgelassen hat und
der Druck des Löschgases im Heizvolumen 13 den Druck
des Löschgases in der Lichtbogenlöschzone übertrifft,
tritt das komprimierte Löschgas über den Ringspalt 12
aus dem Heizvolumen 13 aus und bebläst den schwächer
werdenden Lichtbogen in verstärktem Masse, wodurch eine
erneute Zündung des Lichtbogens bei ausreichendem Kontakt
abstand verhindert wird.
Beim Schalten kleiner Ströme reicht die Leistung des
Lichtbogens nicht aus, um im Heizvolumen 13 einen für
die Löschung des Schaltlichtbogens ausreichenden Löschgas
druck zu erzeugen. Eine ausreichende Beblasung des bei
kleinen Strömen gezogenen Schaltlichtbogens wird jedoch
über Isoliergas ermöglicht, welches im Kompressionsraum 27
bei einem Schaltvorgang verdichtet und über die Schlitze
29, den Ringkanal 15, das Rückschlagventil 16, das Auf
heizvolumen 13 und den Ringspalt 12 in die Löschzone
geblasen wird. Die vorteilhafte Wirkung einer solchen
zusätzlichen Beblasung wird entsprechend der Anordnung
des Heizvolumens 13 ohne den Nachteil zusätzlichen Platz
bedarfs verfügbar. Entsprechend dem im Stromanschluß 2
angeordneten Aufheizvolumen 13 ist auch für den Kompres
sionsraum 27 der Zusatzbeblasung kein zusätzlicher Platz
notwendig, da dieser Kompressionsraum 27 bequem in dem
bereits vorhandenen Tragteil 18 untergebracht werden
kann.
Claims (4)
1. Hochspannungsleistungsschalter mit zwei koaxialen,
relativ zueinander beweglichen, jeweils einen Nennstrom (4,
17) und einen Abbrandkontakt (5, 7) aufweisenden
Schaltstücken, bei dem Nennstrom (17) und Abbrandkontakt
(7) eines ersten beider Schaltstücke über ein starr am
Abbrandkontakt (7) befestigtes Tragteil (18) in
kraftschlüssiger Weise miteinander verbunden sind und das
vom zweiten beider Schaltstücke abgewandte Ende des
Nennstromkontaktes (17) des ersten Schaltstückes in
gleitender Weise mit einer Stromzuführung (3) dieses
Schaltstückes kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß
der Nennstromkontakt (17) des ersten Schaltstückes von
Kontaktfingern (22, 23) gebildet ist, welche in der
Ausschaltstellung in federnder Weise zwischen dem Tragteil
(18) und einem das Tragteil (18) ringförmig umgebenden
Käfig (20) angeordnet sind, und daß das Tragteil (18)
elektrisch leitend ausgebildet ist und eine Kontaktfläche
(25) aufweist, welche mit Kontaktflächen (26) der
Kontaktfinger (22, 23) nach dem Trennen der
Nennstromkontakte (4, 17) zusammenwirkt.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein erster Teil (22) der Kontaktfinger an den
vom zweiten Schaltstück abgewandten Enden abgeschrägt
und ein zweiter Teil (23) der Kontaktfinger an den
dem zweiten Schaltstück zugewandten Enden lichtbogen
fest ausgebildet ist, und daß der Nennstromkontakt
(4) des zweiten Schaltstückes längs seines Umfanges
verteilte lichtbogenfeste Kontaktteile (4a) aufweist,
welche mit den lichtbogenfesten Enden der Kontaktfin
ger (23) des zweiten Teils der Kontaktfinger zusam
menarbeiten.
3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Nennstromkontakt (4) des zweiten Schalt
stückes an einer den Abbrandkontakt (7) des ersten
Schaltstückes zumindest teilweise hintergreifenden
und die äußere Wand des Heizvolumens (13) bildenden
Stromzuführung (2) des zweiten Schaltstückes ange
bracht ist, und daß das Aufheizvolumen (13) über
einen Ringspalt (12) mit der bei einem Schaltvorgang
zwischen beiden Abbrandkontakten (5, 7) befindlichen
Lichtbogenlöschzone verbunden ist.
4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Aufheizvolumen (13) mit
einem aus dem Tragteil (18) ausgesparten Kompressions
raum (27) verbindbar ist.
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