DE4402935A1 - Kontaktsystem für einen Hochspannungsleistungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kontaktsystem für einen Hoch­ spannungsleistungsschalter nach dem Oberbegriff des An­ spruches 1.

Derartige Hochspannungsleistungsschalter sind SF₆-gasiso­ lierte Schalter, die ein festes Kontaktstück aufweisen, über welches ein bewegliches Kontaktstück schiebbar ist, wobei dem beweglichen Kontaktstück ein Blaskolben- oder Blaszylindersystem zugeordnet ist, welches beim Aus­ schaltvorgang ein Gasvolumen zusammenpreßt, so daß nach Ablaufen des Blaszylinders vom festen Kontaktstück eine Gasströmung zur Beblasung des zwischen dem beweglichen Kontaktstück und dem festen Kontaktstück entstehenden Lichtbogens erzeugt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kontaktsystem der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, bei dem das Abbrandver­ halten verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Wenn ein Ausschaltvorgang stattfindet, dann gleiten das bewegliche Kontaktstück und darüberhinaus die Kontaktfin­ ger auf dem festen Kontaktstück entlang, so lange, bis sich die Kontaktfinger von dem festen Kontaktstück gelöst haben. Dabei liegt das Abbrandkontaktstück noch am Kon­ taktfinger an, und sobald dieses das bewegliche Kontakt­ stück verlassen hat, brennt der Lichtbogen zwischen dem festen Kontaktstück und dem Abbrandkontaktstück.

Wenn gemäß Anspruch 2 das Abbrandkontaktstück aus Graphit hergestellt ist, dann besitzt der Lichtbogen einen Fuß­ punkt auf dem Abbrandkontaktstück bzw. auf dem Graphit­ ring, auf dem er auch rotieren kann, so daß erfahrungsge­ mäß keine diskreten Fußpunkte, d. h. Heißpunkte, entste­ hen und Spitzen nach dem Lichtbogenverlöschen vermieden werden. Dieses fördert die Wiederverfestigung der Schalt­ strecke und reduziert den Anteil an Metallfluoriden er­ heblich. Graphit bildet nur gasförmige Abfallprodukte, insbesondere CF₄; die festen Abfallprodukte, die dann entstehen, wenn lediglich Metallkontaktstücke vorgesehen sind, werden vermieden. Das Abbrandkontaktstück aus Gra­ phit bleibt auch nach häufiger Lichtbogenbeanspruchung relativ eben, so daß lediglich ein schwach inhomogenes Feld entstehen kann. Der Lichtbogenfußpunkt auf dem Gra­ phit ist diffus, weswegen extreme Heißpunkte, die zu starken Elektrodenerosionen beitragen und Metalldampfer­ zeugen können, praktisch ausgeschlossen sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dem Anspruch 5 zu entnehmen. Dadurch wird es erreicht, daß die Außenhülle des Leistungsschalters, also das Schaltgerhäuse, aus Kunststoff hergestellt werden kann. Der Abschirmtopf hat einerseits den Vorteil, daß dadurch nach außen ein schwach inhomogenes Feld erzeugt wird und alle scharfkantigen spannungsführenden Teile abgeschirmt werden. Darüberhinaus erlaubt es der Abschirmtopf, solche spannungsführenden Teile einfach zu gestalten. Die Me­ tallschirmung durch den Abschirmtopf nimmt darüberhinaus bei einem Schaltvorgang die heißen Gase auf und schützt damit das Isoliergehäuse der Schaltkammer.

Mit dem Vorsehen des Abschirmtopfes können gemäß dem An­ spruch 6 zusätzliche Kontaktblattfedern vorgesehen wer­ den, die gegen die Innenfläche des Abschirmtopfes anlie­ gen und damit die eigentlichen Dauerstromkontakte bilden. Wenn sich die Kontaktblattfedern gemäß Anspruch 7 in Richtung zum Abschirmtopfboden erstrecken, dann bilden diese zusätzlich noch eine Abschirmung, so daß die ge­ samte, durch den Abschirmtopf und die Kontaktblattfedern gebildete Schirmwand verlängert wird, so daß die heißen Gase der Schaltlichtbögen von der Isolierwand in einem noch größeren Bereich ferngehalten werden können. Für den Abklingvorgang bringen Zeiten von 10 ms bereits eine er­ hebliche Schutzwirkung für das Isolierstoffgehäuse.

Darüberhinaus bildet die Topfform der Abschirmung eine mechanische Verstärkung des gesamten Isoliergehäuses, da die Beanspruchung der Bodenfläche aufgrund der erhöhten Druckwerte beim Ausschaltvorgang von der abgerundeten Ab­ schirmung bzw. von dem abgerundeten Abschirmtopf auf ge­ nommen wird und auf die mechanisch sehr stabile Gehäuse­ zylinderwand übertragen wird. Desweiteren gewährt die verstärkte Bodenfläche die mechanische Befestigung von Anschlußteilen, z. B. das feste Kontaktstück.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sowie weitere Vorteile der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Es zeigt die einzige Figur einen Leistungsschalter gemäß der Erfindung in Schnittansicht und im Ein­ schaltzustand.

Innerhalb eines aus Isolierstoff bestehenden Isolierge­ häuses 10, das einen zylindrischen Abschnitt 11 und einen Dachabschnitt 12 aufweist, befindet sich ein Abschirmge­ häuse 13 aus Metall, welches eine Topfform aufweist, wo­ bei die Zylinderwand 14 an der Innenfläche des Zylin­ derabschnittes 11 anliegt. Der Boden 15 des Abschirm­ topfes ist gegenüber der Zylinderwand 14 verdickt ausge­ bildet. An der Innenseite des Topfbodens 15 befindet sich ein festes Kontaktstück 16, welches am Topfboden in nicht näher dargestellter Weise befestigt ist. Das feste Kon­ taktstück 16 wirkt mit einem rohrförmigen, beweglichen Kontaktstück 17 über die Kontaktfinger 27 zusammen, an dem ein Kolbenboden 18 befestigt ist, der radial und senkrecht zur Mittellängsachse an der Innenfläche der Zy­ linderwand 11 des Isoliergehäuses unter Zwischenfügung von Kolbenringen 38 - vorzugsweise aus PTFE - gleitet. Das bewegliche Schaltrohr 17 ragt über den Kolbenboden 18 hinaus um die Kontaktfinger 27 einseitig aufzunehmen; in Abstand zu dem freien Ende 19 des Schaltrohres 17 im Be­ reich der Kontaktfinger 27 sind an dem Kolbenboden 18 ein Innenzylinder 20 und ein Außenzylinder 21 befestigt, de­ ren dem Kolbenboden 18 abgewandte Enden je eine Umbörde­ lung 22 bzw. 23 nach innen aufweisen. Die Umbördelungen 22 und 23 sind in Abstand zueinander angeordnet und neh­ men zwischen sich federnd einen Abbrandring 24 auf, der vorzugsweise aus Graphit besteht. Dieser Abbrandring kann geschlossen oder aus mehreren Ringteilen zusammengesetzt sein, was die Montage verbessert. Der Innen- und Außenzy­ linder sind miteinander in dem dem Kolbenboden 18 benach­ barten Abschnitt fest miteinander verbunden, so daß le­ diglich in einem bördelseitigen Bereich 25 die beiden Zy­ linder voneinander getrennt sind, so daß eine relativ steife Federung der beiden Bördelränder 22 und 23 erzeugt wird.

Zwischen dem freien Schaltrohrende 19 und den beiden Zy­ lindern 20 und 21 ist ein Käfig 26 gebildet, der Kontakt­ finger 27 aufweist, welche einen Lagerungsabschnitt 28, der sich in der Nähe des Kolbenbodens 18 befindet, und einen Kontaktbereich 29 besitzen. Der Kontaktbereich 29 befindet sich zwischen dem freien Ende des Schaltrohres 19 und dem Bördelrand 22. Radial außen besitzen die Kon­ taktfinger eine Ausnehmung 30, in der eine Blattfeder 31 vorgesehen sind, welche sich an der Innenfläche des Zy­ linders 20 abstützen und so den Kontaktfinger 27, um die Auflagestelle bei 29 drehbar nach innen gegen das feste Kontaktstück 16 drücken, wobei die Bewegung nach innen einerseits durch das freie Schaltrohrende 19 und anderer­ seits durch einen axial verlaufenden Rücksprung 31 am Bördelrand 22 und einen axial verlaufenden Vorsprung 32 am Kontaktfinger 27 bewirkt wird, wobei der Vorsprung 32 an dem kontaktflächenseitigen Ende des Kontaktfingers 27 vorgesehen ist.

Am Kolbenboden 18 ist darüberhinaus ein Blaszylinder 33 befestigt, der den äußeren Zylinder 21 in Abstand umgibt und hin zum festen Kontaktstück 16 abgebogen ist; der Blaszylinder 33 umgrenzt dort eine Öffnung 34, die als Düse für die Löschgase dient. Desweiteren sind an dem Kolbenboden 18 Kontaktblattfedern 35 befestigt, die gegen die Innenfläche des Zylinderabschnittes 14 des Abschirm­ topfes 13 zum Anliegen kommen und sich vom Kolbenboden 18 in Richtung zum Topfboden des Abschirmtopfes erstrecken.

Im Bereich zwischen dem Blaszylinder 33 und dem äußeren Zylinder 21 befinden sich im Kolbenboden 18 Öffnungen 36.

Wenn nun eine Ausschaltung durchgeführt wird, bewegt sich das bewegliche Kontaktstück 17 zusammen mit dem Kolben- oder Topfboden 18, der Kontaktanordnung sowie dem Blaszy­ linder 33 in Pfeilrichtung P, wobei das Gas im Raum 37 so lange komprimiert wird, bis das Kontaktfingerteil 29 bzw. der Abbrandkontakt 24 das feste Kontaktstück 16 verläßt. Danach strömt das komprimierte Gas gemäß Pfeilrichtung P₁ in die Düse 34 und bebläst dadurch den Lichtbogen, in dem ein Teilstrom des Gases durch das bewegliche Schaltrohr 17 und ein anderer Teilstrom des Gases durch die Düse 34 abgeblasen wird.

Bevor die Kontaktfinger 29 bzw. die Abbrandkontaktstücke 24 das feste Kontaktstück 16 verlassen, ist die Berührung zwischen dem Abschirmtopf 13 und den Kontaktblattfedern 35 unterbrochen, so daß der dort fließende Dauerstrom auf die Kontaktfinger 29 bzw. die Abbrandkontaktstücke 24 kommutiert wird.

Claims (11)

1. Kontaktsystem für einen Hochspannungsleistungs­ schalter, mit einem festen und einem beweglichen Kontakt­ stück und mit einem mit dem vorzugsweise als Schaltrohr ausgebildeten beweglichen Kontaktstück verbundenen Blas­ zylindersystem, wobei das Kontaktstück federbelastete Kontaktfinger aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfinger (27 bis 29) in einen Käfig (26) eingesetzt sind, an dessen kontaktberührungsstellenseitigen Ende we­ nigstens ein Abbrandkontaktstück (24) aus einem hochab­ brandfesten Material befestigt ist.

2. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Material Graphit ist.

3. Kontaktsystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (26) radial außen durch zwei ineinandergepaßte zylindrische metallische Hüllkörpern (20, 21) begrenzt ist, deren Enden radial nach innen abgebördelt sind und zwischen sich federnd das Abbrandkontaktstück (24) festhalten.

4. Kontaktsystem nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfinger (27 bis 29) fliegend in dem radial nach innen durch das freie Schaltrohrende (19) begrenzten Käfig (26) gelagert sind, wobei die Kontaktfinger (27 bis 29) mittels je einer Blattfeder (31), die sich an dem inneren Hüllkörper (20) abstützt, soweit radial nach innen gedrückt sind, daß ihre Kontaktberührungsflächen (29) im Ausschaltzustand sich innerhalb des durch den Außenumfang des festen Kontaktstückes (16) gebildeten Zylinders befinden und im Einschaltzustand gegen das feste Kontaktstück (16) ge­ drückt sind.

5. Kontaktsystem, insbesondere nach einem der vorhe­ rigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakt­ anordnung innerhalb eines geschlossenen Kunststoffgehäu­ ses (10) untergebracht ist, an dessen Innenfläche ein Ab­ schirmtopf (13, 14, 15) befestigt ist, dessen Topfboden (15) zur Halterung des festen Kontaktstückes (16) dient und der die Kontaktanordnung übergreift.

6. Kontaktsystem nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit dem beweglichen Schaltrohr (17) am Au­ ßenumfang des Kolbens (18) Kontaktblattfedern (35) fest verbunden sind, die im Einschaltzustand gegen die Innen­ fläche des Abschirmtopfes (13 bis 15) anliegen, wobei die Länge des Abschirmtopfes (13 bis 15) so bemessen ist, daß beim Ausschaltvorgang die Kontaktblattfedern (35) vom Ab­ schirmtopf (13 bis 15) freikommen, bevor sich das beweg­ liche Schaltrohr (17) über die Kontaktfinger (27) und das feste Kontaktstück (16) getrennt haben.

7. Kontaktsystem nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontaktblattfedern (35) etwa auf einem Zylinder liegen und sich von der Befestigungsstelle in Richtung zum Abschirmtopfboden (15) erstrecken.

8. Kontaktsystem nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende des Ab­ schirmtopfes (13 bis 15) an seiner Innenfläche Fixkon­ taktstücke vorgesehen sind, die mit den Kontaktblattfe­ dern (35) zusammenwirken.

9. Kontaktsystem nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkörper (20, 21) aus unmagnetischem Stahl bestehen.

10. Kontaktsystem nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkörper (20, 21) in dem dem Bördelrand entgegengesetzt liegenden Bereich miteinander verbunden, vorzugsweise verschweißt sind, so daß die freien Bördelrandenden (22, 23) geringfügig auf­ federn können, um das Abbrandkontaktstück (24) zu fixie­ ren.

11. Kontaktsystem nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kontaktfinger (27) einen axialen Vorsprung (32) aufweist, der hintern einen axialen Rücksprung (31) am Bördelrand (22) des inneren Hüllkörpers (20) greift.