(19) |
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(11) |
EP 0 665 565 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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28.06.2000 Patentblatt 2000/26 |
(22) |
Anmeldetag: 26.01.1995 |
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(54) |
Kontaktsystem für einen Hochleistungsschalter
Contact system for high power circuit breaker
Système de contact pour disjoncteur haute puissance
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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CH DE FR IT LI |
(30) |
Priorität: |
01.02.1994 DE 4402935
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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02.08.1995 Patentblatt 1995/31 |
(73) |
Patentinhaber: ABB PATENT GmbH |
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68309 Mannheim (DE) |
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(72) |
Erfinder: |
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- Müller, Prof. Dr. Ottmar
D-12459 Berlin (DE)
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(74) |
Vertreter: Rupprecht, Klaus, Dipl.-Ing. et al |
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c/o ABB Patent GmbH,
Postfach 10 03 51 68128 Mannheim 68128 Mannheim (DE) |
(56) |
Entgegenhaltungen: :
EP-A- 0 015 865 FR-A- 2 692 716
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FR-A- 2 134 376
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Kontaktsystem für einen Hochspannungsleistungsschalter
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solches Kontaktsystem ist z.B. in der EP-A-0015865
beschrieben.
[0002] Derartige Hochspannungsleistungsschalter sind SF
6-gasisolierte 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 Ausschaltvorgang 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.
[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kontaktsystem der eingangs genannten Art zu schaffen,
bei dem das Abbrandverhalten verbessert ist.
[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches
1 gelöst.
[0005] Wenn ein Ausschaltvorgang stattfindet, dann gleiten das bewegliche Kontaktstück und
darüberhinaus die Kontaktfinger auf dem festen Kontaktstück entlang, so lange, bis
sich die Kontaktfinger von dem festen Kontaktstück gelöst haben. Dabei liegt das Abbrandkontaktstück
noch am Kontaktfinger an, und sobald dieses das bewegliche Kontaktstück verlassen
hat, brennt der Lichtbogen zwischen dem festen Kontaktstück und dem Abbrandkontaktstück.
[0006] Wenn gemäß Anspruch 2 das Abbrandkontaktstück aus Graphit hergestellt ist, dann besitzt
der Lichtbogen einen Fußpunkt auf dem Abbrandkontaktstück bzw. auf dem Graphitring,
auf dem er auch rotieren kann, so daß erfahrungsgemäß keine diskreten Fußpunkte, d.
h. Heißpunkte, entstehen und Spitzen nach dem Lichtbogenverlöschen vermieden werden.
Dieses fördert die Wiederverfestigung der Schaltstrecke und reduziert den Anteil an
Metallfluoriden erheblich. Graphit bildet nur gasförmige Abfallprodukte, insbesondere
CF
4; die festen Abfallprodukte, die dann entstehen, wenn lediglich Metallkontaktstücke
vorgesehen sind, werden vermieden. Das Abbrandkontaktstück aus Graphit bleibt auch
nach häufiger Lichtbogenbeanspruchung relativ eben, so daß lediglich ein schwach inhomogenes
Feld entstehen kann. Der Lichtbogenfußpunkt auf dem Graphit ist diffus, weswegen extreme
Heißpunkte, die zu starken Elektrodenerosionen beitragen und Metalldampf erzeugen
können, praktisch ausgeschlossen sind.
[0007] 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 Metallschirmung durch den
Abschirmtopf nimmt darüberhinaus bei einem Schaltvorgang die heißen Gase auf und schützt
damit das Isoliergehäuse der Schaltkammer.
[0008] Mit dem Vorsehen des Abschirmtopfes können gemäß dem Anspruch 6 zusätzliche Kontaktblattfedern
vorgesehen werden, die gegen die Innenfläche des Abschirmtopfes anliegen 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 gesamte, 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 erhebliche Schutzwirkung
für das Isolierstoffgehäuse.
[0009] 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 Abschirmung bzw. von dem abgerundeten
Abschirmtopf aufgenommen wird und auf die mechanisch sehr stabile Gehäusezylinderwand
übertragen wird. Desweiteren gewährt die verstärkte Bodenfläche die mechanische Befestigung
von Anschlußteilen, z. B. das feste Kontaktstück.
[0010] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sowie weitere Vorteile der
Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.
[0011] Es zeigt die einzige Figur einen Leistungsschalter gemäß der Erfindung in Schnittansicht
und im Einschaltzustand.
[0012] Innerhalb eines aus Isolierstoff bestehenden Isoliergehäuses 10, das einen zylindrischen
Abschnitt 11 und einen Dachabschnitt 12 aufweist, befindet sich ein Abschirmgehäuse
13 aus Metall, welches eine Topfform aufweist, wobei die Zylinderwand 14 an der Innenfläche
des Zylinderabschnittes 11 anliegt. Der Boden 15 des Abschirmtopfes ist gegenüber
der Zylinderwand 14 verdickt ausgebildet. An der Innenseite des Topfbodens 15 befindet
sich ein festes Kontaktstück 16, welches am Topfboden in nicht näher dargestellter
Weise befestigt ist. Das feste Kontaktstück 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 Zylinderwand
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 Scahltrohres
17 im Bereich der Kontaktfinger 27 sind an dem Kolbenboden 18 ein Innenzylinder 20
und ein Außenzylinder 21 befestigt, deren dem Kolbenboden 18 abgewandte Enden je eine
Umbördelung 22 bzw. 23 nach innen aufweisen. Die Umbördelungen 22 und 23 sind in Abstand
zueinander angeordnet und nehmen 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 Außenzylinder
sind miteinander in dem dem Kolbenboden 18 benachbarten Abschnitt fest miteinander
verbunden, so daß lediglich in einem bördelseitigen Bereich 25 die beiden Zylinder
voneinander getrennt sind, so daß eine relativ steife Federung der beiden Bördelränder
22 und 23 erzeugt wird.
[0013] Zwischen dem freien Schaltrohrende 19 und den beiden Zylindern 20 und 21 ist ein
Käfig 26 gebildet, der Kontaktfinger 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 Kontaktfinger eine Ausnehmung
30, in der eine Blattfeder 31 vorgesehen sind, welche sich an der Innenfläche des
Zylinders 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 andererseits 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.
[0014] 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 Abschirmtopfes 13 zum Anliegen kommen
und sich vom Kolbenboden 18 in Richtung zum Topfboden des Abschirmtopfes erstrecken.
[0015] Im Bereich zwischen dem Blaszylinder 33 und dem äußeren Zylinder 21 befinden sich
im Kolbenboden 18 Öffnungen 36.
[0016] Wenn nun eine Ausschaltung durchgeführt wird, bewegt sich das bewegliche Kontaktstück
17 zusammen mit dem Kolben- oder Topfboden 18, der Kontaktanordnung sowie dem Blaszylinder
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 P
1 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.
[0017] 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.
1. Kontaktsystem für einen Hochspannungsleistungsschalter, mit einem festen (16) und
einem beweglichen Kontaktstück und mit einem mit dem vorzugsweise als Schaltrohr (17)
ausgebildeten beweglichen Kontaktstück verbundenen Blaszylindersystem (33), wobei
das Kontaktstück federbelastete Kontaktfinger (27 bis 29) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfinger (27 bis 29) in einen Käfig (26) eingesetzt sind, an dessen
kontaktberührungsstellenseitigen Ende wenigstens ein Abbrandkontaktstück (24) aus
einem hochabbrandfesten Material befestigt ist.
2. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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 Ansprüche, 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) gedrückt
sind.
5. Kontaktsystem, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktanordnung innerhalb eines geschlossenen Kunststoffgehäuses (10) untergebracht
ist, an dessen Innenfläche ein Abschirmtopf (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 gekennzeichnet, daß mit dem beweglichen Schaltrohr
(17) am Außenumfang des Kolbens (18) Kontaktblattfedern (35) fest verbunden sind,
die im Einschaltzustand gegen die Innenfläche des Abschirmtopfes (13 bis 15) anliegen,
wobei die Länge des Abschirmtopfes (13 bis 15) so bemessen ist, daß beim Ausschaltvorgang
die Kontaktblattfedern (35) vom Abschirmtopf (13 bis 15) freikommen, bevor sich das
bewegliche Schaltrohr (17) über die Kontaktfinger 27 und das feste Kontaktstück (16)
getrennt haben.
7. Kontaktsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, 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 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am
freien Ende des Abschirmtopfes (13 bis 15) an seiner Innenfläche Fixkontaktstücke
vorgesehen sind, die mit den Kontaktblattfedern (35) zusammenwirken.
9. Kontaktsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hüllkörper (20, 21) aus unmagnetischem Stahl bestehen.
10. Kontaktsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, 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 auffedern können, um das Abbrandkontaktstück (24) zu fixieren.
11. Kontaktsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, 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.
1. A contact system for a high-power circuit breaker with a fixed (16) and a movable
contact element and with a blast cylinder system (33) connected with the movable contact
element which is preferably arranged as a switch tube (17), with the contact element
having spring-loaded contact fingers (27 to 29), characterized in that the contact
fingers (27 to 29) are inserted into a cage (26), with at least one burn-up contact
element (24) made of a highly burn resistant material being fastened to the end of
said cage which is at the side of the contact point.
2. A contact system as claimed in claim 1, characterized in that the material is graphite.
3. A contact system as claimed in one of the claims 1 and 2, characterized in that the
cage (26) is radially outwardly limited by two cylindrical metallic enveloping bodies
(20, 21) which are mutually fit together and whose ends are radially inwardly flanged
and which mutually resiliently hold between them the burn-up contact element (24).
4. A contact system as claimed in one of the preceding claims, characterized in that
the contact fingers (27 to 29) are held in overhung position in the cage (26) which
is radially inwardly limited by the free end of the switch tube (19), with the contact
fingers (27 to 29) being radially inwardly pressed to such an extent by means of a
leaf spring (31) each which rests on the inner enveloping body (20), so that in the
cut-off state their contact surfaces (29) are situated within the cyclinder formed
by the outer circumference of the fixed contact element (16) and in the closed circuit
condition are pressed against the fixed contact element (16).
5. A contact system, in particular according to one of the preceding claims, characterized
in that the contact arrangement is housed within a closed plastic housing (10) to
whose interior surface a screen can (13, 14, 15) is fastened whose bottom (15) is
used for fixing the fixed contact element (16) and which overlaps the contact arrangement.
6. A contact system as claimed in claim 5, characterized in that contact leaf springs
(35) are rigidly connected with the movable switch tube (17) on the outer circumference
of the piston (18), which leaf springs rest on the interior surface of the screen
can (13 to 15) in the closed circuit condition, with the length of the screen can
(13 to 15) being dimensioned in such a way that during the cut-off process the contact
leaf springs (35) clear the screen can (13 to 15) before the movable switch tube (17)
has separated via the contact fingers 27 and the fixed contact element (16).
7. A contact system as claimed in claim 6, characterized in that the contact leaf springs
(35) rest approximately on a cylinder and extend from the fastening position in the
direction towards the bottom (15) of the screen can.
8. A contact system as claimed in one of the preceding claims, characterized in that
fixed contact elements are provided on the interior side of the free end of the screen
can (13 to 15), which contact elements cooperate with the contact leaf springs (35).
9. A contact system as claimed in one of the preceding claims, characterized in that
the enveloping bodies (20, 21) consist of non-magnetic steel.
10. A contact system as claimed in one of the preceding claims, characterized in that
the enveloping bodies (20, 21) are mutually connected, and preferably welded together,
in the zone which is disposed opposite of the flared flange, so that the free ends
(22, 23) of the flared flange can slightly expand by elasticity in order to fix the
burn-up contact element (24).
11. A contact system as claimed in one of the preceding claims, characterized in that
each contact finger (27) is provided with an axial projection (32) which engages behind
an axial set-off (31) on the flared flange (22) of the inner enveloping body (20).
1. Système de contact pour un disjoncteur de puissance haute tension, comportant une
pièce de contact fixe (16) et une pièce de contact mobile ainsi qu'un ensemble cylindre
de soufflage (33) qui est lié à la pièce de contact mobile conformée de préférence
en tube contacteur (17), la pièce de contact comportant des doigts de contact (27
à 29) sollicités par ressort, caractérisé par le fait que les doigts de contact (27
à 29) sont montés dans une cage (26), à l'extrémité côté points de contact de laquelle
est fixée au moins une pièce de contact d'usure (24) en un matériau présentant une
résistance à l'usure élevée.
2. Système de contact selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau
est du graphite.
3. Système de contact selon une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que
la cage (26) est délimitée radialement vers l'extérieur par deux corps enveloppe (20,
21) cylindriques métalliques, dont les extrémités sont repliées radialement vers l'intérieur
et tiennent entre elles, de manière élastique, la pièce de contact d'usure (24).
4. Système de contact selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait
que les doigts de contact (27 à 29) sont montés flottants dans la cage (26) délimitée
radialement vers l'intérieur par l'extrémité libre (19) du tube contacteur, les doigts
de contact (27 à 29) étant pressés radialement vers l'intérieur par un ressort à lame
(31), qui prend appui sur le corps enveloppe intérieur (20), de manière telle que
leurs surfaces de contact (29), dans la position de coupure, se trouvent à l'intérieur
du cylindre défini par la surface extérieure de la pièce de contact fixe (16) et,
dans la position fermée, soit pressées contre la pièce de contact fixe (16).
5. Système de contact selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait
que l'agencement de contact est logé à l'intérieur d'un boîtier (10) en matière plastique,
sur la surface intérieure duquel est fixée une cuve de blindage (13, 14, 15), dont
le fond (15) sert à la fixation de la pièce de contact fixe (16) et qui chevauche
l'agencement de contact.
6. Système de contact selon la revendication 5, caractérisé par le fait que des ressorts
à lame de contact (35) sont liés au tube contacteur mobile (17) au niveau de la surface
périphérique du piston (18), lesquels ressorts, dans la position fermée, sont appliqués
contre la surface intérieure de la cuve de blindage (13 à 15), la longueur de la cuve
de blindage (13 à 15) étant telle que, lors de la coupuren les ressorts à lame de
contact (35) sortent de la cuve de blindage (13 à 15) avant que le tube contacteur
(17) mobile et la pièce de contact fixe (16) soient séparés par l'intermédiaire les
doigts de contact (27).
7. Système de contact selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les ressorts
à lame de contact (35) sont situés sensiblement sur un cylindre et s'étendent depuis
le point de fixation en direction de la cuve de blindage (15).
8. Système de contact selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait
que des pièces de contact fixes sont prévues sur la surface intérieure de la cuve
de blindage (13 à 15) à l'extrémité libre de celle-ci, lesquelles pièces de contact
coopèrent avec les ressorts à lame de contact (35).
9. Système de contact selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait
que les corps enveloppe (20, 21) sont en acier amagnétique.
10. Système de contact selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait
que les corps enveloppes (20, 21), dans la région située à l'opposé du bord ourlé,
sont liés ente eux, de préférence sont soudés, de telle sorte que les extrémités de
bords ourlés (22, 23) libres puissent fléchir élastiquement pour tenir la pièce de
contact d'usure (24).
11. Système de contact selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait
que chaque doigt de contact (27) comporte une saillie axiale (32) qui s'accroche derrière
une saillie axiale (31) sur le bord ourlé (22) du corps enveloppe intérieur (20).