Leistungsschalter mit parallelen Nennstrompfaden

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Mittel- und Hochspannungstechnik, insbesondere auf Leistungsschalter mit grosser Stromtragfähigkeit im Mittel - und Hochspannungsbereich.

Stand der Technik

[0002] Ein Leistungsschalter der eingangs genannten Art ist etwa aus DE 3341903 A1 bekannt. Der bekannte Leistungsschalter weist zueinander bewegliche Schaltstücke auf, deren Abbrand- und Nennstromkontakten entlang der gemeinsamen Längsachse des Schalters bewegt werden. Während der Einschaltbewegung wird der bewegliche Abbrandkontakt in den feststehenden Abbrandkontakt hinein bewegt. Alle fingerförmigen Nennstromkontakte des beweglichen Schaltstückes sind koaxial und mit gleichem Abstand zum Abbrandkontakt angeordnet. Ein Teil der Nennstromkontaktfinger ist den übrigen Nennstromkontaktfingern in Richtung der Längsachse vorgelagert. In der Einschaltbewegung fahren die fingerförmigen Nennstromkontakte über den als zylinderförmiges Schaltstück ausgebildeten Gegennnennstromkontakt und der Strom kommutiert zuerst durch die bereits geschlossenen Abbrandkontakte auf die vorgelagerten Nennstromkontaktfinger und danach auf die übrigen, kürzer ausgebildeten Nennstromkontaktfinger. Die vorgelagerten Nennstromkontaktfinger sind dazu lichtbogenfest ausgebildet. Beim Schliessen des Nennstromkontaktsystems üben alle fingerförmigen Nennstromkontakte auf das innen liegende Gegennennstromkontaktstück eine mechanische Anpresskraft auf, welche zusätzlich durch die auftretende elektromagnetische Kraft, verursacht durch den Stromfluss in den Nennstromkontakten, verstärkt wird. Dies führt zu einer hohen Anpresskraft und damit letztlich zu einer hohen gesamthaften Reibungskraft zwischen den kontaktierenden Nennstromkontakten, welche während der Öffnungs- und Schliessphase des Schalters vom Antrieb überwunden werden muss. Bei diesem und anderen Schaltern ist der Stromfluss über die äusseren Nennstromkontaktfinger auf den Gegennennstromkontakt ursächlich für eine elektromagnetische Kraft, die im Kurzschlussfall die am Schalter auftretende mechanische Reibungskraft übersteigen kann und die Öffnungs- und Schliessbewegung des Schalters dadurch verunmöglichen kann.
Bei diesem und anderen Leistungsschaltern sind die Stromtragfähigkeit und die Kontakteigenschaften der Nennstromkontakte des Schalters insbesondere im Kurzschlussfall des Schalters verbesserungswürdig.

[0003] Weiterhin offenbart EP1837889 eine Hochspannungsschalteinheit mit einem Abbrandkontaktsystem, einem Nennstromkontaktsystem und einer dazu parallel geschalteten Hilfsschalteinrichtung. Das Nennstromsystem weist einen sehr viel niedrigeren elektrischen Widerstand als das Hilfsstromsystem auf. Die Kontakte der Hilfsschalteinrichtung sind den Kontakten des Nennstromsystems in Richtung der Längsachse vorgelagert und umgeben diese koaxial.

Darstellung der Erfindung

[0004] Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Leistungsschalter zu schaffen, welcher sowohl eine erhöhte Stromtragfähigkeit aufweist, als auch die Kontaktnahme der Nennstromkontakte während des Schliessens und Öffnens des Schalters verbessert.

[0005] Diese Aufgabe löst eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.

[0006] Der erfindungsgemässe Leistungsschalter ist vorteilhaft befüllbar mit einem Löschgas und beinhaltet zwei relativ zueinander und entlang einer Längsachse des Schalters verschiebbare Kontaktanordnungen. Die Kontaktanordnungen umfassen ein Abbrandkontaktsystem und ein Nennstromkontaktsystem, wobei das Nennstromkontaktsystem zu dem Abbrandkontaktsystem elektrisch parallel geschaltet ist. Gegebenenfalls brennt zwischen Abbrandkontakten des Abbrandkontaktsystems ein Lichtbogen. Eine der beiden Kontaktanordnungen weist innere Nennstromkontakte und äussere Nennstromkontakte auf, wobei die inneren Nennstromkontakte den äusseren Nennstromkontakten in Richtung der Längsachse vorgelagert sind, d.h. die inneren Kontakte überragen die äusseren Kontakte entlang der Längsrichtung des Schalters. Bei einer Schliessbewegung des Schalters kontaktieren somit die inneren Nennstromkontakte bevor die äusseren Nennstromkontakte kontaktieren. Da auf diese Weise bei einem Kurzschlussfall der Kurzschlussstrom während des Einschaltvorganges von den Abbrandkontakten nur auf die inneren Nennstromkontakte kommutiert, bzw. beim Ausschaltprozess der Strom von den inneren Nennstromkontakten nur auf die Abbrandkontakte kommutiert, tritt eine durch Kommutation verursachte Abnutzung im Kurzschlussfall nur an den inneren Nennstromkontakten auf und wird an den äusseren Nennstromkontakten vermieden. Die Funktionstüchtigkeit des Schalters insbesondere nach einem auftretenden Kurzschlussfall verbesserte sich somit. Die äusseren Nennstromkontakte sind ringförmig angeordnet und umgeben die inneren Nennstromkontakte koaxial. Die inneren Nennstromkontakte sind wiederum ringförmig um das Abbrandkontaktsystem angeordnet. Die Anordnung von den zusätzlichen inneren Nennstromkontakten innerhalb der äusseren Nennstromkontakte führt zu einer Vergrösserung der gesamthaft zur Verfügung stehenden Nennstromkontaktfläche, was zu einer höheren Stromtragfähigkeit des Schalters bei gleichbleibendem Schaltervolumen führt. Als Nennstromkontaktsystem des Leistungsschalters wird hier zur Unterscheidung zu einem Abbrandkontaktsystem oder zu einem Hilfskontaktsystem welches beispielsweise einen Einschaltwiderstand aufweist, dasjenige Kontaktsystem verstanden, dass den vergleichsweise geringsten elektrischen Widerstand besitzt, und dafür ausgelegt ist, den im Schalter fliessenden Nennstrom permanent zu führen.

[0007] In Ausführungsformen wird durch die koaxiale Anordnung der äusseren Nennstromkontakte um die ringförmig innen angeordneten inneren Nennstromkontakte ein ringförmiger Spalt zwischen den inneren Nennstromkontakten und den äusseren Nennstromkontakten ausgebildet, in welchen der Gegennennstromkontakt beim Schliessen des Schalters hineingefahren wird. In dem gebildeten Ringspalt wird das Gegennennstromkontakt so zwischen inneren und äusseren Nennstromkontakten eingeklemmt und kontaktiert damit sowohl innere als auch äussere Nennstromkontakte. Die Aufteilung des Stromflusses auf innere und äussere Nennstromkontakte ist vorteilhaft, da somit nicht der gesamte Strom über die äusseren Nennstromkontakte fliesst und die vom Stromfluss durch die äusseren Kontakte verursachte elektromagnetische Kraft vermindert wird. Die auf Grund des reduzierten Stromflusses über die äusseren Kontakte verminderte elektromagnetische Kraft verringert den Anpressdruck auf den kontaktierenden Gegennennstromkontakt und verringert damit die zwischen den Nennstromkontakten und dem Gegennennstromkontakt wirkende Reibungskraft bei einer Bewegung der Kontaktanordnungen während eines auftretenden Kurzschlussfalles im Schalters.

[0008] In Ausführungsformen weist das Abbrandkontaktsystem zwei bewegliche, hohlzylinderförmige Abbrandkontakte auf, welche sich im geschlossenen Zustand des Schalters an ihren Stirnseiten kontaktieren. Als Stirnseite bzw. Stirnfläche ist diejenige Fläche zu verstehen, welche die Mantelfläche der hohlzylinderförmigen Abbrandkontakte begrenzt. Das stirnseitige Kontaktieren der Abbrandkontakte erweist sich vorteilhaft gegenüber solchen Kontaktsystemen, bei denen es zu einer Überlappung der Kontakte kommt, da keine durch die Überlappung verursachte Reibungskraft durch den Antrieb des Schalters überwunden werden muss.

[0009] Das erfindungsgemässe Verfahren zum Einschalten eines elektrischen Leitungsschalters für den Bereich der Hoch- oder Mittelspannung mit zwei Kontaktanordnungen, welche ein Abbrandkontaktsystem mit Abbrandkontakten und ein dazu elektrisch parallel geschaltetes Nennstromkontaktsystem bilden, umfasst die Verfahrensschritte: Bewegen beider Kontaktanordnungen relativ zueinander, aufeinander zu und entlang einer Längsachse des Schalters. Während einer ersten Phase der Einschaltbewegung kontaktieren die beiden Abbrandkontakte des Abbrandkontaktsystems miteinander an ihren Stirnseiten. Das heisst die Stirnflächen stossen aneinander, wobei beide Abbrandkontakte als Hohlzylinder ausgebildet sind. Nachdem sich die Abbrandkontakte in elektrischem Kontakt befinden, kontaktieren in einer weiteren Phase die Nennstromkontakte des Nennstromkontaktsystems miteinander. Diese weitere Phase ist dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Nennstromkontakte welche die äusseren Nennstromkontakte in Richtung der Längsachse überragen, zuerst den Gegennennstromkontakt kontaktieren und danach erst die äusseren Nennstromkontakte diesen Gegennennstromkontakt kontaktieren. Die inneren Nennstromkontakte sind dabei koaxial von den äusseren Nennstromkontakten umgeben. Dieses sequentielle Kontaktieren der inneren und äusseren Nennstromkontakte gewährleitstet, dass die später kontaktierten äusseren Nennstromkontakte kein Abnutzung durch den Stromfluss bei Kontaktnahme erfahren. Auf Grund dessen, dass zuerst die inneren Nennstromkontakte in der Einschaltphase kontaktiert werden, wirkt im Moment der Kontaktnahme und bei Stromfluss eine elektromagnetische Kraft, welche so gerichtet ist, dass sie der Anpresskraft zwischen Gegennennstromkontakt und innerem Nennstromkontakt entgegenwirkt. Damit wird die vom Antrieb des Schalters zu überwindende Reibungskraft gemindert, welche während der Schalterbewegung auftritt. Die Kontaktnahme wird somit während des Einschalt- und Ausschaltvorganges und insbesondere während eines Kurzschlussfalles verbessert.

[0010] Derartige Leistungsschalter als Generatorschalter eingesetzt, werden beispielweise verwendet, um einen Windpark mit einer Vielzahl von Windkraftanlagen vollständig vom elektrischen Energieversorgungsnetz abzukoppeln bzw. einen solchen Windpark an das elektrische Energieversorgungsnetz zuzuschalten.

[0011] Weitere bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Wirkungen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und den Figuren hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0012] Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1

eine Aufsicht auf einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäss ausgeführten Leistungsschalter, bei welchem in der linken Hälfte der Figur der Schalter in der Ausschaltstellung und in der rechten Hälfte der Figur in der Einschaltstellung dargestellt ist;

Fig. 2

eine Aufsicht auf einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäss ausgeführten Leistungsschalter, bei welchem verschiedene Schalterzustände von der Ausschaltstellung zur Einschaltstellung dargestellt sind;

Fig. 3

den zeitlichen Verlauf der am Nennstromkontaktsystem wirkenden Kraft während der Einschaltbewegung des Schalters durch Kontaktnahme der inneren und äusseren Nennstromkontaktfinger am Gegennennstromkontakt.

[0013] Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche oder gleich wirkende Teile mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Für das Verständnis der Erfindung nicht wesentliche Teile sind zum Teil nicht dargestellt. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele stehen beispielhaft für den Erfindungsgegenstand und haben keine beschränkende Wirkung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0014] In Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemässen Leistungsschalters 1 der als Generatorschalter ausgebildet ist und für eine typische Nennspannung von 24 KV, einem Nominalstrom von 6300 Ampere und eine Nominalfrequenz von 50/60 Hertz ausgelegt ist. Der Leistungsschalters 1 besitzt einen hohlzylindrischen Isolierstoffkörper 2, welcher gasdicht zwischen Stromanschlüssen 3, 4 eingeflanscht ist. Der linke Teil der Figur 1 zeigt den Schalter 1 im geöffneten Zustand. Der rechte Teil der Figur zeigt den Schalter 1 im geschlossenen Zustand. Der Leistungsschalters 1 umfasst zwei Kontaktanordnungen, welche beide in dem vom Isolierstoffkörper 2 und den beiden Stromanschlüssen 3, 4 begrenzten Schaltkammervolumen 5 angeordnet, relativ zueinander entlang der Längsachse A des Schalters 1 beweglich sind, und damit ein Einschalten und ein Ausschalten des Schalters 1 gestatten. Die beiden Kontaktanordnungen weisen ein Abbrandkontaktsystem 12 auf, welches von einem Nennstromkontaktsystem 9 koaxial umgeben ist. Das Abbrandkontaktsystem 12 umfasst die Abbrandkontakte 10 und 11, während das Nennstromkontaktsystem 9 die inneren Nennstromkontakte 6, die äusseren Nennstromkontakte 7 und den Gegennennstromkontakt 8 umfasst.

[0015] Die eine der beiden Kontaktanordnungen weist den als Hohlzylinder ausgebildeten Abbrandkontakt 10, welcher entlang der Schalterlängsachse A angeordnet ist, sowie den den Abbrandkontakt 11 umgebenden Nennstromkontakt 8 auf. Der Nennstromkontakt 8 ist ebenfalls zylinderförmig ausgebildet. Zwischen dem Nennstromkontakt 8 und dem Abbrandkontakt 11 ist eine Isolierdüse 13 zur Lenkung eines Löschgasstromes, beispielsweise Schwefelhexaflouridstromes (SF₆) angeordnet, welche Isolierdüse 13 den Nennstromkontakt 8 und den Abbrandkontakt 11 in Richtung der Längsachse A überragt. Zwischen Isolierdüse 13 und Abbrandkontakt 11 wird ein Heizkanal 18 gebildet welcher in ein Heizvolumen 16 mündet. Das Heizvolumen 16, welches im Wesentlichen vom Nennstromkontakt 8, Isolierdüse 13 und Abbrandkontakt 11 begrenzt wird, ist über ein Ventil 19 mit einem Kompressionsvolumen 17 des Schalters 1 verbunden.

[0016] Die andere der beiden Kontaktanordnungen umfasst den im Schaltkammervolumen 5 angeordneten Abbrandkontakt 10, die inneren Nennstromkontakte 6 und die äusseren Nennstromkontakte 7. Der hohlzylindrisch ausgeführte Abbrandkontakt 10 ist entgegen der Kraft einer Feder 14 entlang der Längsachse A bewegbar und wird mit der Feder 14 in einem rohrförmigen Abschnitt 20 geführt, welcher in ein Auspuffvolumen 13 mündet. Löschgas kann damit durch den hohlen Abbrandkontakt 10 in das Auspuffvolumen 13 entweichen. Die inneren Nennstromkontakte 6 sind als elastische Kontaktfinger ausgeführt und bilden einen Ring 22 von Kontaktfingern, um welchen koaxial die ebenfalls als elastische Kontaktfinger ausgeführten und ebenfalls einen Ring 23 von Kontaktfingern bildenden äusseren Nennstromkontakte 7 angeordnet sind. Die koaxiale Anordnung der äusseren Nennstromkontakte 7 um die inneren Nennstromkontakte 6 hat den Vorteil, dass durch diesen Aufbau die Anzahl der Nennstromkontaktfinger und damit die wirkende Kontaktfläche am Schalter 1 vergrössert werden kann, was wiederum die Stromtragfähigkeit des Leistungsschalters 1 erhöht, ohne dabei jedoch den Durchmesser oder das Volumen des Leistungsschalters 1 zu vergrössern. Die zu übertragende Stromdichte je Schaltervolumeneinheit kann somit erhöht werden.
Sowohl der von den inneren Nennstromkontakten 6 gebildete Ring 22, als auch der von den äusseren Nennstromkontakten 7 gebildete Ring 23 sind im Schalter 1 mit einem Nennstromkontakttragkörper 21 fest verbunden. Ring 22 und Ring 23 sind dazu auf den Nennstromkontakttragkörper 21 aufgeschraubt, womit ein einfaches Auswechseln der inneren Nennstromkontakte 6 bzw. der äusseren Nennstromkontakte 7 erreicht wird.
Wie in Figur 1 dargestellt, überragen die inneren Nennstromkontakte 6 die äusseren Nennstromkontakte 7 in Richtung der Längsachse A und sind den äusseren Nennstromkontakten 7 damit vorgelagert. Innere und äussere Nennstromkontakte 6 und 7 sind elektrisch leitend miteinander verbunden.

[0017] Figur 2a bis Figur 2d zeigen den in Figur 1 beschriebenen Leistungsschalter 1 in verschiedenen Schaltzuständen. So zeigt Figur 2a den Schalter 1 in der Schalterstellung "Aus", in der Figur 2b den Schalter 1 in der Schalterstellung "Kontaktgabe Abbrandkontaktsystem", Figur 2c den Schalter 1 in der Schalterstellung "Kontaktgabe innere Nennstromkontakte" und schliesslich Figur 2d den Schalter 1 in der Schalterstellung "Ein".

[0018] Während einer Einschaltbewegung des Schalters 1 werden der Abbrandkontakt 11 mit dem Nennstromkontakt 8 und mit der Isolierdüse 13 in Richtung der Längsachse A auf die inneren und äusseren Nennstromkontakte 6 und 7 und den Abbrandkontakt 10 zu bewegt, wobei es bei der Annäherung zwischen dem Abbrandkontakt 10 und dem Abbrandkontakt 11 zur Ausbildung eines Lichtbogens kommt. Der Lichtbogen brennt solange, bis die in Figur 2b gezeigte Schalterstellung "Kontaktgabe Abbrandkontaktsystem" erreicht ist und sich die beiden Kopfflächen der beiden Abbrandkontakte 10 und 11 berühren und somit elektrisch leitend kontaktieren. Der gesamte Strom fliesst somit in diesem Schalterzustand über das Abbrandkontaktsystem 12 des Schalters 1.

[0019] Einige Millisekunden später nimmt der Leistungsschalter 1 die Schalterstellung "Kontaktgabe innere Nennstromkontakte" ein, die in Figur 2c dargestellt ist. Die Kontaktgabe wird durch den Moment des ersten physischen Kontaktes zwischen den inneren Nennstromkontakten 6 und dem gegenüberliegenden Nennstromkontakt 8 definiert. Der Aussendurchmesser des aus den inneren elastischen Nennstromkontakten 6 gebildeten Ringes 22 ist so zum Innendurchmesser des als Hohlzylinder ausgebildeten Nennstromkontaktes 8 ausgewählt, dass der Nennstromkontakt 8 unter Überwindung einer Kontaktkraft über die Nennstromkontakte 6 geschoben wird, womit die Innenseite des als Hohlzylinder ausgebildeten Nennstromkontaktes 8 die Aussenseite das aus Nennstromkontakten 6 gebildeten Ringes 23 überlappt und berührt. Auf Grund des viel kleineren elektrischen Widerstandes im Nennstromkontaktsystem 9 gegenüber dem Abbrandkontaktsystem 12 kommutiert der Strom vom Abbrandkontaktsystem 12 auf das Nennstromkontaktsystem 9, womit der im Schalter 1 fliessende Strom in diesem Moment vom Nennstromkontaktsystem 9 und dem dazu elektrisch parallel geschalteten Abbrandkontaktsystem 12 getragen wird. Gleichzeitig wird der Abbrandkontakt 10 entgegen der Federkraft der Feder 14, und verursacht durch die Einschaltbewegung des kontaktierenden Abbrandkontaktes 11 in Richtung des Auspuffvolumens 16 gedrückt.

[0020] Während der Einschaltbewegung bewegt sich weiterhin der durch einen nicht dargestellten Antrieb angetriebene Nennstromkontakt 8 auf die inneren und äusseren Nennstromkontakte 6 und 7 zu. Auf diese Weise wird die Schalterstellung "Ein" erreicht, wie in Figur 2d dargestellt. Der Innendurchmesser des aus den äusseren elastischen Nennstromkontakten 7 gebildeten Ringes 23 ist hier so zum Aussendurchmesser des als Hohlzylinder ausgebildeten Nennstromkontaktes 8 gewählt, dass die inneren Nennstromkontakte 6 unter Überwindung einer zusätzlichen Kontaktkraft über die Nennstromkontakte 8 geschoben werden, womit die Innenseite das aus Nennstromkontakten 6 gebildeten Ringes 22 die Aussenseite des als Hohlzylinder ausgebildeten Nennstromkontaktes 8 überlappt und berührt. Der Nennstromkontakt 8 wird somit auf Grund der von den inneren und äusseren Nennstromkontakten 6 und 7 ausgeübten Kontaktkraft zwischen den inneren und äusseren Nennstromkontakten 6 und 7 eingeklemmt.
Auf Grund des gleichen elektrischen Widerstandes der inneren Nennstromkontakte 6 und der äusseren Nennstromkontakte 7 teilt sich der Stromfluss im Schalter 1 im Wesentlichen über die inneren und äusseren Nennstromkontakte 6, und 7 auf. Dabei trägt der aus den äusseren Nennstromkontakten 7 gebildete Ring 23 von Kontakten etwa 65% des gesamten Stromes, während der aus den inneren Nennstromkontakten 6 gebildete Ring 22 etwa 35% des Stromes trägt. In der Schalterstellung "Ein" ist der durch die Abbrandkontakte 10 und 11 gebildete Strompfad elektrisch parallel zu dem durch die inneren Nennstromkontakte 6 mit dem Gegennennstromkontakt 8 ausgebildeten Strompfad und ist auch parallel zu dem durch die äusseren Nennstromkontakte 7 mit dem Gegennennstromkontakt 8 ausgebildeten Strompfad. Auf Grund des wesentlich geringeren elektrischen Widerstandes des Nennstromkontaktsystems 9 gegenüber dem Abbrandkontaktsystem 12 ist der Stromfluss durch die Abbrandkontakte 10, 11 vernachlässigbar.

[0021] Das in Figur 3 dargestellte Diagramm stellt qualitativ die Kräfte dar, die an den inneren und äusseren Nennstromkontakten 6 und 7 wirken und veranschaulicht die daraus resultierende Reibungskraft F_R am Nennstromkontaktsystem 9, welche mittels des Antriebs überwunden werden muss, um die Einschaltbewegung der Kontaktanordnungen zu gewährleisten. Zum einen wirkt eine Reibungskraft (nicht dargestellt) in Richtung der Längsachse A entgegen der Einschaltbewegung verursacht durch die innern und äusseren Nennstromkontakte 6, 7, welche auf dem Nennstromkontakt 8 gleiten. Zum anderen tritt eine elektromagnetische Kraft auf, die senkrecht zur Einschaltrichtung wirkt, verursacht durch den Stromfluss in den inneren und äusseren Nennstromkontakten 6, 7. Ein steigender elektrischer Strom im Schalter 1 bewirkt auch eine steigende Kontaktkraft zwischen den äusseren Nennstromkontakten 7 und dem Gegennennstromkontakt 8.

[0022] Zum Zeitpunkt t₀ befindet sich der Schalter 1 im Schalterzustand "Aus" wie in Figur 2a dargestellt. Der Stromfluss der Kontaktanordnungen ist unterbrochen, die Summe der einwirkenden Kräfte ist Null. In der Einschaltbewegung wird zum Zeitpunkt t₁ nachdem das Abbrandkontaktsystem 12 geschlossen ist und sich die beiden Abbrandkontakte 10, 11 berühren (Figur 2b), der Schalterzustand "Kontaktgabe innere Nennstromkontakte" wie in Figur 2c dargestellt, durchfahren. Dabei tritt eine Reibungskraft am Nennstromkontaktsystem 9 zwischen dem Gegennennstromkontakt 8 und dem inneren Nennstromkontakt 6 auf, durch die elektromagnetische Kraft F_I, welche gemindert wird. Die Kraft F_I, wird hervorgerufen durch den Stromfluss in den inneren Nennstromkontakten 6. Diese elektromagnetische Kraft F_I, wirkt der Anpresskraft zwischen Nennstromkontakt 8 und inneren Nennstromkontakt 6 entgegen. Somit wird im Moment des Stromflusses durch die innern Nennstromkontakte 6 die Anpresskraft und damit die resultierende Reibungskraft F_R zwischen Nennstromkontakt 8 und den inneren Nennstromkontakten 6 verringert. Die resultierende Reibungskraft F_R ist bei Stromfluss durch die inneren Nennstromkontakte 6 ist somit kleiner als die Reibungskraft, die auftritt, wenn kein Strom fliesst. Während der weiteren Schliessbewegung des Schalters 1 wird zum Zeitpunkt t₂ die in Figur 2d dargestellte Schalterstellung "Ein" erreicht, ab der zusätzlich eine Reibungskraft, hervorgerufen durch die Kontaktbildung zwischen Nennstromkontakt 8 und äusserem Nennstromkontakt 7 auftritt. Gleichzeitig kommutiert ein Teil des Stromes von den inneren Nennstromkontakten 6 auf die äusseren Nennstromkontakte 7. Diese Kommutation bewirkt zum einen, dass die elektromagnetische Kraft F_I, an den inneren Nennstromkontakten 6 abnimmt und gleichzeitig eine elektromagnetische Kraft F_A auf die äusseren Nennstromkontakte 7 wirkt, welche die Anpresskraft dieser Kontakte 7 erhöht. Somit ergibt sich ab dem Zeitpunkt t₂ die resultierende Reibungskraft F_R aus der Anpresskraft der inneren und äusseren Nennstromkontakte 6 und 7 auf den Gegennennstromkontakt 8 sowie einer die Reibungskraft F_R mindernde Komponente der elektromagnetischen Kraft F_I, hervorgerufen durch den Stromfluss in den inneren Nennstromkontakten 6, sowie einer die Reibungskraft F_R erhöhende Komponente der elektromagnetischen Kraft F_A, hervorgerufen durch den Stromfluss in den äusseren Nennstromkontakten 7. Der elektrische Strom teilt sich über die Nennstromkontakte 6, 7 auf, so dass etwa 65% über die äusseren Nennstromkontakte 7 und etwa 35% über die inneren Nennstromkontakte 6 fliesst. Das Vorhandensein von inneren Nennstromkontakten 6 zusätzlich zu den äusseren Nennstromkontakten 7 mindert somit die and den Kontakten auftretende Reibungskraft im Vergleich zu der Kraft, die bei einem Leistungsschalter auftritt, welcher nur solche Nennstromkontakte aufweist, die von aussen auf einen innen liegenden Gegennennstromkontakt wirken.

Bezugszeichenliste

[0023] 

1

Leistungsschalter

2

Isol ierstoffkörper

3, 4

Stromanschluss

5

Schaltkammervolumen

6

innere Nennstromkontakte

7

äussere Nennstromkontakte

8

Nennstromkontakt wirkend als Gegenkontaktstück; Gegennennstromkontakt

9

Nennstromkontaktsystem

10

Abbrandkontakt

11

Abbrandkontakt

12

Abbrandkontaktsystem

13

Isolierdüse

14

Feder

15

Auspuffvolumen

16

Heizvolumen

17

Kompressionsvolumen

18

Heizkanal

19

Ventil

20

rohrförmiger Abschnitt

21

Nennstromkontakttragkörper

22

Ring der inneren Nennstromkontakte

23

Ring der äusseren Nennstromkontakte

24

Ringspalt

A

Längsachse

Ansprüche

1. Leistungsschalter (1) füllbar mit einem Löschgas und mit zwei relativ zueinander und entlang einer Längsachse (A) des Schalters verschiebbaren Kontaktanordnungen, welche Kontaktanordnungen ein Abbrandkontaktsystem (12) und ein dazu elektrisch parallel geschaltetes Nennstromkontaktsystem (9) aufweisen, wobei eine der Kontaktanordnungen innere Nennstromkontakte (6) und äussere Nennstromkontakte (7) des Nennstromkontaktsystems (9) umfasst und die äusseren Nennstromkontakte (7) die inneren Nennstromkontakte (6) koaxial umgeben, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Nennstromkontakte (6) die äusseren Nennstromkontakte (7) in Richtung der Längsachse (A) überragen.

2. Leistungsschalter (1) gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im eingeschalteten Zustand des Leistungsschalters die inneren Nennstromkontakte (6) und die äusseren Nennstromkontakte (7) der einen Kontaktordnung mit einem Gegennennstromkontakt (8) der anderen Kontaktordnung in physischem Kontakt sind und dadurch zwei parallele Nennstrompfade gebildet werden.

3. Leistungsschalter (1) gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Nennstromkontakte (6) aus gleichem Material bestehen wie die äusseren Nennstromkontakte (7) und den gleichen elektrischen Widerstand aufweisen.

4. Leistungsschalter (1) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die inneren Nennstromkontakte (6) als auch die äusseren Nennstromkontakte (7) als elastische Kontaktfinger ausgebildet sind.

5. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im eingeschalteten Zustand des Schalters zwischen den inneren Nennstromkontaktfingern (6) und den äusseren Nennstromkontaktfingern (7) eine Kontaktkraft wirkt.

6. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im eingeschalteten Zustand des Schalters wirkende Kontaktkraft derart gerichtet ist, dass die Kontaktkraft mit steigendem Strom im Schalter 1 zunimmt.

7. Leistungsschalter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegennennstromkontakt (8) als ein Hohlzylinder ausgebildet ist.

8. Leistungsschalter (1) gemäss einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die koaxiale Anordnung der äusseren Nennstromkontakte (7) zu den ringförmig angeordneten inneren Nennstromkontakten (6) ein ringförmiger Spalt (24) ausgebildet wird, in welchen das Gegennennstromkontaktstück (8) beim Schliessen des Schalters hineingefahren wird.

9. Leistungsschalter (1) gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst die inneren Nennstromkontakte (6) und danach die äusseren Nennstromkontakte (7) mit dem Gegennennstromkontakt (8) in Kontakt gebracht werden.

10. Leistungsschalter (1) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Nennstromkontaktfinger (6) und die äusseren Nennstromkontaktfinger (7) jeweils mittels Schraubverbindung im Schalter befestigt sind.

11. Leistungsschalter (1) gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbrandkontaktsystem durch zwei bewegliche, hohlzylinderförmige Abbrandkontakte (10, 11) gebildet wird, und sich die Abbrandkontakte (10, 11) im eingeschalteten Zustand des Leistungsschalters an den Stirnseiten kontaktieren.

12. Verfahren zum Einschalten eines elektrischen Leitungsschalters 1 für Hoch - oder Mittelspannung mit zwei Kontaktanordnungen, welche ein Abbrandkontaktsystem (12) mit Abbrandkontakten (10, 11) und ein dazu elektrisch parallel geschaltetes Nennstromkontaktsystem (9) aufweisen, das Verfahren umfassend:

- Bewegen der beiden Kontaktanordnungen relativ zueinander und entlang einer Längsachse (A) des Schalters,

- in einer ersten Phase kontaktieren des als Hohlzylinder ausgebildeten Abbrandkontaktes (10) mit dem als Gegenkontakt wirkenden und als Hohlzylinder ausgebildeten Abbrandkontakt (11) an den Stirnseiten der Hohlzylinder,

- in einer folgenden Phase kontaktieren des Nennstromkontaktsystems (9),

- äussere Nennstromkontakte (7) innere Nennstromkontakte (6) koaxial umgeben

dadurch gekennzeichnet, dass
bei dem einen Gegennennstromkontakt (8), die inneren Nennstromkontakte (6) und die äusseren Nennstromkontakte (7) aufweisende Nennstromkontaktsystem (9) die inneren Nennstromkontakte (6) die äusseren Nennstromkontakte (7) in Richtung der Längsachse (A) überragen und zuerst die inneren Nennstromkontakte (6) und danach die äusseren Nennstromkontakte (7) mit dem Gegennennstromkontakt (8) in Kontakt gebracht werden.

13. Verfahren gemäss Anspruch 12, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt: Bildung zweier paralleler Nennstrompfade durch Kontaktierung der inneren Nennstromkontakte (6) und der äusseren Nennstromkontakte (7) mit dem gemeinsamen Gegennennstromkontakt (8).

14. Verfahren gemäss Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt: Hineinfahren des Gegennennstromkontaktstückes (8) in einen ringförmigen Spalt (24), welcher durch die koaxiale Anordnung der äusseren Nennstromkontakte (7) zu den ringförmig angeordneten inneren Nennstromkontakten (6) ausgebildet wird.

Claims

1. Circuit breaker (1) which can be filled with a quenching gas and has two contact arrangements which can be moved relative to one another and along a longitudinal axis (A) of the switch and have an arcing contact system (12) and a rated current contact system (9) connected electrically in parallel with it, one of the contact arrangements comprising inner rated current contacts (6) and outer rated current contacts (7) of the rated current contact system (9), and the outer rated current contacts (7) coaxially surrounding the inner rated current contacts (6), characterized in that, the inner rated current contacts (6) overhang the outer rated current contacts (7) in the direction of the longitudinal axis (A).

2. Circuit breaker (1) according to Claim 1, characterized in that, when the circuit breaker is switched on, the inner rated current contacts (6) and the outer rated current contacts (7) of one contact arrangement make physical contact with an opposing rated current contact (8) in the other contact arrangement, thus forming two parallel rated current paths.

3. Circuit breaker (1) according to Claim 1 or 2, characterized in that the inner rated current contacts (6) are composed of the same material as the outer rated current contacts (7), and have the same electrical resistance.

4. Circuit breaker (1) according to one of the preceding claims, characterized in that both the inner rated current contacts (6) and the outer rated current contacts (7) are in the form of elastic contact fingers.

5. Circuit breaker (1) according to Claim 4, characterized in that, when the switch is switched on, a contact force acts between the inner rated current contact fingers (6) and the outer rated current contact fingers (7).

6. Circuit breaker (1) according to Claim 5, characterized in that the contact force which acts when the switch is switched on is directed such that the contact force increases as the current in the switch (1) rises.

7. Circuit breaker (1) according to one of Claims 2 to 6, characterized in that the opposing rated current contact (8) is in the form of a hollow cylinder.

8. Circuit breaker (1) according to one of Claims 2 to 7, characterized in that the coaxial arrangement of the outer rated current contacts (7) with respect to the inner rated current contacts (6), which are arranged in the form of a ring, forms an annular gap (24), into which the opposing rated current contact piece (8) moves when the switch is being closed.

9. Circuit breaker (1) according to Claim 8, characterized in that the inner rated current contacts (6) are first of all brought into contact with the opposing rated current contact (8), followed by the outer rated current contacts (7).

10. Circuit breaker (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the inner rated current contact fingers (6) and the outer rated current contact fingers (7) are each mounted in the switch by means of a screw connection.

11. Circuit breaker (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the arcing contact system is formed by two moving, hollow-cylindrical arcing contacts (10, 11) and the arcing contacts (10, 11) make contact with the end faces when the circuit breaker is switched on.

12. Method for switching on an electrical circuit breaker (1) for high-voltage or medium-voltage having two contact arrangements which have a arcing contact system (12) with arcing contacts (10, 11) and a rated current contact system (9) connected electrically in parallel with it, and the method comprises:

- movement of both contact arrangements relative to one another and along a longitudinal axis (A) of the switch,

- in a first phase, contact between the arcing contact (10), which is in the form of a hollow cylinder, and the arcing contact (11), which acts as an opposing contact and is in the form of a hollow cylinder, on the end faces of the hollow cylinder,

- in a subsequent phase, contact of the rated current contact system (9), wherein

- outer rated current contacts (7) coaxially surround inner rated current contacts (6),

characterized in that
in the rated current contact system (9) which has an opposing rated current contact (8), the inner rated current contacts (6) and the outer rated current contacts (7), the inner rated current contacts (6) overhang the outer rated current contacts (7) in the direction of the longitudinal axis (A), and the inner rated current contacts (6) make contact with the opposing rated current contact (8) first of all, followed by the outer rated current contacts (7).

13. Method according to Claim 12, characterized by the method step:

formation of two parallel rated current paths by the inner rated current contacts (6) and the outer rated current contacts (7) making contact with the common opposing rated current contact (8).

14. Method according to Claim 12 or 13, characterized by the method step: the opposing rated current contact piece 8 is moved into an annular gap 24 which is formed by the coaxial arrangement of the outer rated current contacts (7) with respect to the inner rated current contacts (6), which are arranged in the form of a ring.

Revendications

1. Commutateur de puissance (1) pouvant être rempli avec un gaz d'extinction et comprenant deux arrangements de contact qui peuvent coulisser l'un par rapport à l'autre et le long d'un axe longitudinal (A) du commutateur, lesdits arrangements de contact présentant un système de contact d'arc (12) et un système de contact de courant nominal (9) branché électriquement en parallèle avec celui-ci, l'un des arrangements de contact comprenant des contacts de courant nominal intérieurs (6) et des contacts de courant nominal extérieurs (7) du système de contact de courant nominal (9) et les contacts de courant nominal extérieurs (7) entourant les contacts de courant nominal intérieurs (6) de manière coaxiale, caractérisé en ce que les contacts de courant nominal intérieurs (6) font saillie depuis les contacts de courant nominal extérieurs (7) dans le sens de l'axe longitudinal (A).

2. Commutateur de puissance (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans l'état de mise en circuit du commutateur de puissance, les contacts de courant nominal intérieurs (6) et les contacts de courant nominal extérieurs (7) de l'un des arrangements de contact sont en contact physique avec un contact de courant nominal homologue (8) de l'autre arrangement de contact et deux chemins de courant nominal parallèles sont ainsi formés.

3. Commutateur de puissance (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les contacts de courant nominal intérieurs (6) se composent du même matériau que les contacts de courant nominal extérieurs (7) et présentent la même résistance électrique.

4. Commutateur de puissance (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les contacts de courant nominal intérieurs (6) ainsi que les contacts de courant nominal extérieurs (7) sont réalisés sous la forme de languettes de contact souples.

5. Commutateur de puissance (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que dans l'état de mise en circuit du commutateur, une force de contact agit entre les languettes de contact de courant nominal intérieures (6) et les languettes de contact de courant nominal extérieures (7).

6. Commutateur de puissance (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la force de contact qui agit dans l'état de mise en circuit du commutateur est dirigée de telle sorte que la force de contact augmente à mesure que le courant dans le commutateur (1) augmente.

7. Commutateur de puissance (1) selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le contact de courant nominal homologue (8) est réalisé sous la forme d'un cylindre creux.

8. Commutateur de puissance (1) selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que du fait de la disposition coaxiale des contacts de courant nominal extérieurs (7) par rapport aux contacts de courant nominal intérieurs (6) disposés en forme d'anneau, il se forme un interstice annulaire (24) dans lequel est introduit le contact de courant nominal homologue (8) lors de la fermeture du commutateur.

9. Commutateur de puissance (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que les contacts de courant nominal intérieurs (6) et ensuite les contacts de courant nominal extérieurs (7) sont mis en contact avec le contact de courant nominal homologue (8).

10. Commutateur de puissance (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les languettes de contact de courant nominal intérieures (6) et les languettes de contact de courant nominal extérieures (7) sont respectivement fixées dans le commutateur au moyen d'un assemblage à vis.

11. Commutateur de puissance (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de contact d'arc est formé par deux contacts d'arc (10, 11) mobiles de forme cylindrique creuse et les contacts d'arc (10, 11) se mettent en contact au niveau des côtés frontaux dans l'état de mise en circuit du commutateur de puissance.

12. Procédé de mise en circuit d'un commutateur de puissance électrique (1) pour haute ou moyenne tension comprenant deux arrangements de contact qui présentent un système de contact d'arc (12) muni de contacts d'arc (10, 11) et un système de contact de courant nominal (9) branché électriquement en parallèle avec celui-ci, le procédé comprenant les étapes suivantes :

- déplacement des deux arrangements de contact l'un par rapport à l'autre et le long d'un axe longitudinal (A) du commutateur,

- dans une première phase, mise en contact du contact d'arc (10) réalisé sous la forme d'un cylindre creux avec le contact d'arc (11) faisant office de contact homologue et réalisé sous la forme d'un cylindre creux au niveau des côtés frontaux des cylindres creux,

- dans une phase suivante, mise en contact du système de contact de courant nominal (9), des contacts de courant nominal extérieurs (7) entourant des contacts de courant nominal intérieurs (6) de manière coaxiale,

caractérisé en ce
qu'avec le contact de courant nominal homologue (8), le système de contact de courant nominal (9) présentant les contacts de courant nominal intérieurs (6) et les contacts de courant nominal extérieurs (7), les contacts de courant nominal intérieurs (6) font saillie depuis les contacts de courant nominal extérieurs (7) dans le sens de l'axe longitudinal (A) et d'abord les contacts de courant nominal intérieurs (6) et ensuite les contacts de courant nominal extérieurs (7) sont mis en contact avec le contact de courant nominal homologue (8).

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé par l'étape suivante : formation de deux chemins de courant nominal parallèles par mise en contact des contacts de courant nominal intérieurs (6) et des contacts de courant nominal extérieurs (7) avec le contact de courant nominal homologue (8) commun.

14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, caractérisé par l'étape suivante : introduction du contact de courant nominal homologue (8) dans un interstice annulaire (24) qui est formé par l'arrangement coaxial des contacts de courant nominal extérieurs (7) par rapport aux contacts de courant nominal intérieurs (6) disposés en forme d'anneau.

Zeichnung