HOCHLEISTUNGSSCHALTER MIT ABBRANDFESTER KURZSCHLUSSTROMFÜHRUNG

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Hochleistungsschaltertechnik. Sie bezieht sich auf einen Hochleistungsschalter gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Stand der Technik

[0002] Aus dem Stand der Technik ist ein Hochleistungsschalter bekannt, der als Lichtbogenkontaktstück eine Kontakttulpe aufweist, welche zur Führung eines Kurzschlussstromes mit einem Stromführungselement einen flächigen Kontakt bildet. Innerhalb der Kontakttulpe und bis in das Stromführungselement hineinreichend ist ein Rohr aus abbrandresistentem Material vorgesehen, welches das Innere der Kontakttulpe vor heissem Gas schützen soll, wobei das Gas durch einen auf dem Lichtbogenkontaktstück fussenden Lichtbogen erhitzt ist und durch die Kontakttulpe und bis jenseits des Stromführungselementes strömt.

[0003] Ein solcher Heissgasstrom kann, sofern kein adäquater Schutz vorgesehen ist, Material von dem Stromführungselement und/oder der Kontakttulpe abtragen, wodurch es zu einer Degradation des elektrischen Kontaktes zwischen Kontakttulpe und Stromführungselement kommen kann. Ein zunehmender Kontaktwiderstand und sogar ein Unterbruch des Kontaktes kann die Folge sein.

[0004] Das Rohr aus abbrandfestem Material ist in das Stromführungselement eingeschraubt und weist in dem Teil, in welchem es innerhalb der Kontakttulpe angeordnet ist, einen Aussendurchmesser auf, der grösser ist als der Innendurchmesser der Kontakttulpe an der jeweiligen Stelle.

[0005] Durch das Vorsehen eines solchen Rohres aus abbrandfestem Material verringert sich die der Gasströmung zur Verfügung stehende Querschnittsfläche stark. Soll diese Querschnittsfläche in etwa konstant bleiben, um ähnliche Abströmgeschwindigkeiten zu behalten, muss (bei gleichen, dem Kurzschlussstrom zur Verfügung stehenden Querschnitten) eine grössere Kontakttulpe und ein grösseres Stromführungselement vorgesehen werden, so dass ein insgesamt grösserer Hochleistungsschalter die Folge ist.

[0006] Aus der EP 0 642 145 A ist ein Leistungsschalter mit männlichem Kontaktstift und Kontakttulpe bekannt, bei dem die Kontaktfinger der Tulpe eine axiale Aussparung aufweisen um darin ein Rohr aufzunehmen, welches als Radialwegbegrenzer für die Kontaktfinger dient. Zum thermischen Schutz vor Abbrand ist im inneren der Kontakttulpe ein weiteres Schutzrohr gegen Heissgas vorgesehen.

[0007] In der EP 0 290 950 A ist ein Druckgasschalter beschrieben, der als Lichtbogenkontaktstück tulpenförmige Kontaktfinger aufweist, welche mit einem zylinderförmigen Abbrandkontakt die Lichtbogenkontakte bilden. Innerhalb der Kontakttulpe wird ein axial verschiebbarer rohrförmiger Körper geführt, der beim Ausschaltvorgang durch eine Feder in Richtung des Abbrandkontaktes gedrückt wird.

[0008] Des Weiteren ist aus der EP 0 932 172 A2 ein Leistungsschalter mit einem Tulpenkontaktstück bekannt, dessen federnde Lichtbogenkontakte und das daran angeordnete Rohrstück durch einen lichtbogenfesten Einsatz gegen Abbrand geschützt werden. Nachteilig wird der Strömungsquerschnitt im Tulpenkontaktstück dadurch verringert, dass der Einsatz innen auf den Lichtbogenkontakten und dem Rohrstück aufliegt.

[0009] Es ist daher wünschenswert, einen möglichst kompakten Hochleistungsschalter zu schaffen, der dennoch einen Schutz vor der genannten heissgas-induzierten Kontakt-Degradation bietet.

Darstellung der Erfindung

[0010] Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Hochleistungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher die oben genannten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll ein kompakter, also geringe Aussenabmessungen aufweisender Hochleistungsschalter geschaffen werden, der einen geringen, nicht durch heissgas-induzierte Kontakt-Degradation mit der Zeit zunehmenden elektrischen Widerstand zwischen einem Lichtbogenkontaktstück und einem einen Kurzschlusstrom vom Lichtbogenkontaktstück abführenden Stromführungselement aufweist.

[0011] Diese Aufgabe löst eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

[0012] Der erfindungsgemässe Hochleistungsschalter mit einer Achse, durch welche eine zu der Achse parallele axiale Koordinate und eine dazu senkrechte radiale Koordinate definiert ist, weist ein Lichtbogenkontaktstück, ein Stromführungselement und ein Abbrandschutzelement auf. Das Lichtbogenkontaktstück weist zur Führung einer im Wesentlichen axialen Strömung eines durch einen gegebenenfalls auf dem Lichtbogenkontaktstück fussenden Lichtbogen erhitzten Gases eine Öffnung auf. Zur Führung eines während einer Brenndauer des Lichtbogens durch das Lichtbogenkontaktstück und das Stromführungselement fliessenden Kurzschlussstromes bildet es mit dem Stromführungselement einen flächigen Kontakt. Durch das Abbrandschutzelement ist das Stromführungselement nahe dem flächigen Kontakt im Wesentlichen von der Strömung abgeschirmt. Das Stromführungselement weist einen axialen Bereich auf, in welchem eine radiale Innenabmessung des Stromführungselementes mit zunehmendem parallel zur Achse gemessenem Abstand zu dem flächigen Kontakt schrittweise oder kontinuierlich zunehmend ist.

[0013] Der Hochleistungsschalter ist dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Bereich zur Aufnahme des Abbrandschutzelementes vorgesehen ist und dass in dem axialen Bereich eine radiale Aussenabmessung des Abbrandschutzelementes an die radiale Innenabmessung des Stromführungselementes angepasst ist, wobei das Abbrandschutzelement. In das Stromführungselement eingepasst ist. Dadurch kann die radiale Aussendimension des Hochleistungsschalters sehr klein gehalten werden.

[0014] Die Erfindung kann auch darin gesehen werden, dass der Hochleistungsschalter dadurch gekennzeichnet ist, dass das Stromführungselement einen axialen (das heisst durch seine axiale Erstreckung definierten) Bereich aufweist, an dessen dem flächigen Kontakt zugewandtem Ende eine radiale Innenabmessung des Stromführungselementes kleiner ist als an dessen dem flächigen Kontakt abgewandtem Ende. Vorteilhaft ist das dem flächigen Kontakt zugewandtem Ende des Bereiches direkt an dem flächigen Kontakt oder nahe dem flächigen Kontakt.

[0015] Durch die Erfindung wird es möglich, gleichzeitig einen grossflächigen Kontakt zwischen Lichtbogenkontaktstück und Stromführungselement (mit entsprechend niedrigem Kontaktwiderstand) und einen Schutz vor heissgasinduzierter Kontaktdegradation (an dem grossflächigen Kontakt) zu realisieren. Eine sehr kompakte Bauweise des.Hochleistungsschalters und eine grosse Standzeit werden auf diese Weise ermöglicht.

[0016] Vorteilhaft kann das Stromführungselement abgeschrägt sein, bevorzugt bereits ab dem flächigen Kontakt mit dem Lichtbogenkontaktstück.

[0017] Der axiale Bereich ist vorteilhaft auf der dem Lichtbogenkontaktstück abgewandten Seite des flächigen Kontaktes angeordnet. Vorteilhaft ist der axiale Bereich nahe dem Lichtbogenkontaktstück angeordnet.

[0018] In einer bevorzugten Ausführungsform sind das Stromführungselement und das Abbrandschutzelement im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. Vorteilhaft ist der ganze Hochleistungsschalter im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. Bevorzugt ist die radiale Innenabmessung der Innendurchmesser. Bevorzugt ist die radiale Aussenabmessung des Abbrandschutzelementes dessen Aussendurchmesser.

[0019] Bevorzugt ist das Abbrandschutzelement axial bis zu dem Lichtbogenkontaktstück erstreckt. Das Abbrandschutzelement kann genau bis zu dem Lichtbogenkontaktstückes erstreckt sein (so dass Lichtbogenkontaktstück und Abbrandschutzelement einander berühren) oder auch darüber hinaus (bis es also einen Bereich gibt, in dem sich das Abbrandschutzelement und das Lichtbogenkontaktstück axial überlappen). Das Abbrandschutzelement kann auch (nur) bis zu der axialen Erstreckung des Lichtbogenkontaktstückes axial erstreckt sein (so dass die Bereiche der axialen Erstreckung von Lichtbogenkontaktstück und Abbrandschutzelement einander ohne Überlappung berühren).

[0020] Vorteilhaft weist das Abbrandschutzelement ein abbrandfesteres Material auf als das Stromführungselement nahe dem flächigen Kontakt. Vorteilhaft ist zumindest die der Heissgas-Strömung zugewandte Seite des Abbrandschutzelementes aus einem solchen abbrandfesten Material, bevorzugt ist das ganze Abbrandschutzelement aus einem solchen Material gefertigt. Nahe dem flächigen Kontakt ist derjenige Teil des Stromführungselementes angeordnet, der, wenn er einer Heissgas-Strömung ausgesetzt würde, besonders rasch zu einer Degradation des Kontaktes zwischen Lichtbogenkontaktstück und Stromführungselement führte. Dieser Teil ist vorteilhaft durch das abbrandfestere Material des Abbrandschutzelementes vor Degradation durch Heissgas geschützt.

[0021] In einer bevorzugten Ausführungsform gibt es einen zweiten axialen Bereich, in welchem eine radiale Innenabmessung des Abbrandschutzelementes im Wesentlichen gleich ist einer radialen Innenabmessung des Lichtbogenkontaktstücks. Besonders vorteilhaft sind (innerhalb von Fertigungstoleranzen) die radiale Innenabmessung des Stromführungselementes und die radiale Aussenabmessung des Abbrandschutzelementes in dem axialen Bereich gleich gross. Anders gesagt ist nahe dem flächigen Kontakt eine radiale Innenabmessung des Abbrandschutzelementes im Wesentlichen gleich gross wie eine radiale Innenabmessung des Lichtbogenkontaktstücks. Eine besonders kompakte Bauweise des Hochleistungsschalters wird dadurch möglich.

[0022] Ein Hochleistungsschalter kann ein Abströmrohr zur Führung der Heissgas-Strömung aufweisen. Das Abströmrohr dient der Führung einer Strömung eines durch einen gegebenenfalls auf dem Lichtbogenkontaktstück fussenden Lichtbogen erhitzten Gases. In diesem Fall ist mit grossem Vorteil das Abbrandschutzelement mit dem Abströmrohr fest verbunden. Besonders vorteilhaft sind das Abströmrohr und das Abbrandschutzelement einstückig ausgebildet. Dies erleichtert die Fertigung und die Montage des Hochleistungsschalters. Das Abbrandschutzelement ist vorteilhaft in das Abströmrohr integriert.

[0023] Vorteilhaft ist das Stromführungselement fest verbunden mit einer das Lichtbogenkontaktstück umgebenden Hilfsdüse. Vorteilhaft dient das Stromführungselement dazu, eine Isolierdüsenanordnung (umfassend mindestens eine Hauptdüse und mindestens eine Hilfsdüse) zu stützen oder zu halten, oder das Stromführungselement ist mit einer solchen Stütze oder Halterung fest verbunden oder einstückig ausgebildet.

[0024] Der flächige Kontakt ist vorteilhaft im Wesentlichen radial ausgerichtet. Zumindest ist der flächige Kontakt nicht ausschliesslich entlang der horizontalen Koordinate erstreckt.

[0025] Vorteilhaft kann das Stromführungselement und/oder das Lichtbogenkontaktstück an einer zu dem flächigen Kontakt beitragenden Oberfläche, vorzugsweise (jeweils) auf der ganzen zum flächigen Kontakt beitragenden Oberfläche, mit einer Beschichtung zur Verringerung des Übergangswiderstandes versehen sein. Eine solche Beschichtung kann beispielsweise eine Versilberung sein.

[0026] In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zusätzlich zu dem Lichtbogenkontaktstück noch ein Nennstromkontaktsystem vorgesehen. Dieses trägt im geschlossenen Schalterzustand einen Nennstrom, während nach der Nennstromkontaktstück-Trennung der Strom auf ein das Lichtbogenkontaktstück umfassende Lichtbogenkontaktsystem kommutiert. Nach der Trennung des Lichtbogenkontaktsystems wird ein zu löschender, den Kurzschlussstrom tragender Lichtbogen gezündet. Es ist auch möglich, dass das Lichtbogenkontaktstück zusammen mit einem weiteren Lichtbogenkontaktstück ein Nennstromkontaktsystem bildet.

[0027] Ein Hochleistungsschalter ist typischerweise zum Tragen von Kurzschlussströmen zwischen 2 kA und 80 kA bei Nennspannungen zwischen 10 kV und über 1000 kV, bevorzugt zwischen 30 kV und 550 kV ausgelegt.

[0028] Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Vorteile gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und den Figuren hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0029] Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1

einen grossen Ausschnitt eines erfindungsgemässen Hochleistungsschalters, geschnitten;

Fig. 2 bis 10

jeweils einen Ausschnitt, darstellend eine mögliche Ausgestaltung von Lichtbogenkontaktstück, Stromführungselement und Abbrandschutzelement, geschnitten.

[0030] Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Teile mit gleichen 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

[0031] Fig. 1 zeigt schematisch und geschnitten einen Ausschnitt eines erfindungsgemässen Hochleistungsschalters in geöffnetem Schaltzustand. Der Hochleistungsschalter ist im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet mit einer Rotationsachse A, durch welche eine mit z bezeichnete axiale Koordinate und eine mit r bezeichnete radiale Koordinate definiert ist. Zum Öffnen des Schalters wurde zunächst ein aus zwei Nennstromkontakten 9 bestehendes Nennstromkontaktsystem 9 geöffnet, so dass ein durch den Schalter fliessender Strom auf ein aus zwei Lichtbogenkontaktstücken 1,1b bestehendes Lichtbogenkontaktstücksystem kommutiert. Nach dem Trennen der zwei Lichtbogenkontaktstücke 1,1b brennt zwischen diesen ein Lichtbogen 5, und ein Kurzschlussstrom 1, symbolisiert durch dünne offene Pfeile, fliesst durch die beiden Lichtbogenkontaktstücke 1,1b.

[0032] Das Lichtbogenkontaktstück 1 ist als eine Kontakttulpe mit einer Vielzahl von Kontaktfingern ausgebildet und weist eine Öffnung 6 auf. Ein in dem Schalter vorgesehenes Löschgas 4, beispielsweise SF₆, wird durch den Lichtbogen 5 erhitzt und bildet, gegebenenfalls zusammen mit weiterem gasförmigen Material, eine Gasströmung 4 (symbolisiert durch dicke offene Pfeile), welche durch die Öffnung 6 strömt.

[0033] Der Kurzschlussstrom I fliesst durch einen radial ausgerichteten flächigen Kontakt F am Ende der Kontakttulpe 1 in ein Stromführungselement 2 und von dort weiter zu den Anschlüssen des Schalters. Zum Schutz des Stromführungselementes 2 und vor allem des flächigen Kontaktes F zwischen dem Stromführungselement 2 und dem Lichtbogenkontaktstück 1 vor dem Gasstrom 4 ist ein Abbrandschutzelement 3a vorgesehen, welches hier zusammen mit einem Abströmrohr 3 einstückig ausgebildet ist.

[0034] Das Stromführungselement 2 ist im Allgemeinen aus einem weniger abbrandfesten (hitzeresistenten) Material (beispielsweise Aluminium oder Kupfer) als das Abbrandschutzelement 3a, welches beispielsweise aus Stahl oder einem Kohlefaserverbundwerkstoff sein kann. Das Lichtbogenkontaktstück 1 kann beispielsweise aus Kupfer, Stahl oder Wolfram-Kupfer gefertigt sein.

[0035] Die gesamte Bodenfläche des Lichtbogenkontaktstückes 1 dient als Kontaktfläche F zum Stromführungselement 2, und ab dort ist das Stromführungselement 2 durch das Abbrandschutzelement 3a vor der Gasströmung 4 geschützt. Bei Verwendung geeigneter Materialen kann auf einen zusätzlichen Schutz des Lichtbogenkontaktstückes 1 vor Abbrand verzichtet werden, so dass das Abbrandschutzelement 3a nur die Kontaktfläche F und den der Kontaktfläche nahen Teil des Stromführungselementes 2 vor Heissgas schützen muss.

[0036] Die Kontakttulpe 1 kann, wie in Fig. 1 dargestellt, in das Stromführungselement 2 eingeschraubt sein. Durch ein Gewinde kann nur ein vernachlässigbarer Strom zwischen Lichtbogenkontaktstück 1 und Stromführungselement 2 fliessen, so dass die Mantelfläche der Kontakttulpe keinen Beitrag zu der Kontaktfläche leistet.

[0037] In einem nahe an der Kontaktfläche F, insbesondere an der Kontaktfläche F beginnenden Bereich 2a vergrössert sich der Innendurchmesser d2 des Stromführungselementes 2 kontinuierlich. In gleichem Masse vergrössert sich der Aussendurchmesser des Abbrandschutzelementes 3a. Der Innendurchmesser des Abbrandschutzelementes 3a ist in einem axialen Bereich 2b (oder zumindest nahe der Kontaktfläche F) gleich dem Innendurchmesser d1 des Lichtbogenkontaktstückes 1 nahe der Kontaktfläche F.

[0038] Auf diese Weise wird dem durch das Lichtbogenkontaktstück 1 abströmende Gas 4 ein grosser Abströmquerschnitt zur Verfügung gestellt, während die Aussendimensionen des Schalters gering bleiben und die dem Kurzschlussstrom I zur Verfügung stehende Querschnittsfläche F sehr gross ist.

[0039] Das Stromführungselement 2 hat hier noch die Funktion, eine isolierende Hilfsdüse 7 und, über ein metallisches Rohr (welches auch eines der Nennstromkontaktstücke 9 trägt), eine isolierende Hauptdüse 8 zu halten. Es können beide Lichtbogenkontaktstücke 1,1 b oder auch nur eines der beiden beweglich ausgebildet sein. Das Lichtbogenkontaktstück 1, das Abströmrohr 3, das Stromführungselement 2, die Isolierdüsenanordnung 7,8 und der auf der Isolierdüsenseite angeordnete Nennstromkontakt 9 können fest miteinander verbunden sein.

[0040] Die weiteren Figuren zeigen schematisch und geschnitten mögliche Ausgestaltungen des Bereiches nahe dem flächigen Kontakt F, wie sie in einem Hochleistungsschalter gemäss Fig. 1 oder auch in einem anderen Schalter mit einem Lichtbogenkontaktstück 1, einem Stromführungselement 2 und einem Abbrandschutzelement 3a möglich sind.

[0041] Fig. 2 zeigt die Ausführungsform aus Fig. 1, wobei das Gewinde deutlicher dargestellt ist. Die Darstellung ist etwas idealisiert, da aufgrund von Fertigungstoleranzen manche Flächen gegebenenfalls eine geringe Beabstandung voneinander aufweisen. Im Zusammenhang mit Fig. 3 wird diese Problematik andiskutiert.

[0042] Wie Fig. 3 zeigt, kann das Kontaktstück 1 auch, anstatt mittels eines Gewindes mit dem Stromführungselement 2 verbunden zu sein, in dieses eingepresst sein. Dies ist ein Beispiel für eine formschlüssige Verbindung. Ausserdem kann, um fertigungstoleranzbedingten Einpass-Problemen des Abbrandschutzelementes 3a in das Stromführungselement 2 vorzubeugen, die Abschrägung des Abbrandschutzelementes 3a weniger stark ausgebildet sein als die Abschrägung des Stromführungselementes 2, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Dadurch sind der Innendurchmesser d2 des Stromführungselementes 2 und der Aussendurchmesser D3 des Abbrandschutzelementes 3a bei der gleichen axialen Koordinate z verschieden gross.

[0043] Wie in Fig. 3 weiterhin dargestellt ist, kann auch die Kontakttulpe 1 eine Abschrägung aufweisen, wodurch fertigungstoleranzbedingten Einpass-Problemen des Abbrandschutzelementes 3a vorgebeugt wird. Zudem ist in Fig. 3 dargestellt, dass auch ein stumpf ausgebildetes Ende des Abbrandschutzelementes 3a vorsehbar ist.

[0044] Fig. 4 zeigt eine weitere beispielhafte Realisierung, wie ein zu einem geringen Kontaktwiderstand führender Anpressdruck an der Kontaktfläche 6 erzielt werden kann. Das Lichtbogenkontaktstück 1 ist mittels einer Überwurfmutter 10 oder eines Flansches 10 gegen das Stromführungselement gepresst. Ausserdem zeigt Fig. 4, dass das Abbrandschutzelement 3a auch getrennt von dem Abströmrohr 3 angeordnet sein kann.

[0045] Fig. 5 zeigt, dass es auch möglich ist, mehrere Abschrägungen von Stromführungselement 2 und/oder Abbrandschutzelement 3a vorzusehen.

[0046] Fig. 6 zeigt, dass es auch möglich ist, das Abbrandschutzelement 3a bezüglich der axialen Koordinate bis über die Erstreckung des Lichtbogenkontaktstückes 1 hinaus ausgedehnt vorzusehen.

[0047] Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der das Abbrandschutzelement 3a getrennt von dem Abströmrohr 3 angeordnet ist. Zudem ist dargestellt, dass auch eine schrittweise (hier in einem Schritt; es sind aber auch zwei, der oder mehr Schritte denkbar) Vergrösserung des Innendurchmessers d2 des Stromführungselementes 2 vorgesehen sein kann. (Da Fig. 7 den Schalter nur bis zur Symmetrieachse A darstellt, ist der halbe Innendurchmesser, als d2/2, angegeben.)

[0048] Es kann durchaus auch eine Ausführungsform vorteilhaft sein, in der sich in einem ersten Bereich der Innendurchmesser d2 schrittweise, wie in Figur 7 dargestellt, vergrössert und sich in einem zweiten Bereich in Abschrägungen, wie in Figur 5 dargestellt, vergrössert. Es ist aber auch umgekehrt möglich, dass sich in einem ersten Bereich der Innendurchmesser d2 in Abschrägungen und in einem zweiten Bereich schrittweise vergrössert.

[0049] Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, in welcher das Abbrandschutzelement 3a und das Stromführungselement 2, ausgehend von dem flächigen Kontakt F und in die durch die Koordinate z vorgegebene Richtung zunächst einen konstanten Aussen- beziehungsweise Innendurchmesser und dann einen abgeschrägten Bereich in Richtung grösserer radialer Koordinaten aufweist. Dadurch ist auf Kosten einer leicht verkleinerten Kontaktfläche F eine verbesserte Abbrandresistenz gewährleistet.

[0050] Die Ausführungsform in Fig. 9 ist ähnlich der in Fig. 8, zeigt aber, dass der flächige Kontakt F nicht notwendigerweise im Wesentlichen radial ausgerichtet sein muss. Er kann einen von null deutlich verschiedenen Winkel α mit einer entlang der Koordinate r verlaufenden Achse einschliessen. Der Winkel α kann, wie in Fig. 9 dargestellt, negativ sein, aber auch positive Winkel α sind möglich.

[0051] Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform, in welcher der Innendurchmesser d3 des Abbrandschutzelementes 3a etwas kleiner ist als der Innendurchmesser d₁ des Lichtbogenkontaktstückes 1. Ausserdem erstreckt sich das Abbrandschutzelement 3a von derjenigen Seite der Kontaktfläche F, an welche vorwiegend das Stromführungselement 3 angrenzt, bis auf die Seite der Kontaktfläche F, an welche vorwiegend das Lichtbogenkontaktstück 1 angrenzt. Ein verbesserter Schutz gegen Abbrand an der Kontaktfläche F wird erreicht. Ausserdem wird durch die Ausbildung von Abbrandschutzelement 3a und Stromführungselement 2 im Bereich 2a ein Schnappmechanismus realisiert, welcher der gegenseitigen Befestigung der zwei Teile aneinander dient.

[0052] Die in den Figuren dargestellten Merkmale können auch in anderen als in den genannten oder dargestellten Kombinationen vorteilhaft sein.

Bezugszeichenliste

[0053] 

1

Lichtbogenkontaktstück, Kontakttulpe, Kontaktrohr

1 b

Lichtbogenkontaktstück, Kontaktstift

2

Stromführungselement, Halterung

2a,2b

Bereich, axialer Bereich

3

Abströmrohr

3a

Abbrandschutzelement

4

Gas, Löschgas, Strömung, Löschgasströmung

5

Lichtbogen

6

Öffnung des Lichtbogenkontaktstücks

7

Hilfsdüse

8

Düse, Hauptdüse

9

Nennstromkontakt, Nennstromkontaktsystem

10

Überwurfmutter, Flansch

A

Achse

D3

radiale Aussenabmessung des Abbrandschutzelementes, Aussendurchmesser

d1

radiale Innenabmessung des Lichtbogenkontaktstücks, Innendurchmesser

d2

radiale Innenabmessung des Stromführungselementes, Innendurchmesser

d3

radiale Innenabmessung des Abbrandschutzelementes, Innendurchmesser

I

Strom, Kurzschlussstrom, Lichtbogenstrom

F

flächiger Kontakt, Kontaktfläche

r

radiale Richtung, radiale Koordinate

z

axiale Richtung, axiale Koordinate

α

Winkel

Ansprüche

1. Hochleistungsschalter mit einer Achse (A), durch welche eine zu der Achse parallele axiale Koordinate (z) und eine dazu senkrechte radiale Koordinate (r) definiert ist, und mit einem Lichtbogenkontaktstück (1), einem Stromführungselement (2) und einem Abbrandschutzelement (3a), wobei das Lichtbogenkontaktstück (1) zur Führung einer im wesentlichen axialen Strömung (4) eines durch einen gegebenenfalls auf dem Lichtbogenkontaktstück (1) fussenden Lichtbogen (5) erhitzten Gases (4) eine Öffnung (6) aufweist und zur Führung eines während einer Brenndauer des Lichtbogens (5) durch das Lichtbogenkontaktstück (1) und das Stromführungselement (2) fliessenden Kurzschlussstromes (1) mit dem Stromführungselement (2) einen flächigen Kontakt (F) bildet, und wobei durch das Abbrandschutzelement (3a) das Stromführungselement (2) nahe dem flächigen Kontakt (F) im wesentlichen von der Strömung (4) abgeschirmt ist und wobei das Stromführungselement (2) einen axialen Bereich (2a) aufweist, in welchem eine radiale Innenabmessung (d2) des Stromführungselementes (2) mit zunehmendem parallel zur Achse (A) gemessenem Abstand von dem flächigen Kontakt (F) schrittweise oder kontinuierlich zunehmend ist, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Bereich (2a) zur Aufnahme des Abbrandschutzelementes (3a) vorgesehen ist und
dass in dem axialen Bereich (2a) eine radiale Aussenabmessung (D3) des Abbrandschutzelementes (3a) an die radiale Innenabmessung (d2) des Stromführungselementes (2) angepasst ist, wobei das Abbrandschutzelement (3a) In das Stromführungselement (2) eingepasst ist

2. Hochleistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromführungselement (2) und das Abbrandschutzelement (3a) im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist, und dass die radiale Innenabmessung (d2) der innendurchmesser (d2) ist.

3. Hochleistungsschalter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbrandschutzelement (3a) axial bis zu dem Lichtbogenkontaktstück (1) erstreckt ist.

4. Hochleistungsschalter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbrandschutzelement (3a) ein abbrandfesteres Material aufweist als das Stromführungselement (2) nahe dem flächigen Kontakt (F).

5. Hochleistungsschalter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten axialen Bereich (2b) eine radiale Innenabmessung (d3) des Abbrandschutzelementes (3a) im wesentlichen gleich ist einer radialen Innenabmessung (d1) des Lichtbogenkontaktstücks (1)

6. Hochleistungsschalter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abströmrohr (3) zur Führung der Strömung (4) vorgesehen ist, und dass das Abbrandschutzelement (3a) mit dem Abströmrohr (3) fest verbunden ist.

7. Hochleistungsschalter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromführungselement (2) fest verbunden ist mit einer das Lichtbogenkontaktstück (1) umgebenden Hilfsdüse (7)

8. Hochleistungsschalter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige Kontakt (F) im Wesentlichen radial ausgerichtet ist.

9. Hochlelstungsschalter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Lichtbogenkontaktstück (1) noch ein Nennstromkontaktsystem (9) vorgesehen ist.

10. Hochleistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Innenabmessung (d2) des Stromführungselementes (2) in einem nahe der Kontaktfläche (F) beginnenden Bereich kontinulerlich oder kontinuierlich mit einer Stufe oder mehrstufig vergrössert

11. Hochleistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10. dadurch gekennzeichnet, dass sich die Innenabmessung (d2) des Stromführungselementes (2) in einem nahe der Kontaktfläche (F) beginnenden Bereich in mehreren Abschrägungen vergrössert.

12. Hochleistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakttulpe (1) in das Stromführungselement (2) eingeschraubt ist.

Claims

1. Heavy-duty circuit-breaker having an axis (A) which defines an axial coordinate (z) parallel to the axis and a radial coordinate (r) at right angles to the axis, and having an arcing contact piece (1), a current-carrying element (2) and an erosion protection element (3a), with the arcing contact piece (1) having an opening (6) in order to carry an essentially axial flow (4) of a gas (4) which has been heated by an arc (5) which may be based on the arcing contact piece (1), and together with the current-carrying element (2) forms a flat contact (F) in order to carry a short-circuit current (I) which flows through the arcing contact piece (1) and the current-carrying element (2) for the time during which the arc (5) burns, and with the erosion protection element (3a) essentially shielding the current-carrying element (2) from the flow (4) close to the flat contact (F), and with the current-carrying element (2) having an axial area (2a) in which a radial internal dimension (d2) of the current-carrying element (2) increases in steps or continuously as the distance from the flat contact (F), measured parallel to the axis (A), increases,
characterized
in that the axial area (2a) is intended to hold the erosion protection element (3a), and
in that a radial external dimension (D3) of the erosion protection element (3a) is matched to the radial internal dimension (d2) of the current-carrying element (2) in the axial area (2a), with the erosion protection element (3a) being fitted into the current-carrying element (2).

2. Heavy-duty circuit-breaker according to Claim 1, characterized in that the current-carrying element (2) and the erosion protection element (3a) are designed to be essentially rotationally symmetrical, and in that the radial internal dimension (d2) is the internal diameter (d2).

3. Heavy-duty circuit-breaker according to one of the preceding claims, characterized in that the erosion protection element (3a) extends axially as far as the arcing contact piece (1).

4. Heavy-duty circuit-breaker according to one of the preceding claims, characterized in that the erosion protection element (3a) has a more erosion-resistant material than the current-carrying element (2) close to the flat contact (F).

5. Heavy-duty circuit-breaker according to one of the preceding claims, characterized in that, in a second axial area (2b), a radial internal dimension (d3) of the erosion protection element (3a) is essentially the same as a radial internal dimension (d1) of the arcing contact piece (1).

6. Heavy-duty circuit-breaker according to one of the preceding claims, characterized in that an outlet-flow tube (3) is provided in order to carry the flow (4), and in that the erosion protection element (3a) is firmly connected to the outlet-flow tube (3).

7. Heavy-duty circuit-breaker according to one of the preceding claims, characterized in that the current-carrying element (2) is firmly connected to an auxiliary nozzle (7), which surrounds the arcing contact piece (1).

8. Heavy-duty circuit-breaker according to one of the preceding claims, characterized in that the flat contact (F) is aligned essentially radially.

9. Heavy-duty circuit-breaker according to one of the preceding claims, characterized in that a rated-current contact system (9) is provided in addition to the arching contact piece (1).

10. Heavy-duty circuit-breaker according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the internal dimension (d2) of the current-carrying element (2) increases continuously or continuously with one step or a plurality of steps in an area starting close to the contact surface (F).

11. Heavy-duty circuit-breaker according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the internal dimension (d2) of the current-carrying element (2) increases in a plurality of inclines in an area starting close to the contact surface (F).

12. Heavy-duty circuit-breaker according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the contact tulip (1) is screwed into the current-carrying element (2).

Revendications

1. Commutateur à haute puissance doté d'un axe (A) qui définit une coordonnée axiale (z) parallèle à l'axe et une coordonnée radiale (r) perpendiculaire à l'axe et d'une pièce (1) de contact avec l'arc lumineux, d'un élément (2) de guidage de courant et d'un élément (3a) de protection contre l'érosion,
la pièce (1) de contact avec l'arc lumineux présentant une ouverture (6) qui guide un écoulement (4) essentiellement axial d'un gaz (4) chauffé par l'arc lumineux (5) qui s'appuie éventuellement sur la pièce (1) de contact avec l'arc lumineux et formant avec l'élément (2) de guidage de courant un contact plat (F) qui guide un courant de court-circuit (I) qui s'écoule dans la pièce (1) de contact avec l'arc lumineux et l'élément (2) de guidage de courant pendant la durée de combustion de l'arc lumineux (5),
l'élément (2) de guidage de courant étant essentiellement protégé contre l'écoulement (4) par l'élément (3a) de protection contre l'érosion à proximité du contact plat (F),
l'élément (2) de guidage du courant présentant une partie axiale (2a) dans laquelle la dimension radiale intérieure (d2) de l'élément (2) de guidage de courant augmente par pas ou de manière continue lorsque la distance par rapport au contact plat (F) mesurée parallèlement à l'axe (A) augmente,
caractérisé en ce que
la partie axiale (2a) est prévue pour loger l'élément (3a) de protection contre l'érosion et
en ce que dans la partie axiale (2a), une dimension radiale extérieure (d3) de l'élément (3a) de protection contre l'érosion est adaptée à la dimension radiale intérieure (d2) de l'élément (2) de guidage de courant, l'élément (3a) de protection contre l'érosion étant adapté dans l'élément (2) de guidage de courant.

2. Commutateur à haute puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément (2) de guidage de courant et l'élément (3a) de protection contre l'érosion sont essentiellement à symétrie centrale et en ce que la dimension radiale intérieure (d2) est le diamètre intérieur (d2).

3. Commutateur à haute puissance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément (3a) de protection contre l'érosion s'étend axialement jusqu'à la pièce (1) de contact avec l'arc lumineux.

4. Commutateur à haute puissance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à proximité du contact plat (F), l'élément (3a) de protection contre l'érosion présente un matériau plus réfractaire que l'élément (2) de guidage du courant.

5. Commutateur à haute puissance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans une deuxième partie axiale (2b), une dimension radiale intérieure (d3) de l'élément (3a) de protection contre l'érosion est essentiellement identique à une dimension radiale intérieure (d1) de la pièce (1) de contact avec l'arc lumineux.

6. Commutateur à haute puissance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un tube (3) d'évacuation de courant qui guide l'écoulement (4) est prévu et en ce que l'élément (3a) de protection contre l'érosion est relié solidairement au tube d'évacuation (3).

7. Commutateur à haute puissance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément (2) de guidage de courant est relié solidairement à une tuyère auxiliaire (7) qui entoure la pièce (1) de contact avec l'arc lumineux.

8. Commutateur à haute puissance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le contact plat (F) est orienté essentiellement radialement.

9. Commutateur à haute puissance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en plus de la pièce (1) de contact avec l'arc lumineux, il présente encore un système (9) de contact pour le courant nominal.

10. Commutateur à haute puissance selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la dimension intérieure (d2) de l'élément (2) de guidage de courant augmente de manière continue ou de manière continue avec un gradin ou plusieurs gradins dans une partie qui commence à proximité de la surface de contact (F).

11. Commutateur à haute puissance selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la dimension intérieure (d2) de l'élément (2) de guidage de courant augmente par plusieurs pentes dans une partie qui commence à proximité de la surface de contact (F).

12. Commutateur à haute puissance selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le dôme de contact (1) est vissé dans l'élément (2) de guidage de courant.

Zeichnung