Schaltwiderstand für einen Hochspannungsleitungsschalter

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltwiderstand für einen Hochspannungsleistungsschalter sowie einen Hochspannungsleistungsschalter.

[0002] In einem Hochspannungsleistungsschalter wird der Schaltwiderstand hauptsächlich als Einschaltwiderstand genutzt. Diese hat die Aufgabe, Überspannungen beim Einschalten einer ungeladenen oder einer etwa von einer vorhergehenden Ausschaltung noch geladenen Hochspannungsleitung zu dämpfen. Zu diesem Zweck wird parallel zur Hauptschaltstrecke des Leistungsschalters ein ohmscher Widerstand angeordnet, der durch eine eigene Hilfsschaltstrecke in den zu schließenden Stromkreis geschaltet ist. Der Schalwiderstand wird nach wenigen Millisekunden durch die parallel liegende Hauptschaltstrecke kurz geschlossen. Die Spannung bspw. eines Generators wird also in zwei Stufen auf die Leitung geschaltet. Wenn der ohmsche Widerstand des Schaltwiderstandes und der Wellenwiderstand der Leitung annähernd gleich hoch sind, werden die Überspannungen beim Einschalten optimal bedämpft.

[0003] Die bei Weitem höchsten elektrischen und thermischen Beanspruchungen des Schaltwiderstandes entstehen jedoch nicht beim Bedämpfen der Leitungsüberspannungen beim Einschalten, sondern dann, wenn beim Einschalten mittels des Hochspannungsleistungsschalters Phasenoppositionsbedingungen vorliegen. Solche Phasenoppositionsbedingungen liegen bei fehlerhaften Schalthandlungen vor. Die fehlerhaften Schalthandlungen legen die für den Einschaltwiderstand erforderlichen Abmessungen fest.

[0004] Nach dem Stand der Technik bestehen Schaltwiderstände in der Regel aus keramischen Scheiben, die zur Realisierung des ohmschen Widerstandes mit geringen Anteilen von Kohlenstoff versetzt sind (man spricht von einer Dotierung mit Kohlenstoff).

[0005] Aus fertigungstechnischen Gründen ist das Volumen dieser Scheiben auf ca. 500 cm³ begrenzt. Als Folge der Spannungsfestigkeit und der begrenzten thermischen Festigkeit sind je Schalterpol eine Vielzahl keramischer Scheiben erforderlich, die zur Sicherstellung des Stromübergangs zwischen ihnen mit hohem Druck aufeinander gepresst werden. Die dafür erforderlichen Spannmittel müssen aus isolierendem Kunststoff bestehen und den insbesondere beim Einschalten in einem Schaltwiderstand entstehenden hohen Temperaturen widerstehen sowie gleichzeitig den dabei auftretenden großen mechanischen Kräften standhalten.

[0006] Aus DE 192 21 604 U ist ein Schaltwiderstand für einen Hochspannungsschalter bekannt, der aus einem Widerstandsleiter besteht. Dieser ist in zwei parallelen Ebenen fortlaufend bifilar gewickelt, wobei sowohl die Windungen des Widerstandsleiters jeder Ebene voneinander als auch die Ebenen selbst voneinander den gleichen Abstand aufweisen, der dem Spannungssicherheitsabstand zwischen zwei nicht unmittelbar miteinander verbundenen Teilleitern zweier Windungen entspricht.

[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen vorteilhaften Schaltwiderstand zur Verfügung zu stellen.

[0008] Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen vorteilhaften Hochspannungsleistungsschalter zur Verfügung zu stellen.

[0009] Die erste Aufgabe wird durch einen Schaltwiderstand nach Anspruch 1 gelöst, die zweite Aufgabe durch einen Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 9. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

[0010] Ein erfindungsgemäßer Schaltwiderstand für Hochspannungsleistungsschalter umfasst eine Widerstandsstrecke, die einen ohmschen Widerstand aufweist und durch einen Metalldraht gebildet ist. Der Metalldraht ist spiralförmig um eine Wicklungsachse gewickelt.

[0011] Die spiralförmige Wicklung ermöglicht einerseits das relativ einfache Herstellen des Widerstandes mittels einer einfachen Rotationsbewegung und andererseits das Herstellen kompakter Schaltwiderstände mit einer großen Länge des den ohmschen Widerstand zur Verfügung stellenden Metalldrahtes.

[0012] Die Wicklung umfasst mehrere scheibenartige Wicklungsabschnitte, die in Form einer archimedischen Spirale, also einer Spirale mit konstantem Abstand zwischen den Windungen, gewickelt sind. In einem Draht nimmt der ohmsche Widerstand proportional zur Länge des Drahtes zu. Entsprechend verändert sich der Spannungswert in linearer Weise über die Länge des Metalldrahtes. In einer scheibenartigen Wicklung, also einer Wicklung, die sich von der Wicklungsachse aus gesehen radial nach außen erstreckt, sind die Spannungsunterschiede radial benachbarter Windungen relativ gering, so dass die Isolation des Metalldrahtes keinen besonderen Aufwand erfordert. Insbesondere genügt es, den Draht mit einer an sich bekannten Lackoberfläche auszustatten.

[0013] Die archimedischen Spiralen der Wicklungsabschnitte sind im Wechsel von der Wicklungsachse weg und zur Wicklungsachse hin gewickelt . Hierdurch ist der Übergang von einem scheibenartigen Wicklungsabschnitt zum benachbarten scheibenartigen Wicklungsabschnitt besonders einfach. Es braucht dann nämlich lediglich die radial äußerste Wicklung der einen Scheibe mit der radial äußersten Wicklung der anderen Scheibe bzw. die radial innerste Wicklung der einen Scheibe mit der radial innersten Wicklung der anderen Scheibe verbunden zu werden. Diese Art des Übergangs erfordert zudem auch nur ein sehr kurzes Drahtstück im Übergangsbereich zwischen benachbarten scheibenartigen Wicklungsabschnitten.

[0014] Eine nicht erfindungsgemäße Möglichkeit besteht darin, dass im Schaltwiderstand alle scheibenartigen Wicklungsabschnitte gleich gewickelt sind, entweder von der Wicklungsachse weg oder zur Wicklungsachse hin. Benachbarte scheibenartige Wicklungsabschnitte sind dann durch eine verkürzte zur Wicklungsachse hin gewickelte bzw. von der Wicklungsachse weg gewickelte Spirale miteinander verbunden. Zwar ist der Übergang zwischen benachbarten scheibenartigen Wicklungsabschnitten etwas aufwändiger als in der erfindungsgemäßen Variante des Schaltwiderstands, jedoch können in der nicht erfindungsgemäßen Variante des Schaltwiderstands die maximal auftretenden Spannungsunterschiede zwischen zwei in Axialrichtung benachbarten scheibenartigen Wicklungsabschnitten im Vergleich zur Wicklungsmöglichkeit im erfindungsgemäßen Schaltwiderstand geringer gehalten werden. Zwar können bei der nicht erfindungsgemäßen Variante des Schaltwiderstands die scheibenartigen Wicklungsabschnitten grundsätzlich entweder von innen nach außen oder von außen nach innen gewickelt sein, jedoch ist die Wicklung von innen nach außen technisch einfacher zu realisieren.

[0015] Um die Induktivität der Wicklung im Schaltwiderstand gering zu halten, können erste und zweite scheibenartige Wicklungsabschnitte vorhanden sein, die in unterschiedlichem Drehsinn in Bezug auf eine Blickrichtung parallel zur Wicklungsachse gewickelt sind. Es besteht bspw. die Möglichkeit, eine Anzahl erster scheibenartiger Wicklungsabschnitte entlang der Wicklungsachse aufeinander folgend anzuordnen, die alle im selben Wicklungssinn gewickelt sind. Auf diese ersten scheibenartigen Wicklungsabschnitte folgt dann eine Anzahl im entgegengesetzten Wicklungssinn gewickelter zweiter scheibenartiger Wicklungsabschnitte. Es besteht aber auch die Möglichkeit erste und zweite scheibenartige Wicklungsabschnitte selbst im Wechsel anzuordnen.

[0016] Eine technische Realisierung, mit der sich stabile Schaltwiderstände herstellen lassen, umfasst einen sich entlang der Wicklungsachse erstreckenden Stift, der beispielsweise als Spanndorn ausgestaltet sein kann, mit darauf aufgebrachten scheibenförmigen Stützkörpern. Die scheibenförmigen Stützkörper erstrecken sich radial vom Stift weg, sind in Axialrichtung der Wicklungsachse von einander beabstandet angeordnet und besitzen jeweils eine sektorförmige Öffnung. Die scheibenartigen Wicklungsabschnitte des Metalldrahtes sind zwischen den Stützkörpern angeordnet. Die Stützkörper dienen einerseits zum Stabilisieren der scheibenartigen Wicklungsabschnitte und können andererseits, sofern sie aus einem isolierenden Material bestehen, auch zur Isolation von in Axialrichtung benachbarten scheibenartigen Wicklungsabschnitten herangezogen werden. Die Verwendung eines Spanndorns als Stift, ermöglicht zudem das Verpressen der gesamten Anordnung in Axialrichtung, was zu einer weiter erhöhten Stabilisierung der scheibenartigen Wicklungsabschnitte führt.

[0017] Ein erfindungsgemäßer Hochspannungsleistungsschalter umfasst wenigstens eine Hauptschaltstrecke und wenigstens eine zur Hauptschaltstrecke parallel verlaufende Hilfsschaltstrecke, die einen erfindungsgemäßen Schaltwiderstand aufweist. Gegenüber dem Stand der Technik erfordert dieser Hochspannungsleistungsschalter kein Zusammenpressen von individuellen Widerstandselementen zum Gewährleisten eines guten elektrischen Kontaktes. Zudem weist er die mit dem erfindungsgemäßen Schaltwiderstand verbundenen Vorteile auf.

[0018] Insbesondere kann der Hochspannungsleistungsschalter mehr als eine Hauptschaltstrecke mit jeweils wenigstens einer parallel verlaufenden und einen erfindungsgemäßen Schaltwiderstand aufweisenden Hilfsschaltstrecke umfassen. Die Hauptschaltstrecken sind dann in Reihe geschaltet. Auf diese Weise lassen sich Hochspannungsleistungsschalter mit in der Summe hohen Einschaltwiderständen herstellen, ohne dass die individuellen Einschaltwiderstände einen bestimmten Wert für den ohmschen Widerstand überschreiten müssen. Auf diese Weise können die einzelnen Einschaltwiderstände in ihren Abmessungen begrenzt bleiben.

[0019] Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.

[0020] Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalters.

[0021] Fig. 2 zeigt ein Wicklungsschema für einen erfindungsgemäßen Schaltwiderstand des Hochspannungsleistungsschalters in einem Schnitt entlang der Wicklungsachse.

[0022] Fig. 3 zeigt einen scheibenartigen Wicklungsabschnitt aus dem Wicklungsschema nach Fig.2 in einer Draufsicht in Richtung der Wicklungsachse.

[0023] Fig. 4 zeigt ein Wicklungsschema für einen nicht erfindungsgemäßen Schaltwiderstand eines Hochspannungsleistungsschalters in einem Schnitt entlang der Wicklungslängsachse.

[0024] Fig. 5 zeigt den Übergang zwischen zwei benachbarten scheibenartigen Wicklungsabschnitten in dem in Fig. 4 dargestellten Wicklungsschema in einer Draufsicht in Richtung der Wicklungsachse.

[0025] Fig. 6 zeigt in einem Schnitt entlang der Wicklungslängsachse einen erfindungsgemäßen Schaltwiderstand mit dem Wicklungsschema aus Fig. 2.

[0026] Fig. 7 zeigt den in Fig. 6 dargestellten Schaltwiderstand in einem Schnitt, der senkrecht zur Wicklungsachse durch einen Stützkörper des erfindungsgemäßen Schaltwiderstandes verläuft.

[0027] Fig. 8 zeigt in einem Schnitt entlang der Wicklungslängsachse einen nicht erfindungsgemäßen Schaltwiderstand mit dem Wicklungsschema aus Fig. 4.

[0028] Fig. 9 zeigt den nicht erfindungsgemäßen Schaltwiderstand aus Fig. 8 in einem Schnitt, der senkrecht zur Wicklungsachse durch einen Stützkörper des Schaltwiderstandes verläuft.

[0029] Fig. 10 zeigt den Wicklungssinn der Wicklungen in den Wicklungsschemata aus den Figuren 2 und 4 in einer ersten Variante.

[0030] Fig. 11 zeigt den Wicklungssinn der Wicklungen in den Wicklungsschemata aus den Figuren 2 und 4 in einer zweiten Variante.

[0031] Ein beispielhaftes Schaltbild für den erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalter 1 ist in Fig. 1 dargestellt. In dieser Figur bezeichnet G einen Generator, der eine elektrische Hochspannung zur Verfügung stellt, die an eine Hochspannungsleitung geschaltet werden soll. Die Hochspannungsleitung ist in Fig.1 durch einen Wellenwiderstand 3 repräsentiert. Der Hochspannungsleistungsschalter 1 umfasst eine erste Hauptschaltstrecke 5 und eine zur ersten Hauptschaltstrecke 5 in Reihe geschaltete zweite Hauptschaltstrecke 7, die jeweils einen Schalter 6, 8 zum Öffnen und Schließen der Hauptschaltstrecken 5, 7 aufweisen. Zu jeder Hauptschaltstrecke 5, 7 ist eine Hilfsschaltstrecke 9, 11 parallel geschaltet. Die Hilfsschaltstrecken 9, 11 umfassen jeweils einen ohmschen Widerstand 10, 12 und einen Hilfsschalter 13, 15, mit dem die jeweilige Hilfsschaltstrecke 9, 11 geöffnet bzw. geschlossen werden kann.

[0032] Wenn mittels des Hochspannungsleistungsschalters 1 der Generator G an die Hochspannungsleitung, d.h. an den Wellenwiderstand 3, angeschlossen werden soll, so werden zuerst die Hilfsschaltstrecken 9, 11 geschlossen, bevor wenige Millisekunden später die Hauptschaltstrecken 5, 7 geschlossen werden. Auf diese Weise wird die Generatorspannung in zwei Stufen auf die Hochspannungsleitung geschaltet.

[0033] Im Hochspannungsleistungsschalter 1 sind die ohmschen Widerstände 10 bzw. 12 als Widerstandstrecken realisiert, die jeweils aus einem um eine Wicklungsachse A gewickelten Metalldraht bestehen.

[0034] Ein Wicklungsschema für die Wicklung im erfindungsgemäßen Schaltwiderstand des Metalldrahtes 17 ist in Fig. 2 gezeigt. Die Reihenfolge der einzelnen Windungen des spiralförmig gewickelten Drahtes 17 ist durch die Nummern in den kreisförmigen Windungsquerschnitten angedeutet. Der Draht ist von einem Anfangspunkt (Kreis mit der Nummer "1") aus in Form einer archimedischen Spirale in Bezug auf die Wicklungsachse A von innen nach außen gewickelt, so dass er einen ersten scheibenförmigen Wicklungsabschnitt 19a bildet. Vom Ende des scheibenartigen Wicklungsabschnittes 19a (Windungsquerschnitt mit der Nummer "4") verläuft die Wicklung des zweiten Wicklungsabschnittes 19b von radial außen nach radial innen, also zur Wicklungsachse A hin. Der dritte scheibenartige Wicklungsabschnitt 19c ist dann wieder von radial innen nach radial außen gewickelt und so weiter.

[0035] Das Wicklungsschema ist in Fig. 2 anhand einer Wicklung mit 400 Windungen schematisch dargestellt. Die Nummerierung der Windungen entspricht der Reihenfolge ihrer Wicklung, d.h. Windung 1 wurde zuerst gewickelt, dann Windung 2 und so weiter bis schließlich zu Windung 400. Da der ohmsche Widerstand des Metalldrahtes linear mit seiner Länge wächst, fällt in jeder Windung ein Teil der Hochspannung ab, der dem Anteil der Länge der jeweiligen Windung an der Gesamtlänge des Metalldrahtes entspricht. Wenn nun der Abstand der äußersten Windung von der innersten Windung im Vergleich zum Radius der innersten Windung klein ist, können die Längen der einzelnen Windungen in guter Näherung als gleich angesehen werden. Dann fällt über jede Windung 1/400 der anliegenden Hochspannung ab. Während am Ende der ersten Wicklung eine 1/400 der Hochspannung abgefallen ist, sind am Ende der zweiten Wicklung 2/400 der Hochspannung abgefallen, am Ende der 3. Wicklung 3/400 und so weiter. Am ende der 8. Wicklung sind 8/400 abgefallen und am Ende der 400. Wicklung schließlich 400/400, d.h. am Ende der 400. Wicklung ist die gesamte Spannung abgefallen.

[0036] Für das in Fig. 2 dargestellte Wicklungsschema bedeutet dies, dass zwischen radial benachbarten Wicklungen jeweils eine Spannungsdifferenz von 1/400 der gesamten über den Schaltwiderstand abfallenden Spannung anliegt. Bei den zu schaltenden Hochspannungen ist dieser Wert technisch einfach beherrschbar. Als Isolation genügt dabei eine Lackisolierung der Drahtoberfläche. Zwischen Windung Nr. 1 und Windung Nr. 8 liegen 7/400 der Gesamtspannung an, was der maximalen Spannungsdifferenz zwischen zwei in Axialrichtung der Wicklungsachse benachbarten Wicklungsabschnitten entspricht. Auch dieser Wert ist bei den üblicherweise zu schaltenden Hochspannungen technisch leicht beherrschbar.

[0037] In dem in Fig. 2 dargestellten Wicklungsschema ist der erste scheibenartige Wicklungsabschnitt 19a eine von innen nach außen verlaufenden archimedische Spirale, während der zweite Wicklungsabschnitt 19b eine von außen nach innen verlaufende archimedische Spirale darstellt und der dritte Wicklungsabschnitt 19c wiederum eine von innen nach außen verlaufende archimedische Spirale. Da die gesamte Spule des Schaltwiderstandes nach diesem Schema gewickelt ist, ist der Übergang zwischen zwei benachbarten scheibenartigen Wicklungsabschnitten 19 besonders einfach. Es ist lediglich ein kurzer Übergangsschnitt des Drahtes zwischen benachbarten scheibenartigen Wicklungsabschnitten nötig.

[0038] Ein Wicklungsschema für die Wicklung eines nicht erfindungsgemäßen Schaltwiderstandes ist in Fig. 4 dargestellt. Auch hier bezeichnet die Nummerierung der einzelnen Spulenabschnitte des Drahtes 17 wieder die Reihenfolge der Wicklung beim Herstellen des Schaltwiderstandes. Während der erste scheibenartige Wicklungsabschnitt 19a' dem ersten scheibenartigen Wicklungsabschnitt 19a' aus Fig. 2 entspricht, unterscheidet sich der zweite scheibenartige Wicklungsabschnitt 19b' in Fig. 4 vom zweiten scheibenartigen Wicklungsabschnitt 19b in Fig. 2 dadurch, dass er statt von radial außen nach radial innen ebenso wie der erste scheibenartige Wicklungsabschnitt 19a' von radial innen nach radial außen gewickelt ist. Auch der dritte scheibenartige Wicklungsabschnitt 19c' ist in Fig. 4 wie alle übrigen scheibenartigen Wicklungsabschnitte dieses Wicklungsschemas von radial innen nach radial außen in Bezug auf die Wicklungsachse A gewickelt. Der Übergang zwischen zwei benachbarten scheibenartigen Wicklungsabschnitten 19a', 19b' erfolgt durch eine verkürzte spiralförmige Wicklung 21, die zwischen den beiden scheibenartigen Wicklungsabschnitten von radial außen nach radial innen verläuft (siehe Fig. 5). Diese verkürzte Wicklung umfasst im vorliegenden Beispiel lediglich eine einzige Windung.

[0039] Im Wicklungsschema des nicht erfindungsgemäßen Schaltwiderstands liegen wie im Wicklungsschema des erfindungsgemäßen Schaltwiderstands zwischen zwei radial benachbarten Windungen jeweils 1/400 der über den Schaltwiderstand abfallenden Spannung an. Während im Wicklungsschema des erfindungsgemäßen Schaltwiderstands zwischen zwei in Axialrichtung der Wicklungsachse benachbarten Windungen bis zu 7/400 der Gesamtspannung anliegen, liegen im Wicklungsschema des nicht erfindungsgemäßen Schaltwiderstands immer 4/400 zwischen zwei in Axialrichtung der Wicklungsachse benachbarten Windungen an.

[0040] Um die Induktivität der Wicklung des Schaltwiderstandes gering zu halten, umfassen die in den Figuren 2 und 4 dargestellten Wicklungen erste scheibenartige Wicklungsabschnitte 19 und zweite scheibenartige Wicklungsabschnitte 19A, die sich hinsichtlich ihres Wicklungssinnes in Bezug auf eine Blickrichtung B parallel zur Wicklungsachse A voneinander unterscheiden (vgl. Figuren 10 und 11). Der Wicklungssinn bestimmt die Flussrichtung des durch die Wicklungsabschnitte um die Wicklungsachse A herum fließenden Stromes und damit die Orientierung von durch den fließenden Strom hervorgerufenen Magnetfeldern. In den Figuren 10 und 11 ist der Stromfluss für zwei unterschiedliche Wicklungskonfigurationen dargestellt. Punkte zeigen dabei einen Stromfluss aus der Zeichnungsebene heraus und Kreuze einen Stromfluss in die Zeichnungsebene hinein an. Wenn ein Punkt bspw. eine in Bezug auf die Blickrichtung B im Uhrzeigersinn gewickelte Windung anzeigt, zeigt ein Kreuz eine entgegen dem Uhrzeigersinn gewickelte Windung an. Ein von einem Stromfluss durch einen ersten scheibenartigen Wicklungsabschnitt 19 mit im Uhrzeigersinn gewickelten Windungen erzeugtes Magnetfeld kann durch ein von einem zweiten scheibenförmigen Wicklungsabschnitt 19A mit entgegen dem Uhrzeigersinn gewickelten Windungen erzeugtes Magnetfeld weitgehend kompensiert werden, so dass die Induktiviät der Spule auch bei einer großen Anzahl scheibenartiger Wicklungsabschnitte gering gehalten werden kann. Ein besonders weitgehendes Aufheben der Magnetfelder ist möglich, wenn die bei jedem Übergang von einem scheibenartigen Wicklungsabschnitt zum nächsten eine Umkehrung des Wicklungssinnes erfolgt, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Grundsätzlich reicht es in den meisten Fällen aber aus, wenn auf eine Anzahl scheibenartiger Wicklungsabschnitte mit einem ersten Wicklungssinn eine Anzahl von scheibenartigen Wicklungsabschnitten mit entgegengesetztem Wicklungssinn folgt, wie dies in Fig. 11 an einem Beispiel mit jeweils drei im gleichen Wicklungssinn gewickelten scheibenartigen Wicklungsabschnitten dargestellt ist.

[0041] Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltwiderstandes ist in den Figuren 6 und 7 dargestellt. Während Fig. 6 einen Schnitt entlang der Wicklungssachse A des Schaltwiderstandes zeigt, zeigt Fig. 7 einen Schnitt senkrecht zur Wicklungsachse A. Der Schaltwiderstand umfasst einen Stift, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Spanndorn 23 ausgebildet ist und sich entlang der Wicklungsachse A erstreckt. Auf den Spanndorn 23 sind isolierende Stützkörper 25 aufgeschoben und gegeneinander verspannt. Die Stützkörper 25 sind scheibenartig ausgebildet, wobei sich die Schreibenebene senkrecht zur Wicklungsachse A erstreckt. Am radial inneren Ende der Stützkörper 25 sind einseitig abgewinkelte Bereiche 27 ausgebildet, welche Öffnungen der Stützkörper, durch die sich der Spanndorn 23 erstreckt, radial begrenzen. Die abgewinkelten Abschnitte 27 stellen Abstandshalter dar, die beim Verspannen der Stützkörper 25 auf dem Spanndorn 23 im Bereich radial außerhalb der abgewinkelten Abschnitte einen Mindestabstand zwischen den Stützkörpern 25 sicher stellen. Dadurch verbleiben zwischen den einzelnen Stützkörpern 25 Aufnahmen, in denen sich die scheibenförmigen Wicklungsabschnitte 19 der Wicklung des Metalldrahtes befinden. Statt der abgewinkelten Abschnitte können auch Abstandshalterringe Verwendung finden, die zwischen benachbarten Stützkörpern ohne abgewinkelte Abschnitte auf den Stift aufgeschoben sind.

[0042] Die Stützkörper 25 weisen jeweils einen sektorförmigen Ausschnitt 31 auf. Die Stützkörper 25 sind so auf den Spanndorn 23 aufgeschoben, dass ihre sektorförmigen Ausschnitte in Längsrichtung der Achse A fluchten. Diese sektorförmigen ausschnitte ermöglichen es, Übergangsabschnitte 29 des Metalldrahtes zwischen benachbarten scheibenartigen Spulenabschnitten 19 durch die Stützkörper 25 hindurchzuführen. Die Übergangsabschnitte 29 befinden sich jeweils im Wechsel am radial äußeren Ende und am radial inneren Ende der scheibenartigen Wicklungsabschnitte 19.

[0043] Die den Schaltwiderstand in Axialrichtung des Spanndorns begrenzenden Stützelemente 33 bzw. 35 unterscheiden sich von den übrigen Stützelementen 25. Das in Fig. 6 ganz links dargestellte Stützelement 33 weist weder einen rechtwinklig abgewinkelten Abschnitt 27, noch einen sektorförmigen Ausschnitt 31 auf. Das in Fig. 6 ganz rechts dargestellte Stützelement 35 weist ebenfalls keinen sektorförmigen Ausschnitt 31 auf. Im Unterschied zum Stützelement 33 ist es jedoch mit einem rechtwinkligen Abschnitt 27 ausgestattet. Die sektorförmigen Ausschnitte 31 sind bei den axial äußersten Stützelementen 33, 35 nicht nötig, da keine Drahtdurchführung zu einem benachbarten scheibenartigen Wicklungsabschnitt erfolgt.

[0044] Die Stützkörper 25 sind aus einem isolierenden Material, beispielsweise Keramik oder einem isolierenden Kunststoff hergestellt, und übernehmen daher gleichzeitig auch die Aufgabe, benachbarte scheibenartige Wicklungsabschnitte 19 gegeneinander zu isolieren. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn der sektorförmige Ausschnitt möglichst klein gehalten wird. Klein gehalten werden kann der Ausschnitt insbesondere, wenn die Übergangsabschnitte 29 parallel zur Längsachse A des Spanndorns verlaufen. In diesem Fall braucht der Ausschnitt lediglich als Schlitz ausgebildet zu sein. Diese Art des Übergangs ist jedoch in der Wicklung sehr viel aufwändiger als wenn der Übergangsabschnitt hauptsächlich entlang der Umfangsrichtung des Spanndorns verläuft und nur eine relativ geringe Richtungskomponente parallel zur Längsachse A aufweist.

[0045] Ein nicht erfindungsgemäßer Schaltwiderstand ist in Fig.8 und Fig. 9 dargestellt. Der Spanndorn 23 ist identisch mit dem Spanndorn 23 in Fig. 6. Ebenso sind die den Schaltwiderstand im Axialrichtung begrenzenden Stützkörper 33, 35 mit denen aus Fig. 8 identisch. Die übrigen Stützkörper 37 aus Fig. 8 unterscheiden sich von den Stützkörpern 25 aus Fig. 7 lediglich durch die Form ihres sektorförmigen Ausschnittes 39. Während der sektorförmige Ausschnitt 31 in den Stützkörpern 25 des Ausführungsbeispiels spiegelsymmetrisch bezüglich einer Spiegelachse S ausgebildet ist, weist der sektorförmige Ausschnitt 39 der Stützkörper 37 in diesem nicht erfindungsgemäßen Fall eine derartige Symmetrie nicht auf. Der sektorförmige Ausschnitt 39 ist an einer Seite durch eine gerade, in Radialrichtung zur Wicklungsachse A verlaufende Kante 40 begrenzt. Die zweite Kante 42 des sektorförmigen Ausschnittes 39 verläuft hingegen nicht in Radialrichtung zur Wicklungsachse A, sondern ist in Radialrichtung zur Längsachse A versetzt und weist eine Krümmung auf, die um so größer wird, je weiter sie sich im radial inneren Bereich des Stützkörpers 37 befindet. Durch den Ausschnitt 39 ist die Windung 21 der verkürzten Spirale geführt, welche zwei benachbarte scheibenförmige Wicklungsabschnitte 19 miteinander verbindet. Der radial innerste Abschnitt 43 der Kante 42 entspricht in seiner Krümmung in etwa der Krümmung der Windung 21 der verkürzten Spirale zwischen zwei benachbarten scheibenartigen Wicklungsabschnitten 19 in diesem Bereich. Auf diese Weise kann die Kante 42 als Führung für den radial inneren Abschnitt der Windung 21 dienen.

[0046] Die Abmessungen des den ohmschen Widerstand bildenden Drahtes ergeben sich aus den für jedes Metall verschiedenen physikalischen Größen (spezifische Wärmekapazität c in Ws/kgK, spezifisches Gewicht γ in Kg/m³und spezifischer ohmscher Widerstand ρ in Ωmm²/m bzw. Ωm) und einer durch die umgebenden weiteren Bauteile festgelegten maximalen Erwärmung ΔT (wobei die gesamte im ohmschen Widerstand elektrisch umgesetzte Energie E durch die sehr kurze Einwirkzeit von nur wenigen Millisekunden in Wärme umgesetzte wird) durch einfache formelmäßige Beschreibung. So kann aus den vorgenannten Parametern das erforderliche Drahtgewicht, daraus wiederum das erforderliche Drahtvolumen und im Weiteren daraus die erforderliche Drahtlänge bei einem bestimmten Drahtdurchmesser ermittelt werden. Das Drahtgewicht G ergibt sich dabei aus

und das Drahtvolumen V aus

[0047] Aus dem Drahtvolumen V, der Querschnittsfläche A des Drahtes und dem ohmschen Drahtwiderstand

erhält man durch Umformen die Drahtlänge

[0048] Mit

erhält man weiterhin den Drahtdurchmesser

[0049] Bei einem Hochspannungsschalter für bspw. 550 kV Nennspannung mit zwei in Reihe geschalteten Schaltstrecken bzw. dann auch zwei in Reihe geschalteten Einschaltwiderständen (vgl. Fig. 1) ergeben sich damit z.B. für einen Eisendraht als Widerstandselement Drahtlängen von bis zu 10.000 Metern und Drahtdurchmesser von 1,5 mm, wenn ein maximaler Temperaturanstieg von 250K oder weniger beim Schalten auf Phasenopposition angestrebt wird.

[0050] Bezugszeichenliste

1

Hochspannungsleistungsschalter

3

Wellenwiderstand

5

erste Hauptschaltstrecke

6

Schalter

7

zweite Hauptschaltstrecke

8

Schalter

9

erste Hilfsschaltstrecke

10

ohmscher Widerstand

11

zweite Hilfsschaltstrecke

12

ohmscher Widerstand

13

Schalter

15

Schalter

17

Metalldraht

19

scheibenförmiger Wicklungsabschnitt

21

Windung

23

Spanndorn

25

Stützkörper

27

abgewinkelter Abschnitt

29

Übergang

31

sektorförmiger Ausschnitt

33

axial begrenzender Stützkörper

35

axial begrenzender Stützkörper

37

Stützkörper

39

sektorförmiger Ausschnitt

40

Kante

42

Kante

43

radial innerster Abschnitt

Ansprüche

1. Schaltwiderstand (10) für Hochspannungsleistungsschalter mit einer einen ohmschen Widerstand aufweisenden und durch einen Metalldraht (17) gebildeten Widerstandsstrecke,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Metalldraht (17) spiralförmig um eine Wicklungsachse (A) gewickelt ist und die Wicklung eine Mehrzahl in Richtung der Wicklungsachse (A) benachbarter und in Form archimedischer Spiralen gewickelter scheibenartiger Wicklungsabschnitte (19) aufweist, und dass die archimedischen Spiralen der scheibenartigen Wicklungsabschnitte (19) im Wechsel von der Wicklungsachse (A) weg und zur Wicklungsachse (A) hin gewickelt sind.

2. Schaltwiderstand nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
erste und zweite scheibenartiger Wicklungsabschnitte (19, 19A) vorhanden sind, die in unterschiedlichem Drehsinn gewickelt sind.

3. Schaltwiderstand (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
gekennzeichnet durch
einen sich entlang der Wicklungsachse erstreckenden Stift (23) mit darauf aufgebrachten scheibenförmigen Stützkörpern (25, 37), die sich radial vom Stift (23) weg erstrecken, in Richtung der Wicklungsachse (A) voneinander beabstandet angeordnet sind und jeweils eine sektorförmige Öffnung (31, 39)besitzen.

4. Schaltwiderstand (10) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stift als Spanndorn (23) ausgestaltet ist.

5. Hochleistungsleistungsschalter (1) mit wenigstens einer Hauptschaltstrecke (5) und wenigstens einer zur Hauptschaltstrecke (5) parallel verlaufenden Hilfsschaltstrecke (9), die einen Schaltwiderstand (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.

6. Hochleistungsleistungsschalter (1) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens zwei Hauptschaltstrecken (5, 7) mit jeweils wenigstens einer zur jeweiligen Hauptschaltstrecke (5, 7) parallel verlaufenden und einen Schaltwiderstand (10, 12)nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweisenden Hilfsschaltstrecke (9, 11)in Reihe geschaltet sind.

Claims

1. Switching resistor (10) for high-voltage circuit breakers with a resistance path, which has a nonreactive resistance and is formed by a metal wire (17), characterized in that the metal wire (17) is wound in the form of a spiral about a winding axis (A), and the winding has a plurality of disc-like winding sections (19), which are adjacent to one another in the direction of the winding axis (A) and are wound in the form of Archimedes' spirals, and in that the Archimedes' spirals of the disc-like winding sections (19) are wound alternately away from the winding axis (A) and towards the winding axis (A).

2. Switching resistor according to Claim 1, characterized in that first and second disc-like winding sections (19, 19A) are provided which are wound with a different sense of rotation.

3. Switching resistor (10) according to either of Claims 1 and 2, characterized by a pin (23), which extends along the winding axis and has disc-shaped supporting bodies (25, 37) fitted thereon which extend radially away from the pin (23), are arranged spaced apart from one another in the direction of the winding axis (A) and each have a sector-shaped opening (31, 39).

4. Switching resistor (10) according to Claim 3,
characterized in that the pin is in the form of a tensioning spindle (23).

5. Heavy-duty circuit breaker (1) with at least one main switching path (5) and at least one auxiliary switching path (9), which runs parallel to the main switching path (5) and has a switching resistor (10) according to one of the preceding claims.

6. Heavy-duty circuit breaker (1) according to Claim 5, characterized in that at least two main switching paths (5, 7) are connected in series with in each case at least one auxiliary switching path (9, 11), which runs parallel to the respective main switching path (5, 7) and has a switching resistor (10, 12) according to one of Claims 1 to 4.

Revendications

1. Résistance (10) de commutation pour des disjoncteurs de haute tension, comprenant une section de résistance ayant une résistance ohmique et formée par un fil (17) métallique,
caractérisée en ce que
le fil (17) métallique est enroulé en spirale autour d'un axe (A) d'enroulement et l'enroulement a une multiplicité de tronçons (19) d'enroulement de type à disque, qui sont voisins dans la direction de l'axe (A) d'enroulement et qui sont enroulés sous la forme de spirales d'Archimède et en ce que les spirales d'Archimède des tronçons (19) d'enroulement de type à disque sont enroulées en alternance en s'éloignant de l'axe (A) d'enroulement et en se rapprochant de l'axe (A) d'enroulement.

2. Résistance de commutation suivant la revendication 1,
caractérisée en ce que
il y a des premier et deuxième tronçons (19, 19A) d'enroulement de type à disque, qui sont enroulés dans un sens de rotation différent.

3. Résistance (10) de commutation suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée par
une broche (23) s'étendant le long de l'axe d'enroulement et ayant des pièces (25, 27) d'appui en forme de disque, qui y sont appliquées, qui s'éloignent radialement de la broche (23), qui sont à distance les unes des autres dans la direction de l'axe (A) d'enroulement et qui ont respectivement une ouverture (31, 39) en forme de secteur.

4. Résistance (10) de commutation suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la broche est constituée sous la forme d'un mandrin (23) de serrage.

5. Disjoncteur (1) de haute tension comprenant au moins une section (5) principale de commutation et au moins une section (9) auxiliaire de commutation s'étendant parallèlement à la section (5) principale de commutation et ayant une résistance (10) de commutation suivant l'une des revendications précédentes

6. Disjoncteur (1) de haute tension suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'au moins deux sections (5, 7) principales de commutation ayant respectivement au moins une section (9, 11) auxiliaire de commutation s'étendant parallèlement à la section (5, 7) principale de commutation respective et ayant une résistance (10, 12) de commutation suivant l'une des revendications 1 à 4.

Zeichnung