Elektrischer Hochspannungs-Lasttrenner und Verfahren zum Öffnen desselben

Beschreibung

[0001] Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der gasisolierten Hochspannungsschaltanlagen (GIS) und betrifft insbesondere einen Lasttrenner, im Englischen auch "on-load disconnector" genannt, mit einem beweglichen ersten Kontaktelement und einem feststehenden zweiten Kontaktelement.

[0002] Unter Hochspannungsschaltanlagen werden Schaltanlagen verstanden, die für Nennspannungen von 1 kV oder höher, insbesondere von 75 kV oder höher konfiguriert sind.

[0003] Bei Lasttrennern werden zwei Lastfälle unterschieden, nämlich der sogenannte "bus-charging"-Betrieb und der sogenannte "bus-transfer"-Betrieb. Während beim "bus-charging" die Unterbrechung kapazitiver Ströme im Vordergrund steht, richtet sich der "bus-transfer" auf Trennsituationen bei Schaltfällen, bei denen ein Wechsel von einer ersten Sammelschiene auf eine zweite Sammelschiene im Nennbetrieb durchgeführt werden soll. Trenner, insbesondere Lasttrenner, werden sowohl im Falle von "Bus-transfer" Schalthandlungen als auch von "Bus-charging" Schalthandlungen eingesetzt. Für die nachstehende Offenbarung steht der "bus-transfer"-Fall im Vordergrund.

[0004] Wird beispielsweise bei gasisolierten (GIS-) Schaltanlagen mit einer Doppelsammelschiene die Sammelschiene gewechselt, so treten im Nominalbetrieb (Nennbetrieb) induzierte Spannungen und Ausgleichsstöme auf, welche eine gewisse Abschaltleitung des (Last-)Trenners erfordern. Im Nennbetrieb treten bei einer gegebenen Nennspannung und einem gegebenen Nennstrom bedingt durch ein sogenanntes Kuppelfeld beim Öffnen des Lasttrenners allein aufgrund der Impedanzen der zwischen den beiden Sammelschienen gebildeten Stromschleife nicht zu vernachlässigbaren Ausgleichsströme auf.

[0005] Beim Öffnen des (Last-)Trenners entsteht zwischen dem beweglichen Kontakt und dem feststehenden Kontakt ein Lichtbogen. Je nach Schaltfall entstehen zudem vorübergehende Überspannungen (VFTs) mit sehr hoher Frequenz in der Grössenordnung MHz, die für die angeschlossenen Einrichtungen der Schaltanlage schädlich sein können. Je schneller ein Lasttrenner arbeitet, desto weniger Lichtbogenzündungen treten auf. Daher wird ein mit hoher Geschwindigkeit bewegbarer beweglicher Lichtbogenkontakt angestrebt, um einen feststehenden Lichtbogenkontakt zu kontaktieren bzw. zu dekontaktieren. Unmittelbar nach der Verbindung dieser Lichtbogenkontakte können die Dauerstromkontakte (Nennstromkontakte) des beweglichen Trennerkontakts und des stationären Trennerkontakts ohne Zünden von Lichtbögen und daher verschleissfrei aneinander angenähert und elektrisch miteinander verbunden werden.

[0006] Im Fall eines Lasttrenners müssen die für das Trennen bzw. Verbinden der Sammelschienen verwendeten jeweiligen Trennschalter je nach Anforderungen an die Schaltanlage auch in Gegenwart dieser induzierten Spannungen und Ausgleichsströme wiederholt zuverlässig und verschleissfrei schalten können. Bei gasisolierten Schaltanlagen liegen diese induzierten Spannungen normalerweise nicht über 20 Volt. Die Ströme werden dabei auf maximal 80% des Nennstroms geschätzt. In besonderen Fällen, bei denen die Sammelschienen oder die Schaltfelder stärker voneinander beabstandet beziehungsweise entfernt sind und/oder je nach Ausgestaltung und Anzahl der Kuppelfelder, können die Stromschleifen - und entsprechend auch die induzierten Spannungen - grösser als allgemein für Lasttrennschalter üblich werden. Diese induzierte Spannung im Nennbetrieb kann beispielsweise bei gasisolierten Schaltfeldern, die mit einer Freiluftanlage kombiniert sind, je nach Schaltanlage beispielsweise bis auf 300 V ansteigen. Daher besteht ein Bedarf an einem Lasttrennschalter, der auch unter erhöhten Anforderungen zuverlässig und verschleissfrei schaltet.

[0007] Zu diesem Zweck sind Hochspannungs-Lasttrenner bekannt, welche einen Festkontakt und ein Trennerrohr als beweglichen Kontakt aufweisen. Bei diesen Trennschaltern ist ein Nachlaufkontakt im Festkontakt integriert, der einen Lichtbogen zu tragen vermag. Beim Öffnen des Schalters kann sich ein Lichtbogen zwischen dem Trennerrohr und dem Nachlaufkontakt bilden. Dadurch, dass solche Trenner zum Tragen eines Lichtbogens ausgelegt sind, vermögen sie unter einer gewissen Last zu trennen, beispielsweise bei einer Spannung von 20 V und einem Strom von 1600 A. Solche Trenner sind für viele Situationen völlig ausreichend. Allerdings treten auch Situationen auf, in denen eine rasche, zuverlässige und verschleissarme Trennung auch unter höherer Last gewünscht wird.

[0008] Aus der DE 60030032 T2 ist ein gasisolierter Hochspannungs-Trennschalter mit schnellbeweglichem Kontakt bekannt. Der Trennschalter weist einen Festkontakt und einen beweglichen Kontakt auf. Innerhalb des beweglichen Kontakts befindet sich ein Kolben, der von einer Betätigungsstange betätigt wird. Zwischen jeweiligen Enden des beweglichen Kontakts und dem Kolben sind zwei Federn angeordnet. Weiter sind zwei Verriegelungssysteme vorgesehen, um den beweglichen Kontakt in einer axialen Richtung gegenüber dem Kolben festzulegen. Dadurch kann der bewegliche Kontakt unabhängig von der Betätigungsstange und vom Kolben verschoben werden.

[0009] Weiter ist aus der EP 0 066 533 ein gasisolierter elektrischer Hochspannungstrenner bekannt, dieser umfasst eine erste Kontaktgruppe mit einem Führungselement und einem entlang einer Trennachse beweglich angeordneten ersten Kontaktelement, das ein erstes Nominalleiter-Kontaktelement und einen ersten Lichtbogen-Kontakt umfasst und ein Antriebssystem zum Bewegen des ersten Kontaktelements entlang der Trennachse relativ zu einer zweiten Kontaktgruppe, um den Trenner zu öffnen und zu schliessen, wobei die zweite Kontaktgruppe ein zweites Nominalleiter-Kontaktelement und einen zweiten Lichtbogen-Kontakt umfasst und wobei beim Öffnen des Trenners das erste Kontaktelement nach dem Öffnen eines Nominalstrompfades innerhalb eines ersten Positionsbereichs des ersten Kontaktelements relativ zum Führungselement und zur Trennachse in einer Öffnungsrichtung weiterbewegbar ist, während das Haltemittel derart am Gegenhaltemittel gehalten wird, dass der erste Lichtbogen-Kontakt am zweiten Lichtbogen-Kontakt gehalten bleibt, während das Rückholsystem vorgespannt wird und eine Vorspannkraft aufbaut, undwobei beim Übertritt des ersten Kontaktelements in einen an den ersten Positionsbereich anschliessenden zweiten Positionsbereich das Rückholsystem entklinkt wird, so dass die zweite Kontaktgruppe von der ersten Kontaktgruppe elektrisch getrennt wird.

[0010] Vor diesem Hintergrund wird daher der elektrische Hochspannungstrenner gemäss Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren gemäss Patentanspruch 13 vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Aspekte sind aus den abhängigen Ansprüchen, der folgenden Beschreibung und den Figuren ersichtlich.

[0011] Ein erster Aspekt der Erfindung umfasst einen elektrischen Hochspannungstrenner. Der Hochspannungstrenner umfasst eine erste Kontaktgruppe mit einem Führungselement und einem entlang einer Trennachse beweglichen ersten Kontaktelement. Das erste Kontaktelement selber umfasst ein erstes Nominalleiter-Kontaktelement und einen ersten Lichtbogen-Kontakt. Im ersten Lichtbogen-Kontakt ist ein entlang der Trennachse beweglich angeordneter, dritter Lichtbogen-Kontakt angeordnet. Das erste Kontaktelement beinhaltet ein Rückholsystem zum Rückholen des dritten Lichtbogen-Kontakts in einer Öffnungsrichtung. Dabei ist der erste Lichtbogen-Kontakt über das Rückholsystem derart mit dem dritten Lichtbogen-Kontakt wirkverbunden, dass der erste Lichtbogen-Kontakt relativ zum dritten Lichtbogen-Kontakt bewegbar ist. Der Hochspannungstrenner weist zudem ein Antriebssystem zum Bewegen des ersten Kontaktelements entlang der Trennachse relativ zu einer zweiten Kontaktgruppe auf, um den Trenner zu öffnen und zu schliessen. Die zweite Kontaktgruppe umfasst ein zweites Nominalleiter-Kontaktelement und einen zweiten Lichtbogen-Kontakt. Das zweite Lichtbogen-Kontaktelement weist ein Haltemittel zum Zusammenwirken mit einem Gegenhaltemittel des dritten Lichtbogen-Kontakts auf. Bei einer Betrachtung, bei welcher der Trenner zunächst geschlossen ist, wird klar, dass der dritte Lichtbogen-Kontakt zunächst in mechanischem und elektrischem Kontakt mit dem zweiten Lichtbogen-Kontakt steht. Gleichzeitig steht der dritte Lichtbogen-Kontakt in elektrischer Verbindung mit dem ersten Lichtbogen-Kontakt. Beim Öffnen des Hochspannungstrenners wird das erste Kontaktelement in Öffnungsrichtung entlang einer Trennachse durch einen ersten Positionsbereich des ersten Kontaktelements relativ zur Trennachse hindurch verschoben. Innerhalb des ersten Positionsbereichs hält das zweite Lichtbogen-Kontaktelement den dritten Lichtbogen-Kontakt vorerst zurück, so dass der dritte Lichtbogen-Kontakt relativ zum ersten Kontaktelement entgegen einer Federkraft des Rückholsystems verschoben wird und der elektrische Kontakt zwischen zweitem Lichtbogen-Kontaktelement und dritten Lichtbogen-Kontakt unterbrochen wird. Beim Weiterbewegen des Antriebs wird das erste Kontaktelement in einen an den ersten Positionsbereich anschliessenden zweiten Positionsbereich des ersten Kontaktelements verschoben. Beim Eintritt in diesen zweiten Positionsbereich wird eine maximale Haltekraft der Haltemittel bewusst überschritten. Mit anderen Worten ist deren Haltekraft zu jenem Zeitpunkt geringer, als eine Rückholkraft des Rückholsystems, beispielsweise in Form einer Rückholfeder. Beim Auflösen der Haltekraft der Haltemittel löst sich der dritte Lichtbogen-Kontakt vom zweiten Lichtbogen-Kontakt ab und wird vom Rückholsystem blitzschnell in Öffnungsrichtung vom zweiten Lichtbogen-Kontakt weggeführt, so dass der zweite Lichtbogen-Kontakt (also die zweite Kontaktgruppe) im Betrieb des Hochspannungstrenners zeitlich rasch und zuverlässig vom dritten Lichtbogen-Kontakt (also der ersten Kontaktgruppe) elektrisch getrennt wird.

[0012] Nebst dem Hochspannungstrenners ist in diesem Dokument ein Verfahren zum Öffnen eines elektrischen Hochspannungstrenners offenbart.

[0013] Der Begriff 'Haften' wird im Folgenden nicht eng interpretiert, sondern im Sinn von 'Halten' oder 'Festhalten' und umfasst jegliches Phänomen, bei dem zwei Elemente zueinander eine fixe Position entgegen einer auf sie wirkenden Kraft behalten, die auf ein Lösen des Haftens/Haltens hinwirkt. Dies kann beispielsweise durch mechanische Mittel geschehen, etwa einen Einrastmechanismus mit entsprechend gewählter, komplementärer Geometrie, etwa in Form eines mechanischen Widerstandes, den ein Objekt mit grösserem Durchmesser, das jedoch mindestens teil-verformbar ist, bei Durchgang durch eine Öffnung mit kleinerem Durchmesser erfährt. Ferner kann haften auch ein magnetisches Anhaften sein.

[0014] Ein Vorteil der Trenner gemäss Ausführungsbeispielen dieser Erfindung liegt darin, dass beim Trennen der beiden Kontaktgruppen schnell eine hohe Relativgeschwindigkeit zwischen den Kontaktelementen erreicht werden kann, sobald beim Öffnen der Abbrandstrompfad elektrisch unterbrochen wird. Dadurch wird ein rasches Löschen eines sich ausbildenden Lichtbogens begünstigt. In der Folge lassen sich mit dem Trenner auch grössere Lasten im Nennbetrieb, beispielsweise Leistungen von 500 bis 1500 kW oder mehr, wiederholt rasch, zuverlässig und verschleissarm schalten.

[0015] Im Weiteren soll die Erfindung anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden, aus denen sich weitere Vorteile und Abwandlungen ergeben. Dazu zeigen, jeweils in einer schematischen seitlichen Querschnittsansicht:

Figur 1 zeigt einen Hochspannungstrenner gemäss Ausführungsformen in geöffnetem Zustand;

Figur 2 zeigt den Hochspannungstrenner aus Figur 1 in geschlossenem Zustand;

Figur 3 zeigt den Hochspannungstrenner aus Figur 1 während einer Anfangs-Phase des Trennens;

Figur 4 zeigt den Hochspannungstrenner aus Figur 1 während einer mittleren Phase des Trennens;

Figur 5 zeigt den Hochspannungstrenner aus Figur 1 während einer Endphase des Trennens.

Figur 6 zeigt ein Trenner-Modul einer Hochspannungs-Schaltanlage (GIS) mit einem Trenner gemäss Ausführungsformen.

[0016] Figur 1 zeigt einen Hochspannungs-Lasttrenner 1 - nachfolgend vereinfachend lediglich Hochspannungstrenner 1 oder auch schlicht Trenner 1 genannt - gemäss Ausführungsformen der Erfindung im geöffneten Zustand. Er umfasst eine erste Kontaktgruppe 66 mit einem typischerweise ortsfest angeordneten Führungselement 88 und einem entlang einer Trennachse 8 dazu beweglich gelagerten ersten Kontaktelement 22. Dieses erste Kontaktelement 22 umfasst ein erstes Nominalleiter-Kontaktelement 20 und einen ersten Lichtbogen-Kontakt 25. Der erste Lichtbogen-Kontakt 25 ist über mindestens einen dritten Kontakt 87 permanent elektrisch mit dem Führungselement 88 verbunden. In der gezeigten Ausführungsform ist der dritte Kontakt 87 ein Schleifkontakt. Im ersten Lichtbogen-Kontakt 25 ist ein dritter Lichtbogen-Kontakt 40 entlang der Trennerachse 8 beweglich angeordnet. Die erste Kontaktgruppe 66 umfasst weiter ein Rückholsystem 80, das zum Rückholen des dritten Lichtbogen-Kontakts 40 in einer Öffnungsrichtung 7 dient. Dabei ist der erste Lichtbogen-Kontakt 25 und das erste Nominalleiter-Kontaktelement 20 über das Rückholsystem 80 mit dem dritten Lichtbogen-Kontakt 40 derart wirkverbunden, dass der erste Lichtbogen-Kontakt 25 relativ zum dritten Lichtbogen-Kontakt 40 bewegbar ist. Ein Antriebssystem 30, typischerweise umfassend eine Spindel, die an dem Nominalleiter-Kontaktelement 20 mittels eines Mitnehmers drehbar gelagert ist, versetzt das erste Nominalleiter-Kontaktelement 20 bei Drehung im Betrieb des Trenners 1 in eine Längsbewegung um die Trennerachse 8. Das Antriebssystem 30 dient zum Bewegen des ersten Kontaktelements 22 und des damit verbundenen ersten Nominalleiter-Kontaktelements 20 entlang der Trennerachse 8 relativ zu einer feststehenden zweiten Kontaktgruppe 55, um den Trenner 1 öffnen und schliessen zu können. Die zweite Kontaktgruppe 55 ist hier als Festkontakt ausgelegt. Die zweite Kontaktgruppe 55 umfasst ein zweites Nominalleiter-Kontaktelement 90 und einen zweiten Lichtbogen-Kontakt 60. Der zweite Lichtbogen-Kontakt 60 weist an einer der ersten Kontaktgruppe 66 zugewandten Seite ein Haltemittel 71 zum Zusammenwirken mit einem Gegenhaltemittel 41 des dritten Lichtbogen-Kontakts 40 der ersten Kontaktgruppe 66 auf. Das Führungselement 88 der ersten Kontaktgruppe 66 ist ortsfest im Trenner 1 angeordnet und mittels eines Isoliergases elektrisch isoliert mit einem Gehäuse verbunden. Das Gehäuse ist ein Gehäuse einer Hochspannungs-Schaltanlage.

[0017] Gemäss Ausführungsformen, die im Folgenden mit Bezug auf die Figuren 1 bis 5 beschrieben sind, ist beim Öffnen des Trenners 1 im Betrieb des Trenners 1 das erste Kontaktelement 22 nach dem Öffnen eines Nominalstrompfades 5 innerhalb eines ersten Positionsbereichs 44 des ersten Kontaktelements 22 relativ zum Führungselement 88 und zur Trennachse 8 in einer Öffnungsrichtung 7 weiter bewegbar bzw. verschiebbar. Während dem Öffnen des Trenners 1 bleibt dabei in einer Haltephase das Haltemittel 71 am Gegenhaltemittel 41 gehalten, so dass der dritte Lichtbogen-Kontakt 40 am zweiten Lichtbogen-Kontakt 60 gehalten bleibt, während das Rückholsystem 80 vorgespannt wird und eine Vorspannkraft aufgebaut wird. Beim Übertritt des ersten Kontaktelements 22 in einen an den ersten Positionsbereich 44 anschliessenden zweiten Positionsbereich 46 wird die durch das Rückholsystem 80 ausgeübte Vorspannkraft grösser als eine in Richtung der Trennachse 8 wirkende, konstruktiv vordefinierbare Haltekraft des Haltemittels 71 am Gegenhaltemittel 41. In der Folge wird in einer folgenden Trenn-Phase der dritte Lichtbogen-Kontakt 40 von dem Rückholsystem 80 in Öffnungsrichtung 7 rückgeholt und dabei beschleunigt. Auf diese Weise ist die zweite Kontaktgruppe 55 von der ersten Kontaktgruppe 66 elektrisch abtrennbar.

[0018] Als Teil des Antriebssystems 30 ist ein Motor oder eine Handkurbel vorgesehen (nicht dargestellt). Ein an dem beweglichen ersten Kontaktelement 20 befestigter Mitnehmer wirkt mit einer Spindel derart zusammen, dass eine Drehung der Spindel um die Achse 8 des Trenners in eine Längsbewegung des beweglichen ersten Kontaktelements 20 entlang der Achse 8 des Trenners umgewandelt wird.

[0019] Die Figur 2 zeigt den Trenner 1 aus Figur 1 im geschlossenen Zustand. Das erste Kontaktelement 22 wurde durch das Antriebssystem 30 soweit in Richtung der zweiten Kontaktgruppe 55 bewegt (in der Figur 2 nach rechts), dass das erste Nominalleiter-Kontaktelement 20 in den Zwischenraum zwischen dem zweiten Nominalleiter-Kontaktelement 90 und dem zweiten Lichtbogen-Kontakt 60 der zweiten Kontaktgruppe 55 eingetreten ist. Während dieses Eintretens wurde der erste Lichtbogen-Kontakt 25 gegen den ortsfesten zweiten Lichtbogen-Kontakt 60 der zweiten Kontaktgruppe 55 gedrückt. Das erste Nominalleiter-Kontaktelement 20 wurde dann vom Antriebssystem 30 weiter bewegt, wodurch der erste Lichtbogen-Kontakt 25 gegen die Spannung der Feder 24, die sich an ihrem anderen Ende gegen das erste Nominalleiter-Kontaktelement 20 abstützt, ortsfest blieb und sich damit relativ zum weiter bewegten ersten Nominalleiter-Kontaktelement 20 verschob. Im geschlossenen Zustand des Trenners ist, wie in Figur 2 gezeigt, die Feder 24 gespannt und der erste Lichtbogen-Kontakt 25 relativ zum ersten Nominalleiter-Kontaktelement 20 in Öffnungsrichtung 7 verschoben. Während des Schliessens tritt ein Abschnitt des dritten Lichtbogen-Kontakts 40 in einen entsprechend geformten Hohlraum 72 in der zweiten Kontaktgruppe 55 ein, wobei das Gegenhaltemittel 41 im gezeigten Ausführungsbeispiel vom Haltemittel 71 der zweiten Kontaktgruppe 55 teilweise zusammengedrückt wird, so dass dessen Durchmesser verringert wird.

[0020] Der Nominalstrompfad 5 führt im geschlossenen Zustand des Trenners 1 vom Führungselement 88 über erste Kontakte 89, welche hier als Schleifkontakte ausgeführt sind, über das erste Nominalleiter-Kontaktelement 20, um über die zweiten Kontakte 56 in das zweite Nominalleiter-Kontaktelement 90 der zweiten Kontaktgruppe 55 einzutreten. Theoretisch könnte der Strompfad auch vom Führungselement 88 über die ersten Kontakte 89, das erste Nominalleiter-Kontaktelement 20, über den dritten Kontakt 87 weiter zum ersten Lichtbogen-Kontakt 25 und von dort auf den zweiten Lichtbogen-Kontakt 60 führen. In Praxis sind jedoch der ohmsche Widerstand grösser und die Wegstrecke eines solchen Strompfades länger als über den Nominalstrompfad 5, so dass im geschlossenen Zustand des Trenners 1 de facto kein Strom über das Lichtbogen-Kontaktsystem 25, 60 fliesst.

[0021] Die Figur 3 zeigt den Trenner 1 in einer Anfangsphase des Trennens. Durch Drehen der Spindel des Antriebs 30 mit der Spindel-Mutterkombination wurde das erste Kontaktelement 22 soweit in Öffnungsrichtung 7 bewegt, dass der Nominal-Strompfad 5 zwischen dem ersten Nominalleiter-Kontaktelement 20 und dem zweiten Nominalleiter-Kontaktelement 90 (wie in Figur 1 dargestellt) elektrisch unterbrochen ist. In der in Figur 3 gezeigten Situation führt der Strompfad 5b bei geöffnetem Nominalstrompfad 5 deshalb nun von der ersten Kontaktgruppe 66 vom Führungselement 88 her gesehen über die erste Kontakte 89 zum ersten Nominalleiter-Kontaktelement 20 und von dort über den dritten Kontakt 87 via den ersten Lichtbogen-Kontakt 25 weiter zum Haltemittel 71 des zweiten Lichtbogen-Kontakts 60 der zweiten Kontaktgruppe 55. Zwischen dem dritten Lichtbogen-Kontakt 40 und der zentrischen Öffnung des ersten Lichtbogen-Kontakts 25 ist ein ringförmiger Spalt angeordnet ist, worin sich im Betrieb des Trenners 1 auch Isoliergas befindet. Da der elektrische Widerstand aufgrund des gasgefüllten Spalts zwischen dem dritten Lichtbogen-Kontakt 40 und der zentrischen Öffnung des ersten Lichtbogen-Kontakts 25 höher ist, als zwischen dem ersten Lichtbogen-Kontakt 25 und dem Haltemittel 71 des zweiten Lichtbogen-Kontakts 60, führt der Strompfad 5b direkt vom ersten Lichtbogen-Kontakt 25 zum Haltemittel 71 des zweiten Lichtbogen-Kontakts 60, ohne dabei über den dritten Lichtbogen-Kontakt 40 zu gehen.

[0022] In Figur 4 ist der Trenner 1 noch weiter als in Figur 3 geöffnet. Kurz nach dem in Figur 3 dargestellten Zustand wurde durch ein Weiterbewegen des ersten Kontaktelements 22 in Öffnungsrichtung 7 der elektrische Kontakt zwischen dem ersten Lichtbogen-Kontakt 25 und dem zweiten Nominalleiter-Kontaktelement 90 getrennt, so dass in Figur 4 der Strompfad 5c zwischen der ersten Kontaktgruppe 66 und der zweiten Kontaktgruppe 55 nun ausschliesslich über den dritten Lichtbogen-Kontakt 40 führt. Da der ringförmige Spalt zwischen dem dritten Lichtbogen-Kontakt 40 und der zentrischen Öffnung des ersten Lichtbogen-Kontakts 25 elektrisch einen hohen Widerstandswert bildet, führt der Strompfad 5c nun über eine Altemativroute mit geringerem Widerstandswert. Diese in Figur 4 gezeigte Alternativroute des Strompfads 5c führt bei immer noch geöffnetem Nominalstrompfad 5 von der ersten Kontaktgruppe 66 vom Führungselement 88 her gesehen zuerst nach wie vor über die erste Kontakte 89 zum ersten Nominalleiter-Kontaktelement 20. Im Unterschied zum anhand Figur 3 beschriebenen Strompfad 5b führt die Alternativroute gemäss Figur 4 vom ersten Nominalleiter-Kontaktelement 20 aus jedoch neu nicht mehr über den dritten Kontakt 87 zum ersten Lichtbogen-Kontakt 25, sondern über einen Trägerflansch 85 des ersten Nominalleiter-Kontaktelements 20 via das Rückholsystem 80 zum dritten Lichtbogen-Kontakt 40. Vom dritten Lichtbogen-Kontakt 40 führt der Strompfad 5c über das Haltemittel 71 schliesslich zum zweiten Lichtbogen-Kontakt 60 der zweiten Kontaktgruppe 55.

[0023] Diese eben genannte Alternativroute des Strompfads 5c existiert auch bereits im in Figur 3 gezeigten Zustand des Trenners 1. Da jedoch der Strompfad 5b, welcher vom Führungselement 88 her gesehen über die erste Kontakte 89 zum ersten Nominalleiter-Kontaktelement 20 und von dort über den dritten Kontakt 87 via den ersten LichtbogenKontakt 25 weiter zum zweiten Lichtbogen-Kontakts 60 führt, streckenmässig kürzer und alles in allem niederohmiger ausgeführt ist, als die Alternativroute des Strompfads 5c vom Führungselement 88 über die erste Kontakte 89 zum ersten Nominalleiter-Kontaktelement 20 und von dort über den Trägerflansch 85 des ersten Nominalleiter-Kontaktelements 20 via das Rückholsystem 80 zum dritten Lichtbogen-Kontakt 40 zum zweiten Lichtbogen-Kontakt 60, fliesst der Strom im in Figur 3 gezeigten Zustand des Trenners 1 de facto über den Strompfad 5b und nicht über die Alternativroute des Strompfads 5c.

[0024] Zwischen den Zuständen in Figur 3 und dem in Figur 4, also während des Bewegens des ersten Kontaktelements 22 in Öffnungsrichtung 7 durch einen ersten Positionsbereich 44 des ersten Kontaktelements 22 hindurch (hier exemplarisch definiert als die Position des Endes 21 des ersten Nominalleiter-Kontaktelements 20 relativ zum ersten Positionsbereich 44), wird das der dritte Lichtbogen-Kontakt 40 vom zweiten Lichtbogen-Kontakt 60 gehalten. Der erste Positionsbereich 44 ist demnach als Haltebereich des dritten Lichtbogen-Kontakts 40 definiert. Dabei verschiebt sich der dritte Lichtbogen-Kontakt 40 im Betrieb des Trenners 1 relativ zum ersten Kontaktelement 22 entgegen einer Federkraft des Rückholsystems 80 in Richtung der zweiten Kontaktgruppe 55. Durch die Verschiebung wird die in dieser Ausführungsform als Zugfeder ausgebildete Spiralfeder 81 gespannt. In Figur 4 ist die Feder 81 bereits in komplett gespanntem, das heisst im in Richtung der Trennerachse langgezogenen, gedehnten Zustand gezeigt. In den Figuren konnten die Abstände der Federwindungen nicht wirklichkeitsgetreu wiedergegeben werden. In Figur 4 ist das Ende 21 des ersten Nominalleiter-Kontaktelements 20 stellvertretend für das erste Kontaktelement 22 an einer Grenze zwischen dem ersten Positionsbereich 44 (Haltebereich) und einem zweiten Positionsbereich 46 positioniert. Der zweite Positionsbereich 46 wird nachfolgend auch Lösebereich genannt.

[0025] Wird das erste Kontaktelement 22 durch das Antriebssystem 30 noch weiter in Öffnungsrichtung 7 bewegt, geschieht Folgendes: Beim Übertritt des ersten Kontaktelements 22 vom in einen an den ersten Positionsbereich 44 (Haltebereich) anschliessenden zweiten Positionsbereich 46 (Lösebereich) wird die Vorspannkraft des Rückholsystems 80 grösser als eine in Richtung der Trennachse 8 wirkende, konstruktiv definierte Haltekraft des Haltemittels 71 am Gegenhaltemittel 41 des dritten Lichtbogen-Kontakts 40. In Folge wird der dritte Lichtbogen-Kontakt 40 vom Rückholsystem 80 in Öffnungsrichtung 7 beschleunigt, beziehungsweise rückgeholt, so dass der Strompfad 5c durch das Auflösen der elektrischen Verbindung zwischen dem dritten Lichtbogen-Kontakts 40 und dem zweiten Lichtbogen-Kontakt 60 quasi schlagartig aufgebrochen wird, worauf die zweite Kontaktgruppe 55 von der ersten Kontaktgruppe 66 zeitlich schnell, zuverlässig und vollständig elektrisch trennbar ist. Der Positionsbereich 46 ist also als Lösebereich des dritten Lichtbogen-Kontakts 40 definiert. Dieser Rückhol-Vorgang ist in Fig. 5 gezeigt, wobei der dritte Lichtbogen-Kontakt 40 in der Beschleunigungsphase gezeigt ist, d.h. kurz nachdem die Federkraft der Feder 81 die Haltekraft zwischen dem Haltemittel 71 und dem Gegenhaltemittel 41 überschritten hat.

[0026] In Ausführungsbeispielen sind die erste Kontaktgruppe 66 und die zweite Kontaktgruppe 55 bei geschlossenem Trenner elektrisch miteinander verbunden und bei geöffnetem Trenner durch eine Trennstrecke voneinander getrennt, die der Summe der Positionsbereiche 44 und 46 entspricht. Gemäss Ausführungsbeispielen umfassen der ersten Lichtbogen-Kontakt 25, der dritten Lichtbogen-Kontakt 40 und der zweite Lichtbogen-Kontakt 60 jeweils ein Abbrandkontaktelement, um im Betrieb des Trenners 1 einen sich zwischen den Elementen ausbildenden Lichtbogen zu tragen und den Trenner 1 vor übermässigem Verschleiss durch Abbrand zu schützen.

[0027] Wie etwa in Figur 2 zu sehen ist, ist in dem geschlossenen Schaltzustand des dritten Lichtbogen-Kontakts 40 typischerweise in einem Hohlraum 72 in der zweiten Kontaktgruppe 55 verstaut. Das Haltemittel 71 der zweiten Kontaktgruppe 55 ist typischerweise ganz oder teilweise in dem Hohlraum 72 angeordnet. Sobald die Trennung eingeleitet wird, wird der dritte Lichtbogen-Kontakt 40 in Öffnungsrichtung bewegt und stösst, wie in Figur 3 dargestellt, aus Richtung des Inneren des Hohlraums 72 an das Haltemittel 71 der zweiten Kontaktgruppe 55, von dem es während der weiteren Öffnungsbewegung (bis zur Lösung und Beschleunigung durch Feder 81, wie oben beschrieben) gehalten wird beziehungsweise an diesem haften bleibt. Dabei ist in Ausführungsbeispielen der dritte Lichtbogen-Kontakt 40 typischerweise als gleitbeweglicher Kolben im Nominalleiter-Kontaktelement 20 angeordnet. Der Lichtbogen- Kontakt 40 ist dabei bevorzugt als Rohrkörper ausgeführt, der in Richtung der Trennachse 8 gesehen, einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist. Der Rohrkörper kann Aussparungen oder Fenster in seiner Mantelfläche aufweisen, um dessen Gesamtmassenbilanz zu verringern. Die vorgenannten Merkmale dienen einer Massen- bzw. der Gewichtserleichterung des dritten Lichtbogen-Kontakts 40. Bei vorgegebener Stärke der Feder 81 des Rückholsystems 80, die durch konstruktive Beschränkungen in ihrer Grösse/Stärke beschränkt ist, kann durch die Massenverringerung die Beschleunigung des dritten Lichtbogen-Kontakts 40 verbessert werden, wodurch eine höhere Trenngeschwindigkeit erzielbar ist. Wenn der dritte Lichtbogen-Kontakt 40 also hülsenförmig oder zumindest teilweise hohl ist, so ist dies aufgrund der Massenverringerung vorteilhaft, da zur Beschleunigung des dritte Lichtbogen-Kontakts 40 beim Öffnen des Trenners weniger Kraft erforderlich ist, als bei einem schwereren dritten Lichtbogen-Kontakt. Als Folge davon kann das Rückholsystem 80 schwächer und damit kompakter ausgebildet werden, als bei einem schwereren dritten Lichtbogen-Kontakt.

[0028] Die Rückholfeder 81 ist in Ausführungsbeispielen in Bezug auf die Trennerachse 8 typischerweise zwischen einem ersten Ende 21 des Nominalleiter-Kontaktelements 20 und einem ersten Ende 42 des dritten Lichtbogen-Kontakts 40 angeordnet. Dabei ist das Zusammenspiel der konstruktiven Elemente der Feder 81, der Stärke des Zusammenwirkens bzw. "festgehalten seins" des Haltemittels 71 mit dem Gegenhaltemittel 41, sowie die Masse des dritten Lichtbogen-Kontakts 40 so ausgelegt, dass nach Lösen der gehaltenen Verbindung während der Öffnungsbewegung der dritte Lichtbogen-Kontakt 40 von der Feder auf eine Geschwindigkeit von mindestens 1 m/s relativ zum zweiten Lichtbogen-Kontakt 60 beschleunigt wird. Bevorzugt beträgt die Geschwindigkeit mehr als 2 m/s, noch bevorzugter mehr als 4 m/s, damit die Lichtbogendauer möglichst gering ist. Das Gegenhaltemittel 41 kann, wie etwa in den Figuren 1 bis 5 skizziert, in Form eines spannzangenartig ausgeführten Endes mit mindestens einer radial federnden Kontaktzunge ausgeführt sein.

[0029] Die so erzielte hohe Trenngeschwindigkeit kann in Ausführungsbeispielen konstruktiv während oder am Ende der Öffnungs- beziehungsweise Trenn-Bewegung, das heisst, wenn sich der dritte Lichtbogen-Kontakt 40 seiner Ruheposition im getrennten Zustand (siehe Figur 1) nähert, abgebremst werden, um beispielsweise Schäden am Rückholsystem 80 und/oder am dritten Lichtbogen-Kontakt 40 zu vermeiden. Dazu kann im Rückholsystem 80 ein gasdichtes Gehäuse 2 vorgesehen sein. Dieses Dämpfungselement dient dazu, die Geschwindigkeit des dritten Lichtbogen-Kontakts 40 nach erfolgter Beschleunigung durch das Rückholsystem 80 wieder abzubremsen; andernfalls könnte - je nach konkreter konstruktiver Auslegung - am Ende der Bewegung gar ein Zurückprellen des dritten Lichtbogen-Kontakts 40 entgegen der Öffnungsrichtung 7 stattfinden, was eine unerwünschte, erneute Lichtbogenbildung (re-arcing) hervorrufen könnte. In der vorliegenden Ausführungsform des Hochspannungstrenners bildet das Innenvolumen des hülsenförmigen Teils des Rückholsystems 80 einen Kolbenraums 83, während ein Flansch 84 beim ersten Ende 42 des dritten Lichtbogen-Kontakts 40 einen Kolben bildet, der im Kolbenraum 83 verschiebbar laufend angeordnet ist. In dem in Richtung Antrieb 30 gerichteten Trägerflansch 85 des ersten Nominalleiter-Kontaktelements 20 ist eine kleine Öffnung 86 angeordnet. Diese Öffnung 86 bildet durch seine geometrische Ausgestaltung bezüglich Länge, Grösse und Form ein Ventil des Kolbenraums 83. Wenn beim Öffnen des Hochspannungstrenners der dritte Lichtbogen-Kontakt 40 mit seinem Kolben 84 in Richtung des Antriebs 30 bewegt wird, wird das Gas im Kolbenraum 83 komprimiert und kann lediglich gezielt und vordefinierbar über die Öffnung 86 entweichen, so dass im Betrieb des Hochspannungstrenners 1 mit einfachen Mitteln eine Dämpfungswirkung realisierbar ist.

[0030] In Ausführungsformen kann der dritte Lichtbogen-Kontakt 40 und/oder der zweite Lichtbogen-Kontakt 60 einen Magneten aufweisen, etwa einen Dauermagneten. Durch den Magneten kann die definierte Haltekraft/Haftkraft zwischen dem Haltemittel 71 und dem Gegenhaltemittel 41 definiert werden, wobei dies alternativ oder ergänzend zu der in den Figuren gezeigten mechanischen Lösung ausgeführt werden kann.

[0031] Beim illustrierten Hochspannungstrenner sind die Leitfähigkeit und Geometrie des ersten Lichtbogen-Kontakts 25 und des dritten Lichtbogen-Kontakts 40 so ausgelegt, dass beim Öffnen des Trenners im Betrieb in einen Zustand zwischen den Figuren 3 und 4, ein Lichtbogen seinen ersten Fusspunkt zuerst auf dem ersten Lichtbogen-Kontakt 25 hat, und dieser Fusspunkt nachfolgend auf den dritten Lichtbogen-Kontakt 40 kommutiert, während sein anderer Fusspunkt am zweiten Lichtbogen-Kontakt (60) bleibt.

[0032] In Ausführungsbeispielen ist das Nominalleiter-Kontaktelement 90 in radialer Richtung relativ zur Trennachse 8 ausserhalb des zweiten Lichtbogen-Kontakts 60 angeordnet. Gemäss einem allgemeinen Aspekt der Erfindung sind die in den Figuren im Querschnitt dargestellten Elemente im allgemeinen rotationssymmetrisch zur Trennerachse 8 ausgebildet. Insbesondere sind das erste Kontaktelement 22 mit seinen Bestandteilen und der zweiten Kontaktgruppe 55 im Wesentlichen rotationssymmetrisch zur Trennerachse 8 angeordnet.

[0033] In alternativen Ausführungsbeispielen kann der dritte Lichtbogen-Kontakt 40 einen Hohlraum entlang der Trennachse 8 umfassen (etwa statt des Gegenhaltemittels 41 der Figuren 1 bis 5), um im geschlossenen Zustand des Trenners 1 einen Abschnitt des zweiten Lichtbogen-Kontakts 60 aufzunehmen zu können. In dieser Ausführungsform kann das Rückholsystem dann entsprechend im zweiten Lichtbogen-Kontakt untergebracht werden. Diese Variante stellt eine mechanische Alternative für die Haltemittel 41 und 71 dar, um das Halten des dritten Lichtbogen-Kontakts 40 durch den zweiten Lichtbogen-Kontakt 60 während der Haltephase (wie etwa in Figur 4 dargestellt) zu ermöglichen.

[0034] Zurück zur illustrierten ausführungsform des Trenners 1. Ein Vorteil des im wesentlichen stiftförmigen dritten Lichtbogen-Kontakts 40 im Vergleich zum Trenner gemäss der DE 60030032 T2 liegt darin, dass das Rückholsystem 80 radial um den stiftförmigen dritten Lichtbogen-Kontakts 40 angeordnet werden kann, während das Rückholsystem radial innerhalb des hülsenförmigen Lichtbogen-Kontakts des Trenners gemäss der DE 60030032 T2 angeordnet ist und damit eine radiale Mindestgrösse aufweisen muss, die deutlich über derjenigen eines dritten Lichtbogen-Kontakts 40 gemäss der vorliegenden Offenbarung liegt. Aufgrund dieser minimalgrössen-bedingten Masse des hülsenförmigen Lichtbogen-Kontakts des Trenners gemäss der DE 60030032 T2 ist die zum Bewegen des Lichtbogen-Kontakts erforderliche Kraft grösser als bei einer Ausführungsform eines dritten Lichtbogen-Kontakts 40 gemäss der vorliegenden Offenbarung. Je grösser die erforderliche Kraft, desto grösser und weniger kompakt sich ein Trenner realisieren lässt. Da der Trend zur Miniaturisierung von gasisolierten Schaltanlagen und daher auch seinen Komponenten anhält, ist es wichtig, dass der Lasttrenner dimensionsmässig möglichst klein und kompakt ist.

[0035] Bei Bedarf können im dritten Lichtbogen-Kontakt 40 auch zusätzliche Widerstands- und/oder Impedanzelemente integriert werden. Widerstandselemente sind vorteilhaft, da sie beim Öffnen der Kontaktgruppen eine Stromsenkung bewirken, welche Stromsenkung dazu führt, dass der Abbrand der Lichtbogen-Kontakt geringer gehalten werden kann, als bei einem vergleichbaren Trenner ohne Widerstandselemente. Impedanzelemente können zum Glätten von VFT-Spannungsspitzen eingesetzt werden.

[0036] Bei Bedarf kann der dritte Lichtbogen-Kontakt 40 in Umfangsrichtung frei drehbar angeordnet werden.

[0037] Ausführungsbeispiele umfassen auch gasisolierte Schaltanlagen, die einen oder mehrere Trenner gemäss beschriebenen Ausführungsformen umfassen, wie beispielsweise in Figur 6 schematisch und ausschnittartig gezeigt. Ein Trenner-Modul 100 für eine GIS umfasst einen Trenner 1 gemäss beschriebenen Ausführungsformen in einem gasdichten Metallgehäuse 106. Die erste Kontaktgruppe 66 und die zweite Kontaktgruppe 55 sind jeweils mit einem oder mehreren Nominalleitern 103, 104, 105 verbunden. Auf der Seite der zweiten Kontaktgruppe 55 ist der Nominalleiter 104 mit einem Isolator 102 mit dem Gehäuse 106 des Trenner-Moduls 100 verbunden. Eine gasdichte Durchführung 110 (nur schematisch dargestellt) für den Antrieb 30 ist in einer Wand des Moduls 100 vorgesehen.

[0038] Die Erfindung wurde beispielhaft anhand eines gasisolierten Trenners erläutert. Sie eignet sich jedoch auch für andere Trenner für Hoch- und Mittelspannungsanwendungen, insbesondere von Unterstationen, z.B. für Vakuum-Trennschalter, Selbstblas-Leistungstrennschalter, usw.

Ansprüche

1. Elektrischer Hochspannungstrenner (1), umfassend

- eine erste Kontaktgruppe (66) mit einem Führungselement (88) und einem entlang einer Trennachse (8) beweglich angeordneten ersten Kontaktelement (22), das ein erstes Nominalleiter-Kontaktelement (20) und einen ersten Lichtbogen-Kontakt (25) umfasst;

- einen im ersten Lichtbogen-Kontakt (25) entlang der Trennachse (8) beweglich angeordneten dritten Lichtbogen-Kontakt (40),

- ein Rückholsystem (80) zum Rückholen des dritten Lichtbogen-Kontakts (40) in einer Öffnungsrichtung (7), wobei der erste Lichtbogen-Kontakt (25) über das Rückholsystem (80) mit dem dritten Lichtbogen-Kontakt (40) derart wirkverbunden ist, dass der erste Lichtbogen-Kontakt (25) in Richtung der Trennachse (8) relativ zum dritten Lichtbogen-Kontakt (40) bewegbar ist;

- ein Antriebssystem (30) zum Bewegen des ersten Kontaktelements (22) entlang der Trennachse (8) relativ zu einer zweiten Kontaktgruppe (55), um den Trenner (1) zu öffnen und zu schliessen, wobei die zweite Kontaktgruppe (55) ein zweites Nominalleiter-Kontaktelement (90) und einen zweiten Lichtbogen-Kontakt (60) umfasst;

- wobei der zweite Lichtbogen-Kontakt (60) ein Haltemittel (71) zum Zusammenwirken mit einem Gegenhaltemittel (41) des dritten Lichtbogen-Kontakts (40) aufweist; und

- wobei beim Öffnen des Trenners das erste Kontaktelement (22) nach dem Öffnen eines Nominalstrompfades (5) innerhalb eines ersten Positionsbereichs (44) des ersten Kontaktelements (22) relativ zum Führungselement (88) und zur Trennachse (8) in einer Öffnungsrichtung (7) weiterbewegbar ist, während das Haltemittel (71) derart am Gegenhaltemittel (41) gehalten wird, dass der dritte Lichtbogen-Kontakt (40) am zweiten Lichtbogen-Kontakt (60) gehalten bleibt, während das Rückholsystem (80) vorgespannt wird und eine Vorspannkraft aufbaut, und

- wobei beim Übertritt des ersten Kontaktelements (22) in einen an den ersten Positionsbereich (44) anschliessenden zweiten Positionsbereich (46) die Vorspannkraft des Rückholsystems (80) grösser ist als eine in Richtung der Trennachse (8) wirkende, vordefinierbare Haltekraft des Haltemittels (71) am Gegenhaltemittel (41), so dass der dritte Lichtbogen-Kontakt (40) von dem Rückholsystem (80) in Öffnungsrichtung (7) rückgeholt wird, so dass die zweite Kontaktgruppe (55) von der ersten Kontaktgruppe (66) elektrisch getrennt wird.

2. Elektrischer Hochspannungstrenner (1) gemäss Anspruch 1, wobei der dritte Lichtbogen-Kontakt (40) als gleitbeweglicher Kolben im Nominalleiter-Kontaktelement (20) angeordnet ist.

3. Elektrischer Hochspannungstrenner (1) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der dritte Lichtbogen-Kontakt (40) als Rohrkörper ausgeführt ist, welcher bevorzugt Aussparungen oder Fenster aufweist, wobei der Rohrkörper in Richtung der Trennachse (8) gesehen vorzugsweise einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist.

4. Elektrischer Hochspannungstrenner (1) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Rückholsystem (80) eine Rückholfeder (81) umfasst.

5. Elektrischer Hochspannungstrenner (1) gemäss Anspruch 4, wobei die Rückholfeder (81) in Bezug auf die Längsachse (8) zwischen einem ersten Ende (21) des Nominalleiter-Kontaktelements (20) und einem ersten Ende (42) des dritten Lichtbogen-Kontakts (40) angeordnet ist.

6. Elektrischer Hochspannungstrenner (1) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Lichtbogen-Kontakt (60) einen Hohlraum (72) entlang der Trennachse (8) umfasst, der ausgelegt ist, um im geschlossenen Zustand des Trenners (1) einen Abschnitt des dritten Lichtbogen-Kontakts (40) aufzunehmen.

7. Elektrischer Hochspannungstrenner (1) gemäss Anspruch 6, wobei das Haltemittel (71) im Hohlraum (72) angeordnet ist.

8. Elektrischer Hochspannungstrenner (1) gemäss einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Stärke der durch Zusammenwirken des Haltemittels (71) und des Gegenhaltemittels (41) zurückhaltbaren Rückholfeder (81), und die Masse des dritten Lichtbogen-Kontakts (40) so ausgelegt sind, dass nach Lösen der gehaltenen Verbindung während der Öffnungsbewegung der dritte Lichtbogen-Kontakt (40) von der Feder auf eine Geschwindigkeit von mindestens 1 m/s relativ zum zweiten Lichtbogen-Kontakt (60) beschleunigt wird.

9. Elektrischer Hochspannungstrenner (1) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, weiter aufweisend ein gasdichtes Gehäuse (2), wobei das Rückholsystem (80) ein innerhalb eines Innenvolumens des Gehäuses (2) angeordnetes Dämpfungselement aufweist, um die Geschwindigkeit des dritten Lichtbogen-Kontakts (40) nach erfolgter Beschleunigung durch das Rückholsystem (80) abzubremsen.

10. Elektrischer Hochspannungstrenner (1) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der dritte Lichtbogen-Kontakt (40) und der zweite Lichtbogen-Kontakt (60) derart ausgebildet sind, dass beim Rückholen des ersten Kontaktelements (22) der dritte Lichtbogen-Kontakt (40) im ersten Positionsbereich (44) vom zweiten Lichtbogen-Kontakt (60) lösbar gehalten wird,
bevorzugt durch ein mechanisches Eingreifen ineinander durch ein System aus einem Haltemittel (71) in Form eines Vorsprungs am zweiten Lichtbogen-Kontakt (60) und mindestens einem Gegenhaltemittel (41) an dem dritten Lichtbogen-Kontakt (40), in Form eines spannzangenartig ausgeführten Endes mit mindestens einer radial federnden Kontaktzunge.

11. Elektrischer Hochspannungstrenner (1) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Leitfähigkeit und Geometrie des ersten Lichtbogen-Kontakts (25) und des dritten Lichtbogen-Kontakts (40) derart ausgelegt sind, dass beim Öffnen des Trenners im Betrieb ein Lichtbogen seinen Fusspunkt zuerst auf dem ersten Lichtbogen-Kontakt (25) hat, und dieser im Verlauf des weiteren Öffnens dann auf den dritten Lichtbogen-Kontakt (40) kommutiert, während sein anderer Fusspunkt am zweiten Lichtbogen-Kontakt (60) bleibt.

12. Elektrischer Hochspannungstrenner (1) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Nominalleiter-Kontaktelement (90) in radialer Richtung relativ zur Trennachse (8) ausserhalb des zweiten Lichtbogen-Kontakts (60) angeordnet ist.

13. Verfahren zum Öffnen eines elektrischen Hochspannungstrenners (1), der Hochspannungstrenner umfassend:

- eine erste Kontaktgruppe (66) mit einem Führungselement (88) und einem entlang einer Trennachse (8) beweglich angeordneten ersten Kontaktelement (22), das ein erstes Nominalleiter-Kontaktelement (20) und einen ersten Lichtbogen-Kontakt (25) umfasst;

- einen im ersten Lichtbogen-Kontakt (25) entlang der Trennachse (8) beweglich angeordneten dritten Lichtbogen-Kontakt (40),

- ein Rückholsystem (80) zum Rückholen des dritten Lichtbogen-Kontakts (40) in einer Öffnungsrichtung (7), wobei der erste Lichtbogen-Kontakt (25) über das Rückholsystem (80) mit dem dritten Lichtbogen-Kontakt (40) derart wirkverbunden ist, dass der erste Lichtbogen-Kontakt (25) in Richtung der Trennachse (8) relativ zum dritten Lichtbogen-Kontakt (40) bewegbar ist;

- ein Antriebssystem (30) zum Bewegen des ersten Kontaktelements (22) entlang der Trennachse (8) relativ zu einer zweiten Kontaktgruppe (55), um den Trenner (1) zu öffnen und zu schliessen, wobei die zweite Kontaktgruppe (55) ein zweites Nominalleiter-Kontaktelement (90) und einen zweiten Lichtbogen-Kontakt (60) umfasst;

- wobei der zweite Lichtbogen-Kontakt (60) ein Haltemittel (71) zum Zusammenwirken mit einem Gegenhaltemittel (41) des dritten Lichtbogen-Kontakts (40) aufweist; und

wobei der Trenner (1) zunächst geschlossen ist, so dass der dritte Lichtbogen-Kontakt (40) in Kontakt mit dem zweiten Lichtbogen-Kontakt (60) und gleichzeitig dieses in elektrischer Verbindung mit dem ersten Lichtbogen-Kontakt (25) ist, und wobei zum Öffnen des Trenners folgende Schritte ausgeführt werden:

- Bewegen des ersten Kontaktelements (22) in Öffnungsrichtung (7) entlang einer Trennachse durch einen ersten Positionsbereich (44) des ersten Kontaktelements (22) relativ zur Trennachse hindurch, wobei innerhalb des ersten Positionsbereichs der zweite Lichtbogen-Kontakt (60) den dritten Lichtbogen-Kontakt (40) hält, und sich dabei der dritte Lichtbogen-Kontakt (40) im Verhältnis zum ersten Kontaktelement (22) entgegen einer Federkraft des Rückholsystems (80) verschiebt, und

- Überschreiten einer Haltekraft und Lösen des dritten Lichtbogen-Kontakt (40) vom zweiten Lichtbogen-Kontakt (60) in einem an den ersten Positionsbereich (44) anschliessenden zweiten Positionsbereich (46) des ersten Kontaktelements (22), und

- Zurückholen des dritten Lichtbogen-Kontakts (40) von dem Rückholsystem (80) in der Öffnungsrichtung (7), so dass der zweite Lichtbogen-Kontakt (60) von dem ersten Kontaktelement (20) elektrisch getrennt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei nach Lösung der gehaltenen Verbindung ein zuvor entstandener Lichtbogen zwischen dem ersten Lichtbogen-Kontakt (25) und dem zweiten Lichtbogen-Kontakt (60) vom ersten Lichtbogen-Kontakt (25) in einer Trennphase auf den dritten Lichtbogen-Kontakt (40) kommutiert, während der dritte Lichtbogen-Kontakt (40) zurückgeholt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Stärke der durch Zusammenwirken des Haltemittels (71) und des Gegenhaltemittels (41) zurückhaltbaren Rückholfeder (81), und die Masse des dritten Lichtbogen-Kontakts (40) so ausgelegt sind, dass nach Lösen der gehaltenen Verbindung während der Öffnungsbewegung der dritte Lichtbogen-Kontakt (40) von der Feder auf eine Geschwindigkeit von mindestens 1 m/s relativ zum zweiten Lichtbogen-Kontakt (60) beschleunigt wird.

16. Trenner-Modul (100) für eine gasisolierte Schaltanlage, umfassend:

- einen Trenner gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12,

- ein Metallgehäuse (106),

- mindestens zwei Nominalleiter (103, 104, 105),

- ein Isolator (102),

wobei die erste Kontaktgruppe (66) und die zweite Kontaktgruppe (55) des Trenners (1) jeweils mit einem oder mehreren Nominalleitern (103, 104, 105) verbunden sind.

Claims

1. Electrical high-voltage disconnector (1), comprising

- a first contact group (66) comprising a guide element (88) and a first contact element (22), which is arranged movably along a disconnection axis (8) and comprises a first nominal conductor contact element (20) and a first arc contact (25);

- a third arc contact (40) which is arranged movably along the disconnection axis (8) in the first arc contact (25),

- a retracting system (80) for retracting the third arc contact (40) in an opening direction (7), wherein the first arc contact (25) is operatively connected to the third arc contact (40) via the retracting system (80) in such a way that the first arc contact (25) is movable in the direction of the disconnection axis (8) relative to the third arc contact (40);

- a drive system (30) for moving the first contact element (22) along the disconnection axis (8) relative to a second contact group (55) in order to open and to close the disconnector (1), wherein the second contact group (55) comprises a second nominal conductor contact element (90) and a second arc contact (60);

- wherein the second arc contact (60) has a holding means (71) for interacting with a mating holding means (41) of the third arc contact (40); and

- wherein, during opening of the disconnector once a nominal current path (5) has opened, the first contact element (22) is capable of moving further relative to the guide element (88) and to the disconnection axis (8) in an opening direction (7) within a first position region (44) of the first contact element (22), while the holding means (71) is held on the mating holding means (41) in such a way that the third arc contact (40) remains held on the second arc contact (60), while the retracting system (80) is prestressed and builds up a prestressing force, and

- wherein, when the first contact element (22) passes over to a second position region (46) adjoining the first position region (44), the prestressing force of the restoring system (80) is higher than a predefinable holding force of the holding means (71) on the mating holding means (41), which holding force acts in the direction of the disconnection axis (8), with the result that the third arc contact (40) is retracted by the retracting system (80) in the opening direction (7), with the result that the second contact group (55) is electrically disconnected from the first contact group (66).

2. Electrical high-voltage disconnector (1) according to Claim 1, wherein the third arc contact (40) is arranged as a piston capable of performing a sliding movement in the nominal conductor contact element (20).

3. Electrical high-voltage disconnector (1) according to either of the preceding claims, wherein the third arc contact (40) is in the form of a tubular body, which preferably has cut-outs or windows, wherein the tubular body, when viewed in the direction of the disconnection axis (8), preferably has a cross section in the form of a circular ring.

4. Electrical high-voltage disconnector (1) according to either of the preceding claims, wherein the retracting system (80) comprises a return spring (81).

5. Electrical high-voltage disconnector (1) according to Claim 4, wherein the return spring (81) is arranged, in relation to the longitudinal axis (8), between a first end (21) of the nominal conductor contact element (20) and a first end (42) of the third arc contact (40).

6. Electrical high-voltage disconnector (1) according to one of the preceding claims, wherein the second arc contact (60) comprises a cavity (72) along the disconnection axis (8), which cavity is designed to accommodate a section of the third arc contact (40) in the closed state of the disconnector (1).

7. Electrical high-voltage disconnector (1) according to Claim 6, wherein the holding means (71) is arranged in the cavity (72).

8. Electrical high-voltage disconnector (1) according to one of Claims 4 to 7, wherein the strength of the return spring (81) which can be held back by interaction of the holding means (71) and the mating holding means (41), and the mass of the third arc contact (40) are configured in such a way that, once the held connection is released during the opening movement, the third arc contact (40) is accelerated by the spring to a speed of at least 1 m/s relative to the second arc contact (60).

9. Electrical high-voltage disconnector (1) according to one of the preceding claims, further having a gas-tight housing (2), wherein the retracting system (80) has a damping element arranged within an internal volume of the housing (2) in order to decelerate the speed of the third arc contact (40) once acceleration has taken place by means of the retracting system (80).

10. Electrical high-voltage disconnector (1) according to one of the preceding claims, wherein the third arc contact (40) and the second arc contact (60) are designed in such a way that, during restoring of the first contact element (22), the third arc contact (40) is held in the first position region (44) releasably by the second arc contact (60),
preferably by means of a mechanical engagement one inside the other owing to a system comprising a holding means (71) in the form of a protrusion on the second arc contact (60) and at least one mating holding means (41) on the third arc contact (40), in the form of a collet-like end with at least one radially sprung contact tongue.

11. Electrical high-voltage disconnector (1) according to one of the preceding claims, wherein the conductivity and geometry of the first arc contact (25) and the third arc contact (40) are configured in such a way that, during opening of the disconnector during operation, an arc has its root initially on the first arc contact (25), and this root then commutates to the third arc contact (40) as the opening process continues, while its other root remains on the second arc contact (60).

12. Electrical high-voltage disconnector (1) according to one of the preceding claims, wherein the nominal conductor contact element (90) is arranged outside the second arc contact (60) in the radial direction relative to the disconnection axis (8).

13. Method for opening an electrical high-voltage disconnector (1), said high-voltage disconnector comprising:

- a first contact group (66) comprising a guide element (88) and a first contact element (22), which is arranged movably along a disconnection axis (8) and comprises a first nominal conductor contact element (20) and a first arc contact (25);

- a third arc contact (40) which is arranged movably along the disconnection axis (8) in the first arc contact (25),

- a retracting system (80) for retracting the third arc contact (40) in an opening direction (7), wherein the first arc contact (25) is operatively connected to the third arc contact (40) via the retracting system (80) in such a way that the first arc contact (25) is movable in the direction of the disconnection axis (8) relative to the third arc contact (40);

- a drive system (30) for moving the first contact element (22) along the disconnection axis (8) relative to a second contact group (55) in order to open and to close the disconnector (1), wherein the second contact group (55) comprises a second nominal conductor contact element (90) and a second arc contact (60);

- wherein the second arc contact (60) has a holding means (71) for interacting with a mating holding means (41) of the third arc contact (40); and

wherein the disconnector (1) is first closed, so that the third arc contact (40) is in contact with the second arc contact (60) and at the same time said second arc contact is electrically connected to the first arc contact (25), and wherein, for opening of the disconnector, the following steps are implemented:

- moving the first contact element (22) in the opening direction (7) along a disconnection axis through a first position region (44) of the first contact element (22) relative to the disconnection axis, wherein, within the first position region, the second arc contact (60) holds the third arc contact (40) and, in the process, the third arc contact (40) is shifted counter to a spring force of the retracting system (80) in relation to the first contact element (22), and

- exceeding a holding force and releasing the third arc contact (40) from the second arc contact (60) in a second position region (46), adjoining the first position region (44), of the first contact element (22), and

- retracting the third arc contact (40) by means of the retracting system (80) in the opening direction (7), with the result that the second arc contact (60) is electrically disconnected from the first contact element (22).

14. Method according to Claim 13, wherein, once the held connection has been released, a previously produced arc between the first arc contact (25) and the second arc contact (60) commutates from the first arc contact (25) in a disconnection phase to the third arc contact (40), while the third arc contact (40) is retracted.

15. Method according to Claim 13 or 14, wherein the strength of the return spring (81) which can be held back by interaction of the holding means (71) and the mating holding means (41), and the mass of the third arc contact (40) are configured in such a way that, once the held connection is released during the opening movement, the third arc contact (40) is accelerated by the spring to a speed of at least 1 m/s relative to the second arc contact (60).

16. Disconnector module (100) for a gas-insulated switchgear assembly, comprising:

- a disconnector according to one of Claims 1 to 12,

- a metal housing (106),

- at least two nominal conductors (103, 104, 105),

- an insulator (102),

wherein the first contact group (66) and the second contact group (55) of the disconnector (1) are each connected to one or more nominal conductors (103, 104, 105).

Revendications

1. Sectionneur électrique à haute tension (1) comprenant

- un premier groupe de contacts (66) muni d'un élément de guidage (88) et d'un premier élément de contact (22) disposé de manière mobile le long d'un axe de séparation (8), lequel inclut un premier élément de contact de conducteur nominal (20) et un premier contact d'arc électrique (25) ;

- un troisième contact d'arc électrique (40) disposé de manière mobile dans le premier contact d'arc électrique (25) le long de l'axe de séparation (8),

- un système de rappel (80) pour rappeler le troisième contact d'arc électrique (40) dans une direction d'ouverture (7), le premier contact d'arc électrique (25) étant en liaison active avec le troisième contact d'arc électrique (40) par le biais du système de rappel (80) de telle sorte que le premier contact d'arc électrique (25) peut être déplacé dans la direction de l'axe de séparation (8) par rapport au troisième contact d'arc électrique (40) ;

- un système d'entraînement (30) pour déplacer le premier élément de contact (22) le long de l'axe de séparation (8) par rapport à un deuxième groupe de contacts (55) afin d'ouvrir et de fermer le sectionneur (1), le deuxième groupe de contacts (55) incluant un deuxième élément de contact de conducteur nominal (90) et un deuxième contact d'arc électrique (60) ;

- le deuxième contact d'arc électrique (60) présentant un moyen de maintien (71) destiné à coopérer avec un moyen de maintien homologue (41) du troisième contact d'arc électrique (40) ; et

- lors de l'ouverture du sectionneur, le premier élément de contact (22) pouvant poursuivre son mouvement dans une direction d'ouverture (7) après l'ouverture d'un chemin de courant nominal (5) à l'intérieur d'une première zone de positions (44) du premier élément de contact (22) par rapport à l'élément de guidage (88) et par rapport à l'axe de séparation (8), alors que le moyen de maintien (71) est maintenu contre le moyen de maintien homologue (41) de telle sorte que le troisième contact d'arc électrique (40) reste maintenu contre le deuxième contact d'arc électrique (60), alors que le système de rappel (80) est précontraint et établit une force de précontrainte, et

- lors de l'empiètement du premier élément de contact (22) dans une deuxième zone de positions (46) rattachée à la première zone de positions (44), la force de précontrainte du système de rappel (80) étant supérieure à une force de maintien du moyen de maintien (71) contre le moyen de maintien homologue (41), laquelle peut être prédéfinie et agit dans la direction de l'axe de séparation (8), de sorte que le troisième contact d'arc électrique (40) est rappelé par le système de rappel (80) dans la direction d'ouverture (7), de sorte que le deuxième groupe de contacts (55) est séparé électriquement du premier groupe de contacts (66).

2. Sectionneur électrique à haute tension (1) selon la revendication 1, avec lequel le troisième contact d'arc électrique (40) est disposé dans l'élément de contact de conducteur nominal (20) sous la forme d'un piston à mobilité coulissante.

3. Sectionneur électrique à haute tension (1) selon l'une des revendications précédentes, avec lequel le troisième contact d'arc électrique (40) est réalisé sous la forme d'un corps tubulaire qui présente de préférence des évidements ou des lucarnes, le corps tubulaire, vu dans la direction de l'axe de séparation (8), présentant de préférence une section transversale en forme de couronne.

4. Sectionneur électrique à haute tension (1) selon l'une des revendications précédentes, avec lequel le système de rappel (80) inclut un ressort de rappel (81).

5. Sectionneur électrique à haute tension (1) selon la revendication 4, avec lequel le ressort de rappel (81) est disposé, en référence à l'axe longitudinal (8), entre une première extrémité (21) de l'élément de contact de conducteur nominal (20) et une première extrémité (42) du troisième contact d'arc électrique (40).

6. Sectionneur électrique à haute tension (1) selon l'une des revendications précédentes, avec lequel le deuxième contact d'arc électrique (60) comprend un espace creux (72) le long de l'axe de séparation (8), lequel est conçu pour, dans fermé l'état du sectionneur (1), accueillir une portion du troisième contact d'arc électrique (40).

7. Sectionneur électrique à haute tension (1) selon la revendication 6, avec lequel le moyen de maintien (71) est disposé dans l'espace creux (72).

8. Sectionneur électrique à haute tension (1) selon l'une des revendications 4 à 7, avec lequel la puissance du ressort de rappel (81), qui peut être retenu par la coopération du moyen de maintien (71) et du moyen de maintien homologue (41), et la masse du troisième contact d'arc électrique (40) sont conçues de telle sorte qu'après le détachement de la liaison maintenue, pendant le mouvement d'ouverture, le troisième contact d'arc électrique (40) est accéléré par le ressort à une vitesse minimale de 1 m/s par rapport au deuxième contact d'arc électrique (60).

9. Sectionneur électrique à haute tension (1) selon l'une des revendications précédentes, présentant en outre un boîtier (2) hermétique au gaz, le système de rappel (80) présentant un élément d'amortissement disposé à l'intérieur d'un volume intérieur du boîtier (2) pour freiner la vitesse du troisième contact d'arc électrique (40) après l'application de l'accélération par le système de rappel (80).

10. Sectionneur électrique à haute tension (1) selon l'une des revendications précédentes, selon lequel le troisième contact d'arc électrique (40) et le deuxième contact d'arc électrique (60) sont configurés de telle sorte que lors du rappel du premier élément de contact (22), le troisième contact d'arc électrique (40) est maintenu de manière amovible dans la première zone de positions (44) par le deuxième contact d'arc électrique (60),
de préférence par une prise mécanique l'un dans l'autre par un système constitué d'un moyen de maintien (71) sous la forme d'un élément en saillie sur le deuxième contact d'arc électrique (60) et d'au moins un moyen de maintien homologue (41) sur le troisième contact d'arc électrique (40), sous la forme d'une extrémité réalisée à la manière d'une pince de serrage munie d'au moins une languette de contact à flexibilité radiale.

11. Sectionneur électrique à haute tension (1) selon l'une des revendications précédentes, avec lequel la conductivité et la géométrie du premier contact d'arc électrique (25) et du troisième contact d'arc électrique (40) sont conçues de telle sorte que lors de l'ouverture du sectionneur en fonctionnement, un arc électrique a tout d'abord sa racine sur le premier contact d'arc électrique (25), et celle-ci commute ensuite sur le troisième contact d'arc électrique (40) au cours de la poursuite de l'ouverture, alors que son autre racine demeure sur le deuxième contact d'arc électrique (60).

12. Sectionneur électrique à haute tension (1) selon l'une des revendications précédentes, avec lequel l'élément de contact de conducteur nominal (90) est disposé en dehors du deuxième contact d'arc électrique (60) dans le sens radial par rapport à l'axe de séparation (8).

13. Procédé pour ouvrir un sectionneur électrique à haute tension (1), le sectionneur à haute tension comprenant :

- un premier groupe de contacts (66) muni d'un élément de guidage (88) et d'un premier élément de contact (22) disposé de manière mobile le long d'un axe de séparation (8), lequel inclut un premier élément de contact de conducteur nominal (20) et un premier contact d'arc électrique (25) ;

- un troisième contact d'arc électrique (40) disposé de manière mobile dans le premier contact d'arc électrique (25) le long de l'axe de séparation (8),

- un système de rappel (80) pour rappeler le troisième contact d'arc électrique (40) dans une direction d'ouverture (7), le premier contact d'arc électrique (25) étant en liaison active avec le troisième contact d'arc électrique (40) par le biais du système de rappel (80) de telle sorte que le premier contact d'arc électrique (25) peut être déplacé dans la direction de l'axe de séparation (8) par rapport au troisième contact d'arc électrique (40) ;

- un système d'entraînement (30) pour déplacer le premier élément de contact (22) le long de l'axe de séparation (8) par rapport à un deuxième groupe de contacts (55) afin d'ouvrir et de fermer le sectionneur (1), le deuxième groupe de contacts (55) incluant un deuxième élément de contact de conducteur nominal (90) et un deuxième contact d'arc électrique (60) ;

- le deuxième contact d'arc électrique (60) présentant un moyen de maintien (71) destiné à coopérer avec un moyen de maintien homologue (41) du troisième contact d'arc électrique (40) ; et

le sectionneur (1) étant tout d'abord fermé, de sorte que le troisième contact d'arc électrique (40) est en contact avec le deuxième contact d'arc électrique (60), et celuici simultanément en liaison électrique avec le premier contact d'arc électrique (25), et les étapes suivantes étant exécutées pour l'ouverture du sectionneur :

- déplacer le premier élément de contact (22) dans la direction d'ouverture (7) le long d'un axe de séparation à travers une première zone de positions (44) du premier élément de contact (22) par rapport à l'axe de séparation, le deuxième contact d'arc électrique (60) maintenant le troisième contact d'arc électrique (40) à l'intérieur de la première zone de positions, et le troisième contact d'arc électrique (40) se déplaçant ici par rapport au premier élément de contact (22) contre une force de ressort du système de rappel (80), et

- surmonter une force de maintien et détacher le troisième contact d'arc électrique (40) du deuxième contact d'arc électrique (60) dans une deuxième zone de positions (46) du premier élément de contact (22) rattachée à la première zone de positions (44), et

- rappel du troisième contact d'arc électrique (40) par le système de rappel (80) dans la direction d'ouverture (7), de sorte que le deuxième contact d'arc électrique (60) est séparé électriquement du premier élément de contact (22).

14. Procédé selon la revendication 13, avec lequel, après le détachement de la liaison maintenue, un arc électrique qui s'était précédemment produit entre le premier contact d'arc électrique (25) et le deuxième contact d'arc électrique (60) commute du premier contact d'arc électrique (25) sur le troisième contact d'arc électrique (40) dans une phase de séparation, pendant que le troisième contact d'arc électrique (40) est rappelé.

15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, avec lequel la puissance du ressort de rappel (81), qui peut être retenu par la coopération du moyen de maintien (71) et du moyen de maintien homologue (41), et la masse du troisième contact d'arc électrique (40) sont conçues de telle sorte qu'après le détachement de la liaison maintenue, pendant le mouvement d'ouverture, le troisième contact d'arc électrique (40) est accéléré par le ressort à une vitesse minimale de 1 m/s par rapport au deuxième contact d'arc électrique (60).

16. Module sectionneur (100) pour un équipement de commutation à isolement gazeux, comprenant :

- un sectionneur selon l'une des revendications 1 à 12,

- un boîtier métallique (106),

- au moins deux conducteurs nominaux (103, 104, 105),

- un isolateur (102),

le premier groupe de contacts (66) et le deuxième groupe de contacts (55) du sectionneur (1) étant respectivement reliés avec un ou plusieurs conducteurs nominaux (103, 104, 105).

Zeichnung