[go: up one dir, main page]

DE102020203936B3 - Elektrische Kurzschließer-Einrichtung für Mittel- und Hoch-spannung und gasisolierter Schalter - Google Patents

Elektrische Kurzschließer-Einrichtung für Mittel- und Hoch-spannung und gasisolierter Schalter Download PDF

Info

Publication number
DE102020203936B3
DE102020203936B3 DE102020203936.4A DE102020203936A DE102020203936B3 DE 102020203936 B3 DE102020203936 B3 DE 102020203936B3 DE 102020203936 A DE102020203936 A DE 102020203936A DE 102020203936 B3 DE102020203936 B3 DE 102020203936B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
contact
electrical short
surface area
distance
short
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102020203936.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Andreas Geisler
Christian Schacherer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority to DE102020203936.4A priority Critical patent/DE102020203936B3/de
Priority to PCT/EP2021/054779 priority patent/WO2021190855A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102020203936B3 publication Critical patent/DE102020203936B3/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/06Contacts characterised by the shape or structure of the contact-making surface, e.g. grooved
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/12Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/36Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by sliding
    • H01H1/38Plug-and-socket contacts
    • H01H1/385Contact arrangements for high voltage gas blast circuit breakers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H31/00Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H31/003Earthing switches
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66Vacuum switches
    • H01H33/664Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6646Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having non flat disc-like contact surface
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H79/00Protective switches in which excess current causes the closing of contacts, e.g. for short-circuiting the apparatus to be protected
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66Vacuum switches
    • H01H33/664Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H39/00Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
    • H01H39/004Closing switches

Landscapes

  • Circuit Breakers (AREA)

Abstract

Elektrische Kurzschließer-Einrichtung für Mittel- und Hochspannung mit einer Röhre einem ersten Kontakt und einem zweiten Kontakt, die in einer Trennstellung der Kurzschließer-Einrichtung voneinander beabstandet sind, einer Antriebseinheit, ausgestaltet, den ersten Kontakt entlang einer zentral durch den ersten Kontakt führenden Schaltachse zum zweiten Kontakt hin zu bewegen und dadurch die Kurzschließer-Einrichtung von der Trennstellung in eine Schließstellung zu bringen, einer Schirmeinrichtung, die den ersten Kontakt in der Trennstellung radial wenigstens teilweise umgibt, bei der der erste Kontakt im Bereich seiner dem zweiten Kontakt zugewandten Endfläche einen Oberflächenbereich aufweist, dessen Abstand von der Schaltachse wenigstens halb so groß ist wie der Abstand der Schirmeinrichtung von der Schaltachse und in dem eine Oberfläche des ersten Kontakts an wenigstens einer Stelle einen mittleren Krümmungsradius aufweist, der kleiner als 20% des Abstands von der Schaltachse ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrische Kurzschließer-Einrichtung für Mittel- und Hochspannungsanwendungen, insbesondere eine gasisolierte Kurzschließer-Einrichtung oder eine als Vakuumschalter ausgeführte Kurzschließer-Einrichtung sowie einen gasisolierten Schalter, mit einer Röhre einem ersten Kontakt und einem zweiten Kontakt, die in einer Trennstellung der Kurzschließer-Einrichtung voneinander beabstandet sind, einer Antriebseinheit, ausgestaltet, den ersten Kontakt entlang einer zentral durch den ersten Kontakt führenden Schaltachse zum zweiten Kontakt hin zu bewegen und dadurch die Kurzschließer-Einrichtung von der Trennstellung in eine Schließstellung zu bringen, und einer Schirmeinrichtung, die den ersten Kontakt in der Trennstellung radial wenigstens teilweise umgibt.
  • In elektrischen Energieversorgungsnetzen werden Schaltgeräte eingesetzt, um Stromkreise zu trennen oder zu schließen. Außerdem existieren Schaltgeräte, deren Aufgabe in der Hauptsache das Schließen der Kontakte ist, um beispielsweise einen Stromkreis zum Schutz von Personen elektrisch zu erden. Diese werden beispielsweise als Kurzschließer-Einrichtung, Schließer oder Schnellerder bezeichnet. Diese Begriffe werden im Folgenden synonym verwendet. Aus der US 2009/0 166 168 A1 ist ein Erdungsschalter bekannt und aus der DE 10 2018 216 721 A1 ist ein Trennschalter bekannt.
  • Im geöffneten Zustand muss bei Schließern eine ausreichende Isolation sichergestellt werden, was durch die Geometrie des Kontaktsystems mit dem Kontaktabstand als einem der Parameter und das Isolationsmedium geschieht. Bei Hochspannungs-Anwendungen über 145 kV werden heute vorzugsweise Schaltgeräte mit einer Gasisolation zwischen den Kontakten eingesetzt, wobei das Kontaktsystem, bestehend aus Stift und Tulpe, mit zusätzlichen Schirmen zur Feldsteuerung versehen ist.
  • Für die Schutzfunktion eines Schließers und um eine Beschädigung des Schaltgerätes zu verhindern, ist es notwendig, dass der elektrische Kontakt in einer möglichst kurzen Zeit hergestellt wird. Bei Hochspannungs-Anwendungen wird der elektrische Kontakt durch einen Antrieb in typischerweise > 30 ms geschlossen, was unter anderem durch den spannungsbedingt notwendigen großen Kontaktabstand bedingt ist. Der vermehrte Einsatz von leistungselektronischen Betriebsmitteln und die zunehmend geforderte Reduktion der Störlichtbogen-Leistung lässt auch diese kurzen Schaltzeiten zukünftig als zu lang erscheinen.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Kurzschließer-Einrichtung für Mittel- und Hochspannung anzugeben, die kürzere Schließzeiten ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Kurzschließer-Einrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße elektrische Kurzschließer-Einrichtung für Mittel- und Hochspannung umfasst einen ersten Kontakt und einem zweiten Kontakt, die in einer Trennstellung der Kurzschließer-Einrichtung voneinander beabstandet sind. Weiterhin umfasst die Einrichtung eine Antriebseinheit, die ausgestaltet ist, den ersten Kontakt entlang einer zentral durch den ersten Kontakt führenden Schaltachse insbesondere translatorisch zum zweiten Kontakt hin zu bewegen und dadurch die Kurzschließer-Einrichtung von der Trennstellung in eine Schließstellung zu bringen. Die Kurzschließer-Einrichtung umfasst ferner eine Schirmeinrichtung, die den ersten Kontakt in der Trennstellung radial wenigstens teilweise umgibt.
  • Der erste Kontakt weist im Bereich seiner dem zweiten Kontakt zugewandten Endfläche einen Oberflächenbereich auf, dessen Abstand von der Schaltachse wenigstens halb so groß ist wie der Abstand der Schirmeinrichtung von der Schaltachse und in dem die Oberfläche des ersten Kontakts an wenigstens einer Stelle einen mittleren Krümmungsradius aufweist, der kleiner als 20% des Abstands von der Schaltachse ist. Dabei wird unter dem mittleren Krümmungsradius das Inverse der mittleren Krümmung verstanden, die bekanntermaßen das arithmetische Mittel der Hauptkrümmungen ist.
  • Die Schaltachse führt zentral in der Bewegungsrichtung durch den ersten Kontakt. Im Falle eines zylindrischen oder rotationssymmetrischen, also zylindersymmetrischen Kontakts entspricht die Schaltachse der Zylinderachse. Bei anderen Formen ist die Schaltachse parallel zur Bewegungsrichtung des ersten Kontakts und umfasst den geometrischen Schwerpunkt oder den Massenmittelpunkt des ersten Kontakts.
  • Bei der Kurzschließer-Einrichtung, also dem Schnellerder, kann es sich um einen gasisolierten Schalter oder einen Vakuum-Schalter handeln. Handelt es sich bei den Kontakten um ein Stift-Tulpe-System, dann kann es sich beim ersten Kontakt um Stift oder Tulpe handeln, bevorzugt aber um den Stift, d.h. um denjenigen Kontakt, der in der Schließstellung vom anderen Kontakt umgeben ist. Dabei ist es möglich, dass der zweite Kontakt bei Wechsel von der Trennstellung zur Schließstellung und umgekehrt ebenfalls bewegt wird.
  • Die Schirmeinrichtung für den ersten Kontakt weist zweckmäßig eine Aussparung auf, in der der erste Kontakt in der Trennstellung angeordnet ist. Die Aussparung umgibt dabei den ersten Kontakt zweckmäßig eng, um eine möglichst effektive Feldsteuerung zu ermöglichen, d.h. Feldüberhöhungen zu verhindern, die den Kontaktabstand in Trennstellung erhöhen würden.
  • Vorteilhaft weist der erste Kontakt, also der bewegte Kontakt, einer so gestalteten Kurzschließer-Einrichtung einen Oberflächenbereich auf, dessen Krümmung deutlich höher ist als die der restlichen Oberfläche und dadurch sehr schnell einen Lichtbogen erzeugt, wenn der erste Kontakt bewegt wird.
  • Gleichzeitig ist aber dieser Oberflächenbereich so weit außen angeordnet, dass seine Feldwirkung in der Trennstellung von der Schirmeinrichtung ausreichend unterdrückt wird. Dadurch wird vermieden, dass der Kontaktabstand deutlich erhöht werden müsste gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten Kurzschließer-Einrichtung.
  • Soll der Schnellerder also den elektrischen Kontakt herstellen, wird der erste Kontakt durch die Antriebseinheit in Bewegung gesetzt. Der Oberflächenbereich des ersten Kontakts, der im Bereich derjenigen Endfläche liegt, die dem zweiten Kontakt zugewandt ist, bewegt sich dadurch nahezu sofort aus dem Wirkbereich der Schirm-Einrichtung heraus. Die Geometrie des Oberflächenbereichs, der einen Ort mit deutlich erhöhter Krümmung aufweist, bewirkt nach Verlassen der Schirmwirkung eine hohe Feldstärke, die schon nach einer kurzen Wegstrecke des ersten Kontakts zur Entstehung eines Lichtbogens führt. Sobald ein Lichtbogen vorhanden ist, ist eine erste Erdung vorgenommen.
  • Für die Erfindung wurde erkannt, dass eine deutlich erhöhte Krümmung in einem Bereich nahe der Schirmeinrichtung angeordnet werden kann, ohne den Kontaktabstand deutlich erhöhen zu müssen, da die Schirmeinrichtung die krümmungsbedingte Erhöhung des elektrischen Feldes abschwächt. Sobald beim Schließvorgang der erste Oberflächenbereich den Wirkbereich der Schirmeinrichtung verlässt, wird die krümmungsbedingte Erhöhung des elektrischen Feldes wirksam und fördert die Entstehung eines Lichtbogens zum zweiten Kontakt. Der Lichtbogen entsteht dadurch deutlich früher als bei einer herkömmlichen krümmungsarmen Kontaktform, obwohl bei solchen bekannten Kontaktformen die Kontaktmitte in der Trennstellung sogar näher am zweiten Kontakt sein kann als der Oberflächenbereich bei der erfindungsgemäßen Kurzschließer-Einrichtung.
  • Somit stellt die Erfindung eine Kurzschließer-Einrichtung bereit, mit der eine unter Spannung stehende Trennstecke schneller und/oder mit möglichst wenig vorzuhaltender Energie zuerst elektrisch und schließlich galvanisch geschlossen werden kann.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kurzschließer-Einrichtung gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei kann die Ausführungsform nach Anspruch 1 mit den Merkmalen eines der Unteransprüche oder vorzugsweise auch mit denen aus mehreren Unteransprüchen kombiniert werden. Demgemäß können für die Kurzschließer-Einrichtung noch zusätzlich folgende Merkmale vorgesehen werden:
    • - Der erste Kontakt kann eine zylinderförmige oder rotationssymmetrische, auch mehrzählig rotationssymmetrische Hüllfläche haben. Beispielsweise kann der erste Kontakt ein Vollzylinder sein, insbesondere mit abgerundeten Endflächen. Der erste Kontakt kann aber auch ein Zylinder mit Bohrung entlang der Schaltachse sein, d.h. rohrförmig.
    • - Der Oberflächenbereich ist zweckmäßig in der Trennstellung so nahe an der Schirmeinrichtung angeordnet, dass die Entstehung eines Lichtbogens unterbleibt, und weiterhin in der Trennstellung so nahe am zweiten Kontakt angeordnet, dass bei einem Schließvorgang des Schalters ein Lichtbogen zum zweiten Kontakt im ersten Oberflächenbereich entsteht.
    • - Der Abstand des Oberflächenbereichs von der Schaltachse beträgt insbesondere wenigstens 80%, insbesondere wenigstens 90%, in einer besonderen Ausgestaltung wenigstens 95% des Abstands der Schirmeinrichtung von der Schaltachse. Dabei bezeichnet der Abstand des Oberflächenbereichs die kürzeste Entfernung von einem beliebigen der Punkte des Oberflächenbereichs zu der Schaltachse.
    • - Es ist möglich, dass der gesamte Oberflächenbereich eine mittlere Krümmung wie angegeben aufweist, d.h. an jedem seiner Punkte.
    • - Der erste Kontakt kann eine durchgängige zentrale Öffnung aufweisen, insbesondere bei einem gasisolierten Schalter. Mit anderen Worten kann der erste Kontakt als durchgängig offenes Rohr aufgebaut sein. Das ermöglicht vorteilhaft das Durchleiten eines Gases, das zum Löschen eines Lichtbogens bei einem Abschaltvorgang dient.
    • - Die Kurzschließer-Einrichtung kann so gestaltet sein, dass bei einem Schließvorgang der Oberflächenbereich der erste Bereich des Stifts ist, der dem zweiten Kontakt näher kommt als die Schirmeinrichtung. Mit anderen Worten ist dann der Oberflächenbereich der höchste Punkt des ersten Kontakts, also der dem zweiten Kontakt in Trennstellung nächstgelegene.
    • - Der Oberflächenbereich kann in Trennstellung dem zweiten Kontakt näher liegen als die Schirmeinrichtung. Anders formuliert kann der Oberflächenbereich in Trennstellung bereits leicht über die Schirmeinrichtung in Richtung zum zweiten Kontakt herausragen. Solange ein Lichtbogen in Trennstellung noch vermieden wird, wird dadurch eine weitere Verkürzung der Schließzeit erreicht. Beispielsweise kann der Oberflächenbereich um wenigstens 0,5 mm näher liegen, insbesondere um wenigstens 3 mm.
    • - Der Oberflächenbereich kann alternativ gegenüber einer dem zweiten Kontakt nächstliegenden Oberfläche der Schirmeinrichtung zurückgesetzt sein, sodass er um eine Strecke weiter entfernt von einer nächstliegenden Stelle des zweiten Kontakts liegt als der Stiftschirm, deren Länge dem Reziprokwert der kleinsten mittleren Krümmung im Oberflächenbereich entspricht. Da dadurch die Schirmwirkung der Schirmeinrichtung auf den Oberflächenbereich besonders intensiv ist, wird eine starke Krümmung im Oberflächenbereich ermöglicht, die wiederum besonders schnell nach Passieren der Schirmeinrichtung beim Schließen einen Lichtbogen bewirkt. Beispielsweise kann der Oberflächenbereich um wenigstens 2 mm zurückgesetzt sein, insbesondere um wenigstens 5 mm.
    • - Der Oberflächenbereich kann eine Fläche aufweisen, die wenigstens 1 % und höchstens 40 % der Deckelfläche des ersten Kontakts beträgt. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Oberflächenbereich nicht um die gesamte Deckelfläche, aber auch nicht um eine Oberflächenunreinheit. Als Deckelfläche wird bevorzugt π*r2 angenommen, wobei r der Radius des ersten Kontakts ist, auch wenn die tatsächliche Deckelfläche nicht einer Zylinder-Deckelfläche entspricht. In einer besondere Ausgestaltung kann der Oberflächenbereich ringförmig sein. In weiteren Ausgestaltungen kann der Oberflächenbereich zwischen 5 % und 25 % der Deckfläche des ersten Kontakts betragen. Als Deckelfläche kann auch diejenige Fläche angesehen werden, die von dem äußeren Rand des ersten Kontakts umschlossen wird. Damit ergibt sich insbesondere für einen Vollzylinder und ein Rohr desselben Durchmessers dieselbe Deckelfläche.
    • - Der erste Kontakt kann im Bereich seines dem zweiten Kontakt zugewandten Endes einen oder mehrere konkave oder sattelförmige Oberflächenabschnitte aufweisen.
    • - Der mittlere Krümmungsradius kann höchstens 15% des Abstands von der Schaltachse betragen, insbesondere höchstens 12%. In weiteren Ausgestaltungen kann der mittlere Krümmungsradius höchstens 10% oder höchstens 5% des Abstands der Schirmeinrichtung von der Schaltachse betragen.
    • - Der Oberflächenbereich kann zylindersymmetrisch geformt sein. Beispielsweise kann der Oberflächenbereich den äußeren Kontaktrand umlaufen und darin ein Grat gebildet sein.
    • - Alternativ kann der Oberflächenbereich unzusammenhängend sein und der erste Kontakt mehrzählig rotationssymmetrisch. Beispielsweise können Bereiche erhöhter Krümmung als zahnartige Vorsprünge auf der Deckelfläche des ersten Kontakts aufgebaut sein. Dadurch ist der erste Kontakt nicht mehr vollständig rotationssymmetrisch, sondern stattdessen mehrzählig, beispielsweise zwölfzählig oder 20-zählig.
    • - Der mittlere Krümmungsradius kann in einer Ausgestaltung höchstens 3 mm betragen, insbesondere höchstens 1 mm, insbesondere höchstens 0,5 mm.
    • - Die Oberflächenkontur eines Querschnitts durch den ersten Kontakt kann im Oberflächenbereich einen Wendepunkt aufweisen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
  • Es zeigen schematisch:
    • 1 ein Tulpe-Stift-Kontaktsystem,
    • 2 bis 6 räumliche Ansichten und Schnittbilder von weiteren Ausführungen für den Stift des Tulpe-Stift-Kontaktsystems.
  • 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Tulpe-Stift-Kontaktsystem 10, das in einer Isoliergasatmosphäre angeordnet ist und einen Teil eines Schnellerders gemäß einer Ausführungsform für die Erfindung bildet.
  • Der Schnellerder umfasst eine Tulpe 12, einen Stiftschirm 14 und einen Stift 16. Alle drei Elemente sind in ihrem Zentralbereich, der der elektrischen Kontaktierung dient, im Wesentlichen rotationssymmetrisch, also zylindersymmetrisch ausgeführt. Der Stiftschirm 14 umgibt den Stift 16 radial in seiner Ruheposition, d.h. in der Trennstellung des Schnellerders.
  • Der Stift 16 ist im Wesentlichen zylindrisch und entlang der Zylinderachse beweglich angeordnet. Für die Bewegung zur Tulpe 12 hin ist ein Antrieb vorhanden. Die Tulpe 12 weist einen offenen Zentralbereich 18 auf, in den der Stift 16 zum Herstellen eines galvanischen Kontaktes eintauchen kann. Um diesen Zentralbereich 18 herum weist die Tulpe einen Tulpenschirm 20 auf. Tulpenschirm 20 und Stiftschirm 14 dienen der Feldsteuerung und verhindern das Entstehen von Entladungen z.B. Koronaentladungen bzw. eines ungewollten Lichtbogens, wenn sich der Schnellerder in Trennstellung befindet. Dadurch kann der Kontaktabstand 26 geringer gehalten werden.
  • In 1 ist weiterhin die Bewegungsrichtung 22 des Stifts beim Schließen, also bei Herstellung einer Erdung und die Schließstellung 24 des Stifts nach dem Schließvorgang angedeutet. In der Schließstellung 24 steht der Stift 16 in mechanischem Kontakt mit der Tulpe 12 und stellt dadurch den endgültigen elektrischen Kontakt her.
  • Um eine kurze Schaltzeit zu erreichen, muss eine ausreichende Antriebsenergie verfügbar sein. Diese steigt linear mit der Kontaktmasse und quadratisch mit der Geschwindigkeit an. Über die Geschwindigkeit hat der Kontaktabstand 26 somit bei einer gegebenen Schaltzeit und Antriebsenergie überproportionalen Einfluss auf die Schaltzeit. Der Kontaktabstand 26 wiederum steigt mit der Systemspannung an. Um den Kontaktabstand 26 bei einer gegebenen Spannung möglichst gering zu halten, sind die Kontakte 12, 16 und die Schirmungen 14, 20 normalerweise so geformt, dass die Oberflächenfeldstärke möglichst gering bleibt.
  • Zum anderen weist der Stift 16 markante Rundungen oder Krümmungen auf, was dazu führt, dass beim Heraustreten des Stifts 16 aus der Schirmung bei einem möglichst großen Abstand zur Tulpe 12 bereits ein Schaltlichtbogen entsteht, was zu einer elektrischen Kontaktierung und somit zu der gewünschten Erdung führt.
  • Ein erstes Beispiel für eine derartige Geometrie des Stifts 16 ist räumlich in 2 dargestellt. Einen Querschnitt des Stifts 16 zeigt die 3. Der Stift 16 der 2 und 3 ist zylinderartig geformt. Die in den Figuren nach oben weisende Endfläche des Zylinders weist in Richtung der Tulpe 12. Sie weist in ihrer Mitte eine leichte Erhebung auf, ist also konvex, aber mit nur geringer Krümmung.
  • Zum Außenrand der Endfläche hin kehrt sich die Krümmung mehrfach um und bildet in einem umlaufenden Oberflächenbereich 25 einen umlaufenden Grat 28 aus. Der Stift 16 dieses Ausführungsbeispiels ist also zumindest im Bereich seiner zur Tulpe 12 hingewandten Endfläche rotationssymmetrisch bzgl. der Stiftachse, die gleichzeitig die in 1 dargestellte Bewegungsrichtung des Stifts 16 ist, also die Schaltachse A.
  • Der Grat 28 weist in der radialen Richtung, die in 3 dargestellt ist, eine erheblich höhere Krümmung auf als der Rest der Endfläche des Stifts 16. Dadurch ist die elektrische Feldstärke in seinem Bereich deutlich höher als im schwach gekrümmten Mittelbereich der Endfläche des Stifts 16. Da sich der Grat 28 nahe dem Außenrand des Stifts 16, also nahe am Stiftschirm 14 befindet, verhindert dessen Wirkung jedoch, dass große Entladungen bzw. ein Lichtbogen schon in Trennstellung des Schnellerders entsteht, d.h. die Wirkung des Stiftschirms 14 verhindert, dass durch den Grat 28 bedingt ein deutlich vergrößerter Kontaktabstand 26 nötig ist. Der obere Rand des Grats 28 befindet sich dabei in diesem Beispiel auf gleicher Höhe wie der Stiftschirm 14, weist also denselben orthogonalen Abstand zur Tulpe 12 auf.
  • In alternativen Ausgestaltungen kann je nach Auslegung des Schnellerders der obere Rand des Grats 28 in Trennstellung um eine Strecke gegenüber dem Stiftschirm 14 erhöht sein, d.h. näher an der Tulpe 12 liegen oder um eine Strecke gegenüber dem Stiftschirm 14 abgesenkt sein, d.h. weiter von der Tulpe 12 entfernt sein. Solche Ausgestaltungen dienen der optimalen Abstimmung zwischen Isolationswirkung und schneller Herstellung eines elektrischen Kontakts.
  • Wird ein Schließvorgang des Schnellerders eingeleitet, dann wird der Stift 16 zur Tulpe 12 hin beschleunigt. Da der Grat 28 nahe dem Außenrand des Stifts 16 angeordnet ist, ist sein Abstand zum Stiftschirm 14 gering. Als Abstand eines Punktes des Grats 28 vom Stiftschirm 14 wird dabei der kürzeste Abstand von dem Punkt zu irgendeinem Punkt des Stiftschirms 14 betrachtet. Da dieser Abstand gering ist, vergrößert die Bewegung zur Tulpe 12, die in etwa senkrecht zu der jeweiligen kürzesten Strecke zwischen Grat 28 und Stiftschirm 14 stattfindet, den Abstand sehr schnell. Dadurch verringert sich die Schirmwirkung des Stiftschirms 14 schnell und die starke Feldwirkung des Grats 28 führt sehr schnell zur Entstehung einer Entladung bzw. eines Lichtbogens, der seinen Ausgang im Bereich des Grats 28 nimmt.
  • Es wird also genutzt, dass ein Oberflächenbereich mit starker Krümmung wie der Grat 28, der sehr nahe am Stiftschirm 14 angeordnet ist, in sehr kurzer Strecke von einer ausreichenden Abschirmung zu einer vollen Feldwirkung gelangen kann.
  • Zwei weitere Ausführungsbeispiele für Stifte 16 zeigen die 4 und 5. In diesen Ausführungsbeispielen ist kein durchgängiger Grat 28 geformt. Stattdessen weist in dem Beispiel gemäß 4 der Stift 16 zwölf zahnartige Vorsprünge 41 auf seinem Außenrand auf. Dadurch ist der Stift 16 gemäß 4 nicht vollständig rotationssymmetrisch wie derjenige der 2, sondern zwölfzählig rotationssymmetrisch. Die Vorsprünge 41 weisen radial und azimutal Stellen hoher Krümmung auf, die aber analog zum Grat 28 nahe dem Stiftschirm 14 liegen und dadurch in der Trennstellung in ihrer Feldwirkung von diesem begrenzt werden. In einem Querschnitt durch den Stift 16, der einen der Vorsprünge 41 einschließt, sind einer oder mehrere Wendepunkte in der Oberflächenkontur vorhanden.
  • Der Stift 16 gemäß 5 weist eine Mehrzahl von Vorsprüngen 51 auf, die im Gegensatz zu den Vorsprüngen 41 gemäß 4 weniger kantig geformt sind, aber analog angeordnet sind und analoge Eigenschaften aufweisen.
  • In allen drei Ausführungsbeispielen gemäß 2, 4 und 5 ist der Innenbereich der Deckelfläche des Stifts 16 konvex geformt und sanft zur Tulpe 12 hin gewölbt. Es ist alternativ auch möglich, die Deckelfläche des Stifts 16 konkav zu formen und eine Wölbung von der Tulpe 12 weg zu formen.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt 6. 6 stellt dabei einen Querschnitt durch den Stift 16 dar. Der Stift 16 gemäß 6 ist rohrförmig aufgebaut. Am der Tulpe 12 zugewandten Ende des Rohrs ist analog zu den 2 und 3 ein umlaufender Grat 28 angeordnet. Alternativ können auch Vorsprünge 41, 51 dort angeordnet sein. Vorteilhaft an der Verwendung eines rohrförmigen Stifts 16 ist eine verringerte Masse des Stifts 16, der dadurch leichter zu beschleunigen ist für einen Schließvorgang. Weiterhin kann der Stift 16 als durchgängig offenes Rohr gestaltet sein. Dadurch ist es möglich, für einen Trennvorgang, in dem der Schnellerder die elektrische Kontaktierung wieder unterbricht, ein Gas durch den Stift einzuleiten, das die Löschung eines Lichtbogens und damit den Trennvorgang unterstützt.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Tulpe-Stift-Kontaktsystem
    12
    Tulpe
    14
    Stiftschirm
    16
    Stift
    18
    Aussparung
    20
    Tulpenschirm
    22
    Bewegungsrichtung
    24
    Schließstellung
    25
    Oberflächenbereich
    26
    Kontaktabstand
    WP
    Wendepunkt
    28
    Grat
    41, 51
    Vorsprünge
    r
    Radius
    A
    Schaltachse

Claims (14)

  1. Elektrische Kurzschließer-Einrichtung für Mittel- und Hochspannung mit - einer Röhre einem ersten Kontakt (16) und einem zweiten Kontakt (12), die in einer Trennstellung der Kurzschließer-Einrichtung voneinander beabstandet sind, - einer Antriebseinheit, ausgestaltet, den ersten Kontakt (16) entlang einer zentral durch den ersten Kontakt (16) führenden Schaltachse (A) zum zweiten Kontakt (12) hin zu bewegen und dadurch die Kurzschließer-Einrichtung von der Trennstellung in eine Schließstellung zu bringen, - einer Schirmeinrichtung (14), die den ersten Kontakt (16) in der Trennstellung radial wenigstens teilweise umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontakt (16) im Bereich seiner dem zweiten Kontakt (12) zugewandten Endfläche einen Oberflächenbereich (25) aufweist, - dessen Abstand von der Schaltachse (A) wenigstens halb so groß ist wie der Abstand der Schirmeinrichtung (14) von der Schaltachse (A), - in dem eine Oberfläche des ersten Kontakts (16) an wenigstens einer Stelle einen mittleren Krümmungsradius aufweist, der kleiner als 20% des Abstands von der Schaltachse (A) ist.
  2. Elektrische Kurzschließer-Einrichtung nach Anspruch 1, bei der der Oberflächenbereich (25) - in der Trennstellung so nahe an der Schirmeinrichtung (14) angeordnet ist, dass die Entstehung von starken Entladungen unterbleibt, und - in der Trennstellung so nahe am zweiten Kontakt (12) angeordnet ist, dass bei einem Schließvorgang der Kurzschließer-Einrichtung ein Lichtbogen zum zweiten Kontakt (12) im ersten Oberflächenbereich (25) entsteht.
  3. Elektrische Kurzschließer-Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der erste Kontakt (16) eine durchgängige zentrale Öffnung aufweist.
  4. Elektrische Kurzschließer-Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der bei einem Schließvorgang der Oberflächenbereich (25) der erste Bereich des ersten Kontakts (16) ist, der dem zweiten Kontakt (12) näher kommt als die Schirmeinrichtung (14).
  5. Elektrische Kurzschließer-Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Oberflächenbereich (25) in Trennstellung dem zweiten Kontakt (12) näher liegt als die Schirmeinrichtung (14), insbesondere um wenigstens 0,5 mm.
  6. Elektrische Kurzschließer-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Oberflächenbereich (25) gegenüber einer dem zweiten Kontakt (12) nächstliegenden Oberfläche der Schirmeinrichtung (14) zurückgesetzt ist, sodass er um eine Strecke weiter entfernt von einer nächstliegenden Stelle des zweiten Kontakts (12) liegt als die Schirmeinrichtung (14), deren Länge dem Reziprokwert der kleinsten mittleren Krümmung im Oberflächenbereich (25) entspricht, insbesondere wenigstens 0,5 mm.
  7. Elektrische Kurzschließer-Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Oberflächenbereich (25) eine Fläche aufweist, die wenigstens 1 % und höchstens 40 % der Deckelfläche des ersten Kontakts (16) beträgt, insbesondere zwischen 5 % und 25 %.
  8. Elektrische Kurzschließer-Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der erste Kontakt (16) im Bereich seines dem zweiten Kontakt (12) zugewandten Endes einen oder mehrere konkave Oberflächenabschnitte aufweist.
  9. Elektrische Kurzschließer-Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der mittlere Krümmungsradius höchstens 15% des Abstands von der Schaltachse (A) beträgt, insbesondere höchstens 12%.
  10. Elektrische Kurzschließer-Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Abstand des Oberflächenbereichs (25) von der Schirmeinrichtung (14) höchstens 50%, insbesondere höchstens 30%, in einer besonderen Ausgestaltung höchstens 10% des Abstands der Schirmeinrichtung (14) von der Schaltachse (A) beträgt.
  11. Elektrische Kurzschließer-Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der erste Kontakt (16) rotationssymmetrisch geformt ist.
  12. Elektrische Kurzschließer-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der der Oberflächenbereich (25) unzusammenhängend ist und der erste Kontakt (16) mehrzählig rotationssymmetrisch ist.
  13. Elektrische Kurzschließer-Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der mittlere Krümmungsradius höchstens 3 mm, insbesondere höchstens 0,5 mm beträgt.
  14. Gasisolierter Schalter, welcher wenigstens eine elektrische Kurzschließer-Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst.
DE102020203936.4A 2020-03-26 2020-03-26 Elektrische Kurzschließer-Einrichtung für Mittel- und Hoch-spannung und gasisolierter Schalter Active DE102020203936B3 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020203936.4A DE102020203936B3 (de) 2020-03-26 2020-03-26 Elektrische Kurzschließer-Einrichtung für Mittel- und Hoch-spannung und gasisolierter Schalter
PCT/EP2021/054779 WO2021190855A1 (de) 2020-03-26 2021-02-26 Elektrische kurzschliesser-einrichtung für mittel- und hochspannung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020203936.4A DE102020203936B3 (de) 2020-03-26 2020-03-26 Elektrische Kurzschließer-Einrichtung für Mittel- und Hoch-spannung und gasisolierter Schalter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020203936B3 true DE102020203936B3 (de) 2021-08-05

Family

ID=74873690

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020203936.4A Active DE102020203936B3 (de) 2020-03-26 2020-03-26 Elektrische Kurzschließer-Einrichtung für Mittel- und Hoch-spannung und gasisolierter Schalter

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102020203936B3 (de)
WO (1) WO2021190855A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102024206743A1 (de) * 2024-07-18 2026-01-22 Siemens Aktiengesellschaft Kontaktsystem und Vakuumschaltröhre mit optimierten Lichtbogenlöscheigenschaften

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090166168A1 (en) 2007-12-28 2009-07-02 Mitsubishi Electric Corporation Grounding switch
DE102018216721A1 (de) 2018-09-28 2020-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Kontaktarm und Verfahren zum Kontaktieren für einen Trennschalter

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4612495B2 (ja) * 2005-07-21 2011-01-12 株式会社日本Aeパワーシステムズ ガス絶縁開閉器
FR2925214B1 (fr) * 2007-12-18 2009-11-27 Schneider Electric Ind Sas Court-circuit pyrotechnique a contacts electrique auto-serrant et ensemble de protection contre les arcs internes comportant un tel court-circuiteur
US9842717B2 (en) * 2015-05-29 2017-12-12 Lsis Co., Ltd. High speed closing switch

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090166168A1 (en) 2007-12-28 2009-07-02 Mitsubishi Electric Corporation Grounding switch
DE102018216721A1 (de) 2018-09-28 2020-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Kontaktarm und Verfahren zum Kontaktieren für einen Trennschalter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102024206743A1 (de) * 2024-07-18 2026-01-22 Siemens Aktiengesellschaft Kontaktsystem und Vakuumschaltröhre mit optimierten Lichtbogenlöscheigenschaften

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021190855A1 (de) 2021-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2209089C3 (de) Elektrisches Hochspannungsgerät
DE69115635T2 (de) SF6-Lastschalter mit eingebautem Kondensator
EP3827457B1 (de) Leistungsschalter
EP1037232B1 (de) Hochspannungsschalgerät mit Serienschaltung von mindestens zwei Vakuumschaltkammern und Verfahren zum Betrieb des Hochspannungsschaltgerätes
EP2936530B1 (de) Leistungsschalter
DE2037921A1 (de) Blitzschutzeinnchtung
EP1290707B1 (de) Vakuumschaltröhre
DE102017214805A1 (de) Strombegrenzung mit einem Vakuumschalter
DE102017222941A1 (de) Hochspannungsleistungsschalter und Verfahren zum elektromagnetischen Abschirmen einer Vakuumschaltröhre in einem Isolator
DE3318873A1 (de) Trennschalter mit ueberspannungsunterdrueckung
DE102020203936B3 (de) Elektrische Kurzschließer-Einrichtung für Mittel- und Hoch-spannung und gasisolierter Schalter
EP1675142A1 (de) Kontaktsystem für ein elektrisches Schaltgerät
DE3105133A1 (de) Gasisolierter trennschalter
DE2812987A1 (de) Vakuumunterbrecher
EP4026152B1 (de) Vakuumschaltvorrichtung für eine schaltung mit haupt- und nebenstrompfad
DE102007022875B4 (de) Gehäuse für eine Vakuumschaltröhre und Vakuumschaltröhre
DE3029624C2 (de)
DE102007004430B4 (de) Vakuumschalter
DE10157140B4 (de) Hybridschalter
EP3561846A1 (de) Vakuum-leistungsschalter
EP0734580B1 (de) Hochspannungs-leistungsschalter mit einer feldelektrode
DE102009043195A1 (de) Abbrandelement zur Anordnung an einem Schaltkontakt eines Leistungsschalters
DE102011006013B3 (de) Vakuumschaltröhre und Schalterpol
DE2843498A1 (de) Elektronenrohr bzw. strahlerzeuger
DE102013216018A1 (de) Vorrichtung zur Übertragung von Kräften

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: SIEMENS ENERGY GLOBAL GMBH & CO. KG, DE

Free format text: FORMER OWNER: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, 80333 MUENCHEN, DE

R020 Patent grant now final