DD241810A1 - Schalterpol fuer leistungsschalter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schalterpool fuer Leistungsschalter, der mit einer Vakuumschaltkammer ausgeruestet ist. Sie geht von einer Anordnung aus, wo die Vakuumschaltkammer in einem Isoliergehaeuse angeordnet ist. In selbigen sind wenigstens zwei Steuerelektroden vorgesehen, die die Vakuumschaltkammer umfassen und die gleichzeitig an das Potential des jeweils naechstliegenden Anschlusses der Vakuumschaltkammer angelenkt sind. Es kommt darauf an, durch Potentialverteilung einerseits Teilentladungen sicher zu vermeiden und die dielektrische Beanspruchung im Isolierstoff des Isoliergehaeuses in Grenzen zu halten; andererseits soll das Schaltvermoegen der Schaltkammer nicht unguenstig beeinflusst werden. Die Erfindung lehrt, den Metallschirm der Vakuumschaltkammer und/oder eine dritte Steuerelektrode durch die Gestaltung der beiden Steuerelektroden so zu beeinflussen, dass sie im geschlossenen Zustand des Schalters volles Potential und im geoeffneten Zustand desselben etwa halbes Potential annehmen. Die Anordnung ist auch fuer die Faelle geeignet, wo die aeussere Oberflaeche des Isoliergehaeuses keinen Erdbelag aufweist bzw. wo mehrere Schalterpole in einem Gefaess untergebracht sind, das mit einem Isoliergas, z. B. SF6, gefuellt ist.

Description

Dadurch liegen zumindest im Schaltzustand „Aus" Abschnitte vor, die elektrisch hoch belastet sind; hinreichende Angaben, wie diese Belastungen und die damit verbundene Teilentladungsgefahr auf ein möglichst niedriges Maß reduziert werden können, wurden bisher nicht gemacht.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung verfolgt das Ziel, einen Schalterpol gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches isoliertechnisch zu verbessern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalterpol gemäß des Oberbegriffes des Patentanspruches so weiterzubilden, daß bei beiden Schaltzuständen „Ein" und „Aus" die elektrische Feldstärke und die damit verbundene Gefahr von Teilentladungen in Abschnitten zwischen Isolierstoffgehäuse und Vakuumschaltkammer auf ein Mindestmaß reduziert und im Zusammenhang damit der Einfluß benachbarter Elektroden auf die Spannungsverteilung in der Vakuumschaltkammer sowie deren Ausschaltvermögen nahezu vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Schalterpol gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches genannten Merkmale Anwendung finden.

Ausführungsbeispiel

Das Erfindungskonzept wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die den Patentansprüchen angefügten Zeichnungen erläutert

Es zeigen:

Fig. 1: einen vollfeststoffisolierten Schalterpol im Längsschnitt, wo das die Vakuumschaltkammer umschließende

Isoliergehäuse auf seiner äußeren Oberfläche einen geerdeten leitenden Belag trägt; Fig. 2: einen feststoffgasisolierten Schalterpol im Längsschnitt, wo das die Vakuumschaltkammer umschließende Isoliergehäuse keinen geerdeten Belag trägt, sich jedoch geerdete Bauteile, z. B. Kapselungsteile der Schaltanlage in der Nähe des Schalterpols befinden.

In Fig. 1 ist ein Schalterpol gezeigt, in dem eine komplette Vakuumschaltkammer 1, bestehend aus einem oberen feststehenden Schaltkontaktstück 2 mit einem daran angebrachten oberen feststehenden Kontaktstab 3, einem unteren beweglichen Schaltkontaktstück 4 mit einem unteren axial beweglichen Kontaktstab 5 und einem Metallbalgen 6, angeordnet ist. Die Schaltkontaktstücke 2 und 4 mit ihren Kontaktstäben 3 und 5 befinden sich in einem luftdichten und evakuierten Gehäuse, bestehend aus einem oberen Isolator 7 und einem unteren Isolator 8 sowie einem auf freiem Potential liegenden Metallschirm 9.

Die Vakuumschaltkammer 1 ist in vier Isolierkörpern 10,11,12,13 untergebracht, die ineinandergesteckt bzw. aneinandergefügt das Isoliergehäuse bilden. Die Isolierkörper 10,11,12,13 tragen auf Teilen'ihrer Oberfläche leitende Beläge als Teile der Steuerelektroden 14,15,16. Die Steuerelektroden 14,15 sind an dem einen Ende durch je einen Elektrodenring 17 abgeschlossen, während ihr anderes Ende jeweils an einer anderen, becherförmig ausgebildeten Steuerelektrode 18,19 anliegt. Die Isolierkörper 10,11,12,13 werden durch einen elastischen Isolierstoffring 20 über Spannelemente dielektrisch dicht miteinander verbunden. Die Dicke des Isolierstoffringes 20 ist so gering wie isoliertechnisch möglich bemessen; das bedeutet, daß zwischen beiden Elektrodenringen 17 die Betriebsspannung bzw. die Prüfspannung anliegen kann, was dem Aus-Zustand des Schalters entspricht.

Um den Abstand der beiden Elektrodenringe 17 so gering wie möglich ausführen zu können, kommt für den Isolierstoff ring 20 bevorzugt Material mit großer elektrischer Festigkeit zum Einsatz/An den Elektrodenringen 17 können auch alle die Maßnahmen Anwendung finden, die in der Hochspannungstechnik für die Beeinflussung der Durchschlagsspannung bekannt sind. Damit gelingt es, die beiden Elektrodenringe 17 so weit aneinander anzunähern, daß nahezu jede kapazitive Kopplung der Elektroden, z. B. des geerdeten Metallbelages 23 auf der äußeren Oberfläche des Schalterpols zu der auf freiem Potential befindlichen Steuerelektrode 16, unterbunden ist. Im Schaltzustand „Ein" sind Metallschirm 9 und Steuerelektrode 16 von Elektroden auf Anschlußpotential (Schaltkontaktstück 2,4 und Steuerelektroden 14,15) umgeben. Als Zwischenpotential wird sich also nahezu Anschlußpotential einstellen. Dadurch ist der gesamte Gasspalt von Elektroden auf Anschlußpotential umgeben, so daß Teilentladungen sicher vermieden werden und vorteilhaft nahezu die gesamte feldstärkemäßige Belastung in die Feststoffisolation verlagert ist. Im Schaltzustand „Aus" befinden sich Schaltkontaktstück 2 und Steuerelektrode 14 auf Anschlußpotential, Schaltkontaktstück 4 und Steuerelektrode 15 dagegen auf Erdpotential. Wegen der Symmetrie der Anordnung wird sich als Zwischenpotential etwa halbes Anschlußpotential einstellen. Zwischen Schaltkontaktstück 2 bzw. 4 und Metallschirm 9 (einschließlich zugehöriger Steuerelektroden 14 bzw. 15 und 16) stellt sich also etwa die gleiche Potentialdifferenz ein, so daß die in einigen Abschnitten des Gasspaltes unvermeidliche feldstärkemäßige Belastung ihren niedrigst möglichen Wert erreicht. Damit ist unter Berücksichtigung beider Schaltzustände das isoliertechnisch günstigste Zwischenpotential realisiert.

In Fig. 2 ist ein Schaltpol gezeigten dem eine komplette Vakuumschaltkammer 1 mit ihren Teilen in einem Isoliergehäuse 25 untergebracht ist, das über die Vakuumschaltkammer 1 geschoben ist, wobei es unerheblich ist, ob der Gasspalt zwischen Schaltkammer 1 und Isoliergehäuse 25 nachträglich mit aushärtendem Isolierstoff ausgegossen wird.

Abweichend von der Ausführung gemäß Fig. 1 ist auf der äußeren Oberfläche des Isoliergehäuses 25 kein geerdeter leitender Belag aufgebracht, sondern es befinden sich geerdete metallische Kapselungs- oder Stützkonstruktionsteile 24 in der Nähe, gegebenüber denen der Schalterpol mittels eines Isoliergases 26 isoliert ist. Die im Isoliergehäuse 25 eingegossenen Steuerelektroden 14 bzw. 15 sind mit dem oberen Schaltkammeranschluß 21 bzw. mit dem unteren Schaltkammeranschluß 22 auf geeignete Weise, z. B. mit Kontaktfedern, verbunden. Derauf freiem Potential befindliche Metallschirm 9 der Vakuumschaltkammer 1 ist über geeignete Kontaktelemente mit der in das Isoliergehäuse 25 eingegossenen Steuerelektrode 16 verbunden, die auch auf freiem Potential liegt. Die an den Steuerelektroden 14 und 15 befindlichen Elektrodenringe 17 sind so weit aneinander angenähert, daß keine kapazitive Kopplung der benachbarten geerdeten metallischen Kapselungs- oder Stützkonstruktionsteile 24 oder anderer Elektroden mit der auf freiem Potential befindlichen Steuerelektrode 16 vorliegt. Derartige Schalterpole können auch als dreipolige Anordnung in einer gemeinsamen Kapselung untergebracht sein.

Claims (2)

1. Patentanspruch:

   Schalterpol für Leistungsschalter, bestehend aus einer Vakuumschaltkammer (1) und einem, diese Schaltkammer aufnehmenden Isoliergehäuse (25), wobei die Schaltkammer (1) im wesentlichen aus einem feststehenden und einem beweglichen Kontaktstab (3 und 5) besteht, die jeweils ein Kontaktstück (2 und 4) tragen und die in einer aus zwei Isolatoren (7 und 8), einem Metallbalgen (6) und einem Metallschirm (9) zwischen den Isolatoren (7 und 8) bestehenden Vakuumschaltkammer (1) untergebracht sind und wo im Isoliergehäuse zwei Steuerelektroden (14 und 15) axial versetzt und die Vakuumschaltkammer (1) wenigstens teilweise umfassend vorgesehen und an das Potential des jeweils nächstliegenden Kontaktstabes (3 und 5) angelenkt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerelektroden (14 und 15) sich entweder überlappen oder so weit einander angenähert und/oder so bemessen sind, daß der Metallschirm (9) der Vakuumschaltkammer (1) ein Potential annimmt, das im Zustand getrennter Kontaktstücke (2 und 4) etwa dem halben Potential des an Spannung liegenden Kontaktstückes (2 oder 4) entspricht, während im Zustand geschlossener Kontaktstücke (2 und 4) der Metallschirm (9) der Vakuumschaltkammer (1) wenigstens annähernd volles Potential annimmt, hingegen der Einfluß von geerdeten oder unter Spannung stehenden Teilen (23,24) außerhalb der Steuerelektroden (14,15) auf das Potential des Metallschirmes (9) quasi eliminiert ist.

   Hierzu
2. 2 Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft einen Schalterpol für Leistungsschalter, bestehend aus einer Vakuumschaltkammer und einem, diese Schaltkammer aufnehmenden Isoliergehäuse. Die Schaltkammer besteht im wesentlichen aus einem feststehenden und einem beweglichen Kontaktstab, die beide je ein Kontaktstück tragen sowie aus zwei Isolatoren, zwischen denen ein Metallschirm angeordnet ist. Im Isoliergehäuse sind zwei axial versetzt und die Vakuumkammer teilweise umfassende Steuerelektroden vorgesehen, die jeweils an das Potential des nächstliegenden Kontaktstabes angelenkt sind. Derartige Schaltpole von Vakuumschaltern werden bevorzugt für fabrikfertige vollfeststoffisolierte Hochspannungsschaltanlagen oder Transformatorenstationen benötigt, wo hohe Anforderungen bezüglich des Berührungsschutzes und bezüglich kleinräumiger und kompakter Bauweise bestehen. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, diesen Schalterpol in hermetisch gekapselten gasisolierten oder in metallgekapselten luftisolierten Schaltanlagen einzusetzen.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Es ist bekannt, in Schaltgeräten Vakuumschaltkammern einzusetzen, die aus einem evakuierten Gehäuse mit einem feststehenden und einem beweglichen Kontaktstück und Metallschirm bestehen. Das feststehende Kontaktstück ist an einem feststehenden Kontaktstab angebracht, welcher vakuumdicht durch einen Isolator aus dem Gehäuse herausgeführt ist. Das bewegliche Kontaktstück ist dagegen an einem axial beweglichen Kontaktstab angebracht, der durch einen Isolator und einen Metallbalgen vakuumdicht herausgeführt ist. Ferner sind auf freiem Potential liegende Metallschirme zwischen den Isolatoren befestigt. Zwischen der Vakuumschaltkammer und dem Isoliergehäuse befindet sich entweder Luft (DE-PS 2322372) oder der Zwischenraum ist mit Isolieröl gefüllt (JP-PS 55-5651). Wird in dem Zwischenraum zwischen Schaltkammer und Isoliergehäuse Luft vorgesehen, so sind trotz feldsteuernder Ausbildung der Anschlußkörper elektrisch hochbeanspruchte Strecken, in denen sich elektrische Teilentladungen ausbilden können, nicht vermeidbar. Schalter mit Öl in dem Zwischenraum sind ebenfalls bekannt; sie weisen wieder ähnliche Nachteile wie die sogenannten ölarmen Schalter auf, weil von ihnen Brandgefahr und eine Gefährdung der Umwelt ausgeht.

   Des weiteren ist es bekannt, die komplette Vakuumschaltkammer in Epoxidharz einzugießen (JP-PS 51-16620). Dabei ergeben sich jedoch Nachteile, weil Risse sowie Luftspalte und Lufteinschlüsse nicht sicher ausgeschlossen werden können, in denen es dann zur Ausbildung zerstörend wirkender elektrischer Teilentladungen kommt. Den beschriebenen Vakuumschaltern haftet außerdem der Nachteil an, daß das elektrische Feld in der Vakuumschaltkammer durch geerdete Metallbeläge auf den Isoliergehäusen oder auch durch relativ nahe angeordnete geerdete Bauteile gestört werden kann, wodurch sich das innere Isoliervermögen der Vakuumschaltkammer sowie deren Ausschaltvermögen ungünstig verändert. Weiterhin gilt es als bekannt, bei feststoffisolierten Schalterpolen zwei Steuerelektroden axial versetzt im Isolierstoffgehäuse anzuordnen, um elektrische Teilentladungen im Bereich zwischen Schaltkammer und Isoliergehäuse bzw. im Isoliergehäuse selbst durch Vermeidung von örtlich extrem hohen Feldstärken zu verhindern und geringe Abstände durch Verlagerung der elektrischen Beanspruchung in die Feststoffisolation zu erreichen. Diese Steuerelektroden werden an das Potential des jeweils nächstliegenden Anschlusses der Vakuumschaltkammer angelenkt. Ferner ist gemäß diesem Vorschlag im Bereich des Schirmes der Schaltkammer im Isoliergehäuse eine dritte Steuerelektrode vorgesehen. Ihre Anordnung erfolgt dabei derart, daß sie ein Zwischenpotential zwischen Anschlußpotential und Erdpotential annimmt (WP H 01 H/2675322). Die Funktion der Steuerelektroden können auch leitende oder halbleitende Beläge übernehmen, die auf Teilen des Isoiiergehäuses aufgebracht sind (WP H 01 H/275168). Durch diese Anordnung der Steuerelektroden wird zwar die Feldstärkeverteilung verbessert und der Isolierstoff gleichmäßiger ausgenutzt, die unzureichende Berücksichtigung des Potentials des Metallschirmes der Vakuumschaltkammerführt aber nicht zu einem optimalen Schaltvermögen und verbessert nicht in allen Schaltstellungen deren inneres Isoliervermögen; es werden bisher nicht in ausreichendem Maße Angaben zur Höhe des Zwischenpotentials und dessen Einfluß auf die Spannungsverteilung sowie auf das Schaltvermögen gemacht. Im Zusammenhang damit wird die unterschiedliche kapazitive Beeinflussung des Zwischenpotentials durch die in der Nähe befindlichen Elektroden, z. B. den geerdeten Belag auf der äußeren Oberfläche des Isoliergehäuses, nicht optimal berücksichtigt. Daher gelingt es bisher nicht, das isoliertechnisch günstigste Zwischenpotential zu erreichen.

   Die bisherigen Lösungen beachten nämlich nicht konsequent, daß sich am Metallschirm und dritter Steuerelektrode im Schaltzustand „Ein" ein anderes Zwischenpotential einstellt, als im Schaltzustand „Aus", wo ein Schaltkontakt auf Erdpotential liegt.