DE10029763A1 - Vakuumschaltröhre - Google Patents

Abstract

Die neue Vakuumschaltröhre weist beiderseits einer metallenen Schaltkammer (67) jeweils zwei Keramikisolatoren (63, 64; 65, 66) gleichen Durchmessers (D2) auf. An den Fügestellen dieser Teile sind zylindrische Dampfschirme (70, 73; 71, 74) befestigt, die untereinander axial beabstandet (A1) sind. Ein solcher Aufbau macht bei kleinem Bauvolumen und einfacher Herstellbarkeit Betriebsspannungen von mehr als 60 kV beherrschbar.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalter und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung einer Vakuum­ schaltröhre anzuwenden, deren Gehäuse zwei relativ zueinander bewegbare Kontaktstücke umgibt und zwei koaxial zueinander angeordnete Keramikisolatoren gleichen Durchmessers aufweist, wobei die beiden Keramikisolatoren über ein als Schaltkammer ausgebildetes, zwischengefügtes Metallteil vakuumdicht mit­ einander verbunden sind.

Bei einer bekannten Vakuumschaltröhre dieser Art sind die Kontaktstücke als sogenannte Axial-Magnetfeld-Kontakte in Topfform ausgebildet, jeweils mit einem Stromzuführungsbolzen versehen und um einen vorgegebenen Schalthub relativ zueinan­ der axial bewegbar. Jeder Stromzuführungsbolzen ist dabei von einem der beiden Keramikisolatoren umgeben und an dem die Ke­ ramikisolatoren verbindenden Metallteil sind zylindrische Dampfschirme befestigt. Dieser Aufbau der Vakuumschaltröhre ermöglicht es, auch bei größeren Durchmessern der Kontaktstü­ cke den Innendurchmesser der Keramikisolatoren kleiner als den Innendurchmesser der Schaltkammer zu bemessen. In diesem Fall ist es zweckmäßig, die Schaltkammer axial geteilt auszu­ bilden. - Eine Vakuumschaltröhre dieser Art ist besonders zum Einsatz in Schaltanlagen auf der Mittelspannungsebene (15 bis 36 kV) geeignet (DE 197 13 478 C1).

Ausgehend von einer Vakuumschaltröhre mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Vakuumschaltröhre so auszugestalten, dass sie auch für Hochspannungszwecke, also für Betriebsspan­ nungen von mehr als 60 kV (z. B. 72 kV, 84 kV) eingesetzt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass sowohl dem ersten als auch dem zweiten Keramikisolator jeweils ein weiterer, gleichartiger Keramikisolator koaxial und unmittelbar benachbart zugeordnet ist, wobei die beiden einander benachbarten Keramikisolatoren jeweils über ein zwi­ schengefügtes Metallteil vakuumdicht miteinander verbunden sind, dass weiterhin an den zwischengefügten Metallteilen je­ weils ein zylindrischer Dampfschirm befestigt ist und dass alle Dampfschirme mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind.

Eine derart ausgebildete Vakuumschaltröhre zeichnet sich da­ durch aus, dass die erforderliche dielektrische Festigkeit bei sehr kleinem Bauvolumen erreicht wird und dass sie mit Fertigungseinrichtungen herstellbar ist, wie sie für Mit­ telspannungs-Röhren gebräuchlich sind. Durch die Ausgestal­ tung aller Dampfschirme mit zylindrischer Form und durch de­ ren axial gestaffelte Anordnung kann der Durchmesser aller Keramikisolatoren relativ klein gewählt werden und liegt bei einer 72 kv-Röhre bei etwa 130 mm. Die erforderliche Aufwei­ tung der Vakuumschaltröhre im Bereich der eigentlichen Schaltstrecke hat keinen Einfluss auf den Durchmesser der Ke­ ramikisolatoren, da in diesem Bereich eine metallene Schalt­ kammer, zweckmäßig aus Kupfer, verwendet wird. Diese kann bauchförmig gestaltet sein, so dass sie an ihren Rändern mit den angrenzenden Keramikisolatoren trotz deren kleinerem Durchmesser vakuumdicht verbindbar ist.

Für die Funktion der Vakuumschaltröhre und hinsichtlich der für Keramikisolatoren größeren Durchmessers anfallenden Kos­ ten ist es vorteilhaft, wenn der Innendurchmesser aller Kera­ mikisolatoren höchstens gleich dem Außendurchmesser der Kon­ taktstücke plus dem einfachen Schalthub ist und wenn der In­ nendurchmesser des als Schaltkammer ausgebildeten Metalltei­ les höchstens gleich dem Außendurchmesser der Kontaktstücke plus dem zweifachen Schalthub ist. Dabei ist der relativ kleine Durchmesser der Schaltkammer durch die Verwendung von Axial-Magnetfeld-Kontakten für die Kontaktstücke ermöglicht.

Sofern die neue Vakuumschaltröhre für höhere Spannungen als 72 kV einsetzbar sein soll, kann eine Verlängerung der Röhre durch koaxiale Anordnung weiterer gleichartiger Keramikisola­ toren und Zwischenfügung jeweils eines einen zylindrischen Dampfschirm tragenden Metallteiles erfolgen.

Vakuumschaltröhren mit vier koaxial angeordneten Keramikiso­ latoren und zwischengefügten Metallteilen sowie mit an den Metallteilen befestigten Dampfschirmen sind an sich bekannt. Bei einer bekannten, im Mittelspannungsbereich (34 kV) einge­ setzten Röhre dieser Art sind die Dampfschirme konisch ges­ taltet und überlappen sich in axialer Richtung der Röhre. Da­ durch haben die Keramikisolatoren einen relativ großen Durch­ messer (US 3,792,214 A). - Es ist auch bekannt geworden, das aus drei auf schwebendem Potential befindlichen Schirmen be­ stehende Dampfschirmsystem bei einer Hochspannungs- Vakuumschaltröhre (72 kV) einzusetzen. Hierbei wurden für die Kontaktstücke spiralförmige Elektroden, gegebenenfalls unter zusätzlicher Verwendung einer äußeren Magnetspule, verwendet. Bei einer derartigen Vakuumschaltröhre haben die Keramikiso­ latoren einen relativ großen Durchmesser von 230 mm (Zeit­ schrift IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-99, No. 2 March/April 1980, Seiten 658 bis 666).

Ein Ausführungsbeispiel der neuen Vakuumschaltröhre ist in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt.

Die in der Figur dargestellte Vakuumschaltröhre 1 weist eine Kontaktanordnung auf, die aus dem axial bewegbarem Kontakt­ stück 2 dem feststehenden Kontaktstück 3 besteht, wobei diese Kontaktstücke mit Stromzuführungsbolzen 4 bzw. 5 versehen sind. Die Kontaktstücke 2 und 3 sind in an sich bekannter Weise als topfförmige Axial-Magnetfeld-Kontakte ausgebildet (EP 0 155 376 C1).

Die Kontaktanordnung ist in ein vakuumdichtes Gehäuse 6 ein­ geschlossen, das aus einer die Kontaktstücke umgebenden me­ tallenen Schaltkammer 67, sich nach oben anschließenden Kera­ mikisolatoren 64 und 63 sowie einer Deckplatte 61 und aus sich nach unten anschließenden Keramikisolatoren 65 und 66 sowie einer Deckplatte 62 besteht. Teil des Gehäuses ist wei­ terhin ein Faltenbalg 68, der zwischen den Stromzuführungs­ bolzen 4 des bewegbaren Kontaktstückes 2 und der Endplatte 61 angeordnet ist. Mit dem Gehäuse verbunden sind weiterhin Ab­ schirmungen 70 und 73, die an den Rändern der Schaltkammer 67 befestigt sind, weiterhin Abschirmungen 72 und 75, die in die vakuumdichte Verbindung zwischen dem Keramikisolator 63 und der Endplatte 61 bzw. der Endplatte 62 und dem Keramikisola­ tor 66 einbezogen sind, und schließlich Abschirmungen 71 und 74, die an ringförmigen Metallteilen befestigt sind, die zwi­ schen jeweils zwei einander benachbarten Keramikisolatoren angeordnet sind.

Die aneinander angrenzenden Gehäuseteile sind miteinander so­ wie mit den beiden Stromzuführungsbolzen vakuumdicht verlö­ tet.

Die Dampfschirme 70 bis 75 sind jeweils zylindrisch ausgebil­ det und weisen umgebörtelte Ränder auf. Die jeweils zwei Ke­ ramikisolatoren zugeordneten Dampfschirme sind axial gestaf­ felt angeordnet, so dass sich untereinander Abstände A1 und A2 ergeben.

Für das bewegbare Kontaktstück 2 ist ein Schalthub S vorgese­ hen, der bei einer Vakuumschaltröhre für 72 kV etwa 40 mm be­ trägt.

Die Keramikisolatoren 63 bis 66 weisen den gleichen Durchmes­ ser D2 auf und sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch untereinander gleich lang. Sie können aber auch unter­ schiedliche Längen aufweisen. - Im Vergleich zum Außendurch­ messer D1 der Kontaktstücke ist der Innendurchmesser D2 der Keramikisolatoren kleiner als der Außendurchmesser D1 der Kontaktstücke plus dem einfachen Schalthub S. - Der Innen­ durchmesser D3 der Schaltkammer 67 braucht nicht größer als der Außendurchmesser D1 der Kontaktstücke plus dem zweifachen Schalthub S zu sein.

Infolge der zylindrischen Form der Dampfschirme und der Ver­ wendung einer bauchigen Schaltkammer ergibt sich eine insge­ samt sehr schlanke Röhre, die ein relativ kleines Bauvolumen aufweist und sich darum ohne großen Aufwand entgasen lässt. Die das Gehäuse bildenden Metallteile und Keramikisolatoren können dabei so ausgestaltet und angeordnet werden, dass sämtliche das Gehäuse der Vakuumschalträume betreffenden Löt­ verbindungen in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt wer­ den, wobei auf die Verwendung eines Pumpstängels zur Entga­ sung der Röhre verzichtet werden kann. Dies wirkt sich posi­ tiv auf die dielektrische Festigkeit der Röhre aus.

Claims (3)

1. Vakuumschaltröhre mit einem Gehäuse,
das zwei als Axial-Magnetfeld-Kontakte ausgebildete Kontaktstücke (2, 3) umgibt, die um einen vorgegebenen Schalt­ hub (S) relativ zueinander axial bewegbar und jeweils mit ei­ nem Stromzuführungsbolzen versehen sind,
und das einen ersten Keramikisolator (64) und einen koaxi­ al dazu angeordneten zweiten Keramikisolator (65) gleichen Durchmessers (D2) aufweist, wobei
jeder Keramikisolator einen Stromzuführungsbolzen (4, 5) umgibt und die beiden Keramikisolatoren untereinander stirnseitig über ein als Schaltkammer ausgebildetes, zwi­ schengefügtes Metallteil (67) vakuumdicht miteinander verbunden sind,
an diesem zwischengefügten Metallteil zylindrische Dampf­ schirme (70, 73) befestigt sind
und der Innendurchmesser (D2) der Keramikisolatoren klei­ ner als der Innendurchmesser (D3) der Schaltkammer ist, dadurch gekennzeichnet,
dass sowohl dem ersten (64) als auch dem zweiten (65) Ke­ ramikisolator jeweils ein weiterer, gleichartiger Kera­ mikisolator (63, 66) koaxial und unmittelbar benachbart zugeordnet ist,
wobei die beiden einander benachbarten Keramikisolatoren (63, 64; 65, 66) jeweils über ein zwischengefügtes Me­ tallteil (76, 77) vakuumdicht miteinander verbunden sind, dass an den zwischengefügten Metallteilen (76, 77) je­ weils ein zylindrischer Dampfschirm (71, 74) befestigt ist und dass alle Dampfschirme (70, 71, 72, 73, 74, 75) mit axia­ lem Abstand (A1) zueinander angeordnet sind.

2. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (D2) aller Keramikisolatoren höchstens gleich dem Außendurchmesser (D1) der Kontaktstü­ cke plus dem einfachen Schalthub (S) ist.

3. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (D3) des als Schaltkammer ausge­ bildeten Metallteiles (67) höchstens gleich dem Außen­ durchmesser (D1) der Kontaktstücke plus dem zweifachen Schalthub (2S) ist.