DE102004006609B4

DE102004006609B4 - Vakuumschalter mit Schirmung

Info

Publication number: DE102004006609B4
Application number: DE200410006609
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dr.-Ing. Gentsch
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2004-02-11
Filing date: 2004-02-11
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2024-02-12
Also published as: DE102004006609A1; EP1716583A1; CN1918683B; WO2005078755A1; CN1918683A

Abstract

Vakuumschaltkammer mit Schirmung für Mittelspannungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Schirm aus einer niedriglegierten und damit abbrandfesten Legierung besteht, die aus Kupfer mit einem Chrom- und Zirkonzusatz von 0,01-10 Gew% besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltkammer mit Schirmung, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Die Erfindung betrifft Vakuumschaltkammern für Mittelspannungsschaltgeräte. Es ist bekannt Vakuumschaltkammern mit einem abbrandfesten Schirm für eine Vielzahl von Kurzschussstromausschaltungen bei einer kompakten Bauweise auszurüsten. Die Vakuumschaltkammern werden in der Nieder-, Mittel- und Hochspannungstechnik eingesetzt.
Die besagten Schirmungen für Vakuumschaltkammern werden überwiegend aus den Werkstoffen Kupfer und/oder Edelstahl gefertigt. Für Vakuumschaltkammern, die überwiegend in der Nieder-, Mittel- oder Hochspannungstechnik eingesetzt werden, ist bei einer kompakten Bauform der Vakuumschaltkammer, die das Schaltsystem umgebende Schirmung thermisch hoch belastet. Die Belastung resultiert aus der Plasmastrahlung des Metalldampfbogens und bei einem ausschleifenden Bogen durch einen direkten Kontakt mit der Schirmung.
Im letztgenannten Fall ist ein abbrandfestes Material von Vorteil. In einer Vielzahl von Anwendungen wird die erreichbare Anzahl der Kurzschlussstromausschaltungen durch ein Durchschmelzen einer Edelstahl- bzw. Kupferschirmung begrenzt. In Fällen, in denen eine besonders hohe Anzahl an Kurzschlussstrom Ausschaltungen gefordert ist, wird die das Kontaktsystem umgebende Schirmung durch den Einsatz eines KupferChrom Zylinderrohrabschnittes (Verbundwerkstoff–KupferChrom) verstärkt. Bekannt sind Abschirmungen aus dem Verbundwerkstoff CuCr mit Chromkonzentrationen größer 15 Gew.-%. Des Weiteren wird aus Kostengründen angestrebt auf einen zusätzlichen Schirm aus CuCr zu verzichten.
Ferner sind hierzu Sinterverfahren zur Herstellung von KupferChrom – Schirmungen über ein Pulversinterverfahren bekannt. Dazu sind für die unterschiedlichen Durchmesser Presswerkzeuge zur Herstellung der Grünlinge erforderlich. Die Herstellung eines dichten Werkstoffes erfolgt anschließend durch Sintern der Grünlinge bei Temperaturen um 1000°C unter einer Wasserstoff-, einer Edelgas- oder unter einer Vakuumatmosphäre.
Ein weiteres Verfahren ist das Plasmaspritzen, d.h. ein thermisches Verfahren zum Aufbringen einer KupferChrom-Schicht. Das Plasmaspritzen wird vorteilhafter Weise aufgrund der starken Getterwirkung des Chroms in einer Edelgasatmosphäre durchgeführt. Unvermeidlich ist dennoch ein erhöhter Gasgehalt in der aufgespritzten Schicht.
Ein weiteres Verfahren ist das sogenannte MLC-Verfahren. Dieses ist ein Verfahren zur Herstellung einer Blechform für Vakuumschaltkammer-Schirme oder Vakuumschaltkammer-Kontaktstücke.

Dies ist aus der DE 197 47 242 C2 bekannt.

Aus der DE 19714654 A1 ist eine Vakuumschaltkammer bekannt, bei der Kontaktstücke bestehend aus einer CuCr Legierung vorgesehen sind. Kontaktstücke jedoch bestehen aus massiven Bauteilen. Die Anforderung auf die Abbrandfestigkeiten sind dabei nicht so hoch wie bei dünnwandigen umgebenden Bauteilen wie bspw. bei einer Schirmung. Um Schirmungen abbrandfester zu machen, reichen einfache CuCr – Legierungen hingegen nicht aus.

Durch den Einsatz einer KupferChrom-Schirmung ist die konstruktive Bandbreite zum Bau einer kompakten Vakuumschaltkammer größer. Damit verbunden sind jedoch höhere Kosten der Vakuumschaltkammer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Anzahl möglicher Kurzschlussstromausschaltungen zu erhöhen.

Die gestellte Aufgabe wird durch bei einer Vakuumschaltkammer der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Der oben beschriebene Nachteil kann durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines niedriglegierten Kupferwerkstoffes aus dem der abbrandfeste Schirm nach einem bekannten Formverfahren Tiefziehen oder Drücken hergestellt wird vermieden werden.

Zur Steigerung der Abbrandfestigkeit eines Schirmes wird ein einbaufertiger Schirm aus einem niedriglegierten Kupferwerkstoff, z.B. Kupfer mit Chrom und Zirkon gefertigt. Die Chromkonzentration liegt im Bereich zwischen > 0 und 5 Gew.-%. Vorzugsweise wird der Schirm aus einer handelsüblichen Legierung CuCrZr (2.1293) mit der Zusammensetzung Cr 0.8, Zr 0.08 und Rest Kupfer gefertigt.

Der Kern der Erfindung ist daher, dass der gesamte Schirm aus einer niedriglegierten und damit abbrandfesten Legierung besteht, die aus Kupfer mit einem Chrom- und Zikonzusatz zwischen 0 und 10 Gew.-% besteht.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass der Schirm aus einer CuCrZr-Legierung besteht, mit der Zusammensetzung Cr 0.8 Zr 0.08 und Rest Kupfer oder aus einer CuCrAgFeTiSi-Legierung.

Über ein Standardformgebungsverfahren (z.B. Tiefziehen) kann nachfolgend der Schirm hergestellt werden. Damit lässt sich ein zusätzlicher Arbeitsgang, z.B. das Erstellen eines abbrandfesten und zusätzlichen Schirmteils oder eine zusätzliche Beschichtung eines Bauteils vermeiden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Schirmung der Vakuumschaltkammer nur zu einem Teil aus der Legierung hergestellt ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass neben einem nach oben ausgeführten Angaben gefertigter Schirm zusätzlich eine Schirmbeschichtung erhält, bei der im Kupfer weitere Elemente legiert bzw. enthalten seien können, nämlich Wolfram und/oder Molybdän und/oder Platin und/oder Zirkon und/oder Yttrium und/oder Palladium und/oder Silber.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
In der Abbildung ist ein Schirmteil das ein Kontaktsystem umgibt dargestellt. Das Schirmbauteil 10 kann wie dargestellt ein Teil einer Schirmung oder auch als Komplettschirmung ausgeführt sein. Durch die Wahl einer der o.g. Legierungen besteht zudem die Möglichkeit eine Bördelung (20), die an das Bauteil beim Tiefziehen oder beim Drücken des Werkstoffes an das Schirmbauteil 10, mit anzuformen.

Claims

Vakuumschaltkammer mit Schirmung für Mittelspannungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Schirm aus einer niedriglegierten und damit abbrandfesten Legierung besteht, die aus Kupfer mit einem Chrom- und Zirkonzusatz von 0,01-10 Gew% besteht.
Vakuumschaltkammer mit Schirmung für Mittelspannungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Schirm aus einer niedriglegierten und damit abbrandfesten Legierung besteht, die aus Kupfer mit einem Chrom- und Silberzusatz von 0,1-0,5 Gew.-% besteht.
Vakuumschaltkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schirm aus einer CuCrZr-Legierung besteht, mit der Zusammensetzung Cr0.8Zr0.08 und Rest Cu.
Vakuumschaltkammer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schirm aus einer CuCrAgFeTiSi-Legierung besteht, mit der Zusammensetzung Cr0.5Ag0.1 und Spuren FeTiSi und Rest Cu.
Vakuumschaltkammer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schirm nur zu einem Teil aus der besagten Zusammensetzung besteht.
Vakuumschaltkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schirm zusätzlich mit einer Beschichtung aus Kupfer mit den Legierungsbestandteilen Wolfram und/oder Molybdän und/oder Platin und/oder Zirkon und/oder Yttrium und/oder Palladium und/oder Silber besteht.