DE102007004430B4

DE102007004430B4 - vacuum switch

Info

Publication number: DE102007004430B4
Application number: DE200710004430
Authority: DE
Inventors: Ulf Dipl.-Ing. Schümann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-01-24
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2027-01-25
Also published as: DE102007004430A1

Abstract

Vakuumschalter (1) mit einem Festkontakt (2), einem Bewegkontakt (3), einem Schaltergehäuse (13) und mindestens einem Dampfschirm (29) zum Schutz von Innenflächen des Schaltergehäuses vor Abscheidungen von bei Schaltvorgängen entstehendem Metalldampf, bei dem
der aus elektrisch leitfähigem Material bestehende Dampfschirm (29) so ausgestaltet ist, dass zwischen dem Dampfschirm (29) und weiteren elektrisch leitfähigen Teilen (27, 31) des Vakuumschalters auftretende elektrische Kapazitäten (CS1, CS2) einen kapazitiven Spannungsteiler bilden, der das elektrische Potential des Dampfschirms (29) so einstellt, dass dieses elektrische Potential den Mittelwert zwischen dem elektrischen Potential des Festkontakts (2) und dem elektrischen Potential des Bewegkontakts (3) aufweist,
wobei die Größe der elektrischen Kapazität (CS1) zwischen dem Dampfschirm (29) und einem zweiten Dampfschirm (27), der elektrisch mit dem Festkontakt (2) verbunden ist, und die Größe der elektrischen Kapazität (CS2) zwischen dem Dampfschirm (29) und einem dritten Dampfschirm (31), der elektrisch mit dem Bewegkontakt (3) verbunden ist, so gewählt sind, dass...Vacuum switch (1) having a fixed contact (2), a moving contact (3), a switch housing (13) and at least one vapor shield (29) for protecting inner surfaces of the switch housing from deposits of metal vapor generated during switching operations, in which
the electrically conductive material existing vapor shield (29) is designed so that between the vapor shield (29) and further electrically conductive parts (27, 31) of the vacuum switch occurring electrical capacitances (CS1, CS2) form a capacitive voltage divider, the electrical potential the vapor shield (29) is set so that this electrical potential has the mean value between the electrical potential of the fixed contact (2) and the electrical potential of the moving contact (3),
wherein the magnitude of the electrical capacitance (CS1) between the vapor shield (29) and a second vapor shield (27) electrically connected to the fixed contact (2) and the magnitude of the electrical capacitance (CS2) between the vapor shield (29) and a third vapor shield (31), which is electrically connected to the moving contact (3) are selected so that ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter mit einem Festkontakt, einem Bewegkontakt, einem Schaltergehäuse und mindestens einem Dampfschirm zum Schutz von Innenflächen des Schaltergehäuses vor Abscheidungen von bei Schaltvorgängen entstehendem Metalldampf. Ein derartiger Vakuumschalter ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 26 33 543 A1 bekannt.The invention relates to a vacuum switch with a fixed contact, a moving contact, a switch housing and at least one vapor shield for the protection of inner surfaces of the switch housing from deposits of emerging during switching metal vapor. Such a vacuum switch is from the German patent application DE 26 33 543 A1 known.

Aus der deutschen Auslegeschrift DE 1 248 775 B ist ein Vakuumschalter bekannt, bei dem lange Wege, über welche sich Durchschläge entwickeln können, vermieden werden. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die elektrische Festigkeit im Elektrodenfeld umso geringer ist, je größer dessen Länge ist. Weiterhin wird eine maximal günstige Potentialverteilung im vakuumdichten Gefäßkörper erreicht. Dadurch wird die elektrische Festigkeit des Vakuumschalters wesentlich erhöht.From the German Auslegeschrift DE 1 248 775 B a vacuum switch is known in which long ways over which breakdowns can develop are avoided. This is based on the finding that the electrical strength in the electrode field is lower, the greater its length. Furthermore, a maximum favorable potential distribution in the vacuum-tight vessel body is achieved. As a result, the electrical strength of the vacuum switch is substantially increased.

Aus der Offenlegungsschrift WO 2007/003727 A1 ist ein Vakuumschalter bekannt, bei dem ein Dampfschirm ein elektrisches Potential aufweist, das in der Mitte zwischen dem Potential des Festkontakts und dem Potential des Bewegkontakts liegt.From the publication WO 2007/003727 A1 For example, a vacuum switch is known in which a vapor shield has an electrical potential located midway between the potential of the fixed contact and the potential of the moving contact.

Wird ein stromführender Vakuumschalter (z. B. in einer Schaltanlage) durch Schalten geöffnet, so kommt es nach der Stromunterbrechung im natürlichen Nulldurchgang des Stroms zur dielektrischen Wiederverfestigung des Vakuumschalters. Nach dem Verlöschen eines beim Öffnen des Vakuumschalters entstehenden Lichtbogens tritt über der geöffneten Schalt strecke zwischen dem Festkontakt und dem Bewegkontakt eine Spannung auf: die sogenannte „transient recovery voltage" (TRV). Wenn die Spannung zu irgendeinem Zeitpunkt höher ist als die durch die dielektrische Wiederverfestigung erreichte Spannungsfestigkeit der geöffneten Schaltstrecke, dann entsteht erneut ein Lichtbogen zwischen dem Festkontakt und dem Bewegkontakt; es tritt unerwünschterweise eine sogenannte Wiederzündung auf.Becomes a live one Vacuum switch (eg in a switchgear) opened by switching, so comes it after a power cut in natural zero crossing of a current for dielectric reconsolidation of the vacuum switch. To going out one when opening the arc of the vacuum switch occurs over the open switching distance between the fixed contact and the moving contact a voltage on: the so-called "transient recovery voltage "(TRV). If the voltage at any time is higher than that through the dielectric Reconsolidation reached open circuit dielectric strength Switching distance, then again creates an arc between the Fixed contact and the moving contact; it undesirably occurs a so-called reignition on.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vakuumschalter und ein Verfahren anzugeben, mit denen unerwünschte Effekte beim Öffnen von Vakuumschaltern vermieden werden können.Of the Invention is based on the object, a vacuum switch and a Specify procedures with which unwanted effects when opening Vacuum switches can be avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Vakuumschalter mit einem Festkontakt, einem Bewegkontakt, einem Schaltergehäuse und mindestens einem Dampfschirm zum Schutz von Innenflächen des Schaltergehäuses vor Abscheidungen von bei Schaltvorgängen entstehendem Metalldampf, bei dem der aus elektrisch leitfähigem Material bestehende Dampfschirm so ausgestaltet ist, dass zwischen dem Dampfschirm und weiteren elektrisch leitfähigen Teilen des Vakuumschalters auftretende elektrische Kapazitäten einen kapazitiven Spannungsteiler bilden, der das elektrische Potential des Dampfschirms so einstellt, dass dieses elektrische Potential den Mittelwert zwischen dem elektrischen Potential des Festkontakts und dem elektrischen Potential des Bewegkontakts aufweist, wobei die Größe der elektrischen Kapazität zwischen dem Dampfschirm und einem zweiten Dampfschirm, der elektrisch mit dem Festkontakt verbunden ist, und die Größe der elektrischen Kapazität zwischen dem Dampfschirm und einem dritten Dampfschirm, der elektrisch mit dem Bewegkontakt verbunden ist, so gewählt sind, dass auch bei einer zusätzlich auf den Dampfschirm wirkenden Koppelkapazität und Erdkapazität, deren Größen bekannt sind, die Größe der insgesamt zwischen dem Dampfschirm und dem Festkontakt auftretenden elektrischen Kapazität gleich der Größe der insgesamt zwischen dem Dampfschirm und dem Bewegkontakt auftretenden elektrischen Kapazität ist, und wobei die Größe der elektrischen Kapazität zwischen dem Dampfschirm und dem zweiten Dampfschirm und die Größe der elektrischen Kapazität zwischen dem Dampfschirm und dem dritten Dampfschirm festgelegt sind mittels Ausgestaltung und räumlicher Anordnung der Dampfschirme innerhalb des Vakuumschalters.These The object is achieved by a vacuum switch with a fixed contact, a moving contact, a switch housing and at least one vapor shield for protecting inner surfaces of the switch housing before deposits of metal vapor arising during switching operations, in which the electrically conductive Material existing steam screen is designed so that between the steam shield and other electrically conductive parts of the vacuum switch occurring electrical capacitances form a capacitive voltage divider, the electrical potential of the steam screen sets so that this electric potential the mean value between the electrical potential of the fixed contact and the electrical potential of the moving contact, wherein the size of the electrical capacity between the steam screen and a second vapor screen, the electric connected to the fixed contact, and the size of the electric capacity between the steam screen and a third steam screen, which is electrically with the moving contact is connected, are chosen so that even at a additionally acting on the vapor shield coupling capacity and earth capacity, whose Known sizes are, the size of the total between the steam screen and the fixed contact occurring electrical Capacity equal the size of the total occurring between the vapor shield and the moving contact electrical capacity is, and where the size of the electric capacity between the steam screen and the second steam screen and the size of the electric capacity set between the steam screen and the third steam shield are by design and spatial Arrangement of the vapor screens within the vacuum switch.

Mittels der Ausgestaltung des Dampfschirms kann vorteilhafterweise die Größe der elektrischen Kapazitäten beeinflusst und festgelegt werden, die zwischen dem Dampfschirm und weiteren elektrisch leitfähigen Teilen des Vakuumschalters auftreten. Die Größe dieser auftretenden elektrischen Kapazitäten wiederum beeinflusst das elektrische Potential des Dampfschirms. Mittels konstruktiver Ausgestaltung des bzw. der Dampfschirme (insbesondere mittels Ausgestaltung von Größe des Dampfschirms und Abstand des Dampfschirms von den weiteren elektrisch leitfähigen Teilen des Vakuumschalters) kann also das elektrische Potential des Dampfschirms eingestellt werden. Das elektrische Potential des Dampfschirms kann insbesondere so eingestellt werden, dass eine Wiederzündung aufgrund eines Lichtbogens vermieden wird, der von einem der beiden Kontakte ausgehend zunächst auf den Dampfschirm übertritt und danach von dem Dampfschirm auf den anderen Kontakt übertritt.through The design of the steam shield can advantageously influence the size of the electrical capacitances and be fixed between the vapor screen and others electrically conductive Parts of the vacuum switch occur. The size of this occurring electrical Capacities in turn affects the electric potential of the steam screen. through constructive design of the or the vapor screens (in particular by design of size of the steam screen and distance of the vapor shield from the other electrically conductive parts the vacuum switch) can therefore the electric potential of the vapor shield be set. The electric potential of the steam shield can in particular be adjusted so that a reignition due An arc is avoided by one of the two contacts starting first on the steam screen and then transfer from the steam screen to the other contact.

Der Vakuumschalter ist so ausgestaltet, dass die auftretenden elektrischen Kapazitäten einen kapazitiven Spannungsteiler bilden. Mittels des kapazitiven Spannungsteilers kann vorteilhafterweise eine an dem Vakuumschalter auftretende Potentialdifferenz (Spannung) in mehrere Teile aufgeteilt werden und dadurch ein Potential erzeugt werden, welches zwischen den beiden Extremwerten der Potentialdifferenz liegt.Of the Vacuum switch is designed so that the occurring electrical capacities form a capacitive voltage divider. By means of the capacitive Voltage divider may advantageously be on the vacuum switch occurring potential difference (voltage) divided into several parts and thereby a potential can be generated which is between the two extreme values of the potential difference.

Der Vakuumschalter ist so ausgestaltet, dass der Spannungsteiler das elektrische Potential des Dampfschirms einstellt.The vacuum switch is designed so that the voltage divider adjusts the electric potential of the steam screen.

Der Vakuumschalter kann vorteilhafterweise so ausgebildet sein, dass das Schaltergehäuse aus mindestens zwei Teilen besteht, und der Spannungsteiler das elektrische Potential des Dampfschirms so einstellt, dass entlang der Oberfläche der Teile gleichgroße abstandsbezogene Potentialdifferenzen auftreten. Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass die Teile des Schaltergehäuses durch gleich große abstandsbezogene Potentialdifferenzen elektrisch belastet werden. Dadurch wird die Ausbildung von unerwünschten Potentialdifferenzmaxima an den Teilen des Schaltergehäuses vermieden, wodurch eine unerwünschte lokale Belastung des isolierenden Schaltergehäuses bezüglich der Durchschlagsfestigkeit und Spannungsfestigkeit vermieden wird.Of the Vacuum switch can be advantageously designed so that the switch housing consists of at least two parts, and the voltage divider that electrical potential of the steam screen adjusts that along the surface the parts are the same size distance-related potential differences occur. This will be advantageous ensures that the parts of the switch housing by equally large distance-related Potential differences are electrically loaded. This will be the Training unwanted Potential difference maxima at the parts of the switch housing avoided, causing an undesirable local load of the insulating switch housing with respect to the dielectric strength and dielectric strength is avoided.

Der Vakuumschalter ist so aufgebaut, dass der Spannungsteiler das elektrische Potential des Dampfschirms so einstellt, dass dieses elektrische Potential den Mittelwert zwischen dem elektrischen Potential des Festkontakts und dem elektrischen Potential des Bewegkontakts aufweist. Die Einstellung des elektrischen Potentials des Dampfschirms auf den Mittelwert zwischen dem elektrischen Potential des Festkontakts und dem elektrischen Potential des Bewegkontakts ist besonders vorteilhaft, weil dadurch eine Wiederzündung besonders effizient vermieden wird. Bei gleichgroßen Abständen sowohl des Festkontakts als auch des Bewegkontakts vom Dampfschirm wird nämlich dadurch ein Potentialunterschied zwischen Festkontakt und Dampfschirm eingestellt, welcher dem Potentialunterschied zwischen Dampfschirm und Bewegkontakt entspricht. Dadurch wird eine Wiederzündung besonders sicher vermieden, weil ein vorzugsweises Entstehen des Lichtbogens zwischen dem Dampfschirm und demjenigen der Kontakte, welcher die höhere Potentialdifferenz zum Dampfschirm aufweist, vermieden wird.Of the Vacuum switch is constructed so that the voltage divider the electrical Potential of the steam shield sets so that this electric potential the mean value between the electrical potential of the fixed contact and the electrical potential of the moving contact. The setting of the electric potential of the vapor screen to the mean between the electrical potential of the fixed contact and the electrical Potential of the moving contact is particularly advantageous because it a re-ignition is avoided particularly efficiently. At equal intervals of both the Fixed contact as well as the moving contact of the steam screen is characterized by set a potential difference between fixed contact and steam shield, which the potential difference between the steam shield and moving contact equivalent. As a result, re-ignition is avoided with particular certainty, because a preferential emergence of the arc between the vapor shield and that of the contacts which has the higher potential difference to the Steam shield has avoided.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist inFor further explanation the invention is in

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Vakuumschalters und eines Verfahrens zur Potentialeinstellung und in 1 a first embodiment of a vacuum switch and a method for potential adjustment and in

2 ein zweites Ausführungsbeispiels eines Vakuumschalters und eines Verfahrens zur Potentialeinstellung dargestellt. 2 A second embodiment of a vacuum switch and a method for potential adjustment shown.

1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Vakuumschalter in Form einer Vakuumschaltröhre 1. Die Vakuumschaltröhre 1 hat eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Form. Die Schaltröhre weist einen Festkontakt 2 und einen Bewegkontakt 3 auf. Der Festkontakt 2 umfasst ein erstes (feststehendes) Kontaktstück 5, welches an einem ersten (feststehenden) Kontaktbolzen 7 befestigt ist. Axial gegenüberstehend dem ersten Kontaktstück 5 ist ein zweites (bewegliches) Kontaktstück 9 angeordnet, welches an einem zweiten (beweglichen) Kontaktbolzen 11 befestigt ist. 1 shows in a sectional view a vacuum switch in the form of a vacuum interrupter 1 , The vacuum interrupter 1 has a substantially rotationally symmetrical shape. The interrupter has a fixed contact 2 and a moving contact 3 on. The fixed contact 2 includes a first (fixed) contact piece 5 , which on a first (fixed) contact pin 7 is attached. Axially opposite the first contact piece 5 is a second (movable) contact piece 9 arranged, which on a second (movable) contact pin 11 is attached.

Die Vakuumschaltröhre weist weiterhin ein Schaltergehäuse 13 auf. Das Schaltergehäuse 13 umfasst einen ersten Gehäuseteil 17 in Form eines aus Keramik bestehenden Hohlzylinders sowie einen zweiten Gehäuseteil 19 in Form eines zweiten aus Keramik bestehenden Hohlzylinders. Der erste Gehäuseteil 17 ist mit einem metallischen Hohlzylinder 21 verlötet, welcher seinerseits mit dem zweiten Gehäuseteil 19 verlötet ist. Ebenfalls mittels Löten ist der erste Gehäuseteil 17 mit einer ersten stirnseitigen Metallplatte 23 sowie das zweite Gehäuseteil 19 mit einer zweiten stirnseitigen Metallplatte 25 verbunden.The vacuum interrupter further has a switch housing 13 on. The switch housing 13 includes a first housing part 17 in the form of a hollow cylinder made of ceramic and a second housing part 19 in the form of a second ceramic hollow cylinder. The first housing part 17 is with a metallic hollow cylinder 21 soldered, which in turn with the second housing part 19 is soldered. Also by means of soldering is the first housing part 17 with a first frontal metal plate 23 and the second housing part 19 with a second frontal metal plate 25 connected.

Der erste Kontaktbolzen 7 ist fest an dem Schaltergehäuse 13 angeordnet, im Ausführungsbeispiel ist er fest mit der an einer Stirnseite des im Wesentlichen zylindrischen Schaltergehäuses 13 angeordneten ersten stirnseitigen Metallplatte 23 verlötet. Der Bewegkontakt 3 ist axial beweglich bezüglich des Festkontakts 2 in der Schaltröhre 1 angeordnet. Die axiale Beweglichkeit bei vakuumdichtem Abschluss wird durch einen Faltenbalg 15 ermöglicht, der den zweiten Kontaktbolzen 11 mit der zweiten stirnseitigen Metallplatte 25 verbindet. Durch einen Doppelpfeil ist die mögliche Bewegung des Bewegkontaktes 3 angedeutet.The first contact bolt 7 is firmly attached to the switch housing 13 arranged, in the exemplary embodiment, it is fixed to the one end face of the substantially cylindrical switch housing 13 arranged first frontal metal plate 23 soldered. The moving contact 3 is axially movable with respect to the fixed contact 2 in the interrupter 1 arranged. The axial mobility in vacuum-tight completion is achieved by a bellows 15 allows the second contact pin 11 with the second frontal metal plate 25 combines. By a double arrow is the possible movement of the moving contact 3 indicated.

Um die Innenseite des Schaltergehäuses 13 und insbesondere die Innenseiten des ersten aus Keramik bestehenden Gehäuseteils (Isolierkörper) 17 und des zweiten aus Keramik bestehenden Gehäuseteils (Isolierkörper) 19 vor beim Schalten auftretenden Metalldampfablagerungen zu schützen, sind an der Innenseite des hohlzylindrischen Schaltergehäuses 13 Dampfschirme angebracht. Im Ausführungsbeispiel sind ein erster Dampfschirm 27, ein zweiter Dampfschirm 29 und ein dritter Dampfschirm 31 dargestellt. Der erste Dampfschirm 27, der zweite Dampfschirm 29 und der dritte Dampfschirm 31 bestehen aus leitfähigem Material (z. B. aus Kupfer oder Edelstahl). Dabei bilden bezüglich des zweiten Dampfschirms 29 die benachbarten Dampfschirme (d. h. der erste Dampfschirm 27 und der dritte Dampfschirm 31) weitere elektrisch leitfähige Teile des Vakuumschalters.Around the inside of the switch housing 13 and in particular the inner sides of the first ceramic housing part (insulating body) 17 and the second housing made of ceramic (insulator) 19 To protect against metal vapor deposits occurring during switching are on the inside of the hollow cylindrical switch housing 13 Steam screens attached. In the embodiment, a first vapor shield 27 , a second steam screen 29 and a third steam screen 31 shown. The first steam screen 27 , the second steam screen 29 and the third steam screen 31 consist of conductive material (eg copper or stainless steel). In this case form with respect to the second vapor shield 29 the neighboring vapor screens (ie the first vapor screen 27 and the third steam screen 31 ) further electrically conductive parts of the vacuum switch.

Das zweite Kontaktstück 9, der zweite Kontaktbolzen 11, der Faltenbalg 15, die zweite Metallplatte 25 und der dritte Dampfschirm 31 sind elektrisch miteinander verbunden und befinden sich auf demselben elektrischen Potential P1. Das erste Kontaktstück 5, der erste Kontaktbolzen 7, die erste stirnseitige Metallplatte 23 und der erste Dampfschirm 27 sind elektrisch leitend miteinander verbunden und befinden sich auf demselben elektrischen Potential P2. Im Ausführungsbeispiel ist angenommen, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt das elektrisch Potential P1 0 V beträgt, während das elektrische Potential P2 3000 V beträgt.The second contact piece 9 , the second contact pin 11 , the bellows 15 , the second metal plate 25 and the third steam screen 31 are electrically connected to each other and are at the same electrical potential P1. The first contact piece 5 , the first contact pin 7 , the first frontal metal plate 23 and the first steam screen 27 are electrically connected to each other and are at the same electrical potential P2. In the exemplary embodiment, it is assumed that at a certain point in time the electrical potential P1 is 0 V, while the electrical potential P2 is 3000 V.

Zwischen dem ersten Dampfschirm 27 und dem zweiten Dampfschirm 29 besteht aufgrund der benachbarten Anordnung der aus metallischem Material bestehenden Dampfschirme eine erste (elektrische) Kapazität, die im Folgenden als erste Schirmkapazität CS1 bezeichnet wird. In gleicher Weise besteht zwischen dem zweiten Dampfschirm 29 und dem dritten Dampfschirm 31 eine zweite (elektrische) Kapazität, die im Folgenden als zweite Schirmkapazität CS2 bezeichnet wird. Schirmkapazitäten sind also (electrische) Kapazitäten, die zwischen einem Dampfschirm und weiteren elektrisch leitfähigen Teilen des Vakuumschalters auftreten, wobei die weiteren elektrisch leitfähigen Teile ebenfalls Dampfschirme sein können. Weiterhin bestehen zwischen den metallischen Bauteilen des Vakuumschalters und dem Erdpotential sog. Erdkapazitäten (im Ausführungsbeispil ist der Bewegkontakt 3 mit Erdpotential – 0 V – verbunden). Auf der rechten Seite der 1 sind mittels gestrichelter Linien diese Erdkapazitäten dargestellt, wobei zum Zwecke der besseren Beschreibung drei Punkte A, B und C eingezeichnet sind. Der Punkt A befindet sich auf dem Potential des Festkontakts 2, der Punkt B befindet sich auf dem Potential des zweiten Dampfschirms 29 und der Punkt C be findet sich auf dem Potential des Bewegkontakts 3. Zwischen den Punkten A und B befindet sich eine modellhaft dargestellte erste Koppelkapazität CKAB, zwischen den Punkten B und C eine modellhaft dargestellte erste Erdkapazität CEBC und zwischen den Punkten A und C eine modellhaft dargestellte zweite Erdkapazität CEAC.Between the first steam screen 27 and the second steam screen 29 For example, due to the adjacent arrangement of the metallic material vapor shields, there is a first (electrical) capacitance, hereinafter referred to as the first shield capacitance CS1. In the same way exists between the second vapor shield 29 and the third steam screen 31 a second (electrical) capacitance, hereinafter referred to as second shielding capacitance CS2. Umbrella capacities are thus (electrical) capacities that occur between a vapor shield and other electrically conductive parts of the vacuum switch, wherein the other electrically conductive parts can also be vapor screens. Furthermore exist between the metallic components of the vacuum switch and the ground potential so-called. Erdkapazitäten (in Ausführungsbeispil is the moving contact 3 with ground potential - 0 V - connected). On the right side of the 1 are shown by dashed lines this Erdkapazitäten, for the purpose of better description, three points A, B and C are shown. Point A is at the potential of the fixed contact 2 , the point B is at the potential of the second steam screen 29 and the point C be found on the potential of the moving contact 3 , Between the points A and B there is a first coupled coupling capacity CKAB, between points B and C a modeled first earth capacity CEBC and between points A and C a model represented second earth capacity CEAC.

Die erste und die zweite Schirmkapazität CS1 und CS2, die erste Koppelkapazität CKAB sowie die zwei Erdkapazitäten CEBC und CEAC sind nicht als eigenständige Kondensatorbauelemente vorhanden, sondern ergeben sich aus der Ausgestaltung und Anordnung der Dampfschirme und/oder der Einbausituation der Vakuumschaltröhre 1.The first and the second shielding capacitance CS1 and CS2, the first coupling capacitance CKAB and the two earth capacitors CEBC and CEAC are not present as independent capacitor components, but result from the design and arrangement of the vapor shields and / or the installation situation of the vacuum interrupter 1 ,

Die Größe der Schirmkapazitäten wird wesentlich bestimmt durch die Größe des Abstands des Dampfschirms von den weiteren elektrisch leitfähigen Teilen des Vakuumschalters und durch die Größe der einander effektiv gegenüberstehenden Flächen des Dampfschirms und der weiteren elektrisch leitfähigen Teile. Weiterhin beeinflusst die Geometrie des Dampfschirms sowie das Dielektrikum (hier: Vakuum und Keramik der Isolierkörper 17 und 19) die Größe der Schirmkapazitäten. Mittels der Ausgestaltung der Form und mittels der räumlichen Anordnung des bzw. der Dampfschirme (hier: der Dampfschirme 27, 29 und 31) innerhalb der Vakuumschaltröhre kann also vorteilhafterweise die Größe der Schirmkapazitäten beeinflusst und festgelegt werden. Die Größe dieser Schirmkapazitäten beeinflusst das elektrische Potential des Dampfschirms. Mittels der Ausgestaltung und räumlichen Anordnung des bzw. der Dampfschirme kann also das elektrische Potential des bzw. der Dampfschirme eingestellt werden.The size of the screen capacitances is essentially determined by the size of the distance of the vapor shield from the further electrically conductive parts of the vacuum switch and by the size of the surfaces of the vapor shield and the other electrically conductive parts that are effectively opposite each other. Furthermore, the geometry of the vapor shield and the dielectric (here: vacuum and ceramic of the insulating body) 17 and 19 ) the size of the screen capacities. By means of the design of the form and by means of the spatial arrangement of the or the vapor screens (here: the vapor screens 27 . 29 and 31 ) within the vacuum interrupter so advantageously the size of the screen capacities can be influenced and set. The size of these screen capacities affects the electrical potential of the vapor screen. By means of the design and spatial arrangement of the vapor shield (s), therefore, the electric potential of the vapor shield (s) can be adjusted.

Die erste Schirmkapazität CS1 und die zweite Schirmkapazität CS2 bilden einen Teil eines kapazitiven Spannungsteilers, der im Ausführungsbeispiel aus der Reihenschaltung der ersten Schirmkapazität CS1 und der zweiten Schirmkapazität CS2 besteht. Dieser Spannungsteiler teilt die zwischen den Punkten A und C auftretende Spannung (Potentialdifferenz) auf in einen ersten Spannungsteil, der zwischen den Punkten A und B anliegt und in einen zweiten Spannungsteil, der zwischen den Punkten B und C anliegt. Somit kann für den zweiten Dampfschirm 29, welcher auf dem Potential des Punktes B liegt, durch Wahl der Größe der Schirmkapazitäten CS1 und CS2 ein Potential vorgewählter Größe eingestellt werden, welches nahezu beliebige Werte zwischen dem Potential P1 des Punktes C und dem Potential P2 des Punktes A annehmen kann. Das Potential des zweiten Dampfschirmes 29 kann beispielsweise auf 500 V, 1000 V, 1500 V, 2000 V oder auch auf 2500 V vorgewählt und eingestellt bzw. festgelegt werden. Im Ausführungsbeispiel wird das Potential des zweiten Dampfschirms 29 auf 1500 V eingestellt. Dies ist exakt der Mittelwert zwischen dem elektrischen Potential des Festkontakts 2 (3000 V) und dem elektrischen Potential des Bewegkontakts 3 (0 V). Dies hat zur Folge, dass entlang der Oberfläche des ersten Gehäuseteils 17 eine Potentialdifferenz von 1500 V auftritt und dass entlang der Oberfläche des zweiten Gehäuseteils 19 ebenfalls eine Potentialdifferenz von 1500 V auftritt. Im Ausführungsbeispiel weisen die beiden keramischen Hohlzylinder, welche das erste Gehäuseteil 17 und das zweite Gehäuseteil 19 bilden, jeweils die gleiche Länge (hier: Zylinderlänge) auf. Daher treten sowohl an dem ersten Gehäuseteil 17 als auch an dem zweiten Gehäuseteil 19 gleichgroße abstandsbezogene (d. h. längenbezogene) Potentialdifferenzen (mittlere Feldstärken) auf. Wenn man von einer Länge des Hohlzylinders des ersten Gehäuseteils 17 und von einer Länge des Hohlzylinders des zweiten Gehäuseteils 19 von jeweils 10 cm ausgeht, so treten an den beiden Gehäuseteilen gleichgroße mittlere Feldstärken von 150 V/cm auf. Dadurch werden die beiden als Isolator wir kenden ersten und zweiten Gehäuseteile 17 und 19 gleichstark elektrisch belastet. Das Einstellen des elektrischen Potentials des zweiten Dampfschirms 29 auf den Mittelwert ist daher ebenfalls vorteilhaft, wenn die Vakuumschaltröhre im geöffneten Zustand mit Blitzstoßspannung oder mit Wechselspannung beaufschlagt wird – beispielsweise auch bei Tests oder Typprüfungen.The first screen capacitance CS1 and the second screen capacitance CS2 form part of a capacitive voltage divider, which in the exemplary embodiment consists of the series connection of the first screen capacitance CS1 and the second screen capacitance CS2. This voltage divider divides the voltage (potential difference) occurring between the points A and C into a first voltage part which is applied between the points A and B and into a second voltage part which is applied between the points B and C. Thus, for the second steam screen 29 which is at the potential of the point B, by selecting the size of the screen capacitances CS1 and CS2, a potential of preselected magnitude can be set, which can assume almost any values between the potential P1 of the point C and the potential P2 of the point A. The potential of the second steam screen 29 For example, it can be preselected and set or set to 500 V, 1000 V, 1500 V, 2000 V or 2500 V. In the embodiment, the potential of the second vapor shield 29 set to 1500V. This is exactly the mean value between the electrical potential of the fixed contact 2 (3000 V) and the electrical potential of the moving contact 3 (0V). As a result, along the surface of the first housing part 17 a potential difference of 1500 V occurs and that along the surface of the second housing part 19 also a potential difference of 1500 V occurs. In the exemplary embodiment, the two ceramic hollow cylinder, which the first housing part 17 and the second housing part 19 form, each the same length (here: cylinder length) on. Therefore occur both on the first housing part 17 as well as on the second housing part 19 equally spaced (ie length related) potential differences (mean field strengths). If one of a length of the hollow cylinder of the first housing part 17 and a length of the hollow cylinder of the second housing part 19 Starting from 10 cm, so occur on the two housing parts of the same size average field strengths of 150 V / cm. As a result, the two as insulator we kenden first and second housing parts 17 and 19 equally electrically loaded. Adjusting the electrical potential of the second vapor shield 29 to the average value is therefore also advantageous if the vacuum interrupter in the open state with lightning impulse voltage or AC voltage is applied - for example, during tests or type tests.

Der zweite Dampfschirm 29 wird also durch die Schirmkapazitäten CS1 und CS2, die einen Teil des kapazitiven Spannungsteilers bilden, auf ein Potential von 1500 V eingestellt. Folglich ergibt sich zwischen dem Bewegkontakt und dem zweiten Dampfschirm 29 eine Potentialdifferenz von 1500 V und zwischen dem zweiten Dampfschirm 29 und dem Festkontakt 2 ebenfalls eine Potentialdifferenz von 1500 V. Darüber hinaus ist der minimale Abstand zwischen dem Bewegkontakt 3 und dem zweiten Dampfschirm 29 gleichgroß wie der minimale Abstand zwischen dem Festkontakt 2 und dem zweiten Dampfschirm 29. Aufgrund der gleichgroßen Potentialdifferenzen wird ein vorzugsweises Überspringen des Lichtbogens von dem Bewegkontakt oder von dem Festkontakt zum zweiten Dampfschirm 29 und damit eine Wiederzündung der Vakuumschaltröhre 1 vermieden.The second steam screen 29 is going through the screen capacitances CS1 and CS2, which form part of the capacitive voltage divider, are set to a potential of 1500V. Consequently, results between the moving contact and the second vapor shield 29 a potential difference of 1500 V and between the second vapor shield 29 and the fixed contact 2 also a potential difference of 1500 V. In addition, the minimum distance between the moving contact 3 and the second steam screen 29 the same size as the minimum distance between the fixed contact 2 and the second steam screen 29 , Due to the equal potential differences is a preferential skipping the arc of the moving contact or from the fixed contact to the second vapor shield 29 and thus a re-ignition of the vacuum interrupter 1 avoided.

Im Ausführungsbeispiel sind die erste Schirmkapazität CS1 und die zweite Schirmkapazität CS2 so zu wählen, dass die folgende Gleichung (zumindest annähernd, besser exakt) erfüllt ist. CS1 + CKAB = CS2 + CEBC. In the exemplary embodiment, the first screen capacitance CS1 and the second screen capacitance CS2 are to be selected such that the following equation is satisfied (at least approximately, better exactly). CS1 + CKAB = CS2 + CEBC.

Dies setzt voraus, dass (beispielsweise durch eine Simulationsrechnung oder durch messtechnische Bestimmung) die Größe der ersten Koppelkapazität CKAB und die Größe der ersten Erdkapazität CEBC bekannt sind.This requires that (for example, by a simulation calculation or by metrological determination) the size of the first coupling capacitance CKAB and the size of the first earth capacitance CEBC are known.

Oftmals wird der Fall auftreten, dass die erste Koppelkapazität CKAB und die erste Erdkapazität CEBC unterschiedliche Größen aufweisen: CKAB ≠ CEBC. Often the case will arise that the first coupling capacity CKAB and the first earth capacity CEBC have different sizes: CKAB ≠ CEBC.

Die oben angegebene Gleichung kann dann nur erfüllt werden, wenn die erste Schirmkapazität CS1 und die zweite Schirmkapazität CS2 ebenfalls unterschiedliche Größen aufweisen: CS1 ≠ CS2. The equation given above can then only be fulfilled if the first screen capacitance CS1 and the second screen capacitance CS2 also have different sizes: CS1 ≠ CS2.

Die Vakuumschaltröhre wird also bezüglich der Schirmkapazitäten erfindungsgemäß kapazitiv unsymmetrisch ausgestaltet, d. h. die Schirmkapazitäten weisen unterschiedliche Größen auf.The Vacuum interrupter So is regarding the screen capacity According to the invention capacitive unbalanced designed, d. H. the screen capacities have different Sizes up.

Im Ausführungsbeispiel sind die erste Schirmkapazität CS1 und die zweite Schirmkapazität CS2 also so gewählt, dass die Größe der Gesamtkapazität CAB gleich der Größe der Gesamtkapazität CBC ist. Unter Gesamtkapazität CAB ist hierbei die insgesamt auftretende Kapazität zwischen den Punkten A und B zu verstehen, unter Gesamtkapazität CBC die insgesamt auftretende Kapazität zwischen den Punkten B und C.in the embodiment are the first screen capacity CS1 and the second screen capacity CS2 so chosen that the size of the total capacity CAB is the same the size of the total capacity is CBC. Under total capacity CAB is the total occurring capacity between to understand the points A and B, under total capacity CBC the total occurring capacity between points B and C.

Das Spannungsteilerverhältnis des kapazitiven Spannungsteilers wird durch die Gesamtkapazität CAB und die Gesamtkapazität CBC bestimmt. Bei Wahl der Schirmkapazitäten CS1 und CS2 entsprechend der oben angegebenen Gleichung wird das Potential des zweiten Dampfschirms 29 so eingestellt, dass es dem Mittelwert zwischen dem Potential des Festkontakts 2 und dem Potential des Bewegkontakts 3 entspricht.The voltage divider ratio of the capacitive voltage divider is determined by the total capacitance CAB and the total capacitance CBC. Upon selection of the screen capacitances CS1 and CS2 according to the above-mentioned equation, the potential of the second vapor shield becomes 29 adjusted so that it is the mean between the potential of the fixed contact 2 and the potential of the moving contact 3 equivalent.

In 2 ist eine Vakuumschaltröhre 101 dargestellt, deren Aufbau im Wesentlichen dem Aufbau der in der 1 dargestellten Vakuumschaltröhre 1 entspricht, die sich jedoch in einigen Aspekten auch von dieser unterscheidet. Die Vakuumschaltröhre 101 hat ein Schaltergehäuse 113 mit vier Gehäuseteile 117, 118, 119 und 120, welche jeweils als aus Keramik bestehende Hohlzylinder ausgestaltet sind. Weiterhin weist diese Vakuumschaltröhre 101 einen ersten Dampfschirm 127, einen zweiten Dampfschirm 128, einen dritten Dampfschirm 129, einen vierten Dampfschirm 130 und einen fünften Dampfschirm 131 auf. Zwischen den fünf Dampfschirmen 127 bis 131 treten eine erste Schirmkapazität CS1, eine zweite Schirmkapazität CS2, eine dritte Schirmkapazität CS3 und eine vierte Schirmkapazität CS4 auf. Dabei bilden bezüglich eines Dampfschirms die benachbarten Dampfschirme weitere elektrisch leitfähige Teile des Vakuumschalters.In 2 is a vacuum interrupter 101 whose construction is essentially the structure of in the 1 illustrated vacuum interrupter 1 which, however, differs from it in some aspects. The vacuum interrupter 101 has a switch housing 113 with four housing parts 117 . 118 . 119 and 120 , which are each configured as a hollow cylinder made of ceramic. Furthermore, this vacuum interrupter has 101 a first steam screen 127 , a second steam screen 128 , a third steam screen 129 , a fourth steam screen 130 and a fifth steam screen 131 on. Between the five steamshades 127 to 131 a first screen capacitance CS1, a second screen capacitance CS2, a third screen capacitance CS3 and a fourth screen capacitance CS4 occur. With respect to a vapor shield, the adjacent vapor shields form further electrically conductive parts of the vacuum switch.

Die Größen der vier Schirmkapazitäten CS1 bis CS4 sind so zu wählen, dass folgende Gleichung gilt: CAB = CBC = CCD = CDE. The sizes of the four screening capacitances CS1 to CS4 are to be selected such that the following equation applies: CAB = CBC = CCD = CDE.

Dies setzt voraus, dass (beispielsweise durch eine Simulationsrechnung oder durch messtechnische Bestimmung) die Größe der an der Vakuumschaltröhre 101 auftretenden Koppelkapazitäten CKxx und Erdkapazitäten CExx bekannt sind. Außer den auf der rechten Seite der 2 dargestellten Koppelkapazitäten CKxx und Erdkapazitäten CExx treten noch weitere (in der 2 nicht dargestellte) Koppelkapazitäten auf, z. B. eine Koppelkapazität CKAC zwischen den Punkten A und C oder eine Koppelkapazität CKBD zwischen den Punkten B und D. Die Koppelkapazitäten CKxx und Erdkapazitäten CExx beeinflussen die Größe der Gesamtkapazitäten CAB, CBC, CCD und CDE. Unter Gesamtkapazität CAB ist hierbei die insgesamt auftretende Kapa zität zwischen den Punkten A und B zu verstehen, unter Gesamtkapazität CBC die insgesamt auftretende Kapazität zwischen den Punkten B und C, unter Gesamtkapazität CCD die insgesamt auftretende Kapazität zwischen den Punkten C und D und unter Gesamtkapazität CDE die insgesamt auftretende Kapazität zwischen den Punkten D und E.This presupposes that (for example, by a simulation calculation or by metrological determination) the size of the at the vacuum interrupter 101 occurring coupling capacitances CKxx and earth capacitances CExx are known. Except the one on the right side of the 2 shown coupling capacities CKxx and earth capacitances CExx occur even more (in the 2 not shown) coupling capacitances, z. For example, a coupling capacitance CKAC between points A and C or a coupling capacitance CKBD between points B and D. The coupling capacitances CKxx and ground capacitances CExx influence the size of the total capacitances CAB, CBC, CCD and CDE. Total capacitance CAB is the total capacitance between points A and B, total capacity CBC is the total capacitance between points B and C, total capacity CCD is total capacitance between points C and D and total capacity is CDE the total occurring capacity between points D and E.

Im Ausführungsbeispiel sind die erste Schirmkapazität CS1, die zweite Schirmkapazität CS2, die dritte Schirmkapazität CS3 und die vierte Schirmkapazität CS4 so gewählt, dass die Größe der Gesamtkapazitäten CAB, CBC, CCD und CDE gleich ist.In the exemplary embodiment, the first screen capacity CS1, the second screen capacity CS2, the third screen capacitance CS3 and the fourth screen capacitance CS4 are selected so that the size of the total capacitances CAB, CBC, CCD and CDE is equal.

Aufgrund der Gesamtkapazitäten CAB, CBC, CCD und CDE entsteht ein kapazitiver Spannungsteiler, welcher die Potentialdifferenz zwischen einem Festkontakt 102 und einem Bewegkontakt 103 in vier Teile aufteilt. Im Ausführungsbeispiel wird die zwischen dem Festkontakt 102 und dem Bewegkontakt 103 auftretende Gesamtpotentialdifferenz in vier gleichgroße Teile aufgeteilt. In diesem Ausführungsbeispiel wird folglich bei einer Gesamtpotentialdifferenz von 3000 V das Potential des zweiten Dampfschirms 128 auf 2250 V eingestellt, das Potential des dritten Dampfschirms 129 wird auf 1500 V und das Potential des vierten Dampfschirms 130 auf 750 V eingestellt. Es wird also eine gleichmäßige Potentialaufteilung über den vier Gehäuseteilen 117, 118, 119 und 120 erreicht.Due to the total capacitances CAB, CBC, CCD and CDE, a capacitive voltage divider is created which represents the potential difference between a fixed contact 102 and a moving contact 103 divided into four parts. In the embodiment, the between the fixed contact 102 and the moving contact 103 total potential difference occurring divided into four equal parts. Thus, in this embodiment, with a total potential difference of 3000 V, the potential of the second vapor shield becomes 128 set to 2250 V, the potential of the third steam screen 129 gets to 1500 V and the potential of the fourth steam screen 130 set to 750V. So there is a uniform potential distribution over the four housing parts 117 . 118 . 119 and 120 reached.

Die beschriebenen Vakuumschalter können mit Vorteil insbesondere für Spannungen größer als 1 kV angewendet werden.The described vacuum switch can with Advantage in particular for Voltages greater than 1 kV be applied.

Es wurden Vakuumschalter beschrieben, bei denen das elektrische Potential von Dampfschirmen in weiten Grenzen beliebig eingestellt werden kann. Dadurch lässt sich zum einen vorteilhafterweise eine Wiederzündung des Vakuumschalters vermeiden, zum anderen werden die Isoliermaterialien des Vakuumschalters, insb. Teile des Vakuumschaltergehäuses, auch bei Beanspruchung des Schalters im geöffneten Zustand mit Blitzstoßspannung oder anderen Spannungsbeaufschlagungen gleichmäßig spannungsbelastet.It Vacuum switches have been described in which the electrical potential be adjusted as desired by steam screens within wide limits can. By doing so leaves on the one hand advantageously avoid re-ignition of the vacuum switch, for others are the insulating materials of the vacuum switch, esp. Parts of the vacuum switch housing, even when the switch is in the open state with lightning impulse voltage or other Spannungsbeaufschlagungen uniformly stressed voltage.

Claims

Vacuum switch ( 1 ) with a fixed contact ( 2 ), a moving contact ( 3 ), a switch housing ( 13 ) and at least one steam screen ( 29 ) for the protection of inner surfaces of the switch housing from deposits of metal vapor arising during switching operations, in which the vapor shield consisting of electrically conductive material ( 29 ) is designed so that between the steam shield ( 29 ) and other electrically conductive parts ( 27 . 31 ) of the vacuum switch electrical capacitors (CS1, CS2) form a capacitive voltage divider, the electric potential of the vapor shield ( 29 ) so that this electrical potential is the average between the electrical potential of the fixed contact ( 2 ) and the electrical potential of the moving contact ( 3 ), wherein the size of the electrical capacitance (CS1) between the vapor shield ( 29 ) and a second steam screen ( 27 ) electrically connected to the fixed contact ( 2 ), and the size of the electrical capacitance (CS2) between the vapor shield ( 29 ) and a third steam screen ( 31 ) electrically connected to the moving contact ( 3 ), are chosen so that even with an additional on the steam screen ( 29 ) coupling capacitance (CKAB) and earth capacitance (CEBC), whose sizes are known, the size of the total between the vapor shield ( 29 ) and the fixed contact ( 2 ) occurring electrical capacitance (CAB) equal to the size of the total between the vapor shield ( 29 ) and the moving contact ( 3 ) occurring electrical capacitance (CBC), and wherein the size of the electrical capacitance (CS1) between the vapor shield ( 29 ) and the second steam screen ( 27 ) and the size of the electrical capacitance (CS2) between the vapor shield ( 29 ) and the third steam screen ( 31 ) are determined by means of design and spatial arrangement of the vapor screens ( 27 . 29 . 31 ) within the vacuum switch.

Vacuum switch according to claim 1, characterized in that the switch housing ( 13 ) of at least two parts ( 17 . 19 ), and the voltage divider the electric potential of the vapor shield ( 29 ) so that along the surface of the parts equal distance-related potential differences occur.