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Die Erfindung betrifft eine Leistungsschalteinheit nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Anspruch 12.
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Bei Leistungsschaltern handelt es sich um elektrische Schalter, die insbesondere zum Unterbrechen eines Stromflusses vorgesehen sind. Besonders im Fall von Überlastströmen oder Kurzschlussströmen sollen sie eine Beschädigung einer nachgeordneten Anlage verhindern und kommen unter anderem in Schaltanlagen auf der Mittelspannungsebene oder der Hochspannungsebene zum Einsatz.
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Eine Leistungsschalteinheit eines solchen Leistungsschalters, z. B. in der Form einer Vakuumschaltröhre, weist dabei üblicherweise eine Schaltkammer auf, in der zwei Kontaktelemente bzw. -stücke derart angeordnet sind, dass sie leitend miteinander in Kontakt gebracht und wieder voneinander getrennt werden können. Bei der Schaltkammer handelt es sich üblicherweise um ein abgeschlossenes, gegenüber der Umgebung abgedichtetes Volumen, das gerade bei Anwendungen im Mittelspannungs- oder Hochspannungsbereich mit zusätzlichen Keramikisolatoren ummantelt ist.
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Da es bei einem Unterbrechen des Stromflusses kurzzeitig zu einem Spannungsüberschlag und damit zu einem Lichtbogen kommen kann, der ggf. nicht nur die Kontaktelemente, sondern auch weitere Komponenten des Leistungsschalters beschädigen und damit dessen Lebensdauer reduzieren kann, ist man in der Praxis bestrebt, bei Schaltvorgängen entstehende Lichtbögen zu löschen oder gänzlich zu vermeiden.
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In diesem Zusammenhang ist es bekannt, in der Schaltkammer beispielsweise ein Isolier- oder Schutzgas wie Schwefelhexafluorid (SF6) vorzusehen oder die Schaltkammer vollständig zu evakuieren, so dass hierin ein Vakuum vorliegt. Im Falle der Verwendung von Isoliergasen (Schutzgasen) kommt es aufgrund der gegenüber Luft höheren elektrischen Festigkeit bzw. Durchschlagsfestigkeit nicht so schnell wie bei Luft zu einer Ionisierung des Fluids und damit zu einem Lichtbogen. Ein entstehender Lichtbogen erlischt schneller. Bei dem Vorsehen eines Vakuums in einer Leistungsschalteinheit soll demgegenüber von vornherein eine Ionisierung und damit das Entstehen eines Lichtbogens vermieden werden. Derartige Leistungsschalteinheiten werden üblicherweise auch als Vakuumschalter sowie aufgrund ihrer Bauform auch als Vakuumschaltröhren bezeichnet.
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Die
DE 102 97 63 B4 beschreibt beispielsweise eine solche Vakuumschaltröhre.
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Als besonderer Vorteil von Leistungsschalteinheiten mit einer mit einem Isoliergas gefüllten Schaltkammer oder mit einer evakuierten Schaltkammer wird in der Praxis zunehmend gesehen, dass diese weitestgehend wartungsfrei sind. In jüngster Zeit wird zudem bei Vakuumschaltern vermehrt vorgesehen, die Schaltkammern so herzustellen und abzudichten, dass ein Vakuum über Jahrzehnte, insbesondere über die gesamte Lebensdauer der Leistungsschalteinheit gewährleistet sein soll.
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Die einwandfreie Funktionsweise derartiger Leistungsschalteinheiten hängt jedoch maßgeblich von dem Vorliegen einer ausreichenden Menge an Isoliergas bzw. von der Qualität des Vakuums in der Schaltkammer ab. Insbesondere bei Hochspannungsanlagen muss zu jeder Zeit die Betriebsfähigkeit der Schaltmittel gegeben und vorzugsweise auch bekannt sein, um größere Ausfälle des Verbundnetzes aufgrund von defekten Schaltern zu vermeiden. In der Praxis gestaltet es sich jedoch oftmals schwierig, die Schaltkammer direkt zu überwachen, da insbesondere die zur Spannungsversorgung oder Signalweiterleitung benötigten Leitungen für einen Sensor zur Feldstörungen führen können, die die Funktion des Leistungsschalters beeinträchtigen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgemäß, eine Leistungsschalteinheit, insbesondere einen Vakuumschalter, bereitzustellen, dessen Betriebsfähigkeit kostengünstig und effizient überwacht werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit einer Leistungsschalteinheit des Anspruchs 1 gelöst.
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Eine solche Leistungsschalteinheit weist ein Kontrollvolumen in einem aus der Schaltkammer herausgeführtes Bauteil auf, wobei das Kontrollvolumen mit der Schaltkammer derart in Fluidverbindung steht, dass in dem Kontrollvolumen derselbe Druck herrscht wie in der Schaltkammer.
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Auf diese Weise kann durch eine Überwachung des Drucks innerhalb des Kontrollvolumens auf den in der Schaltkammer herrschenden Druck geschlossen werden und insbesondere eine Veränderung dieses Drucks festgestellt werden. Dabei ist eine Druckveränderung innerhalb der Schaltkammer ein Indiz dafür, dass beispielsweise Isoliergas aus der Schaltkammer ausgetreten ist oder (kein ausreichendes) Vakuum in der Schaltkammer herrscht.
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Hierbei ist zu beachten, dass die Anbringung eines Sensors direkt an oder in der Schaltkammer einer Leistungsschalteinheit regelmäßig nicht möglich ist, da ein solcher Sensor grundsätzlich Anschlussdrähte für die Versorgungs- und/oder Signalenergie innerhalb des Spannungspotentials benötigt. Insbesondere bei Hochspannungsschaltern verändern sich hierdurch jedoch die dielektrischen Eigenschaften derart, dass die Funktion der Leistungsschalteinheit beeinträchtigt oder sogar unterbunden wird. Mit der Überwachung eines aus dem Inneren der Schaltkammer herausgeführten Kontrollvolumens, in dem derselbe Druck herrscht wie in der Schaltkammer, lässt sich dieses Problem vermeiden. Eine Veränderung des Drucks innerhalb der Schaltkammer kann somit beispielsweise über das Kontrollvolumen direkt in einen potentialfreien Raum übertragen werden, so dass ein Druck innerhalb der Schaltkammer ohne Beeinträchtigung der Funktion der Leistungsschalteinheit überwacht werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante handelt es sich bei der Leistungsschalteinheit um einen Teil eines Vakuumschalters, der eine evakuierte Vakuumschaltkammer aufweist. Das Kontrollvolumen steht demgemäß derart mit der Vakuumschaltkammer in Fluidverbindung, dass in dem Kontrollvolumen bei störungsfreiem Betreib gleichfalls ein Vakuum herrscht. Wird in dem Kontrollvolumen ein Druckanstieg detektiert, kann folglich darauf geschlossen werden, dass Fluid in die Vakuumschaltkammer eingedrungen und damit ggf. ein sicheres Schalten mit dem Vakuumschalter nicht mehr möglich ist.
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Um das Kontrollvolumen besonders einfach an dem aus der Schaltkammer herausgeführten Bauteil vorsehen zu können, umfasst dieses bevorzugt einen längs erstreckten Kanal. Hierbei kann es sich insbesondere um eine Bohrung innerhalb des aus der Schaltkammer herausgeführten Bauteils handeln, die eine oder mehrere Öffnungen zu der Schaltkammer oder zu einem damit verbundenen Hohlraum aufweist.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ferner vorgesehen, dass das Kontrollvolumen in einem der Kontaktelemente vorgesehen ist. Es wird dementsprechend kein zusätzliches Bauteil im Vergleich zu bisher üblichen Leistungsschaltern oder Leistungsschalteinheiten für das Vorsehen eines Kontrollvolumens notwendig. Vielmehr ist das Kontrollvolumen, z. B. in Form eines längs erstreckten Kanals, in oder an einem der beiden Kontaktelemente vorgesehen, die zum Schalten des Stromflusses miteinander in Kontakt gebracht und (wieder) voneinander getrennt werden können.
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In einer Weiterbildung ist das Kontrollvolumen gerade in demjenigen Kontaktelement vorgesehen, das in der Schaltkammer bewegbar gelagert ist, um es mit dem anderen Kontaktelement elektrisch leitend in Kontakt zu bringen und/oder von dem anderen Kontaktelement zu trennen. So kann hierbei insbesondere vorgesehen sein, dass lediglich eines der beiden Kontaktelemente verlagerbar bzw. verstellbar ausgebildet ist, während das andere Kontaktelement ortsfest in der Schaltkammer der Leistungsschalteinheit fixiert ist.
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In einem Ausführungsbeispiel weist das aus der Schaltkammer herausgeführte Bauteil, z. B. das verlagerbare Kontaktelement, ein Anschlussstück auf, über das ein mit dem herausgeführten Bauteil verbundenes weiteres Bauteil mit dem Kontrollvolumen verbunden werden kann. Hierunter soll insbesondere ein Abschnitt des herausgeführten Bauteils verstanden werden, das dazu ausgebildet und vorgesehen ist, das bei der Verbindung mit dem weiteren Bauteil (automatisch) eine Kopplung des Kontrollvolumens mit einem weiteren, in dem zusätzlichen Bauteil vorgesehenen Volumen erfolgt. Bei bestimmungsgemäßer Verbindung des aus der Schaltkammer herausgeführten Bauteils und dem weiteren Bauteil wird demgemäß eine Fluidverbindung zwischen dem Kontrollvolumen und dem weiteren Volumen bereitgestellt, so dass das Volumen des weiteren Bauteils mit demselben Druck beaufschlagt werden kann, der in dem Kontrollvolumen (und in der Schaltkammer) herrscht.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem weiteren Bauteil um ein Verbindungselement, mittels dem das verlagerbare Kontrollelement mit einer Verstellvorrichtung zur Verlagerung des Kontaktelements gekoppelt wird.
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Hieran kann ferner eine Detektionseinrichtung vorgesehen sein, die eine Veränderung des Drucks in dem Kontrollvolumen direkt und/oder in dem mit dem Kontrollvolumen verbundenen Volumen des weiteren Bauteils detektieren kann, um damit auf eine Druckänderung in der Schaltkammer zu schließen. Mittels der Detektionseinrichtung ist somit insbesondere eine Überwachung des Vakuums in einer evakuierten Vakuumschaltkammer möglich, indem lediglich der Druck in dem Kontrollvolumen überwacht wird, das in dem aus der Schaltkammer herausgeführten Bauteil vorgesehen ist, ohne dass an der Vakuumschaltkammer selbst etwaige elektrische oder elektronische Sensoren vorgesehen werden müssten.
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In einem Ausführungsbeispiel liegt das aus der Schaltkammer herausgeführte Bauteil, das das Kontrollvolumen aufweist, auf Nullpotential. So kann beispielsweise ein verstellbar gelagertes (verlagerbares) Kontaktelement der Leistungsschalteinheit mit seinem aus der Schaltkammer hervorstehenden Ende – bei geeigneter Wahl der Werkstoffe – auf Nullpotential liegen. Hierfür könnte an dem Ende des Kontaktelements beispielsweise ein Abschnitt aus einem Verbundwerkstoff angeformt sein.
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Alternativ kann ein mit dem Bauteil, das das Kontrollvolumen aufweist, verbundenes Verbindungselement auf Nullpotential liegen. Ein solches Verbindungselement ist demgemäß insbesondere dazu ausgebildet, elektrisches Potential abzubauen und z. B. aus einem Verbundwerkstoff hergestellt. Regelmäßig ist ein solches Verbindungselement hierbei (lösbar) mit einem Kontaktelement und mit einer Verstellvorrichtung zur Verlagerung dieses Kontaktelements gekoppelt.
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Eine derartige Verstellvorrichtung kann insbesondere ein Schaltgestänge umfassen, das an einem aus der Schaltkammer herausgeführten Ende des Kontaktelements (z. B. über eine Muffe) fixiert und mit einem motorischen Antrieb der Verstellvorrichtung verbunden ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist ein Verbindungselement, das mit dem verlagerbaren Kontaktelement und einem Verstellantrieb gekoppelt ist, ein inneres Volumen auf, das mit dem Kontrollvolumen fluidtechnisch verbindbar ist. Derart kann auch das innere Volumen des Verbindungselements auf eine Druckänderung hin überwacht werden, um eine Veränderung des in der Schaltkammer herrschenden Drucks festzustellen. Bei einer solchen Ausführungsvariante steht somit z. B. das innere Volumen des Verbindungselements über ein in einem verlagerbaren Kontaktelement ausgebildetes Kontrollvolumen mit der Schaltkammer in Fluidverbindung, so dass eine Druckänderung innerhalb der Schaltkammer in dem außerhalb der Schaltkammer liegendem Verbindungselement detektierbar ist.
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Vorzugsweise weist das Kontrollvolumen wenigstens ein Ventil auf, mittels dem das Kontrollvolumen verschlossen werden kann oder sogar dauerhaft verschlossen ist. Ein solches Ventil ist dabei im Falle eines Vakuumschalters vorteilhaft vakuumfest ausgebildet und dient insbesondere als mögliche Kupplung an eine Detektionseinrichtung zur Überwachung des Vakuums in dem Kontrollvolumen und/oder an ein inneres Volumen eines Verbindungselements.
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Eine Detektionseinrichtung umfasst z. B. elektrische oder mechanische Sensoren, mittels denen eine Veränderung des Drucks in dem Kontrollvolumen und/oder in einem inneren Volumen des Verbindungselements festgestellt werden kann. Ein mechanischer Sensor kann beispielsweise eine Membran umfassen, die eine flexible Membranwandung aufweist und derart angeordnet ist, dass eine Druckänderung in dem Kontrollvolumen und/oder in dem inneren Volumen des Verbindungselements zu einer (detektierbaren) Lageänderung der flexiblen Membranwandung z. B. durch deren konvexe oder konkave Ausbeulung bzw. Wölbung führt.
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Erfindungsgemäß wird demgemäß auch eine Baugruppe aus einer Leistungsschalteinheit und einer Detektionseinrichtung bereitgestellt, bei der die Detektionseinrichtung dazu ausgebildet und vorgesehen ist, den Druck in einer Schaltkammer der Leistungsschalteinheit zu überwachen, indem (kontinuierlich und/oder diskret, d. h., zu bestimmten Zeitpunkten) der Druck in einem Kontrollvolumen erfasst wird, das in einem aus der Schaltkammer herausgeführten Bauteil der Leistungsschalteinheit vorgesehen ist.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist im Einklang mit den vorangegangenen Ausführungen ferner ein Verfahren zur Feststellung einer Veränderung des in einer Schaltkammer einer Leistungsschalteinheit herrschenden Drucks gemäß dem Anspruch 12.
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Bei einem derartigen Verfahren wird eine erfindungsgemäße Leistungsschalteinheit bereitgestellt, die ein Kontrollvolumen in einem aus der Schaltkammer herausgeführten Bauteil aufweist und deren Kontrollvolumen mit der Schaltkammer derart in Fluidverbindung steht, dass in dem Kontrollvolumen derselbe Druck herrscht wie in der Schaltkammer. Ferner wird der in dem Kontrollvolumen herrschende Druck genutzt, um hierüber auf eine Veränderung des Drucks in der Schaltkammer schließen zu können.
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Hierbei kann z. B. eine direkte Erfassung des Drucks in dem Kontrollvolumen oder zumindest eine Erfassung einer Druckänderung in dem Kontrollvolumen erfolgen.
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Alternativ oder ergänzend können z. B. der Druck und/oder eine Druckänderung in einem mit dem Kontrollvolumen fluidtechnisch verbindbaren oder verbundenen inneren Volumen eines Verbindungselements erfasst werden. So beeinflusst der Druck in dem Kontrollvolumen bei Bestehen einer Fluidverbindung mit dem inneren Volumen auch unmittelbar den Druck in dem inneren Volumen. Folglich kann auch hier der Druck in dem Kontrollvolumen genutzt werden, um eine Veränderung des Drucks in der Schaltkammer festzustellen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind überdies auch durch die Unteransprüche gegeben.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren deutlich werden.
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Im Folgenden zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines 3-poligen Leistungsschalters;
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2A–2B verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Leistungsschaltereinheit in Form eines (Teils eines) Vakuumschalters.
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Die 1 zeigt schematisch eine Anordnung A eines typischen Leistungsschalters mit drei Leistungsschalteinheiten in der Form dreier Schaltpole 1*, 1.1* und 1.2*, bei der die Schaltpole 1*, 1.1* und 1.2* zum Schalten von elektrischen Strömen im Mittelspannungs- und/oder Hochspannungsbereich ausgebildet sind.
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Die Schaltpole 1*, 1.1* und 1.2* sind jeweils an einer Tragstruktur T gehalten, die ferner noch einen (motorischen) Antrieb M und ein Schaltgestänge S einer Verstellvorrichtung trägt. Über den Antrieb M und das Schaltgestänge S sind jeweils zwei innerhalb eines Schaltpoles 1*, 1.1* oder 1.2* angeordnete Kontaktelemente elektrisch leitend miteinander in Kontakt bringbar bzw. wieder voneinander trennbar. Eine Trennung der beiden Kontaktelemente ist hierbei vor allem dann vorgesehen, um eine nachgeordnete Anlage vor Schäden durch Überlast oder Kurzschluss zu schützen. Hierfür arbeitet die Anordnung A mit den Schaltpolen 1*, 1.1* und 1.2* mit Einrichtungen eines Netzschutzes zusammen, über die eine Verlagerung eines oder beider Kontaktelemente innerhalb eines Schaltpoles 1*, 1.1*, 1.2* durch den Antrieb M gesteuert wird.
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Jeder Schaltpol 1*, 1.1*, 1.2* weist einen ersten (oberen) Teil 10 und einen sich daran in Richtung des Schaltgestänges anschließenden zweiten (unteren) Teil 11 auf. Der erste (obere) Teil 10 beherbergt eine Schaltkammer, in der die beiden Kontaktelemente miteinander in Kontakt bringbar bzw. wieder voneinander trennbar sind. Der andere, unter Teil 11 dient der Einhausung einer Schaltstange, die an ihrem einen Ende mit einem der beiden Kontaktelemente und an ihrem anderen Ende mit dem Schaltgestänge S verbunden ist. Die Schaltstange überträgt damit als Verbindungselement eine Verlagerungsbewegung des Schaltgestänges S an das eine Kontaktelement, um die beiden Kontaktelemente miteinander zu verbinden oder voneinander zu trennen.
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Problematisch bei derartigen Leistungsschaltern ist grundsätzlich, dass ein die Kontaktelemente beschädigender Lichtbogen auftreten kann, wenn der Abstand der beiden Kontaktelemente voneinander während eines Trennvorgangs zur Isolation noch nicht ausreicht. So wird ein zwischen den beiden Kontaktelementen befindliches Fluid innerhalb der Schaltkammer bei entsprechend hoher Spannungsdifferenz durch einen Überschlag ionisiert, wodurch sich ein Lichtbogen bildet. Um einen solchen Lichtbogen zu löschen oder sogar gänzlich zu vermeiden, ist es bekannt, eine Schaltkammer eines Schaltpoles 1*, 1.1*, 1.2* als dichtend abgeschlossenes Volumen auszubilden und mit einem Fluid höherer elektrischer Festigkeit als Luft, z. B. mit Schwefelhexafluorid-Gas (SF6), zu füllen oder eine evakuierte Vakuumschaltkammer vorzusehen.
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Hierbei gestaltet sich jedoch die Überwachung des Füllstandes der Schaltkammer mit dem als Isolier- oder Schutzgas bezeichneten Fluid oder des Bestehens des Vakuums vergleichsweise schwierig, da ein unmittelbar an der Schaltkammer angebrachter elektrischer oder elektronischer Sensor die Funktion des Schaltpoles 1*, 1.1*, 1.2* beeinträchtigen würde. Zwar werden neuerdings Leistungsschalter angeboten, bei denen z. B. ein Vakuum innerhalb der Schaltkammer über die gesamte Lebensdauer des Leistungsschalters gewährleistet sein soll. Da insbesondere bei Hochspannungsanlagen jedoch zu jeder Zeit die Betriebsfähigkeit der Schaltmittel gegeben und vorzugsweise auch bekannt sein muss, um größere Ausfälle des Verbundnetzes aufgrund von defekten Schaltern zu vermeiden, ist es unter Umständen gewünscht, die Betriebsfähigkeit des jeweiligen Schaltpoles 1*, 1.1*, 1.2* überwachen zu können.
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Eine Lösung für dieses Problem stellt eine erfindungsgemäße Leistungsschalteinheit dar, bei dem ein Kontrollvolumen in einem aus der Schaltkammer herausgeführten Bauteil vorgesehen ist und das Kontrollvolumen derart mit der Schaltkammer in Fluidverbindung steht, dass in dem Kontrollvolumen derselbe Druck herrscht wie in der Schaltkammer. Auf diese Weise kann außerhalb der Schaltkammer und damit ohne Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit der Leistungsschalteinheit sowie des sie aufweisenden Leistungsschalters festgestellt werden, ob sich ein Druck innerhalb der Schaltkammer verändert oder verändert hat.
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Ein Ausführungsbeispiel für eine solche Leistungsschalteinheit bzw. einen solchen Pol eines Leistungsschalters zeigen die 2A und 2B. Dabei zeigt die 2A eine Leistungsschalteinheit 1 in einer Schnittdarstellung und die 2B eine Draufsicht, in der eine Schnittlinie L-L für die Schnittdarstellung der 2A ersichtlich ist.
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Die Leistungsschalteinheit 1 der 2A und 2B ist bevorzugt als Vakuumschaltröhre zum Einsatz im Hochspannungsbereich ausgebildet. Hierin ist eine (Vakuum-)Schaltkammer K vorgesehen, in der zwei stangenartig ausgebildete Kontaktelemente 2, 3 elektrisch leitend miteinander in Kontakt bringbar und wieder voneinander trennbar sind. Die nach außen dichtend verschlossene Schaltkammer K ist in einer Schaltkammereinhausung 12 untergebracht. Diese Schaltkammereinhausung 12 besteht zum einen aus einer die Schaltkammer K dichtend umgebenden Abschirmung 121, die die Innenwände der Schaltkammer K bildet, und zum anderen aus einem die Abschirmung 121 zylinderförmig vollständig umgebenden (Keramik-)Isolator 120.
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Die Schaltkammereinhausung 12 bildet zusammen mit einer im Wesentlichen hohlzylindrischen Abdeckung 13 ein Gehäuse der Leistungsschalteinheit 1. Die Abdeckung 13 schließt sich entlang einer Längserstreckungsrichtung der Leistungsschalteinheit 1 bzw. eines Kontaktelements 3 an die Schaltkammereinhausung 12 an. Ferner ist in der Abdeckung 12 ein aus der Schaltkammer K herausgeführter Abschnitt des einen Kontaktelements 3 (zylindrischer Schaft 31) aufgenommen.
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Die beiden Kontaktelemente 2 und 3 weisen in die Schaltkammer K ragende Enden mit abgeflachten Stirnseiten 20 bzw. 30 auf. Die beiden Kontaktelemente 2 und 3 sind koaxial angeordnet, so dass sich die Stirnseiten 20, 30 einander (fluchtend) gegenüberliegen. Über die beiden Stirnseiten 20, 30 können die beiden Kontaktelemente 2, 3 miteinander in Kontakt gebracht werden, so dass Strom über beide Kontaktelemente 2, 3 fließt. Für eine Unterbrechung des Stromflusses wird das eine stangenförmige Kontaktelement 3 gegenüber dem anderen Kontaktelement 2 translatorisch verlagert, so dass die beiden Kontaktelemente 2, 3 nicht mehr miteinander in Kontakt stehen und der sich zwischen den beiden Stirnseiten 20, 30 einstellende Abstand isolierend wirkt.
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Die Verlagerung des einen Kontaktelements 3 wird dabei über ein Schaltgestänge (z. B. ein Schaltgestänge S entsprechend der 1) erreicht, das über ein Verbindungselement SV mit dem einen verlagerbaren Kontaktelement 3 in Verbindung steht.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Verbindungselement SV aus zwei Teilen, einer Muffe SVA und einem Bolzen SVB, zusammengesetzt. Die Muffe SVA und der Bolzen SVB sind vorzugsweise einstückig miteinander ausgeformt, wobei die Muffe SVA zur Fixierung des Verbindungselements SV an dem aus der Schaltkammer K herausgeführten Kontaktelement 3 vorgesehen ist. So weist das Kontaktelement 3 einen zylindrischen Schaft 31 auf, auf den die Muffe SVA aufgeschraubt ist.
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Der aus der Schaltkammer K herausgeführte Schaft 31 des Kontaktelements 4 ist von einem radial umlaufenden (Metall-)Balg 4 umgeben. Dieser Balg 4 ruht wiederum innerhalb der im Wesentlichen hohlzylindrischen Abdeckung 13, die sich entlang einer axialen Erstreckungsrichtung der Leistungsschalteinheit 1 an die Schaltkammereinhausung 12 in Richtung des Schaltgestänges anschließt.
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Ein Ende des Balgs 4 ist an einer Durchgangsöffnung festgelegt, aus der der Schaft 31 des Kontaktelements 3 aus der Schaltkammer K herausgeführt ist. Das Ende des Balgs 4 dient dabei insbesondere dem Abdichten der Durchgangsöffnung und damit der Schaltkammer K gegenüber der Umgebung. Der Balg 4 ist dabei vorzugsweise bei der Herstellung des Gehäuses (12, 13) der Leistungsschalteinheit 1 im Bereich der Durchgangsöffnung miteingebacken worden. Das weitere Ende des Balgs 4, das der Durchgangsöffnung für den Schaft 31 gegenüberliegt, bildet eine vergleichsweise große Öffnung ist zur Umgebung hin aus, so dass der Schaft 31 zwar schützend von dem Balg 4 umgeben, aber ohne Weiteres für die Verbindung mit dem Verbindungselement SV zugänglich ist.
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Durch die Abdeckung 13 und den in ihr ruhenden Balg 4 wird ferner ein gegenüber der Umgebung dichtend abgeschlossener Hohlraum H definiert. Dieser Hohlraum H steht mit der Schaltkammer K über einen Verbindungsbereich VB in direkter Fluidverbindung. In dem Hohlraum H liegt dementsprechend gleichfalls ein Vakuum vor, wenn der Leistungsschalter bzw. die zugehörige Leistungsschalteinheit 1 vollkommen funktionstüchtig ist und kein Leck den Eintritt von Fluid in sein Inneres gestattet.
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Zur Überwachung des Vakuums in der Schaltkammer K ist nunmehr ein Kontrollvolumen 5 in Form eines längserstreckten Kanals innerhalb des Kontaktelements 3 vorgesehen. Des Kontrollvolumen 5 umfasst vorliegend einen zentral innerhalb des zylindrischen Schafts 31 des Kontaktelements 3 verlaufenden Mittelabschnitt 51 sowie einen hierzu im Wesentlichen senkrecht, radial nach außen verlaufenden Abschnitt, der in eine Verbindungsöffnung 50 an der Mantelfläche des Schaftes 31 mündet. Die Verbindungsöffnung 50 ist beabstandet zu der Stirnseite 30 des Kontaktelements 3 angeordnet und stellt eine Fluidverbindung zu der Schaltkammer K und dem Hohlraum H her, so dass in dem Kontrollvolumen 5 derselbe Druck herrscht, wie in der Schaltkammer K und dem Hohlraum H.
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Zwar kann ein mit der Schaltkammer K in Fluidverbindung stehendes Kontrollvolumen auch an oder in einem zusätzlichen (von einem Kontaktelement 2, 3 verschiedenen), aus der Schaltkammer K herausgeführten Bauteil vorgesehen sein. Die vorliegende Ausführungsform der 2A und 2B hat jedoch den Vorteil, dass ein konstruktiv ohnehin bereits notwendiges Bauteil, hier das Kontaktelement 3, genutzt wird.
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Das Kontrollvolumen 5 endet an einem der Verbindungsöffnung 50 gegenüberliegenden Ende in einem Anschlussstück mit einer Anschlussöffnung 52, das von einer Stirnfläche 130 der Abdeckung 13 aus dem Balg 4 hervorsteht. An diesem Anschlussstück erfolgt die Verbindung mit dem Verbindungselement SV – hier über eine Schraubverbindung mittels der Muffe SVA des Verbindungselements SV.
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Im Bereich der Anschlussöffnung 52 kann insbesondere ein Ventil vorgesehen sein, um das Kontrollvolumen 5 nach außen hin dichtend zu verschließen.
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Alternativ oder ergänzend kann im Bereich der Anschlussöffnung 52 ein (elektrischer oder mechanischer) Sensor angeordnet sein, über den eine Veränderung des Drucks innerhalb des Kontrollvolumens 5 detektierbar ist.
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In dem vorliegendes Ausführungsbeispiel ist ferner ein zweiteiliger Verbindungskanal 6.1, 6.2 zentral innerhalb des als Verbindungsstange ausgebildeten Verbindungselements SV vorgesehen, so dass sich der in der Muffe SVA vorgesehene Teil 6.1 des Verbindungskanals an die Anschlussöffnung 52 des Kontrollvolumens 5 anschließt und demgemäß Teile einer den Sensor an der Anschlussöffnung 52 einschließenden Detektionseinrichtung in den Verbindungskanal 6.1, 6.2 des Verbindungselements SV untergebracht werden können.
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Ferner kann selbstverständlich der Verbindungskanal 6.1, 6.2, als abgedichtetes (inneres) Volumen des Verbindungselements SV, auch unmittelbar zur Detektion einer Druckveränderung innerhalb des Kontrollvolumens 5 genutzt werden, sofern dieser im Bereich des Anschlussstücks mit der Anschlussöffnung 52 mit dem Kontrollvolumen 5 unmittelbar fluidtechnisch verbunden ist.
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Durch Herausführen des Kontrollvolumens 5 aus dem Inneren der Vakuumschaltröhre bzw. der Leistungsschalteinheit 1 im Bereich der dem Schaltgestänge zugewandten Stirnfläche 130 der Abdeckung 13 kann eine Überwachung des Vakuums in der Schaltkammer K ohne Beeinträchtigung der dielektrischen Eigenschaften an der Schaltkammer K erfolgen. Durch Kopplung des Kontrollvolumens 5 mit dem evakuierten, gasdichten Verbindungskanal 6.1, 6.2 in dem als Schaltstange ausgebildeten Verbindungselement SV ist ferner gewährleistet, dass eine Veränderung des Drucks innerhalb der Schaltkammer K direkt in den potentialfreien Raum auf einer Antriebsseite des Verbindungselements SV übertragen wird. Dabei wird als Antriebsseite diejenige Seite bezeichnet, an der eine Verstellvorrichtung (z. B. mit einem Schaltgestänge S und einem motorischen Antrieb M) an dem Verbindungselement SV angreift.
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Das üblicherweise aus einem Verbundwerkstoff hergestellte Verbindungselement SV dient somit im vorliegenden Fall nicht nur dem Abbau elektrischen Potentials, so dass es auf seiner Antriebseite auf Nullpotential liegt, sondern weist in seinem Inneren auch ein mit dem Kontrollvolumen 5 gekoppeltes Volumen in seinem Inneren auf, über das eine Veränderung des Drucks innerhalb der Schaltkammer K anhand einer Überwachung des Drucks in dem Volumen des Verbindungselements SV detektiert werden kann.
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Der dieses innere Volumen des Verbindungselements SV bildende Verbindungskanal 6.1, 6.2 ist daher im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Vakuumschaltröhre bzw. Vakuumschalters als Beispiel für die Leistungsschalteinheit 1 evakuiert und gasdicht ausgebildet.
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Zur Überwachung des Drucks innerhalb des Kontrollvolumens 5 bzw. innerhalb des Verbindungskanals 6.1, 6.2 kann eine geeignete Detektionseinrichtung auf der Antriebsseite des (evakuierten) Verbindungselements SV angeordnet sein, die beispielsweise einen üblichen Drucksensor umfasst. Ein solcher Drucksensor kann dementsprechend in dem potentialfreien Raum auf der Antriebsseite durch konventionelle Anschlussdrähte angeschlossen werden, ohne dass die dielektrischen Eigenschaften der Leistungsschalteinheit 1 beeinträchtigt würden.
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Eine Überwachung des Drucks bzw. der Aufrechterhaltung des Vakuums innerhalb der Schaltkammer K kann hierbei wahlweise unmittelbar an der Anschlussöffnung 52 des Kontrollvolumens 5 und/oder über den (zuvor gegebenenfalls evakuierten) Verbindungskanal 6.1, 6.2 erfolgen.
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Entgegen dem in den 2A und 2B dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem eine Leistungsschalterbaugruppe ein mit dem verlagerbaren Kontaktelement 3 lösbar verbundenes Verbindungselement SV aufweist, kann es in einer alternativen Ausführungsvariante grundsätzlich auch denkbar sein, dass das Verbindungselement SV (zumindest teilweise) bereits an dem Kontaktelement 3 angeformt ist.
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Entgegen der dargestellten axialen Herausführung des Kontrollvolumens 5 entlang oder parallel zu einer Verstellachse des verlagerbaren Kontaktelements 3 kann zwar grundsätzlich auch vorgesehen sein, ein Kontrollvolumen radial, d. h. im Wesentlichen quer zu dieser Verstellachse, über ein zusätzliches Bauteil im Bereich der Abschirmung 121 herauszuführen. Hierbei müssten jedoch erfahrungsgemäß Feldstörungen in Kauf genommen werden, wodurch die Funktion eines Leistungsschalters gestört werden könnte. Dementsprechend wird die dargestellte Ausführungsvariante bevorzugt. Hierbei erstreckt sich das Kontrollvolumen 5 von dem Bereich der Schaltkammer K, in dem die Stirnseiten 20, 30 der beiden Kontaktelemente 2, 3 miteinander in Kontakt gebracht werden können, weg und innerhalb dieses Kontaktelements 3. Ferner befindet sich eine Verbindungsöffnung 50 für die Fluidverbindung des Kontrollvolumens 5 mit der Schaltkammer K beabstandet zu der Stirnseite 30 und unterhalb der Stirnseite 30 an dem Schaft 31 des Kontaktelements 3.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1*, 1.1*, 1.2*
- Schaltpol (Leistungsschalteinheit)
- 10
- (oberer) Teil
- 11
- (unterer) Teil
- 12
- Schaltkammereinhausung
- 120
- Isolator
- 121
- Abschirmung
- 13
- Abdeckung
- 130
- Stirnfläche
- 2
- (erstes) Kontaktelement
- 20
- Stirnseite
- 3
- (zweites) Kontaktelement
- 30
- Stirnseite
- 31
- Schaft
- 4
- Balg
- 5
- Kontrollvolumen
- 50
- Verbindungsöffnung
- 51
- Mittelabschnitt
- 52
- Anschlussöffnung
- 6.1, 6.2
- Verbindungskanal
- A
- Anordnung
- H
- Hohlraum
- K
- Schaltkammer
- M
- Antrieb
- S
- Schaltgestänge
- SV
- Verbindungselement
- SVA
- Muffe
- SVB
- Bolzen
- T
- Tragstruktur
- VB
- Verbindungsbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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