DE102016218316A1

DE102016218316A1 - Vakuumschalter

Info

Publication number: DE102016218316A1
Application number: DE102016218316.8A
Authority: DE
Inventors: Lutz-Rüdiger Jänicke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2018-03-29
Also published as: CA3033945A1; ES2808339T3; HRP20201121T1; EP3491656A1; CA3033945C; US20190228935A1; US10748723B2; WO2018054677A1; CN109716475A; BR112019004931A2; EP3491656B1; CN109716475B; MX2019003132A; RU2707172C1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter (1), umfassend zwei voneinander beabstandete Sockel (3, 5), eine zwischen den Sockeln (3, 5) angeordnete und mit beiden Sockeln (3, 5) verbundene Vakuumröhre (7), ein in der Vakuumröhre (7) angeordnetes erstes Schaltelement (9), ein zweites Schaltelement (11), das zwischen einer ersten Schaltstellung, in der es in galvanischem Kontakt mit dem ersten Schaltelement (9) steht, und einer zweiten Schaltstellung, in der es von dem ersten Schaltelement (9) getrennt ist, bewegbar ist, und mehrere stabförmige Stützelemente (17), die jeweils einen mit einem ersten Sockel (3) verbundenen ersten Endabschnitt (49) und einen mit dem zweiten Sockel (5) verbundenen zweiten Endabschnitt (51) aufweisen, wobei die Sockel (3, 5) und Stützelemente (17) einen die Vakuumröhre (7) umgebenden und tragenden Stützkäfig bilden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter.
Insbesondere betrifft die Erfindung Vakuumschalter, die als Freiluftschalter ausgebildet sind. Ein Vakuumschalter weist eine Vakuumröhre auf, in denen Schaltelemente relativ zueinander bewegbar sind. Vakuumröhren weisen eine geringe mechanische Biegefestigkeit auf und müssen daher geeignet geschützt und gestützt werden, insbesondere wenn sie in Freiluftschaltern verwendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vakuumschalter anzugeben, der insbesondere hinsichtlich der Stützung der Vakuumröhre verbessert ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßer Vakuumschalter umfasst zwei voneinander beabstandete Sockel, eine zwischen den Sockeln angeordnete und mit beiden Sockeln verbundene Vakuumröhre, ein in der Vakuumröhre angeordnetes erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement, das zwischen einer ersten Schaltstellung, in der es in galvanischem Kontakt mit dem ersten Schaltelement steht, und einer zweiten Schaltstellung, in der es von dem ersten Schaltelement getrennt ist, bewegbar ist, und mehrere stabförmige Stützelemente, die jeweils einen mit einem ersten Sockel verbundenen ersten Endabschnitt und einen mit dem zweiten Sockel verbundenen zweiten Endabschnitt aufweisen, so dass die Sockel und Stützelemente einen die Vakuumröhre umgebenden und tragenden Stützkäfig bilden.
Die Erfindung sieht also vor, die Vakuumröhre durch einen Stützkäfig zu stützen, der aus den Sockeln und den Stützelementen gebildet wird. Der Stützkäfig schützt die Vakuumröhre vorteilhaft gegen mechanische Belastungen. Dadurch eignet sich ein erfindungsgemäßer Vakuumschalter insbesondere vorteilhaft als Freiluftschalter. Ein Einbau der Vakuumröhre in einen sie schützenden Hohlisolator wie bei vielen herkömmlichen Freiluft-Vakuumschaltern entfällt vorteilhaft.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass Stützelemente schräg zu einer Längsachse der Vakuumröhre verlaufen. Durch einen Verlauf von Stützelementen schräg zu der Längsachse der Vakuumröhre kann die mechanische Festigkeit des von den Stützelementen und Sockeln gebildeten Stützkäfigs vorteilhaft erhöht werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass Stützelemente sich überkreuzend angeordnet sind. Durch eine sich überkreuzende Anordnung von Stützelementen kann die mechanische Festigkeit des von den Stützelementen und Sockeln gebildeten Stützkäfigs ebenfalls vorteilhaft erhöht werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Stützelemente aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt sind. Dadurch wird vorteilhaft vermieden, dass die Stützelemente elektrische Spannungen oder Ströme zwischen den Sockeln übertragen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste Sockel starr mit dem ersten Schaltelement verbunden ist. Dadurch wirkt der erste Sockel vorteilhaft auch als Träger des ersten Schaltelements.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der zweite Sockel eine Sockelausnehmung aufweist, durch die das zweite Schaltelement aus einem von dem zweiten Sockel umgebenen Gasraum geführt ist und in die Vakuumröhre hineinragt.
Dadurch wirkt der zweite Sockel vorteilhaft auch als Führung des zweiten Schaltelements.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht einen in der Vakuumröhre angeordneten Faltenbalg vor. Ein erstes Faltenbalgende des Faltenbalgs ist an dem zweiten Schaltelement befestigt. Ein zweites Faltenbalgende des Faltenbalgs ist an einem an dem zweiten Sockel anliegenden Boden der Vakuumröhre befestigt und umschließt eine zu der Sockelausnehmung in dem zweiten Sockel korrespondierende Bodenausnehmung in dem Boden der Vakuumröhre. Der Faltenbalg dichtet das Innere der Vakuumröhre vorteilhaft gegen den Gasraum ab.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine zwischen dem Boden der Vakuumröhre und dem zweiten Sockel angeordnete Dichtung vor. Die Dichtung ist beispielsweise ein Dichtring, der in eine ringförmig um die Sockelausnehmung verlaufende Vertiefung in einer vakuumröhrenseitigen Sockeloberfläche des zweiten Sockels eingesetzt ist. Die Dichtung dichtet den Bereich zwischen dem Boden der Vakuumröhre und dem zweiten Sockel vorteilhaft gegen ein Austreten von Gas aus dem Gasraum ab.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Isoliermantel vor, der die Vakuumröhre und die beiden Sockel ummantelt. Der Isoliermantel schützt den Vakuumschalter vorteilhaft gegen Umwelteinflüsse, insbesondere bei einer Verwendung des Vakuumschalters als Freiluftschalter. Da die Vakuumröhre durch den von den Stützelementen und Sockeln gebildeten Stützkäfigs gestützt und geschützt wird, braucht der Isoliermantel keine die Vakuumröhre stützende und schützende Funktion auszuüben und kann daher vergleichsweise einfach ausgelegt und gestaltet werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Stützelemente durch den Isoliermantel verlaufen. Dadurch kann der Isoliermantel direkt an der Vakuumröhre anliegen, so dass kein zusätzliches Isoliergas im Bereich um die Vakuumröhre erforderlich ist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Isoliermantel zumindest überwiegend aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt ist. Dabei können dem elektrisch isolierenden Material des Isoliermantels resistiv wirkende Komponenten und/oder kapazitiv wirkende Komponenten beigefügt sein. Dies ermöglicht, das von dem Vakuumschalter erzeugte elektrische Feld durch Beifügung von resistiv wirkenden Komponenten und/oder kapazitiv wirkenden Komponenten zu dem elektrisch isolierenden Material des Isoliermantels in einem Bereich oder mehreren Bereichen des Isoliermantels zu beeinflussen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht wenigstens eine Steuerelektrode vor, die an einer Außenseite der Vakuumröhre oder eines Sockels angeordnet ist. Auch dadurch kann das von dem Vakuumschalter erzeugte elektrische Feld vorteilhaft beeinflusst werden.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit einer Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Schnittdarstellung eines Vakuumschalters 1.
Der Vakuumschalter 1 umfasst zwei voneinander beabstandete Sockel 3, 5, eine Vakuumröhre 7, zwei Schaltelemente 9, 11, zwei Befestigungsflansche 13, 15, mehrere stabförmige Stützelemente 17, einen Faltenbalg 19, eine Dichtung 21, einen Isoliermantel 23 und mehrere Steuerelektroden 25.
Die Vakuumröhre 7 ist zwischen den Sockeln 3, 5 angeordnet und mit beiden Sockeln 3, 5 verbunden.
Jeder Sockel 3, 5 ist im Wesentlichen als ein Hohlzylinder ausgebildet, dessen Zylinderachse mit einer Längsachse 26 des Vakuumschalters 1 zusammenfällt und dessen von der Vakuumröhre 7 abgewandtes Ende offen ist und einen nach außen abstehenen ringförmigen Sockelflansch 27, 29 aufweist.
Das der Vakuumröhre 7 zugewandte Ende eines ersten Sockels 3 ist verschlossen ausgebildet. An diesem Ende ist vakuumröhrenseitig ein erstes Schaltelement 9 angeordnet, das entlang der Längsachse 26 in der Vakuumröhre 7 verläuft.
Der zweite Sockel 5 umgibt einen Gasraum 31. Das der Vakuumröhre 7 zugewandte Ende des zweiten Sockels 5 weist eine Sockelausnehmung 33 auf, durch die ein zweites Schaltelement 11 geführt ist und aus dem Gasraum 31 in die Vakuumröhre 7 hineinragt.
Das zweite Schaltelement 11 verläuft entlang der Längsachse 26 und ist zwischen einer ersten Schaltstellung, in der es in galvanischem Kontakt mit dem ersten Schaltelement 9 steht, und einer zweiten Schaltstellung, in der es von dem ersten Schaltelement 9 getrennt ist, bewegbar. Die beiden Schaltelemente 9, 11 weisen einander zugewandte stempelartige Kontaktbereiche 35, 37 auf, die in der ersten Schaltstellung aneinander anliegen. Die Vakuumröhre 7 ist im Bereich der Kontaktbereiche 35, 37 breiter ausgeführt als in den an die Sockel 3, 5 angrenzenden Bereichen.
Die Vakuumröhre 7 weist einen an dem zweiten Sockel 5 anliegenden Boden 39 auf, der eine zu der Sockelausnehmung 33 in dem zweiten Sockel 5 korrespondierende Bodenausnehmung 41 aufweist. Der Faltenbalg 19 ist in der Vakuumröhre 7 angeordnet. Ein erstes Faltenbalgende 43 des Faltenbalgs 19 ist an dem zweiten Schaltelement 11 befestigt. Ein dem ersten Faltenbalgende 43 gegenüber liegendes zweites Faltenbalgende 45 ist an dem Boden 39 der Vakuumröhre 7 befestigt und umgibt die Bodenausnehmung 41 in dem Boden 39. Der Faltenbalg 19 verschließt das Innere der Vakuumröhre 7 gegen den Gasraum 31.
Die Dichtung 21 ist zwischen dem Boden 39 der Vakuumröhre 7 und dem zweiten Sockel 5 angeordnet und dichtet den Bereich zwischen dem Boden 39 der Vakuumröhre 7 und dem zweiten Sockel 5 gegen ein Austreten von Gas aus dem Gasraum 31 ab. Die Dichtung 21 als ein Dichtring ausgebildet, der in eine ringförmig um die Sockelausnehmung 33 verlaufende Vertiefung 46 in einer vakuumröhrenseitigen Sockeloberfläche des zweiten Sockels 5 eingesetzt ist.
Ein erster Befestigungsflansch 13 ist an dem Sockelflansch 27 des ersten Sockels 3 angeordnet. Der zweite Befestigungsflansch 15 ist an dem Sockelflansch 29 des zweiten Sockels 5 angeordnet. Über die Befestigungsflansche 13, 15 kann der Vakuumschalter 1 mit anderen Bauteilen verbunden werden.
Der Isoliermantel 23 ummantelt die Vakuumröhre 7 und die Sockel 3, 5. Der Isoliermantel 23 weist schirmartig nach außen abstehende Lamellen 47 auf, die beispielsweise ringförmig um die Längsachse 26 verlaufen. Der Isoliermantel 23 ist zumindest überwiegend aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus einem Silikon, gefertigt. Dem elektrisch isolierenden Material können in einem oder mehreren Bereichen des Isoliermantels 23 resistiv wirkende Komponenten und/oder kapazitiv wirkende Komponenten beigefügt sein, um ein elektrisches Feld des Vakuumschalters 1 zu beeinflussen. Als eine resistiv wirkende Komponente kann beispielsweise Kohlenstoff verwendet werden. Als kapazitiv wirkende Komponenten können beispielsweise Mikrovaristoren verwendet werden.
Die Steuerelektroden 25 sind optionale Komponenten des Vakuumschalters 1 und verlaufen jeweils ringförmig um einen der Sockel 3, 5 oder um die Vakuumröhre 7. Die Steuerelektroden 25 dienen ebenfalls der Beeinflussung des elektrischen Feldes des Vakuumschalters 1.
Jedes Stützelement 17 weist einen mit dem ersten Sockel 3 verbundenen ersten Endabschnitt 49 und einen mit dem zweiten Sockel 5 verbundenen zweiten Endabschnitt 51 auf. Der erste Endabschnitt 49 verläuft durch eine Flanschausnehmung 53 in dem Sockelflansch 27 des ersten Sockels 3 in eine Flanschvertiefung 57 in der dem ersten Sockel 3 zugewandten Oberfläche des ersten Befestigungsflansches 13 hinein. Der zweite Endabschnitt 49 verläuft durch eine Flanschausnehmung 55 in dem Sockelflansch 29 des zweiten Sockels 5 in eine Flanschvertiefung 59 in der dem zweiten Sockel 5 zugewandten Oberfläche des zweiten Befestigungsflansches 15 hinein.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen die Stützelemente 17 parallel zu der Längsachse 26. In alternativen Ausführungsbeispielen verlaufen mehrere oder alle Stützelemente 17 schräg zu der Längsachse 26, wobei Stützelemente 17 insbesondere sich überkreuzend angeordnet sein können.
Die Stützelemente 17 sind aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt.
Durch die Stützelemente 17 werden die Sockel 3, 5 auf Zug und/oder auf Druck gegeneinander verspannt, so dass die Sockel 3, 5 und Stützelemente 17 einen die Vakuumröhre 7 stabil umgebenden und tragenden Stützkäfig bilden.
Die Stützelemente 17 verlaufen zwischen den beiden Sockeln 3, 5 jeweils durch den Isoliermantel 23. Bei der Fertigung des Vakuumschalters 1 werden die Sockel 3, 5, die Vakuumröhre 7, die Stützelemente 17 und die Steuerelektroden 25 nach deren Verbindung miteinander mit dem Isoliermantel 23 ummantelt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Vakuumschalter (1), umfassend – zwei voneinander beabstandete Sockel (3, 5), – eine zwischen den Sockeln (3, 5) angeordnete und mit beiden Sockeln (3, 5) verbundene Vakuumröhre (7), – ein in der Vakuumröhre (7) angeordnetes erstes Schaltelement (9), – ein zweites Schaltelement (11), das zwischen einer ersten Schaltstellung, in der es in galvanischem Kontakt mit dem ersten Schaltelement (9) steht, und einer zweiten Schaltstellung, in der es von dem ersten Schaltelement (9) getrennt ist, bewegbar ist, – und mehrere stabförmige Stützelemente (17), die jeweils einen mit einem ersten Sockel (3) verbundenen ersten Endabschnitt (49) und einen mit dem zweiten Sockel (5) verbundenen zweiten Endabschnitt (51) aufweisen, so dass die Sockel (3, 5) und Stützelemente (17) einen die Vakuumröhre (7) umgebenden und tragenden Stützkäfig bilden.
Vakuumschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Stützelemente (17) schräg zu einer Längsachse (26) der Vakuumröhre (7) verlaufen.
Vakuumschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Stützelemente (17) sich überkreuzend angeordnet sind.
Vakuumschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (17) aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt sind.
Vakuumschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sockel (3) starr mit dem ersten Schaltelement (9) verbunden ist.
Vakuumschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sockel (5) eine Sockelausnehmung (33) aufweist, durch die das zweite Schaltelement (11) aus einem von dem zweiten Sockel (5) umgebenen Gasraum (31) geführt ist und in die Vakuumröhre (7) hineinragt.
Vakuumschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in der Vakuumröhre (7) angeordneten Faltenbalg (19) mit einem ersten Faltenbalgende (43), das an dem zweiten Schaltelement (11) befestigt ist, und einem zweiten Faltenbalgende (45), das an einem an dem zweiten Sockel (5) anliegenden Boden (39) der Vakuumröhre (7) befestigt ist und eine zu der Sockelausnehmung (33) in dem zweiten Sockel (5) korrespondierende Bodenausnehmung (41) in dem Boden (39) der Vakuumröhre (7) umschließt.
Vakuumschalter (1) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Boden (39) der Vakuumröhre (7) und dem zweiten Sockel (5) angeordnete Dichtung (21).
Vakuumschalter (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (21) ein Dichtring ist, der in eine ringförmig um die Sockelausnehmung (33) verlaufende Vertiefung (46) in einer vakuumröhrenseitigen Sockeloberfläche des zweiten Sockels (5) eingesetzt ist.
Vakuumschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Isoliermantel (23), der die Vakuumröhre (7) und die beiden Sockel (3, 5) ummantelt.
Vakuumschalter (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (17) durch den Isoliermantel (23) verlaufen.
Vakuumschalter (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Isoliermantel (23) zumindest überwiegend aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt ist.
Vakuumschalter (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem elektrisch isolierenden Material des Isoliermantels (23) resistiv wirkende Komponenten und/oder kapazitiv wirkende Komponenten beigefügt sind.
Vakuumschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Steuerelektrode (25), die an einer Außenseite der Vakuumröhre (7) oder eines Sockels (3, 5) angeordnet ist.