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Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Dämpfen des Kontaktprellens bei Hochspannungsleistungsschaltern, mit einer Vakuumschaltröhre und einer Halterung für die Vakuumschaltröhre, wobei die Vakuumschaltröhre ein Gehäuse, wenigstens ein bewegliches Kontaktstück und wenigstens ein festes Kontaktstück umfasst.
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Vakuumschaltröhren für Hochspannungsleistungsschalter sind z. B. aus der
EP 0 102 317 A2 bekannt. Die Vakuumschaltröhre umfasst ein Gehäuse in Form eines kreisrunden, geraden Zylinders, welcher im Inneren evakuiert ist. Das Gehäuse ist aus zwei gleichen, geraden zylinderförmigen Hälften aus Keramik bzw. Keramikteilen aufgebaut, welche über einen Metallzylinder bzw. über ein Metallteil mit Übergangsstücken in der Mitte des Gehäuses zusammengefügt sind. Die Übergangsstücke sind im Gehäuse als Schirmelektroden bzw. Abschirmung ausgeführt. Ein elektrischer Kontakt ist im Inneren des Gehäuses angeordnet, welcher zwei Kontaktstücke umfasst. Ein Kontaktstück ist fest mit dem Gehäuse verbunden, das zweite Kontaktstück ist über einen Faltenbalg beweglich durch das Gehäuse geführt. An den Enden jeweils sind die zwei Kontaktstücke im Inneren des Gehäuses tellerförmig bzw. kreiszylinderförmig ausgeführt, wobei im eingeschalteten Zustand des Kontakts jeweils eine Grund- bzw. Deckfläche der Zylinder in Kontakt miteinander stehen und aneinander gepresst sind, für einen guten elektrischen und/oder mechanischen Kontakt.
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Zur Ausbildung eines Hochspannungsleistungsschalters, insbesondere eines Freiluft- Hochspannungsleistungsschalters, ist die Vakuumschaltröhre in einem Isolator angeordnet, welcher die Vakuumschaltröhre mechanisch trägt und vor äußeren Witterungseinflüssen schützt. Isolatoren sind z. B. aus Keramik, Silikon und/oder Verbundwerkstoffen aufgebaut und sind an der äußeren Oberfläche gerippt ausgebildet, insbesondere mit ringförmig um einen Zylinderumfang umlaufenden Rippen. Die Rippen verbessern die elektrische Isolation entlang der Längsachse auf der äußeren Oberfläche des Isolators. Am oberen Ende des Isolators ist ein elektrischer Anschluss für eine Stromleitung z. B. eines Stromnetzes, eines elektrischen Verbrauchers und/oder eines Stromerzeugers. Am unteren Ende des Isolators ist ein zweiter elektrischer Anschluss für eine Stromleitung z. B. eines Stromnetzes, eines elektrischen Verbrauchers und/oder eines Stromerzeugers. Über die Vakuumschaltröhre wird der Strompfad zwischen den zwei Anschlüssen geschaltet, d. h. verbunden und/oder getrennt.
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Der Isolator ist z. B. auf einem Träger befestigt, welcher auf einem Fundament eines Hochspannungsleistungsschalters angeordnet ist. Dabei können z. B. drei Isolatoren, jeweils mit einer oder mehr Vakuumschaltröhren, nebeneinander angeordnet sein, zum Schalten mehrerer Pole eines Hochspannungsleistungsschalters. Ein Antrieb, insbesondere ein Federspeicherantrieb, und/oder ein Antrieb pro Pol ist vorgesehen, um jeweils über Elemente einer kinematischen Kette das bewegliche Kontaktstück einer Vakuumschaltröhre beim Schalten anzutreiben. Der Antrieb ist z. B. am Träger außerhalb des Isolators angeordnet. Die Bewegungsenergie zum Schalten wird vom Antrieb z. B. über Getriebeelemente und/oder eine Schaltstange auf das bewegliche Kontaktstück der Vakuumschaltröhre im Isolator übertragen. Dabei müssen hohe Kräfte aufgewendet werden, um insbesondere Reibungskräfte zu überwinden, um die Elemente der kinematischen Kette z. B. innerhalb von Millisekunden zu beschleunigen, und um das bewegliche Kontaktstück zu beschleunigen.
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Zum Schalten von Hochspannungen, insbesondere mit Spannungen im Bereich von bis zu 1200 kV und/oder Strömen im Bereich von einigen hundert Ampere, werden Vakuumschaltröhren mit sowohl räumlich als auch massemäßig großen Dimensionen verwendet.
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Die Kontaktstücke können eine Masse im Bereich von einigen Kilogramm aufweisen, welche beim beweglichen Kontaktstück insbesondere innerhalb von Millisekunden beschleunigt werden muss. Die Vakuumschaltröhre ist im Isolator, z. B. einem hohlrohrförmigen Isolator befüllt mit Isoliergas, insbesondere SF6, angeordnet und z. B. über eine Aufhängung bzw. Halterung am oberen Ende des Isolators räumlich fixiert bzw. befestigt. Das feste Kontaktstück der Vakuumschaltröhre ist zur oberen Seite des Isolators hin angeordnet und das bewegliche Kontaktstück der Vakuumschaltröhre ist zur unteren Seite des Isolators hin angeordnet. Über insbesondere eine Schaltstange wird das bewegliche Kontaktstück angetrieben, z. B. über Dichtelemente des Isolators und/oder einen Faltenbalg der Vakuumschaltröhre gelagert.
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Bei einem Einschaltvorgang der Vakuumschaltröhre trifft bzw. prallt das bewegliche Kontaktstück auf das feste Kontaktstück. Dabei wird Bewegungsenergie bzw. ein Impuls vom beweglichen auf das feste Kontaktstück übertragen. Bei einer hohen Masse des beweglichen Kontaktstücks, insbesondere im Bereich von Kilogramm, und hohen Geschwindigkeiten, insbesondere beim Schalten über große Schaltabstände der Kontaktstücke im ausgeschalteten Zustand hinweg und insbesondere bei hohen Schaltspannungen mit Schaltzeiten im Millisekundenbereich, werden große Impulse übertragen. Das feste Kontaktstück ist am Gehäuse der Vakuumschaltröhre z. B. über ein Blech gehalten bzw. räumlich fest fixiert, welches durch einen großen Impuls nach außen gedrückt wird und zurückfedert. Dabei wird das feste Kontaktstück in eine Art Pendelbewegung versetzt, wobei ein Kontaktprellen entsteht. Das bewegliche Kontaktstück prellt gegen das feste Kontaktstück und überträgt einen Teil seines Impulses. Das feste Kontaktstück schwingt entlang der Längsachse der Vakuumschaltröhre aus und zurück, und prallt zurück auf das bewegliche Kontaktstück, welches z. B. über eine Feder wieder zurück in Richtung festes Kontaktstück gedrückt wird.
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Es entsteht eine Bewegung der Kontaktstücke, mit jeweils einem Kontaktstück gegen das andere Kontaktstück prallend und einem Impulsübertrag, wobei das andere Kontaktstück vom ersten Kontaktstück wegbeschleunigt wird und ein Spalt zwischen den Kontaktstücken entsteht. Dann wird das zweite Kontaktstück durch eine Rückstellkraft z. B. über eine Feder bei einem beweglichen Kontaktstück oder durch das Blech, an welchem es befestigt ist, bei dem festen Kontaktstück, abgebremst und in die entgegengesetzte Richtung zum gegenüberliegenden Kontaktstück hin beschleunigt. Die Kontaktstücke prallen zusammen und die Bewegung entsteht nur in entgegengesetzter Richtung erneut. Das mit der Bewegung der Kontaktstücke verbundene Kontaktprellen, bei dem die Kontaktstücke insbesondere periodisch in mechanischen Kontakt kommen und anschließend wieder ein Spalt entsteht, bis die Bewegungsenergie bei der gedämpften Bewegung z. B. vollständig in Wärme umgewandelt ist, beinhaltet, dass zwischen den Kontaktstücken im Spalt mit angeschlossener Hochspannung ein Lichtbogen brennt.
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Je länger das Kontaktprellen andauert, umso größer sind die Lichtbogenbrenndauer und der damit verbundene Abbrand an den Kontaktstücken sowie die Erwärmung der Kontaktstücke durch den Lichtbogen. Bei hohen Temperaturen der Kontaktstücke kann es zu einem Verkleben bzw. verschweißen der Kontaktstücke kommen, was zu einem Ausfall der Vakuumschaltröhre führen kann. Eine Optimierung der kinematischen Kette, z. B. über Getriebeelemente und/oder Anpassung der Masse der Elemente der kinematischen Kette, kann ein Kontaktprellen reduzieren. Eine derartige Optimierung ist aufwendig, kostenintensiv und kann zu einer Veränderung bzw. Verschlechterung von Schalteigenschaften, z. B. einer Verlängerung der Schaltzeiten und/oder zu einer Erhöhung der für das Schalten notwendigen Bewegungsenergie des Hochspannungsleistungsschalters führen. Dadurch kann ein höher dimensionierter Antrieb notwendig sein, was zusätzliche Kosten und zusätzlichen Aufwand umfasst.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung für einen Hochspannungsleistungsschalter und ein Verfahren zum Dämpfen des Kontaktprellens bei Hochspannungsleistungsschaltern anzugeben, welche die zuvor beschriebenen Probleme lösen. Insbesondere ist es Aufgabe, einfach und kostengünstig das Kontaktprellen der Kontaktstücke der Vakuumschaltröhre zu reduzieren bzw. zu unterdrücken und/oder die Lebensdauer bzw. Zuverlässigkeit eines Hochspannungsleistungsschalters mit Vakuumschaltröhre zu erhöhen.
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Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung für einen Hochspannungsleistungsschalter mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch ein Verfahren zum Dämpfen des Kontaktprellens bei Hochspannungsleistungsschaltern, insbesondere in der zuvor beschriebenen Anordnung, gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung für einen Hochspannungsleistungsschalter und/oder des Verfahrens zum Dämpfen des Kontaktprellens bei Hochspannungsleistungsschaltern, insbesondere in der zuvor beschriebenen Anordnung, sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei sind Gegenstände der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen von Unteransprüchen sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung für einen Hochspannungsleistungsschalter umfasst eine Vakuumschaltröhre und eine Halterung für die Vakuumschaltröhre. Die Vakuumschaltröhre umfasst ein Gehäuse, wenigstens ein bewegliches Kontaktstück und wenigstens ein festes Kontaktstück. Dabei steht wenigstens ein Massekörper mechanisch in Verbindung mit dem wenigstens einen festen Kontaktstück, um bei einem Einschaltvorgang des Hochspannungsleistungsschalters eine Dämpfung des Kontaktprellens zwischen dem wenigstens einen festen Kontaktstück und dem wenigstens einen beweglichen Kontaktstück zu bewirken.
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Der Massekörper ermöglicht ein Kontaktprellen zu verringern oder ganz zu verhindern. Der Impuls, welcher vom beweglichen Kontaktstück auf das feste Kontaktstück übertragen wird, kann vom Massekörper absorbiert werden und dem festen Kontaktstück somit Bewegungsenergie entzogen werden. Dadurch schwingt das feste Kontaktstück nur mit wenig Bewegungsenergie zurück und prallt nicht gegen das bewegliche Kontaktstück. Es kann sich vielmehr mit wenig Bewegungsenergie dem beweglichen Kontaktstück annähern, bis zu einem mechanischen und elektrischen insbesondere sanften Kontakt der Kontaktstücke, wobei das bewegliche Kontaktstück im Wesentlichen keinen Impulsübertrag erhält und nicht vom festen Kontaktstück wegbewegt wird. Ein Kontaktprellen ist unterbunden.
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Eine Optimierung der Bewegungen der Kontaktstücke zur Dämpfung des Kontaktprellens erfolgt über den Massekörper, wodurch keine aufwendige, kostenintensive Optimierung der Bewegung über Elemente der kinematischen Kette erfolgen muss. Dies spart Kosten, Aufwand und führt zu einem einfachen, kostengünstigen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung. Durch die Reduzierung bis hin zur vollständigen Unterdrückung des Kontaktprellens werden die Lichtbogenbrenndauer und damit der Abbrand an den Kontaktstücken reduziert, und es erhöht sich die Lebensdauer der Vakuumschaltröhre bzw. der Anordnung.
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Der Massekörper kann mechanisch mit der Halterung verbunden sein, insbesondere in der Halterung angeordnet sein. Dadurch ist ein einfacher Aufbau gegeben, mit einer stabilen, langlebigen Halterung des Massekörpers, insbesondere platzsparend in der Halterung der Vakuumschaltröhre.
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Die Vakuumschaltröhre kann an der Halterung aufgehängt sein. Dadurch kann die Vakuumschaltröhre einfach, kostengünstig und langzeitstabil räumlich fixiert, z. B. in einem Isolator angeordnet werden. Impulse, welche durch die Bewegung des beweglichen Kontaktstücks, von einem Antrieb erzeugt und über Elemente einer kinematischen Kette übertragen, auf die Vakuumschaltröhre übertragen werden, können über die Halterung und z. B. über einen äußeren, insbesondere massiven Isolator kompensiert bzw. absorbiert werden.
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Die Halterung kann rohrförmig ausgebildet sein, mit einem Zwischenboden, durch den das feste Kontaktstück über ein Verbindungselement geführt ist, und/oder auf dem der wenigstens eine Massekörper gelagert ist. Dadurch ist ein einfacher, kostengünstiger Aufbau gegeben, wobei langzeitstabil der Massekörper gelagert wird.
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Das wenigstens eine feste Kontaktstück kann im Wesentlichen die gleiche Masse aufweisen wie der wenigstens eine Massekörper. Dadurch kann der Impuls des festen Kontaktstücks nach dem Aufprall des beweglichen Kontaktstücks vollständig vom Massekörper absorbiert werden, ohne das ein Rückprallen des festen auf das bewegliche Kontaktstück erfolgt. Dadurch ist einfach und kostengünstig das Prellverhalten der Kontaktstücke optimierbar, unabhängig von der kinematischen Kette und vom Antrieb.
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Wenigstens ein Dämpfungselement kann umfasst sein, insbesondere zwischen der Halterung und dem wenigstens einen Massekörper, insbesondere in Form einer Feder und/oder eines hydraulischen Dämpfers. Der Impuls der Bewegung des festen Kontaktstücks, übertragen auf den Massekörper, kann vollständig über das Dämpfungselement absorbiert und z. B. in Wärme umgewandelt werden. Dadurch erfolgt keine Rückübertragung des Impulses des Massekörpers zurück auf das feste Kontaktstück und ein Kontaktprellen, insbesondere mit Rückprellen des festen auf das bewegliche Kontaktstück, kann einfach und kostengünstig vollständig unterbunden werden.
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Wenigstens eine Führung kann umfasst sein, zum Führen einer Bewegung des wenigstens einen Massekörpers und/oder zum räumlichen fixieren des wenigstens einen Massekörpers entlang einer Längsachse, insbesondere wenigstens eine Führung, welche an der Halterung befestigt ist. Dadurch kann ein Impuls des festen Kontaktstücks gut durch den Massekörper, insbesondere durch geführte Bewegung des Massekörpers, absorbiert werden und z. B. auf ein Dämpfungselement übertragen werden, wobei der Massekörper wieder in seine Ausgangslage durch die Führung zurückkehrt. Eine Zerstörung insbesondere der Halterung oder irreversible Lageveränderung des Massekörpers wird verhindert, und die erfindungsgemäße Anordnung ist mit einem einfachen und kostengünstigen Aufbau langzeitstabil ausgebildet.
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Der wenigstens eine Massekörper kann massiv und/oder aus einem Stück ausgebildet sein, insbesondere im Wesentlichen zylinderförmig. Dadurch kann insbesondere bei zylinderförmiger Vakuumschaltröhre und/oder zylinderförmigen Kontaktstücken und/oder zylinderförmiger Halterung und/oder insbesondere zylinderförmigem äußerem Isolator eine formschlüssige, platzsparende Anordnung des Massekörpers erfolgen. Eine massive Ausbildung des Massekörpers in einem Stück führt zu einem langzeitstabilen, kompakten Massekörper, welcher gut geeignet ist große Impulse zu absorbieren bzw. aufzunehmen.
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Der wenigstens eine Massekörper kann ein Gewicht im Bereich von einigen Kilogramm aufweisen. Dadurch sind große Impulse durch den Massekörper absorbierbar. Bei einem festen Kontaktstück mit einer Masse im Bereich von einigen Kilogramm kann eine gute Optimierung des Prellverhaltens mit dem Massekörper erfolgen, mit einer guten Dämpfung und/oder Unterdrückung des Kontaktprellens.
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Der wenigstens eine Massekörper kann aus einem Metall sein, insbesondere Stahl, Blei oder Kupfer. Der wenigstens eine Massekörper kann ein Metall umfassen, insbesondere Stahl, Kupfer, Blei und/oder Legierungen dieser oder anderer Materialien. Dadurch ist eine große Masse in kompakter Form des Massekörpers erreichbar, mit hoher mechanischer Langzeitstabilität des Massekörpers.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Dämpfen des Kontaktprellens bei Hochspannungsleistungsschaltern, insbesondere in einer zuvor beschriebenen Anordnung, umfasst die Bewegung wenigstens eines beweglichen Kontaktstücks beim Einschalten einer Vakuumschaltröhre, welches gegen wenigstens ein festes Kontaktstück mit einem Impuls schlägt, wobei der Impuls auf wenigstens einen Massekörper übertragen wird. Dadurch wird ein Kontaktprellen teilweise oder vollständig gedämpft, insbesondere mit einer Dämpfung gemäß dem aperiodischen Grenzfall.
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Eine Bewegung des wenigstens einen Massekörper kann in Richtung des wenigstens einen festen Kontaktstücks durch ein Dämpfungselement gedämpft werden, insbesondere durch ein Dämpfungselement an einer Halterung der Vakuumschaltröhre befestigt.
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Eine Bewegung des wenigstens einen Massekörpers, insbesondere mit einer Masse des wenigstens einen Massekörpers im Bereich der Masse des wenigstens einen festen Kontaktstücks, kann eine vollständige Absorption des Impulses bewirken, welcher beim Aufschlagen des wenigstens einen beweglichen Kontaktstücks auf das wenigstens eine feste Kontaktstücks beim Einschalten der Vakuumschaltröhre übertragen wird.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Dämpfen des Kontaktprellens bei Hochspannungsleistungsschaltern, insbesondere in einer zuvor beschriebenen Anordnung, gemäß Anspruch 11 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Anordnung für einen Hochspannungsleistungsschalter gemäß Anspruch 1 und umgekehrt.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch in der einzigen Figur dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
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Dabei zeigt die
- Figur schematisch in Schnittansicht eine erfindungsgemäße Anordnung 1 für einen Hochspannungsleistungsschalter, mit einer Vakuumschaltröhre 18 und mit einem Massekörper 12, welcher bei einem Einschaltvorgang eine Dämpfung des Kontaktprellens zwischen einem festen Kontaktstück 4 und einem beweglichen Kontaktstück 3 der Vakuumschaltröhre 18 bewirkt.
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In 1 ist schematisch in Schnittansicht eine erfindungsgemäße Anordnung 1 für einen Hochspannungsleistungsschalter dargestellt. Die erfindungsgemäße Anordnung 1 umfasst eine Vakuumschaltröhre 18 und eine Halterung 10 für die Vakuumschaltröhre 18 sowie einen Massekörper 12. Die Vakuumschaltröhre 18 weist ein Gehäuse 2, wenigstens ein bewegliches Kontaktstück 3 und wenigstens ein festes Kontaktstück 4 auf. Auf der Seite des festen Kontaktstücks 4 ist die Vakuumschaltröhre 18 an der Halterung 10 befestigt, insbesondere nach Unten hin von der Halterung 10 wegweisend aufgehängt. Der Massekörper 12 ist in der Halterung 10 angeordnet und ist in mechanischem Kontakt, insbesondere in direktem mechanischem Kontakt mit dem festen Kontaktstück 4.
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Das Gehäuse 2 der Vakuumschaltröhre 18 umfasst zwei hohlzylinderförmige, d. h. rohrförmige Keramikteile 8, welche über ein hohlzylinderförmiges, d. h. rohrförmiges Metallteil 9 miteinander verbunden sind. Eine Verbindung der Gehäuseteile kann z. B. durch Löten, Schweißen und/oder Kleben erfolgen. Die Keramikteile 8 und das Metallteil 9 weisen im Wesentlichen den gleichen Durchmesser auf, wobei das Metallteil 9 an seinen Enden jeweils in den inneren Durchmesser der Keramikteile 8 verlängert, gebogene ringförmige Abschirmungen 7 umfasst. Am oberen und unteren Ende der Vakuumschaltröhre 18 sind die Keramikteile 8 jeweils über Verschlusskappen 15, z. B. aus kreisförmigen bzw. hutförmigen Blech, vakuumdicht verschlossen. Die Verschlusskappen 15 weisen jeweils an ihrem äußeren Umfang gebogene ringförmige Abschirmungen 7 auf, welche in den inneren Durchmesser der Keramikteile 8 hinein weisen und zu den Abschirmungen 7 des Metallteils 9 gegenüberliegend angeordnet sind. Die Abschirmungen 7 und das Metallteil 9 schirmen elektromagnetische Felder der Kontaktstücke 3, 4 nach außen hin ab und schützen die Keramikteile 8 vor Partikeln, welche z. B. durch Lichtbögen zwischen den Kontaktstücken 3, 4 beim Schalten bzw. durch Abbrand der Kontaktstücke 3, 4 entstehen.
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Das bewegliche Kontaktstück 4 ist über einen Faltenbalg 5 vakuumdicht, beweglich durch die untere Verschlusskappe 15 des Gehäuses 2 der Vakuumschaltröhre 18 geführt. Insbesondere über eine Schaltstange 6 und weitere, der Einfachheit halber in der Figur nicht gezeigte Elemente der kinematischen Kette, kann das bewegliche Kontaktstück 3 beim Schalten bewegt werden, d. h. beim Einschalten in Richtung des festen Kontaktstücks 3 beschleunigt bewegt werden und beim Ausschalten in Richtung weg vom festen Kontaktstück 3 beschleunigt bewegt werden. Die Bewegungsenergie für die Bewegung wird z. B. von einem Antrieb, insbesondere einem Federspeicherantrieb bereitgestellt. Bewegungen mit großen Kräften, großen Beschleunigungen und großem Impuls für Schaltzeiten im Millisekundenbereich können so erzeugt werden und auf das bewegliche Kontaktstück 3 übertragen werden.
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Im oberen Bereich der Vakuumschaltröhre 18 ist das feste Kontaktstück 4 mit einem Verbindungselement 11 durch die obere Verschlusskappe 15 des Gehäuses 2 der Vakuumschaltröhre 18 geführt, vakuumdicht, mechanisch stabil verbunden mit der oberen Verschlusskappe 15. Die Verschlusskappen 15 sind z. B. aus einem Blech, insbesondere einem Stahlblech, welches z. B. eine Dicke im Bereich weniger Millimerter oder kleiner aufweist. Bei Bewegungen des festen Kontaktstücks 4, wobei fest im Weiteren im Sinne von mechanisch stabil fixiert bzw. befestigt an der Verschlusskappe 15 verwendet wird, kann das Blech der Verschlusskappe 15 verbogen werden, womit sich das feste Kontaktstück 4 in geringem Umfang bewegt. Analog einer Feder wirkt eine Rückstellkraft derart, dass das Blech in seine Ausgangsform sich zurück verformt, womit sich das feste Kontaktstück 4 zurück bewegt. Bewegungen der Kontaktstücke 3 und 4 erfolgen im Wesentlichen entlang einer Mittelachse 16 der Anordnung 1 bzw. der Vakuumschaltröhre 18. Alternativ kann das Blech der Verschlusskappe 15 mechanisch stabil, steif ausgebildet sein, wobei das feste Kontaktstück 4 unbeweglich, insbesondere über das Verbindungselement 11 mit der Verschlusskappe 15 verbunden ist. Ein Impulsübertrag vom festen Kontaktstück 4 auf den Massekörper 12 erfolgt dann ohne eine Bewegung des festen Kontaktstücks 4, insbesondere über das Verbindungselement 11 auf den beweglich gelagerten Massekörper 12, insbesondere ohne Federwirkung der Verschlusskappe 15 bzw. ohne ein Verbiegen der Verschlusskappe 15.
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Die Halterung 10, an welcher die Vakuumschaltröhre 18 angeordnet und/oder befestigt ist, d. h. wie z. B. im Ausbildungsbeispiel der Figur aufgehängt ist, ist zylinderförmig ausgebildet, insbesondere hohlrohrförmig mit einem Zwischenboden 17 im Inneren der Halterung 10. Die Halterung 10 kann z. B. analog einem Hut mit Krempe ausgebildet sein, wobei insbesondere an der Krempe die Vakuumschaltröhre 18 mechanisch stabil befestigt ist. Das feste Kontaktstück 4 umfasst ein Verbindungselement 11, welches z. B. zylinder- bzw. bolzenförmig ausgebildet ist. Das Verbindungselement 11 ist mechanisch stabil an der oberen Verschlusskappe 15 der Vakuumschaltröhre 18 vakuumdicht befestigt, z. B. eingeschweißt oder eingelötet, und verläuft durch die insbesondere blechartige obere Verschlusskappe 15 hindurch. Im Inneren der Vakuumschaltröhre 18 ist ein tellerförmiges elektrisches Kontaktstück 4 bzw. eine Elektrode am einen Ende des Verbindungselements 11 ausgebildet. Parallel gegenüberliegend ist im Inneren der Vakuumschaltröhre 18 ein tellerförmiges elektrisches Kontaktstück 3 bzw. eine zweite Elektrode an einem Ende z. B. einer elektrisch leitenden Schaltstange 6 ausgebildet, welche vom beweglichen Kontaktstück 3 umfasst wird.
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Außerhalb der Vakuumschaltröhre 18 ist am anderen Ende des Verbindungselements 11 der Massekörper 12 insbesondere in direktem mechanischem Kontakt mit dem Verbindungselement 11 angeordnet. Das Verbindungselement 11 ist durch eine Öffnung im Zwischenboden 17, insbesondere eine kreisrunde Öffnung, beweglich geführt und kann z. B. durch seitliche Überwürfe oberhalb der Öffnung gehaltert sein. Der Massekörper 12 ist oberhalb des Verbindungselements 11, an dessen Ende auf dem Zwischenboden 17 der Halterung 10, im Inneren der insbesondere rohrförmigen Halterung 10 angeordnet. Der Massekörper 12 ist z. B. formschlüssig mit dem inneren Durchmesser der Halterung 10 insbesondere zylinderförmig oder hutförmig ausgebildet, und ruht mechanisch stabil insbesondere durch seine Gewichtskraft auf dem Ende des Verbindungselements 11 und dem Zwischenboden 17.
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Insbesondere seitlich ist wenigstens eine Führung 14 am Massekörper 12 angeordnet, z. B. in Form eines Bolzens, welcher im Zwischenboden 17 verankert, insbesondere verschraubt oder verschweißt ist und welcher durch eine Bohrung durch den Massekörper 12 geführt ist. Es können z. B. im Bereich des äußeren Umfangs des Massekörpers 12 mehrere, insbesondere drei Führungen 14 in regelmäßigen Abständen voneinander angeordnet sein, um ein Verklemmen bei Bewegungen des Massekörpers 12 zu verhindern. Insbesondere seitlich ist wenigstens ein Dämpfungselement am Massekörper 12 angeordnet, z. B. in Form eines hydraulischen Dämpfers, welcher im Zwischenboden 17 verankert, insbesondere verschraubt oder verschweißt ist und welcher insbesondere auf einer Krempe des Massekörper 12 von unten her wirkt und/oder mit dem Massekörper 12 mechanisch verbunden ist, z. B. verschraubt oder verschweißt. Es können z. B. im Bereich des äußeren Umfangs des Massekörpers 12 mehrere, insbesondere drei Dämpfer 13 in regelmäßigen Abständen voneinander angeordnet sein, insbesondere versetzt zu den Führungen 14, um eine gleichmäßige Dämpfung der Bewegung des Massekörpers 12 in Richtung Zwischenboden 17 zu ermöglichen.
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Bei einem Einschalten des Hochspannungsleistungsschalters, d. h. der Vakuumschaltröhre 18, wird das bewegliche Kontaktstück 3 in Richtung des festen Kontaktstücks 4 bewegt, bis der Spalt zwischen den zwei Kontaktstücken 3 und 4 geschlossen ist, und das bewegliche Kontaktstück 3 in mechanischem und elektrischem Kontakt mit dem festen Kontaktstück 4 steht. Die Bewegung des beweglichen Kontaktstücks 3 erfolgt entlang der Mittelachse 16 insbesondere am Anfang stark beschleunigt und mit hohen Geschwindigkeiten, um ein Schalten im Millisekundenbereich zu ermöglichen. Das bewegliche Kontaktstück 3 prallt beim Einschalten mit hoher Geschwindigkeit auf das feste Kontaktstück 4 und überträgt einen großen Impuls auf das feste Kontaktstück 4. Dadurch wird das fest an der oberen Verschlusskappe 15 der Vakuumschaltröhre 18 befestigte feste Kontaktstück 4 bewegt. Die Bewegung erfolgt entlang der Mittelachse 16 vom bewegten Kontaktstück 3 weg, wobei sich das Blech der oberen Verschlusskappe 15 nach außen wölbt. Der Impuls des festen Kontaktstücks 4 wird auf den Massekörper 12 übertragen, d. h. der Massekörper 12 wird entlang der Mittelachse 16 mit dem festen Kontaktstücks 4 vom beweglichen Kontaktstück 3 wegbewegt. Die Führung 14 sichert dabei die Bewegung des Massekörpers 12 entlang der Mittelachse 16.
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Eine Rückstellkraft durch die obere Verschlusskappe 15, welche analog einer Blattfeder wirkt, führt zu einer Bewegung des festen Kontaktstücks 4 zurück in Richtung des beweglichen Kontaktstücks 3. Alternativ oder zusätzlich kann die Gewichtskraft des Massekörpers 12 zu einer Bewegung des festen Kontaktstücks 4 zurück in Richtung des beweglichen Kontaktstücks 3 führen. Dabei ist der Impuls vom beweglichen Kontaktstück 3, übertragen auf das feste Kontaktstück 4 und weiter auf den Massekörper 12, vom Massekörper 12 absorbiert und eine Rückbewegung des Massekörpers 12 und des festen Kontaktstücks 4 in Richtung bewegliches Kontaktstück 3 erfolgt gebremst durch das oder die Dämpfungselemente 13. Die Bewegung des festen Kontaktstücks 4 im Vergleich zur Anfangsbewegung des beweglichen Kontaktstücks 3 ist klein bzw. erfolgt über einen kleinen Abstand, z. B. im Bereich von Millimetern, bis das feste Kontaktstück 4 in mechanischem und elektrischem Kontakt mit dem beweglichen Kontaktstück 3 steht. Durch den kleinen Weg bzw. Abstand bewirkt die langsame, abgebremste Bewegung des festen Kontaktstücks 4 zum beweglichen Kontaktstück 3 hin keine große Schaltverzögerung bzw. kein langes Lichtbogenbrennen. Die Bewegung erfolgt nur kurz durch den kleinen Weg. Ein großer Impulsübertrag und ein Bewegen des beweglichen Kontaktstücks 3 durch das zurückbewegte feste Kontaktstück 4 erfolgt im Wesentlichen nicht, durch die Impulsabsorption durch den Massekörper 12 und insbesondere durch die gebremste Rückbewegung des festen Kontaktstücks 4 durch die Dämpfungselemente 13.
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Das bewegliche Kontaktstück 3 wird z. B. durch eine Feder, welche der Einfachheit halber nicht in der Figur dargestellt ist, in seiner Kontaktposition mit dem festen Kontaktstück 4 gehalten und gegen das feste Kontaktstück 4 gedrückt. Das feste Kontaktstück 4 wird durch die Rückstellkraft der oberen Verschlusskappe 15 und/oder die Gewichtskraft des Massekörpers 12 in seiner Kontaktposition mit dem beweglichen Kontaktstück 3 gehalten und gegen das bewegliche Kontaktstück 3 gedrückt. Dadurch ist ein guter mechanischer und elektrischer Kontakt des beweglichen mit dem festen Kontaktstück 3, 4 im eingeschalteten Zustand des Hochspannungsleistungsschalters, d. h. der Vakuumschaltröhre 18 gegeben. Ein Kontaktprellen mit mehrmaligem, wechselseitigem Gegeneinanderprallen der Kontaktstücke 3, 4 und Impulsüberträgen aufeinander erfolgt nicht, da nach dem ersten Aufeinanderprallen und Impulsübertrag des beweglichen Kontaktstücks 3 auf das abprallende feste Kontaktstück 4 der Impuls der Bewegung vom Massekörper 12 absorbiert und insbesondere auf die Dämpfungselemente 13 übertragen wird.
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Dadurch wird eine lange Brenndauer eines Lichtbogens zwischen den Kontaktstücken 3 und 4 beim Einschalten vermieden, und es erfolgt wenig Abbrand von den Kontaktstücken 3 und 4, womit wenig Verschleiß der Kontaktstücke 3 und 4 verbunden ist, und ein Verschweißen der Kontaktstücke 3 und 4 vermieden werden kann. Die Lebendauer der Kontaktstücke 3 und 4 und somit des Hochspannungsleistungsschalters, d. h. der Vakuumschaltröhre 18, wird erhöht und eine langzeitstabile Funktion gewährleistet. Eine aufwendige, kostenintensive Optimierung des Antriebs und/oder der kinematischen Kette zum Verhindern bzw. Minimieren des Kontaktprellens ist nicht notwendig, da durch den Massekörper 12 eine einfache und kostengünstige Optimierung erfolgen kann. Insbesondere ein Massekörper 12 mit der im Wesentlichen gleichen Masse wie der Masse des festen Kontaktstücks 4 und/oder beweglichen Kontaktstücks 3, kann eine optimale Absorption des Impulses der Einschaltbewegung ergeben, mit minimalem Kontaktprellen und/oder minimaler Lichtbogenbrenndauer.
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Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. statt hydraulischen Dämpfungselementen 13 Federn verwendet werden, welche z. B. einen Anpressdruck des festen auf das bewegliche Kontaktstück 3, 4 im eingeschalteten Zustand bewirken. Der Massekörper 12, Elemente der Halterung 10 und/oder Abschirmungen 7 und/oder das Metallteil 9 sowie der Faltenbalg 5, die Verschlusskappen 15, das Verbindungselement 11, die Schaltstange 6 und das bewegliche und/oder feste Kontaktstück 3, 4, können z. B. aus Stahl und/oder Kupfer sein. Die sich gegenüberliegenden Flächen der Kontaktstücke 3, 4, d. h. die Kontaktflächen können beschichtet sein gegen Abbrand, und/oder geschlitzt sein, um einen Lichtbogen durch elektrische Felder gezielt nach außen zu drücken und zu löschen. Das feste Kontaktstück 4 kann über einen Faltenbalg beweglich in der oberen Verschlusskappe 15 gelagert sein, wobei eine Rückstellkraft in Richtung bewegliches Kontaktstück 3 nicht durch eine Federwirkung der Verschlusskappe 15, sondern z. B. durch das Gewicht des Massekörpers 12 und/oder z. B. Federn als Dämpfelemente 13 erzeugt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung mit Vakuumschaltröhre
- 2
- Gehäuse
- 3
- bewegliches Kontaktstück
- 4
- festes Kontaktstück
- 5
- Faltenbalg
- 6
- Schaltstange
- 7
- Abschirmung
- 8
- Keramikteil
- 9
- Metallteil
- 10
- Halterung
- 11
- Verbindungselement, insbesondere Bolzen
- 12
- Massekörper
- 13
- Dämpfungselement
- 14
- Führung
- 15
- Verschlusskappe
- 16
- Mittelachse
- 17
- Zwischenboden
- 18
- Vakuumschaltröhre
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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