DE102020210342A1

DE102020210342A1 - Verbesserte Vakuumschaltröhre

Info

Publication number: DE102020210342A1
Application number: DE102020210342.9A
Authority: DE
Inventors: Frank Graskowski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2020-08-14
Filing date: 2020-08-14
Publication date: 2022-02-17
Also published as: CN116195019A; EP4176456A1; WO2022033909A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Vakuumschaltröhre für Nieder-, Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen, ein Schaltgerät mit einer solchen verbesserten Vakuumschaltröhre und eine Schaltanlage mit einer solchen verbesserten Vakuumschaltröhre und einem Schaltgerät.

Description

Aus dem Stand der Technik sind Vakuumschaltröhren für Nieder, Mittel- und Hochspannungen bekannt, die zumindest einen Festkontakt und einen Bewegkontakt aufweisen, die zumindest in einer röhrenförmigen Konstruktion aus einem Isolator, Endkappen und einem Balg für die Realisierung des Bewegkontaktes angeordnet sind. Die Vakuumschaltröhre unterbricht Ströme, indem der Bewegkontakt aus einer ersten Stellung, in der der Bewegkontakt den Festkontakte berührt und so elektrisch kontaktiert, wegbewegt, also vom Festkontakt wegbewegt, wird und so auch eine Trennstrecke erreicht wird, die ein Zünden, Wiederzünden eines Lichtbogens zwischen den Kontakten, also zwischen Bewegkontakt und Festkontakt, verhindert. Diese getrennte Stellung von Bewegkontakt und Festkontakt wird als zweite Stellung bezeichnet. Die Vakuumschaltröhre schaltet Ströme an, indem der Bewegkontakt aus der zweiten Stellung, in der der Bewegkontakt vom Festkontakte getrennt und so elektrisch isoliert ist, wegbewegt, also zum Festkontakt hinbewegt wird und so in die erste Stellung überführt wird, in der der Bewegkontakt den Festkontakte berührt und so elektrisch kontaktiert.
Niederspannung bezieht sich dabei auf einen Spannungsbereich bis 1kV, Mittelspannung auf einen Bereich zwischen 1kV und 52kV und Hochspannungen auf Spannungen von 52kV und über 52kV.
Solche Vakuumschaltröhren sind beispielsweise aus der DE 38 32 493 A1 bekannt.
Aufgrund der mechanischen und elektrischen Anforderungen an solchen Vakuumschaltröhren sind diese in der Herstellung teuer und empfindlicher als beispielsweise gasisolierte Schalter. Insbesondere erfordern klassische Vakuumschaltröhren, insbesondere beim Einschalten von Kurzschlussströmen, deutlich höhere Kontaktkräfte. Das führt zu einem höheren Risiko bezüglich des Kontaktverschweißens von Festkontakt und Bewegkontakt, zusammen Kontakte. Daher muss der Antrieb der Vakuumschaltröhre sogenannte Trennschläge ausführen, um ein Trennen der Kontakte mit einer hohen Wahrscheinlichkeit zu gewährleisten. Solche Trennschläge führen zu dielektrischen Schwachstellen an den Kontakten.
Aufgabe der Erfindung ist es nun diese Nachteile im Stand der Technik zu beseitigen und eine verbesserte Vakuumschaltröhre anzugeben.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vakuumschaltröhre gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 und den von diesem abhängigen Ansprüchen und ein Schaltgerät mit einer oder mehreren solcher Vakuumschaltröhren und eine Schaltanlage mit einem oder mehreren solcher Schaltgeräte.
Ein Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Vakuumschaltröhre für Nieder-, Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen, mit einem oder mehr Isolatoren, einem Bewegkontaktflansch, einem Bewegkontaktstab, einem Bewegkontakt, einem Bewegkontaktdurchführungsmittel und einem Festkontaktflansch, wobei die Vakuumschaltröhre

- einen Bewegkontakt aufweist,
- einen Gegenkontakt für den Bewegkontakt aufweist und
1. a) der Bewegkontakt auf der dem Gegenkontakt zugewandten Seite eine konvexe Geometrie aufweist und der Gegenkontakt auf der dem Bewegkontakt zugewandten Seite eine konkave Geometrie aufweist, oder
2. b) der Bewegkontakt auf der dem Gegenkontakt zugewandten Seite eine konkave Geometrie aufweist und der Gegenkontakt auf der dem Bewegkontakt zugewandten Seite eine konvexe Geometrie aufweist,

Der Kontaktbereich der konkaven Geometrie ist in der, durch die konkave Geometrie gebildeten, Senke angeordnet und der Kontaktbereich der konvexen Geometrie greift in die konkave Geometrie ein, wenn sich die Kontaktbereiche berühren. So sind die Kontaktbereiche der konkaven Geometrie und der konvexen Geometrie in der ersten Stellung innerhalb der konkaven Geometrie angeordnet. Durch diese Anordnung wird beim Überführen des Schalters von der zweiten Stellung in die erste Stellung - also beim Schließen des Schalters, dem Überführen von der getrennten Position in die geschlossene, den elektrischen Kontakt herstellende Position - der Kontakt mit der konvexen Geometrie in der konkaven Geometrie zentriert, also der Bewegkontakt im Gegenkontakt oder der Gegenkontakt im Bewegkontakt zentriert.
Auch werden elektromagnetische, abstoßend wirkende, Kräfte, insbesondere Holm-Kräfte (repulsive Holm force), beim Einschalten - also beim Überführen von der zweiten Stellung in die erste Stellung -, insbesondere beim Einschalten von Kurzschlussströmen, senkrecht zu der Hubrichtung, oder in einem spitzen Winkel zur Senkrechten zur Hubrichtung, - also der Bewegungsrichtung des Bewegkontaktes, der sich parallel zu einer Symmetrie Achse der Vakuumschaltröhre bewegt - wirksam. Das vermindert die erforderlichen Kontaktdruckkräfte zum Schließen der Kontakte, also des Bewegkontaktes und des Gegenkontaktes, der hier den Festkontakt ersetzt.
Auch führt die Anordnung der Kontaktfläche an der konvexen Geometrie und der konkaven Geometrie zu Scherkräften beim Trennen von Kontaktverschweißungen und damit zu einer geringeren Anforderung an den Schalterantrieb, insbesondere in Bezug auf den Kraft-/Energiebedarf des Antriebes für die Vakuumschaltröhre. Die Reduzierung des Kraft-/Energiebedarfs des Antriebes für die Vakuumschaltröhre resultiert auch aus der Reduzierung der Anforderungen an die Trennschläge.
Bevorzugt wird, dass das Bewegkontaktdurchführungsmittel ein Bewegkontaktbalg ist, insbesondere ein Faltenbalg oder Wellenbalg ist. Alternativ kann das Bewegkontaktdurchführungsmittel auch eine elastomergedichtete Lineardurchführung oder eine mit einem flüssigen Metall gedichtete Durchführung sein.
Auch wird bevorzugt, dass der Bewegkontakt und/oder der Gegenkontakt aus oder mit Kupfer gebildet wird und der Kontaktbereich am Bewegkontakt und/oder Gegenkontakt aus härteren und/oder lichtbogenresistenterem Material als Kupfer gebildet wird. Das bewirkt eine erhöhte Stabilität und damit erhöhte Lebensdauer der Kontaktbereiche und damit der Vakuumschaltröhre.
Insbesondere wird bevorzugt, dass das aus härteren und/oder lichtbogenresistenterem Material eine Legierung ist, die Kupfer und Chrom enthält. Weiter bevorzugt wird auch, dass die Legierung Kupfer und Chrom enthält, aber keinen Kohlenstoff, also weniger als 0,1%, bevorzugt weniger als 0,01%, Kohlenstoff.
Alternativ sind auch andere elektrisch leitenden Kontaktmaterialien und Kombinationen/Legierungen aus diesen möglich.
Bevorzugt wird auch, dass der Gegenkontakt und der Bewegkontakt teilweise oder vollständig mit einer Kupfer-Chrom Legierung beschichtet oder anderweitig bedeckt sind.
Insbesondere wird bevorzugt, dass neben den Kontaktbereichen auch die ineinandergreifenden Bereiche des Bewegkontaktes und des Gegenkontaktes, also insbesondere die konvexe Geometrie und die konkave Geometrie, mit einer Kupfer-Chrom Legierung beschichtet oder anderweitig bedeckt sind.
Bevorzugt wird auch, dass der Kontaktbereich aus einem oder mehreren massiven Bauteilen und/oder einer Beschichtung des Bewegkontaktes und/oder des Gegenkontaktes gebildet ist. Mit anderen Worten, der Kontaktbereich kann aus einem oder mehreren massiven Bauteilen oder aus einer oder mehreren aufgebrachten Schichten oder einer Kombination aus aufgebrachten Schichten und massiven Bauteilen bestehen. Dabei können insbesondere die aufgebrachten Schichten neben der Funktion der erhöhten Stabilität/Beständigkeit unter Schaltbedingungen, insbesondere Lichtbogenereignissen, auch eine bessere Verbindung zwischen der jeweiligen konvexen oder konkaven Geometrie und dem massiven Bauteil oder weiteren Schichten bewirken.
Weiter wird auch bevorzugt, dass der Kontaktbereich des Bewegkontaktes und/oder des Gegenkontaktes ringförmig ausgebildet ist. Die ringförmige Ausgestaltung bewirkt, dass möglichst geringe Anteile der auftretenden elektromagnetischen, abstoßend wirkenden Kräfte parallel zur Symmetrieachse der Vakuumschaltröhre wirken können.
Auch wird bevorzugt, dass die konkave Geometrie topfförmig/schüsselförmig ausgebildet ist, wobei die seitlichen Wände des Topfes/der Schüsselform einen Winkel zur Symmetrieachse der Vakuumschaltröhre von 0° bis 30° aufweisen, insbesondere einen Winkel zwischen 5° und 15° aufweisen, und der Bodenbereich der konkaven Geometrie einen 90° Winkel, also einen rechten Winkel, zur Symmetrieachse der Vakuumschaltröhre aufweist. Die dazugehörige konvexe Geometrie weist dabei eine teilweise komplementäre oder komplementäre Form zur konkaven Geometrie auf. Insbesondere wird bevorzugt, dass die Kontaktbereiche ringförmig ausgebildet sind und die Kontaktbereiche, also die Fläche der Kontaktbereiche, die sich in der ersten Stellung berühren, einen Winkel zur Symmetrieachse der Vakuumschaltröhre von 0° bis 30° aufweisen, insbesondere einen Winkel zwischen 5° und 15° aufweisen.
Bevorzugt wird auch, dass entweder

a) die konvexe Geometrie des Bewegkontaktes auf der dem Gegenkontakt zugewandten Seite kegelstumpfartig ausgeführt ist und die konkave Geometrie des Gegenkontaktes auf der dem Bewegkontakt zugewandten Seite schüsselförmig ausgeführt ist, oder
b) die konvexe Geometrie des Gegenkontaktes auf der dem Bewegkontakt zugewandten Seite kegelstumpfartig ausgeführt ist und die konkave Geometrie des Bewegkontaktes auf der dem Gegenkontakt zugewandten Seite schüsselförmig ausgeführt ist.

Damit wird auch ein Bedampfungsschutz für Isolatoren, insbesondere Keramiken, der Vakuumschaltröhre erreicht, da bei einer solchen Konfiguration in der konkaven Struktur, also in der schüsselförmigen Struktur, in der Schüsselform, ausgeschalten wird. Der beim Ausschalten in der konkaven Struktur, der Schüsselform, auftretende Lichtbogen ist so gut abgeschirmt.
Ist der Bewegkontakt als Kegelstumpf ausgeführt reduziert das die zu bewegende Masse, was sich, wegen der potenziell geringeren notwendigen Antriebsenergie, vorteilhaft auf die Antriebsauslegung auswirkt und ein vorteilhafteres Prellverhalten bewirkt. Die alternative Ausgestaltung, bei der der Bewegkontakt in Schüsselform ausgeführt ist, hat den Vorteil, dass der Bewegkontaktbalg vor Überschlägen - elektrischen Überschlägen - und Lichtbogenreaktionsprodukten durch die Schüsselform zusätzlich geschützt ist.
Auch wird bevorzugt, dass der Kontaktbereich am Bewegkontakt und/oder am Gegenkontakt linear, also gradlinig, ausgebildet ist. Der gradlinige Verlauf des Kontaktbereiches, in den jeweils für den Kontakt mit dem anderen Kontaktbereich vorgesehenen Bereichen, ermöglicht eine einfache Herstellung und Auslegung der Kontaktbereiche mit gut vorhersagbaren elektrischen Eigenschaften und elektrischen Feldverteilungen.
Bevorzugt wird dabei, dass der Kontaktbereich einen Winkel zur Symmetrieachse der Vakuumschaltröhre aufweist, der zwischen 1° und 30°, bevorzugt 5° bis 30°, insbesondere zwischen 5° und 15° liegt.
Insbesondere wird bevorzugt, dass der Kontaktbereich zwei- oder dreigeteilt linear verläuft, also in zwei oder drei Abschnitten linear verläuft, wobei der Winkel zwischen dem jeweiligen linearen Abschnitt und der Symmetrieachse der Vakuumschaltröhre zwischen 5° bis 30°, insbesondere zwischen 5° und 15° liegt.
Weiter wird auch bevorzugt, dass eine Wandung der konkaven Geometrie zwischen dem Kontaktbereich und einem Öffnungsrand der konkaven Geometrie einen größeren ersten Winkel zur Symmetrieachse, als ein zweiter Winkel von dem Kontaktbereich zur Symmetrieachse aufweist.
Dadurch vergrößert sich der Abstand zwischen dem Kontaktbereich des Bewegkontaktes und der Wandung des Gegenkontaktes mit variiertem Winkel stärker, als der einer Ausführung ohne variiertem Winkel, insbesondere ohne Bereiche mit zu starken elektrischen Feldstärken zu erzeugen.
Bevorzugt wird auch, den Winkel kontinuierlich oder kontinuierlich mit Bereichen konstanter Winkel zu variieren, wobei der Bodenbereich bevorzugt im Bereich der Symmetrieachse der Vakuumschaltröhre einen Rechtenwinkel mit der Symmetrieachse der Vakuumschaltröhre bildet, und der Winkel bis zum Kontaktbereich der konkaven Geometrie kleiner wird, und der Winkel vom Bodenbereich aus nach dem Kontaktbereich sich weiter verringert oder aber sich der Winkel zur Symmetrieachse der Vakuumschaltröhre wieder vergrößert.
Besonders bevorzugt wird, dass der Öffnungsrand der konkaven Geometrie abgerundet ist. Das Abrunden des Öffnungsrandes der konkaven Geometrie bewirkt, dass das Auftreten von Feldspitzen, insbesondere an kantigen Strukturen, vermieden wird.
Bevorzugt wird auch, dass der Isolator eine einstückige Keramik ist. Dadurch ist eine kostengünstige Realisierung der Vakuumschaltröhre möglich.
Auch wird bevorzugt, dass der Isolator eine mehrteilige Keramik ist. Das ermöglicht einen feldoptimierten Aufbau der Vakuumschaltröhre.
Insbesondere wird bevorzugt, dass zwischen einem ersten Keramikteil und einem zweiten Keramikteil ein Metallbereich um einen Lichtbogenbereich zwischen Bewegkontakt und Gegenkontakt angeordnet ist. Dadurch werden die Keramikteile, also das erste Keramikteil und das zweite Keramikteil und, falls vorhanden, weitere Keramikteile, vor einer stärkeren Bedampfung im Lichtbogenbereich geschützt.
Bevorzugt wird, dass ein Balgschirm (140) zwischen Bewegkontaktbalg (129) und Bewegkontakt (126) angeordnet ist.
Auch wird bevorzugt, dass der Balgschirm im Wesentlichen die Geometrie des abzuschirmenden Bewegkontaktbalgendes nachbildet.
Weiter wird auch bevorzugt, dass der Balgschirm das Bewegkontaktbalgende in seiner radialen Ausdehnung überragt. Dadurch wird eine optimale Abschirmung des Balges gegen Metalldämpfe und Metalltropfen aus einem Lichtbogenereignis und eine optimierte Feldsteuerung erreicht.
Auch wird bevorzugt, dass die Vakuumschaltröhre ausgebildet ist, in einer Überdruckumgebung, spezielle in einer Überdruckumgebung einer gasisolierten Schaltanlage, betrieben zu werden, bzw. betreibbar zu sein. Damit sind insbesondere auch hohe Spannungsebenen realisierbar, insbesondere auch Mittelspannungen, Hochspannungen und Höchstspannungen. Damit ist die Vakuumschaltröhre insbesondere auch für SF6 - Schwefelhexafluorid - und SF6 freie gasisolierte Schaltanlagen geeignet. Ein Betreiben in einer Überdruckumgebung impliziert dabei technische Merkmale, wie eine stabilere Balgausführung und/oder effiziente Ableitung von Kräften auf die Keramik.
Bevorzugt wird dabei, dass die Vakuumschaltröhre mit einer gasisolierten Schaltanlage mit einem Isoliergas betreibbar ist oder betrieben wird, wobei das Isoliergas ein Gemisch aus Stickstoff und/oder Kohlendioxid ist, oder Stickstoff und/oder Kohlendioxid enthält, oder das Isoliergas ein Organofluorid enthält oder aus einem Organofluorid gebildet wird. Organofluoride sind dabei unter anderem Fluorketone und/der Fluorolefine und/oder Hydrofluorolefine (HFO) und/oder Fluornitrile.
Auch wird bevorzugt, dass der Gegenkontakt zusammen mit dem Festkontaktflansch einstückig ausgebildet ist. Das ermöglicht eine einfachere kostengünstigere Herstellung, insbesondere da auf eine weitere Verbindungsstelle, Lötstelle, verzichtet wird. Alternativ kann bei einer zweistückigen Ausführung der Gegenkontakt derart vormontiert sein, dass die Verbindung bei einer Verschlusslötung bereits ausgebildet, insbesondere vollständig ausgebildet, ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Schaltgerät mit einer oder mehr Vakuumschaltröhren nach einer oder mehreren der vorstehenden Ausführungen, wobei das Schaltgerät Anschlussmittel aufweist, die geeignet sind, das Schaltgerät fest oder beweglich mit einer Schaltanlage zu verbinden.
Ein Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Schaltanlage mit mindestens einem Schaltgerät gemäß einer oder mehreren der vorstehenden Ausführungen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beispielhaft erläutert.

1: Schnittdarstellung einer Vakuumschaltröhre aus dem Stand der Technik.
2: Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre.
3: Schnittdarstellung eines Kontaktsystems einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre.
4: Schnittdarstellung eines Kontaktsystems mit Kontaktbereichen mit lichtbogenresistenterem Material einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre.
5: Schnittdarstellung eines Kontaktsystems mit einem Balgschirm einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre.
6: Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes.
7: Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltanlage.

Die 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Vakuumschaltröhre 10 aus dem Stand der Technik. Die Vakuumschaltröhre 10 weist dabei einen röhrenförmigen Isolator 12 auf. Der Isolator 12 ist hier aus einer Keramik gebildet. Die Vakuumschaltröhre 10 weist hier einen Bewegkontakt 26 auf, der an einem Bewegkontaktstab 24 angeordnet ist und der Bewegkontaktstab 24 ist mittels eines Bewegkontaktbalgs 28 bewegbar und gasdicht an dem Bewegkontaktflansch 14 angeordnet. Der Bewegkontaktbalg 28 kann dabei außerhalb des Isolators 12 oder, hier nicht gezeigt, innerhalb des Isolators 12 und/oder des Bewegkontaktflansches 14 angeordnet sein. Der Bewegkontaktflansch 14 ist wiederum gasdicht mit dem Isolator 12 verbunden.
Gegenüber dem Bewegkontakt 26 ist ein Festkontakt 22 angeordnet, der mittels eines Festkontaktstabs 20 gasdicht durch den Festkontaktflansch 16 geführt ist. Der Festkontaktflansch 16 ist gasdicht mit dem Isolator 12 verbunden.
Die 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre 100. Der Körper der Vakuumschaltröhre 100 wird hier insbesondere aus einem hier röhrenförmigen Isolator 112, einem Bewegkontaktflansch 114 und einem Festkontaktflansch 116 gebildet. Die gezeigte Vakuumschaltröhre 100 weist also eine Röhrenform auf und besitzt so eine Symmetrieachse 101. Die Vakuumschaltröhre 100 weist einen Bewegkontaktstab 124 auf, der mittels eines Bewegkontaktbalges 128 beweglich und gasdicht mit dem Bewegkontaktflansch 114 verbunden ist. An einem Ende des Bewegkontaktstabs 124 innerhalb der Vakuumschaltröhre 100 ist der Bewegkontakt 126 angeordnet, wobei das erste Bewegkontaktbalgende 129 je nach notwendigem Hub näher oder weiter entfernt vom Bewegkontakt 126 angeordnet ist und die Länge des Bewegkontaktbalgs 128 entsprechend ausgewählt ist. In dem vorliegenden Beispiel sind der Bewegkontakt 126 und der Bewegkontaktstab 124 einstückig ausgebildet. Weiter verfügt die Vakuumschaltröhre 100 optional über eine Führung 115 für den Bewegkontaktstab 124, wobei die Führung 115 auch als Versteifung für den Bewegkontaktflansch 114 dienen kann. Der Gegenkontakt 122 für den Bewegkontakt 126 ist hier konkav ausgeführt - er weist eine konkave Geometrie auf - während der Bewegkontakt 126 hier konvex ausgeführt ist - er weist eine konvexe Geometrie auf -.
Die konkave Geometrie des Gegenkontaktes 122 weist einen Bodenbereich 123 auf. In dem dargestellten geschlossenen Zustand der Vakuumschaltröhre 100 berührt der Bewegkontakt 126 den Gegenkontakt 122 nicht mit seiner gesamten Fläche, sondern der Bewegkontakt 126 und der Gegenkontakt 122 berühren sich nur in den Kontaktbereichen 132, wo der elektrische, niederohmige Kontakt hergestellt wird. In der bevorzugten gezeigten Ausgestaltung berührt der Bewegkontakt 126 in dem gezeigten geschlossenen Zustand der Vakuumschaltröhre 100 nicht den Bodenbereich 123 der konkaven Geometrie des Gegenkontaktes 122.
Die 3 zeigt einen Ausschnitt einer schematische Schnittdarstellung mit Fokus auf das Kontaktsystem, Bewegkontakt 126 und Gegenkontakt 122, einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre 100 mit der Symmetrieachse 101 der Vakuumschaltröhre 100. Gezeigt ist auch ein erstes Bewegkontaktbalgende 129 des ansonsten in der 2 dargestellten Bewegkontaktbalgs 128. Als bevorzugte Ausgestaltung ist hier der Kontaktbereich 134 mit linearen Wandungsabschnitten am Bewegkontakt 126 und Gegenkontakt 122 gezeigt. Der Kontaktbereich 134 mit linearen Wandungsabschnitten ist derart ausgestaltet, dass ein zweiter Winkel 105 zwischen dem Kontaktbereich 134 mit linearen Wandungsabschnitten und der Symmetrieachse 101 gleichbleibt. Die Wandung im Innern der konkaven Geometrie des Gegenkontaktes 122 weist im Bereich zwischen dem dem Bodenbereich 123 zugewandten Kontaktbereich 134 und dem Bodenbereich 123 einen Winkel zur Symmetrieachse 101 auf, der von dem Kontaktbereich 134 hin zum Bodenbereich 123 monoton größer wird und am tiefsten Punkt des Bodenbereiches 123 bevorzugt einen rechten Winkel mit der Symmetrieachse 101 bildet. Im Bereich zwischen einer dem Bodenbereich 123 abgewandten Seite des Kontaktbereiches 134 und dem Öffnungsrand 144 der Wandung 142 der konkaven Geometrie, dem Gegenkontakt, nimmt der erste Winkel 103 von dem Kontaktbereich 134 aus zum Öffnungsrand 144 hin monoton zu. Der Bereich der Wandung 142 des Gegenkontaktes 122 weist hier also einen variierenden ersten Winkel 103 auf.
Die 4 zeigt einen Ausschnitt einer schematische Schnittdarstellung mit Fokus auf das Kontaktsystem, Bewegkontakt 126 mit einem optionalen Kontaktbereich 136 und einen Gegenkontakt 122 mit einem optionalen Kontaktbereich 138 und einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre 100 mit der Symmetrieachse 101 der Vakuumschaltröhre 100. Gezeigt ist auch ein erstes Bewegkontaktbalgende 129 des ansonsten in der 2 dargestellten Bewegkontaktbalgs 128. Als bevorzugte Ausgestaltung sind hier der Kontaktbereich 136 am Bewegkontakt 126 und der Kontaktbereich 138 am Gegenkontakt 122 als massive Bauteile ausgebildet. Alternativ, hier nicht gezeigt, können der Kontaktbereich 136 und/oder der Kontaktbereich 138 auch als Beschichtung ausgebildet sein oder aus einer Kombination aus Beschichtung und massiven Bauteilen ausgebildet sein.
Die 5 zeigt einen Ausschnitt einer schematische Schnittdarstellung mit Fokus auf das Kontaktsystem, Bewegkontakt 126 und Gegenkontakt 122, einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre 100 mit der Symmetrieachse 101 der Vakuumschaltröhre 100. Gezeigt ist auch ein erstes Bewegkontaktbalgende 129 des ansonsten in der 2 dargestellten Bewegkontaktbalgs 128. Als bevorzugte Ausgestaltung ist zwischen dem Bewegkontakt 126 und dem ersten Bewegkontaktbalgende 129 ein Balgschirm 140 angeordnet, der bei Lichbogenereignissen den Bewegkontaktbalg 128 davor schützt mit Metall bedampft und/oder von Metalltropfen getroffen zu werden und auch als Steuerelektrode fungiert.
Die 6 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes 5 mit einem Gehäuse 6, einem Antrieb 7, mindestens zwei Anschlussmittel 8, 9 und mindestens einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre 100. In der hier gezeigten Ansicht ist nur eine erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre 100 gezeigt, in alternativen Ausgestaltungen ist das Schaltgerät ein einpoliges Schaltgerät 5 mit einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre 100 und zwei Anschlussmitteln 8,9 oder ein dreipoliges Schaltgerät 5 mit drei erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhren 100 und drei mal zwei, also sechs, Anschlussmitteln 8, 9. Möglich sind aber auch andere Lösungen wie ein zweipoliger Aufbau oder mehrpoliger Aufbau.
Die 7 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltanlage 1 mit einem erfindungsgemäßen Schaltgerät 5.
Bezugszeichenliste

1: Schaltanlage;
5: Schaltgerät;
6: Gehäuse des Schaltgerätes 5;
7: Antrieb;
8: Anschlussmittel, insbesondere Polanschluss;
9: Anschlussmittel, insbesondere Polanschluss;
10: Vakuumschaltröhre;
12: Isolator, Keramik;
14: Bewegkontaktflansch;
16: Festkontaktflansch;
20: Festkontaktstab;
22: Festkontakt;
24: Bewegkontaktstab;
26: Bewegkontakt;
28: Bewegkontaktbalg;
100: Vakuumschaltröhre;
101: Symmetrieachse der Vakuumschaltröhre 100;
103: erster Winkel zur Symmetrieachse 101;
105: zweiter Winkel zur Symmetrieachse 101;
112: Isolator, Keramik;
114: Bewegkontaktflansch;
115: Führung für den Bewegkontakt, Versteifung für den Bewegkontaktflansch;
116: Festkontaktflansch;
117: Festkontaktflanschanschluss;
122: Gegenkontakt;
123: Bodenbereich einer konkaven Geometrie, hier des Gegenkontaktes 122
124: Bewegkontaktstab;
126: Bewegkontakt;
128: Bewegkontaktbalg;
129: erstes Bewegkontaktbalgende;
132: Kontaktbereich;
134: Kontaktbereich mit linearem Wandungsabschnitt am Bewegkontakt 126 und Gegenkontakt 122;
136: Kontaktbereich am Bewegkontakt 126;
138: Kontaktbereich am Gegenkontakt 122;
140: Balgschirm;
142: Wandung des Gegenkontaktes 122 mit variiertem Winkel;
144: Öffnungsrand der konkaven Geometrie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3832493 A1 [0003]

Claims

Vakuumschaltröhre (100) für Nieder-, Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen, mit einem oder mehr Isolatoren (112), einem Bewegkontaktflansch (114), einem Bewegkontaktstab (124), einem Bewegkontakt (126), einem Bewegkontaktdurchführungsmittel und einem Festkontaktflansch (116) dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumschaltröhre (100) - einen Bewegkontakt (126) aufweist, - einen Gegenkontakt (122) für den Bewegkontakt (126) aufweist und c) der Bewegkontakt (126) auf der dem Gegenkontakt (122) zugewandten Seite eine konvexe Geometrie aufweist und der Gegenkontakt (122) auf der dem Bewegkontakt (126) zugewandten Seite eine konkave Geometrie aufweist, oder d) der Bewegkontakt (126) auf der dem Gegenkontakt (122) zugewandten Seite eine konkave Geometrie aufweist und der Gegenkontakt (122) auf der dem Bewegkontakt (126) zugewandten Seite eine konvexe Geometrie aufweist, wobei die jeweilige konkave Geometrie und die jeweilige konvexe Geometrie jeweils derart aufeinander abgestimmte Kontaktbereiche (132, 134) aufweisen, dass bei einer geschlossenen Schalterposition die Kontaktbereiche (132, 134) der konvexen Geometrie und der konkaven Geometrie sich flächig berühren und einen Stromfluss mit einem geringen elektrischen Widerstand erlauben.
Vakuumschaltröhre (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegkontaktdurchführungsmittel ein Bewegkontaktbalg (128) ist.
Vakuumschaltröhre (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegkontakt (126) und/oder der Gegenkontakt (122) aus oder mit Kupfer gebildet ist und der Kontaktbereich (132, 134) am Bewegkontakt (126) und/oder Gegenkontakt (122) aus härterem und/oder lichtbogenresistenterem Material als Kupfer gebildet ist.
Vakuumschaltröhre (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (132, 134) aus einem massiven Bauteil (136, 138) oder einer Beschichtung des Bewegkontaktes (126) und/oder des Gegenkontaktes (122) gebildet ist.
Vakuumschaltröhre (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (132, 134) des Bewegkontaktes (126) und/oder des Gegenkontaktes (122) ringförmig ausgebildet ist.
Vakuumschaltröhre (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass c) die konvexe Geometrie des Bewegkontaktes (126) auf der dem Gegenkontakt (122) zugewandten Seite kegelstumpfartig ausgeführt ist und die konkave Geometrie des Gegenkontaktes (122) auf der dem Bewegkontakt (126) zugewandten Seite schüsselförmig ausgeführt ist, oder d) die konvexe Geometrie des Gegenkontaktes (122) auf der dem Bewegkontakt (126) zugewandten Seite kegelstumpfartig ausgeführt ist und die konkave Geometrie des Bewegkontaktes (126) auf der dem Gegenkontakt (122) zugewandten Seite schüsselförmig ausgeführt ist.
Vakuumschaltröhre (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (134) am Bewegkontakt (126) und/oder am Gegenkontakt (122) linear, gradlinig, ausgebildet ist.
Vakuumschaltröhre (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandung der konkaven Geometrie zwischen dem Kontaktbereich (134) und einem Öffnungsrand (144) der konkaven Geometrie einen größeren ersten Winkel (103) zur Symmetrieachse (101), als einen zweiten Winkel (105) von dem Kontaktbereich (134) zur Symmetrieachse (101) aufweist.
Vakuumschaltröhre (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (112) eine einstückige Keramik (112) ist.
Vakuumschaltröhre (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (112) eine mehrteilige Keramik (112) ist.
Vakuumschaltröhre (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem ersten Keramikteil und einem zweiten Keramikteil ein Metallbereich um den Lichtbogenbereich zwischen Bewegkontakt (126) und Gegenkontakt (122) angeordnet ist.
Vakuumschaltröhre (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Balgschirm (140) zwischen Bewegkontaktbalg (129) und Bewegkontakt (126) angeordnet ist.
Vakuumschaltröhre (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumschaltröhre (100) ausgebildet ist, in einer Überdruckumgebung, speziell in einer Überdruckumgebung einer gasisolierten Schaltanlage, betreibbar zu sein.
Schaltgerät (5) mit einer oder mehr Vakuumschaltröhren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Schaltgerät (5) Anschlussmittel (8,9) aufweist, die geeignet sind, das Schaltgerät (5) fest oder beweglich mit einer Schaltanlage zu verbinden.
Schaltanlage (1) mit mindestens einem Schaltgerät (5) gemäß Anspruch 14.