DE19519079A1 - Hochspannungs-Vakuumschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungs-Vakuumschalter mit einem im Bereich der Stirnkontakte die Vakuumkammer begrenzenden Kondensatschirm, der am inneren Umfang eines Isolierzylinders angeordnet ist, bzw. an den sich stirnseitig je ein Isolierzylinder anschließt, wobei die im wesentlichen als massive runde Scheiben ausgebildeten Stirnkontakte mit Kontaktbolzen in Verbindung stehen, die zentrisch von dem bzw. den Isolierzylindern aufgenommen werden, derart, daß der eine mit einem Stirnkontakt in Verbindung stehende Kontaktbolzen den Schalthub ermöglicht und dabei mit einem die Vakuumkammer vakuumdicht abschließenden Metallbalg in Verbindung steht.

Hochspannungs-Vakuumschalter sind im allgemeinen so aufgebaut, daß die Vakuumkammer im Bereich der Stirnkontakte durch einen Kondensatschirm begrenzt ist, an den sich die während eines Schaltvorganges entstehenden Metalldämpfe niederschlagen. Dieser Kondensatschirm ist nun entweder am inneren Umfang eines Isolierzylinders angeordnet, dessen Länge der der Vakuumkammer entspricht, wie beispielsweise die DE 39 32 159 C2 zeigt, oder aber es schließt sich stirnseitig an den Kondensatschirm je ein Isolierzylinder an, wie u. a. aus der DE 32 32 708 A1 hervorgeht, so daß die Länge der Vakuumkammer der Länge der beiden Isolierzylinder einschließlich des Kondensatschirms entspricht. Während der eine Isolierzylinder zentrisch den den Schalthub ermöglichenden, also den beweglichen Kontaktbolzen mit dem zugehörigen Stirnkontakt aufnimmt, wird der feststehende Kontaktbolzen mit dem zugehörigen Stirnkontakt von dem zweiten Isolierzylinder aufgenommen. An dieser Aufnahme der Kontaktbolzen mit den Stirnkontakten ändert sich auch nichts, wenn nur ein Isolierzylinder für die Vakuumschaltkammer zur Anwendung kommt. Damit ein vakuumdichter Verschluß der Vakuumkammer erzielt wird, ist der feststehende Kontaktbolzen in den Deckel der Vakuumkammer eingelötet, so daß hier auch gleichzeitig die Stromübertragung vom feststehenden Isolierbolzen zum Deckel gewährleistet ist. Dagegen erfolgt ein vakuumdichter Abschluß der Vakuumkammer zwischen dem beweglichen Kontaktbolzen und dem Bolzen der Vakuumkammer durch einen den Schalthub ermöglichenden Metallbalg, der einerseits mit dem beweglichen Kontaktbolzen und andererseits mit dem Boden der Vakuumkammer verbunden ist. Während die Betätigung des beweglichen Kontaktbolzens über eine mit dem Schalterantrieb in Verbindung stehende Schaltstange unter Zwischenschaltung eines Gelenkes erfolgen kann, sind die Stirnkontakte als massive runde Scheiben ausgebildet und besitzen, wie auch aus der DE 41 19 191 A1 hervorgeht, spiegelsymmetrische Ausnehmungen, die das Magnetfeld des zu unterbrechenden Stromes in Form und Richtung beeinflussen.

Leistungsschalter, so auch Vakuumleistungsschalter, haben die Aufgabe, einen hohen Strom bis zu seinem Nennwert nicht nur ein - sondern auch auszuschalten. Dabei hängt die Lebensdauer eines Hochspannungs-Vakuumschalters nicht nur vom Ausschaltvorgang ab, sondern auch vom Einschaltvorgang, da dieser den Hochspannungs-Vakuumschalter nicht nur thermisch, sondern auch mechanisch stark belastet. Dabei ist davon auszugehen, daß sich der bewegliche Kontaktbolzen mit dem zugehörigen Stirnkontakt infolge der beim Auslösen des Schalterantriebes freiwerdenden Kraft einer Einschaltfeder in Richtung des mit dem feststehenden Kontaktbolzen in Verbindung stehenden Stirnkontaktes mit einer Geschwindigkeit von ca. 1 m/s bewegt. Beim Auftreffen des mit dem beweglichen Kontaktbolzen in Verbindung stehenden Stirnkontaktes auf den Stirnkontakt, der mit dem feststehenden Kontaktbolzen verbunden ist, kommt es naturgemäß, da dieser infolge seiner innigen Verbindung mit dem Deckel der Vakuumkammer sehr massiv wirkt, zu einem Prellen, also zu einem wiederholten Anschlagen, mit einer vom Antriebssystem und der beweglichen Masse bestimmten Frequenz. Von diesem Prellen gehen jedoch zwei unterschiedliche Wirkungen aus, die die Gesamtlebensdauer und damit das Niveau eines Hochspannungs-Vakuumschalters begrenzen.

So verursacht das Prellen mechanische Schwingungen an dem mit dem beweglichen Kontaktbolzen umgebenden Metallbalg, wodurch das dünne Blech, aus dem der Metallbalg besteht, sehr stark beansprucht wird, so daß es nach einer relativ geringen Anzahl von Schaltspielen zu Rissen im Metallbalg kommt, mit dem ein Zusammenbruch des Vakuums verbunden ist. Das aber bedeutet, daß eine sichere Funktion des Hochspannungs-Vakuumschalters nur bis zu einer begrenzten Anzahl von Schaltspielen gewährleistet ist.

Weiterhin ist davon auszugehen, daß beim Annähern des mit dem beweglichen Kontaktbolzen in Verbindung stehenden Stirnkontaktes an den Stirnkontakt, der mit dem feststehenden Kontaktbolzen verbunden ist - das Anliegen der Betriebsspannung wird hierbei vorausgesetzt - es zu einem Vorzünden kommt, so daß sich ein Einschaltlichtbogen ausbildet, der zwar im Fortgang der Bewegung des beweglichen Kontaktbolzens aufgrund der metallischen Berührung beider Stirnkontakte erlischt, aber das Entstehen eines erneuten Einschaltlichtbogens ist infolge des Prellens nicht zu vermeiden, da bedingt durch dieses Prellen und dem damit verbundenen Zurückspringen des mit dem beweglichen Kontaktbolzen in Verbindung stehenden Stirnkontaktes ein Spalt zwischen den Stirnkontakten entsteht, in dem sich der Einschaltlichtbogen erneut ausbildet. Da die hinter dem beweglichen Kontaktbolzen über die Schaltstange weiterhin wirkende Einschaltfeder die Stirnkontakte wieder aufeinanderdrückt, kommt es zwar erneut zu einem Erlöschen des Einschaltlichtbogens, aber mit dem Prellen ist ein mehrfaches Wiederholen dieses Spieles verbunden. Bei jedem Zündvorgang erfolgt jedoch durch den zugehörigen Einschaltlichtbogen eine Erhitzung des Kontaktmaterials bis zur Verdampfungstemperatur. Kommt es im Zuge des Abschlusses des Einschaltvorganges zu einer abschließenden metallischen Berührung der Stirnkontakte, so führen die vielen unter Berücksichtigung der Erhitzung des Kontaktmaterials sich ausbildenden Heißpunkte bedingt durch die vielen Lichtbogenfußpunkte zu örtlichen Verschweißungen der Stirnkontakte.

Folgt nunmehr einer derartigen Kurzschlußstrom-Einschaltung eine spannungslose Ausschaltung, also eine Kontakttrennung ohne Strom, so werden die verschweißten Stellen der Stirnkontakte durch die Kraft des Schalterantriebes aufgerissen, so daß es zu kraterartigen Ausbildungen der erkalteten Schweißstellen kommt. Die sich dadurch ergebenden scharfkantigen Spitzen vermindern jedoch die Homogenität der Oberflächen der Stirnkontakte und damit die Durchschlagsspannung zwischen den geöffneten Stirnkontakten erheblich und sind der wesentliche Grund dafür, daß die Elementenspannung der Hochspannungs-Vakuumschalter die Spannung von ca. 36 kV bisher nicht überschritten hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungs- Vakuumschalter mit einem im Bereich der Stirnkontakte die Vakuumkammer begrenzenden Kondensatschirm, der am inneren oder äußeren Umfang eines Isolierzylinders angeordnet ist, bzw. an der sich stirnseitig je ein Isolierzylinder anschließt, zu schaffen, bei dem ausgehend von im wesentlichen als massive runde Scheiben ausgebildeten Stirnkontakten die mit Kontaktbolzen in Verbindung stehen, die zentrisch von dem bzw. den Isolierzylindern aufgenommen werden, derart, daß der eine mit dem einen Stirnkontakt in Verbindung stehende Kontaktbolzen den Schalthub ermöglicht und dabei mit einem die Vakuumkammer vakuumdicht abschließenden Metallbalg in Verbindung steht, das Prellen der Stirnkontakte zu vermeiden, so daß einerseits durch Ausschaltung des Entstehens von Rissen im Metallbalg eine Erhöhung der Anzahl der Schaltspiele und damit eine Erhöhung der Lebensdauer von Hochspannungs-Vakuumschaltern und andererseits durch Vermeidung von vielfältigen Verschweißungen der Stirnkontakte beim Einschaltvorgang eine Erhöhung der Betriebsspannung pro Vakuumschaltkammer ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird dieses dadurch erreicht, daß der dem den Schalthub ermöglichende Kontaktbolzen gegenüberstehende Kontaktbolzen axial verschiebbar im Deckel der Vakuumkammer angeordnet und konzentrisch von einem Metallbalg umgeben ist, sowie an seiner aus der Vakuumkammer herausragenden Stirnseite unter der Kraft von als Reibfedern wirkenden, kräftemäßig stärker als die Einschaltfeder ausgelegten, vorgespannten, zu einem Paket zusammengefaßten Ringfedern steht, derart, daß beim Auftreffen des mit dem den Schalthub ermöglichenden Kontaktbolzen in Verbindung stehenden Stirnkontaktes auf den mit dem im Deckel der Vakuumkammer axial verschiebbaren Kontaktbolzen in Verbindung stehenden Stirnkontakt die Ringfedern zunächst zusammendrückbar sind und daß bei der sich anschließenden Bewegungsumkehr der Ringfedern und damit des im Deckel der Vakuumkammer axial verschiebbaren Kontaktbolzens dieser in seiner Bewegung durch einen Anschlag begrenzt ist, wobei die dabei erreichte Stellung des mit dem im Deckel der Vakuumkammer axial verschiebbar angeordneten Kontaktbolzens in Verbindung stehenden Stirnkontaktes der Stellung entspricht, die dieser im eingelöteten Zustand des Kontaktbolzens einnimmt.

Gemäß einer bevorzugten weiteren Ausbildung ist der axial verschiebbar im Deckel der Vakuumkammer angeordnete Kontaktbolzen oberhalb des Deckels mit dem inneren Umfang eines auf der diesem Kontaktbolzen abgewandten Seite stirnseitig geschlossenen zylinderförmigen Gehäuse verbunden, wobei die geschlossene Stirnseite des zylinderförmigen Gehäuses mit den Ringfedern in Verbindung steht, während die der geschlossenen Stirnseite gegenüberliegende Stirnseite des Mantels des zylinderförmigen Gehäuses als Anschlag dienend in der Ruhestellung der Stirnkontakte auf der den Ringfedern zugerichteten Seite des Deckels der Vakuumkammer aufliegt. Dabei ist die Verbindung zwischen dem Kontaktbolzen und dem inneren Umfang des zylinderförmigen Gehäuses eine Löt- oder Schweißverbindung.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Ringfedern von einem teleskopartig ineinander verschiebbaren Gehäuse und von einem zentrisch dieses Gehäuse durchdringenden Bolzen aufgenommen, der auf seiner dem zylindrischen Gehäuse zugerichteten Seite mit dessen geschlossenen Stirnseite über einen mit einer Wölbung versehenen Stößel in Verbindung steht und auf der gegenüberliegenden Seite, vorzugsweise über eine Schraubverbindung, mit einem Trägergehäuse verbunden ist, das seinerseits mit dem Deckel der Vakuumkammer in Verbindung steht.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Hochspannungs-Vakuumschalter ist der den axial verschiebbar im Deckel der Vakuumkammer angeordneten Kontaktbolzen konzentrisch umgebende Metallbalg, der nunmehr im Bereich dieses Kontaktbolzens die vakuumdichte Abdichtung der Vakuumkammer gewährleistet einerseits am Deckel der Vakuumkammer und andererseits am Stirnkontakt oder aber am äußeren Umfang dieses Kontaktbolzens befestigt.

Besonders vorteilhaft ist es, insbesondere wegen der guten Wärmeabführung, wenn sowohl der den Schalthub ermöglichende Kontaktbolzen als auch der axial verschiebbar im Deckel der Vakuumkammer angeordnete Kontaktbolzen als Rohre ausgebildet sind, die an ihrem Umfang Ausnehmungen besitzen, über die sie mit den Räumen zwischen den Metallbälgen und den Kontaktbolzen in Verbindung stehen. Um nun diese Wärmeabführung insbesondere von der Rückfläche des Stirnkontaktes des axial verschiebbar im Deckel der Vakuumkammer angeordneten Kontaktbolzens über den als Rohr ausgebildeten Kontaktbolzen zu ermöglichen, besitzt in weiterer Ausgestaltung der Erfindung sowohl das zylinderförmige Gehäuse als auch das Trägergehäuse für die Ringfedern, das selbst aufgrund seiner großen Oberfläche als Kühlkörper dient, vorzugsweise an seinem äußeren Umfang Ausnehmungen. Ober diese Ausnehmungen und über die Ausnehmungen des als Rohr ausgebildeten, axial verschiebbar im Deckel der Vakuumkammer angeordneten Kontaktbolzens steht der Raum zwischen diesem Kontaktbolzen und dem diesen umgebenden konzentrisch umgebenden Metallbalg mit der freien Atmosphäre oder mit einem Isoliergas, vorzugsweise SF6 mit seinem hohen Wärmetransportvermögen, in Verbindung, so daß eine gute Wärmeabführung vom Stirnkontakt dieses Kontaktbolzens gewährleistet ist.

Unter Berücksichtigung des nunmehr axial verschiebbar im Deckel der Vakuumkammer angeordneten Kontaktbolzens sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zwischen diesem Kontaktbolzen und dem Deckel der Vakuumkammer zur Stromübertragung selbstfedernde Kontaktelemente vorgesehen. Diese sollten vorteilhaft eine schraubenfederartige Form besitzen und vorzugsweise aus Beryllium-Bronze bestehen. Dabei ist es zweckmäßig, wenn diese selbstfedernden Kontaktelemente in den Deckel der Vakuumkammer eingelassen sind. Während durch die Verwendung der selbstfedernden Kontaktelemente gleichseitig erreicht wird, daß keine nennenswerten Beanspruchungen in radialer Richtung, also auf die Armierung zwischen dem Deckel der Vakuumkammer und dem Isolierkörper, der die Vakuumkammer begrenzt und ein Porzellankörper sein kann, erfolgen, dient, das Trägergehäuse für die Ringfedern, das mit diesem stromführenden Deckel in Verbindung steht, neben der Wärmeabführung auch zur Aufnahme eines Anschlußkontaktes für die Schaltanlagenkomponenten.

Bei dem derart erfindungsgemäß ausgebildeten Hochspannungs-Vakuumschalter, bei dem der konzentrisch zum axial verschiebbar im Deckel der Vakuumkammer vorgesehenen Kontaktbolzen angeordnete Metallbalg die Abdichtung der Vakuumkammer vornimmt und die selbstfedernden Kontaktelemente die Stromübertragung von diesem Kontaktbolzen zum Deckel der Vakuumkammer gewährleisten, wird nunmehr insbesondere erreicht, daß beim Einschaltvorgang in der kurzen Zeit der Kontaktberührung, die etwa der Prellzeit entspricht, der axial verschiebbar im Deckel der Vakuumkammer angeordnete Kontaktbolzen mit seinem Stirnkontakt beweglich gestaltet ist. Ermöglicht wird dieses dadurch, daß dieser Kontaktbolzen und der zugehörige Stirnkontakt unter der Kraft der als Reibefeder wirkenden, kräftemäßig stärker als die Einschaltfeder ausgelegten, vorgespannten Ringfedern steht. Obwohl diese in Richtung Kammerinneres wirken, werden sie zwar beim Auftreffen der Stirnkontakte zunächst zusammengedrückt, aber an dieses Zusammendrücken schließt sich eine Bewegungsumkehr der Ringfedern und damit des durch die Ringfedern belasteten Kontaktbolzens mit seinem Stirnkontakt an bis diese Bewegung durch den Anschlag begrenzt wird, so daß der Kontaktbolzen mit seinem Stirnkontakt eine Position einnimmt, die dem eingelöteten Zustand des Kontaktbolzens entspricht. Dabei sind die Ringfedern 50 zu bemessen, daß sie folgende Bedingungen erfüllen:

• - Ihre Federsteifigkeit ist höher als die aus dem Schalterantrieb wirkenden Schrauben- bzw. Spiralfedern.
• - Sie vernichten etwa 66% der Bewegungsenergie, mit der sie beaufschlagt werden, so daß sie die Bewegung des den Schalthub ermöglichenden Kontakt­ bolzens mit seinem Stirnkontakt sowie die auf die Metallbälge beider Kontakt­ bolzen wirkenden Schwingungen bzw. Erschütterungen in Intensität und Verlauf dämpfen.
• - Sie wirken nur, bis nach ihrer Bewegungsumkehr diese Bewegung durch den Anschlag begrenzt wird, wobei die für die Stromführung vom Schalterantrieb aufzubringende "Ein"-Kontaktkraft unberührt bleibt.
• - Sie sind bei ihrer kräftemäßig stärker als die Einschaltfeder vorzunehmenden Auslegung der Bewegungsenergie der bewegten, aus dem den Schalthub ermöglichenden Kontaktbolzen mit dem zugehörigen Stirnkontakt, dem Dreh­ gelenk zwischen der Schaltstange und diesem Kontaktbolzen, der Schalt­ stange selbst und aus der Einschaltfeder resultierenden Masse anzupassen, wobei sich die "Ein"- und die "Aus"-Position der Stirnkontakte hierdurch nicht ändert.

Die auf den axial verschiebbar im Deckel der Vakuumkammer angeordneten Kontaktbolzen wirkenden, stärker als die Einschaltfeder ausgelegten, vorgespannten Ringfedern wirken nur in der Prellphase. Ihre Leistungsfähigkeit erlaubt das Bewegungsspiel der sich berührenden Stirnkontakte auf wenige mm zu begrenzen.

Die Erfindung ist auch bei einem Freiluftschalter einsetzbar. Dabei bedarf es jedoch deren Einordnung in freiluftbeständigen Isolierstoff vorzugsweise Porzellan. Das bedeutet, daß der Aufschlagimpuls beim Einschalten über den Isolierstoff abzuleiten ist. Auch hier führt die erfindungsgemäße Dämpfung zu einer merklichen Minderbelastung des äußeren Isolierstoffes, also des spröden Porzellans, da die Vakuumschaltkammer in der Regel mit den Armaturen des Porzellans kraftschlüssig verbunden ist.

Die erfinderische Lösung gilt auch als erfüllt, wenn an Stelle der dämpfenden Ringfeder ein anderes Element bzw. Werkstoff eingesetzt wird, der unter der beschriebenen Kurzzeitbelastung eine vergleichbare Dämpfungs-Charakteristik aufweist, z. B. ein "Elastomer".

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In der Zeichnung ist die Vakuumschalterkammer 1 eines Hochspannungs- Vakuumschalters im wesentlichen oberhalb der Stirnkontakte 2; 3 im Schnitt dargestellt. Dabei befindet sich der Hochspannungs-Vakuumschalter im eingeschalteten Zustand. Während der Stirnkontakt 2 mit dem den Schalthub durchführenden Kontaktbolzen 4 in Verbindung steht, ist der Stirnkontakt 3 mit dem Kontaktbolzen 5 verbunden, der axial verschiebbar im Deckel 6 der Vakuumkammer 7 angeordnet ist. An ihrem äußeren Umfang ist die Vakuumkammer 7 durch den der Aufnahme von Metalldämpfen aus dem Zwischenraum der Stirnkontakte 2; 3 bei Schaltvorgängen dienenden Kondensatschirm 8 sowie durch je einen stirnseitig an den Kondensatschirm 8 sich anschließenden Isolierzylinder 9, der ein Porzellankörper sein kann, begrenzt. Während der den Schalthub durchführende Kontaktbolzen 4 konzentrisch von einem die Vakuumkammer 7 vakuumdicht abschließenden Metallbalg 10 umgeben ist, der einerseits mit dem Stirnkontakt 2 und andererseits mit dem Boden 35 der Vakuumkammer 7 verbunden ist, ist der den Schalthub durchführende Kontaktbolzen 4 als Rohr ausgebildet und besitzt an seinem Umfang Durchbrechungen 11, durch die im Zusammenwirken mit dem Raum 12 zwischen dem Metallbalg 10 und dem den Schalthub durchführenden Kontaktbolzen 4 eine gute Wärmeabführung, insbesondere von der Rückfläche des Stirnkontaktes 2 ermöglicht wird. Dabei steht der Innenraum 13 des den Schalthub durchführenden Kontaktbolzens 4 und damit auch der Raum 12 über die Durchbrechungen 11 mit der Atmosphäre bzw. mit SF6, das ein hohes Wärmetransportvermögen besitzt, in Verbindung, was jedoch nicht weiter dargestellt ist.

Wie aus der Zeichnung weiterhin hervorgeht, steht der axial verschiebbar im Deckel 6 angeordnete Kontaktbolzen 5 mit einem oberhalb des Deckels 6 angeordneten zylinderförmigen Gehäuse 14 in Verbindung, indem dieser Kontaktbolzen 5 in den inneren Umfang des zylinderförmigen Gehäuses 14 eingelötet ist. Das zylinderförmige Gehause 14 ist auf der dem Kontaktbolzen 5 abgewandten Seite geschlossen, wobei diese geschlossene Stirnseite 15 und damit der verschiebbar im Deckel 6 angeordnete Kontaktbolzen 5 unter der Kraft von als Reibfedern wirkenden, kräftemäßig stärker als die Einschaltfeder des Schalterantriebes ausgelegten, vorgespannten, zu einem Paket zusammengefaßten Ringfedern 16 steht. Diese Ringfedern 16 sind von einem teleskopartig ineinander verschiebbaren Gehäuse 17 sowie von einem dieses Gehäuse 17 zentrisch durchdringenden Bolzen 18 aufgenommen. Der Bolzen 18 besitzt einen mit einer Wölbung 19 versehenen Stößel 20, mit dem der Bolzen 18 mit der geschlossenen Stirnseite 15 des zylinderförmigen Gehäuses 14 in Verbindung steht, und ist auf der dem Stößel 20 gegenüberliegenden Seite über eine Schraubverbindung 21 mit einem Trägergehäuse 22 verbunden, das mit dem Deckel 6 der Vakuumkammer 7 in Verbindung steht. Wie angedeutet, ist dieses Trägergehäuse 22 mit einem Anschlußkontakt 23 für die anderen Schaltanlagenkomponenten versehen.

Obwohl der axial verschiebbar angeordnete Kontaktbolzen 5 über das zylinderförmige Gehäuse 14 unter der Kraft der Ringfedern 16 steht, nimmt der axial verschiebbar angeordnete Kontaktbolzen 5 sowohl in der Ein- als auch in der Ausschaltstellung eine Position ein, die einer Position entspricht, die dieser im eingelöteten Zustand dieses Kontaktbolzens 5 einnehmen würde. Erreicht wird dieses, indem die der geschlossenen Stirnseite 15 gegenüberliegende Stirnseite 24 des Mantels 25 des zylinderförmigen Gehäuses 14 als Anschlag 26 dient und dabei in der Ruhestellung der Stirnkontakte 2; 3 auf dem Deckel 6 der Vakuumkammer aufliegt.

Erhält bei der Durchführung eines Einschaltvorganges - nach Abschluß des Einschaltvorganges nehmen die Stirnkontakte 2; 3 die aus der Zeichnung ersichtliche Lage ein - der den Schalthub durchführende Kontaktbolzen 4 den Einschaltimpuls durch einen äußeren Kraftspeicher, so bewegt sich dieser Kontaktbolzen 4 in Pfeilrichtung 27. Hat der Stirnkontakt 2 den Stirnkontakt 3 nahezu erreicht, so kommt es bei entsprechend anliegender Spannung zum Vorzünden, so daß sich ein Einschaltlichtbogen mit Katoden- und Anodenfußpunkten ausbildet. Die Bewegung des Kontaktbolzens 4 geht jedoch weiter, bis es zu einer metallischen Berührung der Stirnkontakte 2; 3 kommt. Hierdurch wird der Einschaltlichtbogen praktisch abgequetscht. Dabei trifft der Stirnkontakt 2 mit seinem den Schalthub durchführenden Kontaktbolzen 4 mit einer Bewegungsenergie, deren Masse durch die der bewegten Bauteile und durch eine Geschwindigkeit von etwa 1 m/s bestimmt ist, auf den zunächst ruhenden Stirnkontakt 3 auf. Da der Stirnkontakt 3 bedingt durch die axial verschiebbare Anordnung des Kontaktbolzens 5 und die auf diesen wirkenden Ringfedern 16 jedoch elastisch angeordnet ist, gibt dieser Stirnkontakt 3 nach und drückt die kräftemäßig stärker als die Einschaltfeder des Schalterantriebes ausgelegten, vorgespannten, zu einem Paket zusammengefaßten Ringfedern 16 zusammen. Dabei ist die Größe der zu einem Paket zusammengefaßten Ringfedern 16 der Bewegungsenergie der bewegten Masse, die im wesentlichen aus dem den Schalthub durchführenden Kontaktbolzen 4 mit seinem Stirnkontakt 2, dem Drehgelenk zwischen diesen Kontaktbolzen 4 und der Schaltstange, der Schaltstange selbst und aus der Einschaltfeder resultiert, angepaßt. Infolge des Nachgebens des Stirnkontaktes 3 und der Vernichtung von etwa 66% der Bewegungsenergie in den Ringfedern 16, sowie der größeren Reaktionsfähigkeit der Ringfedern 16 gegenüber der trägeren Einschaltfeder des Schalterantriebes wird der gesamte Bewegungsvorgang ohne merkliches Trennen der Stirnkontakte 2; 3 zum Stillstand gebracht. Da die Ringfedern 16 kräftemäßig stärker ausgelegt sind, als die Einschaltfeder des Schalterantriebes, wird bei Beachtung der Wirkdauer der Ringfedern 16 und der Einschaltfeder das gesamte eingeschaltete Kontaktsystem zurückgedrückt, bis die als Anschlag 26 dienende Stirnfläche 24 des Mantel 25 des zylinderförmigen Gehäuses 14 an den Deckel 6 der Vakuumkammer 7 anschlägt und damit die Bewegung des axial verschiebbar im Deckel 6 angeordneten Kontaktbolzens 5 beendet. Der den Schalthub durchführende Kontaktbolzen 4 mit dem Stirnkontakt 2 wird nunmehr durch die Einschaltfeder des Schalterantriebes gegen den jetzt ruhenden Stirnkontakt 3 mit dem zugehörigen Kontaktbolzen 5 gedrückt.

Kräfteschwankungen, die infolge der gegenläufigen Wirkung der Ringfedern 16 und der Einschaltfeder bei dem Einschaltvorgang an den sich berührenden Stirnkontakten 2; 3 auftreten, klingen bedingt durch die starke Dämpfung der Ringfedern 16 schnell ab. Die Charakteristik der dämpfenden Ringfedern 16 wirkt nicht nur reduzierend auf die Erstamplitude der Impulse, sondern auch verkürzend auf die Schwingungsdauer des gesamten schwingungsfähigen Systems, da das Dämpfungsdekrement sehr groß ist. Während die Stromübertragung zwischen dem axial verschiebbar im Deckel 6 der Vakuumkammer 7 angeordneten Kontaktbolzen 5 und dem Deckel 6 der Vakuumkammer 7 durch selbstfedernde Kontaktelemente 28 erfolgt, die eine schraubenfederartige Form besitzen und aus Beryllium-Bronze bestehen, ist auch der axial im Deckel 6 der Vakuumkammer 7 angeordnete Kontaktbolzen 5 zumindest teilweise konzentrisch von einem Metallbalg 29 umgeben, der ebenfalls gewährleistet, daß im Bereich dieses axial verschiebbaren Kontaktbolzens 5 eine vakuumdichte Abdichtung der Vakuumkammer 7 erfolgt. Die dämpfende Wirkung der Ringfedern 16 schließt jede mögliche Resonanzerscheinung mit den Metallbälgen 10 und 29, die je eine eigene Federcharakteristik besitzen, aus, das heißt, die Ringfedern 16 wirken zugleich verstimmend auf die Schwingungen, so daß die Metallbälge 10 und 29 gegen sie belastende Schwingungen weitgehend geschützt werden, wodurch das Entstehen von Rissen in den Metallbälgen 10 und 29 vermieden wird und somit die Lebensdauer von Hochspannungs-Vakuumschaltern erhöht wird.

Schließlich zeigt aber auch die Zeichnung, daß auch der axial als verschiebbar im Deckel 6 der Vakuumkammer 7 angeordnete Kontaktbolzen 5 als Rohr ausgebildet ist und an seinem Umfang Ausnehmungen 30 besitzt, über die eine Verbindung zwischen dem Raum 31 zwischen dem Metallbalg 29 und dem Kontaktbolzen 5 und dem Raum 32 innerhalb des als Rohr ausgebildeten Kontaktbolzens 5 besteht. Da aber auch das als Trägergehäuse 22 für die Ringfedern 16 sowie das zylinderförmige Gehäuse 14 an ihrem äußeren Umfang Ausnehmungen 33; 34 besitzen, ist gewährleistet, daß insbesondere auch von der Rückfläche des Stirnkontaktes 3 eine gute Wärmeabführung ermöglicht wird. Dabei stehen die Räume 31; 32 über die Ausnehmungen 30; 33; 34 mit der freien Atmosphäre oder aber mit SF6 mit seinem hohen Wärmetransportvermögen in Verbindung.

Bezugszeichenliste

1 Vakuumschaltkammer
2 Stirnkontakt
3 Stirnkontakt
4 Kontaktbolzen, der den Schalthub durchführt
5 Kontaktbolzen
6 Deckel
7 Vakuumkammer
8 Kondensatschirm
9 Isolierzylinder
10 Metallbalg
11 Durchbrechungen
12 Raum
13 Innenraum
14 zylinderförmiges Gehäuse
15 geschlossene Stirnseite
16 Ringfedern
17 teleskopartig ineinander verschiebbares Gehäuse
18 Bolzen
19 Wölbung
20 Stößel
21 Schraubverbindung
22 Trägergehäuse
23 Anschlußkontakt
24 Stirnseite
25 Mantel
26 Anschlag
27 Pfeilrichtung
28 selbstfedernde Kontaktelemente
30 Ausnehmungen
31 Raum
32 Raum innerhalb des Kontaktbolzens 5
33 Ausnehmungen
34 Ausnehmungen
35 Boden.

Claims (13)

1. Hochspannungs-Vakuumschalter mit einem im Bereich der Stirnkontakte die Vakuumkammer begrenzenden Kondensatschirm, der am Umfang eines Isolierzylinders angeordnet ist, bzw. an den sich stirnseitig je ein Isolierzylinder anschließt, wobei die im wesentlichen als massive runde Scheiben ausgebildeten Stirnkontakte mit Kontaktbolzen in Verbindung stehen, die zentrisch von dem bzw. den Isolierzylindern aufgenommen werden, derart, daß, der eine mit dem einen Stirnkontakt in Verbindung stehende Kontaktbolzen den Schalthub ermöglicht und dabei mit einem die Vakuumkammer vakuumdicht abschließenden Metallbalg in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet daß der dem den Schalthub ermöglichende Kontaktbolzen (4) gegenüberstehende Kontaktbolzen (5) axial verschiebbar im Deckel (6) der Vakuum­ kammer (7) angeordnet und konzentrisch von einem Metallbalg (29) umgeben ist, sowie an seiner aus der Vakuumkammer (7) herausragenden Stirnseite unter der Kraft von als Reibfedern wirkenden, kräftemäßig stärker als die Einschaltfeder ausgelegten, vorgespannten, zu einem Paket zusammengefaßten Ringfedern (16) steht, derart, daß beim Auftreffen des mit dem den Schalthub ermöglichenden Kontaktbolzen (4) in Verbindung stehenden Stirnkontakten (2) auf den mit dem im Deckel (6) der Vakuum­ kammer (7) axial verschiebbaren Kontaktbolzen (5) in Verbindung stehenden Stirnkontakt (3) die Ringfedern (16) zunächst zusammendrückbar sind und daß bei der sich anschließenden Bewegungsumkehr der Ringfedern (16) und damit des im Deckel (6) der Vakuumkammer (7) axial verschiebbaren Kontaktbolzens (5) dieser in seiner Bewegung durch einen Anschlag (26) begrenzt ist, wobei die dabei erreichte Stellung des mit dem im Deckel (6) der Vakuumkammer (7) axial verschiebbar angeordneten Kontaktbolzens (5) in Verbindung stehenden Stirnkontaktes (3) der Position entspricht, die dieser im eingelöteten Zustand des Kontaktbolzens (5) einnimmt.

2. Hochspannungs-Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der axial verschiebbar im Deckel (6) der Vakuumkammer (7) angeordnete Kontaktbolzen (5) oberhalb des Deckels (6) mit dem inneren Umfang eines auf der diesem Kontaktbolzen (5) abgewandten Seite stirnseitig geschlossenen zylinderförmigen Gehäuse (14) verbunden ist, wobei die geschlossene Stirnseite (15) des zylinderförmigen Gehäuses (14) mit den Ringfedern (16) in Verbindung steht, während die der geschlossenen Stirnseite (15) gegenüberliegende Stirnseite (24) des Mantels (25) des zylinderförmigen Gehäuses (14) als Anschlag (26) diendend in der Ruhestellung der Stirnkontakte (2; 3) auf der den Ringfedern (16) zugerichteten Seite des Deckels (6) der Vakuumkammer (7) aufliegt.

3. Hochspannungs-Vakuummschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Kontaktbolzen (5) und dem inneren Umfang des zylinderförmigen Gehäuses (14) eine Lötverbindung ist.

4. Hochspannungs-Vakuumschalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfedern (16) von einem teleskopartig ineinander verschiebbaren Gehäuse (17) und von einem zentrisch dieses Gehäuse (17) durchdringenden Bolzen (18) aufgenommen sind, der auf seiner dem zylindrischen Gehäuse (14) zugerichteten Seite mit dessen geschlossener Stirnseite (15) über einen mit einer Wölbung (19) versehenem Stößel (20) in Verbindung steht und auf der gegenüberliegenden Seite, vorzugsweise über eine Schraub­ verbindung (21), mit einem Trägergehäuse (21) verbunden ist, das seinerseits mit dem Deckel (6) der Vakuumkammer (7) in Verbindung steht.

5. Hochspannungs-Vakuumschalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der den axial verschiebbar im Deckel (6) der Vakuumkammer (7) angeordneten Kontaktbolzen (5) konzentrisch umgebende Metallbalg (29) einerseits am Deckel (6) der Vakuumkammer (7) und andererseits am Stirnkontakt (3) bzw. am äußeren Umfang dieses Kontaktbolzens (5) befestigt ist.

6. Hochspannungs-Vakuumschalter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der den Schalthub ermöglichende Kontaktbolzen (4) als auch der axial verschiebbar im Deckel (6) der Vakuumkammer (7) angeordnete Kontaktbolzen (5) als Rohre ausgebildet sind, die an ihrem Umfang Ausnehmungen (11; 30) besitzen, über die sie mit den Räumen (12; 31) zwischen den Metallbälgen (10; 29) und den Kontaktbolzen (4; 5) in Verbindung stehen.

7. Hochspannungs-Vakuumschalter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das zylinderförmige Gehäuse (14) als auch das Trägergehäuse (22) für die Ringfedern (16), vorzugsweise an ihrem äußerem Umfang, Ausnehmungen (34; 33) besitzen.

8. Hochspannungs-Vakuumschalter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (31) zwischen dem axial verschiebbar im Deckel (6) der Vakuumkammer (7) angeordneten Kontaktbolzen (5) und den diesen konzentrisch umgebenden Metallbalg (29) über die Ausnehmungen (30) dieses als Rohr ausgebildeten Kontaktbolzen (5) sowie über die Ausnehmungen (34) des zylinderförmigen Gehäuses (14) und über die Ausnehmungen (33) des Trägergehäuses (22) für die Ringfedern (16) mit der freien Atmosphäre oder mit einem Isoliergas, vorzugsweise SF6, in Verbindung steht.

9. Hochspannungs-Vakuumschalter nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die als Reibfedern wirkenden, kräftemäßig stärker als die Einschaltfeder ausgelegten, vorgespannten, zu einem Paket zusammengefaßten Ringfedern (16) der Bewegungsenergie der bewegten, aus dem den Schalthub ermöglichenden Kontaktbolzen (4) mit dem zugehörigen Stirnkontakt (2), dem Drehgelenk zwischen der Schaltstange und diesem Kontaktbolzen (4), der Schaltstange und der Einschaltfeder resultierenden Masse angepaßt sind.

10. Hochspannungs-Vakuumschalter nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stromübertragung zwischen dem axial verschiebbar im Deckel (6) der Vakuumkammer (7) angeordneten Kontaktbolzen (5) und dem Deckel (6) der Vakuumkammer (7) selbstfedernde Kontaktelemente (28) vorgesehen sind.

11. Hochspannungs-Vakuumschalter nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die selbstfedernden Kontaktelemente (28) eine schraubenfederartige Form besitzen und vorzugsweise aus Beryllium-Bronze bestehen.

12. Hochspannungs-Vakuumschalter nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die selbstfedernden Kontaktelemente (28) in Nuten des Deckels (6) der Vakuumkammer (7) angeordnet sind.

13. Hochspannungs-Vakuumschalter nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergehäuse (22) für die Ringfedern (16) mit einem Anschlußkontakt (23) für die Schaltanlagenkomponenten versehen ist.