DE19603081B4

DE19603081B4 - High-voltage vacuum switch

Info

Publication number: DE19603081B4
Application number: DE1996103081
Authority: DE
Inventors: Ottmar Mueller
Original assignee: Individual
Current assignee: MUELLER, OTTMAR, PROF. DR.-ING.HABIL., 12459 BERLI
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1996-01-19
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2016-01-20
Also published as: DE19603081A1

Abstract

Hochspannungs-Vakuumschalter mit einer Vakuumschaltkammer, die einen von einem Isolierzylinder, vorzugsweise aus Keramik, umschlossenen Vakuumraum aufweist, wobei die obere und untere Öffnung des Isolierzylinders mit jeweils einer Endplatte vakuumdicht verschlossen ist und in dem mittleren Bereich der oberen Endplatte ein feststehender Schaltstift mit einem feststehenden Schaltkontakt an seinem unteren Ende vakuumdicht befestigt ist und axial zu dem feststehenden Schaltstift ein beweglicher Schaltstift mit einem beweglichen Schaltkontakt an seinem oberen Ende relativ zu dem feststehenden Schaltstift in Längsrichtung verschiebbar in der unteren Endplatte angeordnet ist und durch einen an der unteren Endplatte und im Bereich des oberen Endes des beweglichen Schaltstiftes vakuumdicht befestigten Metallfaltenbalg gegenüber dem Vakuumraum abgedichtet ist, wobei an der oberen Endplatte, das Potential derselben tragend, ein Steuerschirm aus Metall elektrisch angelenkt ist, der sich in dem Vakuumraum erstreckt und einen nach unten offenen Raum umschließt, in dem konzentrisch zu dem Steuerschirm der feststehende Schaltstift mit seinem Schaltkontakt angeordnet ist,...High-voltage vacuum switch with a vacuum interrupter, which has a vacuum space enclosed by an insulating cylinder, preferably made of ceramic, the upper and lower opening of the insulating cylinder being sealed in a vacuum-tight manner in each case with an end plate and in the central region of the upper end plate a fixed switching pin with a fixed one Switching contact is vacuum-tightly attached at its lower end and axially to the fixed switching pin, a movable switching pin with a movable switching contact at its upper end is arranged to be displaceable in the longitudinal direction in the lower end plate relative to the fixed switching pin and by one on the lower end plate and in the region of the Upper end of the movable switching pin vacuum-sealed metal bellows is sealed from the vacuum space, wherein on the upper end plate, carrying the potential thereof, a metal control screen is electrically articulated, which is in the Extends vacuum space and encloses a downwardly open space, in which the fixed switching pin with its switching contact is arranged concentrically to the control screen, ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungs-Vakuumschalter mit einer Vakuumschaltkammer, die einen von einem Isolierzylinder, vorzugsweise aus Keramik, umschlossenen Vakuumraum aufweist, wobei die obere und untere Öffnung des Isolierzylinders mit jeweils einer Endplatte vakuumdicht verschlossen ist und in dem mittleren Bereich der oberen Endplatte ein feststehender Schaltstift mit einem feststehenden Schaltkontakt an seinem unteren Ende vakuumdicht befestigt ist und axial zu dem feststehenden Schaltstift ein beweglicher Schaltstift mit einem beweglichen Schaltkontakt an seinem oberen Ende relativ zu dem feststehenden Schaltstift in Längsrichtung verschiebbar in der unteren Endplatte angeordnet ist und durch einen an der unteren Endplatte und im Bereich des oberen Endes des beweglichen Schaltstiftes vakuumdicht befestigten Metallfaltenbalg gegenüber dem Vakuumraum abgedichtet ist, wobei an der oberen Endplatte, das Potential derselben tragend, ein Steuerschirm aus Metall elektrisch angelenkt ist, der sich in dem Vakuumraum erstreckt und einen nach unten offenen Raum umschließt, in dem konzentrisch zu dem Steuerschirm der feststehende Schaltstift mit seinem Schaltkontakt angeordnet ist, wobei beide Schaltkontakte sich in der Stellung "EIN" und der Stellung "SCHALTEN" innerhalb des von dem Steuerschirm umschlossenen Raumes befinden, wobei an der unteren Endplatte, das Potential derselben tragend, axial zu dem oberen Steuerschirm ein unterer Steuerschirm aus Metall elektrisch angelenkt ist, der sich in dem Vakuumraum erstreckt und einen nach oben offenen Raum umschließt, in dem konzentrisch zu dem Steuerschirm der bewegliche Schaltstift mit seinem Schaltkontakt sowie den ihn koaxial umgebenden Metallfaltenbalg angeordnet ist, wobei der bewegliche Schaltkontakt im ausgeschalteten Zustand in der Stellung "ISOLIEREN" sich innerhalb des von dem unteren Steuerschirm umschlossenen Raumes befindet.The invention relates to a high-voltage vacuum switch with a vacuum interrupter, one of an insulating cylinder, preferably made of ceramic, has enclosed vacuum space, wherein the top and bottom opening of the insulating cylinder, each with an end plate, closed in a vacuum-tight manner and is a fixed one in the middle area of the upper end plate Switch pin with a fixed switch contact at its lower end is attached vacuum-tight and axially to the fixed switching pin a movable switch pin with a movable switch contact at its upper end relative to the fixed switching pin in the longitudinal direction is slidably disposed in the lower end plate and by a on the lower end plate and in the area of the upper end of the movable Switch pin vacuum-tight attached metal bellows against the Vacuum space is sealed, with the potential at the upper end plate bearing the same, a metal control screen articulated electrically which extends in the vacuum space and is open at the bottom Encloses space in the concentric to the control screen the fixed switching pin is arranged with its switching contact, both switching contacts switch to the "ON" position and the "SWITCH" position within the range of the control screen enclosed space, being at the bottom End plate, carrying the potential thereof, axially to the upper control screen a lower control screen made of metal is electrically articulated extends in the vacuum space and an open space encloses in the concentric to the control screen of the movable switching pin arranged with its switching contact and the coaxial surrounding metal bellows is, the movable switch contact in the switched-off state in the "ISOLATE" position within the is enclosed by the lower control screen.

Es sind bereits Hochspannungs-Vakuumschalter der eingangs beschriebenen Art bekannt.They are already high voltage vacuum switches of the type described above.

In der DE 24 07 001 ist dabei ein Vakuumschalter beschrieben, der ein äußeres Lichtbogenschutzelement, zu dem konzentrisch zwei innere Lichtbogenschutzelemente angeordnet sind, aufweist. Diese umgeben jeweils die voneinander entfernten elektrischen Kontakte einerseits und Teile der stationären sowie der beweglichen Elektroden andererseits. Dieser Aufbau führt zu einem sehr großen Gesamtdurchmesser der Vakuumschaltkammer. Der konstruktive Aufwand ist dabei sehr hoch, wobei die inneren Lichtbogenschutzelemente mit den Potentialringen über zusätzliche Isolatoren gehalten werden müssen.In the DE 24 07 001 describes a vacuum switch which has an outer arc protection element to which two inner arc protection elements are arranged concentrically. These each surround the distant electrical contacts on the one hand and parts of the stationary and movable electrodes on the other. This structure leads to a very large overall diameter of the vacuum interrupter. The design effort is very high, the inner arc protection elements with the potential rings must be held over additional insulators.

In der DE-AS 27 54 547 ist ein Vakuumschalter beschrieben, bei dem die Trennung von "Schalten" und "Isolieren" dadurch erreicht wird, daß die zur Isolierung dienende Elektrode auf der Festkontaktseite aus einem allseitig geschlossenen, topfförmigen Zylinder besteht, der im Bereich des feststehenden Kontaktes einen eingezogenen Boden hat, in dem der feste Schaltkontakt angeordnet ist. Die Bodentiefe des Festkontaktes ist so ausgebildet, daß der Schaltvorgang, in dem der Schaltlichtbogen trennt, nur in dieser Tiefe erfolgt. Die geschlossene Wandung der Vertiefung kann jedoch nicht vermeiden, daß der mit extremer Geschwindigkeit radial ausströmende Metalldampf unterschiedlich reflektiert wird. Damit schlägt sich der Metalldampf teilweise an der Innenwand des Isolierzylinders nieder. Die Isolierung wird damit stark beeinträchtigt.In the DE-AS 27 54 547 A vacuum switch is described in which the separation of "switching" and "isolating" is achieved in that the electrode used for the isolation on the fixed contact side consists of a pot-shaped cylinder which is closed on all sides and has a retracted base in the area of the fixed contact. in which the fixed switch contact is arranged. The bottom depth of the fixed contact is designed so that the switching process in which the switching arc separates takes place only at this depth. However, the closed wall of the depression cannot prevent the metal vapor radially flowing out at extreme speed from being reflected differently. The metal vapor is thus partially deposited on the inner wall of the insulating cylinder. This severely affects the insulation.

Die dem beweglichen Kontakt zugeordnete Steuerelektrode nimmt an einem vorspringenden Teil den der Abdichtung des beweglichen Kontaktes dienenden Metallbalg auf. Die Steuerelektrode weist damit eine veränderte Form im Vergleich zur Gegenelektrode auf. Außerdem zwingt die Anordnung des Metallfaltenbalges dazu, daß der gesamte Raum zwischen diesem und dem beweglichen Schaltstift bis in die Nähe der unteren Endplatte in den Vakuumraum einbezogen wird. Damit wird die Abführung der Wärme erschwert, und es besteht die Gefahr eines Wärmestaus.The control electrode assigned to the movable contact takes on the projecting part of the sealing of the movable Contact serving metal bellows. The control electrode thus points a changed one Shape compared to the counter electrode. The arrangement also compels of the metal bellows so that the entire space between this and the movable switch pin up nearby the lower end plate is included in the vacuum space. So that will the exhaustion of warmth difficult, and there is a risk of heat build-up.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungs- Vakuumschalter entsprechend dem Oberbegriff nach Anspruch 1 zu schaffen, der einen relativ einfachen konstruktiven Aufbau aufweist und wobei während des Schaltvorganges kein Metalldampf auf die Isolierwände austreten kann und ein Wärmestau verhindert sowie im ausgeschalteten Zustand ein eindeutiges axiales elektrisches Feld gewährleistet wird.The invention is based on the object a high voltage vacuum switch according to the preamble of claim 1 to create one has relatively simple construction and wherein during the Switching process, no metal steam can escape on the insulating walls can and a heat build-up prevents a clear axial when switched off electrical field guaranteed becomes.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die in den Vakuumraum hineinragenden freien Enden des oberen und unteren Steuerschirmes jeweils als ein das elektrische Feld steuernder Potentialring mit einer halbrundförmigen Krümmung ausgebildet sind, die mit ihrem Innenrand in den von dem zugehörigen Steuerschirm umschlossenen Raum hineinragt und einen mit diesem verbundenen, zu dem Raum hin offenen kreisförmigen Raum bildet und der Innenrand als ein zylinderförmiger Schirm ausgebildet ist, wobei der zylinderförmige Schirm in dem oberen Steuerschirm etwas unterhalb der Stellung "SCHALTEN" des beweglichen Schaltkontaktes und der zylinderförmige Schirm in dem unteren Steuerschirm etwas oberhalb der Stellung "ISOLIEREN" des beweglichen Schaltkontaktes liegt und wobei die einander gegenüberliegenden vorderen Enden der Potentialringe einen Abstand zueinander aufweisen, der zwischen der Stellung "oberer Potentialring" und der Stellung "unterer Potentialring" geringer ist als der Abstand zwischen der Stellung "EIN" des feststehenden Schaltkontaktes und der Stellung "ISOLIEREN" des beweglichen Schaltkontaktes.According to the invention, the object is achieved in that the free ends of the upper and lower control screens projecting into the vacuum space are each designed as a potential ring controlling the electrical field with a semicircular curvature which projects with its inner edge into the space enclosed by the associated control screen and one connected to this, circular space open to the room and the inner edge is designed as a cylindrical screen, the cylindrical screen in the upper control screen slightly below the "SWITCH" position of the movable switch contact and the cylindrical screen in the lower control screen slightly above the "INSULATE" position of the movable switching contact and the opposite front ends of the potential rings are at a distance from each other which is less between the "upper potential ring" position and the "lower potential ring" position al s the distance between the "ON" position of the fixed switch contact and the "INSULATE" position of the movable switch contact.

Vorzugsweise entspricht der Abstand zwischen der Stellung "EIN" und der Stellung des oberen Potentialringes annähernd der doppelten Höhe des Schalthubes des beweglichen Schaltkontaktes.The distance preferably corresponds between the "ON" position and the position of the upper potential ring approximately double the height the switching stroke of the movable switching contact.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird erreicht, daß die aus dem Schaltlichtbogen resultierenden Metalldämpfe durch den oberen Steuerschirm aufgenommen werden. Ein Niederschlag auf der Innenwand des Isolierzylinders wird verhindert. Dabei nimmt der kleinere, kreisförmige Raum auch verwirbelnde Metalldämpfe auf.Through the training according to the invention achieved that metal vapors resulting from the switching arc through the upper control screen be included. A precipitate on the inner wall of the insulating cylinder will be prevented. The smaller, circular space takes up also swirling metal vapors on.

Eine weitere Verbesserung zur Aufnahme von Metalldämpfen kann dadurch erreicht werden, daß der obere Steuerschirm in Richtung der halbrundförmigen Krümmung, mindestens im Bereich zwischen der Stellung "EIN" und der Stellung "SCHALTEN" der Schaltkontakte, konisch verjüngt ist.Another improvement to include metal vapors can be achieved in that the upper control screen in Direction of semicircular Curvature, at least in the range between the "ON" position and the "SWITCH" position of the switch contacts, is tapered.

Die halbrundförmige Krümmung des oberen Steuerschirmes, deren Innenwand ein zylinderförmiger Schirm ist, dient außerdem dazu, die Wiederkehrspannung unmittelbar nach dem Löschen des Schaltlichtbogens zu beherrschen. Der obere Teil des Steuerschirmes trägt mit zur Verminderung eines elektrischen Feldes bei, das axiale und radiale Komponenten aufweist. Hierdurch werden in diesem Bereich auch hohe Spannungen beherrscht.The semicircular curvature of the top control screen, whose inner wall is cylindrical Screen is also serves to the return voltage immediately after deleting the Control switching arc. The upper part of the control screen contributes to reduce an electrical field, the axial and radial Components has. This also results in high levels in this area Tensions mastered.

Dadurch, daß das untere Ende des oberen Steuerschirmes einen Potentialring mit einer halbrundförmigen Krümmung bildet, dem an dem unteren Steuerschirm ein zweiter entsprechender Potentialring gegenübersteht, ist ein symmetrisches elektrisches Feld vorhanden.The fact that the lower end of the upper control screen forms a potential ring with a semicircular curvature, that on the lower control screen a second corresponding potential ring is symmetrical electric field present.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird ebenfalls erreicht, daß sich die Wärme, die vor allem an den Schaltkontakten entsteht, verteilen kann.Through the training according to the invention also achieved that the heat, which arises especially at the switch contacts.

Zur Abführung der Wärme, insbesondere von den heißen Schaltkontakten, ist es vorteilhaft, daß der bewegliche und der feststehende Schaltstift rohrförmig ausbildet ist, wobei der bewegliche Schaltstift an seinem Umfang Durchbrechungen aufweist, über die sein rohrförmiger Innenraum mit dem Raum zwischen dem Metallfaltenbalg und dem beweglichen Schaltstift verbunden ist.To dissipate the heat, especially from the hot switch contacts, it is advantageous that the movable and the fixed switching pin tubular is, with the movable switching pin openings on its circumference has about which will be more tubular Interior with the space between the metal bellows and the moving one Switch pin is connected.

Dabei können der rohrförmige Innenraum der Schaltstifte mit der freien Atmosphäre in Verbindung stehen. Damit ist über den rohrförmigen Raum in dem beweglichen Schaltstift und seinen Durchbrechungen der von dem Metallfaltenbalg umschlossene Raum mit der die Vakuumschaltkammer umgebenden freien Atmosphäre verbunden.The tubular interior of the Switch pins are connected to the free atmosphere. In order to is over the tubular Space in the movable switching pin and its openings enclosed by the metal bellows with the vacuum interrupter surrounding free atmosphere connected.

Eine Kühlung kann aber auch dadurch verbessert werden, daß die rohrförmigen Räume der Schaltstifte und der von dem Metallfaltenbalg umschlossene Raum mit einem die Vakuumschaltkammer umgebenden Isoliergas, vorzugsweise SF₆, verbunden ist.Cooling can, however, also be improved in that the tubular spaces of the switching pins and the space enclosed by the metal bellows are connected to an insulating gas, preferably SF ₆ , surrounding the vacuum interrupter.

Es ist zweckmäßig, daß die Steuerschirme aus einem hochschmelzenden Material, vorzugsweise einem unmagnetischen Stahl, bestehen.It is appropriate that the control screens from one refractory material, preferably a non-magnetic steel, consist.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention is intended to: an embodiment are explained in more detail.

In der zugehörigen Zeichnung zeigt die Figur den Längsschnitt einer Vakuumschaltkammer für einen Hochspannungs-Vakuumschalter.In the accompanying drawing, the figure shows the longitudinal section a vacuum interrupter for a high voltage vacuum switch.

Die Wandung der Vakuumschaltkammer 1, die einen Vakuumraum 11 umschließt, ist als ein Isolierzylinder 2, vorzugsweise aus Keramik, ausgebildet. Den stirnseitigen Abschluß der Vakuumschaltkammer 1 bilden mit dem Isolierzylinder 2 vakuumdicht verbundene Endplatten 3; 4. Im mittleren Bereich der oberen Endplatte 3 ist ein, einen Schaltkontakt 5 tragender, feststehender Schaltstift 6 vakuumdicht, kraftschlüssig befestigt. Ein, einen Schaltkontakt 7 tragender, beweglicher Schaltstift 8 ist axial und in Längsrichtung zu dem feststehenden Schaltstift 6 verschiebbar in der unteren Endplatte 4 angeordnet. Über selbstfedernde Kontaktelemente 9 ist der Schaltstift 8 in der unteren Endplatte 4 geführt. Die Kontaktelemente 9 weisen vorzugsweise eine schraubenfederartige Form auf und bestehen aus Beryllium-Bronze. Über die Kontaktelemente 9 ist der bewegliche Schaltkontakt 7 durch eine Anschlußschiene 10 mit Nachbarkomponenten elektrisch verbunden. Um den beweglichen Schaltstift 8 ist ein Metallfaltenbalg 12 koaxial angeordnet. Das obere Ende des Metallfaltenbalges 12 ist zur vollen Ausnutzung der Länge vorzugsweise mit dem beweglichen Schaltkontakt 7 und sein unteres Ende mit der unteren Endplatte 4 vakuumdicht verbunden. Das obere Ende des Metallfaltenbalges 12 kann aber auch im Bereich des Schaltkontaktes 7 mit einer separaten Metallscheibe verbunden sein, die zugleich am Schaltstift 8 vakuumdicht befestigt ist. Der Metallfaltenbalg 12 dichtet den Vakuumraum 11 gegenüber dem beweglichen Schaltstift 8 ab. Der Schaltstift 8 ist rohrförmig ausgebildet und mit Durchbrechungen 13 versehen. Er steht mit der die Vakuumschaltkammer 1 umgebenden Atmosphäre, die Luft oder ein Isoliergas, vorzugsweise SF₆, sein kann, in Verbindung. Damit wird von dem heißen beweglichen Schaltkontakt 7 und dem Schaltstift 8 die Wärme sowohl innerhalb als auch außerhalb abgeführt. Der feststehende Schaltstift 6 kann ebenfalls rohrförmig ausgebildet sein, so daß über Luft oder ein Isoliergas die Wärme von dem festen Schaltkontakt 5 auch mittels Konvektion abführbar ist. An dem oberen Ende des festen Schaltstiftes 6 ist eine Anschlußschiene 14 zur elektrischen Verbindung mit Nachbarkomponenten angeordnet. Die Schaltkontakte 5; 7 bestehen aus einem Cu-Cr-Sinterwerkstoff und sind mit Ausnehmungen versehen, die das den Ausschaltstrom umgebende Magnetfeld in Höhe und Richtung beeinflussen.The wall of the vacuum interrupter 1 that have a vacuum space 11 encloses is as an insulating cylinder 2 , preferably made of ceramic. The front end of the vacuum interrupter 1 form with the insulating cylinder 2 end plates connected in a vacuum-tight manner 3 ; 4 , In the middle area of the upper end plate 3 is a, a switch contact 5 load-bearing, fixed switching pin 6 vacuum-tight, non-positively attached. One, one switch contact 7 load-bearing, movable switching pin 8th is axial and longitudinal to the fixed switching pin 6 slidable in the lower end plate 4 arranged. Via self-spring contact elements 9 is the switch pin 8th in the lower end plate 4 guided. The contact elements 9 preferably have a helical spring-like shape and are made of beryllium bronze. About the contact elements 9 is the movable switch contact 7 through a connecting rail 10 electrically connected with neighboring components. To the movable switching pin 8th is a metal bellows 12 arranged coaxially. The top end of the metal bellows 12 is to use the length preferably with the movable switch contact 7 and its lower end with the lower end plate 4 connected vacuum-tight. The top end of the metal bellows 12 can also in the area of the switch contact 7 be connected to a separate metal disc, which is also on the switching pin 8th is attached vacuum-tight. The metal bellows 12 seals the vacuum space 11 opposite the movable switching pin 8th from. The switch pin 8th is tubular and has openings 13 Mistake. He stands with the vacuum interrupter 1 surrounding atmosphere, which can be air or an insulating gas, preferably SF ₆ , in connection. So that from the hot movable switch contact 7 and the switch pin 8th the heat is dissipated both inside and outside. The fixed switching pin 6 can also be tubular, so that the heat from the fixed switching contact via air or an insulating gas 5 can also be removed by convection. At the top of the fixed switch pin 6 is a connection rail 14 arranged for electrical connection with neighboring components. The switch contacts 5 ; 7 consist of a Cu-Cr sintered material and are provided with recesses that influence the height and direction of the magnetic field surrounding the breaking current.

Ein oberer Steuerschirm 15 aus hochschmelzendem Metall ist an der oberen Endplatte 3, das Potential derselben tragend, elektrisch angelenkt. Der Steuerschirm 15 verläuft in seinem oberen Teil zylindrisch und in seinem unteren Teil konisch. Er erstreckt sich von der oberen Endplatte 3 nach unten in den Vakuumraum 11 und umschließt einen nach unten offenen Raum 16. Das untere Ende des Steuerschirmes 15 bildet einen oberen Potentialring 17, der eine halbrundförmige Krümmung 18 aufweist, die nach oben in den Raum 16 gerichtet ist, wobei deren Innenrand einen zylinderförmigen Schirm 19 bildet.An upper control screen 15 made of high-melting metal is on the upper end plate 3 carrying its potential, electrically articulated. The control screen 15 runs cylindrical in its upper part and conical in its lower part. It extends from the top end plate 3 down into the vacuum room 11 and encloses a room open to the bottom 16 , The lower end of the control screen 15 forms an upper potential ring 17 that has a semicircular curvature 18 having that up in the room 16 is directed, the inner edge of which is a cylindrical screen 19 forms.

Zwischen dem unteren Ende des Steuerschirmes 15 und dem zylinderförmigen Schirm 19 besteht ein kleiner, nach oben offener kreisförmiger Raum 20.Between the lower end of the control screen 15 and the cylindrical screen 19 there is a small circular space open at the top 20 ,

In dem Raum 16 ist konzentrisch zu dem Steuerschirm 15 der feststehende Schaltkontakt 5 angeordnet. An diesem liegt in der Stellung "EIN" H₀ der bewegliche Schaltkontakt 7 an. In der Stellung "SCHALTEN" H₁ umschließt der Steuerschirm 15 den beweglichen Schaltkontakt 7 ebenfalls. Die Stellung H₁ liegt dabei etwas über dem oberen Ende des zylinderförmigen Schirmes 19. Damit wird erreicht, daß die durch den Schaltlichtbogen entstehenden Metalldämpfe sich an der Innenseite des oberen Steuerschirmes 15 niederschlagen und in dem offenen Raum 20 sich verwirbelnde Metalldämpfe aufgefangen werden. Ein Beschlagen der Innenwand des Isolierzylinders 2 wird auf diese Weise verhindert.In the room 16 is concentric with the control screen 15 the fixed switch contact 5 arranged. The movable switch contact is located on this in the "ON" position H ₀ 7 on. In the "SWITCH" position H ₁ the control screen encloses 15 the movable switch contact 7 Likewise. The position H ₁ is slightly above the upper end of the cylindrical screen 19 , This ensures that the metal vapors generated by the switching arc are on the inside of the upper control screen 15 knock down and in the open space 20 swirling metal vapors are caught. Misting up of the inner wall of the insulating cylinder 2 is prevented in this way.

Es hat sich als ausreichend erwiesen, daß der Abstand zwischen der Stellung "EIN" H₀ und der Stellung H₂ am oberen Potentialring 17 annähernd der doppelten Höhe des Schalthubes H₀ – H₂ entspricht.It has proven sufficient that the distance between the "ON" position H ₀ and the position H ₂ on the upper potential ring 17 corresponds approximately to twice the height of the switching stroke H ₀ - H ₂ .

Durch die halbrundförmige Krümmung 18 wird aber auch erreicht, daß unmittelbar nach dem Löschen des Schaltlichtbogens die Wiederkehrspannung beherrscht wird, während durch den zylinderförmigen Schirm 19 ein, axiale und radiale Komponenten aufweisendes, zu hohes elektrisches Feld vermieden wird und somit hohe Einschwingspannungen beherrscht werden können.Due to the semicircular curvature 18 it is also achieved that the return voltage is controlled immediately after the extinguishing of the switching arc, while by the cylindrical screen 19 An electrical field which has axial and radial components and is too high is avoided and high transient voltages can thus be controlled.

Gegenüber dem oberen Potentialring 17 in einer Stellung H₂ ist in einem vorbestimmten Abstand in einer Stellung H₃ ein unterer Potentialring 21 angeordnet. Er bildet den oberen Endpunkt eines unteren Steuerschirmes 22 aus hochfestem Metall, der in gleichartiger Weise wie der obere Steuerschirm 15 ausgebildet ist. An seinem vorderen Ende weist er einen unteren Potentialring 21 mit einer halbrundförmigen Krümmung 23 auf. Der untere Steuerschirm 22 ist an der unteren End platte 4, das Potential derselben tragend, elektrisch angelenkt. Er umschließt einen Raum 24, in dem der bewegliche Schaltkontakt 7 im ausgeschalteten Zustand die Stellung "ISOLIEREN" H₄ bzw. die Stellung "AUS" einnimmt. Die Potentialringe 17; 21 steuern das elektrische Feld und bestimmen das Isoliervermögen.Opposite the upper potential ring 17 in a position H ₂ is a lower potential ring in a position H ₃ at a predetermined distance 21 arranged. It forms the upper end point of a lower control screen 22 Made of high-strength metal, which works in the same way as the top control screen 15 is trained. At its front end it has a lower potential ring 21 with a semicircular curvature 23 on. The lower control screen 22 is on the lower end plate 4 carrying its potential, electrically articulated. It encloses a room 24 in which the movable switch contact 7 assumes the "INSULATE" position H ₄ or the "OFF" position when switched off. The potential rings 17 ; 21 control the electric field and determine the insulating ability.

Wie bereits dargelegt, bestehen die Steuerschirme 15; 22 aus einem hochschmelzenden Material. Ein unmagnetischer Stahl ist dafür sehr gut geeignet.As already stated, the control screens exist 15 ; 22 made of a high-melting material. A non-magnetic steel is very suitable for this.

Soll ausgehend von der in der Figur gezeigten Ausbildung der Vakuumschaltkammer 1 ein Ausschaltvorgang vorgenommen werden, so wird durch einen nicht dargestellten Schalterantrieb der bewegliche Schaltstift 8 in Pfeilrichtung aus der Stellung "EIN" H₀ in die Stellung "SCHALTEN" H₁ bewegt. In der letzteren Stellung ist der bewegliche Schaltkontakt 7 gestrichelt dargestellt. Die Stellung "SCHALTEN" H₁ liegt innerhalb des von dem Steuerschirm 15 umschlossenen Raumes 16. Der Schalthub H₀ – H₁ entspricht etwa einer Länge von 10 mm. Seine Größe hängt von der Spannung der Vakuumschaltkammer 1 ab. Unmittelbar nach der Kontakttrennung entsteht unter der Wirkung der Netzspannung ein Schaltlichtbogen. In der Stellung "SCHALTEN" H₁ wird die Hubbewegung in an sich bekannter Weise zeitlich um einige Millisekunden verzögert und der Schaltlichtbogen erlischt. Der entstandene Metalldampf strömt in den Raum 16 aus und schlägt sich an dem Steuerschirm 15 nieder. Dabei werden Verwirbelungen, wie bereits beschrieben, in dem kreisförmigen Raum 20 aufgefangen.Based on the design of the vacuum interrupter shown in the figure 1 a switching off operation is carried out, the movable switching pin is by a switch drive, not shown 8th moved in the direction of the arrow from the "ON" position H ₀ to the "SWITCHED" position H ₁ . The movable switch contact is in the latter position 7 shown in dashed lines. The "SWITCH" position H ₁ lies within that of the control screen 15 enclosed space 16 , The switching stroke H ₀ - H ₁ corresponds approximately to a length of 10 mm. Its size depends on the voltage of the vacuum interrupter 1 from. Immediately after the contact separation, a switching arc occurs under the effect of the mains voltage. In the "SWITCHING" position H ₁ , the stroke movement is delayed by a few milliseconds in a manner known per se and the switching arc is extinguished. The resulting metal vapor flows into the room 16 and hits the control screen 15 low. As already described, turbulences are created in the circular space 20 collected.

Nach der Löschphase bewegt sich der bewegliche Schaltkontakt 7 weiter nach unten und tritt in der Stellung H₂, die durch den oberen Potentialring 17 bestimmt ist, aus dem Steuerschirm 15 aus.After the deletion phase, the movable switch contact moves 7 further down and enters position H ₂ by the upper potential ring 17 is determined from the control screen 15 out.

In der Stellung H₃, die durch den unteren Potentialring 21 bestimmt ist, tritt der bewegliche Schaltkontakt 7 in den Raum 24 ein, der durch den unteren Steuerschirm 22 umschlossen ist.In position H ₃ through the lower potential ring 21 is determined, the movable switch contact occurs 7 in the room 24 one by the lower control screen 22 is enclosed.

Die der Stellung "AUS" entsprechende Stellung "ISOLIEREN" H₄ liegt damit unterhalb des unteren Potentialringes 21 innerhalb des unteren Steuerschirmes 22 um die Höhe H₃ – H₄ versetzt. Damit ist der Isolierhub H₀ – H₄, d. h. der gesamte Ausschaltvorgang, abgeschlossen.The "INSULATE" position H ₄ corresponding to the "OFF" position is thus below the lower potential ring 21 inside the lower control screen 22 offset by the height H ₃ - H ₄ . This completes the isolation stroke H ₀ - H ₄ , ie the entire switch-off process.

In dieser Stellung wird die durch den Schaltlichtbogen aufgerauhte Oberfläche des beweglichen Schaltkontaktes 7 bei anstehender Spannung für die Isolationsfestigkeit unwirksam. In gleicher Weise ist die rauhe Oberfläche des feststehenden Schaltkontaktes 5 unwirksam, da diese um die Höhe H₂ – H₀ hinter dem Potentialring 17 des oberen Steuerschirmes 15 zurückliegt.In this position, the surface of the movable switch contact roughened by the switching arc 7 ineffective at the applied voltage for the insulation strength. The rough surface of the fixed switching contact is the same 5 ineffective, as this is behind the potential ring by the amount H ₂ - H ₀ 17 of the upper control screen 15 ago.

Claims

High-voltage vacuum switch with a vacuum interrupter, which has a vacuum space enclosed by an insulating cylinder, preferably made of ceramic, the upper and lower opening of the insulating cylinder being sealed in a vacuum-tight manner in each case with an end plate and in the central region of the upper end plate a fixed switching pin with a fixed one Switch contact is attached vacuum-tight at its lower end and axially movable to the fixed switching pin cher switching pin with a movable switching contact at its upper end relative to the fixed switching pin is arranged in the longitudinally displaceable in the lower end plate and is sealed against the vacuum space by a metal bellows attached to the lower end plate and in the region of the upper end of the movable switching pin, whereby on the upper end plate, carrying the potential thereof, a metal control screen is electrically articulated, which extends in the vacuum space and encloses a downwardly open space in which the fixed switching pin with its switching contact is arranged concentrically to the control screen, both switching contacts are in the "ON" position and the "SWITCH" position within the space enclosed by the control screen, a lower metal control screen being electrically articulated on the lower end plate, carrying the potential thereof, axially to the upper control screen, which si ch extends in the vacuum space and encloses an upwardly open space in which the movable switching pin with its switching contact and the metal bellows surrounding it coaxially are arranged concentrically to the control screen, the movable switching contact in the switched-off state in the "ISOLATE" position within the is enclosed by the lower control screen, characterized in that the in the vacuum space ( 11 ) protruding free ends of the upper and lower control screen ( 15 ; 22 ) each as a potential ring controlling the electric field ( 17 ; 21 ) with a semicircular curvature ( 18 ; 23 ) are formed with their inner edge in the of the associated control screen ( 15 ; 22 ) enclosed space ( 16 ; 24 ) protrudes and one connected to the room ( 16 ; 24 ) open, smaller, circular space ( 20 ; 25 ) forms and the inner edge as a cylindrical screen ( 19 ; 26 ) is formed, the cylindrical screen ( 19 ) in the top control screen ( 15 ) slightly below the "SWITCH" position (H ₁ ) of the movable switch contact ( 7 ) and the cylindrical screen ( 26 ) in the lower control screen ( 22 ) slightly above the "INSULATE" position (H ₄ ) of the movable switch contact ( 7 ) and the opposite front ends of the potential rings ( 17 ; 21 ) have a distance from each other which is smaller between the position "upper potential ring" (H ₂ ) and the position "lower potential ring" (H ₃ ) than the distance between the position "ON" (H ₀ ) of the fixed switching contact ( 5 ) and the "INSULATE" position (H ₄ ) of the movable switch contact ( 7 ).

High-voltage vacuum switch according to claim 1, characterized in that the distance between the "ON" position (H ₀ ) and the position (H ₂ ) of the upper potential ring ( 17 ) almost double the switching stroke (H ₀ - H ₂ ) of the movable switching contact ( 7 ) corresponds.

High-voltage vacuum switch according to claim 1 or 2, characterized in that at least in the area between the "ON" position (H ₀ ) and the "SWITCHING" position (H ₁ ) of the switching contacts ( 5 ; 7 ) the upper control screen ( 15 ) in the direction of the semicircular curvature ( 18 ) is tapered.

High-voltage vacuum switch according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the movable switching pin ( 8th ) and the fixed switching pin ( 6 ) are tubular, the movable switching pin ( 8th ) openings in its circumference ( 13 ), over which its tubular interior with the space between the metal bellows ( 12 ) and the movable switching pin ( 8th ) is connected.

High-voltage vacuum switch according to claim 4, characterized in that the tubular interior of the fixed switching pin ( 6 ) and the tubular interior of the movable switching pin ( 8th ) and that of the metal bellows ( 12 ) enclosed space with the vacuum interrupter ( 1 ) surrounding free atmosphere is connected.

High-voltage vacuum switch according to claim 5, characterized in that the tubular interior of the fixed switching pin ( 6 ) and the tubular interior of the movable switching pin ( 8th ) and that of the metal bellows ( 12 ) enclosed space with a vacuum interrupter ( 1 ) surrounding insulating gas, preferably SF ₆ , is connected.

High-voltage vacuum switch according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the control screens ( 15 ; 22 ) consist of a high-melting material.

High-voltage vacuum switch according to claim 7, characterized characterized that the high-melting material is a non-magnetic steel.