DE2849287A1

DE2849287A1 - Hochspannungsvakuumschalter

Info

Publication number: DE2849287A1
Application number: DE19782849287
Authority: DE
Inventors: Bertus Griesen; Harry Christiaan Will Gundlach
Original assignee: Hazemeijer BV
Current assignee: Hazemeijer BV
Priority date: 1977-11-23
Filing date: 1978-11-14
Publication date: 1979-05-31
Also published as: DK509778A; SE440162B; IT7829955A0; IT1101066B; AU4160778A; FR2410350A1; NL7712932A; CH643086A5; BE871946A; CA1108675A; GB2010585B; DE2849287C2; US4281231A; FR2410350B1; SE7812011L; NO783936L; NL174596B; JPS5482672A; NL174596C; GB2010585A

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsvakuumschalter mit zwei zueinander in achsialer Richtung beweglichen Schaltkontakten, bei dem jedem der Schaltkontakte eine ringförmige Abschirmelektrode zugeordnet ist, die elektrisch mit ihrem zugehörigen Schaltkontakt gekoppelt ist und sich in der Offenstellung des Schalters in der Schliessbewegungsrichtung einigermassen vor der Kontaktoberfläche des Schaltkontaktes erstreckt.

Bei einem derartigen, z.B. aus der amerikanischen Patentschrift 3.914.568 bekannten, Vakuumschalter dient die genannte Abschirmelektrode dazu, in der Offenstellung des Schalters einigermassen vor der Kontaktoberfläche des zugehörigen Schaltkontaktes ein elektrisches Feld zu erzeugen, das die Gefahr einer Bogenentladung zwischen den Kontaktoberflächen der beiden Schaltkontakte vor der Schliessung des Schalters vermindert. Diese Kontaktoberflächen sind nämlich anfänglich glatt und weisen eine hohe Spannungsfestigkeit auf, werden jedoch während des Betriebes durch die Bogenentladung unmittelbar vor dem Erreichen der Schliessstellung durch den Schalter rauter werden und dadurch eine niedrigere Spannungsfestigkeit aufweisen. Die zunehmende Rauheit der Kontaktoberfläche ist nicht nur die Folge der Einbrennung durcn die Bogenentladung, sondern zudem der Tatsache, dass die Kontakte beim Schliessen des Schalters miteinander versehweissen und anschliessend beim Oeffnen des Schalters wieder voneinander losgezogen weiden. Durch die Anwendung der Abschirmelektrode wird erreicht, dass der zugehörige Schaltkontakt nach dem Beginn des Schliessens des Schalters noch einige Zeit ausser dem von den anderen Schaltkontakt her-

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rührenden, elektrischen Feld von ausreichender Stärke zum Einleiten einer Bogenentladung bleibt, so dass der Schalter trotz dem Raiierwerden der Kontaktoberflächen doch eine ausreichend hohe Spannungsfestigkeit behält.

Um zu verhindern, dass zwischen den beiden Abschirmelektroden selbst eine Bogenentladung auftritt oder dass eine Abschirmelektrode während einer Bogenentladung ihres zugehörigen Schaltkontaktes durch von demselben losgerissene Metallspritzer getroffen wird, wodurch ihre Oberflachenglattheit ungünstig beeinflusst werden kann und die Gefahr einer Bogenentladung zwischen den beiden Abschirmelektroden selbst wieder steigt, ist es jedoch bei dem bekannten Vakuumschalter erforderlich, dass die Abschirmelektroden verhältnissmässig weit von der Berührungsfläche der Schaltkontakte angeordnet werden.

Hierdurch ist es von Nachteil, dass auch die .äußerdä - Abmessungen des Vakuumschalters grosser werden, ebenfalls die durch den Antriebsmechanismus des Schalters zu versorgende Hublänge und zu verlagernden Massen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteil zu beheben und einen Hochspannungsvakuumschalter der beschriebenen Art zu schaffen, bei dem der mit Anwendung einer Abschirmelektrode angestrebte Effekt völlig verwirklicht wird, ohne dass zu diesem Zweck eine ungewünschte Vergrösserung der Abmessungen des Schalters und des zugehörigen Antriebsmechanismus erforderlich sind.

Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung bei einem Hochspannungsvakuumschalter der eingangs beschriebenen Art vor, dass mindestens eine der Abschirmelektroden kapazitiv mit

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ihrem zugehörigen Schaltkontakt gekoppelt ist. Eine derartige Kopplung kann erfindungsgemäss auf einfache Weise verwirklicht werden, wenn, in Radialrichtung betrachtet, zwischen der den Schaltkontakt tragenden Kontaktstange und der zugehörigen Abschirmelektrode eine Schicht aus Isoliermaterial angeordnet ist. Eine derartige Isolierschicht führt lediglich einen geringen Potentialunterschied zwischen dem Schaltkontakt und der zugehörigen Abschirmelektrode herbei, so dass die dielektrische Belastung der Isolierschicht gering ist. Durch die Tatsache, dass eine daartige Kapazität einen verhältnismässig kleinen Wert besitzt, wird ein etwa über die Abschirmelektrode fliessender Bogenentladungsstrom so klein sein, dass keine Einbrennung der Abschirmelektrode auftritt. Dadurch wird die Oberfläche der Abschirmelektrode relativ glatt bleiben, so dass die Spannungsfestigkeit des erfindungsgemässen Schalters hoch bleibt.

Dabei kann es erfindungsgemäss vorteilhaft sein, dass die Schicht aus Isoliermaterial die Form einer Hülse besitzt, die als Abstützung mindestens eines Teils der Abschirmelektrode dient. In diesem Fall wird erfindungsgemäss eine sehr einfache Bauart erzielt, wenn die für die elektrische Kopplung zwischen einem Schaltkontakt und der zugehörigen Abschirmelektrode erforderliche Kapazität die Form eines Zylinderkondensators besitzt, bestehend aus mindestens einem Teil der Abschirmelektrode als Aussenplatte, der an deren Innenseite anliegenden Hülse aus Isoliermaterial als Dielektrikum und einem an der Innenseite der Hülse anliegenden und galvanisch mit dem zugehörigen Schaltkontakt verbundenen Zylinder aus Metall als Innenplatte. Eine derartige Bauart lässt es zu, dass die Abschirmelektrode als ein aus Metalldraht oder metallisiertem Draht geflochtener Körper ausgebildet ist. Weil dieser Körper eine grosse Anzahl von Oeffnungen aufweist, werden die meisten der während einer Bogenentladung eventuell von den zugehörigen Schaltkontakt losgerissenen Metallspritzer über diese Oeffnungen verschwinden, während

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lediglich ein sehr kleiner Teil der Metallspritzer die Abschirmelektrode trifft. Die letztgenannten Metallspritzen werden die Spannungsfestigkeit der Abschirmelektrode jedoch nicht wesentlich angreifen, weil die Metall spritz er; sich um das Drahtmaterial der Abschirmelektrode herum verformen werden, wodurch eine feste Verbindung mit diesem Material entsteht und die relativ glatte Oberfläche der Abschirmelektrode erhalten bleibt. Ein weiterer Vorteil dieser Massnahme ist, dass eine auf derartige Weise ausgeführte Abschirmelektrode einen verhältnismässig geringen radialen Abstand von seinem zugehörigen Schaltkontakt besitzen kann. Die Anwendung einer derartigen Abschirmelektrode braucht somit nicht zur Vergrösserung der Abmessungen des Vakuumschalters zu führen.

Zudem schafft die vorstehend genannte Bauart einer erfindungsgemässen Abschirmelektrode die Möglichkeit, dass die beiden Abschirmelektroden derart verschiedene Durchmesser aufweisen, dass die eine konzentrisch in die andere hineinpasst. In diesem Fall wird eine sehr einfache Bauart erzielt, wenn der eine Schaltkontakt als innerhalb des Hochspannungsvakuumschalters ortsfester Kontakt ausgebildet und mit einer ebenfalls ortsfesten Abschirmelektrode versehen ist, während der andere Schaltkontakt als beweglicher Kontakt ausgebildet und mit einer mitbeweglichen Abschirmelektrode versehen ist. In diesem Fall braucht der Antriebsmechanismus des Schalters lediglich den letztgenannten, beweglichen Kontakt anzutreiben, so dass der Mechanismus eine verhältnismässig einfache Bauart aufweisen kann.

Die Erfindung ist in nachstehender Beschreibung an Hand der zugehörigen Zeichnung der Ausführungsform, auf welche die Erfindung sich nicht beschränkt, näher erläutert. Es stellen darr

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Fig. 1, schematisch, einen Achsialschnitt des für die Erfindung wichtigsten Teils einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Hochspannungsvakuumschalters, und

Fig. 2 einen ähnlichen Schnitt einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zi igt von dem Gehäuse des dargestellten Hochspannungsvakuumschalters lediglich den zylinderförmigen Mantelteil 1 aus Metall, innerhalb welches ein auf nicht in der Zeichnung dargestellte Weise evakuierter Schaltraum 2 durch zwei Körper 3 und 4 aus Isoliermaterial abgetrennt ist, die zugleich als Abstütz- und Führungsorgane für die sich beide nach der Achsenlinie des Mantelteils 1 erstreckenden Kontaktstangen 5 bezw. 6 dienen, die an ihren einander zugekehrten Enden die Schaltkontakte 7 b-zw. 8 tragen, denen die erfindungsgemässen Abschirmelektroden 9 b~zw. 10 zugeordnet sind, die nachstehend noch in Einzelheiten beschrieben sind.

Die vorstehend genannten Teile 1-8 des in Fig. 1 dargestellten Hochspannungsvakuumschalters sind weder was ihre Bauart betrifft, noch w « il. ,"e Wirkungsweise betrifft ein - Teil der Erfindung und können von beliebiger Art sein, so dass hier eine kurze Beschreibung dieser Teile? und ihre Wirkungsweise genügt.

Die schon genannten Kontaktstangen 5 und 6, die innerhalb der Körper 3 b—zw. 4 mittels Manschetten 11 b-zw. 12 aus gut leitendem Material, z.B. einem Metall, gleitend gelagert sind, sind an ihren einander abgekehrten Enden auf nicht in der Zeichnung dargestellte Weise mit der Kolbenstange 13 b~zw. 14 einer zum Antrieb der zugehörigen Kontaktstange 5 brzw. 6 dienenden Kolben-Zylinder-Kombination 15 b zw. 16 isolierend gekoppelt. Auf Einzelheiten der Ausführung und die Wirkungsweise der beiden Kombinationen 15 und 16, die während

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des Betriebes mittels eines Druckmittels synchron miteinander zur Betätigung des Schalters angetrieben werden können, wird hier weiter nicht eingegangen. Betreffend den elektrischen Anschluss der Schaltkontakte 7 und 8 genügt der Hinweis auf die an den Manschetten 11 b-szw. 12 vorstehenden Durchführungs-Ieitunc£nl7 und 18.

Für die Teile 11-18 trifft das gleiche zu wie für die Teile 1-8; beliebig geeignete Bauart und Wirkungsweise ist möglich.

Wie schon bemerkt, sind den Schaltkontakten 7 und 8 die Abschirmelektroden 9 bezw. 10 zugeordnet, die zur Erzielung des angestrebten Effektes (Schutz gegen aussergewöhnliche Bogenentladungserscheinungen zwischen den Schaltkontäteten 7 und 8)in der CKffenstellung des Schalters wenigstens mindestens nahezu das gleiche Potential wie ihr zugehöriger Schaltkontakt 7 b—zw. 8 besitzen müssen.

Wie die Erfindung vorschlägt und zudem in Fig. 1 klar ersichtlich ist, wird dem soeben genannten Potentialerfordernis durch kapazitive Kopplung zwischen dem Schaltkontakt einerseits und der demselben zugeordneten Abschirmelektrode andererseits entsprochen. So kann der obere Teil der Abschirmelektrode 9 in Fig. 1 als die Aussenplatte eines Zylinderkondensators betrachtet werden, dessen Dielektrikum durch eine an der Innenseite des genannten Elektrodenteils anliegende Hülse 19 aus Isoliermaterial und die Innenplatte durch einen an der Innerseite der Hülse 19 anliegenden Zylinder 21 aus Metall gebildet ist, der über einen Federkontakt 23 galvanisch mit der Kontaktstange 5 und somit mit dem Schaltkontakt 7 verbunden ist. Auf ähnliche Weise ist in der unteren Hälfte der Fig. 1 ein Zylinderkondensator erkennbar, der aus dem unteren Teil der Abschirmelektrode 10 als Aussenplatte, einer an der Innenseite desselben anliegenden

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Hülse 20 aus Isoliermaterial als Dielektrikum und einem an der Innenseite dieser Hülse anliegenden Zylinder 22 aus Metall als Innenplatte besteht, wobei letzterer wieder über einen Federkontakt 24 galvanisch mit der Kontaktstange 6 und dem Schaltkontakt 8 verbunden ist.

Die aus den soeben genannten Elementen 9, 19 und 21 b*sw. 10, 20 und 22 bestehenden..· Kondensatoren besitzen einen verhältnismässig geringen Kapazitätswert, so dass ein eventueller Bogenentladungsstrom, der über die Abschirmelektrode 9 und fliessen würde, ebenfalls einen so kleinen Wert besitzen würde, dass derselbe keine Einbrennung der Abschirmelektroden herbeiführen kann.

Wie schon bemerkt, muss vermieden werden, dass die Abschirmelektrode 9 und 10 während einerzwischen ihren zugehörigen Schaltkontakten 7 und 8 auftretenden Bogenentladung durch aus derselben wegspritzende Metallteilchen so getroffen werden, dass die Oberflächenglattheit der Elektroden abnimmt und die Gefahr einer Bogenentladung zwischen den Elektroden selbst wieder zunimmt. Bei der aus der amerikanischen Patentschrift 3.914.568 bekannten Bauart eines Hochspannungsvakuumschalters mit den Schaltkontakten zugeordneten, vollen Abschirmelektroden führt auch diese Erwägung zu der Notwendigkeit, die Abschirmelektroden verhältnismässig weit entfernt von der in Fig. 1 durch unterbrochene Linien angedeutenen Berührungsebene der Schaltkontakte 7 und 8 anzuordnen.

Die in der vorstehend beschriebenen Zylinderkondensatorausführung der Abschirmelektroden 9 und 10, wobei dieselben über einen erheblichen Teil ihrer achsialen Abmessung durch die Teile 19, 21, b-zw. 20, 22 abgestützt sind, schafft nun zudem die Möglichkeit, die Aussenplatte des Zylinderkondensators, d.h. die Elektrode selbst, als einenaus Metalldraht oder metallisiertem Draht geflochtenen Körper auszubilden, der naturgemäss zwischen den FlecHdrähten eine grosse

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Anzahl von Löchern aufweist. Hierdurch werden die aus einer Bogenentladung zwischen den Schaltkontakten 7 und 8 wegspritzenden Metallteilchen grossenteils über diese Löcher verschwinden; die viel geringere Anzahl von Metallspritzen, die die Drähte trifft, wird aas Profil der Abschirmelektrode nur in geringem Maße- beeinflussen, weil die Metallspritzen sich um die Drähte verformen.

Durch die vorstehend beschriebenen Massnahmen, kapazitive Kopplung einer Abschirmelektrode mit ihrem zugehörigen Schaltkontakt und ferner Ausbildung der Abschirmelektrode als ein aus Metalldraht geflochtener Körper, schafft die Erfindung die Möglichkeit, trotz der Anwendung von den Schaltkontakten zugeordneten Abschirmelektroden, doch eine Bauart von verhältnismässig geringen achsialen Abmessungen zu erzielen.

Fig. 2 zeigt auf ähnliche Weise wie Fig. 1 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemässen Hochspannungsvakuumschalters. Dabei ist die Tatsache benutzt, dass die beiden Äbschxrmelektroden 109 und 110 als aus Metalldraht oder metallisiertem Draht geflochtene Körper ausgebildet werden können und, ebenso wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, zwischen den Drahtteilen Löcher aufweisen. Die beiden Abschirmelektroden weisen in diesem Fall nämlich derart verschiedene Durchmesser auf, dass die untere Abschirmelektrode 110 konzentrisch in die obere Abschirmelektrode 109 hineinpasst. Die Bauart ist so, dass der untere Schaltkontakt 108 als ortsfester Kontakt ausgebildet und mit einer ortsfesten Abschirmelektrode 110 versehen ist, während der obere Schaltkontakt 7 ■--■? als beweglicher Kontakt ausgebildet, jedoch in diesem Fall mit einer mitbeweglichen Abschirmelektrode versehen ist.

Die kapazitive Kopplung zwischen der oberen Abschirmelektrode 109 und dem oberen Schaltkontakt 7 erfolgt in, diesem Fall über einen Zylinderkondensator, dessen Aussenplatte durch den oberen Teil der Abschirmelektrode 109, das Dielektrikum

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durch eine Hülse 119 aus Isoliermaterial und die Innenplatte durch einen Zylinder 121 aus Metall gebildet ist, der mittels eines Innenflansches 123 an der oberen Kontaktstange 5 angreift. Der untere Schaltkontakt 108 befindet sich am oberen Ende" einer ortsfesten Kontaktstange 106, die an ihrem unteren Ende in einen ebenfalls ortsfesten Körper 112 aus Metall übergeht, der auf ähnliche Weise wie die Manschette 12 bei der Ausführung nach Fig. 1 im Abstützkörper 4 aus Isoliermaterial angeordnet ist. Die untere Abschirmelektrode 110, die wie schon bemerkt, in der durch unterbrochene Linien in Fig. 2 dargestellten Schliessstellung des Schalters koachsial in die obere Abschirmelektrode 109 hineinpasst,ist über eine Hülse 120 aus Isoliermaterial der ortsfesten Kontaktstange 106 kapazitiv gekoppelt. Naturgemäss sind dem unteren Schaltkontakt 108 und der zugehörigen Kontaktstange 106 in diesem Fall keine Kolbenstange und zum Antrieb dienende Kolben-Zylinder-Kombination wie die Kolbenstange 14 und die Kolben-Zylinder-Kombination der Ausführungsform nach Fig. 1 zugeordnet. Weil die übrigen Teile der Ausführungsform nach Fig. 2 im Prinzip mit der Ausführungsform nach Fig. 1 völlig übereinstimmen, sind dieselben auch stets mit den gleichen Ziffern bezeichnet.

Fig. 2 zeigt eindeutig, dass bei der diesbezüglichen Ausführungsform nicht nur eine Bauart von geringeren achsialen Abmessungen als bei der Ausführungsform nach Fig. 1 erzielt wird, sondern dass zudem der ganze Antriebsmechanismus für den unteren Schaltkontakt entfällt, so dass die achsialen Abmessungen des Hochspannungsvakuumschalters noch weiter reduziert werden können, während zudem der Antriebsmechanismus in erheblichem Ma.ßes vereinfacht werden kann. Dies ist ins besondere die Folge der Tatsache, dass während einer Bogenentladung zwischen den Schaltkontakten 107 und 108 den wegfliegenden Metallspritzen grossenteils durch die Löcher sowohl der Abschirmelektrode 110 wie der Abschirmelektrode hindurch verschwinden und die verhältnismässig glatten Profile dieser Abschirmelektroden dann soviel wie möglich unberührt lassen.

Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE Dipi. mg. Klaus Westphal

Or.rer.nat. BöfHC! M'JSSgnug Dr.rer.nat. OttO Buchner

Hazemeijer B.V., Hengelo, Niederlande _ Rossmannstrasse 30 a

D-8000 MÜNCHEN

"Hochspannungsvakuumahalter" ~ J^y²G tf&h

: PATENTANSPRUECHE

f l.y Hochspannungsvakuumschalter mit zwei zueinander in achsialer Richtung beweglichen Schaltkontakten, bei dem jedem der Schaltkontakte eine ringförmige Abschirmelektrode zugeordnet ist, die elektrisch mit ihrem zugehörigen Schaltkontakt gekoppelt ist und sich in der Offenstellung des Schalters in der Schliessbewegungsrichtung einigermassen vor der Kontaktoberfläche des Schaltkontaktes erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Abschirmelektroden (9, 10; 109, 110) kapazitiv mit ihrem zugehörigen Schaltkontakt (7, 8; 7, 108) gekoppelt ist.
2. Hochspannungsvakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Radialrichtung betrachtet, zwischen der den Schaltkontakt (7, 8; 7, 108) tragenden Kontaktstange (5, 6; 5, 106) und der zugehörigen Abschirmelektrode (9, 10; 109, 110) eine Schicht (19, 20; 119, 120) aus Isoliermaterial •angeordnet ist.
3. Hochspannungsvakuumschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Isoliermaterial die Form einer Hülse (19, 20; 119, 120) besitzt, die als Abstützung mindestens eines Teils der Abschirmelektrode (9, 10; 109, 110) dient.
4. Hochspannungsvakuumschalter nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Zylinderkondensator, bestehend aus mindestens einem Teil der Abschirmelektrode (9, 10; 109, 110) als Aussenplatte, der an deren Innenseite anliegenden Hülse (19, 20; 119, 120) aus Isoliermaterial als Dielektrikum und einem an der Innenseite der Hülse anliegenden und galvanisch mit dem zugehörigen Schaltkontakt (7, 8; 7, 108) verbundenen Zylinder (21, 22; 121, 122) als Innenplatte.

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5. Hochspannungsvakuumschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmelektrode als ein aus Metalldraht oder metallisiertem Draht geflochtener Körper (9, 10; 109, llü) ausgebildet ist.
6. Hochspannungsvakuumschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abschirmelektroden (109, 110) derart verschiedene Durchmesser aufweisen, dass die eine (llü) konzentrisch in die andere (109) hineinpasst.
7. Hochspannungsvakuumschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Schaltkontakt (108) als ortsfester Kontakt ausgebildet und mit einer ortsfesten Abschirmelektrode (110) versehen ist, während der andere Schaltkontakt (7) als beweglicher Kontakt ausgebildet und mit einer mitbeweglichen Abschirmelektrode (109) versehen ist.

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