DE2849287C2 - Hochspannungsvakuumschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsvakuumschalter mit zwei in einer Achse angeordneten und ^m gegeneinander in axialer Richtung bewegbaren Schaltkontakten, bei dem jeder Schaltkontakt von einer zyünderförmigen Abschirmelektrode umgeben ist, die jeweils elektrisch mit ihrem zugehörigen Schaltkontakt verbunden ist. der in der Offenstellung des Schalters einen größeren axialen Abstarufzum jeweils gegenüberliegenden Schaltkontakt hat als zur jeweils gegenüberliegenden Abschirmelektrode.

Bei einem derartigen, z. B. aus der US-PS 39 14 568 bekannten, Vakuumschalter dient die genannte Ab- ^M schirmelektrode 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 rauher und weisen dadurch eine niedrigere Spannungsfestigkeit auf. Die zunehmende Rauheit der Kontaktoberfläche, ist nicht nur die Folge der Einbrennung durch die Bogenentladung, sondern zudem der Tatsache, daß die Kontakte beim Schließen des Schalters miteinander verschweißen and anschließend beim Öffnen des Schalters wieder voneinander losgezogen werden. Durch die Anwendung der Abschirmelektrode wird erreicht daß der zugehörige Schaltkontakt nach dem Beginn des Schließens des Schalters noch einige Zeit außer dem von dem anderen Schaltkontakt herrührenden elektrischen Feld von ausreichender Stärke zum Einleiten einer Bogenentladung bleibt so daß der Schalter trotz dem Rauherwerden der Kontaktoberflächen doch eine ausreichend hohe Spannungsfestigkeit behält

Um zu verhindern, daß zwischen den beiden Abschirmelektroden selbst eine Bogenentladung auftritt oder daß eine Abschirmeiektrode während einer Bogenentladung ihres zugehörigen Schaltkontaktes durch von demselben losgerissene Metallspritzer getroffen wird, wodurch ihre Oberflächenglattheit 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 verhältnismäßig weit von der Berührungsfläche der Schaltkontakte angeordnet werden.

Hierdurch ergibt sich der Nachteil, daß auch die äußeren Abmessungen des Vakuumschalters größer werden, ebenfalls die durch den Antriebsmechanismus des Schalters zu versorgende Hublänge und die zu verlagernden Massen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungsvakuumschalter der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sich eine einwandfreie Wirkung der Abschirmeiektrode irgibt ohne daß zu diesem Zweck eine unerwünschte Vergrößerung der Abmessungen des Schalters und des zugehörigen Antriebsmechanismus erforderlich ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß mindestens eine der Abschirmelektroden über eine, in Radialrichtung betrachtet, zwischen ihr und der den zugehörigen Schaltkontakt tragenden Kontaktstange angeordnete Hülse aus Isoliermaterial mit ihrem zugehörigen Schaltkontakt kapazitiv gekoppelt ist und einen Zylinderkondensator bildet der mindestens einen Teil der Abschirmeiektrode als Außenelektrode, die an deren Innenseite anliegende Hülse als Dielektrikum und e'nen an der Innenseite der Hülse anliegende und galvanisch mit dem Zügehörigen Schaltkontakt verbundenen Zylinder als Innenelektrode aufweist

Die Verwendung einer solchen Hülse als Isolierschicht erzeugt einen nur geringen Potentialunterschied zwischen dem Schaltkontakt und der zugehörigen Abschirmeiektrode, so daß die dielektrische Belastung der Isolierschicht gering ist Da die Kapazität der Anordnung verhältnismäßig klein ist, ist auch ein etwa über die Abschirmeiektrode fließender Bogenentladungsstrom so gering, daß keine Einbrennung der Abschirmeiektrode auftritt. Dadurch wird die Oberfläche der Abschirmeiektrode relativ glatt bleiben, so daß die Spannungsfestigkeit des erfindungsgemäUen Schalters hoch bleibt

Zwar ist auch aus der DE-AS 24 07 001 ein Hochspannungsvakuumschalter mit ringförmigen Ab-

schirmelektroden bekannt Diese dienen jedoch einem anderen Zweck als beim erfindungsgemäßen Schalter. Bei dieser bekannten Anordnung wird nämlich eine größere Anzahl von Schutzelementen verwendet, um zu verhindern, daß Metallteilchen die isolierende Gehäusewandung erreichen.

Die erfindungsgemäße Bauart läßt es zu, daß in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die Abschirmelektrode als ein aus Metalldraht oder metallisiertem Draht geflochtener Körper ausgebildet ist. Weil dieser Körper eine große Anzahl von Offnungen aufweist, werden die meisten der während einer Bogenentladung eventuell von dem zugehörigen Schaltkontakt losgerissenen Metallspritzer über diese Öffnungen verschwinden, während lediglich ein sehr kleiner Teil der Metallspritzer die Abschirmelektrode trifft. Die letztgenannten Metallspritzer werden die Spannungsfestigkeit der Abschirmelektrode jedoch nicht wesentlich angreifen, weil die Metallspritzer 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 ihrem 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 der Außendurchmesser der einen Abschirmelektrode kleiner ist als der Innendurchmesser der anderen Abschirmelektrode, so daß die eine konzentrisch in die andere einführbar ist In diesem Fall wird ü eine sehr einfache Ausführungsform erzielt, wenn der eine Schaltkontakt mit seiner Abschirmelektrode ortsfest angeordnet ist, während der andere Schaltkontakt zusammen mit seiner Abschirmelektrode beweglich ausgebildet 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.

Anhand der Figuren werden Ausführungsbeispiele« der Erfindung näher erläutert. Es i^igt

Fig. 1, schematisch, einen Axialschnitt des für die Erfindung wichtigsten Teils einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hochspannungsvakuumschalters, und in

Fig.2 einen ähnlichen Schnitt einer zweiten Ausführungsform.

F i g. 1 zeigt 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 Kontakt-60 stangen 5 bzw. 6 dienen, die an ihren einander zugekehrten Enden die Schaltkontakte 7 bzw. 8 tragen, denen die Abschirmelektroden 9 bzw. 10 zugeordnet sind, die nachstehend noch in Einzelheiten beschrieben sind.

Die vorstehend genannten Teile 1 —8 des in F i g. 1 dargestellten Hochsp :innungsvakuumschalters 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 bzw. 4 mittels Manschetten 11 bzw. 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 bzw. 14 einer zum Antrieb der zugehörigen Kontaktstange 5 bzw. 6 dienenden Kolben-Zylinder-Kombination 15 bzw. 16 isolierend gekoppelt Auf Einzelheiten der Ausführung und die Wirkungsweise der beiden Kombinationen 15 und 16, die während 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 bzw. 12 vorstehenden Durchführungsleitungen 17 und 18.

Für die Teile 11—18 trifft das gkjehe zu wie für die Teile 1—8; beliebig geeignete Bauän und Wirkungsweise ist möglich.

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

Wie in F i g. 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 F i g. 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 Innenseite der H;"Jse 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 F i g. 1 ein Zylinderkondencator erkennbar, der aus dem unteren Teil der Abschirmelektrode 10 als Außenplatte, einer an der Innenseite desselben anliegenden 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 Schaltkontaki 8 verbunden ist.

Die aus den soeben genannten Elementen 9.19 und 21 bzw. 10,20 und 22 bestehenden Kondensatoren besitzen einen verhältnismäßig geringen Kapazitätswert, so daß ein eventueller Bogenentladungsstrom, der über die Abschirmelektrode 9 und 10 fließen würde, ebenfalls einen so kleinen Wert besitzen würde, daß derselbe keine Einhrennung der Abschirmelektroden herbeiführen kann.

Die in der vorstehend beschriebenen Zylinderkondensatorausführung der Abschirmelektroden 9 und 10, wobei dieselben über einen erheblichen Teil ihrer axialen Abmessung durch die Teile 19, 21 bzw. 20, 22 abgestützt sind, schafft nun zudem die Möglichkeit, die Außenplatte des Zylinderkondensators, d. h. die Elektrode selbst, als einen aus Metalldraht oder metallisier-

tem Draht geflochtenen Körper auszubilden, der naturgemäß zwischen den Flechtdrähten eine große Anzahl von Löchern aufweist. Hierdurch werden die aus einer Bogenentladung zwischen den Schallkontakten 7 und 8 wegspritzenden Metallteilchcn großenteils über diese Löcher verschwinden; die viel geringere Anzahl von Metallspritzern, die die Drähte trifft, wird das Profil der Abschirmelektrode nur in geringem Maße beeinflussen, weil die Metallspritzen sich um die Drähte verformen.

F i g. 2 zeigt auf ähnliche Weise wie F i g. I eine zweite Ausführungsform eines Hochspannungsvakuumschalters. Dabei ist die Tatsache benutzt, daß die beiden Abschirmelektroden 109 und MO 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 109 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 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 Schalikoniaki 108 befindei sieh 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 F i g. 2 dargestellten Schließstellung des Schalters koaxial in die obere Abschirmelektrode: 109 hineinpaßt, ist über eine Hülse ίο 120 aus Isoliermaterial der ortsfesten Kontaktstange 106 kapazitiv gekoppelt. Naturgemäß sind dem unteren Schaltkontakt 108 und der zugehörigen Kontaktstangc 106 in diesem Fall keine Kolbenstange und zum Antrieb dienende Kolben-Zylinder-Kombination wie die KoI- |-, benstange 14 und die Kolben-Zylinder-Kombinationder Ausführungsform nach F i g. 7 zugeordnet. Weil die übrigen Teile der Ausführungsform nach F i g. 2 im Prinzip mit der Ausführungsform nach Fig. I völlig übereinstimmen, sind dieselben auch stets mit den j» gleichen Ziffern bezeichnet.

Fig. 2 zeigt eindeutig, daß bei der diesbezüglichen Ausführungsform nicht nur eine Bauart von geringeren axialen Abmessungen als bei der Ausführungsform nach Fig. I erzielt wird, sondern daß zudem der ganze r, Antriebsmechanismus für den unteren Schaltkontakt entfällt, so daß die axialen Abmessungen des Hochspannungsvakuumschalters noch weitei reduziert werden können, während zudem der Antriebsmechanismus in erheblichem Maße vereinfacht werden kann. Dies ist ju insbesondere die Folge der Tatsache, daß während einer Bogenentladung zwischen den Schaltkontakten 107 und 108 den wegfliegenden Metallspritzcrn großenteils durch die Löcher sowohl der Abschirmelektrode UO wie der Abschirmelektrode 109 hindurch verschwinden jj und die verhältnismäßig glatten' Profile dieser Abschirmelektroden dann soviel wie möglich unberührt lassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hochspannungsvakuumschalter nut zwei in einer Achse angeordneten und gegeneinander in axialer Richtung bewegbaren Schaltkontakten, bei dem jeder Schaltkontakt von einer zylinderförmigen Abschirmelektrode umgeben ist, die jeweils elektrisch mit ihrem zugehörigen Schaltkontakt verbunden ist, der in der Offenstellung des Schalters einen größeren axialen Abstand zum jeweils gegenüberßegenden Schaltkontakt hat als zur jeweils gegenüberliegenden Abschirmelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Abschirmelektroden (9, 10; 109, 110) über eine, in Radialrichtung betrachtet, zwischen ihr und der den zugehörigen Schaltkontakt (7, 8; 7,108) tragenden Kontaktstange (5,6; 5,106) angeordnete Hülse (19, 20; 119; 120) aus Isoliermaterial mit ihrem zugehörigen Schaltkontakt (7, 8; 7, 108) kapazitiv gekoppelt ist und einen Zylinderkondensator bildet, ^x der mindestens einen Teü der Abschirrncicktrode (9, 10; 109, 110) als Außenelektrode, die an deren Innenseite anliegende Hülse (19, 20; 119, 120) als Dielektrikum und einen an der Innenseite der Hülse anliegenden und galvanisch mit dem zugehörigen ^2ä Schaltkontakt (7,8; 107,108) verbundenen Zylinder (21,22; 121,122) als Innenelektrode aufweist

2. Hochspannungsvakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelektrode als ein aus Metalldraht oder metallisiertem ^M Draht geflochtener Körper (9, 10; 109, HO) ausgebildet ist

3. Hochspannungsvakuumschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der einen AbsCiiirmelektrode (110) ^3S kleiner ist als der Innendurchmesser der anderen Abschirmelektrode (109), so daß die eine konzentrisch in die andere einführbar ist

4. Hochspannungsvakuumschalter nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Schaltkontakt (108) mit seiner Abschirmelektrode (110) ortsfest angeordnet ist während der andere Schaltkontakt (7) zusammen mit seiner Abschirmelektrode (109) beweglich ausgebildet ist

45