DE3148142A1

DE3148142A1 - "vakuumschalter"

Info

Publication number: DE3148142A1
Application number: DE19813148142
Authority: DE
Inventors: Johann 8521 Bubenreuth Wolf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-12-04
Filing date: 1981-12-04
Publication date: 1983-06-09

Description

Vakuumschalter
Die Erfindung bezieht sich auf einen Vakuumschalter mit koaxial zueinander angeordneten Schaltkontakten, die im Vakuum einer Schaltkammer angeordnet sind und von denen wenigstens einer in seiner Achsrichtung beweglich ist.
Dieser bewegliche Schaltkontakt ist mit einem vakuumdichten und beweglichen Teil der Schaltkammerwand, beispielsweise einem Federbalg oder auch einer Membran, verbunden.
In Industrieanlagen und Verteilungsnetzen werden bekanntlich Vakuumschalter als Schaltschütze und Leistungsschalter verwendet. In einer evakuierten, im allgemeinen zylindrischen Schaltkammer sind die Schaltkontakte koaxial angeordnet. Sie bestehen jeweils aus einem Stromzuführungsbolzen und einem Kontakt, der als Flachkontakt oder auch als Topfkontakt gestaltet sein kann Um die Innenwand der Schaltkammer vor isolationsmindernder Bedampfung zu schützen, kann die Schaltstrecke von einem zylindrischen Dampfschirm umgeben sein. Einer der Kontakte ist im allgemeinen mit dem Gehäuse fest verbunden und der andere über einen vakuumdichten Faltenbalg aus Stahl in seiner Achsrichtung bewegbar. Eine Schutzkappe verhindert innere Beschädigungen des Faltenbalges durch Lichtbogeneinwirkung während des Schaltvorgangs. Im eingeschalteten Zustand können die beiden Kontakte durch den äußeren Luftdruck aufeinandergepreßt werden. Zum Ausschalten ist der bewegliche Kontakt mit einem besonderen Antrieb versehen. Beim Ausschalten entsteht zwischen den Kontakten ein Metalldampfbogen, der im folgenden Stromnulldurchgang gelöscht wird (Siemens-Energietechnik, 3 (1981), Beiheft eVakuumschalttechnik für Mittelspannung", Seiten 4 bis 12).
Der bewegliche Kontakt wird mechanisch über die mit dem Federbalg verbundene Stromzuführung betätigt, die zu diesem Zweck in einem Lager geführt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen und wirksamen Antrieb für den beweglichen Kontakt eines Vakuumschalters anzugeben. Sie beruht auf der Erkenntnis, daß Vakuumschalter durch die vakuumdichte Ausführung des Federbalges oder einer Membran für den beweglichen Kontakt gut geeignet sind für einen Antrieb, bei dem der Kontakt unter direkter Anwendung eines äußeren pneumatischen oder hydraulischen Druckwechsels betätigt wird.
Die erwähnte Aufgabe wird deshalb erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Dieser Schalter benötigt außer der abschließenden Druckkammer keine weiteren Elemente für den Antrieb auf der Hochdruckseite. Lediglich zur Kompensationdes Umgebungs- oder Grunddruckes kann eine Feder für die Öffnungsbewegung zweckmäßig sein, falls die Federwirkung des Federbalges nicht ausreicht. Handelt es sich bei dem Betätigungsmedium um einen elektrischen Isolator, beispielsweise Schwefelhexafluorid, Luft oder Stickstoff sowie Öl, so können damit auch Schalter auf unterschiedlichem Potential synchron betätigt werden. Der Antrieb ist deshalb besonders geeignet für Schalterkombinationen, beispielsweise Dreiphasenschalter, Reihenschaltung für hohe Spannung und Parallelschaltung für große Ströme. In gekapselten Schaltanlagen kann das Isoliermedium durch Druckänderung direkt zum Antrieb verwendet werden.
In Schaltern für Hochspannungs-Schaltanlagen mit einer Reihenschaltung von Schaltstrecken können die einzelnen Sehalterstrecken jeweils in getrennten Schaltkammern angeordnet sein und die gesamten Schaltstrecken können dann in einem gemeinsamen Druckraum angeordnet werden.
In einer Reihenschaltung von Zweischaltstrecken können die den beweglichen Kontakten zugeordneten Federbälge auch jeweils einen Teil der Wandung eines gemeinsamen Druckraumes bilden.
Fur die beweglichen Kontakte mehrerer Schaltstrecken kann vorzugsweise ein gemeinsamer Druckraum vorgesehen sein, dessen Wandung jeweils teilweise aus den Federbälgen der beweglichen Kontakte der einzelnen Schaltstrecken gebildet wird. In einer besonderen AusfEhrungsform eines derartigen Schalters können die beweglichen Kontakte auch mit einem gemeinsamen Federbalg versehen sein.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Vakuumschalters nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist. Figur 2 zeigt eine Ausführungs£orm für Hochspannung mit einer Reihenschaltung von Schaltstrecken. In Figur 3 ist ein Schalter mit einer Reihenschaltung von zwei Schaltstrecken dargestellt, deren Federbälge eine gemeinsame Druckkammer bilden. In Figur 4 ist eine Ausführungsform eines Schalters mit mehreren nebeneinander angeordneten Schaltstrecken veranschaulicht und in Figur 5 ist eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung dieser Anordnung dargestellt.
In der Ausführungsform nach Figur 1 ist eine Schaltstrecke 7 mit einem festen Kontakt 2, der für verhältnismäßig geringe Ströme geeignet und als Flachkontakt gestaltet ist, und einem beweglichen Kontakt 4 versehen, der über einen Federbalg 6 mit dem hohlzylindrischen Isolator 8 des Gehäuses 10 einer Schaltkammer 12 verbunden ist. Die Schaltstrecke 7 ist von einer Abschirmung 14 umgeben, die als Dampf schirm für den Isolator 8 und als Schutz für den Federbalg 6 wirkt. Die Stromzuführungen der Kontakte 2 und 4 sind in der Figur mit 3 bzw. 5 bezeichnet.
Der Federbalg 6 bildet zugleich einen Teil des Gehäuses 16 einer Druckkammer 18, die mit einer Öffnung 20 für die Zuführung eines Druckmediums versehen ist. Durch das Gehäuse 16 ist ein elektrischer Anschlußleiter 22 hindurchgeführt, der über wenigstens einen flexiblen Leiter 24 mit der Stromzuführung 5 verbunden ist. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, zwischen dem Gehäuse 16 und der Stromzuführung 5 zur Unterstützung der Kontaktbewegung beim Öffnen der Schaltstrecke eine Feder 26 anzuordnen.
Die Bewegung des Kontakts 4 erfolgt durch den Druckwechsel innerhalb der Druckkammer 18. Zu diesem Zweck wird ein Druckmedium, beispielsweise Luft, von einem Behälter 26 über ein Steuergerät 28, das in der Figur als Dreiwegeventil dargestellt ist, der Druckkammer 18 zugeführt. Das Steuergerät 28 ist mit einer Fernsteuerung 30 versehen, die als Relaisspule angedeutet ist. Die Kontakte 2 und 4 werden durch Druckerhöhung in der Druckkammer 18 geschlossen und durch Entnahme des Druckmediums aus der Druckkammer 18 über das Steuergerät 28 geöffnet.
In der Ausführungsform eines Vakuumschalters nach Figur 2 sind mehrere Schaltstrecken, von denen in der Figur lediglich vier dargestellt und mit 37 bis 40 bezeichnet sind, in einer gemeinsamen Druckkammer 42 angeordnet, die von einem hohlzylindrischen Gehäuse 44 aus elektrisch isolierendem Material umgeben ist und an einem Ende mit einem Deckel 45 verschlossen ist, der wenigstens teilweise aus elektrisch leitendem Material besteht.
Die Schaltstrecke 37 enthält einen unbeweglichen Contikt 48, der mit einem beweglichen Kontakt 49 in einer Vakuumkammer 50 angeordnet ist. Der bewegliche Kontakt 49 ist über einen Federbalg 51 mit dem Gehäuse 52 der Vakuumkammer 50 verbunden. Die Schaltstrecke 38 wird gebildet von einem unbeweglichen Kontakt 54 und einem beweglichen Kontakt 55, der über einen Federbalg 56 mit einem Gehäuse 57 einer Vakuumkammer 58 vakuumdicht verbunden ist. Die beiden Gehäuse 52 und 57 bilden eine zylindrische Doppelkammer mit einem gemeinsamen Boden 59, an dessen einander gegenüberliegenden Flachseiten jeweils einer der unbeweglichen Kontakte 48 bzw. 54 befestigt ist. Die Schaltstrecken 39 und 40 sind ebenfalls jeweils in einer nicht näher bezeichneten Vakuumkammer angeordnet, die in gleicher Weise gemeinsam eine Doppelkammer bilden. Zur Stromübertragung zwischen dem Deckel 45 und dem beweglichen Kontakt 49 sowie den beweglichen Kontakten der Schaltstrecken 38 und 39 sowie den unteren, in der Figur nicht dargestellten Schaltstrecken sind jeweils flexible elektrische Leiter vorgesehen, die in der Figur mit 60, 61 und 62 bezeichnet sind. Zur Unterstützung der Öffnungsbewegung der Schalt strecken 37 bis 40 können Federn vorgesehen sein, die in der Figur mit 64 bis 66 bezeichnet sind. Eine am rechten Ende der innerhalb der Druckkammer 42 angeordneten Reihenschaltung der Schaltstrecken vorhandene Stromzuführung ist in der Figur weggelassen.
Zum Druckwechsel des Druckmediums innerhalb der Druckkammer 42 kann beispielsweise ein Blaskolben 68 vorgesehen sein, der in einem zylindrischen Druckkanal 70 angeordnet ist, der mit einem Flansch 72 des Gehäuses 44 der Druckkammer 42 verbunden ist. Durch Druckerhöhung in der Druckkammer 42 werden die Schaltstrecken 37 bis 40 geschlossen und durch Druckverminderung werden diese Schaltstrecken geöffnet.
In der Ausführungsform nach Figur 3 ist eine Reihenschaltung von zwei Schaltstrecken 74 und 78 in getrennten Vakuumkammern 75 bzw. 79 angeordnet. Die nicht näher bezeichneten beweglichen Kontakte der Schaltstrecken 74 und 78 sind jeweils mit einem Federbalg 76 bzw. 80 versehen, die derart mit einem gemeinsamen Gehäuse 82 vakuumdicht verbunden sind, daß sie eine Doppelkammer mit einer gemeinsamen Druckkammer 84 bilden, die über eine Zuführung 86 mit einer nicht dargestellten Steuerung für das Druckmedium innerhalb der Druckkammer 84 versehen ist. In dieser Ausführungsform der Doppelkammer erfolgt die gemeinsame Steuerung der elektrisch in Reihe geschalteten Schaltstrecken 74 und 78 durch den Druckwechsel innerhalb der Druckkammer 84.
Diese Ausführungsform des Vakuumschalters ist besonders geeignet für höhere Mittelspannungen.
In der Ausführungsform eines Schalters mit mehreren gleichzeitig gesteuerten Schaltstrecken 88 bis 90 nach Figur 4, das beispielsweise ein Dreiphasenschalter mit Druckwechselantrieb sein kann, sind diese Schalterstrecken 88 bis 90 in einer gemeinsamen Vakuumkammer 92 angeordnet. Sie sind mit einem gemeinsamen Federbalg 94 versehen, der einen Teil der nicht näher bezeichneten Wandung einer gemeinsamen Druckkammer 96 bildet, die mit einer Zuführung 98 für das Druckmedium versehen ist.
Durch den Druckwechsel innerhalb der Druckkammer 96 werden die Schaltstrecken 88 bis 90 gleichzeitig gesteuert.
Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, den verschiedenen Schaltstrecken 88 bis 90 nach Figur 5 zwar eine gemeinsame Vakuumkammer 92 und auch eine gemeinsame Druckkammer 96, jedoch getrennte Federbälge zuzuordnen, die in der Figur mit 100 bis 102 bezeichnet sind. In dieser Ausfuhrungsform werden die Schaltstrecken 88 bis 90 ebenfalls gemeinsam und gleichzeitig gesteuert.
Im Ausführungsbeispiel ist der bewegliche Teil der Schaltkammerwand jeweils als Federbalg aufgeführt. Figur kleine Schaltwege kann der bewegliche Kontakt jedoch auch mit Hilfe einer Membran bewegt werden. Unter Umständen kann als beweglicher Kontakt auch eine Bücke vorgesehen sein, die mit dem beweglichen Teil der Schaltkammerwand verbunden ist.
6 Patentansprüche 5 Figuren

Claims

Patentansprüche 1 Vakuumschalter mit koaxial zueinander angeordneten Schaltkontakten (2, 4), die im Vakuum einer Schaltkammer (12) angeordnet sind und von denen wenigstens einer in seiner Achsrichtung beweglich und mit einem beweglichen Teil der Schaltkammerwand verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der bewegliche Teil der Schaltkammerwand zugleich einen Teil des Gehäuses (16) einer Druckkammer (18) bildet, die ein Druckmedium enthält, dessen Druck zur Steuerung des beweglichen Kontakts (4) vorgesehen ist (Figur 1).

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1 für gekapselte Schaltanlagen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß das Isoliermedium der Schaltanlage zugleich als Druckmedium zur Steuerung der Kontaktbewegung vorgesehen ist.

5. Vakuumschalter nach Anspruch 1 oder 2 für Hochspannungsschaltanlagen mit einer Reihenschaltung von Schaltstrecken (37 bis 40), d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Schaltstrecken (37 bis 40) jeweils in getrennten Schalterkammern (50, 58) angeordnet sind, deren Gehäuse (52 bzw. 57) jeweils wenigstens teilweise von einem Federbalg (51 bzw. 56) gebildet ist und daß die Schaltstrecken (37 bis 40) von einem gemeinsamen Druckraum (42) umgeben sind, der ein steuerbares Druckmedium enthält (Figur 2).

4. Vakuumschalter nach Anspruch 1 oder 2 für Hochspannungsschaltanlagen mit einer Reihenschaltung von Schaltstrecken, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,, daß in einer Reihenschaltung von zwei Schaltstrecken (74, 78) die den beweglichen Kontakten zugeordneten Federbälge (76 bzw. 80) Jeweils einen Teil des Gehäuses (82) einer gemeinsamen Druckkammer (84) bilden (Fig. 3).

5. Vakuumschalter nach einem der Anspruche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für die beweglichen Kontakte mehrerer Schaltstrecken (88 bis 90) ein gemeinsamer Federbalg (94) vorgesehen ist, der einen Teil des Gehäuses einer gemeinsamen Druckkammer (96) bildet (Figur 4).

6. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die beweglichen Kontakte mehrerer Schaltstrecken (88 bis 90) jeweils mit einem Federbalg (100 bzw. 101 bzw. 102) versehen sind, die jeweils einen Teil des Gehäuses einer gemeinsamen Druckkammer (96) bilden (Figur 5).