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Vakuumschalter, insbesondere Mittelspannungs-Lasttrenn-
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schalter.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vakuumschalter gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Vakuumschalter ist aus der DE-AS
23 53 141 bekannt.
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Wird eine derartige Ausführungsform als Mittelspannungs-Lasttrennschalter
eingesetzt, so ist der Austritt von Plasma in den Raum zwischen den einzelnen Kontakten
nicht zu vermeiden. Dadurch besteht die Gefahr von Phasenkurzschlüssen zwischen
benachbarten Kontaktpaaren.
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Aus der DE-PS 2932407 ist ein Niederspannungsschutze bekannt, welches
in einunddemselben Vakuumgefäß drei Kontaktpaare enthält, deren Kontakte auf den
Stirnseiten von miteinander koaxial angeordneten Stroszuführungsbolzen befestigt
sind. Diese drei Kontaktpaare werden gleichzeitig geöffnet bzw. geschlossen. Die
Kontaktpaare sind durch Abschirmbleche voneinander getrennt, die als Plasma-Abschirmungen
dienen. Diese Abschirmbleche sind potentialfrei angeordnet.
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Eine derartige Anordnung ist für ein Niederspannungsschütz, nicht
aber für einen Mittelspannungsschalter geeignet. Bei einem Mittelspannungsechalter
besteht nämlich die Gefahr eines Phasenkurzschlusses über die Abschirmbleche hinweg,
da im Ausschaltmoment in beiden Entladungsräumen Plasma entsteht oder auch Ionenplasma
von einem Schaltraum in den anderen gelangen kann und dann ein Überschlag von den
beiden geöffneten Kontakten auf das dazwischenliegende Abschirmblech und somit ein
Phasenkurzschluß erfolgen kann.
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Die DE-PS 28 15059 zeigt eine Schaltstuckanordnung für Niederspannungs-Vakuumschütze,
deren Kontaktflächen durch die Böden von zwei ineinander-stehenden Töpfen gebildet
sind. Der zwischen den Zylinderwänden dieser Töpfe verbleibende Abstand soll gemäß
Anspruch 1 der genannten Patentschrift gleich oder kleiner als der Schalthub sein.
Dadurch soll der durch den Ausschalt-Lichtbogen erzeugte Metalldampf im Bereich
der Kontakte gehalten werden und sich wieder auf die Kontakte niederschlagen.
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Eine derartige Anordnung würde bei Mittelspannungsschaltern infolge
der höheren Spannung und des dort entstehenden Ionenplasmas zu Wiederzündungen und
zu Lichtbögen zwischen den Zylinderwänden und damit zur Zerstörung der Kontakte
führen.
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Außerdem können bei dem in der DE-PS 28 15 059 beschriebenen Aufbau
Ionen aus dem Plasma nach außen gelangen, ohne daß sie entladen werden, zumal da
an den Zylinderwänden nur eine Niederspannung anliegen kann und weil Ionen geradlinig
oder mit nur einer Reflexion an einer Wand aus dem Spalt zwischen den Zylinderwänden
heraustreten können. In einem Mittelspannungsschalter gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 der vorliegenden Anmeldung reicht gemäß unserer Erkenntnis bereits eine
geringe Anzahl von Ionen aus, um zwischen benachbarten Kontakten oder Abschirmzylindern
oder anderen Teilen, die auf unterschiedlicher Spannung liegen, einen Überschlag
einzuleiten. Dies ist insbesondere dann zu befürchten, wenn benachbarte Kontakte
an verschiedenen Phasen eines Stromnetzes liegen.
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Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht
im Aufbau eines Vakuumschaters mit zwei oder mehr Kontaktpaaren, die sich im gleichen
Vakuumgefäß befinden, welcher als Mittelspannungs-Lasttrennschalter geeignet ist.
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Mittelspannungs-Lasttrennschalter müssen definitionsgemäß die doppelte
Nennlast schalten können, sie brauchen aber zum Unterschied von Leistungsschaltern
keinen Kurzschlußstrom ein- bzw. ausschalten zu können. Derartige Schalter sind
üblicherweise für Spannungen zwischen etwa 7kV und 25kV ausgelegt, der Nennbetriebsstrom
kann beispielsweise 2500 A betragen.
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Die Aufgabe wird bei einem Vakuumschalter gemäß dem Oberbegriff durch
die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch die auf verschiedenem
Potential liegenden Plasma-Abschirmungen werden die Plasmaionen entladen, sie können
also den Raum zwischen den verschiedenen Elektrodenpaaren nicht mehr ionisieren,
ein Uberschlag zwischen verschiedenen Phasen findet nicht statt.
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Durch diesen Aufbau können die Abstände zwischen benachbarten Elektrodenpaaren
verringert werden, der Schalter kann kleiner und leistungsfähiger gestaltet werden
und wird dadurch trotz der zusätzlichen Plasma-Abschirmung billiger.
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Die Entladung des Plasmas geschieht um so vollständiger, je länger
und schmaler der Weg zwischen den beiden Plasma-Abschirmungen gestaltet wird. Eine
einfach aufgebaute Ausführungsform weist die Merkmale auf, daß als Plasma-Abschirmung
je Kontaktpaar zumindest zwei koaxiale Abschirmzylinder eingesetzt sind, deren Zylinderwände
sich in axialer Richtung überlappen und auf unterschiedlichem Potential liegen.
Anstelle eines der Abschirmzylinder je Kontaktpaar können auch Schirmbleche zwischen
den verschiedenen Kontaktpaaren bzw. den verbleibenden Abschirmzylindern angeordnet
sein. Die Abschirm-
zylinder sind in beiden Ausführungsformen vorteilhaft
mit je einem der Kontakte des zugehörigen Kontaktpaares elektrisch leitend verbunden.
Dadurch ergibt sich auf einfache Weise eine geeignete Potentialdifferenz zwischen
den Pla'sma-Abschirmungen.
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Einer der Al}stirmzgind äe kntwar u in;sbescndere die Absdiinii -bleche
können vorteilhaft auf Masse geschaltet sein. Dadurch ergibt sich ein besonders
einfacher Aufbau.
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Ein besonder kleiner Aufbau ergibt sich, indem die kleuisten Abstände
zwi.schen den Kontakten und den Plasma-Abschrimungen und zwischen den einzelnen
Plasma-Abschirmungen nur wenig über den Kontaktabständen liegen.
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Vorteilhaft ist eine Möglichkeit vorgesehen, daß die beweglichen Schaltkontakte
nach dem Abschalten des Stromes auf Masse geschaltet werden können. Dadurch können
die Ströme, die durch das Entladen des Plasmas entstehen, unmittelbar auf Masse
abgeleitet werden. Dies ist für Schaltkontakte vorteilhaft, die mit entsprechenden
Abschirmzylindern in elektrisch leitender Verbindung stehen. Durch diese Maßnahme
wird die Stromunterbrechung im Verbraucherkreis beschleunigt. Dies wird insbesondere
vorteilhaft dadurch erreicht, daß die beweglichen Kontakte in drei Schaltstellungen
fixiert werden können, von denen je eine den Einschaltzustand, den Ausschaltzustand
und den Ausschaltzustand mit Masseverbindung des beweglichen Kontaktes darstellt.
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Die Kontaktflächen der Schaltkontakte können bei Mittelspannungsableitern
aus relativ billigen Kontaktmaterialien, z.B. CuSnTe bestehen. Dadurch fällt die
Ersparnis besonders ins Gewicht, die durch den Zusammenbau von zwei oder mehreren,
beispielsweise von drei Kontakten in einem Vakuumgehäuse bei Anwendung der vorliegenden
Erfindung auch bei Mittelspannungs-Lasttrennschaltern
erreicht wird.
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Die Erfindung wird nun anhand von zwei Figuren näher erläutert. Sie
ist nicht auf die in den Figuren gezeigten Beispiele beschränkt. Die Figuren zeigen
zwei Kontaktanordnungen mit unterschiedlichen Plasma-Abschirmungen gemäß der Erfindung.
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In Fig. 1 ist mit jedem der Kontakte 1 bzw. 2 eines Kontaktpaares
eine kreiszylinderförmige Plasma-Abschirmung 3,4 mechanisch fest und elektrisch
leitend verbunden. Eine erste Plasma-Abschirmung 3 umschließt den Spalt zwischen
den Kontaktstücken 5 und 6 auch in geöffnetem Zustand des Schalters und zwingt ein
beim Ausschalten auftretendes Ionenplasma in einen Weg entlang der zweiten Elektrode
2, welche mit einer zweiten Plasma-Abschirmung 4 mechanisch fest und elektrisch
Reitend verbunden ist. Diese zweite Plasma-Abschirmung 4 ist ebenfalls zylinderförmig
ausgebildet und über einen scheibenförmigen Bogen mit dem Anschlußbolzen des zweiten
Kontaktes 2 verbunden.
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Beim Ausschalten entstehendes Ionenplasma wird durch diese beiden
Plasma-Abschirmungen 3,4 4 aunbst in einen Spalt 8 zwischen der ersten Plasma-Abschirmung
3 und der zweiten Elektrode 2 und dann in einen Spalt 9 zwischen der ersten Plasma-Abschirmung
8 und der zweiten Plasma-Abschirmung 9 gezwungen. In diesen beiden Spalten ist das
Plasma stets von Wänden umgeben, welche auf unterschiedlichem elektrischem Potential
liegen. Dadurch wird das Plasma entladen und schlägt sich als neutraler Metalldampf
nieder. So ist verhindert, daß Plasma in den außerhalb der zweiten Plasma-Abschirmung
4 liegenden Raum gelangen kann. Daher können weitere gleich oder ähnlich abgeschirmte
Kontaktpaare in geringem Abstand im gleichen Vakuumgefäß untergebracht werden. Beispielsweise
ist dadurch vorteilhaft ein Schalter zum gleichzeitigen Abschalten aller drei Phasen
eines Leitungsnetzes herstellbar.
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Fig. 2 zeigt ein ähnlich abgeschirmtes Kontaktpaar. Dort ist Jedoch
die zweite Plasma-Abschirmung 4 mit einer Ringscheibe 10 einstückig verbunden, welche
im Bereich des Bolzens des Kontaktes 1 einen Spalt freiläßt. In geringem Abstand
von dieser Ringscheibe 10 ist mit dem Bolzen des ersten Schaltkontaktes 1 eine Plasma-Abschirmscheibe
11 mechanisch fest und elektrisch leitend verbunden. Dadurch wird das Plasma in
einen zusätzlichen labyrinthartigen Gang gezwungen, bevor es in den Raum zwischen
benachbarten Schaltkontaktpaaren gelangen kann. Dadurch kann mit dieser Ausführung
eine noch höhere Schaltleistung bewältigt werden, ohne daß Plasma austritt.
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Außerdem weist diese Ausführung einen mit dem hir beweglichen Kontakt
2 elektrisch leitend verbundenen Kontakt 12 auf, welcher beim Öffnen des Kontaktpaares
auf einen Erdungskontakt 13 geschaltet werden kann, indem der Schaltkontakt 2 entsprechend
weit geöffnet wird. Durch diese Erdung des Schaltkontaktes 2 kann ein Verbraucher,
der zwischen dem Schaltkontakt 2 und Erde liegt, schneller abgeschaltet werden,
da die aus der Plasmaentladung entsihenden Ströme unmittelbar auf Masse abgeleitet
werden, nicht aber durch den Verbraucher fließen.
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In Fig. 2 sind zusätzlich Abschirmbleche 14 angebracht, die das Plasma
zusätzlich durch einen Spalt 15 leiten, bevor es in den Raum zwischen den Kontaktpaaren
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zwischen Abschirmungen gelangen kann, zwischen denen ein Phasenkurzschluß
möglich wäre.
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Der Spalt 7 zwischen den Schaltstücken 5,6 ist auch im vollständig
geöffneten Zustand des Ekuumschalters schmaler als die $alte8,9,15und der labyrinthartige
GanginFig. 2. Dadurch wird einerseits ein schneller Abfluß des Ionenplasmas erreicht
und andererseits einÜberschlag oder Lichtbogen au3erhalb des Spaltes 7 vermieden.
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9 Patentansprniche 2 Figuren