DE3304803C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vakuumschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Vakuumschalter ist aus der DE-AS 23 53 141 bekannt. 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.

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 7 kV und 25 kV ausgelegt, der Nennbetriebsstrom kann beispielsweise 2500 A betragen.

Aus der DE-OS 24 42 936 sind Vakuumschaltröhren mit einem Kontaktpaar und einem Kondensationsschirm bekannt, bei denen das Kontaktpaar teilweise umgebende Metalldampfabschirmungen dazu dienen, die Isolierstoffkörper des Gehäuses vor einer Bedampfung zu schützen und zugleich den Teil einer Axialfeldspule darstellen. Die Abschirmungen sind dabei mit den Kondensationsschirmen elektrisch leitend verbunden.

Aus der DE-AS 24 60 628 sind ferner verschiedene Vakuumschaltröhren bekannt, in deren Innenraum mehrere Kontakte angeordnet sind. Bei diesen bekannten Vakuumschaltröhren ist jeweils ein hochspannungsführendes Kontaktpaar und ein Erdungskontakt vorgesehen, der das Verlöschen des Ausschaltlichtbogens begünstigen soll und bei Spannungsüberschlägen im geöffneten Zustand einen Überschlag von einem spannungsführenden Kontakt zum anderen verhindert. Hierzu dient eine Kontaktbrücke und eine mit dieser verbundene Plasma-Abschirmung zwischen den beiden Kontakten. Bei den bekannten Anordnungen sind an den hochspannungsführenden Kontaktpaaren Plasma-Abschirmungen vorgesehen, die diese teilweise umgeben, jedoch nicht ausreichend gegen die ebenfalls vorgesehenen Erdungskontakte abschirmen, so daß sie nicht verhindern können, daß das Plasma leicht in den Schaltraum der Erdungskontakte gelangen und einen Überschlag gegen Erde einleiten kann.

Aus der DE-PS 29 32 407 ist ein Niederspannungsschütz bekannt, welches in ein und demselben Vakuumgefäß drei Kontaktpaare enthält, deren Kontakte auf den Stirnseiten von miteinander koaxial angeordneten Stromzuführungsbolzen 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.

Eine derartige Anordnung ist für Niederspannungsschütze, nicht aber für einen Mittelspannungsschalter geeignet. Bei einem Mittelspannungsschalter 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 dazwischen liegende Abschirmblech und somit ein Phasenkurzschluß erfolgen kann.

Die DE-PS 28 15 059 zeigt eine Schaltstückanordnung 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. 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.

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 jedoch 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.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, einen Vakuumschalter mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen derart zu verbessern, daß er als Mittelspannungs-Lasttrennschalter geeignet ist, wobei der Austritt von Plasma in den Raum zwischen den einzelnen Kontaktpaaren zu verhindern ist.

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 Überschlag zwischen verschiedenen Phasen findet nicht statt. 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.

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 Abschirmzylinder 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 Plasma-Abschirmungen.

Einer der Abschirmzylinder je Kontaktpaar und insbesondere die Abschirmbleche können vorteilhaft auf Masse geschaltet sein. Dadurch ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau.

Ein besonders kleiner Aufbau ergibt sich, indem die kleinsten Abstände zwischen den Kontakten und den Plasma-Abschirmungen und zwischen den einzelnen Plasma-Abschirmungen nur wenig über den Kontaktabständen liegen.

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.

Die Kontaktflächen der Schaltkontakte können bei Mittelspannungs-Lasttrennschaltern 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.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erklärt. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Beispiel mit einer kreiszylinderförmigen Plasma-Abschirmung,

Fig. 2 ein zweites Beispiel einer Plasma-Abschirmung mit zusätzlichen Abschirmblenden.

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 leitend verbunden ist. Diese zweite Plasma-Abschirmung 4 ist ebenfalls zylinderförmig ausgebildet und über einen scheibenförmigen Bogen mit dem Anschlußbolzen des zweiten Kontaktes 2 verbunden.

Beim Ausschalten entstehendes Ionenplasma wird durch diese beiden Plasma-Abschirmungen 3, 4 zunächst 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 der 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.

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 ge­ ringem Abstand von dieser Ringscheibe 10 ist mit dem Bolzen des ersten Schaltkontaktes 1 eine Plasma-Abschirm­ scheibe 11 mechanisch fest und elektrisch leitend verbun­ den. Dadurch wird das Plasma in einen zusätzlichen laby­ rinthartigen Gang gezwungen, bevor es in den Raum zwi­ schen benachbarten Schaltkontaktpaaren gelangen kann. Da­ durch kann mit dieser Ausführung eine noch höhere Schalt­ leistung bewältigt werden, ohne daß Plasma austritt. Außerdem weist diese Ausführung einen mit dem hier beweg­ lichen Kontakt 2 elektrisch leitend verbundenen Kontakt 12 auf, welcher beim Öffnen des Kontaktpaares auf einen Er­ dungskontakt 13 geschaltet werden kann, indem der Schalt­ kontakt 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 ent­ stehenden Ströme unmittelbar auf Masse abgeleitet werden, nicht aber durch den Verbraucher fließen.

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 bzw. zwischen Abschirmungen gelangen kann, zwischen denen ein Phasenkurzschluß möglich wäre.

Der Spalt 7 zwischen den Schaltstücken 5, 6 ist auch im vollstän­ dig geöffneten Zustand des Vakuumschalters schmaler als die Spal­ te 8, 9, 15 und der labyrinthartige Gang in Fig. 2. Dadurch wird einerseits ein schneller Abfluß des Ionenplasmas erreicht und andererseits ein Überschlag oder Lichtbogen außerhalb des Spaltes 7 vermieden.

Claims (10)

1. Vakuumschalter, welcher zumindest zwei Kontaktpaare in einem gemeinsamen Vakuumgefäß enthält,

• - in dem die Kontaktpaare durch eine Plasma-Abschirmung (3) voneinander getrennt sind,
• - in dem die Plasma-Abschirmung jeden einzelnen der Kontakte ringförmig umschließt,
• - wobei die Plasma-Abschirmung auf dem Potential einer der beiden Elektroden (5) des zugehörigen Kontaktpaares liegt und
• - wobei der Abstand der Plasma-Abschirmung zum jeweiligen Kontakt größer ist als der Kontaktabstand (7) in geöffnetem Zustand,

dadurch gekennzeichnet,
daß zur Ausbildung als Mittelspannungsschalter jedes Kontaktpaar von zumindest einer zweiten Plasma-Abschirmung (4) umgeben ist,
daß die zweite Plasma-Abschirmung (4) auf einem von dem der ersten Plasma-Abschirmung (3) unterschiedlichen elektrischen Potential liegt,
daß die beiden Potentiale der Plasma-Abschirmungen (3, 4) geeignet sind, die Ionen des Plasmas elektrisch zu entladen,
daß für das sich ausbildende Plasma in Richtung auf das benachbarte Kontaktpaar nur ein zwischen den beiden Plasma-Abschirmungen (3, 4) verlaufender Weg zur Verfügung steht und
daß der kleinste Abstand (9) zwischen den Plasma-Abschirmungen größer ist als der Kontaktabstand (7) der geöffneten Kontakte.

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Plasma-Abschirmung je Kontakt­ paar zumindest zwei koaxiale Abschirmzylinder angeordnet sind, deren Zylinderwände sich in axialer Richtung über­ lappen und daß diese Zylinderwände auf unterschiedlichem Potential liegen.

3. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er als Plasma-Abschirmungen einen Abschirm­ zylinder je Kontaktpaar und zwischen den Abschirmzylindern Abschirmbleche (14) enthält.

4. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmzylinder mit den Kontakten des zugehörigen Kontaktpaares elektrisch leitend verbunden sind.

5. Vakuumschalter nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abschirmzylinder an den Bolzen von koaxialen Kontakten befestigt sind.

6. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschirmzylinder je Kontaktpaar bzw. die Abschirmbleche (14) auf Masse geschaltet sind.

7. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinsten Abstände zwischen den Kontakten und den Plasma- Abschirmungen und zwischen den einzelnen Plasma-Abschir­ mungen nur wenig über den Kontaktabständen liegen.

8. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Schaltkontakte nach dem Abschalten des Stro­ mes auf Masse geschaltet werden können.

9. Vakuumschalter nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichent, daß die beweglichen Kontakte in drei Schaltstellungen fixiert werden können, von denen je eine den Einschaltzustand, den Ausschaltzustand und den Aus­ schaltzustand mit Masseverbindung des beweglichen Kontak­ tes darstellen.