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Kontaktanordnung für Vakuumschalter
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Vakuumschalter mit koaxial zueinander
angeordneten Kontakten, denen ein Dampfschirm zugeordnet ist, der mit einer Schirmhalterung
an einem Isolator befestigt ist, der einen Teil des Gehäuses bildet.
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Vakuumschaltröhren haben in Schaltgeräten bekanntlich die Aufgabe,
den Nennbetriebsstrom bei der zugehörigen Nennspannung zu führen und zu schalten
und bei Störungen in Anlagen und Netzen die auftretenden Kurzschlußströme zu beherrschen.
Beim Öffnen des Schalters unter Strombelastung wird nach der galvanischen Trennung
der Kontakte ein Metalldampflichtbogen gezündet, der an der letzten metallischen
Berührungsstelle entsteht und sich im gesamten Kontaktspalt ausbreitet. Der zum
Stromtransport notwendige Metalldampf wird in einer Vielzahl von Kathodenflecken
erzeugt, die auf der negativen Elektrode entstehen. Wenn nach dem Stromnulldurchgang
der letzte Kathodenfleck erloschen ist, wird die Vakuumschaltstrecke durch Diffusion
der Ladungsträger und durch Rekombination an den Metalloberflächen innerhalb weniger
ps vollständig entionisiert. Dadurch ergeben sich im gesamten Strombereich kurze
Löschzeiten.
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Die koaxial zueinander angeordneten Kontakte sind in einem evakuierten
Gehäuse angeordnet, dessen hohlzylindrischer Teil aus einem Isolator bestehen kann,
der mit einem metallischen Boden und Deckel versehen ist. Die
Kontakte
sind jeweils mit einer Stromzuführung verbunden, die durch den Boden bzw. den Deckel
hindurchgeführt sind.
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Während des Ausschaltvorganges entsteht im Kontaktspalt ein Metalldampflichtbogen,
der im folgenden Stromnulldurchgang erlischt. Um die Innenwand des hohlzylindrischen
Isolators, der die Kontakte umgibt und im allgemeinen aus Keramik oder Glas besteht,
vor isolationsmindernder Bedampfung zu schützen, kann den Kontakten ein zylindrischer
Dampfschirm zugeordnet sein.
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In einer bekannten Ausführungsform einer Vakuumschaltröhre sind die
Kontakte von einem hohlzylindrischen Isolator umgeben, der aus Glas oder Keramik
bestehen kann. Um den Isolator vor einer Kondensation der vom Lichtbogen erzeugten
Metalldämpfe und Metallteilchen zu schützen, sind die Kontakte von einem im wesentlichen
rohrförmigen Dampfschirm umgeben, der aus Metall besteht und an dem die Metalldämpfe
kondensiert werden, bevor sie den Isolator erreichen können. Um zu verhindern, daß
Metalldämpfe oder Metallteilchen durch Umgehen des Dampf schirmes dennoch zum Isolator
gelangen, sind zusätzliche Abschirmkappen vorgesehen, die an den gegenüberliegenden
Enden des Dampfschirmes über diesen übergreifen. Der Dampfschirm ist am Isolator
befestigt.
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Zu diesem Zweck ist ein Profilring aus Blech vorgesesehen, dessen
Außenrand in eine Nut an der Innenwand des Isolators eingesetzt ist. In dieser Ausführungsform
müssen jedoch die Dehnungskräfte bei einer Erwärmung des Schalters, beispielsweise
beim Ausheizen des Gehäuses, vom Isolator aufgenommen werden (DE-OS 25 57 174).
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Es ist ferner bekannt, den Dampfschirm mit Hilfe einer Halterung zu
befestigen, die als Ringscheibe gestaltet
ist, deren innere Oberfläche
mit dem Dampfschirm verbunden ist und dessen äußerer Teil zwischen den Stirnflächen
zweier hohlzylindrischer Isolatoren befestigt ist, die einen Teil des Schaltergehäuses
bilden. In dieser Ausführungsform mit einem geteilten Schaltergehäuse müssen ebenfalls
die thermischen Dehnungskräfte vom Isolator aufgenommen werden und außerdem fällt
die gesamte Spannung an einem der Isolatoren ab, falls der Dampfschirm bei einem
Schaltvorgang unmittelbar nach dem Stromnulldurchgang kurzzeitig das Potential eines
der beiden Kontakte annimmt (DE-OS 29 47 090).
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Radiale Dehnungskräfte können in einer weiteren bekannten Ausführungsform
eines Vakuumschalters durch mehrere Halterungen aufgenommen werden, die zwischen
der Außenwand des Dampfschirmes und der Innenwand des Isolators auf dem Umfang verteilt
angeordnet sind. Diese Halterungen bestehen jeweils aus einem flachen, im wesentlichen
in Achsrichtung des Schalters verlaufenden Verbindungsstück, dessen Enden mit dem
Dampfschirm verbunden sind. Dieses Verbindungsstück ist mit einer Bohrung und einem
rohrförmigen Fortsatz versehen, in das ein hohlzylindrisches und leicht konisches
weiteres Verbindungsstück hineinragt, das an der Innenwand des Isolators in eine
entsprechende Bohrung eingesetzt ist. Diese Halterung des Dampfschirmes erfordert
jedoch einen verhältnismäßig großen Aufwand (DE-OS 29 25 307).
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Ausführungsform
eines Vakuumschalters insbesondere für Mittel- oder Hochspannung anzugeben, bei
dem der Dampfschirm mit einer Halterung versehen ist, die in einfacher Weise gestaltet
ist und die eine Ubertragung unzulässig hoher Kräfte auf den Isolator verhindert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäR gelöst mit den kennzeich-
nenden
Merkmalen des Anspruchs 1. Mit dieser Ausführungsform erhält man einen Vakuumschalter,
der in einfacher Weise hergestellt und bei dem die Übertragung von radialen thermischen
Dehnungskräften auf den Isolator vermieden wird.
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Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug
genommen, in der eine Ausführungsform eines Schalters nach der Erfindung teilweise
als Querschnitt schematisch veranschaulicht ist.
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In der dargestellten Ausführungsform eines Vakuumschalters für Mittel-
oder Hochspannung, vorzugsweise für wenigstens 12 kV, insbesondere für wenigstens
40 kV, sind zwei koaxial zueinander angeordnete und relativ zueinander bewegliche
Kontakte 2 und 4, die als sogenannte Radialfeldkontakte in der Form von Topfkontakten
gestaltet sind, jedoch auch als Axialfeldkontakte ausgeführt sein können, und jeweils
mit einer Stromzuführung 3 bzw. 5 verbunden sind, von einem Gehäuse 6 umgeben. Das
Gehäuse 6 besteht aus einem im wesentlichen hohlzylindrischen Isolator 10 sowie
einem metallischen Boden 11 und einem ebenfalls metallischen Deckel 12.
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Der Kontakt 2 ist in Achsrichtung beweglich und über einen Federbalg
14 mit dem Boden 11 des Gehäuses 6 verbunden. Der Deckel 12 ist mit einem Pumpstutzen
16 zum Evakuieren des Gehäuses 6 versehen.
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Etwa im Bereich der strichpunktiert angedeuteten Mittelebene 18 zwischen
den geöffneten Kontakten 2 und 4 ist der Isolator 10 mit einer Einschnürung 20 versehen,
deren Flanken 21 und 22 jeweils eine Ringfläche
bilden, die gegenüber
der Mittelebene 18 geneigt sind.
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Der Neigungswinkel :1 kann vorzugsweise etwa 30 bis 60° betragen.
Die Kontakte 2 und 4 sind von einem Dampfschirm 24 umgeben, der rotationssymmetrisch
zur Achse 19 des Gehäuses 6 angeordnet ist. Der Dampfschirm 24 besteht aus Metall,
vorzugsweise Edelstahl, und enthält ein verstärktes Innenteil 25, an das sich oben
und unten jeweils ein Außenteil 26 bzw. 27 anschließt. Der Dampfschirm 24 ist mit
einer Schirmhalterung 28 versehen, die aus zwei ringförmigen Profilblechen 29 bzw.
30 besteht, deren eine Kante mit dem Dampfschirm 24 verbunden ist. Diese Profilbleche
sind jeweils so gestaltet, daß sie einen rotationssymmetrisch zur Achse 19 angeordneten
Ring bilden und deren der Mittelebene 18 zugewandten Kanten jeweils zu einem Flansch
abgeknickt sind, deren Neigung gegenüber der Mittelebene 18 wenigstens annähernd
gleich der Neigung der Flanken 21 bzw.
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22 der Einschnürung 20 des Isolators 10 sind. Diese Profilbleche sind
mit dem Dampfschirm 24 derart verbunden, daß ihre Flansche 31 und 32 jeweils eine
formschlüssige Verbindung mit den Flanken 21 bzw. 22 der Einschnürung 20 bilden.
Sie liegen jedoch an diesen Flanken nur an und sind relativ zu den Oberflächen dieser
ebenfalls ringscheibenförmigen Flanken 21 und 22 verschiebbar. Zu diesem Zweck kann
der Außendurchmesser der ringförmigen Profilbleche 29 und 30 vorzugsweise etwas
geringer gewählt werden als der Innendurchmesser r des Isolators 10, der beispielsweise
für eine Ausführungsform des Vakuumschalters für 36 kV 100 mm betragen kann.
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In einer besonderen Ausführungsform des Schalters können die Profilbleche
29 und 30 der Schirmhalterung 28 jeweils mit den Außenteilen 26 bzw. 27 des Dampfschirms
24 aus einem gemeinsamen Bauteil bestehen, das
vorzugsweise mit
den Stirnflächen des Innenteils 25 des Dampfschirms 24 unlösbar verbunden, beispielsweise
verlötet, sein kann. Die Profilbleche 29 und 30 der Schirmhalterung 28 können jedoch
auch getrennt von den Außenteilen 26 bzw. 27 jeweils mit dem Mittelstück 25 des
Dampfschirmes 24 verbunden sein. Zum Einsetzen des Dampfschirmes 24 mit der Schirmhalterung
28 kann das Mittelstück 25 beispielweise etwa in der Mittelebene 18 geteilt und
eine Verbindung für diese beiden Teile, beispielsweise eine Steckverbindung oder
auch eine Schraubverbindung, vorgesehen sein, die in der Figur lediglich angedeutet
ist. In dieser Ausführungsform kann sich der Dampfschirm sowohl in Richtung der
Achse 19 des Schalters als auch in radialer Richtung dehnen, ohne daß größere mechanische
Spannungen entstehen.
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Gegebenenfalls können außer dem Dampfschirm 24 noch sogenannte Endschirme
vorgesehen sein, die in der Figur mit 36 bzw. 37 bezeichnet sind. Ferner kann in
üblicher Weise der Federbalg 14 mit einer Schutzkappe 38 versehen sein. Eine ähnliche
Kappe 39 kann auch für die Stromzuführung 5 des unbeweglichen Kontakts 4 vorgesehen
sein.
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3 Patentansprüche 1 Figur
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