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Die Erfindung betrifft eine Abschirmungskonstruktion für
einen Vakuum-Leistungstrennschalter.
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Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die die Konstruktion eines
konventionellen Vakuum-Leistungstrennschalters der Art zeigt,
wie sie beispielsweise in der JP-Gebrauchsmusteranmeldung Nr.
53-43491 angegeben ist.
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In der Figur weist der Vakuum-Leistungstrennschalter einen
elektrisch isolierenden Zylinder 1 aus einem Glas- oder
Keramikmaterial auf. Ein erster Flansch 4 ist an dem Oberende
des Isolierrohrs 1 durch ein zylindrisches Dichtelement 3
befestigt, und ein zweiter Flansch 6 ist an dem Unterende des
Isolierrohrs 1 durch ein zylindrisches Dichtelement 5
befestigt. In der Mitte des ersten Flansches 4 ist ein ortsfester
Elektrodenstab 8 befestigt, der an seinem Unterende eine
ortsfeste Elektrode 7 hat, und in der Mitte des zweiten
Flansches 6 ist ein axial erweiterbarer Balg 9 befestigt, und an
dem anderen Ende des Balgs 9 ist ein beweglicher
Elektrodenstab 11 angebracht, der an seinem Ende eine bewegliche
Elektrode 10 hat, die der ortsfesten Elektrode 7 gegenübersteht.
Die Elektrodenstäbe 8 und 11 sind axial ausgefluchtet, und
das Isolierrohr 1, die Dichtelemente 3 und 5, die Flansche 4
und 6 sowie der Balg 9 bilden gemeinsam einen Vakuumbehälter
12. An dem Isolierzylinder 1 ist ein Mittelabschnitt einer
zylindrischen Hauptabschirmung 13 befestigt, die einen
Kreisquerschnitt hat und geeignet gebogen ist, um die Elektroden 7
und 10 zu umgeben und einen Durchmesser zu haben, der an den
entgegengesetzten Enden kleiner als der Durchmesser des
Mittelabschnitts ist. Ferner ist an der Innenfläche des ersten
Flansches 4 eine äußere Abschirmung 14 vorgesehen, und das
Unterende der äußeren Abschirmung 14 ist ausgebildet, um das
Oberende der Hauptabschirmung 13 konzentrisch zu überlappen
und von der Außenseite durch einen geeigneten Spalt zwischen
beiden radial beabstandet zu sein. Außerdem ist auf der
Oberseite des zweiten Flansches 6 eine äußere Abschirmung 15
vorgesehen, und das Oberende der äußeren Abschirmung 15 und das
Unterende der Hauptabschirmung 13 sind in einer Beziehung
zueinander ausgebildet, die der oben genannten gleicht.
Ferner ist an dem beweglichen Elektrodenstab 11 eine
Balgabschirmung 16, die den Balg 9 umgibt, angebracht.
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Nachstehend wird der Betrieb des konventionellen
Vakuum-Leistungstrennschalters beschrieben. Wenn die Elektroden 7
und 10 geöffnet sind, während ein elektrischer Strom durch
die Elektrodenstäbe 8 und 11 fließt, wird zwischen den
Elektroden 7 und 10 ein elektrischer Lichtbogen gezogen.
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Dieser Lichtbogen bringt die Elektroden 7 und 10 zum
Schmelzen und erzeugt Metalldampf, dem erlaubt wird, in den
Vakuumraum zu diffundieren. Um eine Verschmutzung des
Isolierbehälters 1 durch den Metalldampf zu verhindern, ist die
Hauptabschirmung 13 vorgesehen, um den größten Teil des
Metalldampfes einzufangen.
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Dieses Phänomen tritt auf, wenn der Raum zwischen den
Elektroden 7 und 10 und der Hauptabschirmung 13 groß ist, und bei
einem sehr kompakten Vakuum-Leistungstrennschalter wird der
zwischen den Elektroden 7 und 10 gezogene Lichtbogen durch
ein von dem Lichtbogen erzeugtes Magnetfeld zu dem
Außenumfang der Elektroden 7 und 10 getrieben und bewirkt häufig,
daß die Hauptabschirmung 13 schmilzt.
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Da der konventionelle Vakuum-Leistungstrennschalter wie oben
beschrieben aufgebaut ist, werden Teilchen oder kleine
Fragmente der geschmolzenen Hauptabschirmung 13 in der
Axialrichtung der Hauptabschirmung 13 verstreut, und nach
Erreichen der gebogenen Abschnitte breiten sie sich auch in der
Radialrichtung aus und kondensieren. Deshalb werden die
Abstände zwischen der Elektrode 7 und der Abschirmung 13 sowie
der Elektrode 10 und der Abschirmung 13 verkürzt, wodurch die
dielektrischen Erholungscharakteristiken während einer
Stromunterbrechung und die Stehspannungscharakteristiken nach
einer Stromunterbrechung verschlechtert werden.
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Die eigene EP-A-0256780 gibt eine
Vakuum-Entladungseinrichtung der oben beschriebenen Art an, bei der die axiale Länge
L des durchmessergrößeren Abschnitts der Abschirmung größer
als T&sub1; ist, wobei T&sub1; die Gesamtdicke der beiden Elektroden +
die Elektrodenspaltlänge, aber kleiner als
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ist, wobei φ&sub2; der Innendurchmesser des genannten
durchmessergrößeren Bereichs und φ&sub1; der Elektrodendurchmesser ist.
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Es wurde jedoch gefunden, daß diese Konstruktion keinen
vollständigen Schutz vor Beeinträchtigung elektrischer
Eigenschaften durch Metalldampf und -teilchen bietet, die aus dem
Trennvorgang resultieren.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Vakuum-Leistungstrennschalter anzugeben, bei dem die oben
genannten Probleme eliminiert sind.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen
Vakuum-Leistungstrennschalter anzugeben, bei dem die
dielektrischen Erholungscharakteristiken während einer
Stromunterbrechung und die Stehspannungscharakteristiken nach einer
Stromunterbrechung nicht verschlechtert werden.
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Die vorliegende Erfindung gibt einen
Vakuum-Leistungstrennschalter an, der aufweist: einen Vakuumbehälter, ein Paar von
einander gegenüberstehenden Elektroden in dem Behälter und
eine rohrförmige Abschirmung in dem Behälter, die die
Elektroden umgibt, wobei die Abschirmung einen
durchmessergrößeren Abschnitt in einem mittleren Bereich ihrer Länge und
einen durchmesserkleineren Abschnitt in jedem Endbereich
ihrer Länge hat, wobei verjüngte Ubergangsabschnitte zwischen
dem durchmessergrößeren und den durchmesserkleineren
Abschnitten vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die
axiale Länge L des durchmessergrößeren Abschnitts nicht
kleiner ist als:
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(Gesamtdicke der beiden Elektroden + Elektrodenspaltlänge
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wobei φ&sub2; der Innendurchmesser des genannten
durchmessergrößeren Abschnitts und φ&sub1; der Elektrodendurchmesser ist und
wobei die Ubergangsabschnitte Konuswinkel im Bereich von 80º
bis 100º haben.
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Bevorzugt ist die axiale Länge L im folgenden Bereich:
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L = Dicke t&sub1; der ortsfesten Elektrode + Elektrodenspaltlänge
t&sub2; + Dicke t&sub3; der beweglichen Elektrode
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Die Abschirmungskonstruktion der vorliegenden Erfindung dient
dazu, Teilchen der Hauptabschirmung wirksam aufzunehmen, so
daß nachteilige Auswirkungen der Ausbreitung der Teilchen von
der geschmolzenen Hauptabschirmung verringert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehenden
detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in
Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser
ersichtlich; die Zeichnungen zeigen in:
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Fig. 1 eine Querschnittsansicht des konventionellen
Vakuum-Leistungstrennschalters;
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Fig. 2 eine erläuternde Ansicht, um den Betrieb des
konventionellen Vakuum-Leistungstrennschalters zu erklären;
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Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines
Vakuum-Leistungstrennschalters einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 4 eine Querschnittsansicht von
Vakuum-Leistungstrennschaltern einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung; und
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Fig. 5 eine Querschnittsansicht von
Vakuum-Leistungstrennschaltern noch einer weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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In allen Figuren bezeichnen die gleichen Bezugszeichen
identische oder entsprechende Komponenten.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSF0RMEN
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In Fig. 3 ist 1 ein elektrisch isolierender Zylinder aus Glas
oder Keramik, und ein erster Flansch 4 ist an dem Oberende
des Isolierzylinders 1 durch ein zylindrisches Dichtelement 3
befestigt, und ein zweiter Flansch 6 ist an dem Unterende des
Isolierzylinders 1 durch ein zylindrisches Dichtelement 5
befestigt. Am Mittelbereich des ersten Flansches 4 ist ein
ortsfester Elektrodenstab 8 befestigt, der an seinem unteren
Endbereich eine ortsfeste Elektrode 7 hat, und am
Mittelbereich des zweiten Flansches 6 ist ein axial erweiterbarer
Balg 9 befestigt, und an dem anderen Ende des Balgs 9 ist ein
beweglicher Elektrodenstab 11 angebracht, der an seinem Ende
eine bewegliche Elektrode 10 hat, die der ortsfesten
Elektrode 7 zugewandt ist.
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Die Elektroden 8 und 11 sind axial ausgef luchtet, und der
Isolierzylinder 1, die Dichtelemente 3 und 5, die Flansche 4
und 6 sowie der Balg 9 bilden gemeinsam einen Vakuumbehälter
12.
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In dem Isolierzylinder 1 ist eine Hauptabschirmung 13
angeordnet, um die Elektroden 7 und 10 zu umgeben. Diese
Hauptabschirmung hat einen durchmessergroßen Abschnitt in dem
mittleren Bereich und durchmesserkleine Abschnitte an
entgegengesetzten Enden, wobei die Länge des durchmessergroßen
Abschnitts geeignet gewählt ist und der Konuswinkel des
Ubergangs von dem durchmessergroßen Abschnitt zu dem
durchmesserkleinen Abschnitt in einem Bereich von 80º bis 100º
liegt.
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An dem ersten Flansch 4 und dem zweiten Flansch 6 sind äußere
Abschirmungen 14 und 15 relativ zu der Hauptabschirmung 13
mit einem geeigneten Spalt dazwischen konzentrisch
ausgebildet.
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Nachstehend wird die Funktionsweise beschrieben. Fig. 2 ist
ein Diagramm, das die Verteilung der gestreuten geschmolzenen
Fragmente der Abschirmung in bezug auf die konventionelle
Abschirmungskonstruktion zeigt.
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Wie aus diesem Diagramm ersichtlich ist, wurden nur
Abschirmungsschmelzspuren im Bereich der Elektroden 7 und 10
gefunden, und verstreute Fragmente der geschmolzenen Abschirmung
können in dem Bereich gefunden werden, der von der Position
jenseits der Strecke l&sub1; von der Rückseite der Elektroden 7
und 10 ausgeht. Es wurde experimentell gefunden, daß diese
Strecke l&sub1; durch einen Raum bestimmt werden kann, der von
einem Außendurchmesser φ&sub1; der Elektroden 7 und 10 und von
einem Innendurchmesser φ&sub2; der Hauptabschirmung 13 sowie von
einem Winkel Θ, gemessen von der Rückseite der Elektroden 7
und 10, definiert ist. Das heißt, es wurde experimentell
festgestellt, daß die Strecke l&sub1; wie folgt geschrieben werden
kann:
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l&sub1; = [(φ&sub2; - φ&sub1;)/2] tan θ&sub1;
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und es wurde experimentell bestätigt, daß Θ&sub1; = 45º.
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Ferner kann die Strecke l&sub2;, jenseits der keine verstreuten
Fragmente der geschmolzenen Abschirmung gefunden werden, wie
folgt geschrieben werden:
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l&sub1; = [(φ&sub2; - φ&sub1;)/2] tan θ&sub2;
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und es wurde experimentell bestätigt, daß Θ&sub2; < = 75º.
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Es wurde bestätigt, daß diese Gleichungen bis zu einem
Abstand zwischen den Elektroden 7 und 10 und der Abschirmung 13
von 30 mm richtig sind.
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Daher wird die Länge L des durchmessergroßen Abschnitts, der
in der Mitte der Hauptabschirmung 13 angeordnet ist, wie
folgt festgelegt
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L = Dicke t&sub1; der ortsfesten Elektrode
+ Länge t&sub2; des Hauptelektrodenspalts
+ Dicke t&sub3; der beweglichen Elektrode + 2l&sub1;,
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und der Konuswinkel e des Ubergangs von dem durchmessergroßen
Abschnitt zu dem durchmesserkleinen Abschnitt wird mit 80º
bis 100º gewählt, wodurch das Schmelzen der Abschirmung
zwangsläufig und wirksam verhindert werden kann, um dadurch
ein Streuen der geschmolzenen Abschirmungsfragmente in der
Radialrichtung zu verhindern, wodurch die dielektrischen
Erholungscharakteristiken während einer Stromunterbrechung und
die Stehspannungscharakteristiken nach einer
Stromunterbrechung verschlechtert würden.
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Ferner wurde experimentell bestätigt, daß die oben genannten
vorteilhaften Auswirkungen nicht erhalten werden können, wenn
der Konuswinkel zu klein ist.
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Die Hauptabschirmung der oben genannten Ausführungsform hat
zwar einen einzigen Übergangsabschnitt zwischen dem
durchmessergroßen Abschnitt und jedem durchmesserkleinen
Abschnitt, es können aber auch zwei Ubergangsabschnitte, wie in
Fig. 4 gezeigt, oder mehr Ubergangsabschnitte mit ähnlichen
vorteilhaften Auswirkungen verwendet werden, und eine
ähnliche vorteilhafte Auswirkung kann durch die Anordnung gemäß
Fig. 5 erhalten werden, in der zwei oder mehr Isolierbehälter
verwendet werden, die so verbunden sind, daß die
Hauptabschirmung in dem Mittelbereich angeordnet ist.
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Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht auf
Vakuum-Leistungstrennschalter begrenzt, sondern ist auch auf
Vakuum-Entladungsvorrichtungen wie etwa eine Vakuum-Sicherung
anwendbar.
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Wie beschrieben wurde, können gemäß der vorliegenden
Erfindung die nachteiligen Auswirkungen der geschmolzenen
Abschirmungsfragmente auf die dielektrischen
Erholungscharakteristiken und die Stehspannungscharakteristiken
verringert werden, indem man eine geeignete Abschirmungslänge
des durchmessergroßen Abschnitts wählt und den Konuswinkel an
dem Übergangsabschnitt von dem durchmessergroßen Abschnitt zu
dem durchmesserkleinen Abschnitt so wählt, daß er zwischen
80º und 100º liegt.