EP0435865B1 - Lasttrennschalter, enthaltend eine vakuumschaltroehre und verfahren zum betrieb eines solchen lasttrennschalters - Google Patents

Lasttrennschalter, enthaltend eine vakuumschaltroehre und verfahren zum betrieb eines solchen lasttrennschalters Download PDF

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EP0435865B1
EP0435865B1 EP88909296A EP88909296A EP0435865B1 EP 0435865 B1 EP0435865 B1 EP 0435865B1 EP 88909296 A EP88909296 A EP 88909296A EP 88909296 A EP88909296 A EP 88909296A EP 0435865 B1 EP0435865 B1 EP 0435865B1
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contact
switch
vacuum
load
switch tube
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Hans Bettge
Peter Krüger
Michael Roese
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Siemens AG
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    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
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    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H01H33/66238—Specific bellows details
    • H01H2033/66246—Details relating to the guiding of the contact rod in vacuum switch belows

Definitions

  • the invention is in the field of electrical switches and is applicable to the design and operation of a load break switch that includes a vacuum interrupter.
  • the vacuum interrupters used for electrical switches - particularly in the voltage range 6 to 35 kV - generally have the following structure: an insulating, tubular housing is provided with two conductive end caps, through which two coaxial contact bolts are inserted into the housing.
  • the contact bolts one of which is directly vacuum-tightly connected to one end cap and the other via a bellows to the other end cap, are provided with contact surfaces arranged on the end face (US Pat. No. 3,590,197).
  • the contact surfaces are formed by special contact pieces for which a special material is used and which may have a special structural design (DE-OS 26 38 700).
  • contact pieces made of ferrous material such as maraging steel or stainless chrome-nickel steel have also proven to be suitable (DE-OS 23 08 913, GB-PS 1 480 285).
  • a vacuum interrupter with contact bolts made of a copper alloy which contains 0.003 to 0.5% boron and preferably also 0.1 to 1.0% bismuth it is also known that the end faces of the contact bolts themselves form the contact surfaces (GB-A-1 309 197).
  • Vacuum interrupters can be used for circuit breakers as well as for load break switches and contactors. In switch disconnectors, they are only loaded with the permissible continuous operating current. Therefore, their properties cannot be fully exploited in this type of application. To the breaking capacity of vacuum interrupters used in switch disconnectors are better to use, it is already known to have a first switching contact and in series with the vacuum interrupter to arrange a second switching contact in parallel with this series connection. When the switch-disconnector is switched off, the switch contact arranged in parallel, which is designed for the full switch-disconnector nominal current, is then opened; This is followed by an interruption of the arc by means of the vacuum interrupter and finally the opening of the switching contact connected in series, which forms a visible disconnection point. - When switching on the switch disconnector, the vacuum interrupter is switched on after switching on the switching contact arranged in series or only after switching on both switching contacts (DE-OS 25 22 525).
  • the vacuum interrupter consisting of an insulating, tubular housing with two conductive end caps and two coaxially opposite contact bolts with contact surfaces arranged on the end face, and one contact bolt directly with one end cap and the other Contact bolt is connected in a vacuum-tight manner via a bellows to the other end cap
  • the invention is based on the novel object of designing such a load-break switch in such a way that the vacuum interrupter is essentially tailored only to the function of switching off a load current.
  • the knife-like switching contact is arranged parallel to the vacuum interrupter and the other knife-like switching contact is arranged in series with the parallel connection of the vacuum interrupter and the one switching contact, and that the contact bolts are made of chromium-nickel steel and the end faces thereof Contact bolts form the contact surfaces of the vacuum interrupter.
  • the vacuum interrupter is very simple, especially in the area of the contact point, since neither specially designed contact pieces nor high-quality contact materials are used; rather, the end faces of the contact bolts themselves form the contact areas.
  • a commercially available steel alloy and therefore a very inexpensive material is used for the contact bolts.
  • the further intended assignment of the two knife-like switching contacts to the vacuum interrupter allows, with a corresponding switching sequence of the three switching contacts, that the vacuum interrupter carries no nominal current, is not switched on to the short-circuit current and does not need to have a static dielectric strength. Accordingly, it is provided that during operation of the switch disconnector, the vacuum interrupter is kept open when the switch disconnector is switched on and in the normal switch-on position of the two switch contacts, that the contact of the vacuum interrupter is first closed to switch off the switch disconnector and that the switch contact arranged in parallel, then the contact of the Vacuum switching tube and finally the switching contact arranged in series can be opened.
  • Figure 1 shows an embodiment of the vacuum interrupter used for the switch disconnector and Figure 2 shows a circuit diagram for the assignment of this vacuum interrupter to two knife-like switching contacts of a switch disconnector.
  • FIG. 1 shows a vacuum interrupter, which in a known manner consists of a housing 1 in the form of a cylindrical insulator made of aluminum oxide ceramic with two end caps 2 and 3 made of oxygen-free copper and two cylindrical contact bolts 4 and 5 which are located coaxially opposite one another.
  • the two end caps 2 and 3 are connected in a butt joint directly to the end faces of the housing 2 in a vacuum-tight manner by means of a soldered connection, and on the other hand directly to the contact bolt 4 or indirectly via a bellows 6 and a steam shield 7 soldered vacuum-tight to the axially movable contact pin 5.
  • the movable contact pin 5 is also guided with the aid of a flange part 8 which is supported against the end cap 3.
  • the contact system of the vacuum interrupter consists of the two coaxially opposite cylindrical contact pins 4 and 5, which touch in the switched-on state with their mutually facing end faces 41, 51.
  • the contact pins are made of chrome-nickel steel, which is inherently poorly conductive, but also poorly welded in a vacuum and has a low gas content.
  • the vacuum interrupter designed according to FIG. 1 is to be used as a load interrupter.
  • it is arranged parallel to a knife-like switch contact 12 in a load-break switch and a further knife-like switch contact 11 is arranged in series with this parallel connection.
  • the drive of such a switch disconnector is to be designed so that in the normal operating state of the switch the switch contact of the vacuum interrupter 10 is open, that to switch off the switch disconnector first the vacuum interrupter 10 is switched on in parallel with the switch contact 12, then the switch contact 12 is opened, then the vacuum interrupter 10 is switched off and finally the switch contact 11 is also opened. This switch-disconnector is switched on only by closing the switching contacts 11 and 12.
  • Such a mode of operation has the advantage that the load-switching tube is not subjected to the switch-on short-circuit current or the nominal current and is not subject to any constant static voltage stress.
  • the vacuum interrupter therefore only has to meet low dielectric, dynamic and thermal requirements will. This makes it possible to manufacture the vacuum interrupter much smaller and more cost-effectively than the conventional interrupters.

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Abstract

Bei einer Vakuumschaltröhre (10), die speziell für den Einsatz in einem Lasttrennschalter vorgesehen ist, bestehen die einander koaxial gegenüberliegenden Kontaktbolzen (4, 5) aus Chrom-Nickel-Stahl; die Kontaktflächen werden von den Stirnflächen der Kontaktbolzen (4, 5) gebildet. Eine solche Vakuumschaltröhre (10) is speziell auf die Funktion ''Ausschalten des Laststromes'' zugeschnitten. Hierzu wird der Kontakt der Vakuumschaltröhre (10) erst unmittelbar vor dem Öffnen eines parallel angeordneten Schaltkontaktes (12) geschlossen.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalter und ist bei der Ausgestaltung und beim Betrieb eines Lasttrennschalters anzuwenden, der eine Vakuumschaltröhre enthält.
    • Stand der Technik
  • Die für elektrische Schalter - insbesondere im Spannungsbereich 6 bis 35 kV - verwendeten Vakuumschaltröhren zeigen in aller Regel folgenden Aufbau: ein isolierendes, rohrförmiges Gehäuse ist mit zwei leitenden Endkappen versehen, durch die hindurch zwei einander koaxial gegenüberliegende Kontaktbolzen in das Gehäuse eingeführt sind. Die Kontaktbolzen, von denen der eine direkt mit der einen Endkappe und der andere über einen Faltenbalg mit der anderen Endkappe vakuumdicht verbunden ist, sind mit stirnseitig angeordneten Kontaktflächen versehen (US-PS 3 590 197). Die Kontaktflächen werden dabei von besonderen Kontaktstücken gebildet, für die ein spezieller Werkstoff eingesetzt wird und die gegebenenfalls eine spezielle konstruktive Gestaltung aufweisen (DE-OS 26 38 700). Beispielsweise haben sich auch Kontaktstücke aus eisenhaltigem Material wie Maraging-Stahl oder rostfreien Chrom-Nickel-Stählen als geeignet erwiesen (DE-OS 23 08 913, GB-PS 1 480 285). Für eine Vakuumschaltröhre mit Kontaktbolzen aus einer Kupferlegierung, die 0,003 bis 0,5 % Bor und vorzugsweise auch 0.1 bis 1,0 % Wismut enthält, ist es auch bekannt, daß die Stirnflächen der Kontaktbolzen selbst die Kontaktflächen bilden (GB-A-1 309 197).
  • Vakuumschaltröhren können sowohl für Leistungsschalter als auch für Lasttrennschalter und Schütze eingesetzt werden. In Lasttrennschaltern werden sie nur mit dem zulässigen Dauerbetriebsstrom belastet. Daher können ihre Eigenschaften bei dieser Anwendungsart nicht voll ausgenutzt werden. Um die Ausschaltleistung von Vakuumschaltröhren, die in Lasttrennschaltern eingesetzt sind, besser auszunutzen, ist es bereits bekannt, in Reihe mit der Vakuumschaltröhre einen ersten Schaltkontakt und parallel zu dieser Reihenschaltung einen zweiten Schaltkontakt anzuordnen. Beim Ausschalten des Lasttrennschalters wird dann zunächst der parallel angeordnete Schaltkontakt geöffnet, der für den vollen Lasttrennschalter-Nennstrom ausgelegt ist; danach erfolgt eine Lichtbogenunterbrechung mittels der Vakuumschaltröhre und abschließend das Öffnen des in Reihe geschalteten Schaltkontaktes, der eine sichtbare Trennstelle bildet. - Beim Einschalten des Lasttrennschalters wird die Vakuumschaltröhre nach dem Einschalten des in Reihe angeordneten Schaltkontaktes oder erst nach dem Einschalten beider Schaltkontakte geschaltet (DE-OS 25 22 525).
    • Die Erfindung
  • Ausgehend von einem Lasttrennschalter mit einer Vakuumschaltröhre und mit zwei messerartigen Schaltkontakten, wobei die Vakuumschaltröhre aus einem isolierenden, rohrförmigen Gehäuse mit zwei leitenden Endkappen und aus zwei einander koaxial gegenüberliegenden Kontaktbolzen mit stirnseitig angeordneten Kontaktflächen besteht und der eine Kontaktbolzen direkt mit der einen Endkappe und der andere Kontaktbolzen über einen Faltenbalg mit der anderen Endkappe vakuumdicht verbunden ist, liegt der Erfindung die neuartige Aufgabe zugrunde, einen solchen Lasttrennschalter so auszugestalten, daß die Vakuumschaltröhre im wesentlichen nur auf die Funktion der Ausschaltung eines Laststromes zugeschnitten ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der eine messerartige Schaltkontakt parallel zur Vakuumschaltröhre und der andere messerartige Schaltkontakt in Reihe zur Parallelschaltung aus Vakuumschaltröhre und dem einem Schaltkontakt angeordnet ist und daß die Kontaktbolzen aus Chrom-Nickel-Stahl bestehen und die Stirnflächen dieser Kontaktbolzen die Kontaktflächen der Vakuumschaltröhre bilden.
  • Bei einem solchen Lasttrennschalter ist die Vakuumschaltröhre vor allem im Bereich der Kontaktstelle sehr einfach aufgebaut, da weder speziell ausgebildete Kontaktstücke noch hochwertige Kontaktwerkstoffe verwendet werden; vielmehr bilden die Stirnflächen der Kontaktbolzen selbst die Kontaktflächen. Für die Kontaktbolzen kommt dabei eine handelsübliche Stahllegierung und damit ein sehr preiswerter Werkstoff zum Einsatz.
  • Die weiterhin vorgesehene Zuordnung der beiden messerartigen Schaltkontakte zu der Vakuumschaltröhre ermöglicht bei entsprechender Schaltfolge der drei Schaltkontakte, daß die Vakuumschaltröhre keinen Nenn-Strom führt, nicht auf den Kurzschlußstrom eingeschaltet wird und keine statische Spannungsfestigkeit aufzuweisen braucht. Dementsprechend ist vorgesehen, daß beim Betrieb des Lasttrennschalters die Vakuumschaltröhre beim Einschalten des Lasttrennschalters und in der normalen Einschaltstellung der beiden Schaltkontakte offengehalten wird, daß zum Ausschalten des Lasttrennschalters zunächst der Kontakt der Vakuumschaltröhre geschlossen wird und daß danach der parallel angeordnete Schaltkontakt, sodann der Kontakt der Vakuumschaltröhre und abschließend der in Reihe angeordnete Schaltkontakt geöffnet werden.
    • Abbildungen der Zeichnung
  • Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der für den Lasttrennschalter verwendeten Vakuumschaltröhre und Figur 2 ein Schaltbild für die Zuordnung dieser Vakuumschaltröhre zu zwei messerartigen Schaltkontakten eines Lasttrennschalters.
    • Ausführungsbeispiel
  • Figur 1 zeigt eine Vakuumschaltröhre, die in bekannter Weise aus einem Gehäuse 1 in Form eines zylinderförmigen Isolators aus Aluminiumoxyd-Keramik mit zwei Endkappen 2 und 3 aus sauerstofffreiem Kupfer und zwei einander koaxial gegenüberliegenden zylindrischen Kontaktbolzen 4 und 5 besteht. Die beiden Endkappen 2 und 3 sind einerseits in stumpfen Stoß direkt mit den Stirnseiten des Gehäuses 2 mittels einer Lötverbindung vakuumdicht verbunden und andererseits direkt mit dem Kontaktbolzen 4 bzw. indirekt über einen Faltenbalg 6 und einen Dampfschirm 7 mit dem axial beweglichen Kontaktbolzen 5 vakuumdicht verlötet. Der bewegliche Kontaktbolzen 5 ist weiterhin mit Hilfe eines Flanschteiles 8 geführt, das sich gegen die Endkappe 3 abstützt. Das Kontaktsystem der Vakuumschaltröhre besteht aus den beiden einander koaxial gegenüberliegenden zylindrischen Kontaktbolzen 4 und 5, die sich im eingeschalteten Zustand mit ihren einander zugewandten Stirnflächen 41,51 berühren. Außer einer leichten Abrundung der Kanten der gleichzeitig als Schaltstücke und Stromzuführung des Kontaktsystems dienenden Kontaktbolzen sind keine konstruktiven Maßnahmen an den Kontaktflächen vorgesehen, die eine Beeinflussung des beim Schaltvorgang auftretenden Lichtbogens bewirken. Die Kontaktbolzen bestehen aus ChromNickel-Stahl, der an sich schlecht leitend, aber im Vakuum auch schlecht verschweißend ist und einen niedrigen Gasgehalt aufweist.
  • Die gemäß Figur 1 ausgebildete Vakuumschaltröhre soll als Lastschaltröhre eingesetzt werden. Hierzu ist sie gemäß Figur 2 bei einem Lasttrennschalter parallel zu einem messerartigen Schaltkontakt 12 angeordnet und in Reihe zu dieser Parallelschaltung ist ein weiterer messserartiger Schaltkontakt 11 angeordnet. Der Antrieb eines solchen Lasttrennschalters ist so zu gestalten, daß im normalen Betriebszustand des Schalters der Schaltkontakt der Vakuumschaltröhre 10 geöffnet ist, daß zum Ausschalten des Lasttrennschalters zunächst die Vakuumschaltröhre 10 parallel zum Schaltkontakt 12 eingeschaltet, dann der Schaltkontakt 12 geöffnet, danach die Vakuumschaltröhre 10 ausgeschaltet und abschließend der Schaltkontakt 11 ebenfalls geöffnet wird. Das Einschalten dieses Lasttrennschalters erfolgt lediglich durch Schließen der Schaltkontakte 11 und 12. Eine solche Betriebsweise hat den Vorteil, daß die Lastschaltröhre weder mit dem Einschalt-Kurzschlußstrom noch mit dem Nenn-Strom beansprucht wird und auch keiner ständigen statischen Spannungsbeanspruchung unterliegt. Daher müssen an die Vakuumschaltröhre nur geringe dielektrische, dynamische und thermische Anforderungen gestellt werden. Dies ermöglicht es, die Vakuumschaltröhre wesentlich kleiner und kostengünstiger als bisher übliche Schaltröhren herzustellen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    = Gehäuse
    2
    = Endkappe
    3
    = Endkappe
    4
    = Kontaktbolzen
    5
    = Kontaktbolzen
    6
    = Faltenbalg
    7
    = Dampfschirm
    8
    = Flanschteil
    10
    = Vakuumschaltröhre
    11
    = messerartiger Schaltkontakt
    12
    = messerartiger Schaltkontakt
    41
    = Stirnfläche
    51
    = Stirnfläche

Claims (2)

  1. Lasttrennschalter mit einer Vakuumschaltröhre (10) und mit zwei messerartigen Schaltkontakten (11,12), wobei die Vakuumschaltröhre (10) aus einem isolierenden, rohrförmigen Gehäuse (1) mit zwei leitenden Endkappen (2,3) und aus zwei einander koaxial gegenüberliegenden Kontaktbolzen (4,5) mit stirnseitig angeordneten Kontaktflächen (41,51) besteht und der eine Kontaktbolzen (4) direkt mit der einen Endkappe (2) und der andere Kontaktbolzen (5) über einen Faltenbalg (6) mit der anderen Endkappe (3) vakuumdicht verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der eine messerartige Schaltkontakt (12) parallel zur Vakuumschaltröhre (10) und der andere messerartige Schaltkontakt (11) in Reihe zur Parallelschaltung aus Vakuumschaltröhre (10) und dem einen Schaltkontakt (12) angeordnet ist und daß die Kontaktbolzen (4, 5) der Vakuumschaltröhre (10) aus Chrom-Nickel-Stahl bestehen und die Stirnflächen (41,51) der Kontaktbolzen (4,5) die Kontaktflächen der Vakuumschaltröhre (10) bilden.
  2. Verfahren zum Betrieb eines Lasttrennschalters gemäß Anspruch 1 mit folgender Schaltfolge der Schaltkontakte (11,12) und der Vakuumschaltröhre (10):
    die Vakuumschaltröhre (10) wird beim Einschalten des Lasttrennschalters und in der normalen Einschaltstellung der beiden Schaltkontakte (11, 12) offen gehalten, zum Ausschalten des Lasttrennschalters wird zunächst der Kontakt der Vakuumschaltröhre (10) geschlossen, und danach wird der parallel angeordnete Schaltkontakt (12), sodann der Kontakt der Vakuumschaltröhre (10) und abschließend der in Reihe angeordnete Schaltkontakt (11) geöffnet.
EP88909296A 1988-09-22 1988-10-28 Lasttrennschalter, enthaltend eine vakuumschaltroehre und verfahren zum betrieb eines solchen lasttrennschalters Expired - Lifetime EP0435865B1 (de)

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DE3832493A DE3832493A1 (de) 1988-09-22 1988-09-22 Vakuumschaltroehre, eine solche schaltroehre enthaltender lasttrennschalter und verfahren zum betrieb eines solchen lasttrennschalters

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EP0435865A1 EP0435865A1 (de) 1991-07-10
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EP88909296A Expired - Lifetime EP0435865B1 (de) 1988-09-22 1988-10-28 Lasttrennschalter, enthaltend eine vakuumschaltroehre und verfahren zum betrieb eines solchen lasttrennschalters

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EP (1) EP0435865B1 (de)
JP (1) JPH04500740A (de)
KR (1) KR900702551A (de)
DE (2) DE3832493A1 (de)
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