EP0920705B1 - Lastschalter - Google Patents

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EP0920705B1
EP0920705B1 EP97944787A EP97944787A EP0920705B1 EP 0920705 B1 EP0920705 B1 EP 0920705B1 EP 97944787 A EP97944787 A EP 97944787A EP 97944787 A EP97944787 A EP 97944787A EP 0920705 B1 EP0920705 B1 EP 0920705B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vacuum interrupter
sleeve
switch according
housing
load
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP97944787A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0920705A1 (de
EP0920705B2 (de
Inventor
Vitus Elektrotechnische Werke HÖGL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elektrotechnische Werke Fritz Driescher & Sohne GmbH
Original Assignee
Elektrotechnische Werke Fritz Driescher & Sohne GmbH
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Publication date
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First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=7803719&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP0920705(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Elektrotechnische Werke Fritz Driescher & Sohne GmbH filed Critical Elektrotechnische Werke Fritz Driescher & Sohne GmbH
Priority to SI9730071T priority Critical patent/SI920705T2/xx
Publication of EP0920705A1 publication Critical patent/EP0920705A1/de
Publication of EP0920705B1 publication Critical patent/EP0920705B1/de
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Publication of EP0920705B2 publication Critical patent/EP0920705B2/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • 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
    • H01H33/66207—Specific housing details, e.g. sealing, soldering or brazing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • 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
    • H01H33/66207—Specific housing details, e.g. sealing, soldering or brazing
    • H01H2033/6623—Details relating to the encasing or the outside layers of the vacuum switch housings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • 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
    • H01H33/666—Operating arrangements

Definitions

  • the invention relates to a load switch according to the preamble of claim 1.
  • Such load switches see for example DE-U-93 14 754 - are e.g. as switch disconnector known in rail operations.
  • the Vacuum interrupter in the on position with the in switching mechanism housed in an insulating housing electrically shunted to that for the full device current designed main current path.
  • the vacuum interrupter When switching off first open the main contacts without power and commutate the current to the one in the shunt Series connection of vacuum interrupter and Auxiliary switching point, which has an operating fork. Once the main contacts are far enough apart the vacuum interrupter is removed a tilting mechanism is quickly activated and that inside the switching chamber Arcing occurs in the first Current zero crossing safely extinguished without external appearance.
  • Vacuum interrupters or chambers used relatively have large dimensions and high manufacturing costs are connected. Therefore, for some time now Vacuum interrupters of a lower voltage range, than that for which the switch is designed. This allows both the dimensions as well the manufacturing costs are reduced, the Active part in the vacuum interrupter such Use generally permitted.
  • the vacuum interrupters are placed in a medium with higher dielectric strength.
  • Insulating oil such as mineral or silicone oil, various esters or an insulating gas such as sulfur hexafluoride (SF 6 ) are used. These media displace the air in the vicinity of the vacuum interrupters and because they have a high dielectric strength, an external flashover is prevented.
  • SF 6 sulfur hexafluoride
  • Document FR-2 698 481 A1 discloses a load switch with a vacuum interrupter, being between the housing of the vacuum interrupter and an electrically insulating silicone body is disposed on an outer case is.
  • This silicone body is tubular and either faces the On the outside or on the inside elastically deformable ribs. He is like that procure that he at the same time an intimate contact to the outer surface of the Interrupter housing and inner surface of the outer housing. Thereby should be a gap-free to avoid an electrical flashover be achieved.
  • an insulating grease be introduced while the ribs are on the outside for manufacturing a seal can be compressed at least to a small extent.
  • the German utility model G 93 14 754 Ul discloses a vacuum interrupter with one against internal pressure durable encapsulation.
  • the encapsulation of this vacuum interrupter consists of an inner layer hard plastic foam and an outer burstproof Coat.
  • the preferably from one Polyurethane foam is inner layer evenly porous to according to the teaching of this document to enable the best possible thermal insulation, so in the event of a fault none to ignite the surrounding one Gases sufficient temperature can be reached.
  • the Burst-proof sheath is designed as a winding body and consists of threads or tapes that are cured with a Plastic are soaked. It is close-fitting formed on the foam layer and so dimensioned so that it can absorb the bursting force, which at an error occurs within the vacuum interrupter.
  • the casing of the tube also contains this State of the art a firmly foamed plastic material, which due to aging in its properties can be affected. In particular, embrittlement or a detachment of the foam layer from the Outer casing of the tube occur. It is also one Disassembly of this encapsulated vacuum interrupter only at destruction of the casing possible.
  • the invention is therefore based on the object to create a load switch that is out of control Can be used safely for a long time and can also be dismantled is.
  • the main advantage here is that due to there is no gap in the elastic properties of the cuff remains on the periphery of the housing. A rollover to the vacuum interrupter via such Air gap is therefore not possible.
  • the load switch according to the invention has numerous others Advantages on.
  • the load switch can therefore last for many years be used in continuous operation without the as dielectric medium-acting sleeve checked must become.
  • the load switch according to the invention e.g. also in water protection areas can be used without hesitation.
  • a permanent load switch is provided, that can be used universally.
  • Another advantage is that the assembly of the circuit breaker according to the invention essential simplified. So training with a prefabricated cuff a pre-assembly of the arrangement, which is why no effort for a final assembly or a filling e.g. high up on the mast. There not handling any liquid or gaseous medium the transport effort is simplified and the installation of the circuit breaker according to the invention essential.
  • the circuit breaker according to the invention is simple to manufacture and allow disassembly if necessary. In addition, the space requirement and the costs for the vacuum interrupter can be kept low.
  • a complementary pressure housing Is made of insulating material, which the outer circumference of the cuff in the elastic range.
  • this ensures that the cuff presses firmly against the vacuum interrupter and further that no on the outer circumference of the cuff Air gap arises, which allow an external rollover could.
  • the possible distance for a rollover is thereby enlarged to a level at which this is practically no longer possible. Operational security and reliability of the circuit breaker thereby further increased.
  • the vacuum interrupter thereby centered and fixed in the pressure housing.
  • the dimensions of the cuff are chosen are that the cuff is preloaded on the Vacuum interrupter is reliably prevented, that there is an air gap between the cuff and the housing of the vacuum interrupter. In order to can also the relatively large dimensional tolerances of the Vacuum interrupter can be compensated. So increases the reliability of the circuit breaker.
  • the cuff at least one in the axial direction of the pressure housing extending sealing bead, the comes to rest in the assembly joint of the pressure housing, is also a seal against the pressure housing external influences reached. This makes it reliable avoided that e.g. Dirt and especially water in the pressure housing can penetrate. Failure of the load switch can thus be avoided effectively. Also relieved the one-piece design of the cuff with assembly of the arrangement.
  • the sealing bead also has a thickening, the can be squeezed in the assembly joint of the pressure housing, the reliability of this seal increases Pressure housing further.
  • the cuff at least one recess for receiving at Compressed material of the cuff displaced. It is achieved that the cuff fits neatly on the peripheral surface of the vacuum interrupter, without damaging the cuff the applied pressure forces occur. The reliability the load switch increases further.
  • the at least one recess is advantageously as a circumferential ring groove in the inner periphery the cuff. This will make it even Pressure distribution over the entire circumference of the vacuum interrupter reached.
  • the length of the vacuum interrupter can be adjusted, without damaging the material of the cuff as it will dodge into the at least one pocket can.
  • the reliability of the cuff and thus the Operational reliability of the circuit breaker is thus increased.
  • the at least one pocket is also ring-shaped, becomes an even distribution of pressure load reached on the front of the cuff.
  • the cuff according to the invention is preferably made of EPDM (ethylene propylene terpolymer) or silicone rubber manufactured which have good elastic properties have and are not compressible.
  • EPDM ethylene propylene terpolymer
  • silicone rubber manufactured which have good elastic properties have and are not compressible.
  • the load switch as a load break switch is formed in the series connection to the vacuum interrupter arranged a visible separation distance can be visual even from a distance Control to determine whether the Load switch is closed.
  • a Load switch 1 is a pressure housing with two housing halves 11 and 12, which are made of insulating material and essentially are mirror images.
  • halves 11 and 12 include a vacuum interrupter 2 and a switching mechanism 3 arranged.
  • the way of arrangement and function of the vacuum interrupter 2 and Switch mechanism 3 corresponds to the known designs, which is why there is no detailed explanation becomes. It is essential that the vacuum interrupter 2 inside switching contacts, which by the Switching mechanism 3 can be closed or opened.
  • the vacuum interrupter 2 has in addition to the movable Contact 21 a fixed contact 22 on the arranged opposite the movable contact 21 is.
  • the vacuum interrupter 2 also has a housing 23 on that with metal end plates 24 and 25 is provided, which has a cylindrical housing middle part Complete 26.
  • the middle housing part 26 is made of electrically insulating material.
  • EPDM ethylene-propylene terpolymer
  • the cuff 4 is there trained so that the edges of the two End plates 24 and 25 of the vacuum interrupter 2 engages.
  • the dimensions of the cuff 4 are so chosen that tolerance deviations of the vacuum interrupter 2 can be compensated and the cuff 4 nevertheless under tension on the peripheral surface of the vacuum interrupter 2 is present. As a result, there is no continuous Air gap between the face plates 24 and 25 in front.
  • the cuff 4 is in turn from the housing halves 11 and 12 of the load switch 1 gripped and biased. Due to the preload is also between the sleeve 4 and the assembled housing halves 11 and 12 no air gap in front of it that would roll over the tension between the end plates 24 and 25 of the Vacuum interrupter 2 would allow.
  • the cuff has 4 ring-shaped screens 41, which in corresponding recesses in the housing halves 11 and 12 are included.
  • the screens 41 are used in a known manner Way to extend the path (Creepage distance) along the surface.
  • the cuff 4 also has four cutouts 42 which are arranged on the inner peripheral surface and have an annular shape. While closing the housing halves 11 and 12 is pressure on the cuff 4 exercised and since this is made of an elastomer material is produced, which is elastic but essentially the cutouts allow not compressible 42 evading the material of the cuff 4 into the free spaces thus created. On this will damage the cuff 4 prevents and a good seal of the interface between the sleeve 4 and the vacuum interrupter 2 reached.
  • annular pocket 43 is also formed.
  • Vacuum interrupters 2 relatively large length tolerances may have a length setting or positioning of the vacuum interrupter 2 in the load switch 1 necessary. The necessary deformation the cuff 4 in this end region enable, the annular pocket 43 serves as a chamber for volume compensation of the displaced material.
  • the cuff has 4 also a sealing bead 44 with a thickening 45 on. These are each on the two assembly joints Housing halves 11 and 12 of the load switch 1 for sealing arranged against external influences.
  • the Thickening 45 is in appropriately trained Indentations or grooves on the joint surfaces of the housing halves 11 and 12 added and when closing the Housing halves 11 and 12 squeezed.
  • the sealing bead 44 with the thickening 45 has a length that corresponds essentially to the total length of the cuff 4. But it can also be used in the entire assembly joint area the housing halves 11 and 12 in one piece with the Cuff 4 as a round cord for sealing the pressure housing be trained.
  • the load switch used as switch disconnector and in series with one visible separation distance arranged.
  • One is for the main current path designed in parallel to the vacuum interrupter and one with this in Series connected auxiliary switching point, whereby the vacuum tube with the switch disconnector switched on is relieved.
  • To switch off the load break switch the main contact is first opened in a known manner, whereby the voltage is completely across the vacuum interrupter 2 is directed. Then be the contacts 21 and 22 of the vacuum interrupter 2 separated and the connection is completely broken, without arcing in the circuit breaker 1 can train.
  • the dimensions and shape of the cuff 4 can vary depending on the design and type of the vacuum interrupter 2. It is essential in any case that the Sleeve 4 rests against the vacuum interrupter 2 in such a way that no air gap between them is possible.
  • the cuff 4 does not have to be formed with screens 41 but can also be a different one or have a smooth outer peripheral surface, if the Safety of the load switch 1 e.g. due to minor existing voltages.
  • the recesses 42 in the cuff 4 have shown example semicircular cross sections and are in four places around the vacuum interrupter 2 educated. Both the shape and the number of annular recesses 42 can deviate from this. Furthermore, it is also possible to use the cutouts 42 instead the shown embodiment with an annular Shape at points on the inner circumferential surface to provide the cuff 4.
  • the pocket 43 in the cuff 4 can also be on both End faces may be provided. Furthermore, can also the shape and number of pocket 43 in a similar manner Vary as in the recesses 42.
  • the cuff 4 can be connected in any way can be used with vacuum interrupters 2 which also have switching elements other than switch disconnectors includes. It is also used in circuit breakers and the like conceivable.
  • the pressure housing can also consist of more than two housing parts exist, the number of sealing beads 44th is adapted to the number of assembly joints.
  • the invention thus creates a load switch 1 for voltages in the kV range with a vacuum interrupter 2, which with a made of elastomer material high dielectric strength sleeve 4 is gripped without gaps.
  • the cuff 4 is in turn through the housing halves 11 and 12 of the Load switch 1 clamped.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Lastschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Derartige Lastschalter -siehe zum Beispiel DE-U-93 14 754- sind z.B. als Lasttrennschalter im Bahnbetrieb bekannt. Dabei liegt die Vakuum-Schaltkammer in der Einschaltstellung mit der in einem Isolierstoffgehäuse untergebrachten Schaltmechanik elektrisch im Nebenschluß zu der für den vollen Gerätenennstrom ausgelegten Hauptstrombahn. Beim Ausschalten öffnen zuerst die Hauptkontakte stromlos und kommutieren dabei den Strom auf die im Nebenschluß liegende Reihenschaltung von Vakuum-Schaltkammer und Hilfsschaltstelle, welche eine Betätigungsgabel aufweist. Sobald sich die Hauptkontakte weit genug voneinander entfernt haben, wird die Vakuum-Schaltkammer über eine Kippmechanik schnell betätigt und der im Schaltkammerinneren auftretende Ausschaltlichtbogen im ersten Stromnulldurchgang ohne äußere Erscheinung sicher gelöscht.
Es hat sich in der Praxis aber gezeigt, daß die verwendeten Vakuum-Schaltröhren bzw. -kammern relativ große Abmessungen aufweisen und mit hohen Herstellungskosten verbunden sind. Daher werden seit einiger Zeit Vakuum-Schaltkammern einer niedrigeren Spannungsreihe, als der für die der Schalter konzipiert ist, eingesetzt. Dadurch können sowohl die Abmessungen als auch die Herstellungskosten reduziert werden, wobei der Aktivteil in der Vakuum-Schaltkammer einen derartigen Einsatz in der Regel erlaubt.
Mit der Verringerung der Baugröße verringert sich aber auch der Abstand der metallischen Stirnplatten des Gehäuses der Vakuum-Schaltkammer. Daher ist die äußere Isolation, welche bei und nach der Abschaltung beansprucht wird, bei freier Luft in der Umgebung aber nicht ausreichend.
Um dieses Problem zu lösen, ordnet man die Vakuum-Schaltkammern in einem Medium mit höherer dielektrischer Festigkeit an. Dabei kommen u.a. Isolieröl, z.B. Mineral- oder Silikonöl, verschiedene Ester oder ein Isoliergas wie z.B. Schwefelhexafluorid (SF6) zur Anwendung. Durch diese Medien wird die Luft in der Umgebung der Vakuum-Schaltkammern verdrängt und da sie eine hohe dielektrische Festigkeit aufweisen, wird ein Außenüberschlag verhindert.
Diese Medien weisen aber den Nachteil auf, daß sie nicht unbedenklich hinsichtlich ihrer Umweltverträglichkeit sind. Da derartige Lastschalter über viele Jahre im Einsatz sind, können Undichtigkeiten durch Alterung von Bestandteilen und aufgrund von äußeren Einflüssen nicht gänzlich ausgeschlossen werden. Ein Austritt des Mediums in die Umgebung ist daher u.U. möglich.
Ein weiterer Nachteil derartiger Medien ist, daß sie eine laufende Kontrolle erfordern. Beim Einsatz von Isolieröl muß z.B. der Ölstand überprüft werden und da derartige Lastschalter in den meisten Einsatzfällen auf hohen Masten installiert sind, ist hier ein entsprechender Aufwand notwendig. Ähnliches gilt im Falle von Isoliergas, bei dem der Druck überprüft werden muß.
Ferner ist es auch bekannt, die äußere Isolation der Vakuum-Schaltkammern durch Umgießen mit z.B. Epoxidharz zu verbessern. Hierbei kann es jedoch durch Alterungsprozesse zu einem Luftspalt und damit zu einem Außenüberschlag der Vakuum-Schaltkammer im Bereich zwischen der Epoxidharzhülle und dem Außengehäuse kommen. Derartige Alterungsprozesse bewirken z. B. Spannungsrisse infolge von Nachschwinden des Gießharzmantels, Versprödung durch wirkungslos werdende Flexibilisatoren, welche beim Umgießen eingesetzt wurden oder Spaltbildung durch Ablösung des Harzmantels vom Außengehäuse der Vakuum-Schaltkammer infolge unterschiedlicher Materialausdehnung bei häufiger Warm-Kalt-Wechselbeanspruchung. Diese Gefahr kann daher nicht gänzlich beseitigt werden. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß eine derart eingegossene Vakuum-Schaltkammer bei einer Demontage nur bei Zerstörung der Umhüllung zugänglich ist.
Die bisher bekannten Ausführungsformen sind daher aufwendig, für den universellen Einsatz, z.B. auf Freileitungsmasten, nur bedingt brauchbar oder werden wegen einer möglichen Gefährdung der Umwelt häufig abgelehnt.
Das Dokument FR-2 698 481 A1 offenbart einen Lastschalter mit einer Vakuum-Schaltkammer, wobei zwischen dem Gehäuse derVakuum-Schaltkammer und einem Außengehäuse ein elektrisch isolierender Körper ausSilikon angeordnet ist. Dieser Silikonkörper ist röhrenförmig und weist entweder auf der Außen- oder auf der Innenseite elastisch verformbare Rippen auf. Er ist so beschaffen, daß er gleichzeitig einen innigen Kontakt zur Außenfläche des Schaltkammergehäuses und Innenfläche des Außengehäuses herstellt. Dadurch soll eine Spaltfreiheit zur Vermeidung eines elektrischen Überschlags erzielt werden. Zusätzlich kann während der Montage im Bereich zwischen dem Schaltkammergehäuse und der Innenseite des Silikonkörpers ein Isolierfett eingebracht werden, während die Rippen auf der Außenseite zur Herstellung einer Abdichtung wenigstens in geringem Maße komprimiert werden.
Das deutsche Gebrauchsmuster G 93 14 754 Ul offenbart eine Vakuumschaltröhre mit einer gegen Innendruck beständigen Kapselung. Die Kapselung dieser Vakuumschaltröhre besteht aus einer inneren Schicht aus hartem Kunststoff-Schaumstoff und einem äußeren berstsicheren Mantel. Die vorzugsweise aus einem Polyurethanschaumstoff bestehende innere Schicht ist gleichmäßig porös, um gemäß der Lehre dieses Dokuments eine bestmögliche thermische Isolierung zu ermöglichen, damit im Fehlerfall keine zur Zündung des umgebenden Gases ausreichende Temperatur erreicht werden kann. Der berstsichere Mantel ist als Wickelkörper ausgebildet und besteht aus Fäden oder Bändern, die mit einem ausgehärteten Kunststoff getränkt sind. Er ist dicht anliegend an die Schaumstoffschicht ausgebildet und so bemessen, daß er die Berstkraft aufnehmen kann, die bei einem Fehler innerhalb der Vakuumschaltröhre auftritt.
Die Ummantelung der Röhre enthält auch bei diesem Stand der Technik ein fest aufgeschäumtes Kunststoffmaterial, welches durch Alterung in seinen Eigenschaften beeinträchtigt werden kann. Insbesondere kann eine Versprödung oder eine Ablösung der Schaumstoffschicht vom Außengehäuse der Röhre auftreten. Zudem ist auch eine Demontage dieser gekapselten Vakuumschaltröhre nur bei einer Zerstörung der Umhüllung möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Lastschalter zu schaffen, der ohne Kontrolle sicher über lange Zeit hin einsatzfähig und zudem demontierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Hierbei ist von wesentlichem Vorteil, daß aufgrund der elastischen Eigenschaften der Manschette kein Spalt an der Peripherie des Gehäuses verbleibt. Ein Außenüberschlag an der Vakuum-Schaltkammer über einen derartigen Luftspalt ist daher nicht möglich.
Vorteilhaft ist ferner, daß die Ränder der beiden Stirnplatten der Vakuum-Schaltkammer von der Manschette hintergriffen werden und sich dadurch der Weg für einen möglichen Außenüberschlag wesentlich verlängert. Damit wird dieser Fall noch zuverlässiger unterbunden.
Da die Verwendung der Manschette einen Einsatz von flüssigen oder gasförmigen Medien hinfällig macht, weist der erfindungsgemäße Lastschalter zahlreiche weitere Vorteile auf.
So entfallen die aufwendigen Kontrolltätigkeiten zur Überprüfung der Flüssigkeitsstände bzw. des Druckzustandes. Der Lastschalter kann daher über viele Jahre im Dauerbetrieb eingesetzt werden, ohne daß die als dielektrisches Medium wirkende Manschette überprüft werden muß.
Ferner wird dadurch eine Beeinträchtigung der Umwelt durch austretende Medien vermieden, wodurch der erfindungsgemäße Lastschalter z.B. auch in Wasserschutzgebieten bedenkenlos eingesetzt werden kann. Damit wird ein dauerhaft einsetzbarer Lastschalter bereitgestellt, der universell einsetzbar ist.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß sich die Montage des erfindungsgemäßen Lastschalters wesentlich vereinfacht. So ermöglicht die Ausbildung mit einer vorgefertigten Manschette eine Vormontage der Anordnung, weshalb kein Aufwand für eine Endmontage bzw. eine Befüllung z.B. hoch oben am Mast notwendig ist. Da mit keinem flüssigen oder gasförmigen Medium hantiert wird, vereinfacht sich der Aufwand für den Transport und die Installation des erfindungsgemäßen Lastschalters wesentlich.
Der erfindungsgemäße Lastschalters ist dabei einfach herzustellen und -erlaubt im Bedarfsfall eine Demontage. Zudem können der Raumbedarf und die Kosten für die Vakuum-Schaltkammer gering gehalten werden.
Von Vorteil ist ferner, wenn an der Außenseite der Manschette ein komplementär ausgebildetes Druckgehäuse aus Isolierstoff vorgesehen ist, welches den Außenumfang der Manschette im elastischen Bereich vorspannt. Dadurch wird zum einen erreicht, daß sich die Manschette fest an die Vakuum-Schaltkammer anpreßt und ferner, daß auch am Außenumfang der Manschette kein Luftspalt entsteht, der einen Außenüberschlag ermöglichen könnte. Die mögliche Wegstrecke für einen Außenüberschlag wird dadurch auf ein Maß vergrößert, bei dem dieser praktisch nicht mehr möglich ist. Die Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit des Lastschalters wird dadurch weiter erhöht. Ferner wird die Vakuum-Schaltkammer dadurch im Druckgehäuse zentriert und fixiert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem Merkmalen der Unteransprüche.
Dadurch, daß die Abmessungen der Manschette so gewählt sind, daß die Manschette eine Vorspannung auf die Vakuum-Schaltkammer aufbringt, wird zuverlässig verhindert, daß sich ein Luftspalt zwischen der Manschette und dem Gehäuse der Vakuum-Schaltkammer ergibt. Damit können auch die relativ großen Maßtoleranzen der Vakuum-Schaltkammer ausgeglichen werden. So erhöht sich die Zuverlässigkeit des Lastschalters weiter.
Wenn die Manschette wenigsten einen in Achsrichtung des Druckgehäuses verlaufenden Dichtwulst aufweist, der in der Montagefuge des Druckgehäuses zu liegen kommt, wird ferner eine Abdichtung des Druckgehäuses gegenüber äußeren Einflüssen erreicht. Damit wird zuverlässig vermieden, daß z.B. Schmutz und insbesondere Wasser in das Druckgehäuse eindringen kann. Ein Ausfall des Lastschalters kann so wirksam vermieden werden. Ferner erleichtert die einstückige Ausbildung der Manschette mit dem Dichtwulst die Montage der Anordnung.
Weist der Dichtwulst zudem eine Verdickung auf, die in der Montagefuge des Druckgehäuses verquetschbar ist, erhöht sich die Zuverlässigkeit dieser Abdichtung am Druckgehäuse weiter.
Dadurch, daß am Außenumfang der Manschette im wesentlichen parallel zu den Stirnplatten vorspringende und umlaufende Schirme angeordnet sind, wird die Gefahr eines Außenüberschlages noch weiter verringert.
Von weiterem Vorteil ist es, wenn die Manschette wenigstens eine Aussparung zur Aufnahme von bei der Druckbelastung verdrängtem Material der Manschette aufweist. Dabei wird erreicht, daß sich die Manschette sauber an die Umfangsfläche der Vakuum-Schaltkammer anlegt, ohne daß eine Beschädigung der Manschette durch die aufgebrachten Druckkräfte auftritt. Die Zuverlässigkeit des Lastschalters erhöht sich dadurch weiter.
Vorteilhafterweise ist die wenigstens eine Aussparung als umlaufende Ringnut in der inneren Peripherie der Manschette ausgebildet. Dadurch wird eine gleichmäßige Druckaufteilung über den gesamten Umfang der Vakuum-Schaltkammer erreicht.
Wenn die Manschette an wenigstens einer Stirnseite im Bereich wenigstens einer Stirnplatte mit zumindest einer Tasche versehen ist, ist im montierten Zustand eine Einstellung der Länge der Vakuum-Schaltkammer möglich, ohne daß das Material der Manschette beschädigt wird, da es in die zumindest eine Tasche ausweichen kann. Die Zuverlässigkeit der Manschette und damit die Betriebssicherheit des Lastschalters wird somit erhöht.
Ist die zumindest eine Tasche zudem ringförmig ausgebildet, wird eine gleichmäßige Verteilung der Druckbelastung auf der Stirnseite der Manschette erreicht.
Die erfindungsgemäße Manschette wird bevorzugt aus EPDM (Ethylen-Propylen-Terpolymer) oder Silikonkautschuk hergestellt, welche gute elastische Eigenschaften aufweisen und dabei nicht kompressibel sind. Derartige Materialien erlauben eine sichere Abdichtung der Grenzfläche zwischen der Vakuum-Schaltkammer und der Manschette bzw. zwischen der Manschette und dem Druckgehäuse des Lastschalters. Ein Außenüberschlag kann so sicher vermieden werden.
Dadurch, daß der Lastschalter als Lasttrennschalter ausgebildet ist, bei dem in Reihenschaltung zur Vakuum-Schaltkammer eine sichtbare Trennstrecke angeordnet ist, kann auch aus größerer Entfernung eine visuelle Kontrolle durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob der Lastschalter geschlossen ist.
Wenn parallel zur Vakuum-Schaltkammer oder parallel zur Reihenschaltung Vakuum-Schaltkammer/sichtbare Trennstrecke im eingeschalteten Zustand des Lastschalters eine Strombahn für hohe Dauerstrom-Belastbarkeit geschalten ist, wird die Vakuumröhre entlastet, wenn der Lastschalter (Lasttrennschalter) in geschlossenem Zustand vorliegt. Dies hat den Vorteil, daß die Vakuum-Schaltkammer nur bei den Schaltvorgängen mit den vorliegenden hohen Spannungen beaufschlagt wird. Dabei kann ein Dauerstrom geführt werden, der höher als der Nennstrom der Schaltkammer oder der Reihenschaltung aus Vakuum-Schaltkammer und sichtbarer Trennstrecke ist. Die Lebensdauer des Lastschalters erhöht sich dadurch wesentlich.
Die Erfindung wird im folgenden in einem Ausführungsbeispiel anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1
eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Lastschalters, wobei auf der linken Seite der Hauptachse ein Schnitt in der Trennebene des Druckgehäuses und rechts von der Hauptachse ein Schnitt in einer anderen Ebene durch eine Gehäusehälfte des Druckgehäuses dargestellt ist; und
Fig. 2
eine vereinfachte Schnittdarstellung gemäß der Linie A-A in Fig. 1.
Gemäß der Darstellung in den Figuren weist ein Lastschalter 1 ein Druckgehäuse mit zwei Gehäusehälften 11 und 12 auf, welche aus Isolierstoff und im wesentlichen spiegelbildlich ausgebildet sind. In den Gehäusehälften 11 und 12 sind u.a. eine Vakuum-Schaltkammer 2 und eine Schaltmechanik 3 angeordnet. Die Anordnungsweise und Funktion der Vakuum-Schaltkammer 2 und der Schaltmechanik 3 entspricht den bekannten Ausführungen, weshalb auf eine ausführliche Erläuterung hierzu verzichtet wird. Wesentlich ist, daß die Vakuum-Schaltkammer 2 im Inneren Schaltkontakte aufweist, die durch die Schaltmechanik 3 geschlossen oder geöffnet werden. Hierzu ist die Schaltmechanik 3 mit einem exzentrischen Betätigungselement 31 ausgebildet, welches auf einen beweglichen Kontakt 21 der Vakuum-Schaltkammer 2 wirkt.
Die Vakuum-Schaltkammer 2 weist neben dem beweglichen Kontakt 21 einen feststehenden Kontakt 22 auf, der dem beweglichen Kontakt 21 gegenüberliegend angeordnet ist. Die Vakuum-Schaltkammer 2 weist ferner ein Gehäuse 23 auf, das mit metallischen Stirnplatten 24 und 25 versehen ist, die einen zylinderförmigen Gehäusemittelteil 26 abschließen. Der Gehäusemittelteil 26 ist aus elektrisch isolierendem Material hergestellt. Innerhalb der Vakuum-Schaltkammer 2 herrscht ein Hoch-Vakuum, das beim Ausschalten für eine sichere Lichtbogen-Unterbrechung und im ausgeschalteten Zustand für eine sichere Spannungshaltung sorgt.
Um sicherzustellen, daß kein Außenüberschlag der Spannung zwischen den Stirnplatten 24 und 25 der Vakuum-Schaltkammer 2 auftritt, ist rund um die Vakuum-Schaltkammer 2 eine Manschette 4 aus EPDM (Ethylen-Propylen-Terpolmer) angeordnet. Die Manschette 4 ist dabei derart ausgebildet, daß sie die Ränder der beiden Stirnplatten 24 und 25 der Vakuum-Schaltkammer 2 umgreift. Ferner sind die Abmessungen der Manschette 4 so gewählt, daß Toleranzabweichungen der Vakuum-Schaltkammer 2 ausgeglichen werden können und die Manschette 4 dennoch unter Vorspannung an der Umfangfläche der Vakuum-Schaltkammer 2 anliegt. Dadurch liegt kein durchgehender Luftspalt zwischen den Stirnplatten 24 und 25 vor.
Die Manschette 4 wird wiederum von den Gehäusehälften 11 und 12 des Lastschalters 1 umgriffen und vorgespannt. Aufgrund der Vorspannung liegt auch zwischen der Manschette 4 und den montierten Gehäusehälften 11 und 12 kein Luftspalt vor, der einen Außenüberschlag der Spannung zwischen den Stirnplatten 24 und 25 der Vakuum-Schaltkammer 2 erlauben würde.
Gemäß der Darstellung in Fig. 1 weist die Manschette 4 ringförmig ausgebildete Schirme 41 auf, die in entsprechenden Aussparungen in den Gehäusehälften 11 und 12 aufgenommen sind. Die Schirme 41 dienen in bekannter Weise zur Verlängerung des Weges (Kriechstrecke) entlang der Oberfläche.
Die Manschette 4 weist ferner vier Aussparungen 42 auf, die an der inneren Umfangsfläche angeordnet sind und eine ringförmige Gestalt aufweisen. Beim Schließen der Gehäusehälften 11 und 12 wird Druck auf die Manschette 4 ausgeübt und da diese aus einem Elastomermaterial hergestellt ist, welches elastisch aber im wesentlichen nicht kompressibel ist, ermöglichen die Aussparungen 42 ein Ausweichen des Materials der Manschette 4 in die dadurch gebildeten Freiräume. Auf diese Weise wird eine Beschädigung der Manschette 4 verhindert und eine gute Abdichtung der Grenzfläche zwischen der Manschette 4 und der Vakuum-Schaltkammer 2 erreicht.
An dem Ende der Manschette 4, das die Stirnplatte 25 im Bereich des feststehenden Kontakts 22 übergreift, ist ferner eine ringförmige Tasche 43 ausgebildet. Da Vakuum-Schaltkammern 2 relativ große Längentoleranzen aufweisen, ist unter Umständen eine Längeneinstellung bzw. Positionierung der Vakuum-Schaltkammer 2 im Lastschalter 1 notwendig. Um die hierzu notwendige Verformung der Manschette 4 in diesem Stirnseitenbereich zu ermöglichen, dient die ringförmige Tasche 43 als Kammer für einen Volumenausgleich des verdrängten Materials.
Gemäß der Darstellung in Fig. 2 weist die Manschette 4 ferner einen Dichtwulst 44 mit einer Verdickung 45 auf. Diese sind jeweils an den beiden Montagefugen der Gehäusehälften 11 und 12 des Lastschalters 1 zur Abdichtung gegenüber äußeren Einflüssen angeordnet. Die Verdickung 45 wird dabei in entsprechend ausgebildeten Vertiefungen bzw. Nuten an den Fugenflächen der Gehäusehälften 11 und 12 aufgenommen und beim Schließen der Gehäusehälften 11 und 12 verquetscht. Der Dichtwulst 44 mit der Verdickung 45 weist dabei eine Länge auf, die im wesentlichen der Gesamtlänge der Manschette 4 entspricht. Er kann aber auch im gesamten Montagefugenbereich der Gehäusehälften 11 und 12 einstückig mit der Manschette 4 als Rundschnur zum Abdichten des Druckgehäuses ausgebildet sein.
Wenn der Lastschalter 1 im Betrieb geöffnet wird, werden die durch Federn unter Vorspannung stehenden Kontakte 21 und 22 durch die Schaltmechanik 3 freigegeben, so daß diese die Schaltkontakte in der Vakuum-Schaltkammer 2 öffnen. Aufgrund der hohen anliegenden Spannung, die je nach Anwendungsfall z.B. 45 kV betragen kann, neigt die Anordnung dazu, einen Weg für eine mögliche Spannungsentladung durch einen Lichtbogen zu suchen. Innerhalb der Vakuum-Schaltkammer 3 ist dies aufgrund des Vakuums nicht möglich.
Da die Manschette 4 unter Vorspannung am Gehäuse 23 der Vakuum-Schaltkammer 2 anliegt und gleichermaßen unter Vorspannung mit dem Druckgehäuse des Lastschalters 1 verbunden ist, liegt kein Luftspalt vor, der einen Spannungsüberschlag ermöglichen würde. Ein Überschlag durch das Material der Manschette 4 ist aufgrund der hohen dielektrischen Festigkeit des für die Manschette 4 verwendeten Materials ebenfalls nicht möglich. Ein derartiger Außenüberschlag wird daher verhindert.
In einem Anwendungsbeispiel wird der Lastschalter als Lasttrennschalter verwendet und in Reihe mit einer sichtbaren Trennstrecke angeordnet. Dabei ist eine für den Dauerbetriebsstrom ausgelegte Hauptstrombahn parallel zur Vakuum-Schaltkammer und einer mit dieser in Reihe liegenden Hilfsschaltstelle geschaltet, wodurch die Vakuumröhre bei durchgeschaltetem Lasttrennschalter entlastet ist. Zum Ausschalten des Lasttrennschalters wird zunächst in bekannter Weise der Hauptkontakt geöffnet, wodurch die Spannung vollständig über die Vakuum-Schaltkammer 2 geleitet wird. Anschließend werden die Kontakte 21 und 22 der Vakuum-Schaltkammer 2 getrennt und die Verbindung ist gänzlich unterbrochen, ohne daß sich ein Lichtbogenüberschlag im Lastschalter 1 ausbilden kann.
Die Erfindung läßt neben dem hier aufgezeigten Ausführungsbeispiel weitere Gestaltungsansätze zu.
Die Abmessungen und Gestalt der Manschette 4 kann je nach Bauweise und -typ der Vakuum-Schaltkammer 2 variieren. Hierbei ist in jedem Falle wesentlich, daß die Manschette 4 derart an der Vakuum-Schaltkammer 2 anliegt, daß kein Luftspalt dazwischen möglich ist.
Die Manschette 4 muß nicht mit Schirmen 41 ausgebildet sein, sondern kann auch eine anders gestaltete oder glatte äußere Umfangsfläche aufweisen, wenn es die Sicherheit des Lastschalters 1 z.B. aufgrund von geringen vorliegenden Spannungen zuläßt.
Die Aussparungen 42 in der Manschette 4 weisen im aufgezeigten Beispiel halbkreisförmige Querschnitte auf und sind an vier Stellen um die Vakuum-Schaltkammer 2 ausgebildet. Sowohl die Gestalt als auch die Anzahl der ringförmigen Aussparungen 42 kann hiervon abweichen. Ferner ist es auch möglich, die Aussparungen 42 anstelle der aufgezeigten Ausführungsform mit einer ringförmigen Gestalt punktuell an der inneren Umfangsfläche der Manschette 4 vorzusehen.
Die Tasche 43 in der Manschette 4 kann auch an beiden Stirnflächen vorgesehen sein. Darüberhinaus kann auch die Gestalt und die Anzahl der Tasche 43 in ähnlicher Weise wie bei den Aussparungen 42 variieren.
Die Manschette 4 kann in beliebiger Weise in Verbindung mit Vakuum-Schaltkammern 2 verwendet werden, was auch andere Schaltelemente als Lasttrennschalter beinhaltet. So ist auch ein Einsatz in Leistungsschaltern und dergleichen denkbar.
Das Druckgehäuse kann auch aus mehr als zwei Gehäuseteilen bestehen, wobei die Anzahl der Dichtwulste 44 der Anzahl der Montagefugen angepaßt ist.
Ferner kann parallel zur Vakuum-Schaltkammer 2 auch ein Dauerstrom- bzw. Hauptstrom-Kontaktsystem vorgesehen sein, das es erlaubt, den Lastschalter 1 unter Verwendung einer bestimmten Vakuum-Schaltkammer 2 für verschiedene Nenn- bzw. Dauerströme auszulegen.
Die Erfindung schafft somit einen Lastschalter 1 für Spannungen im kV-Bereich mit einer Vakuum-Schaltkammer 2, welche durch eine aus Elastomermaterial mit hoher dielektrischer Festigkeit ausgebildeten Manschette 4 spaltfrei umgriffen wird. Die Manschette 4 wird ihrerseits durch die Gehäusehälften 11 und 12 des Lastschalters 1 eingespannt. Auf diese Weise wird ein Außenüberschlag der hohen Spannung zwischen den Stirnplatten 24 und 25 der Vakuum-Schaltkammer 2 beim Schaltvorgang wirksam unterbunden, ohne daß flüssige oder gasförmige Medien hierzu notwendig sind. Dadurch ist im Gegensatz zu herkömmlichen Lastschaltern kein hoher Kontrollaufwand erforderlich und der Lastschalter ist im Hinblick auf die Umwelt unbedenklich.

Claims (12)

  1. Lastschalter (1) für Spannungen oberhalb 1 kV, mit einer Vakuum-Schaltkammer (2), deren Kontakte (21, 22) mittels einer Schaltmechanik (3) geschlossen oder geöffnet werden, wobei die Vakuum-Schaltkammer (2) ein die im Vakuum liegenden Schaltkontakte umschließendes Gehäuse (23) mit metallischen Stirnplatten (24, 25) und einen zylinderförmigen Gehäusemittelteil (26) aus elektrisch isolierendem Material aufweist, das von einer Schicht aus einem dielektrischen Material umgeben ist, welche die Ränder der beiden Stirnplatten (24, 25) hintergreift, wobei an der Außenseite der dielektrischen Schicht ein komplementär ausgebildeter Mantel aus Isolierstoff vorgesehen ist, welcher den Außenumfang der dielektrischen Schicht unter Druck setzt,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die dielektrische Schicht von einer vorgefertigten Manschette (4) gebildet ist, die aus einem Elastomermaterial mit hoher dielektrischer Festigkeit besteht, welches durch ein als Mantel dienendes Druckgehäuse (11, 12) spaltfrei an das Gehäuse (23) angepreßt ist.
  2. Lastschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Manschette (4) derart gewählt sind, daß die Manschette (4) mit Vorspannung am Umfang der Vakuum-Schaltkammer (2) anliegt.
  3. Lastschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (4) wenigstens einen in Achsrichtung des Druckgehäuses (11, 12) verlaufenden Dichtwulst (44) aufweist, der in der Montagefuge des Druckgehäuses (11, 12) zu liegen kommt.
  4. Lastschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtwulst (44) eine Verdickung (45) aufweist, die in der Montagefuge des Druckgehäuses (11, 12) verquetschbar ist.
  5. Lastschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfang der Manschette (4) im wesentlichen parallel zu den Stirnplatten (24, 25) der Vakumm-Schaltkammer (2) vorspringende und umlaufende Schirme (41) angeordnet sind.
  6. Lastschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (4) wenigstens eine Aussparung (42) zur Aufnahme von bei der Druckbelastung durch das Druckgehäuse (11, 12) verdrängtem Material aufweist.
  7. Lastschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Aussparung (42) als umlaufende Ringnut ausgebildet sind.
  8. Lastschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Manschette (4) im Bereich der Stirnplatte (25) und/oder der Stirnplatte (24) wenigstens eine Tasche (43) ausgebildet ist.
  9. Lastschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Tasche (43) als ringförmige Nut ausgebildet ist.
  10. Lastschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (4) aus Silikonkautschuk oder aus EPDM (Ethylen-Propylen-Terpolymer) ausgebildet ist.
  11. Lastschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er als Lasttrennschalter ausgebildet ist, bei dem in Reihenschaltung zur Vakuum-Schaltkammer eine sichtbare Trennstrecke angeordnet ist.
  12. Lastschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Vakuum-Schaltkammer oder parallel zur Reihenschaltung Vakuum-Schaltkammer/ sichtbare Trennstrecke im eingeschalteten Zustand des Lastschalters eine Strombahn für hohe Dauerstrom-Belastbarkeit geschaltet ist.
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