EP3198622A1 - Arrangement and method for switching an open contact gap by means of a switching device - Google Patents

Arrangement and method for switching an open contact gap by means of a switching device

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EP3198622A1
EP3198622A1 EP15763530.1A EP15763530A EP3198622A1 EP 3198622 A1 EP3198622 A1 EP 3198622A1 EP 15763530 A EP15763530 A EP 15763530A EP 3198622 A1 EP3198622 A1 EP 3198622A1
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EP
European Patent Office
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switching
energy
switching device
vacuum tube
dielectric
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15763530.1A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Benjamin Sewiolo
Andreas Ziroff
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01H33/02—Details
    • H01H33/42—Driving mechanisms
    • H01H33/423—Driving mechanisms making use of an electromagnetic wave communication
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    • H01H33/02—Details
    • H01H33/59—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
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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
    • H01H33/6606—Terminal arrangements
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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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    • H01H33/00—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 an arrangement for switching a switching path by means of a switching device according to the preamble of claim 1, and a method for switching a switching path by means of a switching device according to the preamble of claim 10.
  • switches in electrical engineering are known. Switches in the electronics are operated in a current and voltage range, which usually does not place any special load or demands on the switch.
  • switches are used in the medium voltage technology with different tasks. For example, as a circuit breaker, load switch, circuit breaker, load disconnect switch, earthing switch or contactor switch. Due to their usually more complex structure are also referred to in general terms as switching devices.
  • Requirements include, for example, that in the closed state, the switching device should provide the smallest possible resistance to the flow of operating and short-circuit currents.
  • the open state the open switching path must safely withstand the voltages occurring at it. It is also required that everyone is under tension
  • the switching device should be able to close the circuit when the voltage is applied. For disconnectors this condition is required, apart from small charging currents, but only for the de-energized state. In addition, the switching device should be able to open the circuit when the current is flowing (this requirement is not imposed for Trenner).
  • the switching device should cause the lowest possible switching overvoltages.
  • FIG. 1 Known switching devices that meet these requirements use vacuum interrupters as shown in FIG. These are, for example, in a circuit breaker as shown in Figure 2, with the aid of insulators attached to a frame and are mechanically switched by means of a lever.
  • this mechanical switching operation allows 10,000-120,000 switching cycles due to the high mechanical load according to the data sheet
  • the entire drive mechanism with triggers, auxiliary switches, display and actuating devices is housed in a drive box.
  • the switch-on spring is tensioned electrically or by hand. It latches after the clamping process has ended and serves as a mechanical energy store. The power from the drive to the switch poles is transmitted via shift rails.
  • the object of the invention is to provide a method and an arrangement which overcome the disadvantages of the aforementioned solu conditions.
  • an actuator energy for at least one switching device is provided by a galvanically separated energy transmission of high-frequency energy, for energy transmission the switching device via a dielectric resonator is connected to the high-frequency source, said Switching device is designed such that it has means that convert the transmitted energy into actuator energy.
  • the transmission and provision of high-frequency energy eliminates manual intervention for switching.
  • this solution makes it possible to reduce the use of mechanical components and also of mechanical processes to a minimum, so that wear is significantly reduced.
  • the high-frequency energy transmission is accompanied by the possibility of bi-directional transmission of information in the same way.
  • a dielectric resonator for energy transmission with which the switching device is connected to at least the dielectric resonator, allows operation using a low frequency in the MHz range, which in turn has a higher energy efficiency result.
  • the switching device is designed such that it Having means that convert the transmitted energy into actuator energy.
  • further advantages are the isolation and stabilization of the arrangement in the case of a dielectric waveguide. Furthermore, heat arising from the resonator can be dissipated.
  • the invention is preferably developed in such a way that the dielectric resonator is designed as a high-quality dielectric resonator.
  • the dielectric resonator is configured as a disk and is arranged and formed on the side of the switching lever of the switching device, in particular bolts of the vacuum tube, in such a way that it stabilizes the movement of the switching lever, it can stabilize the switching device as a whole.
  • the arrangement is more compact, since the lever is guided in or through a shaping of the disc.
  • the arrangement can be developed such that the shift lever is formed of metal or a dielectric material. This allows further optimizations if it is designed dielectrically. It can also be designed as a simple metal and serve as part of a magnetic switch and so further improve, for example, the compactness.
  • the conversion means are designed as at least one rectifier arrangement, the transformation of the high-frequency energy into electrical quantities which are suitable for energy storage or for electrically operated switches is provided, as provided in the development the energy transfer as actuators electrically operated switch, in particular relay switch, are connected downstream. If the conversion means are formed from at least two parallel rectifier arrangements, higher radio frequency (RF) power can be transmitted.
  • RF radio frequency
  • the resonator is made of a solid dielectric material such as alumina or other high-dielectric material such as titanium dioxide, zirconium, silicon carbide.
  • Silicon carbide contributes, for example, with its higher thermal conductivity ⁇ to better heat dissipation of the device.
  • the arrangement may be such further developed in that the waveguide is formed of a flexible material filled with dielectric fluids result, for example, geometric structures forming ⁇ bar, which can in turn contribute to the optimization of the arrangement.
  • operating information can be transmitted from parts of the interrupter, for example the mechanical Betati ⁇ ger, via the waveguide in addition and in the opposite direction to the energy transfer or bi-directional. This may contribute to the serviceability of the interrupter and indicate a possible failure early and possibly prevent an off ⁇ case.
  • Is in the inventive method for the switching of switching sections by means of switching devices is a galvanically isolated power transmission of high frequency energy, a actuator energy for at least one switching device, in particular a Va ⁇ kuumschaltrschreibe provided for power transmission, the switching device via a dielectric resonator is connected to the high frequency source, the Switching device ⁇ the type is designed that it has means that convert the energy transferred over ⁇ in actuator energy.
  • the method according to the invention lays the foundation for its features Development of the advantages of the inventive arrangement and its developments.
  • FIG. 1 shows a switching device formed by means of vacuum interrupters
  • FIG. 2 shows a typical use of the vacuum tube switching device as a circuit breaker
  • Figure 3 shows a first embodiment according to the invention in
  • Figure 4 shows a second embodiment according to the invention in
  • FIG. 1 shows a switching device formed by means of a vacuum interrupter.
  • a drive and end pin a guide for this, a movable contact piece, which is mounted surrounded by a bellows in a sheathed by an isolating switching chamber, in which a fixed shutter is mounted opposite the movable and in a connection disc finds its conclusion.
  • FIG. 2 several of the switching devices shown in the previous figure are shown installed in a circuit breaker assembly.
  • the lever can be seen, which moves the drive and connection bolts in the context of a switching operation and merges or disconnects the two switching pieces and thus closes or opens the circuit.
  • FIG. 3 In order to illustrate the invention is shown in Figure 3, one of these elements of the circuit breaker according to an embodiment of the invention modified in side view. It can be seen how the vacuum interrupter VACUUM TUBE is fixed in the circuit breaker arrangement between an upper carrier PORT 1 and a lower interrupter carrier PORT 2
  • the improvement which the dielectric resonator HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR generates, inter alia, is based on the use of high-frequency energy as actuator energy for actuating the switch of the vacuum interrupter VACUUM TUBE, since this is transmitted to it, ie the shaft is guided to it becomes.
  • the mechanical actuator can be designed as an electromagnet.
  • the actuator is a bolt made of dielectric material DIELECTRIC CRANK, the vacuum interrupter VACUUM TUBE electrically, for example, as shown, connected by means of a relay RELAY.
  • the bolt is guided in an advantageous manner in the dielectric resonator HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR, the for this purpose in the exemplary embodiment, for example, has a recess in the middle, in particular a bore.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment, which differs from the exemplary embodiment shown in FIG. 3 in that it has a metallic bolt METALIC CRANK.
  • a further advantage in the exemplary embodiment shown is that the resonator is simultaneously insulated, stabilized and enables the transmission of the power required for the switching operation. Furthermore, this heat sink HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR can dissipate any heat that may be generated.
  • a signal generator MICROWAVE SIGNAL GENERATOR which uses a MICROWAVE POWER AMPLIFIER power amplifier to generate the required RF power signal (e.g., in the microwave or MHz range) which is then applied to the other end of the HIGH-DK DIELECTRI dielectric waveguide
  • the CRESONATOR rectified by means of a rectifier MICROWAVE RECTIFIER and fed to the relay RELAY.
  • the rectifier may consist of one or more diodes.
  • the diodes may be Schottky or other diodes or may be modified transistors.
  • the semiconductors may be based on GaAs GaN or other technology.
  • the rectifier can also be further developed advantageous in which buffered by appropriate circuitry measures or stabilized. For example, the DC power can be stored temporarily in a capacitor and then made available to the actuator, in this case the RELAY relay, for actuating the vacuum switch VACUUM TUBE.
  • the dielectric resonator HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR is a high-quality resonator (high dielectric constant "High-dk”), while a metallic plate LOW-DK BASE has a low dielectric constant ("Low-dk").
  • Low-dk low dielectric constant
  • the complete unit can be potted, which can be an advantage over shift linkages. Further advantages hereby can be the avoidance of flashovers, climatic encapsulation or improved heat dissipation.
  • one or more tubes can be operated in parallel, which can, for example, lead to economic advantages.
  • Parallel or serial operation is facilitated by the possibility of achieving a high degree of switching synchronization with simple electromechanical measures.
  • This switching synchronism can be achieved by superimposing a suitable trigger signal on the high-frequency energy-transmitting signal.
  • the mechanical actuator or other parts on the interrupter or the overall assembly may be equipped with sensors that measure relevant operating information. The information can be transmitted simultaneously during power transmission via the resonator HIG-DK DIELECTRIC RESONATOR.

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Abstract

The invention relates to an arrangement and a method for switching an open contact gap by means of a switching device, wherein a galvanically isolated energy transmission of high-frequency energy provides an actuator energy for at least one switching device, in particular a vacuum interrupter. For the purpose of energy transmission, the switching device is connected to the high-frequency source via a dielectric resonator, said switching device being designed such as to have means for converting the transmitted energy into actuator energy.

Description

Beschreibung description
Anordnung sowie ein Verfahren zum Schalten einer Schaltstrecke mittels eines Schaltgerätes Arrangement and a method for switching a switching path by means of a switching device
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schalten einer Schaltstrecke mittels eines Schaltgerätes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Schalten einer Schaltstrecke mittels eines Schaltgerätes gemäß dem Ober- begriff des Anspruchs 10. The invention relates to an arrangement for switching a switching path by means of a switching device according to the preamble of claim 1, and a method for switching a switching path by means of a switching device according to the preamble of claim 10.
Der Einsatz von Schaltern in der Elektrotechnik ist bekannt. Schalter in der Elektronik werden in einem Strom- und Spannungsbereich betrieben, der in der Regel keine besondere Be- lastung oder Anforderungen an den Schalter stellt. The use of switches in electrical engineering is known. Switches in the electronics are operated in a current and voltage range, which usually does not place any special load or demands on the switch.
Demgegenüber werden Schalter in der Mittelspannungstechnik mit unterschiedlichen Aufgaben eingesetzt. Beispielsweise als Leistungsschalter, Lastschalter, Trennschalter, Lasttrenn- Schalter, Erdungsschalter oder Schützschalter. Aufgrund ihres in der Regel komplexeren Aufbaus werden sich auch verallgemeinert als Schaltgeräte bezeichnet. In contrast, switches are used in the medium voltage technology with different tasks. For example, as a circuit breaker, load switch, circuit breaker, load disconnect switch, earthing switch or contactor switch. Due to their usually more complex structure are also referred to in general terms as switching devices.
Dabei gegebene Beanspruchungen sind stromloses Schalten, Schalten von Betriebsströmen, Schalten von Kurzschlussströmen . These stresses are currentless switching, switching of operating currents, switching of short-circuit currents.
Anforderungen bestehen beispielsweise darin, dass im geschlossenen Zustand das Schaltgerät dem Fließen von Betriebs- und Kurzschlussströmen einen möglichst kleinen Widerstand bieten soll. Hingegen muss im geöffneten Zustand die offene Schaltstrecke die an ihr auftretenden Spannungen sicher aushalten . Es ist auch gefordert, dass alle unter Spannung stehendenRequirements include, for example, that in the closed state, the switching device should provide the smallest possible resistance to the flow of operating and short-circuit currents. On the other hand, in the open state, the open switching path must safely withstand the voltages occurring at it. It is also required that everyone is under tension
Teile bei offenem oder geschlossenem Schaltgerat auseichend gegen Erde und von Phase zu Phase isoliert sein müssen. Ferner soll das Schaltgerät den Stromkreis bei anstehender Spannung schließen können. Bei Trennern fordert man diese Bedingung, von kleinen Ladeströmen abgesehen, allerdings nur für den stromlosen Zustand. Zudem soll das Schaltgerat den Stromkreis bei fließendem Strom öffnen können (Diese Forderung wird für Trenner nicht erhoben) . Parts with open or closed Schaltgerat must be sufficient to earth and isolated from phase to phase. Furthermore, the switching device should be able to close the circuit when the voltage is applied. For disconnectors this condition is required, apart from small charging currents, but only for the de-energized state. In addition, the switching device should be able to open the circuit when the current is flowing (this requirement is not imposed for Trenner).
Auch soll das Schaltgerat möglichst niedrige Schaltüberspannungen verursachen . Also, the switching device should cause the lowest possible switching overvoltages.
Bekannte Schaltgeräte, die diese Anforderungen erfüllen, verwenden Vakuumschaltröhren wie in der Figur 1 zu erkennen. Diese sind, beispielsweise bei einem Leistungsschalter wie in der Figur 2 zu sehen, mit Hilfe von Isolatoren an einem Rah- men befestigt und werden mechanisch mit Hilfe eines Hebels geschaltet . Known switching devices that meet these requirements use vacuum interrupters as shown in FIG. These are, for example, in a circuit breaker as shown in Figure 2, with the aid of insulators attached to a frame and are mechanically switched by means of a lever.
Dieser mechanische Schaltvorgang lässt aufgrund der hohen mechanischen Beanspruchung laut Datenblatt je nach Modell 10.000-120.000 Schaltspiele zu, wobei die Antriebe nachDepending on the model, this mechanical switching operation allows 10,000-120,000 switching cycles due to the high mechanical load according to the data sheet
10.000 Schaltspielen geölt werden und die Vakuumschaltröhren nach 30.000 Schaltspielen ausgetauscht werden müssen. 10,000 switching cycles must be oiled and the vacuum interrupters after 30,000 switching cycles must be replaced.
Dabei ist der gesamte Antriebsmechanismus mit Auslösern, Hilfsschaltern, Anzeige- und Betätigungseinrichtungen in einem Antriebskasten untergebracht. In this case, the entire drive mechanism with triggers, auxiliary switches, display and actuating devices is housed in a drive box.
Die Einschaltfeder wird elektrisch oder per Hand gespannt. Sie verklinkt nach beendetem Spannvorgang und dient als me- chanischer Energiespeicher. Die Kraft vom Antrieb zu den Schalterpolen wird über Schaltstangen übertragen. The switch-on spring is tensioned electrically or by hand. It latches after the clamping process has ended and serves as a mechanical energy store. The power from the drive to the switch poles is transmitted via shift rails.
Zum Einschalten wird die Einschaltfeder mechanisch vor Ort oder durch Fernbetätigung elektrisch entklinkt. Während des Einschaltvorganges spannt die Einschaltfeder die Ausschaltbzw. Kontaktdruckfedern. Die jetzt entspannte Einschaltfeder wird automatisch durch den Antriebsmotor oder von Hand wieder gespannt, wobei Letzteres den Nachteil der Anwesenheit einer Person hat, die zudem auch u. U. Gefahren ausgesetzt ist. To switch on the closing spring is mechanically unlatched on site or by remote control. During the switch-on, the closing spring biases the Ausschaltbzw. Contact springs. The now relaxed switch-on spring is automatically reset by the drive motor or by hand curious, the latter has the disadvantage of the presence of a person who also u. U. dangers is exposed.
Die Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, die die Nachteile der vorgenannten Lösun gen überwinden . The object of the invention is to provide a method and an arrangement which overcome the disadvantages of the aforementioned solu conditions.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung zum Schalten von Schaltstrecken mittels Schaltgeräten gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Schalten von Schaltstrecken mittels Schaltgeräten gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10. This object is achieved by an arrangement for switching switching paths by means of switching devices according to the features of claim 1 and by a method for switching switching paths by means of switching devices according to the features of claim 10.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung zum Schalten von Schalt- strecken mittels Schaltgeräten wird durch eine galvanisch getrennte Energieübertragung von Hochfrequenzenergie eine Aktorenergie für mindestens ein Schaltgerät, insbesondere eine Vakuumschaltröhre, bereitgestellt, zur Energieübertragung das Schaltgerät über einen dielektrischen Resonator, mit der Hochfrequenzquelle verbunden ist, wobei das Schaltgerät derart ausgestaltet ist, dass es Mittel aufweist, die die übertragene Energie in Aktorenergie konvertieren. In the arrangement according to the invention for switching switching sections by means of switching devices, an actuator energy for at least one switching device, in particular a vacuum interrupter, is provided by a galvanically separated energy transmission of high-frequency energy, for energy transmission the switching device via a dielectric resonator is connected to the high-frequency source, said Switching device is designed such that it has means that convert the transmitted energy into actuator energy.
Durch die Übertragung und Bereitstellung der Hochfrequenz- energie, entfällt ein Eingriff von Hand für das Schalten.The transmission and provision of high-frequency energy eliminates manual intervention for switching.
Ferner ermöglicht und unterstützt diese Lösung, dass sich der Einsatz mechanischer Bauteile und auch mechanischer Vorgänge auf ein Mindestmaß reduziert, so dass ein Verschleiß deutlich reduziert wird. Hinzu kommt das Hochfrequenzenergieübertra- gung mit der Möglichkeit einhergeht Informationen auf dem gleichen Weg bi-direktional zu übertragen. Furthermore, this solution makes it possible to reduce the use of mechanical components and also of mechanical processes to a minimum, so that wear is significantly reduced. In addition, the high-frequency energy transmission is accompanied by the possibility of bi-directional transmission of information in the same way.
Die Nutzung eines dielektrischen Resonators zur Energieübertragung mit dem hierfür das Schaltgerät mit mindestens mit dem dielektrischen Resonator verbunden ist, ermöglicht den Betrieb unter Nutzung einer niedrigen Frequenz im MHz-Bereich, was wiederrum eine höhere Energieeffizienz zur Folge hat. Dabei ist das Schaltgerät derart ausgestaltet, dass es Mittel aufweist, die die übertragene Energie in Aktorenergie konvertieren. Weitere Vorteile liegen neben der Übertragung der Energie (im Fachjargon auch Übertragung der Leistung genannt) , die zur Schaltung erforderlich ist, in der Isolierung sowie Stabilisation der Anordnung, wenn es sich um einen dielektrischen Wellenleiter handelt. Ferner kann über den Resonator anfallende Wärme abgeleitet werden. The use of a dielectric resonator for energy transmission with which the switching device is connected to at least the dielectric resonator, allows operation using a low frequency in the MHz range, which in turn has a higher energy efficiency result. In this case, the switching device is designed such that it Having means that convert the transmitted energy into actuator energy. In addition to the transmission of the energy (also referred to in technical jargon as power transmission), which is required for the circuit, further advantages are the isolation and stabilization of the arrangement in the case of a dielectric waveguide. Furthermore, heat arising from the resonator can be dissipated.
Bevorzugt wird die Erfindung dabei derart weitergebildet, dass der dielektrische Resonator als dielektrischer Resonator hoher Güte ausgeführt ist. In this case, the invention is preferably developed in such a way that the dielectric resonator is designed as a high-quality dielectric resonator.
Ist der dielektrische Resonator als Scheibe ausgestaltet und auf Seiten des Schalthebels des Schaltgeräts, insbesondere Bolzen der Vakuumröhre, derart angeordnet und ausgeformt, dass er die Bewegung des Schalthebels führend stabilisiert, so kann er das Schaltgerät insgesamt stabilisieren. Dabei ist die Anordnung kompakter, da der Hebel in bzw. durch eine Ausformung der Scheibe geführt wird. If the dielectric resonator is configured as a disk and is arranged and formed on the side of the switching lever of the switching device, in particular bolts of the vacuum tube, in such a way that it stabilizes the movement of the switching lever, it can stabilize the switching device as a whole. The arrangement is more compact, since the lever is guided in or through a shaping of the disc.
Vorteilhafter Weise kann die Anordnung derart weitergebildet werden, dass der Schalthebel aus Metall oder einem dielektrischen Material gebildet ist. Dies erlaubt weitere Optimierungen, wenn er dielektrisch ausgestaltet ist. Er kann auch als einfaches Metall ausgestaltet sein und als Teil eines Magnetschalters dienen und so beispielsweise die Kompaktheit weiter verbessern . Advantageously, the arrangement can be developed such that the shift lever is formed of metal or a dielectric material. This allows further optimizations if it is designed dielectrically. It can also be designed as a simple metal and serve as part of a magnetic switch and so further improve, for example, the compactness.
Ist Anordnung derart weitergebildet, dass die Konvertierungs- mittel als mindestens eine Gleichrichteranordnung ausgestaltet sind, wird die Transformation der Hochfrequenzenergie in elektrische Größen, die für eine Energiespeicherung geeignet sind, bzw. für elektrisch betriebene Schalter bereitgestellt, wie sie in der Weiterbildung vorgesehen sind, bei der der Energieübertragung als Aktoren elektrisch betriebene Schalter, insbesondere Relaisschalter, nachgeschaltet sind. Werden die Konvertierungsmittel aus zumindest zwei parallelen Gleichrichteranordnungen gebildet werden, können höhere Hochfrequenz (HF-) Leistungen übertragen werden. If the arrangement is developed in such a way that the conversion means are designed as at least one rectifier arrangement, the transformation of the high-frequency energy into electrical quantities which are suitable for energy storage or for electrically operated switches is provided, as provided in the development the energy transfer as actuators electrically operated switch, in particular relay switch, are connected downstream. If the conversion means are formed from at least two parallel rectifier arrangements, higher radio frequency (RF) power can be transmitted.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung besteht der Resonator aus aus einem festem dielektrischen Material wie Aluminiumoxid oder einem anderen dielektrischem Material mit hohem er, wie beispielsweise Titandioxid, Zirkonium, Siliciumcarbid . In a preferred embodiment, the resonator is made of a solid dielectric material such as alumina or other high-dielectric material such as titanium dioxide, zirconium, silicon carbide.
Siliciumcarbid trägt beispielsweise mit seiner höheren Wärme¬ leitfähigkeit zu einer besseren Wärmeableitung der Anordnung bei . Silicon carbide contributes, for example, with its higher thermal conductivity ¬ to better heat dissipation of the device.
Alternativ oder ergänzend, kann die Anordnung derart weitergebildet sein, dass der Wellenleiter aus einem flexiblen mit dielektrischen Flüssigkeiten gefüllten Material gebildet ist Hierdurch sind beispielsweise geometrische Strukturen bild¬ bar, die wiederrum zur Optimierung der Anordnung beitragen können . Alternatively or in addition, the arrangement may be such further developed in that the waveguide is formed of a flexible material filled with dielectric fluids result, for example, geometric structures forming ¬ bar, which can in turn contribute to the optimization of the arrangement.
Sind zumindest Teile der Elemente der Schaltanordnung mit Sensoren versehen, so können Betriebsinformationen von Teilen der Schaltröhre, beispielsweise dem mechanischen Betati¬ ger, über den Wellenleiter zusätzlich und in Gegenrichtung zur Energieübertragung oder bi-direktional übertragen werden . Dies kann zur Servicefreundlichkeit der Schaltröhre beitragen und eine mögliche Störung frühzeitig anzeigen und einen Aus¬ fall möglicherweise verhindern. If at least parts of the elements of the switching arrangement are provided with sensors, operating information can be transmitted from parts of the interrupter, for example the mechanical Betati ¬ ger, via the waveguide in addition and in the opposite direction to the energy transfer or bi-directional. This may contribute to the serviceability of the interrupter and indicate a possible failure early and possibly prevent an off ¬ case.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Schalten von Schaltstrecken mittels Schaltgeräten, wird eine galvanisch getrennte Energieübertragung von Hochfrequenzenergie eine Aktorenergie für mindestens ein Schaltgerät, insbesondere eine Va¬ kuumschaltröhre, bereitgestellt wird zur Energieübertragung das Schaltgerät über einen dielektrischen Resonator, mit der Hochfrequenzquelle verbunden ist, wobei das Schaltgerät der¬ art ausgestaltet ist, dass es Mittel aufweist, die die über¬ tragene Energie in Aktorenergie konvertieren. Das erfindungs¬ gemäße Verfahren legt durch seine Merkmale die Grundlage zur Entfaltung der Vorteile durch die erfindungsgemäße Anordnung und deren Weiterbildungen. Is in the inventive method for the switching of switching sections by means of switching devices is a galvanically isolated power transmission of high frequency energy, a actuator energy for at least one switching device, in particular a Va ¬ kuumschaltröhre provided for power transmission, the switching device via a dielectric resonator is connected to the high frequency source, the Switching device ¬ the type is designed that it has means that convert the energy transferred over ¬ in actuator energy. The method according to the invention lays the foundation for its features Development of the advantages of the inventive arrangement and its developments.
Nachfolgend werden die Erfindung und weitere Vorteile ausge- hen von dem in den Figuren 1 bis 2 gezeigten Anordnungen gemäß dem Stand der Technik anhand der in der Figur 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt die Figur 1 ein mittels Vakuumschaltröhren gebildetes Schaltgerät The invention and further advantages starting from the arrangements according to the prior art shown in FIGS. 1 to 2 are explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments illustrated in FIGS. 3 and 4. FIG. 1 shows a switching device formed by means of vacuum interrupters
Figur 2 eine typische Verwendung des Vakuumröhrenschaltge- rätes als Leistungsschalter FIG. 2 shows a typical use of the vacuum tube switching device as a circuit breaker
Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß Erfindung in Figure 3 shows a first embodiment according to the invention in
Seitenansicht mit dielektrischem Schaltbolzen.  Side view with dielectric switching pin.
Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß Erfindung in  Figure 4 shows a second embodiment according to the invention in
Seitenansicht mit metallischen Schaltbolzen.  Side view with metallic shift pin.
In Figur 1 ist ein mittels einer Vakuumschaltröhre gebildetes Schaltgerät dargestellt. Zu erkennen ist der typische Aufbau angefangen mit einem Antriebs- und Abschlussbolzen, einer Führung hierfür, einem bewegbaren Schaltstück, welches von einem Faltenbalg umgeben in einer von einem Isolator ummantelten Schaltkammer gelagert ist, in der auch ein Feststehendes Schalstück dem Beweglichen gegenüber gelagert ist und in einer Anschlussscheibe seinen Abschluss findet. In der Figur 2 sind mehrere der in der vorherigen Figur dargestellten Schaltgeräte in einer Leistungsschalteranordnung verbaut dargestellt. Hier ist im linken Teil der Darstellung auch der Hebel zu erkennen, der den Antriebs- und Anschlussbolzen im Rahmen eines Schaltvorgangs bewegt und die beiden Schaltstücke zusammenführt oder trennt und somit den Schaltkreis schließt oder öffnet. Um die Erfindung zu verdeutlichen ist in Figur 3 eines dieser Elemente des Leistungsschalters gemäß einem Ausführungsbeispiels der Erfindung modifiziert in Seitendarstellung zu sehen. Zu erkennen ist wie die Vakuumschaltröhre VACUUM TUBE in der Leistungsschalteranordnung zwischen einem oberen Träger PORT 1 und einem unteren Schaltröhrenträger PORT 2 fixiert ist FIG. 1 shows a switching device formed by means of a vacuum interrupter. Evident is the typical structure starting with a drive and end pin, a guide for this, a movable contact piece, which is mounted surrounded by a bellows in a sheathed by an isolating switching chamber, in which a fixed shutter is mounted opposite the movable and in a connection disc finds its conclusion. In the figure 2, several of the switching devices shown in the previous figure are shown installed in a circuit breaker assembly. Here, in the left part of the illustration, the lever can be seen, which moves the drive and connection bolts in the context of a switching operation and merges or disconnects the two switching pieces and thus closes or opens the circuit. In order to illustrate the invention is shown in Figure 3, one of these elements of the circuit breaker according to an embodiment of the invention modified in side view. It can be seen how the vacuum interrupter VACUUM TUBE is fixed in the circuit breaker arrangement between an upper carrier PORT 1 and a lower interrupter carrier PORT 2
Ausgehend von der gezeigten Anordnung hebt sich das Ausfüh- rungsbeispiel vom Stand der Technik nun vor allem dadurch ab, dass der untere Isolator ISOLATER entfällt und statt dessen die Isolation durch einen als Scheibe ausgebildeten dielektrischen Resonator HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR erfolgt, der unterhalb der Vakuumschaltröhre VACUUM TUBE zu liegen kommt und der Gesamtanordnung noch Stabilität verleiht. Based on the arrangement shown, the embodiment of the prior art now stands out above all by the fact that the lower isolator ISOLATER is omitted and instead the insulation takes place by means of a disk-shaped dielectric resonator HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR, which is located below the vacuum interrupter VACUUM TUBE comes to rest and gives the overall arrangement still stability.
Die Verbesserung, die der dielektrische Resonator HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR unter Anderem erzeugt, beruht dabei auf dem Einsatz von Hochfrequenzenergie als Aktorenergie zum Be- tätigen des Schalters der Vakuumschaltröhre VACUUM TUBE, da diese hierfür an ihn übertragen wird, die Welle also zu ihm geführt wird. The improvement which the dielectric resonator HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR generates, inter alia, is based on the use of high-frequency energy as actuator energy for actuating the switch of the vacuum interrupter VACUUM TUBE, since this is transmitted to it, ie the shaft is guided to it becomes.
Im Gegensatz zum Einsatz eines dielektrischen Wellenleiters ist es so möglich zu niedrigeren Frequenzen im MHz-Bereich zu gehen und so eine höhere Energieeffizienz zu erzielen. In contrast to the use of a dielectric waveguide, it is thus possible to go to lower frequencies in the MHz range and thus to achieve a higher energy efficiency.
Der mechanische Betätiger kann als Elektromagnet ausgeführt werden . The mechanical actuator can be designed as an electromagnet.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich beim Betätiger um einen aus dielektrischem Material erstellten Bolzen DIELECTRIC CRANK , der Vakuumschaltröhre VACUUM TUBE elektrisch, beispielsweise wie dargestellt, mit Hilfe eines Relais RELAIS geschaltet. In the illustrated embodiment, the actuator is a bolt made of dielectric material DIELECTRIC CRANK, the vacuum interrupter VACUUM TUBE electrically, for example, as shown, connected by means of a relay RELAY.
Der Bolzen wird dabei in vorteilhafter Weise im dielektrischen Resonator geführt HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR, der hierfür im Ausführungsbeispiel, beispielsweise mittig eine Aussparung, insbesondere eine Bohrung aufweist. The bolt is guided in an advantageous manner in the dielectric resonator HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR, the for this purpose in the exemplary embodiment, for example, has a recess in the middle, in particular a bore.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, wel- ches sich lediglich von dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel unterscheidet, dass es einen metallischen Bolzen METALIC CRANK aufweist. FIG. 4 shows a further exemplary embodiment, which differs from the exemplary embodiment shown in FIG. 3 in that it has a metallic bolt METALIC CRANK.
Die im Folgenden diskutierten Vorteile und zum Bolzen dis- junkten Teile des Ausführungsbeispiels beziehen sich daher nicht allein auf dieses, sondern gelten auch für das in Figur 3 gezeigte Beispiel. The advantages discussed below and the bolt disjoint parts of the embodiment therefore do not relate solely to this, but also apply to the example shown in Figure 3.
Ein weiterer Vorteil beim gezeigten Ausführungsbeispiel, liegt darin dass der Resonator gleichzeitig isoliert, stabilisiert und die Übertragung der für den Schaltvorgang benötigten Leistung ermöglicht. Über diesen Resonator HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR kann ferner eventuell entstehende Wärme abgeleitet werden. A further advantage in the exemplary embodiment shown is that the resonator is simultaneously insulated, stabilized and enables the transmission of the power required for the switching operation. Furthermore, this heat sink HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR can dissipate any heat that may be generated.
Zu erkennen ist ferner ein Signalgenerator MICROWAVE SIGNAL GENERATOR, der mit einem Leistungsverstärker MICROWAVE POWER AMPLIFIER das benötigte HF-Leistungssignal (z.B. im Mikrowellen oder MHz-Bereich) erzeugt, welches dann am anderen Ende des dielektrischen Wellenleiters HIGH-DK DIELECTRI Also visible is a signal generator MICROWAVE SIGNAL GENERATOR, which uses a MICROWAVE POWER AMPLIFIER power amplifier to generate the required RF power signal (e.g., in the microwave or MHz range) which is then applied to the other end of the HIGH-DK DIELECTRI dielectric waveguide
CRESONATOR, mittels einer Gleichrichtereinrichtung MICROWAVE RECTIFIER gleichgerichtet und dem Relais RELAIS zugeführt wird . Dabei können als alternative Weiterbildungen für höhere HF- Leistungen mehrere Gleichrichter parallel betrieben werden. Der Gleichrichter kann aus einer oder mehreren Dioden bestehen. Bei den Dioden kann es sich um Schottky- oder andere Dioden oder aber um modifizierte Transistoren handeln. Den Halbleitern kann eine GaAs- GaN- oder sonstige Technologie zugrunde liegen. Der Gleichrichter kann ferner vorteilhaft weitergebildet werden in dem durch entsprechende schaltungstechnische Maßnahmen zwischengepuffert oder stabilisiert wird. Beispielsweise kann die Gleichstromleistung in einer Kapazität zwischengespei- chert und dann dem Betätiger, hier also dem Relais RELAIS, zum Betätigen des Vakuumschalters VACUUM TUBE zur Verfügung gestellt werden. CRESONATOR, rectified by means of a rectifier MICROWAVE RECTIFIER and fed to the relay RELAY. In this case, as alternative developments for higher RF power several rectifiers can be operated in parallel. The rectifier may consist of one or more diodes. The diodes may be Schottky or other diodes or may be modified transistors. The semiconductors may be based on GaAs GaN or other technology. The rectifier can also be further developed advantageous in which buffered by appropriate circuitry measures or stabilized. For example, the DC power can be stored temporarily in a capacitor and then made available to the actuator, in this case the RELAY relay, for actuating the vacuum switch VACUUM TUBE.
Beim dielekrischen Resonator HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR handelt es sich um einen Resonator hoher Güte (hoher Dielektrizitätskonstante „High-dk"), während eine metallische Platte LOW-DK BASE eine niedrige Dielektrizitätskonstante aufweist („Low-dk") . Das Gleiche gilt für die metallische Platte LOW-DK BASE gegenüberliegende Halterung LOW-DK SUSPENSION. Diese ist ebenfalls aus einem niedrige Permitivität aufweisenden Metall gefertigt . Das komplette Aggregat kann vergossen werden, was ein Vorteil gegenüber Schaltgestängen sein kann. Weitere Vorteile hierdurch können das Vermeiden von Überschlägen, eine klimatische Kapselung oder eine verbesserte Entwärmung sein. Innerhalb des Aggregats können eine oder mehrere Röhren parallel betrieben werden was beispielsweise zu wirtschaftlichen Vorteilen führen kann. Erleichtert wird der parallele oder serielle Betrieb durch die Möglichkeit, mit einfachen elektromechanischen Maßnahmen ein hohes Maß an Schaltsyn- chronität zu erzielen. Diese Schaltsynchronität kann dadurch erreicht werden, dass ein geeignetes Triggersignal über das hochfrequente die Energie übertragende Signal überlagert werden kann . Der Mechanische Betätiger oder andere Teile an der Schaltröhre oder der Gesamtanordnung können mit Sensoren ausgestattet sein, die relevante Betriebsinformationen messen. Die Information kann während der Leistungsübertragung gleichzeitig über den Resonator HIG-DK DIELECTRIC RESONATOR zurück übertragen werden . The dielectric resonator HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR is a high-quality resonator (high dielectric constant "High-dk"), while a metallic plate LOW-DK BASE has a low dielectric constant ("Low-dk"). The same applies to the metal plate LOW-DK BASE opposite holder LOW-DK SUSPENSION. This is also made of a low-permittivity metal. The complete unit can be potted, which can be an advantage over shift linkages. Further advantages hereby can be the avoidance of flashovers, climatic encapsulation or improved heat dissipation. Within the unit, one or more tubes can be operated in parallel, which can, for example, lead to economic advantages. Parallel or serial operation is facilitated by the possibility of achieving a high degree of switching synchronization with simple electromechanical measures. This switching synchronism can be achieved by superimposing a suitable trigger signal on the high-frequency energy-transmitting signal. The mechanical actuator or other parts on the interrupter or the overall assembly may be equipped with sensors that measure relevant operating information. The information can be transmitted simultaneously during power transmission via the resonator HIG-DK DIELECTRIC RESONATOR.
Ebenfalls denkbar sind andere Formen der Energiekonversion ohne Gleichrichter zum Betätigen des Schalters. Beispielsweise ist ein Betrieb vorstellbar, in dem die HF-Energie dazu verwendet wird ein Gasvolumen zu erwärmen. Dieses dehnt sich aufgrund der Erwärmung aus und treibt damit einen mit der Röhre verbundenen Kolben an. Dies ermöglicht einen langsamen Schaltvorgang. Anstatt des Gases ist außerdem der Einsatz von Wasser denkbar, welches durch die HF-Energie erwärmt wird, verdampft wird und so einen Kolben antreibt. Also conceivable are other forms of energy conversion without a rectifier for actuating the switch. For example, an operation is conceivable in which the RF energy is used to heat a volume of gas. This expands due to the heating and thus drives a piston connected to the tube. This allows a slow shift. In addition to the gas, the use of water is also conceivable, which is heated by the RF energy, is evaporated and thus drives a piston.

Claims

Patentansprüche claims
Anordnung zum Schalten einer Schaltstrecke (PORT 1, VACUUM TUBE, PORT 2) mittels eines Schaltgerätes Arrangement for switching a switching path (PORT 1, VACUUM TUBE, PORT 2) by means of a switching device
(VACUUM TUBE) , derart ausgestaltet, dass durch eine galvanisch getrennte Energieübertragung von Hochfrequenzenergie eine Aktorenergie für mindestens ein Schaltgerät (VACUUM TUBE) , insbesondere eine Vakuumschaltröhre, bereitgestellt wird, zur Energieübertragung das Schaltgerät (VACUUM TUBE) über einen dielektrischen Resonator (HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR) , mit der Hochfrequenzquelle (MICROWAVE SIGNAL GENERATOR) verbunden ist, wobei das Schaltgerät (VACUUM TUBE) der art ausgestaltet ist, dass es Mittel aufweist, die die übertragene Energie in Aktorenergie konvertieren.  (VACUUM TUBE), designed such that an actuator energy for at least one switching device (VACUUM TUBE), in particular a vacuum interrupter is provided by a galvanically isolated energy transfer of high frequency energy, for energy transfer, the switching device (VACUUM TUBE) via a dielectric resonator (HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR) is connected to the high-frequency source (MICROWAVE SIGNAL GENERATOR), wherein the switching device (VACUUM TUBE) is designed such that it has means that convert the transmitted energy into actuator energy.
2. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet dass, der dielektrische Resonator (HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR) als dielektrischer Resonator ho- her Güte, insbesondere aufgrund hoher 2. Arrangement according to the preceding claim, characterized in that, the dielectric resonator (HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR) as a dielectric resonator high quality, in particular due to high
Dielektrizitätskonste, ausgeführt ist.  Dielectricity, is executed.
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Resonator (HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR) als Scheibe ausgestaltet und auf Seiten des Schalthebels des Schaltgeräts, insbesondere Bolzen (METAL CRANK, DIELECTRIC CRANK) der Vakuumröhre (VACUUM TUBE) , derart angeordnet und ausgeformt ist, dass er die Bewegung des Schalthebels füh- rend. stabilisiert. 3. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the dielectric resonator (HIGH-DK DIELECTRIC RESONATOR) designed as a disc and on the side of the switching lever of the switching device, in particular bolts (METAL CRANK, DIELECTRIC CRANK) of the vacuum tube (VACUUM TUBE), is arranged and shaped such that it guides the movement of the shift lever. stabilized.
4. Anordnung nach dem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalthebel (METAL CRANK) aus Metall oder dielektrischen Material 4. Arrangement according to the preceding claims, characterized in that the shift lever (METAL CRANK) made of metal or dielectric material
(DIELECTRIC CRANK) gebildet ist.  (DIELECTRIC CRANK) is formed.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Arrangement according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Konvertierungsmittel (MICROWAVE RECTIFIER) als mindestens eine Gleichrichteranordnung ausgestaltet sind . characterized, the conversion means (MICROWAVE RECTIFIER) are designed as at least one rectifier arrangement.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. Arrangement according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Energieübertragung als Aktoren elektrisch betriebene Schalter (RELAIS) , insbesondere Relaisschalter, nachgeschaltet sind.  that the power transmission as actuators electrically operated switch (RELAIS), in particular relay switch, are connected downstream.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 5, 7. Arrangement according to one of claims 4 to 5,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Konvertierungsmittel (MICROWAVE RECTIFIER) aus zumindest zwei parallelen Gleichrichteranordnungen ge- bildet werden.  the conversion means (MICROWAVE RECTIFIER) are formed from at least two parallel rectifier arrangements.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, Arrangement according to one of claims 2 to 6,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Resonator (HIGH-DK DIELECTIRC RESONATOR) aus einem festem dielektrischen Material aus Aluminiumoxid oder einem anderen dielektrischem Material mit hohem 8r besteht, wie beispielsweise Titandioxid, Zirkonium, Siliciumcarbid . 9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,  that the resonator (HIGH-DK DIELECTIRC RESONATOR) consists of a solid dielectric material of alumina or other high-8r dielectric material, such as titanium dioxide, zirconium, silicon carbide. 9. Arrangement according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zumindest Teile der Elemente der Schaltanordnung mit Sensoren versehen ist. 10. erfahren zum Schalten einer Schaltstrecke (PORT 1, in that at least parts of the elements of the switching arrangement are provided with sensors. 10. learn to switch a switching path (PORT 1,
VACUUM TUBE, PORT 2) mittels eines Schaltgeräts, derart ausgestaltet, VACUUM TUBE, PORT 2) by means of a switching device, designed in such a way,
dass durch eine Energieübertragung von Hochfrequenzenergie eine Aktorenergie für mindestens ein Schaltge- rät, insbesondere eine Vakuumschaltröhre, bereitgestellt wird.  that an energy of an RF energy transmission for at least one Schaltge-, in particular a vacuum interrupter, is provided by an energy transfer of high-frequency energy.
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