EP3743933A1 - Schaltelement für stufenschalter und stufenschalter - Google Patents

Schaltelement für stufenschalter und stufenschalter

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EP3743933A1
EP3743933A1 EP18780063.6A EP18780063A EP3743933A1 EP 3743933 A1 EP3743933 A1 EP 3743933A1 EP 18780063 A EP18780063 A EP 18780063A EP 3743933 A1 EP3743933 A1 EP 3743933A1
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EP
European Patent Office
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switching element
guide device
housing
movable contact
plunger
Prior art date
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Granted
Application number
EP18780063.6A
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English (en)
French (fr)
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EP3743933B1 (de
Inventor
Stefan Herold
Klaus HÖPFL
Eduard Schmidt
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.)
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
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Publication date
Application filed by Maschinenfabrik Reinhausen GmbH, Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG filed Critical Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Publication of EP3743933A1 publication Critical patent/EP3743933A1/de
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Publication of EP3743933B1 publication Critical patent/EP3743933B1/de
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
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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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    • H01H33/666—Operating 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
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H01H33/66238—Specific bellows details
    • H01H2033/66246—Details relating to the guiding of the contact rod in vacuum switch belows

Definitions

  • the invention relates to a switching element for a tap changer for switching between different taps of a transformer and a tap changer with such a switching element.
  • vacuum interrupters in switching elements of on-load tap-changers, in particular on-load tap changers (OLTC), for interrupting current-carrying connections.
  • Such vacuum interrupters have a fixed and a movable contact.
  • the movable contact is connected to a plunger, which is moved axially to the latter when the vacuum interrupter is actuated.
  • a misalignment or an offset of the movable contact with respect to the fixed contact can reduce the dielectric strength of the vacuum interrupter in the open state.
  • the maximum switchable current with the vacuum interrupter can not be fully utilized and the vacuum interrupter may need to be oversized.
  • the improved concept is based on the idea of equipping the vacuum interrupter with a guide device, which moves with the actuation of the movable contact and can be supported in a partial area on a housing of the vacuum interrupter and moves it away.
  • a bearing block is formed on the subregion of the guide device and the housing, which ensures reliable guidance of the movable contact and the associated movable plunger.
  • a switch element for a tap changer which comprises a vacuum interrupter, an actuating device and a guide device.
  • the vacuum interrupter comprises a movable contact, an electrically conductive plunger connected to the movable contact and a housing. housing.
  • the movable contact is arranged inside the housing.
  • the actuating device is designed for actuating the plunger, in particular for the axial movement of the plunger, and thus for actuating the movable contact.
  • the guide device is arranged outside, in particular completely outside, of the housing and fastened to the actuating device. Therefore, the guide device is moved when the movable contact is actuated by the actuating device, in particular moves axially with it.
  • the guide device surrounds the housing at least partially. At least a portion of the guide device abuts the housing, in particular the outside of the housing.
  • the guide device can be supported by the partial region on the housing in order to counteract tilting of the actuating device or of the tappet and of the movable contact.
  • the partial region moves along the housing or slides along the housing.
  • the guide device therefore serves to guide the plunger and the movable contact during their actuation.
  • the phrase "is applied to the housing" also includes a technically conditioned game between the portion of the guide device and the housing, as will be readily apparent to those skilled in the art.
  • the maximum permissible clearance is defined by the maximum permissible tilt according to the specific requirements in the individual case. For example, the maximum allowable clearance may be less than or equal to 1mm.
  • Axial here refers to the axial direction of the vacuum interrupter or the housing, which is for example at least partially cylindrical or substantially cylindrical.
  • the partial region has a plurality of, in particular concentrically arranged, sections.
  • the guiding device has several, in particular special axially extending, struts on. End regions of the struts form the sections of the subregion.
  • the vacuum interrupter has an external bellows, in particular a bellows, which seals off the interior of the housing.
  • the bellows can be designed, for example, as a metal bellows or steel bellows.
  • Vacuum interrupters with external bellows regularly have no integrated guide for the plunger, for example, in the interior of the bellows. For this reason, the improved concept of using vacuum interrupters with external bellows has a particularly advantageous effect by improving the guidance.
  • the bellows for sealing is airtight connected to the plunger and the housing, for example soldered.
  • the guide device surrounds the bellows, in particular a further subregion of the guide device surrounds the bellows. This protects the bellows against external mechanical impact.
  • the guide device therefore advantageously serves at the same time the leadership and the protection of the bellows.
  • Damage to the bellows can reduce the life of the vacuum interrupter or, for example, in the event of a leak, destroy it.
  • the additional protection of the bellows is advantageous because otherwise the bellows would be freely accessible.
  • the further partial area surrounds the bellows completely or substantially completely.
  • Essentially completely means that the subarea may have openings, for example, but they are small enough to ensure reliable protection of the bellows.
  • the size of acceptable apertures depends on the specific application and can be in the range of 3 to 5 mm, for example, in the order of magnitude of the vacuum interrupter that is customary for use in tap changers.
  • the actuating device comprises a bolt, which is connected to the plunger and is arranged coaxially therewith. Bolt and plunger therefore move together in the axial direction.
  • the actuating device comprises a La gerbock, which forms a bearing point for the bolt and guides the bolt during actuation. In particular, the bolt is guided through a tubular part of the bearing block.
  • two bearings are formed, said in the bearing block and the above-mentioned bearing point in the contact area of the guide device and housing of the vacuum interrupter. Due to the two bearing points, a particularly reliable guidance of the bolt, the plunger and the movable contact is achieved. Particularly advantageous embodiments are those in which the support distance, ie the distance between the two bearing points, is as large as possible.
  • the vacuum interrupter in particular the housing, comprises a switching chamber, within which the movable contact is arranged, and an insulating body, which is arranged between interrupter chamber and bellows.
  • the contact area of the guide device and housing and thus the second bearing point is then, for example, at the level of the switching chamber. This achieves a high support distance.
  • the actuating device comprises an actuating lever which is connected to the bolt for actuating the bolt and the plunger.
  • the guide device has a first opening Publ for receiving the actuating device, in particular of the bolt or the plunger, and a second opening for receiving the housing.
  • the Publ openings are, for example, circular or substantially circular and lie at opposite axial ends of the guide device.
  • the bellows is arranged, for example, on the side of the housing facing the bolt and is therefore located completely inside the guide device.
  • the guide device has an electrically conductive insert or an electrically conductive sleeve, which is electrically connected to the plunger and is arranged, for example, in the first opening.
  • the insert and the plunger are each in contact with the end face and are thereby electrically connected.
  • the insert includes brass, a brass alloy, copper, or a copper alloy.
  • the guide device is attached to the plunger and / or the bolt.
  • the guide device may be connected to the actuating device in that the guide device, in particular the insert, is clamped between the pin and the plunger.
  • the switching element has a connection contact, for example a connection plate, a connection wire or a connection strand, which is electrically connected to the insert.
  • connection contact serves for electrical connection of the movable contact with a further component of the tap changer.
  • the movable contact may, for example, be a switching contact (main switching contact) or a resistance contact (English: transition contact).
  • switching contact main switching contact
  • resistance contact English: transition contact
  • the guide device and / or the partial region, which is in contact with the housing of the vacuum interrupter are designed to be rotationally symmetric or substantially rotationally symmetrical. This avoids that a net force is exerted by the guide device on the vacuum interrupter.
  • rotationally symmetric should be understood to include both discrete rotational symmetries and continuous rotational symmetry, ie rotational symmetry.
  • a tap-changer in particular an on-load tap-changer, is also specified, which comprises at least one switching element according to the improved concept.
  • the tap changer is designed as a high-resistance switch (English: res i-type OLTC or high-speed resistor type OLTC) or as a reactor type switch (OLTC).
  • the tap changer includes a diverter switch, which converts the switching element. or a load selector (selector switch), which comprises the switching element.
  • the movable contact serves as a switching contact or as a resistance contact of the tap changer.
  • a plurality of, preferably all, switching contacts and / or a plurality, preferably all, resistance contacts are each embodied with a switching element according to the improved concept.
  • FIG. 1 shows a perspective view of an exemplary embodiment of a switching element according to the improved concept
  • Figure 2 is another perspective view of the switching element of Figure 1;
  • Figure 3 is a longitudinal sectional view of the switching element of Figure 1;
  • 4 shows a perspective view of an exemplary embodiment of a guide device for a switching element according to the improved concept;
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the guide device from FIG. 4.
  • FIGS. 1, 2 and 3 show perspective views and a longitudinal sectional view of an exemplary embodiment of a switching element according to the improved concept. With the exception that the guide device F is not shown in FIG. 2, FIGS. 1 and 2 are identical.
  • the switching element comprises a vacuum interrupter V with a housing.
  • the housing has a switching chamber S, for example, has a partially circular cylindrical outer wall and at least partially made of metal.
  • the housing also has an insulating body IK which is substantially formed as a tubular portion having an annular cross-section and at least partially made of an electrically insulating material, for example a ceramic material.
  • the insulating body IK is placed on the switching chamber S and connected thereto.
  • the vacuum interrupter V has a contact K1 axially movable with respect to the vacuum scarf tube V, a stationary contact K2, and a movable ram ST connected to the movable contact K1.
  • the contacts K1, K2 are arranged in the switching chamber S.
  • the vacuum interrupter V has an outer bellows B, for example a steel bellows, which is placed on the insulator IK and connected to the insulator IK, in particular airtight.
  • the plunger ST extends from outside the housing through the bellows B into the switching chamber S.
  • the bellows B is also hermetically connected to the plunger ST.
  • the vacuum switch-over tube By actuation of the plunger ST and thus of the movable contact K1, the vacuum switch-over tube can be opened and closed.
  • the bellows B is stretched or compressed.
  • the exemplary switching element has a bolt BZ, which is ver affiliated with the plunger ST and is coaxial with this oriented.
  • the bolt BZ can be actuated by means of an actuating lever H (not shown in FIG. 3), which is embodied here by way of example as an angle lever.
  • the switching element shown has, for example, a bearing block L (not shown in FIG. 3) with a tubular guide bearing FL, through which the bolt BZ is led from the vacuum interrupter V to the actuating lever H.
  • the bearing block L can be attached to another component of the tap changer, such as a frame or frame.
  • the switching element also has a guide device F, which is formed for example as a cage and the vacuum interrupter V partially encloses, in particular completely surrounds the bellows B.
  • the guide device F is connected to the vacuum tube V, for example.
  • the guide device F is shown separately in FIGS. 4 and 5.
  • the guide device F has a first opening 01 in which, for example, an electrically conductive insert E is arranged.
  • the insert E is essentially tubular or designed as a sleeve.
  • the opening 01 receives the bolt BZ, in particular, the bolt BZ is guided by the insert E.
  • the bolt BZ is attached to the guide device F, so that the guide device F is moved back and forth upon actuation of the bolt.
  • the insert E, and thus the guide device F be clamped between the bolt BZ and plunger ST.
  • the bolt BZ may be connected to the insert E.
  • the guide device F with the exception of the insert E and optionally components for fastening the insert E in the opening 01, made of electrically insulating material, for example a plastic, and may be integrally formed.
  • the insert E is electrically connected to a terminal contact AK of the switching element and to the tappet ST.
  • the guide device F For receiving the housing, in particular the switching chamber S, the guide device F has a second opening 02 opposite to the first opening 01.
  • the guide device F has a plurality of concentrically arranged fingers or struts Fl, which for example near the second opening 02 are interconnected by means of an annular component R.
  • a first bearing is formed by the guide bearing FL, a second by the voltage applied to the switching chamber S portion of the guide device F.
  • the two bearing points (under technically predetermined boundary conditions) may be as far apart as possible, so that a particularly reliable guidance is achieved.
  • a switching element or a tap changer due to the improved guidance of the actuating device and of the movable contact of the vacuum interrupter, misalignment and offset of the movable contact are prevented or minimized.
  • a misalignment is prevented by correspondingly oblique installation of the vacuum interrupter during assembly of the tap-changer. An adverse reduction of the dielectric strength is thus prevented.
  • tensions of the vacuum interrupter are avoided.
  • a mechanical wear of the vacuum interrupter and the actuating device can be reduced. If vacuum interrupters with an external bellows are used, the guide device also protects the bellows against mechanical damage and overstress.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Ein Schaltelement für einen Stufenschalter umfasst eine Vakuumschaltröhre (V), eine Betätigungsvorrichtung und eine Führungsvorrichtung (F). Die Vakuumschaltröhre (V) umfasst einen beweglichen Kontakt (K1), einen mit dem beweglichen Kontakt (K1) verbundenen Stößel (ST) und ein Gehäuse. Der bewegliche Kontakt (K1) ist im Inneren des Gehäuses angeordnet. Die Betätigungsvorrichtung ist zur Betätigung des Stößels (ST) ausgebildet. Die Führungsvorrichtung (F) ist außerhalb des Gehäuses angeordnet und an der Betätigungsvorrichtung befestigt. Die Führungsvorrichtung (F) umgibt das Gehäuse wenigstens zum Teil. Wenigstens ein Teilbereich der Führungsvorrichtung (F) liegt an dem Gehäuse an.

Description

SCHALTELEMENT FÜR STUFENSCHALTER UND STUFENSCHALTER
Die Erfindung betrifft ein Schaltelement für einen Stufenschalter zum Umschalten zwi- schen verschiedenen Anzapfungen eines Transformators sowie einen Stufenschalter mit einem solchen Schaltelement.
Die Verwendung von Vakuumschaltröhren in Schaltelementen von Stufenschaltern, insbe- sondere Laststufenschaltern (englisch: on-load tap changer, OLTC), zur Unterbrechung von stromführenden Verbindungen ist bekannt. Solche Vakuumschaltröhren weisen einen festen und einen beweglichen Kontakt auf. Der bewegliche Kontakt ist mit einem Stößel verbunden, der bei Betätigung der Vakuumschaltröhre axial zu dieser bewegt wird. Eine Schiefstellung oder ein Versatz des beweglichen Kontakts bezüglich des festen Kontakts kann die dielektrische Festigkeit der Vakuumschaltröhre im geöffneten Zustand reduzie- ren. Dadurch kann der mit der Vakuumschaltröhre maximal schaltbare Strom nicht voll ausgenutzt werden und die Vakuumschaltröhre muss gegebenenfalls überdimensioniert werden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept für ein Schaltelement eines Stufenschalters anzugeben, durch welches der sichere Betrieb des Stufenschalters bei höheren Strömen ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, die Vakuumschaltröhre mit einer Führungs- Vorrichtung auszustatten, die sich bei einer Betätigung des beweglichen Kontakts mitbe- wegt und sich in einem Teilbereich an einem Gehäuse der Vakuumschaltröhre abstützen kann und dieses abfährt.
Dadurch wird an dem Teilbereich der Führungsvorrichtung und dem Gehäuse eine Lager- steile gebildet, welche eine zuverlässige Führung des beweglichen Kontakts und dem da- mit verbundenen beweglichen Stößel gewährleistet.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein Schaltelement für einen Stufenschalter ange- geben, welches eine Vakuumschaltröhre, eine Betätigungsvorrichtung und eine Führungs- Vorrichtung umfasst. Die Vakuumschaltröhre umfasst einen beweglichen Kontakt, einen mit dem beweglichen Kontakt verbundenen, elektrisch leitfähigen Stößel und ein Ge- häuse. Der bewegliche Kontakt ist im Inneren des Gehäuses angeordnet. Die Betäti- gungsvorrichtung ist zur Betätigung des Stößels, insbesondere zur axialen Bewegung des Stößels, und damit zur Betätigung des beweglichen Kontakts ausgebildet.
Die Führungsvorrichtung ist außerhalb, insbesondere vollständig außerhalb, des Gehäu- ses angeordnet und an der Betätigungsvorrichtung befestigt. Daher wird die Führungsvor- richtung bei einer Betätigung des beweglichen Kontakts durch die Betätigungsvorrichtung mitbewegt, insbesondere axial mitbewegt. Die Führungsvorrichtung umgibt das Gehäuse wenigstens zum Teil. Wenigstens ein Teilbereich der Führungsvorrichtung liegt an dem Gehäuse, insbesondere der Außenseite des Gehäuses, an.
Dadurch, dass der Teilbereich an dem Gehäuse anliegt, kann sich die Führungsvorrich- tung mit dem Teilbereich an dem Gehäuse abstützen um einer Verkippung der Betäti- gungseinrichtung beziehungsweise des Stößels und des beweglichen Kontakts entgegen- zuwirken. Der Teilbereich wird bei der Betätigung des beweglichen Kontakts durch die Be- tätigungsvorrichtung an dem Gehäuse entlangbewegt beziehungsweise gleitet an dem Gehäuse entlang. Die Führungsvorrichtung dient daher zur Führung des Stößels und des beweglichen Kontakts bei deren Betätigung.
Die Formulierung„liegt an dem Gehäuse an“ schließt auch ein technisch bedingtes Spiel zwischen dem Teilbereich der Führungsvorrichtung und dem Gehäuse ein, wie sich für den Fachmann ohne Weiteres erschließt. Das maximal zulässige Spiel ist definiert durch die maximal zulässige Verkippung gemäß den konkreten Anforderungen im Einzelfall. Beispielsweise kann das maximal zulässige Spiel kleiner oder gleich 1 mm sein.
„Axial“ bezieht sich hier auf die axiale Richtung der Vakuumschaltröhre beziehungsweise des Gehäuses, welches beispielsweise wenigstens teilweise zylindrisch oder im Wesentli- chen zylindrisch ausgebildet ist.
Durch die Führung des Stößels und damit des beweglichen Kontakts werden eine Schief- stellung und ein Versatz des beweglichen Kontakts bezüglich eines festen Kontakts der Vakuumschaltröhre verhindert. Es kommt daher nicht zu einer Reduzierung des Schalt- leistung des Stufenschalters durch das Schaltelement.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform weist der Teilbereich mehrere, insbesondere konzentrisch angeordnete, Abschnitte auf.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform weist die Führungsvorrichtung mehrere, insbe- sondere axial verlaufende, Streben auf. Endbereiche der Streben bilden dabei die Ab- schnitte des Teilbereichs.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform weist die Vakuumschaltröhre einen außenlie- genden Balg auf, insbesondere einen Federbalg, welcher das Innere des Gehäuses ab- dichtet. Der Balg kann beispielsweise als Metallbalg oder Stahlbalg ausgeführt sein.
Außenliegend bedeutet in diesem Zusammenhang, dass kein Gehäuseteil der Vakuum- schaltröhre um den Balg herum angeordnet ist. Vakuumschaltröhren mit außenliegendem Balg weisen regelmäßig keine integrierte Führung für den Stößel auf, beispielsweise im Inneren des Balgs. Aus diesem Grund wirkt sich das verbesserte Konzept bei der Ver- wendung von Vakuumschaltröhren mit außenliegendem Balg besonders vorteilhaft aus, indem die Führung verbessert wird.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Balg zur Abdichtung luftdicht mit dem Stößel und dem Gehäuse verbunden, beispielsweise verlötet.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform umgibt die Führungsvorrichtung den Balg, ins- besondere umläuft ein weiterer Teilbereich der Führungsvorrichtung den Balg. Dadurch wird der Balg vor äußerer mechanischer Einwirkung schützt. Die Führungsvorrichtung dient daher vorteilhaft gleichzeitig der Führung und dem Schutz des Balgs.
Beschädigungen des Balgs können die Lebensdauer der Vakuumschaltröhre verringern oder, zum Beispiel im Falle einer Undichtigkeit, zerstören. Besonders bei Vakuumröhren mit außenliegendem Balg ist der zusätzliche Schutz des Balgs vorteilhaft, da der Balg an- sonsten frei zugänglich wäre.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umgibt der weitere Teilbereich den Balg voll- ständig oder im Wesentlichen vollständig. Im Wesentlichen vollständig bedeutet dabei, dass der Teilbereich zwar beispielsweise Öffnungen aufweisen kann, diese aber klein ge- nug sind um einen zuverlässigen Schutz des Balgs zu gewährleisten. Die Größe akzep- tabler Öffnungen hängt dabei vom konkreten Anwendungsfall ab und kann bei für den Einsatz in Stufenschaltern üblichen Größenordnungen der Vakuumschaltröhre beispiels- weise im Bereich von 3 bis 5mm liegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Betätigungsvorrichtung einen Bol- zen, der mit dem Stößel verbunden ist und mit diesem koaxial angeordnet ist. Bolzen und Stößel bewegen sich daher gemeinsam in axialer Richtung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Betätigungsvorrichtung einen La gerbock, der eine Lagerstelle für den Bolzen bildet und den Bolzen bei der Betätigung führt. Insbesondere ist der Bolzen durch einen rohrförmigen Teil des Lagerbocks hin- durchgeführt.
Dadurch werden zwei Lagerstellen gebildet, die genannte im Lagerbock sowie die weiter oben genannte Lagerstelle im Kontaktbereich von Führungsvorrichtung und Gehäuse der Vakuumschaltröhre. Durch die beiden Lagerstellen wird eine besonders zuverlässige Füh- rung des Bolzens, des Stößels und des beweglichen Kontakts erreicht. Besonders vorteil- haft sind Ausgestaltungen, bei denen der Stützabstand, also der Abstand zwischen den beiden Lagerstellen, möglichst groß ist.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform umfasst die Vakuumschaltröhre, insbesondere das Gehäuse, eine Schaltkammer, innerhalb welcher der bewegliche Kontakt angeordnet ist und einen Isolierkörper, welcher zwischen Schaltkammer und Balg angeordnet ist. Der Kontaktbereich von Führungsvorrichtung und Gehäuse und damit die zweite Lagerstelle ist dann beispielsweise auf Höhe der Schaltkammer. Dadurch wird ein hoher Stützab- stand erzielt.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform umfasst die Betätigungsvorrichtung einen Be- tätigungshebel, der mit dem Bolzen zur Betätigung des Bolzens und des Stößels verbun- den ist.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform weist die Führungsvorrichtung eine erste Öff nung zur Aufnahme der Betätigungsvorrichtung auf, insbesondere des Bolzens oder des Stößels, sowie eine zweite Öffnung zur Aufnahme des Gehäuses. Dadurch kann die Füh- rungsvorrichtung gewissermaßen auf die Vakuumschaltröhre aufgesteckt werden. Die Öff nungen sind beispielsweise kreisförmig oder im Wesentlichen kreisförmig und liegen an entgegengesetzten axialen Enden der Führungsvorrichtung.
Der Balg ist beispielsweise an der dem Bolzen zugewandten Seite des Gehäuses ange- ordnet und befindet sich daher vollständig innerhalb der Führungsvorrichtung.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform weist die Führungsvorrichtung einen elektrisch leitfähigen Einsatz oder eine elektrisch leitfähige Hülse auf, welcher mit dem Stößel elektrisch verbunden ist und beispielsweise in der ersten Öffnung angeordnet ist. Insbe- sondere stehen der Einsatz und der Stößel jeweils stirnseitig in Kontakt und sind dadurch elektrisch verbunden. Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet der Einsatz Messing, eine Messin- glegierung, Kupfer oder eine Kupferlegierung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Führungsvorrichtung an dem Stößel und/oder dem Bolzen befestigt. Alternativ oder zusätzlich kann die Führungsvorrichtung dadurch mit der Betätigungsvorrichtung verbunden sein, dass die Führungsvorrichtung, insbesondere der Einsatz, zwischen Bolzen und Stößel festgeklemmt ist.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform weist das Schaltelement einen Anschlusskon- takt auf, beispielsweise ein Anschlussblech, einen Anschlussdraht oder eine Anschluss- litze, welcher mit dem Einsatz elektrisch verbunden ist.
Der Anschlusskontakt dient zur elektrischen Verbindung des beweglichen Kontakts mit ei- ner weiteren Komponente des Stufenschalters. Der bewegliche Kontakt kann beispiels- weise ein Schaltkontakt (englisch: main switching contact) oder ein Widerstandskontakt (englisch: transition contact) sein. Diesbezüglich wird auf die fachübliche Nomenklatur ge- mäß IEC 60214-1 :2014 beziehungsweise DIN EN 60214-1 :2014 verwiesen.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Führungsvorrichtung und/oder der Teil- bereich, welcher mit dem Gehäuse der Vakuumschaltröhre in Kontakt steht, drehsymmet- risch oder im Wesentlichen drehsymmetrisch ausgebildet. Dadurch wird vermieden, dass durch die Führungsvorrichtung eine resultierende Nettokraft auf die Vakuumschaltröhre ausgeübt wird.
Der Begriff„drehsymmetrisch“ ist dabei so zu verstehen, dass er sowohl diskrete Dreh- symmetrien als auch kontinuierliche Drehsymmetrie, also Rotationssymmetrie, ein- schließt.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird außerdem ein Stufenschalter, insbesondere ein Laststufenschalter, angegeben, welcher wenigstens ein Schaltelement gemäß dem ver- besserten Konzept umfasst.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Stufenschalter als Widerstandsschnell- schalter (englisch: res i stör type OLTC oder high-speed resistor type OLTC) oder als Re- aktorschalter (englisch: reactor type OLTC) ausgebildet.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform des Stufenschalters beinhaltet der Stufen- schalter einen Lastumschalter (englisch: diverter switch), welcher das Schaltelement um- fasst, oder einen Lastwähler (englisch: selector switch), welcher das Schaltelement um- fasst.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform des Stufenschalters dient der bewegliche Kon- takt als Schaltkontakt oder als Widerstandskontakt des Stufenschalters.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform des Stufenschalters sind mehrere, vorzugs- weise alle, Schaltkontakte und/oder mehrere, vorzugsweise alle, Widerstandskontakte mit jeweils einem Schaltelement gemäß dem verbesserten Konzept ausgeführt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt. Komponenten, die funktionell identisch sind oder ei- nen identischen Effekt haben, können mit identischen Bezugszeichen versehen sein. Identische Komponenten oder Komponenten mit identischer Funktion sind unter Umstän- den nur bezüglich der Figur erklärt, in der sie zuerst erscheinen. Die Erklärung wird nicht notwendigerweise in den darauffolgenden Figuren wiederholt.
Es zeigen Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften Ausführungs- form eines Schaltelements gemäß dem verbesserten Konzept;
Figur 2 eine weitere perspektivische Ansicht des Schaltelements aus Figur 1 ; Figur 3 eine Längsschnittdarstellung des Schaltelements aus Figur 1 ; Figur 4 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Führungsvorrichtung für ein Schaltelement gemäß dem verbes- serten Konzept; und
Figur 5 eine Längsschnittdarstellung der Führungsvorrichtung aus Figur 4.
Figuren 1 , 2 und 3 zeigen perspektivische Darstellungen sowie eine Längsschnittdarstel- lung einer beispielhaften Ausführungsform eines Schaltelements gemäß dem verbesser- ten Konzept. Mit der Ausnahme, dass die Führungsvorrichtung F in Figur 2 nicht gezeigt ist, sind Figuren 1 und 2 identisch.
Das Schaltelement umfasst eine Vakuumschaltröhre V mit einem Gehäuse. Das Gehäuse besitzt eine Schaltkammer S, die beispielsweise eine teilweise kreiszylindrische Außen- wand aufweist und wenigstens teilweise aus Metall bestehen kann. Das Gehäuse weist außerdem einen Isolierkörper IK auf, der im Wesentlichen als rohrförmiger Abschnitt mit ringförmigem Querschnitt ausgebildet ist und wenigstens teilweise aus einem elektrisch isolierenden Material, zum Beispiel einem Keramikmaterial, besteht. Der Isolierkörper IK ist auf die Schaltkammer S aufgesetzt und mit dieser verbunden.
Die Vakuumschaltröhre V weist einen axial zur Vakuumschalröhre V beweglichen Kontakt K1 , einen unbeweglichen Kontakt K2, sowie einen beweglichen Stößel ST, welcher mit dem beweglichen Kontakt K1 verbunden ist, auf. Die Kontakte K1 , K2 sind in der Schalt- kammer S angeordnet.
Des Weiteren weist die Vakuumschaltröhre V einen außenliegenden Balg B auf, beispiels- weise einen Stahlbalg, der auf den Isolierkörper IK aufgesetzt und mit dem Isolierkörper IK verbunden ist, insbesondere luftdicht. Der Stößel ST verläuft von außerhalb des Ge- häuses durch den Balg B hindurch in die Schaltkammer S. Der Balg B ist auch mit dem Stößel ST luftdicht verbunden.
Durch Betätigung des Stößels ST und damit des beweglichen Kontakts K1 kann die Vaku- umschaltröhre geöffnet und geschlossen werden. Der Balg B wird dabei gestreckt bezie- hungsweise gestaucht.
Das beispielhafte Schaltelement besitzt einen Bolzen BZ, welcher mit dem Stößel ST ver bunden ist und koaxial zu diesem orientiert ist. Der Bolzen BZ kann mittels eines Betäti- gungshebels H (in Figur 3 nicht gezeigt), der hier beispielhaft als Winkelhebel ausgebildet ist, betätigt werden.
Das gezeigte Schaltelement weist zum Beispiel einen Lagerbock L (in Figur 3 nicht ge- zeigt) mit einem rohrförmigen Führungslager FL auf, durch welches der Bolzen BZ von der Vakuumschaltröhre V zu dem Betätigungshebel H geführt ist. Der Lagerbock L kann an einer weiteren Komponente des Stufenschalters, beispielsweise einem Rahmen oder Gestell, befestigt werden.
Die genaue Ausgestaltung der Betätigungsvorrichtung, insbesondere des Bolzens BZ, des Betätigungshebels H und des Lagerbocks L, ist abhängig von der jeweiligen Ausge- staltung des Stufenschalters in dem das Schaltelement eingesetzt werden soll.
Das Schaltelement besitzt außerdem eine Führungsvorrichtung F, die beispielsweise als Käfig ausgebildet ist und die Vakuumschaltröhre V teilweise einschließt, insbesondere den Balg B vollständig umgibt. Die Führungsvorrichtung F ist beispielsweise auf die Vaku- um röhre V gesteckt. Die Führungsvorrichtung F ist in Figuren 4 und 5 separat gezeigt.
Die Führungsvorrichtung F besitzt eine erste Öffnung 01 in welcher beispielsweise ein elektrisch leitfähiger Einsatz E angeordnet ist. Der Einsatz E ist im Wesentlichen rohrför- mig oder als Hülse ausgeführt. Die Öffnung 01 nimmt den Bolzen BZ auf, insbesondere ist der Bolzen BZ durch den Einsatz E geführt. Der Bolzen BZ ist an der Führungsvorrich- tung F befestigt, so dass die Führungsvorrichtung F bei einer Betätigung des Bolzens hin und her mitbewegt wird. Dazu kann der Einsatz E, und damit die Führungsvorrichtung F, zwischen Bolzen BZ und Stößel ST festgeklemmt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Bolzen BZ mit dem Einsatz E verbunden sein.
Die Führungsvorrichtung F besteht, mit Ausnahme des Einsatzes E und gegebenenfalls Komponenten zur Befestigung des Einsatzes E in der Öffnung 01 , aus elektrisch isolie- rendem Material, beispielsweise einem Kunststoff, und kann einstückig ausgebildet sein.
Der Einsatz E ist mit einem Anschlusskontakt AK des Schaltelements sowie mit dem Stö- ßel ST elektrisch verbunden.
Zur Aufnahme des Gehäuses, insbesondere der Schaltkammer S, besitzt die Führungs- Vorrichtung F eine zweite Öffnung 02 gegenüberliegend zur ersten Öffnung 01. In der ge- zeigten beispielhaften Ausführungsform weist die Führungsvorrichtung F mehrere kon- zentrisch angeordnete Finger oder Streben Fl auf, welche beispielsweise nahe der zwei- ten Öffnung 02 mittels einer ringförmigen Komponente R miteinander verbunden sind.
Die ringförmige Komponente R und/oder Endbereiche der Finger oder Streben Fl, insbe- sondere um die zweite Öffnung 02 herum angeordnete Endbereiche, bilden einen Teilbe- reich der Führungsvorrichtung F, der an der Schaltkammer S anliegt.
Bei Betätigung der Vakuumschaltröhre V mittels Betätigungshebel H, Bolzen BZ, Stößel ST sowie Kontakt K1 bewegt sich die Führungsvorrichtung F mit. Da der Teilbereich an der Schaltkammer S anliegt, kann sich die Führungsvorrichtung F dabei an der Außen- wand der Schaltkammer S abstützen und fährt diese zum T eil ab. Einer Verkippung von Bolzen BZ, Stößel ST oder beweglichem Kontakt K1 wird so entgegengewirkt bezie- hungsweise vorgebeugt.
Dadurch werden zwei Lagerstellen realisiert. Eine erste Lagerstelle wird gebildet durch das Führungslager FL, eine zweite durch den an der Schaltkammer S anliegenden Teilbe- reich der Führungsvorrichtung F. Dadurch wird eine wesentlich verbesserte Führung von Bolzen BZ, Stößel ST und Kontakt K1 erzielt als dies ohne die Führungsvorrichtung F der Fall wäre, da in letzterem Fall nur eine einzige Lagerstelle, nämlich im Führungslager FL gegeben wäre. Vorteilhaft können die beiden Lagerstellen (unter technisch vorgegebenen Randbedingungen) möglichst weit auseinanderliegen, so dass eine besonders zuverläs- sige Führung erzielt wird.
Mit einem Schaltelement beziehungsweise einem Stufenschalter gemäß dem verbesser- ten Konzept werden aufgrund der verbesserten Führung der Betätigungsvorrichtung und des beweglichen Kontakts der Vakuumschaltröhre Schiefstellung und Versatz des beweg- lichen Kontakts verhindert beziehungsweise minimiert. Zudem wird eine Schiefstellung durch entsprechend schiefen Einbau der Vakuumschaltröhre bei der Montage des Stufen- schalters verhindert. Eine nachteilige Reduktion der dielektrischen Festigkeit wird somit verhindert. Durch die Vermeidung des schiefen Einbaus der Vakuumschaltröhre wird auch erreicht, dass Verspannungen der Vakuumschaltröhre vermieden werden. Außerdem kann ein mechanischer Verschleiß der Vakuumschaltröhre und der Betätigungsvorrich- tung reduziert werden. Werden Vakuumschaltröhren mit außenliegenden Balg eingesetzt, wird durch die Führungsvorrichtung außerdem der Balg vor mechanischen Beschädigun- gen und vor Überbeanspruchung geschützt.
BEZUGSZEICHEN
V Vakuumschaltröhre
S Schaltkammer
IK Isolierkörper
B Balg
K1 beweglicher Kontakt K2 fester Kontakt
ST Stößel
F Führungsvorrichtung
BZ Bolzen
AK Anschlusskontakt L Lagerbock
FL Führungslager
Fl Finger
R ringförmige Komponente H Betätigungshebel
01 , 02 Öffnungen
E Einsatz

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Schaltelement für einen Stufenschalter, das Schaltelement umfassend
eine Vakuumschaltröhre (V), welche einen beweglichen Kontakt (K1 ), einen mit dem beweglichen Kontakt (K1 ) verbundenen Stößel (ST) und ein Gehäuse, in dessen In- neren der bewegliche Kontakt (K1 ) angeordnet ist, umfasst;
eine Betätigungsvorrichtung zur Betätigung des Stößels (ST) und damit des beweg li- chen Kontakts (K1 ); und
eine Führungsvorrichtung (F), welche außerhalb des Gehäuses angeordnet und an der Betätigungsvorrichtung befestigt ist, so dass die Führungsvorrichtung (F) bei ei- ner Betätigung des beweglichen Kontakts (K1 ) mitbewegt wird;
wobei die Führungsvorrichtung (F) das Gehäuse wenigstens zum Teil umgibt und we nigstens ein Teilbereich der Führungsvorrichtung (F) an dem Gehäuse anliegt, so dass der Teilbereich bei der Betätigung des beweglichen Kontakts (K1 ) an dem Ge- häuse entlangbewegt wird.
2. Schaltelement gemäß Anspruch 1 , wobei die Vakuumschaltröhre (V) einen außenlie- genden Balg (B) aufweist, welcher das Innere des Gehäuses abdichtet.
3. Schaltelement gemäß Anspruch 2, wobei die Führungsvorrichtung (F) den Balg (B) umgibt und dadurch den Balg (B) vor äußerer mechanischer Einwirkung schützt.
4. Schaltelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Betätigungsvorrich- tung
einen Bolzen (BZ), der mit dem Stößel (ST) verbunden ist; sowie
einen Lagerbock (L) umfasst, der eine Lagerstelle für den Bolzen (BZ) bildet und den
Bolzen (BZ) bei der Betätigung führt.
5. Schaltelement nach Anspruch 4, wobei die Führungsvorrichtung (F) an dem Bolzen (BZ) und/oder dem Stößel (ST) befestigt ist oder zwischen Bolzen (BZ) und Stößel (ST) festgeklemmt ist.
6. Schaltelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Führungsvorrichtung (F) eine erste Öffnung (01 ) zur Aufnahme der Betätigungsvorrichtung und eine zweite Öffnung (02) zur Aufnahme des Gehäuses aufweist.
7. Schaltelement gemäß Anspruch 6, wobei die Führungsvorrichtung (F) einen elektrisch leitfähigen Einsatz (E) aufweist, welcher in der ersten Öffnung (01 ) ange- ordnet ist und mit dem Stößel (ST) elektrisch verbunden ist.
8. Schaltelement gemäß Anspruch 7, wobei das Schaltelement einen Anschlusskontakt
(AK) aufweist, welcher mit dem Einsatz (E) elektrisch verbunden ist.
9. Schaltelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vakuumschaltröhre eine Schaltkammer, innerhalb welcher der bewegliche Kontakt angeordnet, ist und einen Isolierkörper umfasst und wobei der Teilbereich der Führungsvorrichtung (F) an der Schaltkammer anliegt.
10. Schaltelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Führungsvorrichtung (F) und/oder der Teilbereich drehsymmetrisch ausgebildet ist.
1 1. Stufenschalter umfassend ein Schaltelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Stufenschalter gemäß Anspruch 1 1 , wobei der Stufenschalter einen Lastumschalter oder einen Lastwähler aufweist, welcher das Schaltelement umfasst.
13. Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 1 oder 12, wobei der bewegliche Kontakt (K1 ) als Schaltkontakt oder als Widerstandskontakt des Stufenschalters dient.
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