EP4169051A1 - Hochspannungsleistungsschalter und verfahren zum herstellen eines hochspannungsleistungsschalters - Google Patents

Hochspannungsleistungsschalter und verfahren zum herstellen eines hochspannungsleistungsschalters

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Publication number
EP4169051A1
EP4169051A1 EP21754743.9A EP21754743A EP4169051A1 EP 4169051 A1 EP4169051 A1 EP 4169051A1 EP 21754743 A EP21754743 A EP 21754743A EP 4169051 A1 EP4169051 A1 EP 4169051A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit breaker
voltage circuit
vacuum interrupter
holder
aluminum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21754743.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Bartz
Lukas BINNER
Robert GRÜNLER
Sebastian Hübner
Volker Lehmann
Sebastian Linke
Danijel Udovcic
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.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global 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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4169051A1 publication Critical patent/EP4169051A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/6606—Terminal arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
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    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements
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    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/58—Electric connections to or between contacts; Terminals
    • H01H1/5833—Electric connections to or between contacts; Terminals comprising an articulating, sliding or rolling contact between movable contact and terminal
    • H—ELECTRICITY
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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
    • H01H33/666—Operating arrangements
    • H01H2033/6665—Details concerning the mounting or supporting of the individual vacuum bottles

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage circuit breaker and a method for producing a high-voltage circuit breaker, with at least one vacuum interrupter, which is mounted by at least one holder of the high-voltage circuit breaker.
  • High-voltage circuit breakers are designed to switch voltages in the range of up to 1200 kV voltage and in the range of up to a few thousand amperes of current.
  • High-voltage circuit breakers include z. B. a housing with at least one switching contact on a carrier.
  • the housing is z. B. an I solator, in particular made of ceramic, silicone and / or composite material, which z. B. is designed in the form of a circular-cylindrical hollow body, in particular with umbrella-shaped ribs on the outer circumference to extend leakage currents.
  • the housing of dead-tank high-voltage circuit breakers is grounded, and e.g. B. made from a hollow cylindrical metal tank, inside which at least one switching contact is arranged.
  • the switching contact comprises at least two contact pieces, e.g. B. a fixed and a movable contact piece, which are made of an electrically conductive material, z. B. steel, aluminum and/or copper.
  • a switching contact z. B. at least two movable contact pieces, exemplary embodiments with two movable contact pieces being analogous to a fixed and a movable contact piece with regard to the present invention, and are not described further below for the sake of simplicity.
  • the contact pieces of the switching contact are arranged in the high-voltage circuit breaker or stored by brackets, in- particularly movably or fixedly mounted and, in particular, enclosed in a gas-tight manner by the housing.
  • the housing is insulated or Switching gas, in particular SF 6 and/or Clean Air, filled.
  • Switch contacts include z. B. Rated current and / or arcing contacts and are electrically by the switching gas of certain devices of the high-voltage circuit breaker, z. B. the drive, and the environment isolated.
  • switching gases such as B. SF 6 are harmful to the climate and/or may contain toxic components.
  • a gas-tight, permanent seal of the housing is necessary, which is complex, time-consuming and expensive.
  • Also complicated and costly at the end of a life cycle of a high-voltage circuit breaker is the environmentally friendly disposal of the switching gas in particular.
  • An environmentally friendly alternative is to use vacuum tubes in the classic enclosures described earlier.
  • a vacuum interrupter is arranged and connected inside a housing in a mechanically stable and electrically conductive manner between at least two external electrical connections.
  • B. are designed in the form of connecting lugs for connecting high-voltage lines, power generators and/or power consumers.
  • the structure of a vacuum interrupter for high-voltage circuit breakers is z. B. known from EP 0 102 317 A2.
  • the vacuum interrupter includes a housing in the form of a circular, straight cylinder, which is evacuated on the inside.
  • the housing is z. B. made of two equal, straight, cylindrical halves made of ceramic or Built up ceramic parts, which cylinder or over a metal. are joined via a metal part with transition pieces in the middle of the housing. The transition pieces are in the housing as shielding electrodes or shielding performed.
  • the vacuum interrupter comprises at least one electrical contact with a fixed and a movable contact piece.
  • the contact pieces are plate-shaped in the vacuum interrupter and are surrounded by a vacuum. To the outside, the contact pieces are guided in the form of bolts and each electrically connected to an external electrical connection z. B. connected in the form of a terminal lug of the high-voltage circuit breaker.
  • the movable contact piece is movably guided and mounted in the vacuum interrupter via a bellows vacuum-tight.
  • the vacuum interrupter is designed to be long to ensure sufficient internal clearances.
  • the straight cylindrical halves made of ceramic or Ceramic parts of the housing of the vacuum interrupter are z. B. constructed from several parts, which are joined together with transition pieces via metal parts. The transition pieces are each in the housing as shielding clear or . shielding performed. A connection of ceramic parts of the housing via metal parts, which z. B. are made of copper and / or steel, z. B. by soldering .
  • the contact pieces of the vacuum interrupter are coupled, in particular to the holders for storing the contact pieces, and thus to the drive and/or to stationary, conductive components of the high-voltage circuit breaker, by means of clamp connections.
  • the brackets are z. B. made of aluminum and/or steel .
  • Aluminum has a low mass and enables acceleration of the drive to be transmitted to the movable contact piece with little energy expenditure, and enables the fixed contact piece in the high-voltage circuit breaker to be fixed simply and inexpensively with a low-weight bracket.
  • Contact pieces of the vacuum interrupter are designed for a high current carrying capacity, e.g. B. made of copper .
  • connection of the contact pieces with the respective holder is produced by the clamping connection, in particular between the aluminum and copper parts.
  • the form-fit clamp connection includes two electrical transition points, which ensure increased heating and electrical losses in the switch. With very high currents of up to a few thousand amperes, very high electrical losses can occur and high temperatures in the switch can lead to damage and/or destruction.
  • the object of the present invention is to specify a high-voltage circuit breaker and a method for producing a high-voltage circuit breaker, in particular a high-voltage circuit breaker described above, which solve the problems described above.
  • it is an object to provide a high-voltage circuit breaker in which at least one vacuum interrupter is arranged or mechanically stable. is stored, with low electrical losses when switched on and with little heat generation, especially at high currents.
  • the specified object is achieved according to the invention by a high-voltage circuit breaker having the features according to patent claim 1 and/or by a method for producing a high-voltage circuit breaker, in particular a high-voltage circuit breaker described above, according to patent claim 11 .
  • a high-voltage circuit breaker comprises at least one vacuum interrupter, which is mounted by at least one mount of the high-voltage circuit breaker.
  • the at least one vacuum interrupter is inseparably connected to the at least one holder.
  • the at least one vacuum interrupter can comprise at least one fixed and at least one movable contact piece, with at least one holder on one side of the at least one fixed contact piece and with at least one holder on one side of the at least one movable contact piece.
  • two movable contact pieces can be included.
  • the at least one vacuum interrupter can be inseparably connected to the at least one holder by a welded connection, in particular by an electron beam welded welded connection.
  • Welded connections, in particular electron beam welded connections have a high mechanical stability, can be produced easily and inexpensively, and enable a good current flow across the welded connection with low electrical losses and low heat generation, especially at high currents.
  • the at least one vacuum interrupter can be inseparably connected to the at least one holder in each case by an intermediate piece.
  • An intermediate piece can enable a simple, inexpensive, mechanically stable connection of the contact pieces of the vacuum interrupter to the holders, in particular with low contact resistance.
  • the intermediate piece can comprise at least two, in particular exactly two areas, in particular an area made of copper and an area made of aluminum, the two areas being in particular cohesively and inseparably connected to one another, in particular connected by explosive and/or rolled plating.
  • An intermediate piece with the properties described above enables a mechanically stable connection of the contact pieces of the vacuum interrupter with the holders, in particular with low contact resistance, at low cost.
  • a cohesive connection by means of explosive and/or rolled plating of two areas, in particular an aluminum area and a copper area produces an intermediate piece with high mechanical stability and low electrical resistance.
  • the at least one vacuum interrupter in particular the at least one fixed and the at least one movable contact piece of the at least one vacuum interrupter , can each be connected to an intermediate piece, in particular by electron beam welding, and/or the intermediate piece can comprise two areas of different materials, the two Areas cohesively, can be inseparably connected to one another by explosive and/or rolling plating, and/or the intermediate piece can be inseparably connected to at least one holder, in particular by electron beam welding.
  • the at least one vacuum interrupter in particular the at least one fixed and the at least one movable contact piece of the at least one vacuum interrupter , can consist of copper and/or comprise copper, and/or the intermediate piece can comprise a copper area which is connected to the copper of the vacuum interrupter can be inseparably connected, in particular by electron beam welding, and/or the holder can each consist of aluminum and/or comprise aluminum, and/or the intermediate piece can comprise an aluminum area which can be inseparably connected to the aluminum of the holder, in particular by electricity - ron beam welding can be inextricably linked .
  • a stable material connection between aluminum and copper is difficult to produce.
  • a spacer with two sections, one aluminum and one copper, is easily and inexpensively manufactured by explosive and/or rolled cladding.
  • an electron beam welding between aluminum and aluminum and between copper and copper is easy and inexpensive possible without mechanical stress such.
  • the high-voltage circuit breaker can be designed to switch voltages in the range from a few kilovolts to a range of 1200 kilovolts.
  • the advantages described above occur in particular in the case of high-voltage circuit breakers which are designed to switch the current and/or voltage ranges mentioned above.
  • the high-voltage circuit breaker can include a switching gas, in particular SF 6 and/or clean air, and the vacuum interrupter and/or the at least one holder can be spatially encompassed by the switching gas.
  • a switching gas in particular SF 6 and/or clean air
  • the vacuum interrupter and/or the at least one holder can be spatially encompassed by the switching gas.
  • the at least one holder can be designed to arrange the vacuum interrupter in a housing, in particular a closed insulator housing, in a mechanically stable manner, in particular with a spatially fixed holder and/or with a movably drivable, in particular via a drive. ren bracket . This is associated with the advantages described above for the high-voltage circuit breaker, in particular high reliability and a long service life.
  • a method according to the invention for producing a high-voltage circuit breaker, in particular a high-voltage circuit breaker described above, comprises at least one vacuum interrupter, which is supported by at least one holder, the at least one vacuum interrupter being inseparably connected to the at least one holder, in particular by electron beam welding.
  • the at least one vacuum interrupter in particular the at least one fixed and the at least one movable contact piece of the at least one vacuum interrupter, which in particular comprise copper, can each be connected to an intermediate piece, in particular by electron beam welding, and/or the intermediate piece can have two areas made of different materials include, in particular copper and aluminum, wherein the two areas can be cohesively, inseparably connected to each other by explosive and / or roll plating, and / or the intermediate piece can each be inseparable with at least one bracket, which in particular comprises aluminum are connected, in particular by electron beam welding.
  • the copper area of the spacer can be connected to the copper of the contact piece of the vacuum interrupter, and the aluminum area of the spacer can be connected to the aluminum of the bracket.
  • Figure 1 shows a schematic sectional view of a high-voltage circuit breaker 1 according to the invention viewed from one side, with a vacuum interrupter 2 supported by two mounts 3 and 4, contact pieces of the vacuum interrupter 2 being connected to the mounts 3 and 4 via intermediate pieces 7, and
  • Figure 2 schematically in an enlarged sectional view, the intermediate piece 7 between the fixed contact piece of the vacuum interrupter 2 and a holder 3, and
  • FIG. 3 shows a schematic, enlarged sectional view of the intermediate piece 7 between the movable contact piece of the vacuum interrupter 2 and a holder 4 which has a movable contact disk 5 in a fixed holder sleeve 6 .
  • FIG. 1 shows a section of a high-voltage circuit breaker 1 according to the invention viewed from one side in a schematic sectional view.
  • the high-voltage circuit breaker 1 includes a vacuum interrupter 2 with two mounts 3 and 4 .
  • the vacuum interrupter 2 is z. B. designed to switch 35 kV and/or up to 145 kV .
  • the vacuum interrupter 2 is z. B. circular cylindrical, with electrically conductive contacts, in particular a movable and a fixed contact z. B.
  • the vacuum interrupter includes additional elements or parts such as e.g. B. shielding electrodes, which will not be discussed in detail below.
  • the end of the fixed contact piece which forms one end of the vacuum interrupter 2 on the left side in FIG. 1, is electrically conductively connected to a spatially fixed holder 3 .
  • the fixed bracket 3 is z. B. Hohlrohrf formed örmig, with an outwardly guided mounting flange at one end and an inner mounting plate or disc, which has ventilation openings, at the other end.
  • the bracket 3 is z. B. aluminum.
  • a mechanically stable, electrically highly conductive connection between the vacuum interrupter 2, d. H. the contact piece, in particular made of copper, and the holder 3, in particular made of aluminum, is difficult to produce using classic, in particular positive clamp connections. According to a mechanically stable, cohesive, electrically highly conductive connection of the contact piece of the vacuum interrupter 2 and the holder 3 by a permanent, d. H. inextricably linked.
  • connection is not released without material destruction, in contrast to screw and/or clamp connections, which can be repeatedly made and released without permanent material destruction.
  • the cohesive, electrically highly conductive connection of the contact piece of the vacuum interrupter 2 with the bracket 3 is via an intermediate piece 7, which z. B. is made by explosive and / or roll plating.
  • a disc is B. copper and a disc is z. B. aluminum.
  • the intermediate piece 7 which is assembled from the two discs, has one side of a first material 8, in particular copper, and one side of a second material 9, in particular aluminum.
  • the intermediate piece 7 thus has two areas 8 and 9 of different material, in particular copper and aluminum, which z. B. are mechanically stable, electrically conductive, inseparably joined together by explosive and / or roll plating.
  • the side of the first material 8 or the area, in particular made of copper, is z. B. by electron beam welding with the fixed contact piece of the vacuum interrupter 2 mechanically stable, good electrical conductivity, inseparably connected.
  • the side of the second material 9 or the area, in particular made of aluminum, is z. B. by electron beam welding with the bracket 3 mechanically stable, good electrical conductivity, inseparably connected.
  • the welded connections 10, in particular electron beam welded connections are mechanically strong, stable, permanent, i.e. inseparable and have a low contact resistance or are electrically conductive.
  • the fixed contact piece of the vacuum interrupter 2 with the fixed support 3 is mechanically strong, stable, permanent, d. H.
  • FIG. 3 shows one end of the movable contact piece of the vacuum interrupter 2 with a holder 4 .
  • the Hal ment 4 includes a spatially fixed support sleeve 6, which is formed hohlrohrf örmig, in particular with a flange pulled outwards on one side, and the vacuum interrupter fitted into the hollow tube inserted, and z.
  • the vacuum interrupter 2 is analogous, with the end of the fixed contact piece projecting into the hollow tubular holder 3, fitted into the hollow tube and pushed in, and z.
  • FIG. 3 shows an enlarged view of the holder 4 with the fitted vacuum interrupter 2, the holder 4 including, in addition to the holder sleeve 6, a movable contact means 5, in particular a contact disk or inner contact sleeve, which is movably mounted in the spatially fixed holder sleeve 6 and z. B. is connected to a drive, in particular via a drive rod, which is not shown in the figures for the sake of simplicity.
  • the movable contact means 5 can be driven via the drive when switching, and in particular slides in a form-fitting manner in the fixed support sleeve 6 when moving.
  • the holder 4 can be driven in a movable manner via a drive, d. H .
  • the movable contact means 5 can be driven in the fixed mounting sleeve 6 in particular via the drive when switching.
  • the end of the movable contact piece which in FIG. 1 forms one end of the vacuum interrupter 2 on the right-hand side, is electrically conductively connected to the holder 4 , in particular to the movable contact means 5 .
  • the connection is shown enlarged in FIG.
  • the bracket 4 is z. B. made of aluminum, i . H . that the fixed support sleeve 6 and / or that the movable contact means 5 are made of aluminum.
  • a mechanically stable, electrically well conductive connection between the vacuum interrupter 2, d. H . the movable contact piece, in particular made of copper, and the support 4, d. H . the movable contact means 5, in particular Aluminum is difficult to produce using classic, in particular form-fitting clamp connections.
  • a mechanically stable, cohesive, electrically highly conductive connection of the contact piece of the vacuum interrupter 2 and the holder 4, in particular with the movable contact means 5, is produced by a permanent, ie inseparable connection.
  • inseparable also means, as previously described and as used below, that the connection is not released without material destruction, in contrast to screw and/or clamp connections, which can be repeatedly made and released without permanent material destruction.
  • the cohesive, electrically highly conductive connection of the contact piece of the vacuum interrupter 2 with the holder 4, in particular with the movable contact means 5, via an intermediate piece 7, which z. B. is made by explosive and / or roll plating.
  • two circular-cylindrical discs, with the diameter of the copper contact piece of the vacuum interrupter 2 at one end, and in particular with the same diameter, are raised on the movable contact means 5, in particular the contact disc or inner contact sleeve, by explosive and/or rolling plating joined together.
  • a disc of the intermediate piece 7 is z. B. made of copper and a disc of the intermediate piece 7 is z. B. aluminum.
  • the intermediate piece 7, which is assembled from the two discs has one side of a first material 8, in particular copper, and one side of a second material 9, in particular aluminum.
  • the intermediate piece 7 thus has, as previously described for the intermediate piece 7 of the holder 3, two areas 8 and 9 of different material, in particular copper and aluminum, which z. B. are mechanically stable, electrically conductive, inseparably joined together by explosive and / or roll plating.
  • the side of the first material 8 or the area, in particular made of copper, is z. B.
  • the welded connections 10, in particular electron beam welded connections, are mechanically strong, stable, permanent, ie inseparable and have a low contact resistance or are electrically conductive.
  • the movable contact piece of the vacuum interrupter 2 is mechanically fixed, stable, permanently, ie inseparably and electrically well conductively connected to the movable holder 4, in particular to the movable contact means 5, and at large currents, especially in the range of a few thousand amperes a large amount of heat or a sharp rise in temperature at the connection is avoided, which can lead to damage and/or failure of the high-voltage circuit breaker 1.
  • the vacuum interrupter 2, in particular the fixed and the movable contact piece of the vacuum interrupter 2, which z. B. made of copper and / or include copper, and the respective intermediate piece 7, which z. B. includes a copper area are inseparable, inseparable in particular by electron beam welding, in particular over areas of the same material.
  • the brackets 2 and 3, which are made of aluminum and/or include aluminum, are inseparably connected to the respective intermediate piece 7, which includes an aluminum area, in particular by electron beam welding, in particular via areas of the same material.
  • the areas 8 and 9 of the respective intermediate piece 7 are inseparably connected to one another, in particular by explosive and/or roll plating, in particular by joining areas of different materials rials .
  • the high-voltage circuit breaker 1 has a housing, which is not shown in the figures for the sake of simplicity, which is filled with a switching gas, in particular SF 6 and/or clean air.
  • the housing is z. B. a particularly gas-tight sealed hollow insulator, in particular with ribs on the outer circumference to reduce leakage currents, made of ceramic, silicone and/or composite materials.
  • the housing is z. B. a gas-tight sealed metal tank which is electrically grounded. From the brackets z. B.
  • the high-voltage circuit breaker 1 has z. B. furthermore a carrier for arranging the high-voltage circuit breaker 1 z. B. on a foundation . Furthermore, the high-voltage circuit breaker z. B. a drive, in particular a the storage drive on , and elements of a kinematic chain , e.g. B. a gear and at least one drive rod for driving the movable contact piece when shifting.
  • the high-voltage circuit breaker 1 is equipped with a movable and a fixed contact piece; alternatively or additionally, further contact pieces can be included, and/or at least two movable contact pieces can be included.
  • the contacts are made of copper. Additionally or alternatively, other materials such.
  • the brackets are made of aluminum. Additionally or alternatively, other materials such. B. Be included steel and / or copper, and the spacer 7 include a second material on the side 9, which z. B. is also steel and/or copper.
  • the two different materials of the vacuum interrupter 2 and the holders 3 and 4 are inseparably joined together, in particular via the intermediate piece 7, which is constructed from two circular disks. Alternatively or additionally, other shapes can be chosen, z. B. Cylinders with a square cross-section and/or hollow bodies.
  • the two materials of the intermediate piece 7 can be joined together with a clearly defined separation area and/or merge into one another, in particular continuously, e.g. B. by material di f fusion of the materials in each case into the other material, e.g. B. after a heat treatment.

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)
  • Manufacture Of Switches (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungsschalter (1) und ein Verfahren zum Herstellen eines Hochspannungsleistungsschalters (1), mit wenigstens einer Vakuumschaltröhre (2), welche durch wenigstens eine Halterung (3, 4) des Hochspannungsleistungsschalters (1) gelagert ist. Die wenigstens eine Vakuumschaltröhre (2) ist mit der wenigstens einen Halterung (3, 4) untrennbar verbunden. Die untrennbare Verbindung erfolgt über ein Zwischenstück (7), insbesondere durch Elektronenstrahlschweißen gleicher Materialien und/oder Spreng- und/oder Walz-Plattieren unterschiedlicher Materialien.

Description

Beschreibung
Hochspannungsleistungsschalter und Verfahren zum Herstellen eines Hochspannungs lei stungs Schalters
Die Erfindung betri f ft einen Hochspannungsleistungsschalter und ein Verfahren zum Herstellen eines Hochspannungsleistungsschalters , mit wenigstens einer Vakuumschaltröhre , welche durch wenigstens eine Halterung des Hochspannungsleistungsschalters gelagert ist .
Hochspannungsleistungsschalter sind ausgebildet zum Schalten von Spannungen im Bereich von bis zu 1200 kV Spannung und im Bereich von bis zu einigen tausend Ampere Strom . Hochspannungsleistungsschalter umfassen z . B . ein Gehäuse mit wenigstens einem Schaltkontakt auf einem Träger . Das Gehäuse ist z . B . ein I solator, insbesondere aus Keramik, Silikon und/oder Verbundwerkstof f , welcher z . B . in Form eines kreiszylinderförmigen Hohlkörpers ausgebildet ist , insbesondere mit schirmförmigen Rippen am äußeren Umfang zur Verlängerung von Kriechströmen . Im Unterschied zu Live-Tank Hochspannungsleistungsschaltern ist bei Dead-Tank Hochspannungsleistungsschaltern das Gehäuse geerdet , und z . B . aus einem hohl zylinderförmigen Metalltank hergestellt , in dessen Inneren wenigstens ein Schaltkontakt angeordnet ist .
Der Schaltkontakt umfasst wenigstens zwei Kontaktstücke , z . B . ein festes und ein bewegliches Kontaktstück, welche aus einem elektrisch leitenden Material sind, z . B . Stahl , Aluminium und/oder Kupfer . Alternativ oder zusätzlich umfasst ein Schaltkontakt z . B . wenigstens zwei bewegliche Kontaktstücke , wobei Aus führungsbeispiele mit zwei beweglichen Kontaktstücken analog einem festen und einem beweglichen Kontaktstück bezüglich der vorliegenden Erfindung sind, und im Weiteren der Einfachheit halber nicht weiter beschrieben werden . Die Kontaktstücke des Schaltkontakts sind im Hochspannungsleistungsschalter angeordnet bzw . von Halterungen gelagert , ins- besondere beweglich oder fest gelagert , und vom Gehäuse insbesondere gasdicht umschlossen .
Das Gehäuse ist mit einem I solier- bzw . Schaltgas , insbesondere SF6 und/oder Clean Air, befüllt . Schaltkontakte umfassen z . B . Nennstrom- und/oder Lichtbogenkontaktstücke und werden durch das Schaltgas elektrisch von bestimmten Einrichtungen des Hochspannungsleistungsschalters , z . B . dem Antrieb, und der Umgebung isoliert . Schaltgase wie z . B . SF6 sind klimaschädlich und/oder können gi ftige Komponenten enthalten . Um ein Entweichen von Schaltgasen aus dem Hochspannungsleistungsschalter zu verhindern, ist eine gasdichte , dauerhafte Abdichtung des Gehäuses notwendig, was komplex, aufwendig und kostenintensiv ist . Ebenfalls aufwendig und kostenintensiv ist am Ende eines Lebens zyklus eines Hochspannungsleistungsschalters die umweltgerechte Entsorgung insbesondere des Schaltgases . Eine umweltfreundliche Alternative ist die Verwendung von Vakuumöhren in klassischen, zuvor beschriebenen Gehäusen .
Die Verwendung klassischer Gehäuse , wie zuvor beschriebenen, ermöglicht einen einfachen, kostengünstigen Austausch von Hochspannungsleistungsschaltern im Netz und die einfache , kostengünstige Herstellung von Hochspannungsleistungsschaltern insbesondere in hohen Stückzahlen . Der Ersatz von umweltschädlichen Schaltgasen wie z . B . SF6 durch umweltfreundliche Schaltgase wie z . B . Clean Air, d . h . trockener, gereinigter Luft , erfordert in klassischen Gehäusen zur Einhaltung von notwendigen I solierabständen, den Ersatz von Nennstrom- und Lichtbogenkontakt-Systemen durch Vakuumschaltröhren .
Eine Vakuumschaltröhre ist im Inneren eines Gehäuses mechanisch stabil und elektrisch leitend zwischen wenigstens zwei äußeren elektrischen Anschlüssen angeordnet und geschaltet , wobei die elektrischen Anschlüsse z . B . in Form von Anschluss fahnen zum Anschluss von Hochspannungsleitungen, Stromerzeugern und/oder Stromverbrauchern ausgebildet sind . Der Aufbau einer Vakuumschaltröhre für Hochspannungsleistungsschalter ist z . B . aus der EP 0 102 317 A2 bekannt . Die Vakuumschaltröhre umfasst ein Gehäuse in Form eines kreisrunden, geraden Zylinders , welcher im Inneren evakuiert ist . Das Gehäuse ist z . B . aus zwei gleichen, geraden zylinderförmigen Häl ften aus Keramik bzw . Keramikteilen aufgebaut , welche über einen Metall zylinder bzw . über ein Metallteil mit Übergangsstücken in der Mitte des Gehäuses zusammengefügt sind . Die Übergangsstücke sind im Gehäuse als Schirmelektroden bzw . Abschirmung ausgeführt .
Die Vakuumschaltröhre umfasst zum Schalten wenigstens einen elektrischen Kontakt mit einem festen und einem beweglichen Kontaktstück . Die Kontaktstücke sind in der Vakuumschaltröhre tellerförmig ausgebildet und von Vakuum umschlossen . Nach außen sind die Kontaktstücke bol zenförmig geführt und j eweils elektrisch mit einem äußeren elektrischen Anschluss z . B . in Form einer Anschluss fahne des Hochspannungsleistungsschalters verbunden . Das bewegliche Kontaktstück ist über einen Faltenbalg vakuumdicht in die Vakuumschaltröhre beweglich geführt und gelagert .
Beim Einschalten wird das bewegliche Kontaktstück auf das feste Kontaktstück zubewegt , bis ein mechanischer und ein elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktstücken besteht . Beim Ausschalten wird das bewegliche Kontaktstück vom festen Kontaktstück solange wegbewegt , bis der elektrische Kontakt zwischen den Kontaktstücken unterbrochen ist und ein ausreichender Abstand zur Vermeidung elektrischer Überschläge bei angelegter Spannung besteht . Bei hohen Spannungen sind große Abstände zwischen den Kontaktstücken notwendig . Die Vakuumschaltröhre ist lang ausgelegt , um ausreichende Abstände im Inneren zu gewährleisten . Die geraden zylinderförmigen Häl ften aus Keramik bzw . Keramikteilen des Gehäuses der Vakuumschaltröhre sind z . B . aus mehreren Teilen auf gebaut , welche über Metallteile mit Übergangsstücken zusammengefügt sind . Die Übergangsstücke sind j eweils im Gehäuse als Schirmelekt- roden bzw . Abschirmung ausgeführt . Ein Verbinden von Keramikteilen des Gehäuses über Metallteile , welche z . B . aus Kupfer und/oder Stahl sind, erfolgt z . B . durch Verlöten .
Eine Kopplung der Kontaktstücke der Vakuumschaltröhre insbesondere an die Halterungen zum Lagern der Kontaktstücke , und somit an den Antrieb und/oder an feststehende , leitende Bauteile des Hochspannungsleistungsschalters , erfolgt durch Klemmverbindungen . Die Halterungen sind z . B . aus Aluminium und/oder Stahl . Aluminium weist eine geringe Masse auf , und ermöglicht mit geringem Energieaufwand eine Übertragung einer Beschleunigung des Antriebs auf das bewegliche Kontaktstück, und ermöglicht das feste Kontaktstück im Hochspannungsleistungsschalter mit geringem Gewicht der Halterung einfach und kostengünstig zu fixieren . Kontaktstücke der Vakuumschaltröhre sind für eine hohe Stromtragfähigkeit z . B . aus Kupfer .
Die Verbindung der Kontaktstücke mit der j eweiligen Halterung wird insbesondere zwischen Aluminium und Kupferteilen durch die Klemmverbindung hergestellt . Die formschlüssige Klemmverbindung umfasst zwei elektrische Übergangsstellen, welche für eine erhöhte Erwärmung und für elektrische Verluste im Schalter sorgen . Bei sehr hohen Strömen von bis zu einigen tausend Ampere können sehr hohe elektrische Verluste auftreten und hohe Temperaturen im Schalter zu Beschädigungen und/oder Zerstörungen führen .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es , einen Hochspannungsleistungsschalter und ein Verfahren zum Herstellen eines Hochspannungsleistungsschalters , insbesondere eines zuvor beschriebenen Hochspannungsleistungsschalters , anzugeben, welche die zuvor beschriebenen Probleme lösen . Insbesondere ist es Aufgabe , einen Hochspannungsleistungsschalter anzugeben, bei welchem wenigstens einer Vakuumschaltröhre mechanisch stabil angeordnet bzw . gelagert ist , mit geringen elektrischen Verlusten im eingeschalteten Zustand und mit wenig Wärmeentwicklung insbesondere bei hohen Strömen . Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hochspannungsleistungsschalter mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch ein Verfahren zum Herstellen eines Hochspannungsleistungsschalters , insbesondere eines zuvor beschriebenen Hochspannungsleistungsschalters , gemäß Patentanspruch 11 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalters und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Hochspannungsleistungsschalters , insbesondere eines zuvor beschriebenen Hochspannungsleistungsschalters , sind in den Unteransprüchen angegeben . Dabei sind Gegenstände der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen von Unteransprüchen sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar .
Ein erfindungsgemäßer Hochspannungsleistungsschalter umfasst wenigstens eine Vakuumschaltröhre , welche durch wenigstens eine Halterung des Hochspannungsleistungsschalters gelagert ist . Die wenigstens eine Vakuumschaltröhre ist mit der wenigstens einen Halterung untrennbar verbunden .
Im Unterschied zu einer trennbaren bzw . wieder lösbaren Klemmverbindung und/oder Schraubverbindung, ermöglicht eine untrennbare Verbindung der wenigstens einen Vakuumschaltröhre mit der wenigstens einen Halterung eine hohe mechanische Stabilität , einen guten Stromfluss mit geringem Ubergangswider- stand, wodurch insbesondere bei hohen Stromflüssen im Bereich von bis zu einigen tausend Ampere , geringere elektrische Verluste und eine geringere Wärmeentwicklung entstehen, mit geringeren Temperaturen im Vergleich zu Klemm- und/oder Schraubverbindungen . Eine Beschädigung und/oder eine Zerstörung des Hochspannungsleistungsschalters mit Vakuumschaltröhre kann so vermieden bzw . verhindert werden . Die untrennbare Verbindung ist einfach und kostengünstig herstellbar, und die hohe mechanische Stabilität führt zu hoher Haltbarkeit und Lebensdauer mit hoher Zuverlässigkeit des Hochspannungsleistungsschalters . Die wenigstens eine Vakuumschaltröhre kann wenigstens ein festes und wenigstens ein bewegliches Kontaktstück umfassen, mit wenigstens einer Halterung auf einer Seite des wenigstens einen festen Kontaktstücks und mit wenigstens einer Halterung auf einer Seite des wenigstens einen beweglichen Kontaktstücks . Alternativ oder zusätzlich können zwei bewegliche Kontaktstücke umfasst sein . Eine untrennbare Verbindung des wenigstens einen festen und/oder des wenigstens einen beweglichen Kontaktstücks j eweils mit einer Halterung ermöglicht die zuvor beschriebenen Vorteile .
Die wenigstens eine Vakuumschaltröhre kann durch eine Schweißverbindung mit der wenigstens einen Halterung untrennbar verbunden sein, insbesondere durch eine elektronenstrahlgeschweißte Schweißverbindung . Schweißverbindungen, insbesondere Elektronenstrahlschweißverbindungen, weisen eine hohe mechanische Stabilität auf , sind einfach und kostengünstig herstellbar, und ermöglichen einen guten Stromfluss über die Schweißverbindung hinweg mit geringen elektrischen Verlusten und geringer Wärmeentwicklung insbesondere bei hohen Strömen .
Die wenigstens eine Vakuumschaltröhre kann mit der wenigstens einen Halterung j eweils durch ein Zwischenstück untrennbar verbunden sein . Ein Zwischenstück kann eine einfache , kostengünstige , mechanisch stabile Verbindung der Kontaktstücke der Vakuumschaltröhre mit den Halterungen, insbesondere mit geringem Übergangswiderstand, ermöglichen .
Das Zwischenstück kann wenigstens zwei , insbesondere genau zwei Bereiche umfassen, insbesondere einen Bereich aus Kupfer und einen Bereich aus Aluminium, wobei die zwei Bereiche insbesondere stof f schlüssig, untrennbar miteinander verbunden sind, insbesondere verbunden durch Spreng- und/oder Wal z- Plattieren . Ein Zwischenstück mit den zuvor beschriebenen Eigenschaften ermöglicht kostengünstig eine mechanisch stabile Verbindung der Kontaktstücke der Vakuumschaltröhre mit den Halterungen, insbesondere mit geringem Übergangswiderstand . Insbesondere eine stof f schlüssige Verbindung durch Spreng- und/oder Wal z-Plattieren von zwei Bereichen, insbesondere einem Aluminium und einem Kupfer-Bereich, erzeugt ein Zwischenstück mit hoher mechanischer Stabilität und geringem elektrischen Widerstand .
Die wenigstens eine Vakuumschaltröhre , insbesondere das wenigstens eine feste- und das wenigstens eine bewegliche Kontaktstück der wenigstens einen Vakuumschaltröhre , können j eweils mit einem Zwischenstück verbunden sein, insbesondere durch Elektronenstrahlschweißen, und/oder das Zwischenstück kann zwei Bereiche unterschiedlicher Materialien umfassen, wobei die zwei Bereiche stof f schlüssig, untrennbar miteinander durch Spreng- und/oder Wal z-Plattieren verbunden sein können, und/oder das Zwischenstück kann j eweils mit wenigstens einer Halterung untrennbar verbunden sein, insbesondere durch Elektronenstrahlschweißen . Damit sind die zuvor beschriebenen Vorteile verbunden, insbesondere ein Hochspannungsleistungsschalter mit hoher Zuverlässigkeit und Haltbarkeit , bei geringen elektrischen Verlusten über den Hochspannungsleistungsschalter in einem eingeschalteten Zustand, mit geringer Wärmeentwicklung und damit geringer Gefahr einer Beschädigung und/oder Zerstörung des Hochspannungsleistungsschalters durch überschüssige Wärme , die nicht schnell genug an die Umwelt abgegeben werden kann .
Die wenigstens eine Vakuumschaltröhre , insbesondere das wenigstens eine feste- und das wenigstens eine bewegliche Kontaktstück der wenigstens einen Vakuumschaltröhre , können aus Kupfer bestehen und/oder Kupfer umfassen, und/oder das Zwischenstück kann einen Kupfer-Bereich umfassen, welcher mit dem Kupfer der Vakuumschaltröhre untrennbar, insbesondere durch Elektronenstrahlschweißen untrennbar verbunden sein kann, und/oder die Halterung kann j eweils aus Aluminium bestehen und/oder Aluminium umfassen, und/oder das Zwischenstück kann einen Aluminium-Bereich umfassen, welcher mit dem Aluminium der Halterung untrennbar, insbesondere durch Elekt- ronenstrahlschweißen untrennbar verbunden sein kann . Eine stabile stof f schlüssige Verbindung zwischen Aluminium und Kupfer ist schwer herstellbar . Ein Zwischenstück mit zwei Bereichen, einem aus Aluminium und einem aus Kupfer, lässt sich leicht und kostengünstig durch Spreng- und/oder Wal z- Plattieren herstellen . Insbesondere ein Elektronenstrahlschweißen zwischen Aluminium und Aluminium sowie zwischen Kupfer und Kupfer ist einfach und kostengünstig möglich, ohne mechanische Belastungen wie z . B . durch Spreng- und/oder Wal z-Plattieren . Durch die Verwendung des insbesondere durch Spreng- und/oder Wal z-Plattieren hergestellten Zwischenstücks , ist ohne mechanische Belastung und Zerstörung der Va- kuumschaltröhre und/oder der Halterung eine stof f schlüssige Verbindung von Vakuumschaltröhre und Halterung mit den zuvor beschriebenen Vorteilen einfach und kostengünstig möglich .
Der Hochspannungsleistungsschalter kann zum Schalten von Spannungen im Bereich von einigen Kilovolt bis zu einem Bereich von 1200 Kilovolt ausgebildet sein . Die zuvor beschriebenen Vorteile treten insbesondere bei Hochspannungsleistungsschaltern, welche ausgebildet sind zum Schalten der zuvor genannten Strom und/oder Spannungs-Bereiche , auf .
Der Hochspannungsleistungsschalter kann ein Schaltgas umfassen, insbesondere SF6 und/oder Clean Air, und die Vakuum- schaltröhre und/oder die wenigstens eine Halterung können von dem Schaltgas räumlich umfasst sein . Dadurch ist ein sicherer Betrieb der Vakuumschaltröhre in dem Hochspannungsleistungsschalter möglich, mit guter elektrischer I solation gegenüber Teilen, welche insbesondere aus Sicherheitsgründen nicht zum Stromfluss vorgesehen sind .
Die wenigstens eine Halterung kann ausgebildet sein, die Va- kuumschaltröhre in einem Gehäuse , insbesondere einem geschlossenem I solator-Gehäuse , mechanisch stabil anzuordnen, insbesondere mit einer räumlich festen Halterung und/oder mit einer, insbesondere über einen Antrieb, beweglich antreibba- ren Halterung . Damit sind die zuvor beschriebenen Vorteile für den Hochspannungsleistungsschalter verbunden, insbesondere eine hohe Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer .
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Hochspannungsleistungsschalters , insbesondere eines zuvor beschriebenen Hochspannungsleistungsschalters , umfasst wenigstens eine Vakuumschaltröhre , welche durch wenigstens eine Halterung gelagert wird, wobei die wenigstens eine Vakuumschaltröhre mit der wenigstens einen Halterung untrennbar verbunden wird, insbesondere durch Elektronenstrahlschweißen .
Die wenigstens eine Vakuumschaltröhre , insbesondere das wenigstens eine feste- und das wenigstens eine bewegliche Kontaktstück der wenigstens einen Vakuumschaltröhre , welche insbesondere Kupfer umfassen, können j eweils mit einem Zwischenstück verbunden werden, insbesondere durch Elektronenstrahlschweißen, und/oder das Zwischenstück kann zwei Bereiche unterschiedlicher Materialien umfassen, insbesondere Kupfer und Aluminium, wobei die zwei Bereiche stof f schlüssig, untrennbar miteinander durch Spreng- und/oder Wal z-Plattieren verbunden werden können, und/oder das Zwischenstück kann j eweils mit wenigstens einer Halterung, welche insbesondere Aluminium umfasst , untrennbar verbunden werden, insbesondere durch Elektronenstrahlschweißen .
Jeweils der Kupfer-Bereich des Zwischenstücks kann mit Kupfer des Kontaktstücks der Vakuumschaltröhre verbunden werden, und j eweils der Aluminium-Bereich des Zwischenstücks kann mit Aluminium der Halterung verbunden werden .
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Hochspannungsleistungsschalters , insbesondere eines zuvor beschriebenen Hochspannungsleistungsschalters , gemäß Anspruch 11 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalters gemäß Anspruch 1 und umgekehrt . Im Folgenden werden Aus führungsbeispiele der Erfindung schematisch in den Figuren 1 bis 3 dargestellt und nachfolgend näher beschrieben .
Dabei zeigt die
Figur 1 schematisch in Schnittansicht einen erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalter 1 von einer Seite betrachtet , mit einer Vakuumschaltröhre 2 von zwei Halterungen 3 und 4 gelagert , wobei Kontaktstücke der Vakuumschaltröhre 2 über Zwischenstücke 7 mit den Halterungen 3 und 4 j eweils verbunden sind, und
Figur 2 schematisch in vergrößerter Schnittansicht das Zwischenstück 7 zwischen dem festen Kontaktstück der Vakuumschaltröhre 2 und einer Halterung 3 , und
Figur 3 schematisch in vergrößerter Schnittansicht das Zwischenstück 7 zwischen dem beweglichen Kontaktstück der Vakuumschaltröhre 2 und einer Halterung 4 , welche eine bewegliche Kontaktscheibe 5 in einer festen Halterungshülse 6 aufweist .
In Figur 1 ist schematisch in Schnittansicht ein Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalter 1 von einer Seite betrachtet dargestellt . Der Hochspannungsleistungsschalter 1 umfasst eine Vakuumschaltröhre 2 mit zwei Halterungen 3 und 4 . Die Vakuumschaltröhre 2 ist z . B . zum Schalten von 35 kV und/oder bis zu 145 kV ausgelegt . Der Einfachheit halber sind die einzelnen Elemente bzw . Teile der Vakuumschaltröhre 2 in den Figuren nicht im Detail dargestellt . Die Vakuumschaltröhre 2 ist z . B . kreis zylinderförmig ausgebildet , mit elektrisch leitenden Kontaktstücken, insbesondere einem beweglichen und einem festen Kontaktstück z . B . aus Kupfer, welche aus einem keramischen, evakuierten Hohlisolator mit den Enden herausragen, wobei der Hohlisolator auf der Seite des beweglichen Kontaktstücks über einen Metall-Faltenbalg gasdicht abgedichtet ist und auf der Seite des festen Kontaktstücks über eine feste Metallscheibe bzw. einem festen Metalldeckel gasdicht abgedichtet ist. Die Vaku- umschaltröhre umfasst weitere Elemente bzw. Teile wie z. B. Abschirmelektroden, auf die im Weiteren nicht im Detail eingegangen wird.
Das Ende des festen Kontaktstücks , welches in Figur 1 ein Ende der Vakuumschaltröhre 2 auf der linken Seite bildet, ist mit einer räumlich festen Halterung 3 elektrisch leitend verbunden. In Figur 2 ist die Verbindung vergrößert dargestellt. Die feste Halterung 3 ist z. B. Hohlrohrf örmig ausgebildet, mit einem nach Außen geführten Befestigungsflansch an einem Ende und einer inneren Befestigungs-Platte bzw. -Scheibe, welche Lüftungsdurchbrüche aufweist, am anderen Ende. Die Halterung 3 ist z. B. aus Aluminium. Eine mechanisch stabile, elektrisch gut leitende Verbindung zwischen der Vakuumschaltröhre 2, d. h. dem Kontaktstück insbesondere aus Kupfer, und der Halterung 3, insbesondere aus Aluminium, ist über klassische, insbesondere formschlüssige Klemmverbindungen schwer herstellbar. Erfindungsgemäß wird eine mechanisch stabile, stoff schlüssige, elektrisch gut leitende Verbindung des Kontaktstücks der Vakuumschaltröhre 2 und der Halterung 3 durch eine permanente, d. h. untrennbare Verbindung hergestellt.
Untrennbar in diesem Zusammenhang bedeutet, dass die Verbindung ohne Materialzerstörung nicht gelöst wird, im Unterschied zu Schraub- und/oder Klemmverbindungen, die ohne permanente Materialzerstörung wiederholt hergestellt und gelöst werden können. Die stoff schlüssige, elektrisch gut leitende Verbindung des Kontaktstücks der Vakuumschaltröhre 2 mit der Halterung 3 erfolgt über ein Zwischenstück 7, welches z. B. durch Spreng- und/oder Walz-Plattieren hergestellt ist. Dabei sind insbesondere zwei kreiszylinderförmige Scheiben, mit dem Durchmesser des Kupfer-Kontaktstücks der Vakuumschaltröhre 2 an einem Ende, und mit dem insbesondere gleichen Durchmesser einer Erhöhung auf der inneren Befestigungs-Platte bzw. - Scheibe, welche Lüftungsdurchbrüche aufweist, am Ende der Halterung 3, durch Spreng- und/oder Walz-Plattieren zusammengefügt. Eine Scheibe ist z. B. aus Kupfer und eine Scheibe ist z. B. aus Aluminium. Somit weist das Zwischenstück 7, welches aus den zwei Scheiben zusammengefügt ist, eine Seite eines ersten Materials 8, insbesondere aus Kupfer auf, und eine Seite eines zweiten Materials 9, insbesondere aus Aluminium auf. Das Zwischenstück 7 weist somit zwei Bereiche 8 und 9 unterschiedlichen Materials auf, insbesondere Kupfer und Aluminium, welche z. B. durch Spreng- und/oder Walz- Plattieren mechanisch stabil, gut elektrisch leitend, untrennbar miteinander zusammengefügt sind.
Die Seite des ersten Materials 8 bzw. der Bereich insbesondere aus Kupfer, ist z. B. durch Elektronenstrahlschweißen mit dem festen Kontaktstück der Vakuumschaltröhre 2 mechanisch stabil, gut elektrisch leitend, untrennbar verbunden. Die Seite des zweiten Materials 9 bzw. der Bereich insbesondere aus Aluminium, ist z. B. durch Elektronenstrahlschweißen mit der Halterung 3 mechanisch stabil, gut elektrisch leitend, untrennbar verbunden. Die Schweißverbindungen 10, insbesondere elektronenstrahlgeschweißte Verbindungen, sind mechanisch fest, stabil, permanent, d.h. untrennbar und weisen einen geringen Übergangswiderstand auf bzw. sind gut elektrisch leitend. Dadurch ist das feste Kontaktstück der Vakuumschaltröhre 2 mit der festen Halterung 3 mechanisch fest, stabil, permanent, d. h. untrennbar und elektrisch gut leitend verbunden, und bei großen Strömen, insbesondere im Bereich von einigen tausend Ampere, wird eine große Wärmeentwicklung bzw. ein starker Temperaturanstieg an der Verbindung vermieden, der zu einer Beschädigung und/oder einem Ausfall des Hochspannungsleistungsschalters 1 führen kann.
In Figur 3 ist ein Ende des beweglichen Kontaktstücks der Va- kuumschaltröhre 2 mit einer Halterung 4 dargestellt. Die Hal- terung 4 umfasst eine räumlich feste Halterungshülse 6 , welche hohlrohrf örmig ausgebildet ist , insbesondere mit einem Flansch nach Außen gezogen auf einer Seite , und der Vakuumschaltröhre in das Hohlrohr eingepasst eingeschoben, und z . B . über eine Dichtung gasdicht abgedichtet , mit dem Ende des beweglichen Kontaktstücks in das Hohlrohr ragend, auf der anderen Seite . Auf der Seite der Halterung 3 ist die Vakuumschaltröhre 2 analog, mit dem Ende des festen Kontaktstücks in die hohlrohrf örmige Halterung 3 ragend, in das Hohlrohr eingepasst eingeschoben, und z . B . über eine Dichtung gasdicht abgedichtet , wie z . B . in Figur 1 und vergrößert in Figur 2 gezeigt ist . In Figur 3 ist vergrößert die Halterung 4 mit eingepasster Vakuumschaltröhre 2 gezeigt , wobei die Halterung 4 neben der Halterungshülse 6 ein bewegliches Kontaktmittel 5 , insbesondere eine Kontaktscheibe oder innere Kontakthülse umfasst , welches in der räumlich festen Halterungshülse 6 beweglich gelagert ist und z . B . mit einem Antrieb insbesondere über eine Antriebsstange verbunden ist , was der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt ist . Das bewegliche Kontaktmittel 5 ist über den Antrieb beim Schalten antreibbar, und gleitet insbesondere formschlüssig in der festen Halterungshülse 6 bei Bewegung . Somit ist die Halterung 4 über einen Antrieb beweglich antreibbar, d . h . das bewegliche Kontaktmittel 5 ist in der festen Halterungshülse 6 insbesondere über den Antrieb beim Schalten antreibbar .
Das Ende des beweglichen Kontaktstücks , welches in Figur 1 ein Ende der Vakuumschaltröhre 2 auf der rechten Seite bildet , ist mit der Halterung 4 , insbesondere mit dem beweglichen Kontaktmittel 5 elektrisch leitend verbunden . In Figur 3 ist die Verbindung vergrößert dargestellt . Die Halterung 4 ist z . B . aus Aluminium, d . h . dass die feste Halterungshülse 6 und/oder dass das bewegliche Kontaktmittel 5 aus Aluminium sind . Eine mechanisch stabile , elektrisch gut leitende Verbindung zwischen der Vakuumschaltröhre 2 , d . h . dem beweglichen Kontaktstück insbesondere aus Kupfer, und der Halterung 4 , d . h . dem beweglichen Kontaktmittel 5 , insbesondere aus Aluminium, ist über klassische, insbesondere formschlüssige Klemmverbindungen schwer herstellbar. Erfindungsgemäß wird eine mechanisch stabile, stoff schlüssige, elektrisch gut leitende Verbindung des Kontaktstücks der Vakuumschaltröhre 2 und der Halterung 4, insbesondere mit dem beweglichen Kontaktmittel 5, durch eine permanente, d. h. untrennbare Verbindung hergestellt.
Untrennbar bedeutet in diesem Zusammenhang ebenfalls wie zuvor beschrieben und wie im Weiteren verwendet, dass die Verbindung ohne Materialzerstörung nicht gelöst wird, im Unterschied zu Schraub- und/oder Klemmverbindungen, die ohne permanente Materialzerstörung wiederholt hergestellt und gelöst werden können. Die stoff schlüssige, elektrisch gut leitende Verbindung des Kontaktstücks der Vakuumschaltröhre 2 mit der Halterung 4, insbesondere mit dem beweglichen Kontaktmittel 5, erfolgt über ein Zwischenstück 7, welches z. B. durch Spreng- und/oder Walz-Plattieren hergestellt ist. Dabei sind insbesondere zwei kreiszylinderförmige Scheiben, mit dem Durchmesser des Kupfer-Kontaktstücks der Vakuumschaltröhre 2 an einem Ende, und mit dem insbesondere gleichen Durchmesser einer Erhöhung auf dem beweglichen Kontaktmittel 5, insbesondere der Kontaktscheibe oder inneren Kontakthülse, durch Spreng- und/oder Walz-Plattieren zusammengefügt. Eine Scheibe des Zwischenstücks 7 ist z. B. aus Kupfer und eine Scheibe des Zwischenstücks 7 ist z. B. aus Aluminium. Somit weist das Zwischenstück 7, welches aus den zwei Scheiben zusammengefügt ist, eine Seite eines ersten Materials 8, insbesondere aus Kupfer auf, und eine Seite eines zweiten Materials 9, insbesondere aus Aluminium auf. Das Zwischenstück 7 weist somit, wie zuvor für das Zwischenstück 7 der Halterung 3 beschrieben, zwei Bereiche 8 und 9 unterschiedlichen Materials auf, insbesondere Kupfer und Aluminium, welche z. B. durch Spreng- und/oder Walz-Plattieren mechanisch stabil, gut elektrisch leitend, untrennbar miteinander zusammengefügt sind. Die Seite des ersten Materials 8 bzw. der Bereich insbesondere aus Kupfer, ist z. B. durch Elektronenstrahlschweißen mit dem beweglichen Kontaktstück der Vakuumschaltröhre 2 mechanisch stabil, gut elektrisch leitend, untrennbar verbunden. Die Seite des zweiten Materials 9 bzw. der Bereich insbesondere aus Aluminium, ist z. B. durch Elektronenstrahlschweißen mit der Halterung 4, insbesondere dem beweglichen Kontaktmittel 5, mechanisch stabil, gut elektrisch leitend, untrennbar verbunden. Die Schweißverbindungen 10, insbesondere elektronenstrahlgeschweißte Verbindungen, sind mechanisch fest, stabil, permanent, d.h. untrennbar und weisen einen geringen Übergangswiderstand auf bzw. sind gut elektrisch leitend. Dadurch ist das bewegliche Kontaktstück der Vakuumschaltröhre 2 mit der beweglichen Halterung 4, insbesondere mit dem beweglichen Kontaktmittel 5, mechanisch fest, stabil, permanent, d.h. untrennbar und elektrisch gut leitend verbunden, und bei großen Strömen, insbesondere im Bereich von einigen tausend Ampere, wird eine große Wärmeentwicklung bzw. ein starker Temperaturanstieg an der Verbindung vermieden, der zu einer Beschädigung und/oder einem Ausfall des Hochspannungsleistungsschalters 1 führen kann.
Die Vakuumschaltröhre 2, insbesondere das feste- und das bewegliche Kontaktstück der Vakuumschaltröhre 2, welche z. B. aus Kupfer bestehen und/oder Kupfer umfassen, und das jeweilige Zwischenstück 7, welches z. B. einen Kupfer-Bereich umfasst, sind untrennbar, insbesondere durch Elektronenstrahlschweißen untrennbar verbunden, insbesondere über Bereiche gleichen Materials. Die Halterungen 2 und 3, welche aus Aluminium bestehen und/oder Aluminium umfassen, sind jeweils mit dem jeweiligen Zwischenstück 7, welches einen Aluminium- Bereich umfasst, untrennbar, insbesondere durch Elektronenstrahlschweißen untrennbar verbunden, insbesondere über Bereiche gleichen Materials. Die Bereiche 8 und 9 des jeweiligen Zwischenstücks 7 sind insbesondere durch Spreng- und/oder Walz-Plattieren untrennbar miteinander verbunden, insbesondere durch Zusammenfügen von Bereichen unterschiedlichen Mate- rials . Somit besteht eine untrennbare Verbindung der Vakuumschaltröhre 2 , insbesondere des festen- und des beweglichen Kontaktstücks der Vakuumschaltröhre 2 , mit der j eweiligen Halterung 3 und 4 , über das j eweilige Zwischenstück 7 , mit guten elektrischen Eigenschaften, d . h . einer hohen elektrischen Leitfähigkeit , mit geringem elektrischen Widerstand . Eine gute elektrische Leitung über den Hochspannungsleistungsschalter 1 im geschlossenen Zustand wird so bewirkt , wobei die Gefahr der starken Erwärmung insbesondere an den Verbindungsstellen und die Gefahr einer Beschädigung und/oder Zerstörung durch übermäßige Wärmeentwicklung minimiert ist . Hohe mechanische Kräfte beim Schalten bzw . durch die Schaltbewegung werden durch die untrennbare , mechanisch feste , stabile mechanische Verbindung der Halterungen 3 und 4 mit der Vakuumschaltröhre 2 kompensiert und führen zu keiner Zerstörung des Hochspannungsleistungsschalters 1 .
Die zuvor beschriebenen Aus führungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden . So kann z . B . der Hochspannungsleistungsschalter 1 ein Gehäuse aufweisen, welches der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt ist , welches mit einem Schaltgas , insbesondere SF6 und/oder Clean Air be- füllt ist . Das Gehäuse ist z . B . ein insbesondere gasdicht abgeschlossener Hohlisolator insbesondere mit Rippen am äußeren Umfang zur Reduzierung von Kriechströmen, aus Keramik, Silikon und/oder Kompositwerkstof f en . Oder das Gehäuse ist z . B . ein gasdicht abgeschlossener Metalltank, welcher elektrisch geerdet ist . Von den Halterungen sind z . B . Anschluss fahnen aus dem Gehäuse nach Außen geführt , zum elektrischen Anschluss des Hochspannungsleistungsschalters 1 an das elektrische Netz , insbesondere an Stromerzeuger und/oder Stromverbraucher und/oder Stromleitungen . Der Hochspannungsleistungsschalter 1 weist z . B . weiterhin einen Träger auf , zum Anordnen des Hochspannungsleistungsschalters 1 z . B . auf einem Fundament . Weiterhin weist der Hochspannungsleistungsschalter z . B . einen Antrieb, insbesondere einen Fe- derspeicherantrieb auf , und Elemente einer kinematischen Kette , z . B . ein Getriebe und wenigstens eine Antriebstange , zum Antreiben des beweglichen Kontaktstücks beim Schalten .
Der Hochspannungsleistungsschalter 1 ist mit einem beweglichen und einem festen Kontaktstück ausgestattet , alternativ oder zusätzlich können weitere Kontaktstücke umfasst sein, und/oder wenigstens zwei bewegliche Kontaktstücke können umfasst sein . Die Kontaktstücke sind aus Kupfer . Zusätzlich o- der alternativ können andere Materialien wie z . B . Stahl und/oder Aluminium umfasst sein, und das Zwischenstück 7 ein erstes Material auf der Seite 8 umfassen, welches z . B . ebenfalls Stahl und/oder Aluminium ist . Die Halterungen sind aus Aluminium . Zusätzlich oder alternativ können andere Materialien wie z . B . Stahl und/oder Kupfer umfasst sein, und das Zwischenstück 7 ein zweites Material auf der Seite 9 umfassen, welches z . B . ebenfalls Stahl und/oder Kupfer ist . Die zwei unterschiedlichen Materialien der Vakuumschaltröhre 2 und der Halterungen 3 und 4 werden untrennbar insbesondere über das Zwischenstück 7 zusammengefügt , welches aus zwei kreisrunden Scheiben auf gebaut ist . Alternativ oder zusätzlich können auch andere Formen gewählt werden, z . B . Zylinder mit quadratischem Querschnitt und/oder Hohlkörper . Die zwei Materialien des Zwischenstücks 7 können zusammengefügt sein mit klar definiertem Trennbereich und/oder ineinander insbesondere kontinuierlich übergehen, z . B . durch Materialdi f fusion der Materialien j eweils in das andere Material , z . B . nach einer Wärmebehandlung .
Be zugs Zeichen :
1 Hochspannungsleistungsschalter
2 Vakuumschaltröhre
3 Halterung der festen Kontaktstückseite
4 Halterung der beweglichen Kontaktstückseite
5 bewegliches Kontaktmittel , insbesondere Kontaktscheibe 6 Halterungshülse
7 Zwischenstück
8 Seite des ersten Materials
9 Seite des zweiten Materials 10 Schweißverbindung

Claims

Patentansprüche
1. Hochspannungsleistungsschalter (1) mit wenigstens einer Vakuumschaltröhre (2) , welche durch wenigstens eine Halterung
(3, 4) des Hochspannungsleistungsschalters (1) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vakuumschaltröhre (2) mit der wenigstens einen Halterung (3, 4) untrennbar verbunden ist.
2. Hochspannungsleistungsschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vakuumschaltröhre (2) wenigstens ein festes und wenigstens ein bewegliches Kontaktstück umfasst, mit wenigstens einer Halterung (3) auf einer Seite des wenigstens einen festen Kontaktstücks und mit wenigstens einer Halterung (4) auf einer Seite des wenigstens einen beweglichen Kontaktstücks .
3. Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vakuumschaltröhre (2) durch eine Schweißverbindung (10) mit der wenigstens einen Halterung (3, 4) untrennbar verbunden ist, insbesondere durch eine elektronenstrahlgeschweißte Schweißverbindung (10) .
4. Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vakuumschaltröhre (2) mit der wenigstens einen Halterung (3, 4) jeweils durch ein Zwischenstück (7) untrennbar verbunden ist.
5. Hochspannungsleistungsschalter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (7) wenigstens zwei, insbesondere genau zwei Bereiche umfasst, insbesondere einen Bereich aus Kuper und einen Bereich aus Aluminium, wobei die zwei Bereiche insbesondere stoff schlüssig, untrennbar miteinander verbunden sind, insbesondere verbunden durch Spreng- und/oder Walz-Plattieren.
6. Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vakuumschaltröhre (2) , insbesondere das wenigstens eine feste- und das wenigstens eine bewegliche Kontaktstück der wenigstens einen Vakuumschaltröhre (2) , jeweils mit einem Zwischenstück (7) verbunden sind, insbesondere durch Elektronenstrahlschweißen, und/oder dass das Zwischenstück (7) zwei Bereiche unterschiedlicher Materialien umfasst, wobei die zwei Bereiche stoff schlüssig, untrennbar miteinander durch Spreng- und/oder Walz-Plattieren verbunden sind, und/oder dass das Zwischenstück (7) jeweils mit wenigstens einer Halterung (3, 4) untrennbar verbunden ist, insbesondere durch Elektronenstrahl schweiß en .
7. Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vakuumschaltröhre (2) , insbesondere das wenigstens eine feste- und das wenigstens eine bewegliche Kontaktstück der wenigstens einen Vakuumschaltröhre (2) , aus Kupfer bestehen und/oder Kupfer umfassen, und/oder dass das Zwischenstück (7) einen Kupfer-Bereich umfasst, welcher mit dem Kupfer der
Vakuumschaltröhre (2) untrennbar, insbesondere durch Elektronenstrahlschweißen untrennbar verbunden ist, und/oder dass die Halterung (3, 4) jeweils aus Aluminium besteht und/oder Aluminium umfasst, und/oder dass das Zwischenstück (7) einen Aluminium-Bereich umfasst, welcher mit dem Aluminium der Halterung (3, 4) untrennbar, insbesondere durch Elektronenstrahlschweißen untrennbar verbunden ist.
8. Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungsleistungsschalter (1) zum Schalten von Spannungen im Bereich von einigen Kilovolt bis zu einem Bereich von
1200 Kilovolt ausgebildet ist.
9. Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungsleistungsschalter (1) ein Schaltgas umfasst, insbesondere SF6 und/oder Clean Air, und die Vakuumschaltröhre (2) und/oder die wenigstens eine Halterung (3, 4) von dem Schaltgas räumlich umfasst sind.
10. Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Halterung (3, 4) ausgebildet ist, die Vakuumschaltröhre (2) in einem Gehäuse, insbesondere einem geschlossenem Isolator-Gehäuse, mechanisch stabil anzuordnen, insbesondere mit einer räumlich festen Halterung (3) und/oder mit einer, insbesondere über einen Antrieb, beweglich antreibbaren Halterung ( 4 ) .
11. Verfahren zum Herstellen eines Hochspannungsleistungsschalters (1) , insbesondere eines Hochspannungsleistungsschalters (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einer Vakuumschaltröhre (2) , welche durch wenigstens eine Halterung (3, 4) gelagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vakuumschaltröhre (2) mit der wenigstens einen Halterung (3, 4) untrennbar verbunden wird, insbesondere durch Elektronenstrahlschweißen.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vakuumschaltröhre (2) , insbesondere das wenigstens eine feste- und das wenigstens eine bewegliche Kontaktstück der wenigstens einen Vakuumschaltröhre (2) , welche insbesondere Kupfer umfassen, jeweils mit einem Zwischenstück (7) verbunden werden, insbesondere durch Elektronenstrahlschweißen, und/oder dass das Zwischenstück (7) zwei Bereiche unterschiedlicher Materialien umfasst, insbesondere Kupfer und Aluminium, wobei die zwei Bereiche stoff schlüssig, untrennbar miteinander durch Spreng- und/oder Walz-Plattieren verbunden werden, und/oder dass das Zwischenstück (7) jeweils mit wenigstens einer Halterung (3, 4) , welche insbesondere Aluminium umfasst, untrennbar verbunden wird, insbesondere durch Elektronenstrahlschweißen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der Kupfer-Bereich des Zwischenstücks (7) mit Kupfer des Kontaktstücks der Vakuumschaltröhre (2) verbunden wird, und dass jeweils der Aluminium-Bereich des Zwischenstücks (7) mit Aluminium der Halterung (3, 4) verbunden wird.
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