EP4732322A1 - Anordnung zum schalten von spannungen mit träger für steuerelemente - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) zum Schalten von Spannungen, mit wenigstens einer Vakuumschaltröhre (2) und mit wenigstens einem Träger (3) zur Anordnung von wenigstens einem Steuerelement (4) an der wenigstens einen Vakuumschaltröhre (2). Der wenigstens eine Träger (3) ist käfigförmig ausgebildet.

Description

Beschreibung

Anordnung zum Schalten von Spannungen mit Träger für Steuerelemente

Die Erfindung betri f ft eine Anordnung zum Schalten von Spannungen, mit wenigstens einer Vakuumschaltröhre und mit wenigstens einem Träger zur Anordnung von wenigstens einem Steuerelement an der wenigstens einen Vakuumschaltröhre .

Anordnungen zum Schalten von Spannungen umfassen z . B . Vakuumschaltröhren bzw . Vakuumschalter, welche als Schaltelemente in Leistungsschaltern dienen . Eine Vakuumschaltröhre umfasst relativ zueinander bewegbare Schaltkontakte , in einer Vakuumschaltkammer angeordnet , d . h . in einer evakuierten Kammer . In der Hochspannungstechnik werden derartige Vakuumschaltröhren zum Schalten von Spannungen im Hochspannungsbereich, insbesondere größer oder gleich 52 kV, und/oder zum Schalten großer Ströme im Bereich von bis zu einigen zehn Kiloampere verwendet . Vakuumschaltröhren, insbesondere umfasst von Anordnungen zum Schalten, sind wartungsarm, langlebig, und werden insbesondere über Motoren und/oder Federspeicheranriebe einfach und zuverlässig angetrieben . Für hohe Spannungsanforderungen werden z . B . Anordnungen mit mehreren Vakuumschaltröhren verwendet , deren Schaltstrecken elektrisch in Reihe geschaltet sind, wie z . B . aus der DE 10 2013 208 419 Al bekannt ist . Alternativ werden z . B . Vakuumschaltröhren mit mehreren Schaltstrecken insbesondere in einer Vakuumschaltröhre verwendet .

Im Fall von mehreren Vakuumschaltröhren und/oder Vakuumschaltröhren mit mehreren Schaltstrecken wird, bei geöf fneten Schaltstrecken der Vakuumschaltröhren, eine den Vakuumschaltröhren angepasste Spannungsaufteilung auf die Vakuumschaltröhre bzw . Vakuumschaltröhren angestrebt , d . h . Absteuerung, um eine Überlastung einzelner Vakuumschaltröhren bzw . von Bereichen einer Vakuumschaltröhre zu vermeiden . Beispielsweise wird bei mehreren gleichartig ausgebildeten, hintereinander geschalteten Vakuumschaltröhren bzw . Schaltstrecken, eine möglichst gleichmäßige Spannungsaufteilung auf die Vakuumschaltröhre bzw . Vakuumschaltröhren respektive Schaltstrecken angestrebt .

Um eine angestrebte Spannungsaufteilung auf die Vakuumschaltröhren bzw . Schaltstrecken zu erreichen, werden beispielsweise passive elektrische Bauelemente wie z . B . Varistoren, Widerstände , Dioden und/oder Kondensatoren als Steuerelemente parallel zu den Vakuumschaltröhren geschaltet . Bei z . B . zwei in Reihe geschalteten Vakuumschaltröhren ermöglichen die j eweils zu den Vakuumschaltröhren parallel geschalteten Steuerelemente im Ideal fall eine Spannungsaufteilung von 50 : 50 zwischen den Vakuumschaltröhren bei stationär anliegender Spannung . Verzerrungen der Spannungsaufteilung beim Ausschalten, z . B . durch Ströme von z . B . Steuerkondensatoren oder Nachströme von z . B . Vakuumschaltröhren können durch Varistoren abgeleitet werden . Dadurch wird eine Überlastung der Vakuumschaltröhren bei hohen Spannungen und/oder Strömen verhindert , und die Anordnung zum Schalten, insbesondere ein Hochspannungsleistungsschalter, wird langlebig und zuverlässig ausgebildet .

Bauelemente wie Steuerelemente vergrößern j edoch den Bauraum von Anordnungen zum Schalten, insbesondere angeordnet in zusätzlichen Gehäusen . In einem Gehäuse angeordnete Steuerelemente mit den Vakuumschaltröhren sind derart anzuordnen, dass keine Überschläge zwischen Steuerelementen untereinander und mit Vakuumschaltröhren oder anderen Bauteilen, z . B . dem Gehäuse erfolgen . Insbesondere bei einem Vakuumschalter mit gereinigter und entfeuchteter Druckluft , d . h . Clean Air als die Vakuumschaltröhre umgebendes I soliergas , sind relativ große I solationsabstände zwischen einer Vakuumschaltröhre und/oder einem passivem elektrischen Bauelement und einem insbesondere metallischen Schaltergehäuse notwendig, da die Druckluft eine relativ geringe elektrische Durchschlagf estig- keit im Vergleich zu anderen I soliergasen, wie z . B . Schwefelhexafluorid, aufweist . Um eine ausreichende I solation zwischen Vakuumschaltröhren und Schaltungen mit passiven Bauelementen zu erreichen, ist z . B . die Anordnung der Vakuumschaltröhren und verschalteten passiven Bauelemente in unterschiedlichen Gehäusen möglich . Diese Anordnungen sind j edoch mit einem hohen Platzbedarf und Kosten verbunden . Alternativ können die Steuerelemente in isolierenden Teilen, insbesondere Keramiksegmenten von Vakuumschaltröhren integriert sein oder direkt an den Keramiksegmenten mit mechanischem Kontakt angeordnet sein . Dadurch ergibt sich aber eine hohe Komplexität des Aufbaus , mit hohem Konstruktions- und Zusammenbau- Aufwand, verbunden mit hohen Kosten und Zeitaufwand beim Zusammenbau bzw . Assembling einer Vakuumschaltröhre . Weiterhin können die Steuerelemente eingegossen sein in einem Gehäuse , welches die Vakuumschaltröhre umgibt . Dabei ist eine Wärmeabfuhr von Abwärme der Vakuumschaltröhre im eingeschalteten Zustand schwierig bzw . reduziert .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , eine Anordnung zum Schalten von Spannungen mit wenigstens einer Vakuumschaltröhre anzugeben, welche absteuerbar ist und einen geringen Platzbedarf aufweist , geringe Komplexität aufweist , einfach und kostengünstig zusammensetzbar ist , und langlebig ist , mit hoher Zuverlässigkeit und mit guter Wärmeabfuhr von der Vaku- umschaltröhre .

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung zum Schalten von Spannungen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung zum Schalten von Spannungen sind in den Unteransprüchen angegeben . Dabei sind Gegenstände des Hauptanspruchs mit Merkmalen von Unteransprüchen und Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar .

Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Schalten von Spannungen umfasst wenigstens eine Vakuumschaltröhre und wenigstens ei- nen Träger zur Anordnung von wenigstens einem Steuerelement an der wenigstens einen Vakuumschaltröhre . Der wenigstens eine Träger ist käfigförmig ausgebildet .

Die Verwendung eines Trägers in Käfigform ermöglicht eine einfache , schnelle und kostengünstige Anordnung von Steuerelementen an einer Vakuumschaltröhre , insbesondere mit einem Abstand, z . B . im Bereich von Millimetern oder Zentimetern, der Steuerelemente von der Vakuumschaltröhre . Der Träger kann vorgefertigt bzw . zusammengesetzt werden, wodurch eine schnelle und einfache Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Anordnung möglich ist , durch Anordnung des käfigförmigen Trägers insbesondere um die Vakuumschaltröhre herum . Die Käfigform ermöglicht eine bessere Wärmeabführung von der Vakuumschaltröhre in die Umgebung verglichen mit einem massiven insbesondere geschlossenen Träger . Gerade bei hohen Strömen ist es möglich, dass große Wärmemengen in bzw . an der Vakuumschaltröhre entstehen, welche zu Beschädigungen bis hin zur Zerstörung der Vakuumschaltröhre führen können . Ein guter Wärmetrans fer von der Vakuumschaltröhre weg ermöglicht einen zuverlässigen, langzeitstabilen Betrieb der Vakuumschaltröhre auch bei hohen Strömen .

Der wenigstens eine Träger kann Stangen umfassen, insbesondere mit kreis förmigen und/oder elliptischen Querschnitt . Stangen sind einfach und kostengünstig herstellbar, einfach verarbeitbar und einfach und schnell zu einem Käfig zusammensetzbar .

Die Stangen können aus einem I solatormaterial , insbesondere Keramik, Kunststof f , Glas f aserverstärktem-Kunststof f ( GFK) , Teflon und/oder PCTFE bestehen oder I solatormaterial umfassen . Stangen aus einem I solatormaterial , insbesondere den zuvor beschriebenen Materialien, ermöglichen einen Käfig, welcher keine elektrischen Überschläge entlang der Längsachse der Vakuumschaltröhre ergibt . Der wenigstens eine Träger kann metallische Schirme umfassen, insbesondere kreis förmige und/oder hohl zylinderförmige Schirme , insbesondere aus Kupfer, Aluminium und/oder Stahl . Über die Schirme des Trägers sind Steuerelemente elektrisch kontaktierbar und verschaltbar, insbesondere über Elemente der Vakuumschaltröhre wie z . B . Metallschirmen bzw . Schirmelementen . Kreis förmige und/oder hohl zylinderförmige Schirme des Trägers lassen sich einfach und gut um den Umfang einer Vaku- umschaltröhre anordnen . Die Verwendung von gut leitenden Materialien, insbesondere Metallen wie z . B . Kupfer, Aluminium und/oder Stahl , ermöglichen einen guten elektrischen Kontakt von Steuerelementen des Trägers mit insbesondere Schirmelementen der Vakuumschaltröhre , mit den zuvor beschriebene Vorteilen .

Das wenigstens eine Steuerelement und/oder Stangen können zwischen Schirmen angeordnet sein . Damit ist ein käfigförmiger Träger einfach und kostengünstig über das Zusammensetzen bzw . Anordnen von Steuerelementen und/oder Stangen zwischen Schirmen ausbildbar .

Die wenigstens eine Vakuumschaltröhre kann Schirmelemente umfassen, welche insbesondere über elektrisch leitende Federn mit den Schirmen des wenigstens einen Trägers elektrisch kontaktiert sein können . Uber die Federn ist kostengünstig, einfach und langlebig, auch bei Erschütterungen, ein zuverlässiger elektrischer Kontakt möglich . Beim Anordnen des Trägers an der Vakuumschaltröhre ermöglichen Federn einen reversibel lösbaren guten elektrischen Kontakt , welcher einfach und schnell insbesondere automatisch beim Anordnen ausgebildet werden kann . Uber die Schirmelemente der Vakuumschaltröhre und den Schirmen des Trägers sind die Steuerelemente einfach und kostengünstig sowie langzeitstabil verschaltbar, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen . Eine Absteuerung von insbesondere in Reihe geschalteten Vakuumschaltröhren über Steuerelemente der den Vakuumschaltröhren zugeordneten Träger ist so- mit einfach, kostengünstig, zuverlässig möglich, bei einem kompakten Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung .

Das wenigstens eine Steuerelement kann wenigstens ein Kondensator und/oder wenigstens ein Widerstand und/oder wenigstens ein Varistor sein oder umfassen . Kondensatoren, Dioden und Widerstände sind gut geeignet zum Absteuern bzw . zur Einstellung einer gewünschten Spannungsverteilung zwischen Vakuumschaltröhren und/oder über eine Vakuumschaltröhre hinweg . Varistoren sind insbesondere gut geeignet zur Ableitung von Nachströmen beim Abschalten, d . h . Ausschalten einer Vakuumschaltröhre , womit eine Beschädigung bis hin zur Zerstörung vermieden werden kann . Somit sind Steuerelemente , welche Kondensatoren, Dioden und/oder elektrische Widerstände und/oder Varistoren umfassen oder sind, gut geeignet , eine Absteuerung von Vakuumschaltröhren zu ermöglichen .

Der wenigstens eine Träger kann derart ausgebildet sein, dass der Träger über der wenigstens einen Vakuumschaltröhre insbesondere reversibel schiebbar und/oder verschiebbar ist . Damit ist eine einfache , kostengünstige und reversible Anordnung des Trägers an bzw . insbesondere um den Umfang der Vakuumschaltröhre herum möglich . Dies ermöglicht einen einfachen und kostengünstigen Zusammenbau der erfindungsgemäßen Anordnung, und bei einer reversiblen Anordnung sind z . B . bei Wartungsarbeiten Teile einfach und kostengünstig austauschbar . Damit ist eine einfache Wartung möglich, was die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der erfindungsgemäßen Anordnung erhöht .

Der wenigstens eine Träger kann segmentartig ausgebildet sein, insbesondere zusammengesetzt aus halbschalenförmigen Käfigsegmenten . Die Verwendung von insbesondere halbschalenförmigen Segmenten ermöglicht selbst bei Trägern, welche nicht über eine Vakuumschaltröhre schiebbar sind, eine einfache , kostengünstige und schnelle Montage , mit den zuvor beschriebenen Vorteilen . Die Segmente können auch andere Formen aufweisen, z . B . statt halbschalig könne viertelschalige oder andere Segmente verwendet werden .

Die wenigstens eine Vakuumschaltröhre kann wenigstens eine Hülle und wenigstens einen festen Kontakt sowie wenigstens einen beweglichen Kontakt umfassen, wobei die wenigstens eine Hülle wenigstens ein Keramiksegment , wenigstens einen Faltenbalg, wenigstens ein Schirmelement und/oder wenigstens einen Metallschirm umfassen können . Ein derartiger Aufbau ermöglicht eine einfache und kostengünstige Vakuumschaltröhre , welche z . B . verlötet werden kann bzw . deren Teile durch Verlöten zusammengesetzt werden können . Die Schirmelemente und/oder Metallschirme ermöglichen wie zuvor beschrieben eine Kontaktierung und Verschaltung von Steuerelementen, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen .

Wenigstens zwei Vakuumschaltröhren können umfasst sein, welche in Reihe oder parallel geschaltet sein können . Die zuvor beschriebenen Vorteile der Absteuerung und des Trägers mit Steuerelementen für eine j eweilige Vakuumschaltröhre gelten für Vakuumschaltröhren selbst , indem Segmente einer Vakuumschaltröhre abgesteuert werden, und gelten für mehrere Vakuumschaltröhren, wobei insbesondere zusätzlich die Vakuumschaltröhren untereinander bzw . gegeneinander abgesteuert werden können .

Die Anordnung kann einen Hochspannungs-Leistungsschalter umfassen, insbesondere ausgebildet zum Schalten von Spannungen im Bereich von größer und/oder gleich 52 kV . Die zuvor beschriebenen Vorteile gelten insbesondere für Hochspannungs- Leistungsschalter und/oder bei hohen Spannungen und Strömen . Bei hohen Spannungen kann eine Reihenschaltung von Vakuumschaltröhren und/oder eine Absteuerung notwendig sein, um zuverlässig und langzeitstabil eine Spannung schalten zu können . Des Weiteren kann bei hohen Strömen eine Kühlung der Va- kuumschaltröhre und die Wärmeabführung von der Vakuumschalt- röhre weg wesentlich sein für einen langzeitstabilen, zuverlässigen Betrieb .

Im Folgenden wird ein Aus führungsbeispiel der Erfindung schematisch in der einzigen Figur dargestellt und nachfolgend näher beschrieben .

Dabei zeigt die

Figur schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung 1 zum Schalten von Spannungen in Schnittdarstellung entlang einer Längsachse einer Vakuumschaltröhre 2 , wobei ein käfigförmiger Träger 3 zur Anordnung von Steuerelementen 4 an der Vakuumschaltröhre 2 angeordnet ist .

In der einzigen Figur ist schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung zum Schalten von Spannungen 1 in Schnittansicht dargestellt . Die Anordnung 1 umfasst eine Vakuumschaltröhre 2 und einen Träger 3 mit Steuerelementen 4 zum Absteuern der Vakuumschaltröhre 2 . Die Steuerelemente 4 sind in der Figur schematisch dargestellt und sind z . B . elektrische Widerstände , Dioden Kondensatoren und/oder Varistoren . Eine Schaltung der Steuerelemente erfolgt entsprechend dem Aufbau und der Verschaltung der Vakuumschaltröhre 2 . Z . B . können zwei Vakuumschaltröhren 2 in Reihe geschaltet sein, insbesondere hintereinander angeordnet auf einer gemeinsamen Achse , was der Einfachheit halber in der Figur nicht dargestellt ist . Eine Aufteilung der Spannung im Wesentlichen 50 : 50 auf die zwei Vakuumschaltröhren erfolgt in einem solchen Aus führungsbeispiel z . B . durch j eweils parallel zu j eder Vakuumschaltröhre 2 geschaltete Kondensatoren in Reihe mit Widerständen, wobei parallel zu den j eweils in Reihe geschalteten Kondensatoren und Widerständen bzw . zur j eweiligen Vakuumschaltröhre insbesondere wenigstens ein Varistor geschaltet ist . Im Aus führungsbeispiel der einzigen Figur erfolgt eine Verschaltung von Steuerelementen 4 zur Absteuerung einer Vakuumschaltröhre 2 . Die Vakuumschaltröhre 2 umfasst einen festen Kontakt 10 und einen beweglichen Kontakt 11 , welche j eweils eine zylinderförmige Kontaktstange bzw . Bol zen und einen scheibenförmigen Kontaktteller im Inneren der Vakuumschaltröhre 2 umfassen, wobei die Kontaktstangen aus dem Inneren in den Außenraum der Vakuumschaltröhre ragen, zur elektrischen Kontaktierung der Vakuumschaltröhre 2 , und mit den Längsachsen auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind . Der bewegliche Kontakt 11 ist über einen Faltenbalg 13 beweglich nach Außen geführt , welcher z . B . an einem insbesondere deckel förmigen, kreisrunden Verschlusselement 17 angeordnet ist . Der feste Kontakt 10 ist insbesondere mittig, gasdicht durch ein zweites insbesondere deckel förmiges , kreisrundes Verschlusselement 17 geführt und fest mit diesem verlötet . Weitere Befestigungen, wie z . B . Klemmen, Kleben, Schweißen, und/oder Schrauben sind ebenfalls möglich .

Der feste und bewegliche Kontakt 10 , 11 sind z . B . aus Kupfer, Aluminium und/oder Stahl elektrisch leitend ausgebildet . Durch Bewegung des beweglichen Kontaktes 11 , insbesondere angetrieben über einen Antrieb wie z . B . einem Motor und/oder einem Federspeicherantrieb sowie Elementen einer kinematischen Kette , z . B . einer Antriebsstange und Getriebeelementen, wird die Vakuumschaltröhre geschaltet , insbesondere ein- und ausgeschaltet . Der Antrieb und die Elemente der kinematischen Kette sind der Einfachheit halber in der Figur nicht dargestellt . Beim Einschalten wird der bewegliche Kontakt 11 auf den festen Kontakt 10 zubewegt , bis beide Kontakte 10 , 11 in elektrischen und mechanischen Kontakt stehen, d . h . die Strombahn über die Kontakte 10 und 11 hinweg geschlossen ist . Beim Ausschalten wird der bewegliche Kontakt 11 von dem festen Kontakt 10 wegbewegt , bis ein Spalt zwischen den Kontakten 10 und 11 besteht , welcher ausreichend ist , den elektrischen Kontakt zu unterbrechen ohne Überschläge zwischen den Kontakten 10 , 11 , d . h . die Strombahn über die Kontakte 10 und 11 hinweg ist geöffnet bzw. unterbrochen. Bei zu schaltenden Spannungen größer oder gleich 52 kV, d. h. bei Hochspannung, ist z. B. ein Spaltabstand von bis zu einigen Zentimetern notwendig.

Die Kontakte 10 und 11 sind von einem Vakuum räumlich umfasst. Dazu sind die Kontakte 10 und 11 in einer Hülle 9 der Vakuumschaltröhre 2 angeordnet, welche vakuumdicht verschlossen ist und im Inneren evakuiert ist. Im Bereich der Kontakte 10 und 11 umfasst die Hülle 9 z. B. einen Metallschirm als Hauptschirm 14, z. B. aus Stahl, Aluminium und/oder Kupfer. Der Metallschirm 14 ist z. B. hohlzylinderförmig ausgebildet, mit abgerundeten Enden, um Spannungsüberhöhungen an den Enden zu vermeiden. Die Enden ragen z. B. in die Vakuumschaltröhre hinein und sind als Dampf schirme ausgebildet. Der Metallschirm 14 umfasst räumlich die Kontakte 10, 11.

An den Enden des Metallschirms 14 schließen sich vakuumdicht, insbesondere über Löten verbunden, jeweils Keramiksegmente 12 an. Die Keramiksegmente 12 sind z. B. hohlzylindrisch ausgebildet, mit kreisrundem Querschnitt. Im Ausführungsbeispiel der einzigen Figur sind z. B. auf jeder Seite des Metallschirms 14 zwei Keramiksegmente 12 angeordnet. Alternativ können auch alle Keramiksegmente 12 auf einer Seite des Metallschirms 14 angeordnet sein oder ein, drei oder mehr Keramiksegmente 12 auf jeder Seite des Metallschirms 14 angeordnet sein. Dabei kann der Aufbau der Vakuumschaltröhre symmetrisch oder asymmetrisch sein, z. B. mit einer unterschiedlichen Zahl an Keramiksegmenten 12 auf jeder Seite und/oder unterschiedlich langen Keramiksegmenten 12. Die Hülle 9 der Va- kuumschaltröhre 2 ist vakuumdicht verschlossen, durch die Verschlusselemente 17, insbesondere aus Kupfer, Aluminium und/oder Stahl, auf jeder Seite in Verbindung mit den Kontakten 10, 11, und auf der Seite des beweglichen Kontaktes 11 in Verbindung mit dem Faltenbalg 13, welcher z. B. aus Stahl besteht und/oder Stahl umfasst. Zwischen Keramiksegmenten 12 sind z. B. Schirmelemente 7 der Vakuumschaltröhre 2 angeordnet, insbesondere jeweils ein Schirmelement 7 zwischen zwei benachbarten Keramiksegmenten 12. Dabei ist z. B. zwischen allen benachbarten Keramiksegmenten 12 wenigstens ein Schirmelement 7 angeordnet, oder Keramiksegmente 12 können ausgelassen werden, und nur zwischen bestimmten Keramiksegmenten 12 sind Schirmelemente 7 angeordnet, während die übrigen Keramiksegmente 12 insbesondere direkt miteinander verbunden sind, z. B. über ein Lot bzw. Lötzinn. Schirmelemente 7 sind z. B. hohlzylinderförmig bzw. hutkrempenartig ausgebildet, und ragen wenige Millimeter bis hin zu Zentimetern über den äußeren Umfang der Keramiksegmente 7 hinaus. Im Inneren der Vakuumschaltröhre 2 können die Schirmelemente 7 jeweils als Dampfschirm ausgebildet sein. Die Elemente der Hülle 9, wie z. B. der Hauptschirm 14, die Schirmelemente 7 der Vakuumschaltröhre 2, die Keramiksegmente 12, die Verschlusselemente 17, und der Faltenbalg 13 sind z. B. miteinander verlötet, insbesondere mit Lötzinn, und durch Löten, insbesondere mit Lötzinn, mit dem festen Kontakt 10 verbunden. Weitere Verbindungsmöglichkeiten sind unter anderem Kleben, Klemmen, Schrauben, Verpressen, und/oder Schweißen .

Die Vakuumschaltröhre 2 wird insbesondere an den Enden durch wenigstens eine Halterung 15, 16 fest gelagert bzw. gehalten. Die Halterung 15 auf der Seite des festen Kontakts 10 ist z. B. zylinderförmig ausgebildet aus einem Metall, insbesondere Kupfer, Stahl und/oder Aluminium. Der feste Kontakt 10 ist z. B. mit der Halterung 15 fest verbunden, z. B. in die Halterung 15 eingeschraubt. Alternativ kann der Kontakt 10 durch die Halterung 15 geführt sein, zu einem äußeren elektrischen Anschluss, was der Einfachheit halber in der einzigen Figur nicht dargestellt ist. Die Halterung 16 des beweglichen Kontakts 11 ist z. B. hohlzylinderförmig ausgebildet, z. B. aus einem Metall, insbesondere Kupfer, Stahl und/oder Aluminium. Alternativ können die Halterungen 15, 16 aus einem Kunststoff, z. B. Plastik, PTFE, PCTFE oder einem Verbundwerk- Stoff, insbesondere GFK, d. h. faserverstärktem Kunststoff, hergestellt sein. Der bewegliche Kontakt 11 ist durch die Halterung 16 beweglich geführt, insbesondere zu einem äußeren elektrischen Anschluss, welcher der Einfachheit halber in der einzigen Figur nicht dargestellt ist. Die Halterungen 15, 16 sind z. B. in einem äußeren Gehäuse, z. B. einem Schaltschrank, einem GIS-Gehäuse, einem geerdeten Metalltank oder einem insbesondere gerippten Isolator-Gehäuse angeordnet, was der Einfachheit halber ebenfalls nicht in der einzigen Figur dargestellt ist.

Wie in der einzigen Figur dargestellt ist, wird die Vakuumschaltröhre 2 erfindungsgemäß vom Träger 3 räumlich umfasst. Der Träger 3 ist käfigförmig aufgebaut, wobei ein Käfig ein geschlossenes Behältnis ist, dessen Seiten perforiert sind. Der Träger 3 umfasst Steuerelemente 4 und z. B. Stangen 5, welche zwischen Schirmen 6 angeordnet sind. Der Träger 3 ist z. B. hohlzylinderförmig ausgebildet, wobei die freien Zwischenräume auf dem Zylindermantel zwischen den Elementen des Trägers 3, insbesondere den Steuerelementen 4, Stangen 5 und/oder Schirmen 6, die Perforierung ergeben. Die Stangen 5 sind z. B. länglich, zylinderförmig ausgebildet, mit einem insbesondere kreisförmigen- und/oder elliptischen Querschnitt, und umfassen oder bestehen aus z. B. Isolatormaterial, insbesondere Keramik, Kunststoff, Glasf aserverstärktem- Kunststoff, Teflon und/oder PCTFE. Die Schirme 6 sind z. B. metallische Schirme 6 aus gut elektrisch leitendem Kupfer, Aluminium und/oder Stahl oder umfassen Kupfer, Aluminium und/oder Stahl. Die Schirme 6 können auch Isolatoren sein oder umfassen, wobei eine Verschaltung der Steuerelemente 4 z. B. über elektrische Leitungen erfolgen kann, was der Einfachheit halber in der einzigen Figur nicht dargestellt ist.

Die Schirme 6 sind z. B. scheibenförmig, d. h. kreis- und/oder hohlzylinderförmig, mit einem Loch in der Mitte ausgebildet, insbesondere nach Art einer Hutkrempe oder Unterlegscheibe. Eine Dicke kann z. B. im Millimeterbereich bis hin zu einigen Zentimetern liegen. Um Spannungsüberhöhungen zu vermeiden, sind die Schirme 6 an Kanten, insbesondere am äußeren Umfang, abgerundet. Am inneren Umfang sind z. B. elektrisch leitende Federn 8 bzw. Federelemente angeordnet, um einen guten elektrischen Kontakt zwischen Schirmelementen 7 der Vakuumschaltröhre 2 und Schirmen 6 des Trägers 3 zu ermöglichen. Die Federn 8 umfassen z. B. Blatt- und/oder Schraubenfedern, insbesondere aus gut leitendem Stahl, Kupfer und/oder Aluminium.

Die Schirme 6 sind im Träger 3 z. B. derart angeordnet, dass die flache Ebene der Schirme 6 kongruent einer horizontalen Schnittebene durch einen insbesondere kreiszylinderförmigen Träger 3 ist, d. h. parallel zur Deck- und Grundfläche des insbesondere kreiszylinderförmigen Trägers 3, d. h. senkrecht seiner Längsachse. Insbesondere parallel zur Längsachse des Trägers 3 sind die Stangen 5 mit ihrer jeweiligen Längsachse zwischen den Schirmen 6 angeordnet, z. B. mit regelmäßigem Abstand auf dem äußeren Umfang des Trägers 3. Z. B. können je zwei, drei, vier oder mehr Stangen in gleichen Abständen voneinander entlang des Umfangs des Trägers angeordnet sein, entlang der Längsachse des Trägers auf gemeinsamen Achsen oder zwischen unterschiedlichen Schirmen 6 gegeneinander versetzt. Alternativ können die Stangen 5 auch unregelmäßig entlang des äußeren Umfangs des Trägers 3 angeordnet sein. Die Stangen 5 sind z. B. mit den Schirmen 6 verschraubt, geklebt, geklemmt, geschweißt und/oder gelötet. Stangen 5 sind z. B. vom äußeren Umfang der Schirme 6 nach Innen versetzt, insbesondere um Millimeter, an den Schirmen 6 angeordnet.

Der Träger 3 ist zur Anordnung und/oder Verschaltung von Steuerelementen 4 an der Vakuumschaltröhre 2 oder an Vakuumschaltröhren 2. Der Einfachheit halber wird im Ausführungsbeispiel der einzigen Figur eine einzige Vakuumschaltröhre 2 mit einem einzigen Träger 3 dargestellt. Das Grundprinzip des Trägers 3 oder mehrerer Träger 3 entlang von Vakuumschaltröhren 2 angeordnet, ist auf mehrere Vakuumschaltröhren 2 über- tragbar . Die Steuerelemente 4 sind alternativ oder zusätzlich zu Stangen 5 zwischen Schirmen 6 angeordnet . Steuerelemente 4 sind z . B . Kondensatoren, d . h . Steuerkondensatoren, Widerstände , Dioden und/oder Varistoren . Eine elektrische Schaltung bzw . Verschaltung der Steuerelemente 4 mit der Vakuumschaltröhre 2 umfasst z . B . Kondensatoren parallel zur Vaku- umschaltröhre 2 und/oder zu Keramiksegmenten 12 insbesondere zwischen Schirmen 7 der Vakuumschaltröhre 2 . Alternativ oder zusätzlich können Kondensatoren und Widerstände in Reihe geschaltet , parallel zur Vakuumschaltröhre 2 und/oder zu Keramiksegmenten 12 insbesondere zwischen Schirmen 7 der Vakuumschaltröhre 2 angeordnet und/oder verschaltet werden . Varistoren können parallel zur Vakuumschaltröhre 2 und/oder zu Keramiksegmenten 12 insbesondere zwischen Schirmen 7 der Vaku- umschaltröhre 2 angeordnet und/oder verschaltet werden, z . B . parallel zu Kondensatoren und/oder zu Widerständen und/oder zu in Reihe geschalteten Kondensatoren und Widerständen .

Die Steuerelemente 4 sind analog den Stangen 5 an den Schirmen 6 befestigt , z . B . durch Löten, Schweißen, Klemmen, Kleben und/oder Schrauben und sind insbesondere elektrisch mit den Schirmen 6 verbunden bzw . über diese verschaltet , wobei über Federn 8 ein elektrischer Kontakt mit Schirmen 7 der Va- kuumschaltröhre 2 und damit mit Dampf schirmen im Inneren der Vakuumschaltröhre 2 erzeugt werden kann, im Fall von metallischen Schirmen 6 . Steuerelemente 4 können zusätzlich zu Stangen 5 angeordnet sein oder als Alternative zu Stangen 5 , wobei die Steuerelemente 4 die Stangen 5 ersetzen . Die Steuerelemente 4 sind z . B . an den Schirmen 6 direkt befestigt oder über insbesondere elektrisch gut leitende Zwischenstücke befestigt . Die Anordnung von Stangen 5 und/oder Steuerelementen 4 im bzw . am Träger 3 erfolgt regelmäßig, z . B . entlang von gemeinsamen Längsachsen und/oder in regelmäßigen Abständen insbesondere parallel zueinander . Alternativ erfolgt eine Anordnung im bzw . am Träger 3 versetzt zueinander, d . h . zwischen unterschiedlichen Paaren von Schirmen 6 liegen Stangen 5 und/oder Steuerelemente 4 auf unterschiedlichen Längsach- sen, z. B. versetzt um gleiche Abstände oder unregelmäßig versetzt um verschiedene Abstände entlang des Umfangs des Trägers 3. Die Stangen 5 und/oder Steuerelemente 4 können auch schräg angeordnet sein, insbesondere auf Achsen mit einem Winkel ungleich Null, z. B. 45 Grad, zur Längsachse des Trägers 3.

Der Träger 3 ist z. B. hohlzylinderförmig ausgebildet, mit einem inneren Durchmesser größer, insbesondere um Millimeter bis Zentimeter größer im Umfang und/oder Durchmesser, als dem äußeren Durchmesser der Vakuumschaltröhre 2. Die Form einer Ausnehmung bzw. des Hohlraums im Inneren des Trägers 3 ist z. B. komplementär oder im Wesentlichen komplementär zur äußeren Form der Vakuumschaltröhre 2, insbesondere im Bereich der Keramiksegmente 12, des Metallschirms 14, der Schirmelemente 7 und wenigstens eines Verschlusselements 17 der Vakuumschaltröhre 2. Damit ist der Träger 3 ausgebildet, die Vakuumschaltröhre 2 räumlich zu umfassen, und kann z. B. beim Zusammenbau der Anordnung 1 über die Vakuumschaltröhre 2 geschoben werden. Eine Halterung 15 oder 16, insbesondere die erste Halterung 15 des festen Kontakts 10 der Vakuumschaltröhre 2, ist mit dem Träger 3 mechanisch verbunden, z. B. sind Elemente des Trägers 3 wie z. B. Stangen 5 und/oder Steuerelemente 4 mit der Halterung 15 oder 16 verschraubt, geklebt, gelötet, verschweißt oder geklemmt. Die Halterung 15 oder 16 kann auch Teil des Trägers 3 sein. Im Ausführungsbeispiel der einzigen Figur wird über die Halterung 15 der käfigförmige Träger 3 bzw. Elemente des Trägers wie z. B. Stangen 5 und/oder Steuerelemente 4, mit der Vakuumschaltröhre 2 mechanisch verbunden bzw. um die Vakuumschaltröhre 2 herum mechanisch stabil gelagert.

Der Träger 3 ist auf der gegenüberliegenden Seite der Halterung 15 oder 16, welche mit dem Träger 3 mechanisch stabil verbunden ist, z. B. offen, wodurch die Vakuumschaltröhre 2 beim Zusammenbau der Anordnung 1 in den Träger geschoben werden kann und an der Halterung 15 oder 16 befestigt werden kann, z. B. durch Einschrauben, Einklemmen und/oder Einschieben der Vakuumschaltröhre 2 mit seinem insbesondere festen Kontakt 10 in die Halterung 15 oder 16 am Träger 3. Die gegenüberliegende Halterung 15 oder 16 wird in einem darauffolgenden Schritt des Zusammenbaus bzw. der Montage der Anordnung 1 an der Vakuumschaltröhre 2 befestigt, wobei diese Halterung z. B. hohlzylindrisch ausgebildet ist, womit der Kontakt 11 beweglich gelagert ist in der Halterung 15 oder 16. Damit ist ein Schalten der Vakuumschaltröhre 2 möglich.

Der Träger 3 ist z. B., wie in der einzigen Figur dargestellt ist, beabstandet zur zweiten Halterung 16 auf der Seite der Vakuumschaltröhre 2 des beweglichen Kontakts 11 angeordnet, oder mit der zweiten Halterung 16 mechanisch fest verbunden, z. B. durch Einschrauben, Einklemmen, Kleben, Schweißen und/oder Löten von Elementen des Trägers 3, wie z. B. Stangen 5 und/oder Steuerelementen 4, in der zweiten Halterung 16, was der Einfachheit halber in der einzigen Figur nicht dargestellt ist. Damit ist eine mechanische, langzeitstabile Anordnung des Trägers 3 um die Vakuumschaltröhre 2 möglich. Eine elektrische Verschaltung der Steuerelemente 4 des Trägers 3 untereinander und mit der Vakuumschaltröhre 2 erfolgt z. B. über die metallischen Schirme 6 des Trägers 3 und die Schirmelemente 7 der Vakuumschaltröhre 2 insbesondere über elektrisch leitende Federn bzw. Federelemente 8, über den metallischen Hauptschirm 14, und/oder z. B. über wenigstens eine Halterung 15, 16 insbesondere in Verbindung mit den Kontakten 10 und/oder 11 der Vakuumschaltröhre 2. Weitere Verbindungsmöglichkeiten können vorgesehen sein, z. B. über elektrisch leitende Zwischenstücke, elektrische Kabel und/oder metallische Stangen 5. Eine Steuerung und/oder Regelung der Steuerelemente 4 erfolgt z. B. selbstregelnd oder über eine externe elektrische Steuerung und/oder weitere elektrische Bauteile wie z. B. Widerständen, Spulen, Kondensatoren, Dioden und/oder Halbleitereinrichtungen bzw. Halbleiter-Chips . Für eine elektrische Kontaktierung von metallischen Schirmen 6 des Trägers 3 und Schirmelementen 7 der Vakuumschaltröhre 2 insbesondere über elektrisch leitende Federn bzw . Federelemente 8 ist es vorteilhaft , die Abstände zwischen metallischen Schirmen 6 des Trägers 3 untereinander und Schirmelementen 7 der Vakuumschaltröhre 2 untereinander gleich zu gestalten, z . B . mit gleichen Abständen im Bereich von insbesondere Zentimetern . Dazu können Stangen 5 und/oder Steuerelemente 4 , welche j eweils zwischen zwei Schirmen 6 angeordnet sind, die gleiche Länge aufweisen, wie Keramiksegmente 12 der Vakuumschaltröhre 2 . Keramiksegmente 12 haben z . B . eine Länge und einen Umfang im Bereich von Zentimetern . Damit ergibt sich für die Vakuumschaltröhre 2 z . B . eine Länge im Bereich von insbesondere 30 bis 100 Zentimetern, und ein Umfang im Bereich von insbesondere 10 bis 100 Zentimetern . Die Maße des Trägers 3 liegen im gleichen Bereich, wobei der Träger 3 einen größeren Umfang als die Vakuumschaltröhre 2 aufweist .

Steuerelemente 4 sind z . B . Kondensatoren, Widerstände , Dioden und/oder Varistoren, wobei die Kondensatoren insbesondere keramische Kondensatoren sind, z . B . mit Werten der Kapazität einzelner Kondensatoren im Bereich von 10 bis 4000 pF . Damit ergibt sich eine Gesamtkapazität der Anordnung im Bereich von z . B . 10 bis 4000 pF . Widerstände sind insbesondere Ohm' sehe Widerstände , z . B . mit Werten einzelner Widerstände im Bereich von wenigen Ohm, oder einigen hundert Ohm, oder einigen tausend Ohm, oder bis hin zu einigen hunderttausend Ohm . Damit ergibt sich ein Gesamtwiderstand im Bereich von wenigen Ohm, oder einigen hundert Ohm, oder einigen tausend Ohm, oder bis hin zu einigen hunderttausend Ohm . Die Steuerelemente 4 weisen z . B . eine zylindrische , rechteckige , elliptische und/oder Schalenform auf .

Uber die Steuerelemente 4 ist ein Absteuern von Spannungen über Vakuumschaltröhren 2 möglich . Vakuumschaltröhren 2 können in Reihe hintereinander verschaltet sein, insbesondere zum Schalten von Hochspannungen im Bereich von größer oder gleich 52 kV. Alternativ oder zusätzlich können Vakuumschaltröhren 2 parallel verschaltet sein, insbesondere zum Schalten von hohen Strömen im Bereich von einigen hundert Ampere.

Spannungen können gleichmäßig oder unterschiedlich, vorbestimmt, über die Wahl der Steuerelemente 4 und deren Verschaltung auf die Vakuumschaltröhre 2 und/oder Vakuumschaltröhren 2, und/oder auf Elemente der Vakuumschaltröhren 2, wie z. B. verschieden lange Keramiksegmente 12, aufgeteilt werden. Die Anordnung der Steuerelemente 4 an der Vakuumschaltröhre 2 bzw. den Vakuumschaltröhren 2 über einen oder mehr Träger 3, ermöglicht einen kompakten, platzsparenden Aufbau, was ein kostengünstiges, räumlich minimiertes Gehäuse ermöglicht, und insbesondere den Einsatz von Isoliergasen, wie z. B. Clean Air, d. h. gereinigter Luft, mit geringen bzw. minimierten und/oder Standard-Abmessungen von Gehäusen ermöglicht .

Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. der Träger 3 und/oder die Vakuumschaltröhre 2 zylinderförmig, mit kreisrundem Querschnitt ausgebildet sein, oder andere Formen, wie z. B. rechteckig, zylinderförmig mit elliptischen Querschnitt, oder kugelförmig sein. Die Stangen 5 können gleiche oder unterschiedliche Längen und/oder Querschnitte aufweisen. Der Querschnitt kann z. B. kreisförmig, elliptisch oder rechteckig sein. Die Stangen 5 sind z. B. aus einem Kunststoff, insbesondere GFK, einem Metall und/oder Teflon, PCTFE, Glas, und/oder Keramik. Die Kontakte 10, 11 sind z. B. wenigstens ein fester und wenigstens ein beweglicher Kontakt, oder zwei bewegliche Kontakte, aus z. B. Kupfer, Aluminium und/oder Stahl, mit einem Bolzenförmigen Teil und einem tellerförmigen Teil. Das tellerförmige Teil ist z. B. mit Schlitzen auf der Oberfläche versehen, um Lichtbögen zu führen. Ein Träger 3 ist z. B. um eine Vakuumschaltröhre 2 ange- ordnet , oder um mehrere , insbesondere in Reihe geschaltete Vakuumschaltröhren 2 . Alternativ oder zusätzlich können auch mehrere Träger 3 umeinander angeordnet sein, und/oder nebeneinander und/oder hintereinander, insbesondere bei in Reihe und/oder parallel geschalteten Vakuumschaltröhren 2 . Die Va- kuumschaltröhre 2 oder Vakuumschaltröhren 2 werden insbesondere an den Enden durch eine , zwei oder mehr Halterungen fest gelagert bzw . gehalten . Der Träger 3 ist an wenigstens einer Halterung befestigt . Alternativ wird der Träger 3 z . B . durch Federn, insbesondere elektrisch leitende Federn 8 gelagert . Weitere oder alternative Elemente zur Befestigung des Trägers 3 an der Vakuumschaltröhre 2 sind möglich, und/oder der Träger 3 wird gelagert z . B . durch direkten Kontakt der Schirmelemente 7 der Vakuumschaltröhre und metallischen Schirmen des Trägers 6 , und/oder durch direkten Kontakt von metallischen Schirmen 6 des Trägers 3 und/oder Stangen 5 mit Elementen der Hülle 9 der Vakuumschaltröhre 2 , insbesondere Keramiksegmenten 12 , Hauptschirm 14 und/oder Verschlusselementen 17 .

Bezugs zeichenliste

1 Anordnung zum Schalten von Spannungen

2 Vakuumschaltröhre

3 Träger

4 Steuerelement

5 Stange

6 metallischer Schirm des Trägers

7 Schirmelement der Vakuumschaltröhre

8 elektrisch leitende Feder

9 Hülle

10 fester Kontakt

11 beweglicher Kontakt

12 Keramiksegment

13 Faltenbalg

14 Metallschirm / Hauptschirm

15 erste Halterung ( fester Kontakt )

16 zweite Halterung (beweglicher Kontakt )

17 Verschlusselement

Claims

Patentansprüche

1. Anordnung (1) zum Schalten von Spannungen, mit wenigstens einer Vakuumschaltröhre (2) und mit wenigstens einem Träger (3) zur Anordnung von wenigstens einem Steuerelement (4) an der wenigstens einen Vakuumschaltröhre (2) , dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Träger (3) käfigförmig ausgebildet ist.

2. Anordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Träger (3) Stangen (5) umfasst, insbesondere mit kreisförmigen und/oder elliptischen Querschnitt .

3. Anordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stangen (5) aus einem Isolatormaterial, insbesondere Keramik, Kunststoff, Glasf aserverstärktem-Kunststof f , Teflon und/oder PCTFE bestehen oder Isolatormaterial umfassen.

4. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Träger (3) metallische Schirme (6) umfasst, insbesondere kreisförmige und/oder hohlzylinderförmige Schirme (6) , insbesondere aus Kupfer, Aluminium und/oder Stahl.

5. Anordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Steuerelement (4) und/oder Stangen (5) zwischen Schirmen (6) angeordnet sind.

6. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vakuumschaltröhre (2) Schirmelemente (7) umfasst, welche insbesondere über elektrisch leitende Federn (8) mit den Schirmen (6) des wenigstens einen Trägers (3) elektrisch kontaktiert sind.

7. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Steuerele- ment (4) wenigstens einen Kondensator und/oder wenigstens ein Widerstand und/oder wenigstens ein Varistor ist oder umfasst.

8. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Träger (3) derart ausgebildet ist, dass der Träger (3) über der wenigstens eine Vakuumschaltröhre (2) insbesondere reversibel schiebbar und/oder verschiebbar ist.

9. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Träger (3) segmentartig ausgebildet ist, insbesondere zusammengesetzt aus halbschalenförmigen Käfigsegmenten.

10. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vakuumschaltröhre (2) wenigstens eine Hülle (9) und wenigstens einen festen Kontakt (10) sowie wenigstens einen beweglichen Kontakt (11) umfasst, wobei die wenigstens eine Hülle (9) wenigstens ein Keramiksegment (12) , wenigstens einen Faltenbalg (13) , wenigstens ein Schirmelement (7) und/oder wenigstens einen Metallschirm (14) umfasst.

11. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Vakuumschaltröhren (2) umfasst sind, welche in Reihe oder parallel geschaltet sind.

12. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (1) einen Hochspannungs-Leistungsschalter umfasst, insbesondere ausgebildet zum Schalten von Spannungen im Bereich von größer und/oder gleich 52 kV.