EP4747898A1 - Leistungsschalter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter (1). Der Leistungsschalter (1) umfasst ein Gehäuse (3), das aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt ist, eine in dem Gehäuse (3) angeordnete und von einer Gehäusewand (15) des Gehäuses (3) durch einen Zwischenraum (17) beabstandete Unterbrechereinheit (5) und einen in dem Zwischenraum (17) angeordneten Feststoffisolator (7), der zumindest überwiegend aus einem elektrisch isolierenden Isolatormaterial gefertigt ist.

Description

Beschreibung

Le istungs schal ter

Die Erfindung betri f ft einen Leistungsschalter mit einem Gehäuse , das aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt ist .

Bei dem Betrieb eines derartigen Leistungsschalters wird das Gehäuse in der Regel auf ein Erdpotential gelegt . Um Spannungsüberschläge zwischen dem Gehäuse und den spannungs führenden Bauteilen des Leistungsschalters zu vermeiden, ist ein Mindestabstand zwischen dem Gehäuse und den spannungs führenden Bauteilen erforderlich . Dieser Mindestabstand hängt von der Spannung ab, die zwischen dem Gehäuse und den spannungs führenden Bauteilen anliegt und steigt mit dieser Spannung . Ferner hängt der Mindestabstand von den dielektrischen Eigenschaften des Mediums ab, mit dem das Gehäuse befüllt ist . Oft wird ein derartiger Leistungsschalter gasisoliert ausgeführt und das Gehäuse des Leistungsschalters wird im Betrieb des Leistungsschalters mit einem I soliergas befüllt . Als I soliergas wurde in der Vergangenheit oft ein so genanntes F-Gas , das heißt ein flouriertes Gas , verwendet , insbesondere Schwef elhexaf lourid, das eine besonders hohe dielektrische Festigkeit aufweist und daher eine kompakte Bauweise des Leistungsschalters ermöglicht . Jedoch sind F-Gase und insbesondere Schwef elhexaf lourid starke Treibhausgase und somit nicht umweltverträglich . Daher werden anstelle dieser Gase zunehmend umweltverträgliche I soliergase eingesetzt , beispielsweise synthetische Luft oder Stickstof f . Da diese Isoliergase aber eine geringere dielektrische Festigkeit als F-Gase aufweisen, erfordern sie einen größeren Abstand zwischen einer Gehäusewand des Gehäuses und den spannungs führenden Bauteilen einer Unterbrechereinheit des Leistungsschalters . Dies wirkt sich insbesondere negativ bei einem für Hochspannungen ausgelegten Leistungsschalter aus , da dadurch die Größe des Leistungsschalters zunimmt . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , einen insbesondere hinsichtlich seiner Baugröße verbesserten und für Hochspannungen ausgelegten Leistungsschalter anzugeben, der ein Gehäuse aufweist , das aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt ist .

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Leistungsschalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .

Ein erfindungsgemäßer Leistungsschalter umfasst

- ein Gehäuse , das aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt ist ,

- eine in dem Gehäuse angeordnete und von einer Gehäusewand des Gehäuses durch einen Zwischenraum beabstandete Unterbrechereinheit und

- einen in dem Zwischenraum angeordneten Feststof f isolator, der zumindest überwiegend aus einem elektrisch isolierenden Isolatormaterial gefertigt ist .

Der Feststof f isolator ist also zwischen der Unterbrechereinheit und der Gehäusewand des Gehäuses des Leistungsschalters angeordnet . Die Bezeichnung

Feststof f isolator umfasst , dass der Feststof f isolator unter Betriebsbedingungen des Leistungsschalters ein Festkörper, also insbesondere weder ein Gas noch eine Flüssigkeit , ist . Ferner ist der Feststof f isolator erfindungsgemäß zumindest überwiegend aus einem elektrisch isolierenden Isolatormaterial gefertigt . Ein derartiger Feststof f isolator kann eine wesentlich höhere dielektrische Festigkeit , die auch als Durchschlagfestigkeit bezeichnet wird, aufweisen als beispielsweise ein I soliergas . Daher kann durch die Anordnung eines Feststof f isolators zwischen der Unterbrechereinheit und der Gehäusewand des Gehäuses des Leistungsschalters ein Abstand der Unterbrechereinheit von der Gehäusewand wesentlich verringert werden gegenüber einem Leistungsschalter, bei dem der Zwischenraum zwischen der Unterbrechereinheit und der Gehäusewand lediglich durch ein Isoliergas ausgefüllt ist . Daher ermöglicht die Erfindung vorteilhaft , das Volumen und damit die Baugröße des Leistungsschalters deutlich zu reduzieren gegenüber einem Leistungsschalter, bei dem der Zwischenraum zwischen der Unterbrechereinheit und der Gehäusewand lediglich durch ein Isoliergas ausgefüllt ist .

Die Formulierung, dass der Leistungsschalter einen Feststof f isolator mit den genannten Eigenschaften umfasst , bedeutet nicht , dass der Leistungsschalter nur einen derartigen Feststof f isolator aufweist . Vielmehr kann der Leistungsschalter auch mehrere derartige Feststof f Isolatoren aufweisen . Die Formulierung bedeutet daher, dass der Leistungsschalter wenigstens einen derartigen Feststof f isolator aufweist . Wenn der Leistungsschalter mehrere Feststof f Isolatoren aufweist , können Feststof f Isolatoren beispielsweise um verschiedene Bereiche einer Unterbrechereinheit herum angeordnet sein .

Entsprechend bedeutet die Formulierung, dass der Leistungsschalter eine Unterbrechereinheit umfasst , nicht , dass der Leistungsschalter nur eine Unterbrechereinheit aufweist . Vielmehr kann der Leistungsschalter auch mehrere Unterbrechereinheiten aufweisen . Die Formulierung bedeutet daher, dass der Leistungsschalter wenigstens eine Unterbrechereinheit aufweist . Wenn der Leistungsschalter mehrere Unterbrechereinheiten aufweist , kann der Leistungsschalter beispielsweise für j ede dieser Unterbrechereinheiten wenigstens einen Feststof f isolator aufweisen, der um die Unterbrechereinheit herum angeordnet ist . Insbesondere kann der Leistungsschalter auch einen Feststof f isolator aufweisen, der um alle Unterbrechereinheiten herum angeordnet ist . Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse des Leistungsschalters aus einem metallischen Material gefertigt . Ein metallisches Material eignet sich vorteilhaft als Material für ein elektrisch leitfähiges Gehäuse .

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Isolatormaterial des Feststof f isolators ein Silikon oder Epoxidharz . Ein Silikon oder Epoxidharz eignet sich als Isolatormaterial des Feststof f isolators aufgrund seiner dielektrischen Eigenschaften und der vorteilhaften Herstellung des Feststof f isolators beispielsweise durch Umgießen der Unterbrechereinheit mit dem Silikon oder Epoxidharz .

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in das Isolatormaterial des Feststof f isolators elektrisch leitfähige Zusätze zur Feldsteuerung eines elektrischen Feldes in dem Gehäuse eingebettet .

Die vorgenannte Ausgestaltung der Erfindung nutzt aus , dass durch die Einbettung elektrisch leitfähiger Zusätze in das Isolatormaterial des Feststof f isolators ein elektrisches Feld in dem Gehäuse des Leistungsschalters beeinflusst werden kann . Insbesondere können beispielsweise besonders hohe elektrische Feldstärken in Bereichen des Gehäuses vermieden werden, indem elektrisch leitfähige Zusätze in geeigneten Bereichen des I solatormaterials eingebettet werden, um das elektrische Feld in dem Gehäuse zu homogenisieren . Beispielsweise werden elektrisch leitfähige Zusätze in das Isolatormaterial in Bereichen des Feststof f isolators eingebettet , die an die Unterbrechereinheit grenzen, und/oder in Bereichen des Feststof f isolators , in deren Nähe ein elektrischer Leiter in dem Gehäuse verläuft .

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in das Isolatormaterial des Feststof f isolators als Zusätze Mikrovaristoren eingebettet . Unter einem Mikrovaristor wird hier ein sehr kleiner Varistor verstanden, der einen Durchmesser von beispielsweise bis zu 200 pm aufweist . Ein Mikrovaristor wird beispielsweise aus einem gegebenenfalls dotierten Metalloxid, insbesondere aus gegebenenfalls dotiertem Zinkoxid, gefertigt .

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in das Isolatormaterial des Feststof f isolators als Zusätze Rußpartikel eingebettet .

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt der Feststof f isolator an der Unterbrechereinheit an .

Die vorgenannte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht vorteilhaft eine dielektrische Abschirmung der Unterbrechereinheit gegenüber dem Gehäuse durch einen direkten Kontakt des Feststof f isolators mit der Unterbrechereinheit .

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt der Feststof f isolator an der Gehäusewand an .

Die vorgenannte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht vorteilhaft eine dielektrische Abschirmung der Unterbrechereinheit gegenüber dem Gehäuse des Leistungsschalters durch einen direkten Kontakt des Feststof f isolators mit dem Gehäuse .

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein nicht von dem Feststof f isolator ausgefüllter Teil des Zwischenraums zwischen der Gehäusewand und der Unterbrechereinheit mit einem I soliergas befüllt . Beispielsweise ist das I soliergas synthetische Luft , ein flouriertes Gas , Stickstof f , Kohlenstof fdioxid oder eine Mischung wenigstens zweier dieser Gase .

Die vorgenannte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht vorteilhaft eine dielektrische Abschirmung der Unterbrechereinheit gegenüber dem Gehäuse durch eine Kombination des Feststof f isolators mit einem geeigneten Isoliergas .

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Zwischenraum zwischen dem Gehäuse des Leistungsschalters und der Unterbrechereinheit vollständig von dem Feststof f isolator ausgefüllt .

Die vorgenannte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht vorteilhaft einen besonders geringen Abstand der Unterbrechereinheit von der Gehäusewand des Gehäuses des Leistungsschalters , da der Zwischenraum zwischen der Unterbrechereinheit und der Gehäusewand vollständig von dem Feststof f isolator ausgefüllt ist . Dadurch ermöglicht diese Ausgestaltung der Erfindung auch eine besonders geringe Baugröße des Leistungsschalters .

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zur Feldsteuerung eines elektrischen Feldes in dem Gehäuse wenigstens eine Elektrode wenigstens teilweise in den Feststof f isolator eingebettet .

Die vorgenannte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht , durch die wenigstens teilweise Einbettung wenigstens einer Elektrode in das I solatormaterial des Feststof f isolators ein elektrisches Feld in dem Gehäuse des Leistungsschalters zu beeinflussen, so dass beispielsweise besonders hohe elektrische Feldstärken in Bereichen des Gehäuses vermieden werden . Beispielsweise wird eine Elektrode wenigstens teilweise in das I solatormaterial in einem Bereich des Feststof f isolators eingebettet , der an die Unterbrechereinheit grenzt oder in dessen Nähe ein elektrischer Leiter in dem Gehäuse verläuft .

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Unterbrechereinheit eine Vakuumschaltröhre auf . Eine Vakuumschaltröhre weist eine Schaltkammer auf , die in dem Betrieb des Leistungsschalters evakuiert ist , so dass in der Schaltkammer ein ( technisches ) Vakuum herrscht . In der Schaltkammer sind zwei Kontaktelemente angeordnet , die zwischen einer ersten Schaltstellung, in der sie aneinander anliegen, und einer zweiten Schaltstellung, in der sie voneinander getrennt sind, relativ zueinander bewegbar sind . Eine Vakuumschaltröhre ist unter anderem deshalb vorteilhaft , weil ein bei einer Trennung der Kontaktelemente zwischen den Kontaktelementen entstehender Schaltlichtbogen im Vakuum aufgrund der geringeren Lichtbogenbrennspannung eine deutlich geringere Energie als in einem Gas aufweist .

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Leistungsschalter wenigstens einen in eine Feststof f isolation eingebetteten elektrischen Leiter auf , der elektrisch mit der Unterbrechereinheit verbunden ist . Durch die Feststof f isolation wird der elektrische Leiter vorteilhaft gegenüber dem Gehäuse des Leistungsschalters elektrisch abgeschirmt . Die Feststof f isolation ist beispielsweise aus einem Silikon oder Epoxidharz gefertigt .

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Aus führungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden . Dabei zeigen :

FIG 1 ein erstes Aus führungsbeispiel eines Leistungsschalters in einer Schnittdarstellung,

FIG 2 ein zweites Aus führungsbeispiel eines Leistungsschalters in einer Schnittdarstellung,

FIG 3 ein drittes Aus führungsbeispiel eines Leistungsschalters in einer Schnittdarstellung . Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugs zeichen versehen .

Figur 1 ( FIG 1 ) zeigt ein erstes Aus führungsbeispiel eines Leistungsschalters 1 in einer Schnittdarstellung . Der Leistungsschalter 1 umfasst ein Gehäuse 3 , eine Unterbrechereinheit 5 und einen Feststof f isolator 7 .

Das Gehäuse 3 umfasst einen im Wesentlichen hohl zylindrischen Rumpf abschnitt 9 und zwei von dem Rumpf abschnitt 9 hosenbeinartig abstehende Säulenabschnitte 11 , 13 . Das Gehäuse 3 ist aus einem elektrisch leitenden Material , beispielsweise aus einem metallischen Material , gefertigt und ist in dem Betrieb des Leistungsschalters 1 geerdet , das heißt liegt in dem Betrieb des Leistungsschalters 1 auf einem elektrischen Erdpotential .

Die Unterbrechereinheit 5 ist in dem Rumpf abschnitt 9 von einer Gehäusewand 15 des Gehäuses 3 durch einen Zwischenraum 17 beabstandet angeordnet . Die Unterbrechereinheit 5 weist zwei in einer Schaltkammer 18 angeordnete Kontaktelemente 19 , 21 auf , die zwischen einer ersten Schaltstellung, in der sie aneinander anliegen, und einer zweiten Schaltstellung, in der sie voneinander getrennt sind, relativ zueinander bewegbar sind . Beispielsweise weist die Unterbrechereinheit 5 eine Vakuumschaltröhre auf , deren Schaltkammer 18 im Betrieb des Leistungsschalters 1 evakuiert wird, so dass in ihr ein ( technisches ) Vakuum herrscht .

Durch j eden Säulenabschnitt 11 , 13 des Gehäuses 3 ist ein elektrischer Leiter 23 , 25 geführt , der elektrisch mit einem Kontaktelement 19 , 21 der Unterbrechereinheit 5 verbunden ist und in dem Säulenabschnitt 11 , 13 durch einen I solator 27 , 29 fixiert ist , der aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt ist . Jeder dieser elektrischen Leiter 23 , 25 erstreckt sich zu einem dem Rumpf abschnitt 9 des Gehäuses 3 abgewandten Ende des Säulenabschnitts 11 , 13 , durch den er geführt ist, und ist an diesem Ende durch eine Durchführung 31, 33 aus dem Gehäuse 3 herausgeführt.

Der Feststoff isolator 7 ist zumindest überwiegend aus einem elektrisch isolierenden Isolatormaterial gefertigt, beispielsweise aus einem Silikon oder Epoxidharz. In das Isolatormaterial des Feststoff isolators 7 können außerdem elektrisch leitfähige Zusätze zur Feldsteuerung eines elektrischen Feldes in dem Gehäuse 3 eingebettet sein. Beispielsweise können in das Isolatormaterial des Feststoff isolators 7 als Zusätze Mikrovaristoren und/oder Rußpartikel eingebettet sein. Die Zusätze sind beispielsweise in Bereichen des Feststoff isolators 7 angeordnet, in denen der Feststoff isolator 7 an die Unterbrechereinheit 5 grenzt, und/oder in Bereichen des Feststoff isolators 7, in deren Nähe jeweils ein elektrischer Leiter 23, 25 verläuft.

Der Feststoff isolator 7 liegt an der Unterbrechereinheit 5 von der Gehäusewand 15 beabstandet an. Der nicht von dem Feststoff isolator 7 ausgefüllte Teil des Zwischenraums 17 zwischen der Gehäusewand 15 und der Unterbrechereinheit 5 ist im Betrieb des Leistungsschalters 1 mit einem Isoliergas befüllt. Das Isoliergas ist beispielsweise synthetische Luft, ein flouriertes Gas (so genanntes F-Gas) , Stickstoff, Kohlenstof fdioxid oder eine Mischung wenigstens zweier dieser Gase .

Figur 2 (FIG 2) zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Leistungsschalters 1 in einer Schnittdarstellung. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass die elektrischen Leiter 23, 25, die durch die Säulenabschnitte 11, 13 des Gehäuses 3 geführt sind, jeweils in eine Feststoff isolation 35, 37 eingebettet sind. Dadurch werden die elektrischen Leiter 23, 25 dielektrisch durch die Feststoff Isolationen 35, 37 gegenüber dem Gehäuse 3 abgeschirmt. Die Feststoff Isolationen 35, 37 sind beispielsweise j eweils aus einem Silikon oder Epoxidharz gefertigt .

Figur 3 ( FIG 3 ) zeigt ein drittes Aus führungsbeispiel eines Leistungsschalters 1 in einer Schnittdarstellung . Dieses Aus führungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Figur 1 gezeigten Aus führungsbeispiel nur dadurch, dass in den Feststof f isolator 7 zur Feldsteuerung eines elektrischen Feldes in dem Gehäuse 3 Elektroden 39 bis 42 j eweils wenigstens teilweise eingebettet sind . Dabei sind zwei Elektroden 39 , 40 an j eweils einem Ende der Schaltkammer 18 der Unterbrechereinheit 5 angeordnet und zwei weitere Elektroden 41 , 42 sind j eweils um einen der elektrischen Leiter 23 , 25 herum angeordnet .

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Aus führungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche

1. Leistungsschalter (1) , umfassend

- ein Gehäuse (3) , das aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt ist,

- eine in dem Gehäuse (3) angeordnete und von einer Gehäusewand (15) des Gehäuses (3) durch einen Zwischenraum (17) beabstandete Unterbrechereinheit (5) und

- einen in dem Zwischenraum (17) angeordneten

Feststoff isolator (7) , der zumindest überwiegend aus einem elektrisch isolierenden Isolatormaterial gefertigt ist.

2. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (3) aus einem metallischen Material gefertigt ist.

3. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Isolatormaterial ein Silikon oder Epoxidharz ist.

4. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in das Isolatormaterial des

Feststoff isolators (7) elektrisch leitfähige Zusätze zur Feldsteuerung eines elektrischen Feldes in dem Gehäuse (3) eingebettet sind.

5. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 4, wobei in das Isolatormaterial des Feststoff isolators (7) als Zusätze Mikrovaristoren eingebettet sind.

6. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei in das Isolatormaterial des Feststoff isolators (7) als Zusätze Rußpartikel eingebettet sind.

7. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Feststoff isolator (7) an der Unterbrechereinheit (5) anliegt.

8. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Feststoff isolator (7) an der Gehäusewand (15) anliegt.

9. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein nicht von dem Feststoff isolator (7) ausgefüllter Teil des Zwischenraums (17) mit einem Isoliergas befüllt ist.

10. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 9, wobei das Isoliergas synthetische Luft, ein flouriertes Gas, Stickstoff, Kohlenstof fdioxid oder eine Mischung wenigstens zweier dieser Gase ist.

11. Leistungsschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Zwischenraum (17) vollständig von dem Feststoff isolator (7) ausgefüllt ist.

12. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Feststoff isolator (7) zur Feldsteuerung eines elektrischen Feldes in dem Gehäuse (3) wenigstens eine Elektrode (39, 40, 41, 42) wenigstens teilweise eingebettet ist.

13. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Unterbrechereinheit (5) eine Vakuumschaltröhre aufweist.

14. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens einem in eine

Feststoff isolation (35, 37) eingebetteten elektrischen Leiter (23, 25) , der elektrisch mit der Unterbrechereinheit (5) verbunden ist.