EP4751307A1 - Leistungsschalter, insbesondere hochspannungsleistungsschalter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter (1), der mindestens eine Unterbrechereinheit (3) und einen die Unterbrechereinheit (3) umgebenden Feststoffisolator (5) umfasst, der zumindest überwiegend aus einem Feststoffisolatormaterial gebildet ist, das direkt eine Spannungssteuerung bei einer Überlast am Leistungsschalter (1) bewirkt.

Description

Beschreibung

Leistungsschalter, insbesondere Hochspannungsleistungsschalter

Die Erfindung betri f ft einen Leistungsschalter, insbesondere einen Hochspannungsleistungsschalter mit einem optionalen Gehäuse .

Ein Hochspannungsleistungsschalter, insbesondere zum Schalten von Spannungen von bis zu 1200 kV und/oder Strömen von bis zu einigen hundert Ampere , im Kurzschluss fall bis zu einige zehn Kiloampere , ist allgemein bekannt .

Zur Erfüllung von Spannungsanforderungen, insbesondere im Übertragungsnetz , zum Beispiel von 380 kV und größer, werden Leistungsschalter ( auch gekapselter Leistungsschalter oder Leistungsschaltkammer genannt ) in Reihe geschaltet , um vorgeschriebene , insbesondere normierte , Leistungsdaten einzuhalten . Um eine Überlastung eines einzelnen Leistungsschalters in einer Reihenschaltung zu vermeiden, wird üblicherweise die Spannung zum Beispiel im Ideal fall bei zwei Leistungsschaltern j e zur Häl fte ( 50%-50% ) aufgeteilt . Hierzu sind üblicherweise Steuerelemente , wie Widerstände , Kondensatoren oder eine Kombination davon in separaten Gehäusen und parallel zum Leistungsschalter angeordnet . Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus dem Patent US 3 , 604 , 869 bekannt . Nach einer Stromunterbrechung stellt sich üblicherweise bei geöf fneten Kontakten der Unterbrechereinheit ( zum Beispiel eine Vakuumschaltröhre ) des Leistungsschalters ein stationäres Spannungsverhältnis entsprechend der Kapazität der Steuerkondensatoren ein . Derartige Steuerkondensatoren sind sehr kostenintensiv, da sie parallel zu den Schalterpolen in separaten Gehäusen angeordnet werden müssen .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , einen insbesondere hinsichtlich seiner Baugröße verbesserten und für Hochspannungen ausgelegten Leistungsschalter anzugeben, der auch bei Überlast einfach steuerbar 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 mindestens eine Unterbrechereinheit und einen die Unterbrechereinheit umgebenden Feststof f isolator, der zumindest überwiegend aus einem Feststof fisolatormaterial gefertigt ist , das direkt eine Spannungssteuerung bei einer Überlast bewirkt . Optional kann der Leistungsschalter ein Gehäuse mit einer Gehäusewand umfassen, wobei die Unterbrechereinheit in dem Gehäuse angeordnet ist und der Feststof f isolator in einem Zwischenraum zwischen der Unterbrechereinheit und der Gehäusewand eingebracht ist .

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, elektrisch leitfähigen und/oder wärmeleitfähigen Feststof fisolatormaterial 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 des Feststof f isolators direkt an der Unterbrechereinheit oder optional zwischen der Unterbrechereinheit und der Gehäusewand des Gehäuses des Leistungsschalters ein Gehäuse entfallen beziehungsweise 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 I soliergas ausgefüllt ist .

Daher ermöglicht die Erfindung vorteilhaft , zusätzlich zur Steuerwirkung im Überlastfall 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 I soliergas 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, insbesondere Feststof fisolatormaterialien, beispielsweise um verschiedene Bereiche einer Unterbrechereinheit herum radial schichtweise und/oder axial schichtweise 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 Feststoff isolator aufweisen, der um alle Unterbrechereinheiten herum angeordnet ist.

Dadurch dass das Feststoffisolatormaterial direkt eine Spannungssteuerung bewirkt, entfallen zusätzliche aufwendige Steuerelemente, wie Steuerkondensatoren, Steuerwiderstände, in separaten Gehäusen. Die Formulierung bedeutet, dass das Feststoffisolatormaterial selbst eingerichtet ist, die Spannungssteuerung zu bewirken. Ein solches Feststoffisolatormaterial kann insbesondere als ein Gradientenwerkstoff ausgebildet sein, der aufgrund seiner Bestandteile und/oder Füllstoffe vorgegebene thermische, mechanische und/oder elektrische Eigenschaften aufweist.

Insbesondere kann das mindestens eine Feststoffisolatormaterial mit Steuerwirkung derart eingerichtet sein, dass eine elektrisch isolierende Steuerung und/oder eine thermisch leitfähige Steuerung bei einer Überlast am Leistungsschalter, insbesondere bei einer Stromunterbrechung, zum Beispiel bei geöffneten Kontakten einer Unterbrechereinheit, bewirkt ist. Dabei kann das mindestens eine Feststoffisolatormaterial durch seine Zusammensetzung selbst und/oder durch Zusatzstoffe und/oder durch Füllstoffe eingerichtet sein, eine elektrisch isolierende Steuerung, eine elektrisch leitfähige Steuerung und/oder eine thermisch leitfähige Steuerung bei einer Überlast am Leistungsschalter zu bewirken .

In einer möglichen Aus führungs form weist das Feststoffisolatormaterial eine vorgegebene Dielektrizitätszahl in einem Bereich von bis 10.000, insbesondere von 10 bis 2.000 auf. Die Dielektrizitätszahl (sr, auch Permittivität genannt) ist die Größe, in welchem Maß ein Isolierstoff, hier das Feststoffisolatormaterial, die Kapazität eines Kondensators beeinflusst .

Das Feststoffisolatormaterial als Gradientenwerkstoff kann insbesondere einen vorgegebenen radialen Gradienten und/oder einen vorgegebenen axialen Gradienten aufweisen . Der axiale Gradient charakterisiert beispielsweise eine vorgegebene Schichtung von gleichen oder unterschiedlichen Feststof fisolatormaterialien in axialer Richtung, zum Beispiel zur Erzielung einer stabilen dielektrischen Schichtung und/oder stabilen thermischen Schichtung in axialer Richtung entlang der Unterbrechereinheit . Der radiale Gradient charakterisiert insbesondere eine vorgegebene Schichtung von gleichen oder unterschiedlichen Feststof fisolatormaterialien in radialer Richtung, zum Beispiel zur Erzielung einer stabilen dielektrischen Schichtung und/oder stabilen thermischen Schichtung in radialer Richtung um die Unterbrechereinheit herum .

In einer weiteren möglichen Aus führungs form weist das Feststof fisolatormaterial eine vorgegebene Kapazität in einem Bereich von 10 pF bis 10 . 000 pF auf . Beispielsweise kann das Feststof fisolatormaterial als kapazitive Steuerelemente diskrete Steuerkondensatoren umfassen . Als diskrete Steuerkondensatoren können beispielsweise keramische Zylinder, Zylinder aus Glas oder Zylinder aus Glaskeramik vorgesehen, insbesondere in das Feststof fisolatormaterial eingebracht , sein . Beispielsweise können diskrete Steuerkondensatoren in das Feststof fisolatormaterial eingegossen sein . Insbesondere werden diese diskreten Steuerkondensatoren beim Verguss des Feststof fisolatormaterials um die Unterbrechereinheit herum mit eingegossen .

Zusätzlich kann das Feststof fisolatormaterial mit Stützstrukturen versehen sein . Als Stützstrukturen können beispielsweise Dreiecks formen, Stäbe , Vierecksformen, Rippen oder dergleichen Strukturen in das Feststof fisolatormaterial eingegossen sein oder werden . Die Stützstrukturen, insbesondere Mikrostrukturen, zum Beispiel Strukturen in Millimeterabmessungen, können beispielsweise so geformt sein, dass diese temperaturabhängige Ausdehnungen des Feststof fisolatormaterials kompensieren . Bei einer Ausgestaltung kann das Feststof fisolatormaterial als Steuerelemente zusätzlich mindestens einen Füllstof f umfassen . Beispielsweise können oder kann als Füllstof f Aluminiumnitrid, Bornitrid und/oder Bariumtitanat beigefügt sein . Durch einen oder mehrere solcher Füllstof fe kann die Dielektri zitäts zahl des Feststof fisolatormaterials und/oder die Wärmeleitfähigkeit des Feststof fisolatormaterials erhöht werden .

Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Feststof f isolator, insbesondere das Feststof fisolatormaterial , aus mehreren I solierschichten, insbesondere mehreren axialen und/oder radialen Schichten, um die Unterbrechereinheit herum mit unterschiedlichen Dielektri zitäts zahlen und/oder aus unterschiedlichen Materialien gebildet ist . Hierdurch kann die Steuerwirkung des Feststof f isolators entsprechend eingestellt werden .

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Feststof f isolator aus mehreren leitfähigen Schichten, insbesondere resistiven Schichten für eine resistive Steuerwirkung und/oder kapazitiven Schichten für eine kapazitive Steuerwirkung, gebildet sein .

Des Weiteren kann zwischen der mindestens einen Unterbrechereinheit und dem Feststof fisolatormaterial eine Haftschicht angeordnet sein . Hierdurch können Lufteinschlüsse in einer Grenzschicht zu spannungs führenden Teilen vermieden werden .

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist eine Außenkontur des Feststof f isolators , insbesondere des Feststof fisolatormaterials , und/oder des optionalen Gehäuses eine Schirmstruktur, eine Wellenstruktur, eine Rippenstruktur oder dergleichen auf . Dadurch kann der Kriechweg für einen möglichen Stromüberschlag verlängert werden . Des Weiteren können mehrere Unterbrechereinheiten vorgesehen sein, die bevorzugt in Reihe geschaltet sind .

Das Feststof fisolatormaterial des Feststof f isolators ist insbesondere aus einem Vergussmaterial , wie zum Beispiel aus Epoxidharz , Silikon oder Polyurethan, gebildet . Dabei kann das Feststof fisolatormaterial als Vergussmasse zumindest die eine Unterbrechereinheit umgeben . Insbesondere umgibt das Feststof fisolatormaterial die j eweilige Unterbrechereinheit in Schichten .

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann das optionale Gehäuse des Leistungsschalters aus einem Verbundwerkstof f , insbesondere aus Keramik und/oder einem Silikon, gefertigt sein . Das Gehäuse kann insbesondere als ein geripptes , wellenförmiges oder schirmförmiges Gehäuse ausgeführt sein .

Die vorgenannte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht vorteilhaft eine dielektrische Abschirmung der Unterbrechereinheit durch einen direkten Kontakt des Feststof fisolators .

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Feststof fisolatormaterial (= I solatormaterial des Feststof f isolators ) ein Silikon oder ein Epoxidharz oder ein Kunststof fmaterial , zum Beispiel Polyurethan oder dergleichen, sein . Ein Silikon oder Epoxidharz oder Kunststof fmaterial eignet sich als I solatormaterial 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 oder Kunststof fmaterial .

Die vorgenannte Ausgestaltung der Erfindung nutzt aus , dass durch die Einbettung von Füllstof fen, wie zum Beispiel Aluminiumnitrid, Bornitrid und/oder Bariumtitanat und/oder diskreten Steuerkondensatoren, in das Feststof fisolatormaterial in einem Lastfall des Leistungsschalters direkt eine Steuerung, insbesondere eine Spannungssteuerung, ohne zusätzliche separate Steuerelemente , wie Steuerkondensatoren, Steuerwiderstände oder dergleichen, bewirkt werden kann .

Insbesondere können eine Dielektri zitäts zahl und eine Kapazität vorgegeben und eingestellt werden, indem entsprechende Füllstof fe , wie zum Beispiel Aluminiumnitrid, Bornitrid und/oder Bariumtitanat und/oder diskreten Steuerkondensatoren, in das Feststof fisolatormaterial in geeigneten Bereichen eingebettet werden . Dabei können die Füllstof fe willkürlich verteilt im Feststof fisolatormaterial angeordnet sein .

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

Die vorgenannte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht vorteilhaft eine dielektrische Abschirmung der Unterbrechereinheit nach außen und optional gegenüber dem Gehäuse durch einen direkten Kontakt des Feststof f isolators mit der Unterbrechereinheit sowie eine Steuerwirkung in einem Uberlastfall durch das Feststof fisolatormaterial mit vorgegebener Dielektri zität und vorgegebener Kapazität .

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Zwischenraum zwischen dem optionalen 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 kann ein nicht von dem Feststof f isolator ausgefüllter Teil des Zwischenraums zwischen der Gehäusewand und der Unterbrechereinheit mit einem I soliergas befüllt werden und/oder sein . 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 I soliergas .

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 bei Trennungen der Kontaktelemente keine Gasentladungen zwischen den Kontaktelementen auftreten können und somit so genannte Schaltlichtbögen zwischen den Kontaktelementen reduziert werden .

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Leistungsschalter wenigstens einen in eine Feststof f isolation eingebetteten elektrischen Leiter oder elektrischen Anschluss auf , der elektrisch mit der Unterbrechereinheit verbunden ist . Durch die Feststof f isolation wird der elektrische Leiter oder der elektrische Anschluss vorteilhaft elektrisch nach außen oder gegenüber dem optionalen Gehäuse des Leistungsschalters abgeschirmt . 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 zeigt die einzige :

FIG schematisch einen Leistungsschalter mit zwei Unterbrechereinheiten, die j eweils von einem Feststof f isolator umgeben sind .

Die einzige Figur ( FIG) zeigt ein Aus führungsbeispiel eines Leistungsschalters 1 in einer Schnittdarstellung . Der Leistungsschalter 1 umfasst zwei Unterbrechereinheiten 3 und j eweils einen Feststof f isolator 5 , der die zugehörige Unterbrechereinheit 3 umgibt .

Der Leistungsschalter 1 , insbesondere ein Hochspannungsleistungsschalter zum Schalten von Spannungen bis zu 1200 kV und/oder Strömen von bis zu einigen hundert Ampere , ist beispielsweise T- förmig ausgebildet und umfasst zwei Unterbrechereinheiten 3 , welche elektrisch in Reihe zwischen zwei äußeren elektrischen Anschlüssen 7 geschaltet sind .

Mit den Anschlüssen 7 können zum Beispiel elektrische Verbraucher, Stromerzeuger und/oder Stromnetze verbunden sein, welche über den Leistungsschalter 1 als Schalteinrichtung geschaltet werden können, zum Beispiel zu oder abgeschaltet werden können .

Jede Unterbrechereinheit 3 und/oder j eder Anschluss 7 ist von dem Feststof f isolator 5 zur dielektrischen Abschirmung umgeben . Die Unterbrechereinheiten 3 sind j eweils koaxial in dem Feststof f isolator 5 angeordnet , mit ihrer Längsachse gleich der Längsachse des Feststof f isolators 5 .

Mittig, zwischen den zwei Unterbrechereinheiten 3 ist ein Umlenkgetriebe 9 angeordnet , welches die Unterbrechereinheiten 3 miteinander verbindet .

Optional kann die j eweilige Unterbrechereinheit 3 und der Feststof f isolator 5 in einem zugehörigen Gehäuse 11 koaxial angeordnet sein . Die beiden Gehäuse 11 der beiden Unterbrechereinheiten 3 können zum Beispiel über Flansche 17 , insbesondere metallische Flansche 17 , an dem Umlenkgetriebe 9 mechanisch stabil , zum Beispiel über Schaubverbindungen, befestigt sein .

Das Umlenkgetriebe 9 ist auf einem auf rechtstehenden, insbesondere kreis zylinderförmigen, Stützisolator 13 angeordnet . Der Stützisolator 13 ist zum Beispiel im Wesentlichen kreis zylinderförmig, länglich ausgebildet , mit einer gerippten Struktur auf der Oberfläche , für eine gute elektrische I solation über die äußere Oberfläche des Stützisolators 13 hinweg . Der Stützisolators 13 ist zum Beispiel aus Keramik und/oder Silikon und/oder Kunststof fmaterial gebildet oder umfasst diese Materialien .

Der Stützisolator 13 kann ein oder mehrere Teile 15 umfassen, welche über Flansche 17 miteinander verbunden sind . Der Stützisolator 13 ist an dem Umlenkgetriebe 9 befestigt , an welchem die Unterbrechereinheiten 3 befestigt sind . Der Stützisolator 13 und das Umlenkgetriebe 9 sind säulenförmig aufrecht auf einem Untergrund (nicht dargestellt ) , insbesondere auf einem Fundament , stehend, angeordnet . Der Stützisolator 13 kann in einem unteren Bereich ein weiteres , nicht näher dargestelltes Getriebe und einen Antrieb zum Schalten des Leistungsschalters 1 , insbesondere der Unterbrechereinheiten 3 , aufweisen . Die j eweilige Unterbrechereinheit 3 weist zwei in einer Schaltkammer 19 angeordnete Kontaktelemente 21 , 22 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 j eweilige Unterbrechereinheit 3 eine Vakuumschaltröhre auf , deren Schaltkammer 19 im Betrieb des Leistungsschalters 1 evakuiert wird, so dass in ihr ein ( technisches ) Vakuum herrscht .

Der j eweilige äußere Anschluss 7 des Leistungsschalters 1 ( auch Leistungsschalteranordnung genannt ) ist mit einem diesen zugewandten Kontaktelement 21 der zugehörigen Unterbrechereinheit 3 verbunden . Die vom j eweiligen Anschluss 7 abgewandten Kontaktelemente 22 sind elektrisch miteinander verbunden, so dass die beiden Unterbrechereinheiten 3 in Reihe geschaltet sind .

Sowohl die Unterbrechereinheit 3 mit der äußeren Schaltkammer 19 und den in dieser innenliegenden Kontaktelementen 21 , 22 als auch die äußeren Anschlüsse 7 sind von dem Feststof f isolator 5 umgeben . Dabei kann der Feststof f isolator 5 im Bereich der Unterbrechereinheiten 3 und der äußeren Anschlüsse 7 aus dem gleichen Feststof fisolatormaterial gebildet sein . Alternativ kann das Feststof fisolatormaterial im Bereich der Unterbrechereinheiten 3 andere Eigenschaften bezüglich der Dielektri zität und/oder der Kapazität aufweisen als im Bereich der äußeren Anschlüsse 7 .

Der Feststof f isolator 5 ist zumindest überwiegend aus einem elektrisch isolierenden I solatormaterial gefertigt , beispielsweise aus einem Silikon oder Epoxidharz oder einem Kunststof fmaterial .

Der j eweilige Feststof f isolator 5 ist zumindest überwiegend aus einem Feststof fisolatormaterial gebildet , das direkt eine Steuerung, insbesondere eine Spannungssteuerung, bei einer Überlast am Leistungsschalter 1 bewirkt .

Insbesondere kann das mindestens eine Feststoffisolatormaterial des j eweiligen Feststof f isolators 5 mit Steuerwirkung derart eingerichtet sein, dass eine elektrisch isolierende Steuerung und/oder eine thermisch leitfähige Steuerung bei einer Überlast am Leistungsschalter 1 , insbesondere bei einer Stromunterbrechung, zum Beispiel bei geöf fneten Kontakteelementen 21 , 22 der Unterbrechereinheit/en 3 , bewirkt ist . Dabei kann das mindestens eine Feststof fisolatormaterial durch seine Zusammensetzung selbst und/oder durch Zusatzstof fe und/oder durch Füllstof fe eingerichtet sein, eine elektrisch isolierende Steuerung und/oder eine thermisch leitfähige Steuerung bei einer Überlast am Leistungsschalter 1 zu bewirken .

In einer möglichen Aus führungs form weist das Feststof fisolatormaterial eine vorgegebene Dielektri zitäts zahl in einem Bereich von bis 10 . 000 , insbesondere von 10 bis 2 . 000 auf .

Das Feststof fisolatormaterial (= I solatormaterial des Feststof f isolators ) kann beispielsweise ein Silikon oder ein Epoxidharz oder ein Kunststof fmaterial , zum Beispiel Polyurethan oder dergleichen, sein . Insbesondere wird das Feststof fisolatormaterial bei der Herstellung des Feststof f isolators 5 durch Umgießen der Unterbrechereinheit 3 mit dem Silikon oder dem Epoxidharz oder dem Kunststof fmaterial direkt verbunden, insbesondere stof f schlüssig, mit der Unterbrechereinheit 3 verbunden .

Das Feststof fisolatormaterial als Gradientenwerkstof f kann insbesondere einen vorgegebenen radialen Gradienten und/oder einen vorgegebenen axialen Gradienten aufweisen . Insbesondere kann das Feststof fisolatormaterial aus mehreren Schichten (= I solierschichten) , insbesondere mehreren axialen und/oder radialen Schichten, um die j eweilige Unterbrechereinheit 3 herum, mit unterschiedlichen Dielektri zitäts zahlen und/oder aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein . Hierdurch kann die Steuerwirkung des Feststof f isolators 5 entsprechend eingestellt werden . Der Feststof f isolator 5 kann alternativ oder zusätzlich aus mindestens einer oder mehreren leitfähigen Schichten, insbesondere resistiven Schichten für eine resistive Steuerwirkung und/oder kapazitiven Schichten für eine kapazitive Steuerwirkung, gebildet sein .

In einer weiteren möglichen Aus führungs form weist das Feststof fisolatormaterial eine vorgegebene Kapazität in einem Bereich von 10 pF bis 10 . 000 pF auf . Beispielsweise kann das Feststof fisolatormaterial als kapazitive Steuerelemente diskrete Steuerkondensatoren umfassen . Als diskrete Steuerkondensatoren können beispielsweise in Form von Zusätzen oder Füllstof fen keramische Zylinder, Zylinder aus Glas oder Zylinder aus Glaskeramik vorgesehen, insbesondere in das Feststof fisolatormaterial eingebracht , sein . Beispielsweise können diskrete Steuerkondensatoren in das Feststof fisolatormaterial eingegossen sein . Insbesondere werden diese diskreten Steuerkondensatoren beim Verguss des Feststof fisolatormaterials um die Unterbrechereinheit 3 herum mit eingegossen .

Zusätzlich kann das Feststof fisolatormaterial mit Stützstrukturen versehen sein . Als Stützstrukturen können beispielsweise Dreiecks formen, Stäbe , Vierecksformen, Rippen oder dergleichen Strukturen in das Feststof fisolatormaterial eingegossen sein oder werden . Die Stützstrukturen, insbesondere Mikrostrukturen, zum Beispiel Strukturen in Millimeterabmessungen, können beispielsweise so geformt sein, dass diese temperaturabhängige Ausdehnungen des Feststof fisolatormaterials kompensieren .

Zusätzlich oder alternativ kann das Feststof fisolatormaterial als Steuerelemente mindestens einen Füllstof f umfassen . Beispielsweise können oder kann als Füllstof f Aluminiumnitrid, Bornitrid und/oder Bariumtitanat beigefügt sein . Der Füllstof fe oder die Füllstof fe können einen Anteil von mindestens 10 Volumenprozent bis hin zu 50 Volumenprozent haben . Die Füllstof f konzentration kann dabei bereichsweise variieren, zum Beispiel in einem Bereich nahe der Unterbrechereinheit 3 höher sein als in äußeren Bereichen .

Die Zusätze , Stützstrukturen und/oder Füllstoffe sind beispielsweise in Bereichen des Feststof f isolators 5 angeordnet , in denen der Feststof f isolator 5 an die Unterbrechereinheit 3 grenzt , und/oder in Bereichen des Feststof f isolators 5 , in deren Nähe j eweils ein elektrischer Anschluss 7 und/oder Kontakte 21 , 22 verlaufen beziehungsweise verläuft .

Der Feststof f isolator 5 liegt direkt an der Unterbrechereinheit 3 und von der Gehäusewand des optionalen Gehäuses 11 beabstandet an . Optional kann zwischen der Unterbrechereinheit 3 und dem Feststof fisolatormaterial des Feststof f isolators 5 eine Haftschicht angeordnet sein . Hierdurch können Lufteinschlüsse in einer Grenzschicht zu spannungs führenden Teilen 15 des Leistungsschalters 1 vermieden werden .

Der nicht von dem Feststof f isolator 5 ausgefüllte Bereich eines möglichen Zwischenraums 24 zwischen dem optionalen Gehäuse 11 und der Unterbrechereinheit 3 kann im Betrieb des Leistungsschalters 1 mit einem I soliergas befüllt sein .

Das optionale Gehäuse 11 des Leistungsschalters 1 kann aus einem Verbundwerkstof f , insbesondere aus Keramik und/oder einem Silikon, gefertigt sein . Das Gehäuse 11 kann insbesondere eine gerippte , wellenförmige oder schirmförmige Gehäuseform aufweisen .

Bei der Ausgestaltung des Leistungsschalters 1 ohne Gehäuse 11 kann der Feststof f isolator 5 insbesondere eine gerippte , wellenförmige oder schirmförmige Gehäuseform aufweisen Die vorgenannte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht vorteilhaft eine dielektrische Abschirmung und Spannungssteuerung der Unterbrechereinheit 3 auch bei einer Überlast durch den direkten Kontakt des Feststof f isolators 5 mit der Unterbrechereinheit 3 und die Materialeigenschaften des Feststof f isolators 5 .

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 . Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines bestimmten Begri f fs sind Personen mit männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst .

Claims

Patentansprüche

1. Leistungsschalter (1) , umfassend

- mindestens eine Unterbrechereinheit (3) und

- einen die Unterbrechereinheit (3) umgebenden

Feststoff isolator (5) , der zumindest überwiegend aus einem Feststoffisolatormaterial gebildet ist, das direkt eine Spannungssteuerung bei einer Überlast am Leistungsschalter (1) bewirkt.

2. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffisolatormaterial eine vorgegebene Dielektrizitätszahl in einem Bereich von bis 10.000, insbesondere von 10 bis 2.000, aufweist.

3. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffisolatormaterial eine vorgegebene Kapazität in einem Bereich von 10 pF bis 10.000 pF aufweist.

4. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffisolatormaterial aus Epoxidharz, Silikon oder Polyurethan gebildet ist.

5. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffisolatormaterial als kapazitive Steuerelemente diskrete Steuerkondensatoren umfasst .

6. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffisolatormaterial als diskrete Steuerkondensatoren keramische Zylinder, Zylinder aus Glas oder Zylinder aus Glaskeramik umfasst.

7. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffisolatormaterial mit Stützstrukturen versehen ist.

8. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffisolatormaterial als Steuerelemente mindestens ein Füllstoff umfasst.

9. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllstoff Aluminiumnitrid, Bornitrid und/oder Bariumtitanat beigefügt sind beziehungsweise ist.

10. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff isolator (5) aus mehreren Isolierschichten mit unterschiedlichen Dielektrizitätszahlen und/oder aus unterschiedlichen Materialien gebildet ist.

11. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff isolator (5) aus mehreren leitfähigen Schichten, insbesondere resistiven Schichten für eine resistive Steuerwirkung und/oder kapazitiven Schichten für eine kapazitive Steuerwirkung, gebildet ist

12. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der mindestens einen Unterbrechereinheit (3) und dem Feststoffisolatormaterial eine Haftschicht angeordnet ist.

13. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenkontur des Feststoff isolators (5) eine Schirmstruktur aufweist.

14. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffisolatormaterial als Vergussmasse zumindest die eine Unterbrechereinheit (3) umgibt .

15. Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Unterbrechereinheiten (3) vorgesehen sind, die in Reihe geschaltet sind.