EP4751308A1 - Vakuumschaltröhre zum schalten von hochspannungen und anordnung mit der vakuumschaltröhre - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre (1) zum Schalten von Hochspannungen, mit wenigstens einer Hülle (2), und mit wenigstens einem festen Kontaktstück (3), welches einen Kontaktteller (5) und einen Kontaktbolzen (6) umfasst, und mit wenigstens einem beweglichen Kontaktstück (4), welches einen Kontaktteller (5) und einen Kontaktbolzen (6) umfasst. Die wenigstens eine Hülle (2) umfasst wenigstens ein Keramiksegment (7) und eine metallische Schaltkammer (8). Der Kontaktbolzen (6) des wenigstens einen beweglichen Kontaktstücks (4) ist über wenigstens einen Faltenbalg (9) in die wenigstens eine Hülle (2) geführt. Der wenigstens eine Faltenbalg (9) ist wenigstens teilweise von der metallischen Schaltkammer (8) räumlich umfasst. Die erfindungsgemäße Anordnung (12) mit Vakuumschaltröhre (1) umfasst ein Metalltank- und/oder ein Isolator-Gehäuse (13), in welchem die Vakuumschaltröhre (1) angeordnet ist, insbesondere befüllt mit Clean Air als Isoliergas (14).

Description

Beschreibung

Vakuumschaltröhre zum Schalten von Hochspannungen und Anordnung mit der Vakuumschaltröhre

Die Erfindung betri f ft eine Vakuumschaltröhre zum Schalten von Hochspannungen und eine Anordnung mit Vakuumschaltröhre , mit wenigstens einer Hülle , und mit wenigstens einem festen Kontaktstück, welches einen Kontaktteller und einen Kontaktbol zen umfasst , und mit wenigstens einem beweglichen Kontaktstück, welches einen Kontaktteller und einen Kontaktbol zen umfasst . Die wenigstens eine Hülle umfasst wenigstens ein Keramiksegment und eine metallische Schaltkammer . Der Kontaktbol zen des wenigstens einen beweglichen Kontaktstücks ist über wenigstens einen Faltenbalg in die wenigstens eine Hülle geführt . Der wenigstens eine Faltenbalg ( 8 ) ist wenigstens teilweise von der metallischen Schaltkammer ( 7 ) räumlich umfasst .

Vakuumschaltröhren bzw . Vakuumschalter, welche Anordnungen von Vakuumschaltröhren umfassen, sind z . B . Leistungsschalter oder werden in Leistungsschaltern verwendet , bei denen relativ zueinander bewegbare Schaltkontakte in wenigstens einer Vakuumschaltkammer angeordnet sind . In der Hochspannungstech- nik 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 Fe- derspeicheranriebe und/oder Motoren 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 . Zum Schalten sind die relativ zueinander bewegbaren Schaltkontakte bzw . Kontaktstücke im eingeschalteten Zustand in mechanischem und elektrischem Kontakt , und werden zum Ausschalten voneinander wegbewegt . Im ausgeschalteten Zustand ist ein Spalt zwischen den Kontaktstücken ausgebildet , welcher z . B . im Millimeterbereich bis hin zu Zentimeterbereich Abstand zwischen den Kontaktstücken besteht . Durch das Vakuum, welches in der Vakuumschaltröhre zwischen den Kontaktstücken ausgebildet ist , wird eine Spannung bis hin zu einer Hochspannung, ohne elektrische Überschläge z . B . in Form von Lichtbögen im ausgeschalteten Zustand gehalten . Zum Einschalten werden die relativ zueinander bewegbaren Kontaktstücke aufeinander zubewegt , bis ein elektrischer und mechanischer Kontakt zwischen den Kontaktstücken besteht .

Um die Kontaktstücke im ausgeschalteten Zustand voneinander zu isolieren, ist zum einen das Vakuum in der Vakuumschaltröhre ausgebildet , und zum anderen umfasst eine Hülle der Va- kuumschaltröhre I solierbereiche , z . B . in Form eines oder mehrerer Keramiksegmente . Die Kontaktstücke sind, für eine gute elektrische Leitung im eingeschalteten Zustand, aus einem Metall , mehreren Metallen und/oder einer Metalllegierung ausgebildet . Im Bereich des mechanischen Kontakts der Kontaktstücke entsteht beim Einschalten und/oder Ausschalten durch das Brennen von Lichtbögen Metalldampf . Der Metalldampf schlägt sich z . B . an der Hülle der Vakuumschaltröhre nieder bzw . kondensiert an der Hülle der Vakuumschaltröhre und ist elektrisch leitend . Aus diesem Grund ist im Bereich des Spalts bzw . des mechanischen Kontakts der Kontaktstücke eine metallische Schaltkammer angeordnet , an deren Innenseite Metalldampf kondensieren kann, ohne die isolierenden Eigenschaften der Hülle der Vakuumschaltröhre zu beeinflussen . Des Weiteren dient die metallische Schaltkammer bei Hochspannungsanwendungen zur Absorption von Röntgenstrahlung, welche beim Schalten entstehen kann . Um eine gleichmäßige Spannungsverteilung über die Vakuumschaltröhre zu erreichen, sind Vakuumschaltröhren im Stand der Technik symmetrisch ausgebildet , vgl . insbesondere DE 10 2010 005 466 B3 . Dabei ist die Hülle symmetrisch insbesondere bezüglich der Keramiksegmente ausgebildet , mit einer Symmetrieebene senkrecht zur Längsachse der Vakuumschaltröhre im Bereich des mechanischen Kontakts der Kontaktstücke im eingeschalteten Zustand angeordnet . Häufig wird ein festes und ein bewegliches Kontaktstück verwendet , der Einfachheit halber, da damit nur ein Antrieb zum Antreiben eines Kontaktstücks beim Schalten notwendig ist . Das feste Kontaktstück ist in die Vakuumschaltröhre an einem Ende über z . B . einen metallischen Deckel vakuumdicht und mechanisch fest geführt . Das bewegliche Kontaktstück ist an dem gegenüberliegenden zweiten Ende der Vakuumschaltröhre über z . B . einen metallischen Deckel mit einem Faltenbalg vakuumdicht und mechanisch beweglich gelagert in die Vakuumschaltröhre geführt .

Zwischen den gegenüberliegenden Deckeln ist mittig die metallische Schaltkammer bzw . der Hauptschirm der Vakuumschaltröhre angeordnet , mit rechts und links von der Schaltkammer angeordneten Keramiksegmenten . Die metallische Schaltkammer mit den Keramiksegmenten, an den Enden vakuumdicht abgeschlossen über die Deckel und den Faltenbalg, bilden eine z . B . hohl zylindrische Hülle mit z . B . kreisrunder Grundfläche aus . Entlang der Längsachse der Vakuumschaltröhre ist die Hülle symmetrisch, mit Ausnahme der Deckel und dem Faltenbalg . Bei Vakuumschaltröhren für hohe Spannungen, insbesondere Hochspannungen, sind zur elektrischen I solierung lange I solierstrecken notwendig . Dazu können auf j eder Seite der Vakuumschaltröhre mehrere Keramiksegmente verwendet werden, welche z . B . über metallische Schirme , welche Innen z . B . als Dampf schirme ausgebildet sind, zusammengefügt sind . Die Teile der Vakuumschaltröhre , insbesondere die Hülle mit z . B . Keramiksegmenten, Hauptschirm bzw . Schaltkammer , Dampf schirmen, Deckeln und Faltenbalg sowie die Kontaktstücke , werden z . B . durch Löten in einem Lötofen vakuumdicht zusammengefügt . Der symmetrische Aufbau der Vakuumschaltröhre ermöglicht eine gleichmäßige Spannungsaufteilung über die Vakuumschaltröhre bei angelegter Spannung, mit einer halben Gesamtspannung im ausgeschalteten Zustand im räumlichen Bereich des mechanischen Kontakts der Kontaktstücke im eingeschalteten Zustand . Die Vakuumschaltröhre ist im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der Spannungsaufteilung . Dadurch ist die Vakuumschaltröhre langzeitstabil , ohne elektrische Überschläge über die Vakuumschaltröhre im ausgeschalteten Zustand bei angelegter Spannung, welche die Vakuumschaltröhre beschädigen und/oder zerstören können . Der symmetrische Aufbau führt zu einer großen Länge der Vakuumschaltröhre , mit langen beweglichen Kontaktstücken . Eine große Länge beweglicher Kontaktstücke führt zu einer hohen Masse der j eweiligen Kontaktstücke , mit hohem Materialaufwand und Kosten, und erfordert eine große Kraft bzw . Energie beim Schalten, zum Antreiben des beweglichen Kontaktstücks . Damit sind große , kostenintensive Antriebe notwendig und die Schaltgeschwindigkeit ist gegenüber kurzen, leichten beweglichen Kontaktstücken verlangsamt .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , eine Vakuumschaltröhre zum Schalten von Hochspannungen und eine Anordnung mit einer derartigen Vakuumschaltröhre anzugeben, welche die zuvor beschriebenen Probleme lösen . Insbesondere liegt als Aufgabe zugrunde , eine kostengünstige Vakuumschaltröhre und Anordnung anzugeben, mit einem kurzen, leichten, gut zu beschleunigenden beweglichen Kontaktstück, welches wenig Metall umfasst verglichen mit Kontaktstücken bekannt aus dem Stand der Technik .

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vakuumschaltröhre zum Schalten von Hochspannungen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und/oder einer Anordnung mit einer zuvor beschriebenen Vakuumschaltröhre gemäß Anspruch 11 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre zum Schalten von Hochspannungen und/oder der erf indungsgemä- ßen Anordnung mit der zuvor beschriebenen Vakuumschaltröhre , sind in den Unteransprüchen angegeben . Dabei sind Gegenstände des Hauptanspruchs mit Merkmalen von Unteransprüchen und Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar .

Eine erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre zum Schalten von Hochspannungen umfasst wenigstens eine Hülle und wenigstens ein festes Kontaktstück, welches einen Kontaktteller und einen Kontaktbol zen umfasst , und wenigstens ein bewegliches Kontaktstück, welches einen Kontaktteller und einen Kontaktbol zen umfasst , wobei die wenigstens eine Hülle wenigstens ein Keramiksegment und eine metallische Schaltkammer umfasst , und wobei der Kontaktbol zen des wenigstens einen beweglichen Kontaktstücks über wenigstens einen Faltenbalg in die wenigstens eine Hülle geführt ist . Der wenigstens eine Faltenbalg ist wenigstens teilweise von der metallischen Schaltkammer räumlich umfasst . Dies bedeutet , dass auf der Seite des Faltenbalgs , d . h . des beweglichen Kontaktstücks , keine Keramiksegmente angeordnet sind . Die asymmetrische Anordnung von wenigstens einem Keramiksegment auf der Seite des festen Kontaktstücks und ohne Keramiksegmente auf der Seite des beweglichen Kontaktstücks bzw . des Faltenbalgs von der metallischen Schaltkammer aus betrachtet , wird insbesondere durch eine elektrische Absteuerung der Vakuumschaltröhre ermöglicht . Die Absteuerung erfolgt z . B . über eine äußere Beschaltung mit elektrischen Bauelementen, insbesondere Widerständen, Kondensatoren, Varistoren, Ableitern und/oder Spulen, wie z . B . aus der DE 10 2021 207 963 Al bekannt ist , und der Einfachheit halber im Weiteren nicht weiter beschrieben wird .

Die asymmetrische Vakuumschaltröhre ohne Keramiksegmenten auf der Seite des beweglichen Kontaktstücks bzw . mit einem Faltenbalg zumindest teilweise von der metallischen Schaltkammer umfasst , ermöglicht einen sehr kurzen Kontaktbol zen des beweglichen Kontaktstücks . Ein Kontaktbol zen, welcher verkürzt bzw . kürzer als im Stand der Technik ist , z . B . im Bereich von Millimetern bis hin zu Zentimetern, weist ein geringes bzw . reduziertes Gewicht und Material auf . Die Materialeinsparung, insbesondere Kupfer und/oder Stahl , reduziert Kosten und ermöglicht beim Schalten eine höhere Beschleunigung des Kontaktstücks mit geringerem Kraftaufwand bzw . Energieaufwand . Die erhöhte Beschleunigung ermöglicht ein schnelles Schalten mit geringem Verschleiß , z . B . durch kurze Lichtbogenbrennzeiten zwischen Kontaktstücken . Der geringe Kraftaufwand ermöglicht die Verwendung von kostengünstigen Antrieben, z . B . Federspeicherantrieben mit oder ohne insbesondere kostengünstigen Getrieben . Somit werden durch die asymmetrische Vakuumschaltröhre ohne Keramiksegmenten auf der Seite des beweglichen Kontaktstücks bzw . mit einem Faltenbalg zumindest teilweise von der metallischen Schaltkammer und dem kurzen bzw . verkürzten Kontaktbol zen Material und Kosten eingespart sowie schnelle Schaltzeiten ermöglicht , und ein einfacher, weniger komplexer Aufbau der Vakuumschaltröhre möglich .

Der wenigstens eine Faltenbalg kann am Kontaktteller des wenigstens einen beweglichen Kontaktstücks befestigt sein . Dies ermöglicht einen Kontaktbol zen des beweglichen Kontaktstücks im Inneren der Vakuumschaltröhre mit einer Länge im Bereich oder kürzer der maximalen Längsausdehnung beim Schalten des Faltenbalgs . Ein derart kurzer Kontaktbol zen weist die zuvor beschriebenen Vorteile auf .

Der wenigstens eine Faltenbalg kann vollständig von der metallischen Schaltkammer räumlich umfasst sein . Auf der Seite des Faltenbalgs sind somit keine weiteren Elemente wie z . B . Keramiksegmente notwendig und/oder ein separater metallischer Deckel , insbesondere im Fall der Aus formung der Schaltkammer an einem Ende der Vakuumschaltröhre in Form eines metallischen Deckels . Damit wird eine Vakuumschaltröhre mit geringer Zahl an Bauelementen bzw . Komponenten ermöglicht , geringer Komplexität und/oder Länge , welche einfach zusammensetzbar ist . Damit wird ermöglicht , Zeit beim Zusammenbau und Kosten einzusparen . Das wenigstens eine Keramiksegment kann den Kontaktbol zen des wenigstens einen festen Kontaktstücks räumlich umfassen . Insbesondere wenigstens zwei oder mehr Keramiksegmente können den Kontaktbol zen des wenigstens einen festen Kontaktstücks räumlich umfassen . Das oder die Keramiksegmente ermöglichen eine elektrische I solierung entlang der Längsachse der Vaku- umschaltröhre im ausgeschalteten Zustand, mit einem Spalt zwischen den Kontakttellern der Kontaktstücke , womit eine funktionsgerechte Arbeitsweise der Vakuumschaltröhre sichergestellt ist . Mehrere Keramiksegmente ermöglichen eine Absteuerung der Vakuumschaltröhre und eine große I solierstrecke über die Hülle der Vakuumschaltröhre , welche Kriechströme unterbindet . Damit ist eine zuverlässige Funktion der Vakuumschaltröhre möglich, insbesondere im ausgeschalteten Zustand .

Keramiksegmente können ausschließlich auf der Seite des festen Kontaktstücks der Vakuumschaltröhre angeordnet sein . Das bewegliche Kontaktstück kann ausschließlich von metallischen Teilen der Hülle räumlich umfasst sein, insbesondere von dem wenigstens einen Faltenbalg und der metallischen Schaltkammer . Die Anordnung der Keramiksegmente ausschließlich auf der Seite des festen Kontaktstücks ermöglicht eine Funktion der Vakuumschaltröhre mit den zuvor beschriebenen Vorteilen .

Die metallische Schaltkammer kann auf der Seite des wenigstens einen beweglichen Kontaktstücks über den wenigstens einen Faltenbalg vakuumdicht abgeschlossen sein und/oder eine Topf-Form aufweisen, durch deren Topf-Boden über den wenigstens einen Faltenbalg das wenigstens eine bewegliche Kontaktstück aus der Vakuumschaltröhre herausgeführt sein kann . Somit wird eine vakuumdichte Vakuumschaltröhre , deren zuverlässige Schalt funktion sichergestellt ist , ermöglicht . Die Bewegung des wenigstens einen beweglichen Kontaktstücks wird ermöglicht , um ein Schalten der Vakuumschaltröhre zu ermöglichen, mit vakuumdichtem Abschluss der Vakuumschaltröhre über den Faltenbalg und/oder die metallische Schaltkammer insbe- sondere in Topf-Form an einem Ende der Vakuumschaltröhre , mit den zuvor beschriebenen Vorteilen .

Metallische Dampfschirme können umfasst sein, insbesondere zwischen Keramiksegmenten und/oder zwischen dem wenigstens einen Keramiksegment und der metallischen Schaltkammer , insbesondere welche aus der Hülle herausragen . Damit wird eine metallische Bedampfung von Keramiksegmenten verhindert bzw . reduziert , welche zu einer Verringerung der elektrisch isolierenden Wirkung der Keramiksegmente führen würde , und eine elektrische Absteuerung der Vakuumschaltröhre mit kontaktierten Bauelementen, z . B . Varistoren, Kondensatoren, Widerständen, Ableitern, und/oder Dioden, über die Dampf schirme verschaltet ermöglicht , mit den zuvor beschriebenen Vorteilen .

Ein insbesondere metallischer Deckel kann auf der Seite des wenigstens einen festen Kontaktstücks umfasst sein, welcher die Vakuumschaltröhre vakuumdicht verschließt , insbesondere in mechanischer Verbindung mit wenigstens einem Keramiksegment . Der vakuumdichte Verschluss der Vakuumschaltröhre ermöglicht deren Funktion beim Schalten, insbesondere Ausschalten, wobei ein insbesondere metallischer Deckel eine günstige Spannungsverteilung entlang der Vakuumschaltröhre ermöglicht bzw . eine Abschirmung von Teilen wie z . B . Kontaktbol zen ermöglicht .

Die Kontaktstücke , insbesondere die Kontaktteller und/oder der Kontaktbol zen, können aus Stahl , Kupfer und/oder einer Kupfer-Chrom-Legierung ausgebildet sein oder Stahl , Kupfer und/oder eine Kupfer-Chrom-Legierung umfassen . Diese Materialien ermöglichen einen geringen elektrischen Verlust über die Vakuumschaltröhre im eingeschalteten Zustand durch einen geringen elektrischen Widerstand . Die Materialien weisen eine hohe Resistenz gegen Abbrand durch Lichtbögen auf . Die Schaltkammer und/oder der Faltenbalg können aus Stahl ausgebildet sein oder Stahl umfassen . Damit ist eine hohe mechanische Festigkeit , lange Haltbarkeit und gute Feldverteilung entlang der Vakuumschaltröhre möglich . Insbesondere Röntgenstrahlen können von einer metallischen Schaltkammer abgeschirmt werden, womit eine Gefährdung von insbesondere Wartungspersonal durch Strahlung der Vakuumschaltröhre vermieden werden kann . Die metallische Schaltkammer kann eine Absteuerung wie zuvor Beschrieben mit entsprechenden Vorteilen ermöglichen .

Die Vakuumschaltröhre kann ausgebildet sein, Spannungen im Hochspannungsbereich, insbesondere im Bereich größer oder gleich 52 kV zu schalten . Die zuvor Beschrieben Vorteile sind insbesondere bei hohen Spannung ausgeprägt . Die erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre kann ein Schalten bei hohen Spannungen in dem zuvor beschriebenen Bereich der Hochspannung ermöglichen, insbesondere zuverlässig und langzeitstabil . Überschläge über die Vakuumschaltröhre , welche insbesondere bei sehr hohen Spannungen auftreten, können bei der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre vermieden werden, womit eine Beschädigung bis hin zur Zerstörung der Vakuumschaltröhre vermieden werden kann, was ein langzeitstabiles , insbesondere wartungs freies , zuverlässiges Schalten hoher Spannungen ermöglicht .

Eine Anordnung mit zuvor beschriebener Vakuumschaltröhre umfasst einen Metalltank- und/oder ein I solator-Gehäuse , in welchem die Vakuumschaltröhre angeordnet ist , insbesondere befüllt mit Clean Air als I soliergas . Die Vorteile der Anordnung sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen der Vaku- umschaltröhre . Ein Metalltank-Gehäuse ermöglicht den Einsatz der Vakuumschaltröhre in einem Dead-Tank oder Live-Tank Hochspannungsleistungsschalter, und ein I solator-Gehäuse ermöglicht den Einsatz der Vakuumschaltröhre in einem Freiluftschalter . Das Gehäuse schützt die Vakuumschaltröhre vor Umwelteinflüssen . Clean Air als I soliergas ermöglicht eine gute elektrische I solierung der Vakuumschaltröhre im Gehäuse , ohne die Gefahr von elektrischen Überschlägen, wobei Clean Air, d . h . getrocknete , gereinigte Luft , umweltfreundlich und klimaneutral ist . Im Folgenden werden Aus führungsbeispiele der Erfindung schematisch in den Figuren dargestellt und nachfolgend näher beschrieben .

Dabei zeigen die

Figur 1 schematisch eine erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre 1 zum Schalten von Spannungen in Schnittansicht entlang einer Längsachse der Vakuumschaltröhre 1 mit einem Faltenbalg 9 , welcher von einer metallischen Schaltkammer 8 räumlich umfasst ist , und

Figur 2 schematisch in Schnittansicht eine erfindungsgemäße Anordnung 12 mit einer Vakuumschaltröhre 1 gemäß Figur 1 in einem Gehäuse 13 .

In Figur 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre 1 zum Schalten von Spannungen, insbesondere von Hochspannungen im Bereich größer/gleich 52 kV, in Schnittansicht entlang einer Längsachse der Vakuumschaltröhre 1 von einer Seite beispielhaft dargestellt . Die Vakuumschaltröhre 1 weist eine Hülle 2 auf , die eine metallische Schaltkammer 8 , Keramiksegmente 7 , welche über nach Außen gezogenen Dampfschirmen 10 miteinander verbunden sind, und einen metallischen Deckel 11 umfasst . Die Keramiksegmente 7 sind hohl zylinderförmig bzw . rohrförmig ausgebildet , und an einem Ende der Vakuumschaltröhre 1 fluiddicht über den Deckel 11 verschlossen . Die metallische Schaltkammer 8 ist hohl zylinderförmig ausgebildet , mit z . B . unterschiedlichen Querschnitten in unterschiedlichen Bereichen entlang der Längsachse der Va- kuumschaltröhre 1 , und an einem Ende der Vakuumschaltröhre 1 , welches dem Ende mit Deckel 11 gegenüberliegt , fluiddicht verschlossen . Im Inneren ist die Vakuumschaltröhre 1 evakuiert bzw . herrscht ein Vakuum . Von den Enden der Vakuumschaltröhre 1 her ragen Kontaktstücke 3 und 4 in die Hülle 2 der Vakuumschaltröhre 1 hinein, z . B . ein festes Kontaktstück 3 von einer Seite der Vakuumschaltröhre 1 her und ein bewegliches Kontaktstück 4 von der anderen Seite der Vakuumschaltröhre 1 her . Das feste Kontaktstück

3 ist z . B . über Kleben, Pressen, Löten, und/oder Schweißen fluiddicht durch den Deckel 11 aus dem Inneren der Vakuumschaltröhre 1 nach Außen geführt . Das bewegliche Kontaktstück

4 ist über einen Faltenbalg 9 , welcher mit dem Kontaktstück 5 und dem Hauptschirm bzw . der Schaltkammer 8 z . B . über Kleben, Pressen, Löten, und/oder Schweißen fluiddicht verbunden ist , aus dem Inneren der Vakuumschaltröhre 1 nach Außen beweglich geführt . Die Kontaktstücke 3 und 4 umfassen j eweils einen Kontaktteller 5 und einen Kontaktbol zen 6 . Der Kontaktteller 5 ist im Inneren der Vakuumschaltröhre 1 an einem Ende des Kontaktbol zens 6 , mit der Tellerebene senkrecht zur Längsachse des Kontaktbol zens 6 angeordnet . Am anderen Ende des Kontaktbol zens 6 j eweils , welcher außerhalb der Vakuumschaltröhre 1 angeordnet ist , wird die Vakuumschaltröhre 1 elektrisch kontaktiert .

Beim Schalten der Vakuumschaltröhre 1 besteht im ausgeschalteten Zustand ein Spalt aus Vakuum zwischen den Kontakttellern 5 der Kontaktstücke 3 und 4 , wodurch ein Stromfluss über die Kontaktstücke 3 , 4 bei angelegter Spannung unterbunden ist . Beim Einschalten wird das bewegliche Kontaktstück 4 auf das feste Kontaktstück 3 zubewegt , bis die Kontaktteller 5 der Kontaktstücke 3 und 4 in elektrischem und/oder mechanischem Kontakt stehen, und ein Stromfluss ist möglich . Beim Ausschalten wird das bewegliche Kontaktstück 4 von dem festen Kontaktstück 3 wegbewegt , bis die Kontaktteller 5 der Kontaktstücke 3 und 4 einen ausreichenden Abstand aufweisen, um bei angelegter Spannung über den Spalt die Kontaktstücke 3 und 4 elektrisch voneinander zu isolieren . Ein Spalt im Bereich von Millimetern bis hin zu Zentimetern in einer evakuierten Vakuumschaltröhre ist z . B . ausreichend zum Ausschalten von Hochspannungen insbesondere im Bereich größer oder gleich 52 kV. Die Vakuumschaltröhre 1 hat z. B. eine Länge im Bereich von insbesondere 30 bis 100 Zentimetern, und einen Umfang im Bereich von insbesondere 10 bis 100 Zentimetern.

Die metallische Schaltkammer 8 umfasst räumlich bzw. umschließt die Kontaktteller 5 der Kontaktstücke 3 und 4. Die Schaltkammer 8 ist aus einem Metall wie z. B. Kupfer und/oder Stahl, und umfasst z. B. im Inneren Bedampfungsschirme, welche der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt sind. Die hohlzylinderförmigen Keramiksegmente 7 sind z. B. aus gesinterter Keramik hergestellt und insbesondere oberflächenbehandelt. Die Keramiksegmente 7 sind z. B. über Dampfschirme 10 miteinander verbunden. Dabei erfolgt eine Verbindung z. B. bei einem Lötvorgang in einem Ofen bei einigen hundert Grad Celsius, bei der Herstellung der Vakuumschaltröhre 1. Die Dampf schirme 10 sind z. B. aus Metall, insbesondere Kupfer und/oder Stahl, und ringförmig ausgebildet. Im Inneren der Vakuumschaltröhre 1 sind die Dampfschirme 10 z. B. in Form von Bedampfungsschirmen ausgebildet, welche der Einfachheit halber in den Figuren nicht im Detail dargestellt sind. Nach Außen gezogen ragen die Dampf schirme 10 z. B. in Form flacher Ringe aus der Vakuumschaltröhre 1 heraus bzw. über den Keramiksegment-Umfang hinaus. Dadurch ist ein elektrischer Anschluss und eine Verschaltung von elektrischen Bauelementen, z. B. Varistoren, Kondensatoren, Widerständen, Dioden und/oder Ableitern, über die Dampf schirme 10 möglich, womit eine Absteuerung der Vakuumschaltröhre 1 ermöglicht wird, was der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt ist.

Die Kontaktstücke 3 und 4, d. h. Kontaktteller 5 und Kontaktbolzen 6, sind z. B. aus Kupfer, Aluminium und/oder Stahl. Dabei kann insbesondere der Kontaktbolzen 6 aus einem oder unterschiedlichen Materialien bestehen, z. B. Kupfer im Inneren der Vakuumschaltröhre und anschließend nach außen geführt aus Aluminium, oder vollständig aus Kupfer. Der Kontaktteller 5 ist z. B. aus einem oder mehreren Materialien, z. B. aus Stahl mit Kupfer beschichtet oder aus komplett Kupfer, wobei die Kontaktoberfläche z. B. geschlitzt ist. Der Deckel 11 ist z. B. aus einem Metall, insbesondere Kupfer und/oder Stahl hergestellt. Der Faltenbalg 9 ist z. B. aus Stahl, insbesondere Federstahl. Ein Lot zum vakuumdichten zusammenfügen der Teile der Vakuumschaltröhre 1 beim Löten ist z. B. ein Zinn- und/oder Bleilot.

Die Keramiksegmente 7 sowie insbesondere Dampfschirme 10 sind in dem Ausführungsbespiel der Figuren nur auf einer Seite der Vakuumschaltröhre 1, d. h. ein Kontaktstück 3 bzw. Kontaktbolzen 6 räumlich umfassend angeordnet. Anders ausgedrückt, die Keramiksegmente 7 sind vom Spalt aus betrachtet bzw. von den Kontakttellern 5 aus betrachtet nur auf einer Seite der Vakuumschaltröhre 1, insbesondere auf der Seite des festen Kontaktstücks 3 angeordnet. Auf der anderen Seite umschließt die metallische Schaltkammer 8 insbesondere ausschließlich, in Verbindung mit dem Faltenbalg 9 das bewegliche Kontaktstück 4 bzw. den Kontaktbolzen 6 des beweglichen Kontaktstücks 4, und schließt die Hülle 2 vakuumdicht auf dieser Seite ab. Alternativ ist die Schaltkammer 8 über einen Deckel, z. B. analog Deckel 11, welcher z. B. mit der Schaltkammer 8 über Kleben, Klemmen, Löten und/oder Schweißen verbunden ist, und dem Faltenbalg 9 auf der Seite des Faltenbalgs 9 vakuumdicht verschlossen.

Der Faltenbalg 9 ist im Ausführungsbeispiel der Figur 1, d. h. ohne Deckel auf Seite des Faltenbalgs 9, am unteren Ende der Schaltkammer 8 mit der Schaltkammer 8 z. B. über Kleben, Klemmen, Löten und/oder Schweißen vakuumdicht verbunden. Das entgegengesetzte Ende des Faltenbalg 9 ist z. B. mit einer Seite des Kontakttellers 5 des beweglichen Kontaktstücks 4, insbesondere über Kleben, Klemmen, Löten und/oder Schweißen vakuumdicht verbunden. Die gegenüberliegende Seite des Kontakttellers 5 schließt sich, im ausgeschalteten Zustand der Vakuumschaltröhre 1, an den Kontaktspalt an. Alternativ kann der Faltenbalg 9 am Kontaktbolzen 6 insbesondere im Endbe- reich nahe dem Kontaktteller 5 befestigt sein. Der Faltenbalg 9 ragt in die Schaltkammer 8 hinein oder wird von dieser vollständig umschlossen. Somit ist der Faltenbalg 9 wenigstens teilweise von der metallischen Schaltkammer 8 räumlich umfasst. Ohne Keramiksegmente 7 auf der Seite des beweglichen Kontaktstücks 4 bzw. mit einem Faltenbalg 9, welcher zumindest teilweise von der metallischen Schaltkammer 8 räumlich umfasst ist, ist das bewegliche Kontaktstück 4 bzw. dessen Kontaktbolzen 6 sehr kurz ausführbar. Der Kontaktbolzen 6 des beweglichen Kontaktstücks 4 ist mit minimaler Länge ausführbar, z. B. der Spaltbreite und/oder der Faltenbalglänge. Ein kurzer Kontaktbolzen 6 des beweglichen Kontaktstücks 4, insbesondere mit minimaler Länge, weist eine geringe, insbesondere minimale Masse auf, womit ein schnelles Schalten mit geringem Kraft- bzw. Energieaufwand, insbesondere minimalem Kraft- bzw. Energieaufwand, ermöglicht wird. Damit sind kostengünstige Antriebe, insbesondere Motoren und/oder Federspeicherantriebe, verwendbar, Vakuumschaltröhren 1 mit geringen Materialkosten für Kontaktstücke 4 möglich, und kurze Schaltzeiten werden ermöglicht, insbesondere mit geringem Abbrand und Kraft- sowie Energieaufwand.

In Figur 2 ist schematisch in Schnittansicht eine erfindungsgemäße Anordnung 12 mit einer Vakuumschaltröhre 1 gemäß Figur 1 von der Seite dargestellt. Die Anordnung 12 umfasst wenigstens eine zuvor beschriebene Vakuumschaltröhre 1, welche in einem Gehäuse 13 angeordnet ist. Das Gehäuse 13 ist z. B. ein Dead-Tank oder Live-Tank-Gehäuse, insbesondere aus Metall, z. B. Stahl und/oder Aluminium. Alternativ ist das Gehäuse 13 ein Gehäuse eines Freiluftschalters, z. B. aus einem Isolator, insbesondere aus Keramik, Silikon und/oder einem Verbundwerkstoff. Die äußere Oberfläche des Gehäuses 13 ist z. B. gerippt, was der Einfachheit halber in der Figur 2 nicht dargestellt ist, um elektrische Kriechwege zu verlängern. Das Gehäuse 13 ist z. B. mit einem Isoliergas, insbesondere SF₆, C0₂, oder einem Gasgemisch, z. B. Clean Air, d. h. gereinigter, getrockneter Luft, befüllt. Die Vakuumschaltröhre 1 und damit die Anordnung 12, insbesondere ein Hochspannungsleistungsschalter bzw. eine Hochspannungsleistungsschalter-Anlage zum Schalten von z. B. Spannungen größer oder gleich 52 kV, weisen die zuvor beschriebene Vorteile der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre 1 auf.

Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. Keramiksegmente 7 und/oder metallische Schaltkammern 8 mit hohlzylindriger Form verwendet werden, deren Grund-. Deck- und/oder Querschnittsfläche statt kreisförmig elliptisch, oval oder eine andere Form aufweist. Es können mehr als ein festes und/oder bewegliches Kontaktstück 3, 4 verwendet werden, z. B. mittig ein festes Kontaktstück 3 mit jeweils einem Kontaktteller 5 auf jeder Seite des Kontaktbolzens 6, insbesondere vollständig im Inneren der Vakuumschaltröhre 1 angeordnet, und mit zwei beweglichen Kontaktstücken 4 jeweils auf jeder Seite der Vaku- umschaltröhre 1 über den jeweiligen Kontaktbolzen 6 nach Außen geführt über einen Faltenbalg 9. Dabei umschließt bzw. umschließen das oder die Keramiksegmente 7 den Kontaktbolzen 6 des festen Kontaktstücks 3. Recht und Links davon ist jeweils eine insbesondere metallische Schaltkammer 8 angeordnet, welche den Faltenbalg 9 zumindest teilweise oder vollständig umschließt. Eine derartige Vakuumschaltröhre 1 ist symmetrisch ausgebildet bezüglich des Spalts zwischen den Kontaktstücken 3 und 4 im ausgeschalteten Zustand.

Ein Faltenbalg 9 ist zum Beispiel am Kontaktbolzen 6 des beweglichen Kontaktstücks 4 befestigt, und/oder am Kontaktteller 5 des beweglichen Kontaktstückes 4, insbesondere im Wesentlichen senkrecht in einem flachen Bereich des Kontakttellers 5. Alternativ kann der Faltenbalg 9 z. B. am äußeren Umfang des Kontakttellers 5 befestig sein, insbesondere vakuumdicht. Der Faltenbalg 9 kann alternativ auch zwischen einem Kontaktbolzen 6 und Kontaktteller 5 insbesondere vakuumdicht befestigt sein, z. B. geklemmt, geklebt, gelötet und/oder ge- schweißt , z . B . wenn der Kontaktteller 5 und der Kontaktbolzen 6 nicht aus einem Stück gefertigt sind, sondern z . B . miteinander verbunden sind z . B . über Verschraubung, Kleben, Klemmen, Schweißen und/oder Löten .

Keramiksegmente 7 können über Dampfschirme 10 miteinander verbunden sein oder nur ein Keramiksegment 7 kann vorgesehen sein, wobei im Inneren der Vakuumschaltröhre 1 die Dampfschirme 10 , der Deckel 11 und/oder die metallische Schaltkammer bzw . der metallische Hauptschirm 8 Bedampfungsschirme aufweisen können . Statt einem metallischen Deckel 11 zu verwenden kann ein Keramiksegment 7 deckel förmig zumindest auf einer Seite ausgebildet sein, und der insbesondere feste Kontaktbol zen 6 bzw . der Kontaktbol zen 6 des insbesondere festen Kontaktstücks 3 kann über das deckel förmige Keramiksegment 7 vakuumdicht z . B . durch Löten, Sintern, Kleben, und/oder Klemmen in die Vakuumschaltröhre 1 geführt sein . Der Deckel 11 kann auch aus einem Material wie z . B . Kunststof f , PTFE , PCTFE und/oder einem Halbleiter ausgeführt sein oder ein derartiges Material umfassn .

Die Vakuumschaltröhre 1 kann elektrisch beschältet sein, insbesondere durch Bauelemente wie z . B . Kondensatoren, Widerstände , Spulen, Varistoren, und/oder Ableiter, z . B . entlang des äußeren Umfangs und der Längsachse der Vakuumschaltröhre 1 , direkt an der Hülle 2 oder mit einem Abstand zur Hülle 2 oder in einem gesonderten Gehäuse , zur Absteuerung der Vaku- umschaltröhre 1 . Damit ist im ausgeschalteten Zustand, bei angelegter Spannung, ein vorbestimmter, insbesondere gleichmäßiger Spannungsabfall entlang der Längsachse der Vakuumschaltröhre 1 möglich . Bezugs zeichenliste

1 Vakuumschaltröhre

2 Hülle

3 festes Kontaktstück

4 bewegliches Kontaktstück

5 Kontaktteller

6 Kontaktbol zen

7 Keramiksegment

8 metallische Schaltkammer

9 Faltenbalg

10 Dampf schirm

11 metallischer Deckel

12 Anordnung mit Vakuumschaltröhre

13 Metalltank- und/oder ein I solator-Gehäuse

14 Isoliergas

Claims

Patentansprüche

1. Vakuumschaltröhre (1) zum Schalten von Hochspannungen, mit wenigstens einer Hülle (2) , und mit wenigstens einem festen Kontaktstück (3) , welches einen Kontaktteller (5) und einen Kontaktbolzen (6) umfasst, und mit wenigstens einem beweglichen Kontaktstück (4) , welches einen Kontaktteller (5) und einen Kontaktbolzen (6) umfasst, wobei die wenigstens eine Hülle (2) wenigstens ein Keramiksegment (7) und eine metallische Schaltkammer (8) umfasst, und wobei der Kontaktbolzen (6) des wenigstens einen beweglichen Kontaktstücks (4) über wenigstens einen Faltenbalg (9) in die wenigstens eine Hülle (2) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Faltenbalg (9) wenigstens teilweise von der metallischen Schaltkammer (8) räumlich umfasst ist.

2. Vakuumschaltröhre (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Faltenbalg (9) am Kontaktteller (5) des wenigstens einen beweglichen Kontaktstücks (4) befestigt ist.

3. Vakuumschaltröhre (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Faltenbalg (9) vollständig von der metallischen Schaltkammer (8) räumlich umfasst ist.

4. Vakuumschaltröhre (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Keramiksegment (7) den Kontaktbolzen (6) des wenigstens einen festen Kontaktstücks (3) räumlich umfasst, insbesondere dass wenigstens zwei oder mehr Keramiksegmente (7) den Kontaktbolzen (6) des wenigstens einen festen Kontaktstücks (3) räumlich umfassen.

5. Vakuumschaltröhre (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Keramiksegmente (7) ausschließlich auf der Seite des festen Kontaktstücks (3) der Vakuumschaltröhre (1) angeordnet sind und/oder dass das bewegliche Kontaktstück (4) ausschließlich von metallischen Teilen der Hülle (2) räumlich umfasst ist, insbesondere von dem wenigstens einen Faltenbalg (9) und der metallischen Schaltkammer (8) .

6. Vakuumschaltröhre (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schaltkammer (8) auf der Seite des wenigstens einen beweglichen Kontaktstücks (4) über den wenigstens einen Faltenbalg (9) vakuumdicht abgeschlossen ist und/oder eine Topf-Form aufweist, durch deren Topf-Boden über den wenigstens einen Faltenbalg (9) das wenigstens eine bewegliche Kontaktstück (4) aus der Vakuumschaltröhre (1) herausgeführt ist.

7. Vakuumschaltröhre (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass metallische Dampfschirme (10) umfasst sind, insbesondere zwischen Keramiksegmenten

(7) und/oder zwischen dem wenigstens einen Keramiksegment (7) und der metallischen Schaltkammer (8) , insbesondere welche aus der Hülle (2) herausragen.

8. Vakuumschaltröhre (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein insbesondere metallischer Deckel (11) auf der Seite des wenigstens einen festen Kontaktstücks (3) umfasst ist, welcher die Vakuumschaltröhre (1) vakuumdicht verschließt, insbesondere in mechanischer

Verbindung mit wenigstens einem Keramiksegment (7) .

9. Vakuumschaltröhre (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstücke (3, 4) , insbesondere die Kontaktteller (5) und/oder der Kontaktbolzen (6) , aus Stahl, Kupfer und/oder einer Kupfer-Chrom- Legierung ausgebildet sind oder Stahl, Kupfer und/oder eine Kupfer-Chrom-Legierung umfassen, und/oder dass die Schaltkam- mer (8) und/oder der Faltenbalg (9) aus Stahl ausgebildet sind oder Stahl umfassen.

10. Vakuumschaltröhre (1) nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumschaltröhre (1) ausgebildet ist, Spannungen im Hochspannungsbereich, insbesondere im Bereich größer oder gleich 52 kV zu schalten.

11. Anordnung (12) mit Vakuumschaltröhre (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metalltank- und/oder ein Isolator-Gehäuse (13) umfasst ist, in welchem die Vakuumschaltröhre (1) angeordnet ist, insbesondere befüllt mit Clean Air als Isoliergas (14) .