WO2001097242A1

WO2001097242A1 - Vakuumschaltröhre

Info

Publication number: WO2001097242A1
Application number: PCT/DE2001/002187
Authority: WO
Inventors: Roman Renz
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2001-12-20
Also published as: DE10029763B4; CN1432183A; US6891122B2; EP1290707B1; EP1290707A1; JP2004503904A; DE10029763A1; DE50112011D1; CN1204581C; US20030141282A1

Abstract

Die neue Vakuumschaltröhre weist beiderseits einer metallenen Schaltkammer (67) jeweis zwei Keramikisolatoren gleichen Durchmessers (D2) auf. An den Flügelstellen dieser Teile sind zylindrische Dampfschirme (70,73,71,74) befestigt, die untereinander axial beabstandet (A1) sind. Ein solcher Aufbau macht bei kleinem Bauvolumen und einfacher Herstellbarkeit Betriebsspannungen vom mehr als 60 kV beherrschbar.

Description

Beschreibung

Vakuumschaltröhre

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalter und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung einer Vakuumschaltröhre anzuwenden, deren Gehäuse zwei relativ zueinander bewegbare Kontaktstücke umgibt und zwei koaxial zueinander angeordnete Keramikisolatoren gleichen Durchmessers aufweist, wobei die beiden Keramikisolatoren über ein als Schaltkammer ausgebildetes, zwischengefügtes Metallteil vakuumdicht miteinander verbunden sind.

Bei einer bekannten Vakuumschaltröhre dieser Art sind die Kontaktstücke als sogenannte Axial-Magnetfeld-Kontakte in

Topfform ausgebildet, jeweils mit einem Stromzuführungsbolzen versehen und um einen vorgegebenen Schalthub relativ zueinander axial bewegbar. Jeder Stromzuführungsbolzen ist dabei von einem der beiden Keramikisolatoren umgeben und an dem die Ke- ramikisolatoren verbindenden Metallteil sind zylindrische

Dampfschirme befestigt. Dieser Aufbau der Vakuumschaltröhre ermöglicht es, auch bei größeren Durchmessern der Kontaktstücke den Innendurchmesser der Keramikisolatoren kleiner als den Innendurchmesser der Schaltkammer zu bemessen. In diesem Fall ist es zweckmäßig, die Schaltkammer axial geteilt auszubilden. - Eine Vakuumschaltröhre dieser Art ist besonders zum Einsatz in Schaltanlagen auf der Mittelspannungsebene (15 bis 36 kV) geeignet (DE 197 13 478 Cl) .

Ausgehend von einer Vakuumschaltröhre mit den Merkmalen des

Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Vakuumschaltröhre so auszugestalten, dass sie auch für Hochspannungszwecke, also für Betriebsspan- nungen von mehr als 60 kV (z. B. 72 kV, 84 kV) eingesetzt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass sowohl dem ersten als auch dem zweiten Keramikisolator jeweils ein weiterer, gleichartiger Keramikisolator koaxial und unmittelbar benachbart zugeordnet ist, wobei die beiden einander benachbarten Keramikisolatoren jeweils über ein zwischengefügtes Metallteil vakuumdicht miteinander verbunden sind, dass weiterhin an den zwischengefügten Metallteilen jeweils ein zylindrischer Dampfschirm befestigt ist und dass alle Dampfschirme mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind.

Eine derart ausgebildete Vakuumschaltröhre zeichnet sich dadurch aus, dass die erforderliche dielektrische Festigkeit bei sehr kleinem Bauvolumen erreicht wird und dass sie mit Fertigungseinrichtungen herstellbar ist, wie sie für Mittelspannungs-Röhren gebräuchlich sind. Durch die Ausgestal- tung aller Dampfschirme mit zylindrischer Form und durch deren axial gestaffelte Anordnung kann der Durchmesser aller Keramikisolatoren relativ klein gewählt werden und liegt bei einer 72kV-Röhre bei etwa 130 mm. Die erforderliche Aufweitung der Vakuumschaltröhre im Bereich der eigentlichen Schaltstrecke hat keinen Einfluss auf den Durchmesser der Keramikisolatoren, da in diesem Bereich eine metallene Schaltkammer, zweckmäßig aus Kupfer, verwendet wird. Diese kann bauchförmig gestaltet sein, so dass sie an ihren Rändern mit den angrenzenden Keramikisolatoren trotz deren kleinerem Durchmesser vakuumdicht verbindbar ist.

Für die Funktion der Vakuumschaltröhre und hinsichtlich der für Keramikisolatoren größeren Durchmessers anfallenden Kos- ten ist es vorteilhaft, wenn der Innendurchmesser aller Keramikisolatoren höchstens gleich dem Außendurchmesser der Kontaktstücke plus dem einfachen Schalthub ist und wenn der Innendurchmesser des als Schaltkammer ausgebildeten Metalltei- les höchstens gleich dem Außendurchmesser der Kontaktstücke plus dem zweifachen Schalthub ist. Dabei ist der relativ kleine Durchmesser der Schaltkammer durch die Verwendung von Axial-Magnetfeld-Kontakten für die Kontaktstücke ermöglicht.

Sofern die neue Vakuumschaltröhre für höhere Spannungen als 72 kV einsetzbar sein soll, kann eine Verlängerung der Röhre durch koaxiale Anordnung weiterer gleichartiger Keramikisolatoren und Zwischenfügung jeweils eines einen zylindrischen Dampfschirm tragenden Metallteiles erfolgen.

Vakuumschaltröhren mit vier koaxial angeordneten Keramikisolatoren und zwischengefügten Metallteilen sowie mit an den Metallteilen befestigten Dampfschirmen sind an sich bekannt. Bei einer bekannten, im Mittelspannungsbereich (34 kV) einge- setzten Röhre dieser Art sind die Dampfschirme konisch gestaltet und überlappen sich in axialer Richtung der Röhre. Dadurch haben die Keramikisolatoren einen relativ großen Durchmesser (US 3,792,214 A) . - Es ist auch bekannt geworden, das aus drei auf schwebendem Potential befindlichen Schirmen be- stehende Dampfschirmsystem bei einer Hochspannungs-

Vakuumschaltröhre (72 kV) einzusetzen. Hierbei wurden für die Kontaktstücke spiralförmige Elektroden, gegebenenfalls unter zusätzlicher Verwendung einer äußeren Magnetspule, verwendet. Bei einer derartigen Vakuumschaltröhre haben die Keramikiso- latoren einen relativ großen Durchmesser von 230 mm (Zeitschrift IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-99, No. 2 March/April 1980, Seiten 658 bis 666). Ein Ausführungsbeispiel der neuen Vakuumschaltröhre ist in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt.

Die in der Figur dargestellte Vakuumschaltröhre 1 weist eine Kontaktanordnung auf, die aus dem axial bewegbarem Kontaktstück 2 dem feststehenden Kontaktstück 3 besteht, wobei diese Kontaktstücke mit Stromzuführungsbolzen 4 bzw. 5 versehen sind. Die Kontaktstücke 2 und 3 sind in an sich bekannter Weise als topfförmige Axial-Magnetfeld-Kontakte ausgebildet (EP 0 155 376 Cl) .

Die Kontaktanordnung ist in ein vakuumdichtes Gehäuse 6 eingeschlossen, das aus einer die Kontaktstücke umgebenden metallenen Schaltkammer 67, sich nach oben anschließenden Kera- mikisolatoren 64 und 63 sowie einer Deckplatte 61 und aus sich nach unten anschließenden Keramikisolatoren 65 und 66 sowie einer Deckplatte 62 besteht. Teil des Gehäuses ist weiterhin ein Faltenbalg 68, der zwischen den Stromzuführungs- bolzen 4 des bewegbaren Kontaktstückes 2 und der Endplatte 61 angeordnet ist. Mit dem Gehäuse verbunden sind weiterhin Abschirmungen 70 und 73, die an den Rändern der Schaltkammer 67 befestigt sind, weiterhin Abschirmungen 72 und 75, die in die vakuumdichte Verbindung zwischen dem Keramikisolator 63 und der Endplatte 61 bzw. der Endplatte 62 und dem Keramikisola- tor 66 einbezogen sind, und schließlich Abschirmungen 71 und

74, die an ringförmigen Metallteilen befestigt sind, die zwischen jeweils zwei einander benachbarten Keramikisolatoren angeordnet sind.

Die aneinander angrenzenden Gehäuseteile sind miteinander sowie mit den beiden Stromzuführungsbolzen vakuumdicht verlötet. Die Dampfschirme 70 bis 75 sind jeweils zylindrisch ausgebildet und weisen u gebörtelte Ränder auf. Die jeweils zwei Keramikisolatoren zugeordneten Dampfschirme sind axial gestaffelt angeordnet, so dass sich untereinander Abstände AI und A2 ergeben .

Für das bewegbare Kontaktstück 2 ist ein Schalthub S vorgesehen, der bei einer Vakuumschaltröhre für 72 kV etwa 40 mm beträgt .

Die Keramikisolatoren 63 bis 66 weisen den gleichen Durchmesser D2 auf und sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch untereinander gleich lang. Sie können aber auch unterschiedliche Längen aufweisen. - Im Vergleich zum Außendurch- esser Dl der Kontaktstücke ist der Innendurchmesser D2 der Keramikisolatoren kleiner als der Außendurchmesser Dl der Kontaktstücke plus dem einfachen Schalthub S. - Der Innendurchmesser D3 der Schaltkammer 67 braucht nicht größer als der Außendurchmesser Dl der Kontaktstücke plus dem zweifachen Schalthub S zu sein.

Infolge der zylindrischen Form der Dampfschirme und der Verwendung einer bauchigen Schaltkammer ergibt sich eine insgesamt sehr schlanke Röhre, die ein relativ kleines Bauvolumen aufweist und sich darum ohne großen Aufwand entgasen lässt. Die das Gehäuse bildenden Metallteile und Keramikisolatoren können dabei so ausgestaltet und angeordnet werden, dass sämtliche das Gehäuse der Vakuumschalträume betreffenden Lötverbindungen in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt wer- den, wobei auf die Verwendung eines Pumpstängels zur Entgasung der Röhre verzichtet werden kann. Dies wirkt sich positiv auf die dielektrische Festigkeit der Röhre aus .

Claims

Patentansprüche

1. Vakuumschaltröhre mit einem Gehäuse, - das zwei als Axial-Magnetfeld-Kontakte ausgebildete

Kontaktstücke (2,3) umgibt, die um einen vorgegebenen Schalthub (S) relativ zueinander axial bewegbar und jeweils mit einem Stromzuführungsbolzen versehen sind, - und das einen ersten Keramikisolator (64) und einen koaxi- al dazu angeordneten zweiten Keramikisolator (65) gleichen Durchmessers (D2) aufweist, wobei jeder Keramikisolator einen Stromzuführungsbolzen (4, 5) umgibt und die beiden Keramikisolatoren untereinander stirnseitig über ein als Schaltkammer ausgebildetes, zwi- schengefügtes Metallteil (67) vakuumdicht miteinander verbunden sind, an diesem zwischengefügten Metallteil zylindrische Dampfschirme (70, 73) befestigt sind und der Innendurchmesser (D2) der Keramikisolatoren klei- ner als der Innendurchmesser (D3) der Schaltkammer ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sowohl dem ersten (64) als auch dem zweiten (65) Keramikisolator jeweils ein weiterer, gleichartiger Keramikisolator (63, 66) koaxial und unmittelbar benachbart zugeordnet ist, wobei die beiden einander benachbarten Keramikisolatoren (63, 64; 65, 66) jeweils über ein zwischengefügtes Metallteil (76, 77) vakuumdicht miteinander verbunden sind, dass an den zwischengefügten Metallteilen (76, 77) je- weils ein zylindrischer Dampfschirm (71, 74) befestigt ist und dass alle Dampfschirme (70, 71, 72, 73, 74, 75) mit axia- lern Abstand (AI) zueinander angeordnet sind.

2. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1. d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Innendurchmesser (D2) aller Keramikisolatoren höchstens gleich dem Außendurchmesser (Dl) der Kontaktstücke plus dem einfachen Schalthub (S) ist.

3. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Innendurchmesser (D3) des als Schaltkammer ausgebildeten Metallteiles (67) höchstens gleich dem Außendurchmesser (Dl) der Kontaktstücke plus dem zweifachen Schalthub (2S) ist.