WO2002029839A1 - Kapazitive steuerung mindestens einer vakuum-schaltkammer - Google Patents

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WO2002029839A1
WO2002029839A1 PCT/EP2001/010632 EP0110632W WO0229839A1 WO 2002029839 A1 WO2002029839 A1 WO 2002029839A1 EP 0110632 W EP0110632 W EP 0110632W WO 0229839 A1 WO0229839 A1 WO 0229839A1
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capacitive
control according
vacuum interrupter
control electrode
control
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PCT/EP2001/010632
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Thomas Betz
Markus Heimbach
Wenkai Shang
Hans-Joachim KLÖS
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Abb Patent Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a capacitive control of at least one vacuum interrupter according to the preamble of claim 1.
  • Vacuum interrupters connected in series are usually controlled capacitively in order to ensure that the voltage distribution is distributed symmetrically among the individual vacuum interrupters.
  • External control capacitors are usually used for this capacitive control, which have the disadvantage of a relatively high space requirement and a relatively high cost.
  • the invention has for its object to provide a simple and space-saving and very effective capacitive control of at least one vacuum interrupter.
  • the advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that the proposed C control electrode arrangement ensures a compact capacitive circuitry that is optimized to the requirements of the vacuum interrupter.
  • the C control electrode arrangement applied directly to the vacuum interrupter and clinging to the outer contour of the interrupter serves on the one hand to reduce the internal maximum field strengths of the vacuum interrupter (potential control within the interrupter), which is important in high-voltage applications and on the other hand to external ones Potential division, for example when two or more switching chambers are connected in series (potential control outside between two or more switching chambers).
  • the field distribution within the vacuum interrupter can be positively influenced by a suitable choice of the geometry of the control electrode or control electrodes. Due to the close connection of the C control electrode arrangement to a vacuum interrupter or to several vacuum interrupters or to a vacuum interrupter with two or more internal contact switching sections, a large space requirement is avoided and comparatively low costs arise.
  • the C control electrode arrangement to be applied separately to a vacuum interrupter can advantageously be individually designed and optimally adapted to any vacuum interrupter. It is also possible to retrofit existing vacuum interrupters with C control electrode arrangements, for example as part of a retrofit measure to improve the interrupters. Due to the modular design of the overall arrangement consisting of the vacuum interrupter and the C control electrode arrangement, a separate exchange of a defective vacuum interrupter and a defective C control electrode arrangement is possible in the event of a fault.
  • the proposed C control electrode arrangement as a module element has the advantage of specifically influencing the inner and outer field distribution of a vacuum interrupter. Furthermore, the influences of metal encapsulation on the external and internal potential distribution of a vacuum switch arrangement are specifically minimized by increasing the capacitance on the one hand and the shielding effect on the other.
  • the proposed capacitive control is particularly suitable for homogenizing the voltage distribution of a vacuum interrupter arrangement.
  • a vacuum interrupter 1 shows a vacuum interrupter with an external control electrode arrangement.
  • a cylindrical vacuum interrupter 1 can be seen, the two end areas and the adjoining jacket areas of which are each covered by a control electrode 2 or 3.
  • These control electrodes 2, 3 are introduced in an electrically insulating embedding medium 4.
  • the control electrodes 2, 3 are expediently connected to the outer jacket of the vacuum interrupter 5 via electrical connections 5.
  • a preferably elastic intermediate medium 6 is expediently located between the outer lateral surface of the vacuum interrupter chamber 1 and the inner lateral surface of the embedding medium 4.
  • the proposed basic principle consists in embedding at least one suitable control electrode, which is preferably electrically connected to the vacuum interrupter, in a solid potting compound (embedding medium) which ensures that the dielectric strength on the surface of the vacuum interrupter is controlled.
  • the C control electrode arrangement (C for capacitive) formed in this way is clinging to the outer contour of the vacuum interrupter directly or at a distance from the interrupter, for example precisely defined by an elastic intermediate medium.
  • Both the electrical and possibly the mechanical connection between the vacuum interrupter and the C control electrode arrangement can be designed in the form of a fixed or a detachable connection. Due to the spatial If the at least one control electrode (capacitive or ohmic-capacitive type) is close to the vacuum interrupter, there is a high degree of influence on both the internal and the external field distribution.
  • the C control electrode arrangement preferably advantageously ensures a leakage current extension in comparison to the vacuum interrupter chamber without capacitive control by suitable design of the geometry and / or the material.
  • the C control electrode arrangement can also advantageously take over a protective function in the case of increased contamination when used outdoors by means of a suitable design and choice of material (hydrophobic materials).
  • FIG. 2 shows a radially divided outer control electrode arrangement.
  • two half-shells 7, 8 are placed over the vacuum interrupter 1 (with the intermediate medium 6 applied) (see the radial arrows) and then over connecting means 9 of these half-shells 7 , 8 both connected to each other and to the vacuum interrupter 1.
  • the connecting means 9 are in direct electrical contact with the control electrodes 2, 3 and are designed, for example, as screw connections. These connecting means 9 are advantageously designed in such a way that the thermal energy generated during operation can be dissipated to the outside atmosphere.
  • FIG 3 shows an axially divided outer control electrode arrangement.
  • two half-shells 10, 11 are placed over the vacuum interrupter 1 (with intermediate medium 6 applied) (see the axially extending arrows) and then expediently via connecting means of these half-shells 10 , 11 both connected to each other and to the vacuum interrupter 1.
  • FIG. 4 shows an outer control electrode arrangement of a complete pole part. It is sketched that the above-mentioned half-shells 7, 8 (the same applies to the half-shells 10, 11) are preferably half shells 12, 13 of one complete pole part or concentric pole part are formed from a potting. This is intended to clarify that the C control electrode arrangement can be used in combination with other equipment for potential control and can be an integral part of a complete pole part.
  • the central control electrode 15 is designed in the form of a band and runs parallel to the outer jacket of the switching chamber, with no overlap of the central control electrode 15 with the two end-side control electrodes 14, 16 occurring in the exemplary embodiment according to FIG. 5.
  • the end control electrodes 14, 16 overlap the central control electrode 15 in the exemplary embodiment according to FIG. 6.
  • a central control electrode is dispensed with and only two end-side control electrodes 14, 16 are provided, each of which (similarly as in the exemplary embodiments according to FIGS. 1, 2, 3, 4, 5 , 6 and 8) extend from the end faces to the vicinity of the central region of the cylindrical interrupter jacket, d. H. cover only part of the interrupter contour.
  • the central control electrode is composed of two band-shaped control electrodes 17, 18 in a V-shape, the control electrodes 17, 18 each enclosing a defined angle with the outer jacket of the switching chamber.
  • two outer control electrodes 24, 26 and two outer central control electrodes 25a, 25b are provided, these control electrodes 24, 26, 25a, 25b not overlapping.
  • the outer end control electrodes 24 and 26 are located approximately in the area of inner shield electrodes 27 and 29 or are opposite to them.
  • the outer central control electrodes 25a and 25b are located approximately in the area of inner shield electrodes 28a and 28b.
  • the central control electrodes 25a, 25b can also be combined to form a band 25a / 25b.
  • outer end control electrodes 30, 33 and a total of three outer middle control electrodes 31a / 31b, 25a / 25b, 32a / 32b are provided, these control electrodes not overlapping.
  • the outer end control electrodes 30 and 33 are located approximately in the area of inner shield electrodes 27 and 29, respectively.
  • the outer central control electrodes 31a / 31b and 25a / 25b and 32a / 32b are located approximately in the area of inner ones Shield electrodes 31c / 31d or 28a / 28b or 32c / 32d.
  • the outer control electrodes and the respectively corresponding inner shield electrodes are preferably electrically connected to one another.
  • the embedding medium (solid encapsulation) 4, 23 consists of an elastic silicone rubber or a similar, elastic plastic.
  • Metal electrodes or conductive plastic inlays for potential control for example made of PA (polyamide), are integrated.
  • PA polyamide
  • guiding layers are used for local field control.
  • the embedding medium consists of an epoxy resin, a thermoplastic, a thermoset or a similar, relatively hard plastic material.
  • the control electrodes integrated in it can consist of aluminum, copper, stainless steel or a conductive plastic. Conductive layers can also be used for local field control (to relieve high-stress areas, for example near triple points).
  • a particular advantage of this second embodiment variant is the high mechanical resilience, which means that not only the dielectric loads but also the mechanical loads can be mastered. It is possible to establish a non-positive connection between the fixed contact connection and the movable contact connection of the vacuum interrupter.
  • the C control electrode arrangement can consist of a single part as well as two or more parts, both in the axial and in the radial direction (see half shells).
  • the individual parts preferably overlap, for example according to the tongue and groove principle.
  • the shape of the control electrodes and the embedding medium 4, 23 is specially adapted to the particular type of vacuum interrupter.
  • concentric shapes are preferably provided for the control electrodes, which can be varied in length and in their orientation (axial and radial components with regard to the switching chamber geometry).
  • the design can be optimized either in the direction of strengthening the own capacitance or rather in the direction of shielding of locally highly stressed zones (adaptation of the geometry of the C control electrode arrangement to an item of equipment with the aim of shielding).
  • a high-resistance design of the control electrodes can be implemented or, alternatively, the electrical connection of the control electrode to the switching chamber can take place via a defined ohmic contact resistance.
  • the control electrode is connected to the embedding medium 4, 23 via a binding agent (liquid or also with solid constituents), the thermal expansion remaining guaranteed.
  • connection between the C-control electrode arrangement and the vacuum interrupter is made either by mechanical pressure on an elastic intermediate medium (as already mentioned above) or without force using a binding agent (liquid or with solid components).
  • the potential coupling between the vacuum interrupter and the C control electrode arrangement takes place via the electrical connections 5 mentioned above, which are implemented, for example, by soldering, welding, pressing or screwing.
  • This also includes the possibility of connecting the external control electrodes to the inner shield electrodes, which are either floating or at a fixed potential (as is done in the exemplary embodiment according to FIG. 10).
  • the C control electrode arrangement formed from control electrodes and embedding medium 4, 23 can also meet mechanical requirements in addition to the electrical requirements. These requirements can be met, on the one hand, by a suitable choice of material for the embedding medium 4, 23, or, on the other hand, by additionally introducing tension-compression rods inside or outside the embedding medium.
  • ends of the at least one control electrode on one or both sides can be designed as a metallic termination of the C control electrode arrangement.
  • This metallic closure can be designed in such a way that the metallic closure also assumes a shielding function and / or that the metallic closure also simultaneously provides a suitable surface for heat dissipation and / or that the metallic closure can be connected firmly or detachably to the vacuum interrupter ,

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Abstract

Es wird eine kapazitive Steuerung mindestens einer Vakuum-Schaltkammer (1) vorgeschlagen, welche durch eine separat auf mindestens eine Vakuum-Schaltkammer (1) aufbringbare kapazitive C-Steuerelektroden-Anordnung gebildet wird. Die C-Steuerelektroden-Anordnung weist mindestens eine vorzugsweise konzentrische, in einem elektrisch isolierenden Einbettungsmedium (4, 23) befindliche Steuerelektrode (2, 3, 14, 15, 16, 17, 18, 24, 25a, 25b, 26, 30, 31a, 31b, 32a, 32b, 33) auf, welche zumindest teilweise einen Stirnbereich und den sich daran anschliessenden Mantelbereich einer Vakuum-Schaltkammer abdeckt.

Description

Kapazitive Steuerung mindestens einer Vakuum-Schaltkammer
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine kapazitive Steuerung mindestens einer Vakuum- Schaltkammer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Üblicherweise werden in Reihe geschaltete Vakuum-Schaltkammern kapazitiv gesteuert, um dadurch sicherzustellen, daß sich die Spannungsaufteilung symmetrisch auf die einzelnen Vakuum-Schaltkammern verteilt. Für diese kapazitive Steuerung werden üblicherweise externe Steuerkondensatoren eingesetzt, die den Nachteil eines relativ hohen Platzbedarfs und relativ hoher Kosten aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach und platzsparend aufgebaute sowie sehr wirksame kapazitive Steuerung mindestens einer Vakuum-Schaltkammer anzugeben.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die vorgeschlagene C-Steuerelektroden-Anordnung eine kompakte und auf die Anforderungen der Vakuum-Schaltkammer optimierte kapazitive Beschaltung sicherstellt. Die direkt auf die Vakuum-Schaltkammer aufgebrachte und sich an die Außenkontur der Schaltkammer anschmiegende C-Steuerelektroden-Anordnung dient einerseits zur Verringerung der internen maximalen Feldstärken der Vakuum-Schaltkammer (Potentialsteuerung innerhalb der Schaltkammer), was bei Hochspannungsanwendungen von Wichtigkeit ist und andererseits der externen Potentialaufteilung, beispielsweise bei Reihenschaltung von zwei oder mehr Schaltkammern (Potentialsteuerung außerhalb zwischen zwei oder mehreren Schaltkammern). Durch geeignete Wahl der Geometrie der Steuerelektrode bzw. Steuerelektroden kann die Feldverteilung innerhalb der Vakuum-Schaltkammer positiv beeinflußt werden. Durch die enge Anbindung der C-Steuerelektroden-Anordnung an eine Vakuum- Schaltkammer oder an mehrere Vakuum-Schaltkammern bzw. an eine Vakuum- Schaltkammer mit zwei oder mehr internen Kontaktschaltstrecken wird ein hoher Platzbedarf vermieden und es entstehen vergleichsweise geringe Kosten.
Vorteilhaft kann die separat auf eine Vakuum-Schaltkammer aufzubringende C- Steuerelektroden-Anordnung auf jede beliebige Vakuum-Schaltkammer individuell ausgelegt und optimal angepaßt werden. Auch ist es möglich, bereits vorhandene Vakuum- Schaltkammern nachträglich mit C-Steuerelektroden-Anordnungen auszurüsten, beispielsweise im Rahmen einer Retrofit-Maßnahme zur Schaltkammerertüchtigung. Aufgrund des modulartigen Aufbaus der aus Vakuum-Schaltkammer und C-Steuerelektroden-Anordnung bestehenden Gesamtanordnung ist im Fehlerfall sowohl ein separater Austausch einer defekten Vakuum-Schaltkammer als auch einer defekten C-Steuerelektroden-Anordnung möglich.
Gegenüber einer reinen Abschirmelektrode zur Potentialabsteuerung weist die vorgeschlagene C-Steuerelektroden-Anordnung als Modulelement den Vorteil einer gezielten Einflußnahme auf die innere und äußere Feldverteilung einer Vakuum-Schaltkammer auf. Weiterhin werden die Einflüsse einer Metallkapselung auf die externe und interne Potentialverteilung einer Vakuumschalteranordnung durch Erhöhung der Eigenkapazität einerseits und die Abschirmwirkung andererseits gezielt minimiert.
Die vorgeschlagene kapazitive Steuerung ist insbesondere zur Homogenisierung der Spannungsverteilung einer Vakuum-Schaltkammer-Reihenanordnung geeignet.
Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen: Fig.1 eine Vakuum-Schaltkammer mit einer äußeren Steuerelektroden-Anordnung,
Fig. 2 eine radial geteilte Steuerelektroden-Anordnung,
Fig. 3 eine axial geteilte Steuerelektroden-Anordnung,
Fig. 4 eine Steuerelektroden-Anordnung eines kompletten Polteils,
Fig. 5 - 8 unterschiedliche Steuerelektroden-Anordnungen,
Fig. 9, 10 unterschiedliche Steuerelektroden-Anordnungen für Doppelkontaktanordnungen.
In Fig. 1 ist eine Vakuum-Schaltkammer mit einer äußeren Steuerelektroden- Anordnung dargestellt. Es ist eine zylinderförmige Vakuum-Schaltkammer 1 zu erkennen, deren beide Stirnbereiche und die sich daran anschließende Mantelbereiche jeweils von einer Steuerelektrode 2 bzw. 3 abgedeckt sind. Diese Steuerelektroden 2, 3 sind in einem elektrisch isolierenden Einbettungsmedium 4 eingebracht. Zweckmäßig sind die Steuerelektroden 2, 3 über elektrische Verbindungen 5 mit dem Außenmantel der Vakuum-Schaltkammer 5 verbunden. Zwischen der Außenmantelfläche der Vakuum-Schaltkammer 1 und der Innenmantelfläche des Einbettungsmediums 4 befindet sich zweckmäßig ein vorzugsweise elastisches Zwischenmedium 6.
Das vorgeschlagene Grundprinzip besteht darin, mindestens eine geeignete und vorzugsweise mit der Vakuum-Schaltkammer elektrisch verbundene Steuerelektrode in einen Feststoffverguß (Einbettungsmedium) einzubetten, welches die Beherrschung der dielektrischen Festigkeit an der Oberfläche der Vakuum-Schaltkammer sicherstellt. Die derart gebildete C-Steuerelektroden-Anordnung (C für kapazitiv) wird an die Außenkontur der Vakuum-Schaltkammer direkt oder in einem - beispielsweise durch ein elastisches Zwischenmedium präzise definierten - Abstand zur Schaltkammer angeschmiegt. Sowohl die elektrische als gegebenenfalls auch die mechanische Verbindung zwischen Vakuum-Schaltkammer und C-Steuerelektroden-Anordnung kann dabei in Form einer festen oder einer lösbaren Verbindung ausgeführt sein. Aufgrund der räum- liehen Nähe der mindestens einen Steuerelektrode (kapazitiver oder ohmsch- kapazitiver Art) zur Vakuum-Schaltkammer ergibt sich ein hohes Maß an Beeinflussungsmöglichkeiten einerseits der internen als auch andererseits der externen Feldverteilung.
Vorzugsweise gewährleistet die C-Steuerelektroden-Anordnung durch geeignete Gestaltung der Geometrie und/oder des Materials vorteilhaft eine Kriechstromverlängerung im Vergleich zur Vakuum-Schaltkammer ohne kapazitive Steuerung. Die C- Steuerelektroden-Anordnung kann auch durch geeignete Ausgestaltung und Materialauswahl (hydrophobe Materialien) vorteilhaft eine Schutzfunktion bei erhöhter Verschmutzung unter Freiluftanwendung übernehmen.
In Fig. 2 ist eine radial geteilte äußere Steuerelektroden-Anordnung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform mit bezüglich der Vakuum-Schaltkammer radial geteilter C- Steuerelektroden-Anordnung werden zwei Halbschalen 7, 8 über die Vakuum- Schaltkammer 1 (mit aufgebrachtem Zwischenmedium 6) gestülpt (siehe die radial verlaufenden Pfeile) und anschließend über Verbindungsmittel 9 dieser Halbschalen 7, 8 sowohl miteinander als auch mit der Vakuum-Schaltkammer 1 verbunden. Die Verbindungsmittel 9 stehen in direktem elektrischen Kontakt mit den Steuerelektroden 2, 3 und sind beispielsweise als Schraubanschlüsse ausgebildet. Vorteilhaft sind diese Verbindungsmittel 9 derart gestaltet, daß über sie eine Abfuhr der während des Betriebes erzeugten Wärmeenergie an die Außenatmosphäre erfolgen kann.
In Fig. 3 ist eine axial geteilte äußere Steuerelektroden-Anordnung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform mit bezüglich der Vakuum-Schaltkammer axial geteilter C- Steuerelektroden-Anordnung werden zwei Halbschalen 10, 11 über die Vakuum- Schaltkammer 1 (mit aufgebrachtem Zwischenmedium 6) gestülpt (siehe die axial verlaufenden Pfeile) und anschließend zweckmäßig über Verbindungsmittel dieser Halbschalen 10, 11 sowohl miteinander als auch mit der Vakuum-Schaltkammer 1 verbunden.
In Fig. 4 ist eine äußere Steuerelektroden-Anordnung eines kompletten Polteils dargestellt. Dabei ist skizziert angedeutet, daß die vorstehend erwähnten Halbschalen 7, 8 (gleiches gilt für die Halbschalen 10, 11) vorzugsweise als Halbschalen 12, 13 eines kompletten Polteils bzw. konzentrisches Polteil aus einem Verguß ausgebildet sind. Damit soll verdeutlicht werden, daß die C-Steuerelektroden-Anordnung in Kombination mit anderen Betriebsmitteln zur Potentialsteuerung eingesetzt werden und integraler Bestandteil eines kompletten Polteils sein kann.
In den Fig. 5 - 8 sind unterschiedliche äußere C-Steuerelektroden-Anordnungen für eine Vakuum-Schaltkammer dargestellt. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 5 und 6 sind drei Steuerelektroden 14, 15, 16 vorgesehen, wobei die mittlere Steuerelektrode 15 dem mittleren Bereich der Vakuum-Schaltkammer 1 zugeordnet ist und die weiteren Steuerelektroden 15, 16 den beiden endseitigen Stirnflächen dieser Vakuum- Schaltkammer zugeordnet sind.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 5 und 6 ist die mittlere Steuerelektrode 15 bandförmig ausgestaltet und verläuft parallel zum Außenmantel der Schaltkammer, wobei beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 keine Überlappung der mittleren Steuerelektrode 15 mit den beiden endseitigen Steuerelektroden 14, 16 auftritt. Im Unterschied hierzu überlappen die endseitigen Steuerelektroden 14, 16 beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 die mittlere Steuerelektrode 15.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 wird auf den Einsatz einer mittleren Steuerelektrode verzichtet und es sind lediglich zwei endseitige Steuerelektroden 14, 16 vorgesehen, welche sich jeweils (ähnlich wie auch bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 , 2, 3, 4, 5, 6 und 8) von den Stirnflächen bis in die Nähe des Mittelbereiches des zylindrischen Schaltkammermantels erstrecken, d. h. nur einen Teil der Schaltkammerkontur überdecken.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 ist die mittlere Steuerelektrode aus zwei jeweils bandförmigen Steuerelektroden 17, 18 V-förmig zusammengesetzt, wobei die Steuerelektroden 17, 18 jeweils einen definierten Winkel mit dem Außenmantel der Schaltkammer einschließen.
In den Fig. 9 und 10 sind unterschiedliche Steuerelektroden-Anordnungen für Vakuum- Schaltkammern mit Doppelkontaktanordnungen dargestellt. Die Doppelkontaktanordnung 19 gemäß Fig. 9 und die Doppelkontaktanordnung 34 gemäß Fig. 10 weisen je- weils eine erste Kontaktschaltstrecke 20 und eine zweite Kontaktschaltstrecke 21 in einer Vakuum-Schaltkammer auf. Die Durchführung der beweglichen Schaltkontakte (Betätigungsrichtung gemäß Pfeilangabe) erfolgt in bekannter Weise über Faltenbälge 22. Bei beiden Ausführungsformen gemäß Fig. 9 und 10 sind in einem Einbettungsmedium 23 eingebrachte äußere Steuerelektroden-Anordnungen vorgesehen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 sind zwei äußere endseitige Steuerelektroden 24, 26 und zwei äußere mittlere Steuerelektroden 25a, 25b vorgesehen, wobei sich diese Steuerelektroden 24, 26, 25a, 25b nicht überlappen. Die äußeren endseitigen Steuerelektroden 24 bzw. 26 befinden sich ungefähr im Bereich von inneren Schirmelektroden 27 bzw. 29 bzw. liegen diesen gegenüber. In ähnlicher Art und Weise befinden sich die äußeren mittleren Steuerelektroden 25a bzw. 25b ungefähr im Bereich von inneren Schirmelektroden 28a bzw. 28b. Die mittleren Steuerelektroden 25a, 25b können auch zu einem Band 25a/25b zusammengefaßt sein.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 sind zwei äußere endseitige Steuerelektroden 30, 33 und insgesamt drei äußere mittlere Steuerelektroden 31a/31b, 25a/25b, 32a/32b vorgesehen, wobei sich diese Steuerelektroden nicht überlappen. Die äußeren endseitigen Steuerelektroden 30 bzw. 33 befinden sich ungefähr im Bereich von inneren Schirmelektroden 27 bzw. 29. In ähnlicher Art und Weise befinden sich die äußeren mittleren Steuerelektroden 31a/31b bzw. 25a/25b bzw. 32a/32b ungefähr im Bereich von inneren Schirmelektroden 31c/31d bzw. 28a/28b bzw. 32c/32d. Vorzugsweise sind die äußeren Steuerelektroden und die jeweils korrespondierenden inneren Schirmelektroden jeweils elektrisch miteinander verbunden.
Für die vorstehend in verschiedenen Ausführungsformen vorgestellten, als kapazitive Beschaltungseinheiten von Vakuum-Schaltkammern dienenden äußeren C- Steuerelektroden-Anordnungen sind zwei unterschiedliche Ausführungsvarianten realisierbar. Gemäß einer ersten Ausführungsvariante besteht das Einbettungsmedium (Feststoffverguß) 4, 23 aus einem elastischen Silikonkautschuk oder einem ähnlichen, elastischen Kunststoff. Integriert werden Metallelektroden oder leitfähige Kunststoff- Inlays zur Potentialsteuerung, beispielsweise aus PA (Polyamid). An hochbeanspruchten Stellen, beispielsweise in der Nähe von Tripelpunkten, werden Leitschichten zur lokalen Feldsteuerung eingesetzt. Bei dieser ersten Ausführungsvariante bestehen Vorteile hinsichtlich der Beherrschbarkeit von Wärmeausdehnungen und hinsichtlich der konsequenten Trennung der dielektrischen von der mechanischen Funktion.
Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante besteht das Einbettungsmedium (Feststoff- verguß) aus einem Epoxidharz, einem Thermoplast-Kunststoff, einem Duroplast oder einem ähnlichen, relativ hartem Kunststoff material. Die darin integrierten Steuerelektroden können aus Aluminium, Kupfer, Edelstahl oder einem leitfähigen Kunststoff bestehen. Zur lokalen Feldsteuerung (zur Entlastung hochbeanspruchter Gebiete, beispielsweise in der Nähe von Tripelpunkten) können auch leitfähige Schichten eingesetzt werden. Ein besonderer Vorteil dieser zweiten Ausführungsvariante ist die hohe mechanische Belastbarkeit, wodurch neben den dielektrischen auch die mechanischen Beanspruchungen beherrscht werden können. Es ist möglich, eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Festkontaktanschluß und dem beweglichen Kontaktanschluß der Vakuum-Schaltkammer herzustellen.
Dabei kann die C-Steuerelektroden-Anordnung sowohl aus einem einzigen Teil bestehen als auch zwei- oder mehrteilig ausgeführt werden und zwar sowohl in axialer als auch in radialer Richtung (siehe Halbschalen). Bei mehrteiliger Ausführung überlappen sich die einzelnen Teile vorzugsweise, beispielsweise gemäß des Nut-Feder-Prinzips.
Die Formgebung der Steuerelektroden und des Einbettungsmediums 4, 23 wird auf die jeweilige Art der Vakuum-Schaltkammer speziell abgestimmt. Dabei sind für die Steuerelektroden vorzugsweise konzentrische Formen vorgesehen, die in ihrer Länge und in ihrer Ausrichtung (axiale und radiale Komponente hinsichtlich der Schaltkammer- Geometrie) variiert werden können. Hierbei kann die Auslegung entweder eher in Richtung Verstärkung der Eigenkapazität oder eher in Richtung Abschirmung von lokal hochbeanspruchten Zonen (Anpassung der Geometrie der C-Steuerelektroden- Anordnung an ein Betriebsmittel mit dem Ziel der Abschirmung) optimiert werden. Es ist eine hochohmige Ausbildung der Steuerelektroden realisierbar bzw. alternativ kann die elektrische Anbindung der Steuerelektrode an die Schaltkammer über einen definierten ohmschen Übergangswiderstand erfolgen. Die Verbindung der Steuerelektrode mit dem Einbettungsmedium 4, 23 erfolgt über ein Bindungsmittel (flüssig oder auch mit festen Bestandteilen), wobei die thermische Ausdehnung gewährleistet bleibt.
Die Verbindung zwischen C-Steuerelektroden-Anordnung und Vakuum-Schaltkammer erfolgt entweder über mechanische Anpressung eines elastischen Zwischenmediums (wie bereits vorstehend erwähnt) oder ohne Krafteinwirkung über ein Bindungsmittel (flüssig oder auch mit festen Bestandteilen). Die Potentialankopplung zwischen Vakuum-Schaltkammer und C-Steuerelektroden-Anordnung erfolgt über die vorstehend erwähnten elektrischen Verbindungen 5, welche beispielsweise durch eine Lötung, eine Schweißung, eine Pressung oder eine Verschraubung realisiert werden. Dies schließt auch die Möglichkeit mit ein, die externen Steuerelektroden potentialmäßig an die inneren, sich entweder auf floatendem oder auch auf festem Potential befindlichen Schirmelektroden anzubinden (wie dies beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 erfolgt).
Wie bereits vorstehend erwähnt, kann die aus Steuerelektroden und Einbettungsmedium 4, 23 gebildete C-Steuerelektroden-Anordnung zusätzlich zu den elektrischen auch mechanische Anforderungen erfüllen. Diese Anforderungen können einerseits durch geeignete Materialauswahl des Einbettungsmediums 4, 23 oder andererseits durch zusätzliche Einbringung von Zug-Druck-Stäben innerhalb oder auch außerhalb des Einbettungsmediums erfüllt werden.
Wie vorstehend bereits zum Teil angedeutet, können ein- oder beidseitige Enden der mindestens einen Steuerelektrode als metallischer Abschluß der C-Steuerelektroden- Anordnung ausgebildet sein. Die Ausführung dieses metallischen Abschlusses kann derart erfolgen, daß der metallische Abschluß auch gleichzeitig eine Abschirmfunktion übernimmt und/oder daß der metallische Abschluß auch gleichzeitig eine geeignete Oberfläche zur Wärmeabfuhr bereitstellt und/oder daß der metallische Abschluß fest oder lösbar mit der Vakuum-Schaltkammer verbindbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Kapazitive Steuerung mindestens einer Vakuum-Schaltkammer (1), gekennzeichnet durch eine separat auf mindestens eine Vakuum-Schaltkammer (1) aufbringbare kapazitive C-Steuerelektroden-Anordnung, welche mindestens eine vorzugsweise konzentrische, in einem elektrisch isolierenden Einbettungsmedium (4, 23) befindliche Steuerelektrode (2, 3, 14, 15, 16, 17, 18, 24, 25a, 25b, 26, 30, 31a, 31b, 32a, 32b, 33) aufweist, welche zumindest teilweise einen Stirnbereich und den sich daran anschließenden Mantelbereich einer Vakuum-Schaltkammer abdeckt.
2. Kapazitive Steuerung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Steuerelektrode mit dem Einbettungsmedium (4, 23) über ein Bindungsmittel erfolgt.
3. Kapazitive Steuerung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen C-Steuerelektroden-Anordnung und Vakuum- Schaltkammer (1) über mechanische Anpressung erfolgt.
4. Kapazitive Steuerung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen C-Steuerelektroden-Anordnung und Vakuum- Schaltkammer (1) über ein Bindungsmittel erfolgt.
5. Kapazitive Steuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Steuerelektrode über eine feste oder lösbare elektrische Verbindung (5) mit dem Außenmantel der Vakuum-Schaltkammer (1) verbunden ist.
6. Kapazitive Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung (5) über eine Lötung oder Schweißung erfolgt.
7. Kapazitive Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung (5) über eine Pressung oder Rastnasen erfolgt.
8. Kapazitive Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung (5) über eine Verschraubung oder Nietverbindung erfolgt.
9. Kapazitive Steuerung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung (5) über einen definierten ohm- schen Übergangswiderstand erfolgt.
10. Kapazitive Steuerung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorzugsweise elastisches Zwischenmedium (6) zwischen C-Steuerelektroden-Anordnung und Außenmantel der Vakuum- Schaltkammer gefügt ist.
11. Kapazitive Steuerung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mehrteilige Ausbildung der C-Steuerelektroden- Anordnung.
12. Kapazitive Steuerung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teile der C-Steuerelektroden-Anordnung durch Verbindungsmittel (9) miteinander verbunden sind.
13. Kapazitive Steuerung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel (9) in direktem Kontakt sowohl mit der Steuerelektrode als auch mit dem Außenmantel der Vakuum-Schaltkammer (1) stehen.
14. Kapazitive Steuerung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Abschluß der Steuerelektrode und/oder die elektrische Verbindung (5) und/oder die Verbindungsmittel (9) derart gestaltet sind, daß eine Wärmeabgabe zur Außenatmosphäre hin erfolgt.
15. Kapazitive Steuerung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch eine bezüglich der Vakuum-Schaltkammer radiale Teilung der C- Steuerelektroden-Anordnung.
16. Kapazitive Steuerung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch eine bezüglich der Vakuum-Schaltkammer axiale Teilung der C- Steuerelektroden-Anordnung.
17. Kapazitive Steuerung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teile der C-Steuerelektroden-Anordnung gemäß dem Nut-Feder-Prinzip zusammengesetzt sind.
18. Kapazitive Steuerung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei galvanisch getrennte Steuerelektroden vorgesehen sind, welche jeweils teilweise einen endseitigen Stirnbereich und die sich daran anschließenden Mantelbereiche einer Vakuum-Schaltkammer (1) abdecken.
19. Kapazitive Steuerung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß drei oder mehr galvanisch getrennte Steuerelektroden vorgesehen sind, welche jeweils teilweise die beiden endseitigen Stirnbereiche und die sich daran anschließenden Mantelbereiche sowie den mittleren Mantelbereich einer Vakuum-Schaltkammer (1) abdecken.
20. Kapazitive Steuerung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sich die dem mittleren Mantelbereich einer Vakuum-Schaltkammer (1) zugeordnete Steuerelektrode (17, 18) V-förmig zusammensetzt.
21. Kapazitive Steuerung nach Anspruch 19 und/oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß sich einzelne Steuerelektroden überlappen.
22. Kapazitive Steuerung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Steuerelektrode als Metallelektrode, vorzugsweise aus Edelstahl, Kupfer oder Aluminium, ausgebildet ist.
23. Kapazitive Steuerung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Steuerelektrode als elektrisch leitendes Kunststoff-Inlay ausgebildet ist.
24. Kapazitive Steuerung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine widerstandsbehaftete Ausbildung der mindestens einen Steuerelektrode.
25. Kapazitive Steuerung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die mindestens eine Steuerelektrode (24, 25a, 25b, 26) zumindest teilweise im Bereich einer Schirmelektrode (27, 28a, 28b, 29) der Vakuum-Schaltkammer befindet bzw. dieser zumindest teilweise gegenüberliegt.
26. Kapazitive Steuerung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Steuereiektrode (30, 31a, 31b, 32a, 32b, 33) mit einer Schirmelektrode (27, 31c, 31d, 32c, 32d, 29) der Vakuum- Schaltkammer verbunden ist.
27. Kapazitive Steuerung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbettungsmedium (4, 23) aus einem Silikonkautschuk oder einem anderen Elastomerwerkstoff besteht.
28. Kapazitive Steuerung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbettungsmedium (4, 23) aus einem Epoxidharz, einem anderen Duroplasten oder einem Thermoplast-Kunststoff besteht.
29. Kapazitive Steuerung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß Zug-Druck-Stäbe innerhalb oder außerhalb des Einbettungsmediums (4, 23) vorgesehen sind.
30. Kapazitive Steuerung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein hydrophobes Material für das Einbettungsmedium (4, 23).
31. Kapazitive Steuerung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die C-Steuerelektroden-Anordnung Teil eines kompletten Polteils ist.
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