WO2019052778A1

WO2019052778A1 - Anordnung und verfahren zum schalten hoher ströme in der hoch-, mittel- und/oder niederspannungstechnik

Info

Publication number: WO2019052778A1
Application number: PCT/EP2018/072393
Authority: WO
Inventors: Radu-Marian Cernat; Thomas Chyla; Stefan Giere; Prosper Hartig; Sylvio Kosse; Caroline ORTH; Christoph RÖHLING; Jörg Teichmann; Stephan WETHEKAM; Andreas Marth
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2018-08-20
Publication date: 2019-03-21
Also published as: DE102017216275A1; US11417479B2; CN111095464A; US20200279703A1; EP3655983A1; CN111095464B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) und ein Verfahren zum Schalten hoher Ströme, mit wenigstens einer Vakuum-Schaltstrecke und mit wenigstens einer Nennstromkontakt-Schaltstrecke. Die wenigstens zwei Schaltstrecken sind elektrisch parallel geschaltet. Ein Strompfad (20) wird für einen Nennstrom über wenigstens einen Nennstromkontakt (3) der Nennstromkontakt-Schaltstrecke geführt und ein paralleler Strompfad (21) für einen Kurzschlussstrom wird über wenigstens einen Kontakt einer Vakuumröhre (2) der Vakuum-Schaltstrecke geführt.

Description

Beschreibung

Anordnung und Verfahren zum Schalten hoher Ströme in der Hoch-, Mittel- und/oder Niederspannungstechnik

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Schalten hoher Ströme, mit wenigstens einer Vakuum-Schalt^¬ strecke und mit wenigstens einer Nennstromkontakt-Schalt^¬ strecke .

Die Optimierung von elektrischen Schaltgeräten bei hohen Stromstärken, insbesondere im Bereich von einigen 100 Ampere, erfolgt bezogen auf verschiedene Leitsungs-Parameter. Leis^¬ tung-Parameter von Leistungsschaltern sind z. B. das verlust- arme Tragen eines Nennstroms und das Schalten möglichst gro^¬ ßer Nenn- und Kurzschlussströme. Bei Verwendung von Vakuumröhren als Leistungsschalter wird mit dem gleichen Kontaktsystem, welches innerhalb eines Vakuums angeordnet ist, ein Nennstrom übertragen und erfolgt ein Schalten von Strömen. Zwischen diesen Funktionen erfolgt eine Optimierung, wobei die Parameter des optimierten Leistungsschalters immer einen Kompromiss bezogen auf eine Funktion darstellen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfahren zum Schalten hoher Ströme in der Hoch-, Mittel- und/oder Niederspannungstechnik anzugeben. Insbesondere ist es Aufgabe, einfach und kostengünstig eine Trennung der Funk^¬ tionen Stromtragfähigkeit und Schalten von insbesondere Kurz^¬ schlussströmen zu ermöglichen.

Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anord^¬ nung zum Schalten hoher Ströme mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch ein Verfahren zum Schalten hoher Ströme in der Nieder-, Mittel- und/oder Hochspannungs- technik, insbesondere mit einer zuvor beschriebenen Anordnung, gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal^¬ tungen der erfindungsgemäßen Anordnung zum Schalten hoher Ströme und/oder des Verfahrens zum Schalten hoher Ströme in der Nieder-, Mittel- und/oder Hochspannungstechnik, insbesondere mit einer zuvor beschriebenen Anordnung, sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei sind Gegenstände der Hauptan- sprüche untereinander und mit Merkmalen von Unteransprüchen sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar.

Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Schalten hoher Ströme um- fasst wenigstens eine Vakuum-Schaltstrecke und wenigstens ei- ne Nennstromkontakt-Schaltstrecke. Die wenigstens zwei

Schaltstrecken sind elektrisch parallel geschaltet.

Durch die elektrische Parallelschaltung der Schaltstrecken ist einfach und kostengünstig eine Trennung der Funktionen Stromtragfähigkeit und Schalten von insbesondere Kurzschluss^¬ strömen möglich. Die Nennstromkontakt-Schaltstrecke kann op^¬ timiert für eine hohe Stromtragfähigkeit ausgelegt sein und ein Schalten insbesondere von Kurzschlussströmen kann über die Vakuum-Schaltstrecke erfolgen. Die Vakuum-Schaltstrecke kann optimiert sein zum Schalten von Kurzschlussströmen, ohne auf eine hohe Stromtragfähigkeit ausgelegt zu sein.

Die wenigstens eine Vakuum-Schaltstrecke kann wenigstens eine Vakuumröhre umfassen. Die Nennstromkontakt-Schaltstrecke kann wenigstens einen Nennstromkontakt umfassen, insbesondere ei^¬ nen zylinderförmigen Nennstromkontakt mit wenigstens zwei Kontaktstücken, wobei wenigstens ein Kontaktstück beweglich angeordnet sein kann. Die wenigstens eine Vakuumröhre kann optimiert sein um insbesondere Kurzschlussströme zu schalten, insbesondere ohne eine hohe Stromtragfähigkeit aufzuweisen. Der wenigstens einen Nennstromkontakt kann eine hohe Strom^¬ tragfähigkeit aufweisen. Durch die elektrische Parallelschal^¬ tung des wenigstens einen Nennstromkontakts und der wenigs^¬ tens einen Vakuumröhre kann ein Schalten der Anordnung erfol- gen, wobei die Anordnung im eingeschalteten Zustand eine hohe Stromtragfähigkeit aufweist. Der Nennstromkontakt kann aus einem Metall bestehen und/oder ein Metall umfassen, insbesondere Aluminium, Stahl, Kupfer, Silber und/oder metallische Legierungen, insbesondere mit Aluminium, Stahl, Kupfer und/oder Silber. Metallische Kontak- te, welche Aluminium, Stahl, Kupfer und/oder Silber umfassen, weisen eine gute Leitfähigkeit auf, mit geringem spezifischem Widerstand. Dadurch wird eine hohe Stromtragfähigkeit über den Nennstromkontakt im geschlossenen Zustand des Kontakts möglich .

Die wenigstens eine Nennstromkontakt-Schaltstrecke kann einen geringeren Übergangswiderstand aufweisen als die Vakuum- Schaltstrecke. Die Vakuum-Schaltstrecke ist dabei insbesonde^¬ re durch die Form der Elektroden bzw. Kontaktstücke im Vakuum und deren Stromtragfähigkeit optimiert für das Schalten ins^¬ besondere von Kurzschlussströmen. Diese treten nur kurz auf, und im Wesentlichen ist die Entstehung und das Bestehen von Lichtbögen zu unterdrücken. Dazu können besondere Formen der Kontaktstücke gewählt werden, insbesondere mit Tellerförmigen Kontaktflächen, welche z. B. regelmäßige Spalte auf der Ober^¬ fläche zum Führen von Lichtbögen aufweisen. Materialien mit höherem spezifischem Widerstand, z. B. Stahl, können zu einem verringerten Auftreten von Lichtbögen führen. Dadurch verringert sich die Stromtragfähigkeit der Vakuum-Schaltstrecke. Eine hohe Stromtragfähigkeit der erfindungsgemäßen Anordnung wird über die Nennstromkontakt-Schaltstrecke mit geringerem Übergangswiderstand im eingeschalteten Zustand erreicht.

Die wenigstens eine Nennstromkontakt-Schaltstrecke, insbeson- dere der wenigstens eine Nennstromkontakt, kann um die we^¬ nigstens eine Vakuum-Schaltstrecke, insbesondere um die we^¬ nigstens eine Vakuumröhre, herum angeordnet sein. Dabei kann der wenigstens eine Nennstromkontakt konzentrisch um die we^¬ nigstens eine Vakuumröhre angeordnet sein. Dadurch ergibt sich ein kompakter Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer hohen Stromtragfähigkeit des Nennstromkontakts, durch einen großen leitfähigen Umfang des Nennstromkontakts. Die wenigstens eine Nennstromkontakt-Schaltstrecke, insbeson^¬ dere der wenigstens eine Nennstromkontakt, kann räumlich im Wesentlichen parallel zur wenigstens einen Vakuum-Schalt- strecke, insbesondere zur wenigstens einen Vakuumröhre, ange^¬ ordnet sein. Dabei kann die wenigstens eine Nennstromkontakt- Schaltstrecke, insbesondere der wenigstens eine Nennstromkon^¬ takt, derart angeordnet sein, dass er nicht von der wenigs^¬ tens einen Vakuum-Schaltstrecke, insbesondere der wenigstens einen Vakuumröhre, räumlich umfasst ist bzw. wird. Dadurch kann für die Vakuumröhre z. B. mit großem Umfang ausgeführt sein, ohne den Umfang des Nennstromkontakts zu bestimmen. Der Nennstromkontakt kann beliebige Formen aufweisen, z. B. runde oder eckige Stabformen, ohne eine Hohlform zur Aufnahme der Vakuumröhre aufweisen zu müssen.

Der Nennstrom kann zumindest teilweise über Elemente der we^¬ nigstens einen Vakuum-Schaltstrecke geführt sein, insbesonde^¬ re über metallische Elemente einer Vakuumröhre. Ein Gehäuse einer Vakuumröhre kann zwei Hälften umfassen, jeweils mit ei^¬ nem zylinderförmigen Isolator. Die zwei Hälften können über einen leitfähigen Bereich in Form wenigstens eines Verbindungselements zusammen gefügt sein, z. B. über ein insbesondere zylinderförmiges Metallelement, welches vakuumdicht mit den zwei Hälften zusammengefügt ist. Das Verbindungselement kann z. B. auf floating Potential liegen und/oder mit Abschirmungen für die Kontaktstücke im Vakuum verbunden sein. Im eingeschalteten Zustand der erfindungsgemäßen Anordnung können die Nennstromkontaktstücke eines Nennstromkontakts über das Verbindungselement elektrisch verbunden sein. Dabei sind die Kontaktstücke der Vakuumröhre im Vakuum miteinander in Kontakt, räumlich umschlossen vom Verbindungselement, wel^¬ ches als Teil des Gehäuses der Vakuumröhre dient. Insbesonde^¬ re bei hohlzylinderförmigen Nennstromkontaktstücken und hohl- zylinderförmigem Verbindungselement können die Nennstromkontaktstücke im eingeschalteten Zustand von gegenüberliegenden Seiten des Hohlzylinders des Verbindungselements über das Verbindungselement geschoben sein, insbesondere über Kontakt^¬ finger an den Nennstromkontaktstücken in elektrischem Kontakt mit dem Verbindungselement. Ein Antrieb kann insbesondere über eine kinematische Kette mit beweglichen Kontaktstücken der wenigstens einen Vakuum- Schaltstrecke und mit beweglichen Kontaktstücken der wenigstens einen Nennstromkontakt-Schaltstrecke verbunden sein, insbesondere derart, dass bei einem Aus-Schaltvorgang der we- nigstens eine Nennstromkontakt zeitlich vor dem wenigstens einen Kontakt der Vakuumröhre getrennt ist, und/oder dass bei einem Ein-Schaltvorgang der wenigstens eine Nennstromkontakt zeitlich nach dem wenigstens einen Kontakt der Vakuumröhre verbunden ist. Dadurch kann der Nennstromkontakt im einge- schalteten Zustand der erfindungsgemäßen Anordnung den Nennstrom im Wesentlichen tragen, insbesondere bei geringerem Widerstand über den Nennstromkontakt als über die Vakuumröhre. Beim Ein- und Ausschalten treten Kurzschlussströme auf, ins^¬ besondere vor dem Verbinden oder nach dem Trennen des Nenn- Stromkontakts, welche über die Vakuumröhre kurzzeitig fließen können. Beim Trennen oder Verbinden des Kontakts der Vakuumröhre können Lichtbögen auftreten, welche durch das Vakuum und die Optimierung der Kontaktstücke der Vakuumröhre, z. B. durch Form, Material und/oder Bewegungsprofil, unterdrückt bzw. gelöscht werden. Nennstromkontakte können für eine ver^¬ lustarme Übertragung des Nennstroms optimiert sein, z. B. mit geringem Widerstand. Und die Vakuum-Schaltstrecke, insbeson^¬ dere die Vakuumröhre, kann optimiert sein zum unterdrücken von Lichtbögen und zum einfachen und schnellen Trennen und/oder Verbinden von insbesondere Kurzschlussströmen.

Die erfindungsgemäße Anordnung zum Schalten von Strömen kann in der Hoch-, Mittel- und/oder Niederspannungstechnik eingesetzt werden.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Schalten hoher Ströme in der Nieder-, Mittel- und/oder Hochspannungstechnik, insbeson- dere mit einer zuvor beschriebenen Anordnung, umfasst, dass ein Strompfad für einen Nennstrom über wenigstens einen Nennstromkontakt einer Nennstromkontakt-Schaltstrecke geführt wird und dass ein Strompfad für einen Kurzschlussstrom paral- lel über wenigstens einen Kontakt einer Vakuumröhre einer Va^¬ kuum-Schaltstrecke geführt wird.

Bei einem Aus-Schaltvorgang kann der wenigstens eine Nennstromkontakt zeitlich vor dem wenigstens einen Kontakt einer Vakuumröhre getrennt werden, wobei der Strom bei noch ge^¬ schlossenem wenigstens einen Kontakt der Vakuumröhre auf den wenigstens einen Kontakt der Vakuumröhre kommutiert.

Bei einem Ein-Schaltvorgang kann der wenigstens eine Nenn- Stromkontakt zeitlich nach dem wenigstens einen Kontakt einer Vakuumröhre verbunden werden, wobei erst bei Stromfluss über den geschlossenen wenigstens einen Kontakt der Vakuumröhre der wenigstens eine Nennstromkontakt geschlossen wird. Über die wenigstens eine Vakuum-Schaltstrecke, insbesondere Vakuumröhre, kann ein größerer Kontaktwiderstand ausgebildet werden, bei geschlossenem Kontakt, als über die wenigstens eine Nennstromkontakt-Schaltstrecke, insbesondere über den Nennstromkontakt .

Ein geschlossener Strompfad des Nennstromkontakts kann insbe^¬ sondere über metallische Elemente der wenigstens einen Vaku^¬ um-Schaltstrecke, insbesondere Elemente des Gehäuses der Va^¬ kuumröhre, geführt werden. Diese Elemente des Gehäuses können Verbindungselemente oder ein Verbindungselement sein, insbe^¬ sondere zum Verbinden von Isolatorteilen, insbesondere Isolatorhälften des Gehäuses der Vakuumröhre.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schalten hoher Ströme in der Nieder-, Mittel- und/oder Hochspannungs^¬ technik gemäß Anspruch 11, insbesondere mit einer zuvor beschriebenen Anordnung, sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Anordnung zum Schalten hoher Ströme gemäß Anspruch 1 und umgekehrt.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung sche- matisch in den Figuren 1 bis 5 dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.

Dabei zeigen die schematisch in Schnittansicht eine erfindungsgemäße Anordnung 1 zum Schalten hoher Ströme von einer Seite betrachtet, mit einer Vakuumröhre 2 räumlich im Wesentlichen parallel zu einem elektrisch parallel geschalteten Nennstromkontakt 3 angeordnet, und schematisch in Schnittansicht die Anordnung 1 der Figur 1, wobei der elektrisch parallel geschaltete Nennstromkontakt 3 räumlich konzentrisch um die Va^¬ kuumröhre 2 angeordnet ist, und schematisch in Schnittansicht die Anordnung 1 der Figur 2, mit einem elektrisch leitenden Verbindungselement 16 als Teil eines Gehäuses 5 der Vaku^¬ umröhre 2, welches im geschlossenen Zustand die Nennstromkontakte 11 elektrisch verbindet, und

Figur 4 schematisch in Schnittansicht die Anordnung 1 der

Figur 3, mit zwei beweglichen Nennstromkontakten 11, welche über ein Umlenkgetriebe 7 mit Isolier- Stange 22 miteinander verbunden sind, im elektrisch geöffneten Zustand, und

Figur 5 schematisch in Schnittansicht die Anordnung 1 der

Figur 4, im elektrisch geschlossenen Zustand.

In Figur 1 ist schematisch in Schnittansicht eine erfindungs gemäße Anordnung 1 zum Schalten hoher Ströme insbesondere in der Hoch-, Mittel- und/oder Niederspannungstechnik dargestellt. Die Anordnung 1 weist eine Vakuum-Schaltstrecke in Form einer Vakuumröhre 2 und eine Nennstromkontakt-Schalt^¬ strecke in Form eines Nennstromkontakts 3 auf. Die Vakuumröh- re 2 und der Nennstromkontakt 3 sind elektrisch parallel ge^¬ schaltet. Die Parallelschaltung ist nach außen hin über elektrische Kontakte 13 z. B. mit einem Spannungsnetz verbunden, in welchem die Anordnung 1 einen Stromfluss zwischen den Kontakten 13 ein- und/oder ausschaltet.

Die Vakuumröhre 2 und der Nennstromkontakt 3 sind räumlich getrennt, im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet, mit voneinander getrennten, gasisolierten Isolator-Gehäusen 5, 6. Die Vakuumröhre 2 ist im Inneren evakuiert. Das Gehäuse 6 des Nennstromkontakts 3 ist z. B. im Inneren mit Clean Air oder einem anderen Schaltgas, insbesondere SF₆ befüllt. Ein äuße^¬ res Gehäuse 4 kann von der Anordnung 1 umfasst sein, um die Vakuumröhre 2 und den Nennstromkontakt 3 einzuschließen, z. B. um diese gegenüber Witterungseinflüssen zu schützen. Ein äußeres Gehäuse 4 kann auch vorgesehen sein, um nur bestimmte Elemente, z. B. Elemente der kinematischen Kette wie insbesondere den Antrieb und/oder das Getriebe 7, zu schüt^¬ zen, wobei die Gehäuse 5, 6 der Vakuumröhre 2 und des Nenn^¬ stromkontakts 3 witterungsfest als Isolatorgehäuse ausgebil- det sind. Die Isolatorgehäuse sind z. B. aus Silikon und/oder Keramik und insbesondere gerippt ausgeführt, um Kriechströme über das äußere Gehäuse 5, 6 zu vermeiden.

Die Vakuumröhre 2 als Vakuum-Schaltstrecke umfasst einen Kon- takt mit einem festen 9 und einen beweglichen 8 Kontaktstück. Das bewegliche Kontaktstück 8 ist über einen Falkenbalg 10 beweglich gelagert und fluiddicht mit dem Gehäuse 5 verbun^¬ den. Das feste Kontaktstück 9 ist z. B. durch Löten und/oder schweißen fest und fluiddicht mit dem Gehäuse 5 verbunden. Jeweils am Ende im Gehäuse 5 sind die Kontaktstücke 8, 9 z. B. tellerförmig ausgeführt, mit einander gegenüberliegenden, flachen Kreiszylinder-Grund- bzw. Deckflächen. Die Grund- bzw. Deckflächen können mit Einkerbungen bzw. Spalten in der Oberfläche versehen sein, insbesondere mit mäanderför- migen Strukturen, welche ausgebildet sind zum Führen von Lichtbögen auf der Oberfläche in Richtung äußerem Umfang. Beim Schalten entstehende Lichtbögen können im Randbereich, d. h. am äußeren Umfang der Grund- bzw. Deckflächen erlöschen .

Der Nennstromkontakt 3 als Nennstromkontakt-Schaltstrecke um- fasst ebenfalls einen Kontakt mit einem festen 12 und einem beweglichen 11 Kontaktstück. Das bewegliche Kontaktstück 11 ist beweglich direkt, oder über eine Kontaktsange, im Gehäuse 6 gelagert und fluiddicht mit dem Gehäuse 6 z. B. über eine Dichtung verbunden. Das feste Kontaktstück 12 ist z. B. durch Löten und/oder schweißen fest mit dem Gehäuse 6 verbunden und dessen elektrischer Kontakt ist z. B. in Form einer Kontaktstange insbesondere fluiddicht nach außen geführt. Das beweg^¬ liche Kontaktstück 11 ist, im in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, als zylinderförmige Stange bzw. Bolzen ausgeführt. Das feste Kontaktstück 12 ist, im in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, als Tulpenkontakt ausge^¬ führt. Im elektrisch geschlossenen Zustand des Kontakts um- fasst der Tulpenkontakt 12 den zylinderförmigen Bolzen 11 räumlich am äußeren Umfang des Bolzens 11. Kontaktfinger 19 am Ende des festen Kontaktstücks 12, insbesondere in Blattfe^¬ der-Form, können zu einem guten elektrischen Kontakt im elektrisch geschlossenen bzw. eingeschalteten Zustand mit dem bewegliche Kontaktstück 11 führen. Alternativ kann das bewegliche Kontaktstück 11 als Tulpenkontakt ausgeführt sein und das feste Kontaktstück 12 kann als Kontaktstange bzw. Bolzen ausgeführt sein, was der Einfach^¬ heit halber in den Figuren nicht dargestellt ist. Die Gehäuse 5, 6 und Kontakte 8, 9, 11, 12 sind z. B. kreiszylinderför- mig. Bei einem elektrisch geschlossenen Zustand der Kontakte sind die Kontaktstücke 8, 9 der Vakuumröhre 2 für einen guten elektrischen Kontakt mit den sich gegenüberliegenden Grund- bzw. Deckflächen aneinander gepresst, und das Kontaktstück 11 des nennstromkontakts 3 in das Kontaktstück 12 formschlüssig eingesteckt . Eine Bewegung der beweglichen Kontaktstücke 8, 11 erfolgt über Elemente einer kinematischen Kette, z. B. angetrieben von einem Antrieb, insbesondere einem Federspeicherantrieb. Die Bewegung des Antriebs wird beim Schalten über die Elemente der kinematischen Kette, insbesondere ein Getriebe und An- triebsstangen, auf die Kontaktstücke 8, 11 übertragen. Das Getriebe 7 ist in den Figuren nur schematisch, als Beispiel dargestellt. In dem Getriebe 7 wird die Bewegung auf das Kon^¬ taktstück 8 der Vakuumröhre 2 und das Kontaktstück 11 des Nennstromkontakts 3 zeitlich versetzt übertragen, so dass beim Einschalten erst der Kontakt der Vakuumröhre 2 geschlos^¬ sen wir und danach der Kontakt des Nennstromkontakts 3. Beim Ausschalen wird erst der Kontakt des Nennstromkontakts 3 ge^¬ öffnet und zeitlich folgend der Kontakt der Vakuumröhre 2. Alternativ können auch die Kontakte 2, 3 gleichzeitig geöff- net und/oder geschlossen werden.

Das Getriebe 7 kann Hebel und Wellen umfassen, und/oder Getriebeelemente wie Zahnräder, welche der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt sind. Eine elektrische Kon- taktierung der beweglichen Kontaktstücke 8, 11 mit dem äuße^¬ ren elektrischen Kontakt 13, kann über Elemente des Getriebes 7 und/oder der jeweiligen Antriebstange erfolgen.

In Fig. 2 ist schematisch in Schnittansicht die Anordnung 1 der Figur 1 dargestellt, wobei der elektrisch parallel ge^¬ schaltete Nennstromkontakt 3 nicht räumlich parallel zur Va^¬ kuumröhre 2, neben der Vakuumröhre 2, sondern räumlich konzentrisch um die Vakuumröhre 2 angeordnet ist. Der Nennstrom^¬ kontakt 3 ist hohlrohrförmig bzw. hohlzylinderförmig ausge- bildet, wobei die Vakuumröhre 2 in dem Hohlzylinder angeord^¬ net ist. In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Anordnung 1 mit einem elektrisch geschlossenen Nennstromkontakt 3 und einem geöffneten Kontakt der Vakuumröhre 2 dargestellt. Eine derar^¬ tige Stellung der Kontaktstücke 8, 9, 11, 12 zueinander tritt beim Ausschalten des elektrischen Kontakts der Anordnung 1 auf. Die in dem Nennstromkontakt 3 angeordnete Vakuumröhre 2 ist zu den Nennstromkontaktstücken 11, 12 beabstandet angeordnet, d. h. das Gehäuse 5 der Vakuumröhre 2 berührt mecha^¬ nisch nicht die Kontaktstücke 11, 12 des Nennstromkontakts 3.

Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 weist die Anordnung 1 in Fig. 2 kein stabförmiges bewegliches Nenn- stromkontaktstück 11 bzw. keinen Bolzen 11 als Nennstromkon- taktstück 11 auf, sondern beide Kontaktstücke 11, 12 des Nennstromkontakts 3 sind im Inneren hohl ausgebildet. Dabei kann wenigstens ein Kontaktstück 11 oder 12 des Nennstromkon- takts 3 Kontaktfinger 19 aufweisen. Bei der Bewegung des beweglichen Kontaktstücks 11 beim Einschalten werden die Kontaktfinger 19, insbesondere blattfederförmige Kontaktfinger, des Kontaktstücks 12 auf das zylinderförmige Kontaktstück 11 geschoben, für einen guten mechanischen und elektrischen Kon- takt.

Das Getriebe 7 zur Übertragung einer zeitlich versetzten Bewegung auf die Kontaktstücke 8, 11 ist in Figur 2 vereinfacht dargestellt. Über einen Hebel 7 wird die Antriebskraft, ins- besondere von einem Antrieb wie z. B. einem Federspeicherantrieb bereitgestellt, beim Einschalten erst auf das bewegli^¬ che Kontaktstück 8 der Vakuumröhre 2 übertragen, und zeitlich darauffolgend, insbesondere mit einem zeitlichen Abstand von Millisekunden bis hin zu Sekunden, auf das bewegliche Kon- taktstück 11 des Nennstromkontakts 3. Es können auch unterschiedliche Bewegungsprofile der Kontaktstücke 8 und 11 er^¬ zeugt werden, mit einer höheren Bewegungsgeschwindigkeit des Kontaktstücks 8 gegenüber dem Kontaktstück 11. Alternativ oder zusätzlich können die Abstände zwischen den Kontaktstü- cke 8 und 9 sowie 11 und 12 im geöffneten Zustand unter^¬ schiedliche gewählt werden, insbesondere mit einem größeren Abstand zwischen den Kontaktstücken 11 und 12 als zwischen den Kontaktstücken 8 und 9.

Der elektrische Kontakt der Vakuumröhre 2 wird zuerst ge- schlössen, und zeitlich darauffolgend der elektrische Kontakt über den Nennstromkontakt 3. Beim Ausschalten ist die Reihenfolge andersherum. Dabei wird über den Hebel 7 die Antriebs^¬ kraft erst auf das bewegliche Kontaktstück 11 des Nennstrom^¬ kontakts 3 übertragen und zeitlich darauffolgend, insbesonde- re mit einem zeitlichen Abstand von Millisekunden bis hin zu Sekunden, auf das bewegliche Kontaktstück 8 der Vakuumröhre 2. Der elektrische Kontakt über den Nennstromkontakt 3 wird zuerst geöffnet, und zeitlich darauffolgend der elektrische Kontakt der Vakuumröhre 2.

In Fig. 3 ist schematisch in Schnittansicht die Anordnung 1 der Fig. 2 dargestellt, aber im Unterschied zum Ausführungs^¬ beispiel der Fig. 2 mit einem elektrisch leitenden Verbindungselement 16 als Teil eines Gehäuses 5 der Vakuumröhre 2, welches im geschlossenen Zustand die Nennstromkontaktstücke

11 und 12 elektrisch verbindet. Der Einfachheit halber ist in Fig. 3 kein Antrieb und/oder Getriebe 7 dargestellt. Die Län^¬ ge der Kontaktstücke 8, 9, 11, 12 kann derart gewählt sein, dass die Kontakte der Vakuumröhre 2 und des Nennstromkontakts 3 gleichzeitig oder kurz aufeinanderfolgend schließen

und/oder öffnen. Alternativ kann ein Getriebe 7 analog dem Getriebe 7 in den Fig. 1 und 2 verwendet werden.

In den Fig. 4 und 5 ist schematisch in Schnittansicht die An- Ordnung 1 der Fig. 3 dargestellt, mit einem Umlenkgetriebe 7. Das Umlenkgetriebe 7 umfasst einen über z. B. eine Welle ge^¬ lagerten Hebel, welcher z. B. im Wesentlichen Mittig drehbar gelagert ist, und an dessen einen Ende ein bewegliches Kon^¬ taktstück 12 befestigt ist und an dessen anderem Ende eine Isolierstange 22 befestigt ist. Die Isolierstange 22 ist über Elemente der kinematischen Kette, z. B. einer Stange, mit ei^¬ nem zweiten Kontaktstück 11 des Nennstromkontakts 3 mecha- nisch verbunden, insbesondere an diesem fixiert, sowie mit einer Antriebstange 18 verbunden.

In Fig. 4 ist der ausgeschaltete Zustand dargestellt. Die Kontaktstücke 8, 9 der Vakuumröhre 2 sind voneinander ge^¬ trennt und die Kontaktstücke 11 und 12 des Nennstromkontakts 3 sind ebenfalls voneinander elektrisch getrennt, und vom Verbindungselement 16 mechanisch und elektrisch getrennt. Ein Stromfluss über die erfindungsgemäße Anordnung 1 ist nicht möglich, der elektrische Kontakt über die Anordnung 1 ist ge^¬ trennt .

In Fig. 5 ist der eingeschaltete Zustand dargestellt. Die Kontaktstücke 8, 9 der Vakuumröhre 2 sind aneinander gepresst bzw. elektrisch und mechanisch miteinander verbunden. Die

Kontaktstücke 11 und 12 des Nennstromkontakts 3 sind elekt^¬ risch über das Verbindungselement 16 verbunden. Die Kontakt^¬ stücke 11 und 12 sind insbesondere jeweils mit Kontaktfingern 19 versehen, und diese stehen mechanisch und elektrisch mit dem Verbindungselement 16 in Verbindung. Das Verbindungsele^¬ ment 16 sowie die Kontaktstücke 11 und 12 des Nennstromkon^¬ takts 3 sind hohlzylinderförmige ausgebildet, wobei das Ver^¬ bindungselement 16 z. B. einen kleineren Durchmesser aufweist als die Nennstromkontaktstücke 11 und 12. Die Nennstromkon- taktstücke 11 und 12, insbesondere mit Kontaktfingern 19 je^¬ weils an den Enden, sind von beiden Seiten, jeweils über ein Ende des Verbindungsstücks 16 geschoben, mit gutem elektri^¬ schen Kontakt zwischen dem Verbindungsstück 16 und den beiden Nennstromkontaktstücken 11, 12.

Das Verbindungsstück 16, welches Teil des Gehäuses 5 der Va^¬ kuumröhre 2 ist, ist somit ebenfalls Teil des Nennstromkon^¬ takts 3, umfassend die zwei beweglichen Nennstromkontaktstü^¬ cke 11, 12 und das Verbindungsstück 16. Ein Nennstrom fließt im eingeschalteten Zustand im Wesentlichen über den Nennstromkontakt 3, d. h. über die zwei beweglichen Nennstromkontaktstücke 11, 12 und das Verbindungsstück 16. Durch Wahl des Materials, z. B. Kupfer, Aluminium oder Stahl, und durch den großen Umfang und damit die große leitfähige Fläche, welche durch den Zylindermantel der Nennstromkontaktstücke 11 und des Verbindungsstücks 16 gegeben ist, weist der Nennstromkon- takt 3 einen geringeren elektrischen Widerstand auf als der Kontakt über die Vakuumröhre 2. Ein großer Nennstrom 20, bis hin zu einigen hundert Ampere, kann im geschlossenen Zustand über den Nennstromkontakt 3 fließen.

Durch Wahl des Materials, z. B. Kombinationen von Kupfer, Aluminium oder Stahl, insbesondere einer Antriebstange 18 aus Stahl und tellerförmigen Enden der Kontaktstücke 8, 9 aus Kupfer, oder allen Elementen wie der Antriebstange 18 und den Kontaktstücken 8, 9 aus Stahl, und/oder durch den geringeren Durchmesser der Kontaktstücke 8, 9 verglichen mit dem Umfang der Nennstromkontaktstücke 11 und 12, wird ein größerer Wi^¬ derstand bzw. Kontaktwiderstand über den Kontakt der Vakuum^¬ röhre 2 als über den Nennstromkontakt 3 ermöglicht. Dadurch kommutiert bei geschlossenem Kontakt der Anordnung 1, d. h. bei geschlossenem Kontakt der Vakuumröhre 2 und geschlossenem Nennstromkontakt 3, der Strom auf den Nennstromkontakt 3. Ein Strom fließt im Wesentlichen über den Nennstromkontakt 3. Im geschlossenen Zustand sind große Ströme 20, 21 über die er^¬ findungsgemäße Anordnung 1 möglich, bis hin zu einigen hundert Ampere.

Beim Öffnen des elektrischen Kontakts der Anordnung 1, ausgehend von der Situation der Fig. 5 mit geschlossenen Kontakten, wird erst der Nennstromkontakt 3 getrennt. Die bewegli- chen Nennstromkontaktstücke 11, 12 werden vom Verbindungs^¬ stück 16 gezogen, so dass eine mechanische und elektrische Trennung erfolgt. Der gesamte Strom 21 fließt über den Kontakt der Vakuumröhre 2. Der höhere elektrische Widerstand der Vakuumröhre 2 begrenzt den Strom 21, insbesondere einen Kurz- schlussstrom, und verringert das Auftreten und/oder lange Brennen von Lichtbögen beim Trennen der Kontaktstücke 8, 9 der Vakuumröhre 2. Das Trennen der Kontaktstücke 8, 9 der Va- kuumröhre 2 erfolgt zeitlich folgend dem Trennen der Nennstromkontaktstücke 11, 12. Dadurch wird ein Auftreten von Lichtbögen beim Trennen der Nennstromkontaktstücke 11, 12 verhindert bzw. stark verringert.

Nach dem Trennen der Kontaktstücke 8, 9 der Vakuumröhre 2 ist der elektrische Kontakt über die erfindungsgemäße Anordnung 1 getrennt, wie in Fig. 4 dargestellt ist, und ein Stromfluss über die Kontaktstücke 8, 9, 11, 12 ist unterbunden. Im Aus- führungsbeispiel der Fig. 3 und 4 sind alle Kontaktstücke 8, 9, 11, 12 beweglich. Die Bewegung des Kontaktstücks 8 und des Kontaktstücks 11 in Fig. 5, wird über die Antriebsstange 18 insbesondere direkt angetrieben, wobei das Kontaktstück 8 und das Kontaktstück 11 fest mit der Antriebsstange 18 verbunden sind.

Eine Bewegung des Kontaktstücks 9 und des Kontaktstücks 12 in Fig. 5, erfolgt über einen Umlenkhebel, welcher als Getriebe 7 wirkt, verbunden mit der Isolierstange 22, welche fest an der Antriebsstange 18 befestigt ist. Bei einer Bewegung der Antriebsstange 18, welche insbesondere direkt auf das Kon^¬ taktstück 8 und das Kontaktstück 11 übertragen wird, wird die Isolierstange 22 in die gleiche Richtung bewegt. Der Umlenk^¬ hebel 7, an dessen einem Ende die Isolierstange befestigt ist und an dessen anderem Ende das Kontaktstück 9 und das Kontaktstück 12 befestigt sind, bewirkt eine Bewegung des Kon^¬ taktstücks 9 und das Kontaktstücks 12 in entgegengesetzter Richtung, insbesondere entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Kontaktstücks 8 und des Kontaktstücks 11.

Die Kontaktstücke 8, 11 und die Kontaktstücke 9, 12, werden entgegengesetzt zueinander bewegt, bei einem Einschalten auf^¬ einander zu, bei einem Ausschalten voneinander weg. Dabei kann ein Federelement 23 zwischen dem Kontaktstück 12 und dem Kontaktstück 9 einen zeitlichen Verzug des Schließens des

Nennstromkontakts 3 zum Schließen des Kontakts 3 der Vakuum^¬ röhre 2 bewirken und einen zeitlichen Verzug des Öffnens des Kontakts 3 der Vakuumröhre 2 zum Öffnen des Nennstromkontakt 3 bewirken. Alternativ kann das Kontaktstück 9 fest angeordnet sein in der Vakuumröhre 2, und der Kontakt der Vakuumröhre 2 nur durch Bewegung des Kontaktstücks 8 geöffnet und/oder geschlossen werden. Die Kontaktstücke 11, 12 werden über die Antriebsstange beide bewegt, das Kontaktstück 11 insbesondere direkt und das Kontaktstück 12 über die Isolierstange 22 und den Hebel 7 mit entgegengesetzter Richtung und zeitlich versetzt. Ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kontaktstück 12 und dem Kontaktstück 9 kann über das Federelement 23 oder ein Kabel erfolgen.

Im geöffneten Zustand der Kontakte 2 und 3 sind jeweils die Kontaktstücke 8 und 9 sowie die Kontaktstücke 11 und 12 über die Isolierstange 22 voneinander elektrisch isoliert. Der räumliche Abstand der Kontaktstücke 8 und 9 sowie Isolatoren 17 des Gehäuses 5 der Vakuumröhre 2, und der räumliche Ab^¬ stand der Kontaktstücke 11, 12 voneinander und vom Verbindungsstück 16, isolieren die äußeren elektrischen Kontakte 13 auf entgegengesetzten Seiten der erfindungsgemäßen Anordnung 1 voneinander. Das Verbindungsstück 16, welches im Gehäuse 5 räumlich zwischen zwei insbesondere hohlzylinderförmigen Isolatoren 17 angeordnet ist, ist auf floating Potential. Im geschlossenen Zustand der Kontakte 2 und 3 sind jeweils die Kontaktstücke 8, 9, und die Kontaktstücke 11, 12 über das Verbindungsstück 16, elektrisch miteinander verbunden. Durch die elektrische Parallelschaltung der Kontakte 2 und 3 sind alle Kontaktstücke 8, 9, 11, 12 und das Verbindungsstück 16 im Wesentlichen auf gleichem Potential, elektrische Überschläge vom Verbindungsstück 16 zu den Kontaktstücken 8 und 9 können nicht auftreten.

Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können unterei- nander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. unterschiedliche Getriebe 7 und Kombinationen von festen und beweglichen Kon- taktstücken verwendet werden. Der Nennstromkontakt 3 und der Kontakt der Vakuumröhre 2 können statt zeitlich aufeinanderfolgend auch gleichzeitig geöffnet und/oder geschlossen wer^¬ den. Die Vakuumröhre 2 und die Nennstromkontaktstücke 11, 12 können unterschiedlich aufgebaut sein, insbesondere hohlzy- linderförmig oder z. B. mit quadratischem Querschnitt. Die Anordnung 1 kann ein äußeres Gehäuse 4 aufweisen, insbesondere befüllt mit einem Isoliergas, z. B. Clean Air oder SF₆. Alternativ können entsprechend der Ausführungsform Komponen- ten in verschiedenen Gehäusen 5, 6 angeordnet sein. Über die Vakuumröhre 2 kann ebenfalls ein Teil eines Nennstroms flie^¬ ßen oder ausschließlich ein Kurzschlussstrom. Im letzteren Fall kann im Wesentlichen der gesamte Nennstrom im eingeschalteten Zustand über den Nennstromkontakt 3 fließen.

Die Kontaktstücke 8, 9, 11, 12 können im Kontaktbereich be^¬ schichtet sein, für eine verbesserte Leitfähigkeit über den Kontakt, z. B. mit Silber. Die Kontaktstücke 8, 9 können auch mit einem abbrandfesten Material beschichtet sein, insbeson- dere alternativ zu einer Silberbeschichtung mit einem

schlechter leitenden Material, welches einen Lichtbogen unterdrückt und/oder das Verschmelzen der Kontaktstücke 8, 9 verhindert bzw. vermindert. Die Kontaktstücke 8, 9 können Teller- und/oder Tassenform aufweisen, insbesondere mit

Strukturen auf der Oberfläche wie z. B. mäanderförmigen oder sternförmigen Schlitzung, zum Führen von Lichtbögen. Nennstromkontaktstücke 11, 12 und/oder das Verbindungsstück 16 bzw. Verbindungsstücke 16 können kreiszylinderförmige Quer^¬ schnitte aufweisen, oder z. B. Querschnitte in elliptischer oder rechteckiger Form. Bezugs zeichenliste

1 Anordnung zum Schalten hoher Ströme

2 Vakuumröhre

3 Nennstromkontakt

4 äußeres Gehäuse der Anordnung

5 Gehäuse Vakuumröhre

6 Gehäuse Nennstromkontakt

7 Getriebe

8 bewegliches Kontaktstück Vakuumröhre

9 festes oder ebenfalls bewegliches Kontaktstück der Vaku^¬ umröhre

10 Falkenbalg

11 bewegliches Nennstromkontaktstück

12 festes oder ebenfalls bewegliches Nennstromkontaktstück

13 elektrische Kontakte

14 Vakuum

15 Gas, z. B. Clean Air

16 Verbindungselement

17 Isolator

18 Antriebsstange

19 Kontaktfinger

20 Stromfluss Nennstrom

21 Stromfluss Kurzschluss-/Nennstrom

22 Isolierstange

23 Federelement

Claims

Patentansprüche

1. Anordnung (1) zum Schalten hoher Ströme, mit wenigstens einer Vakuum-Schaltstrecke und mit wenigstens einer Nenn- stromkontakt-Schaltstrecke,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die wenigstens zwei Schaltstrecken elektrisch parallel ge^¬ schaltet sind.

2. Anordnung (1) nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die wenigstens eine Vakuum-Schaltstrecke wenigstens eine Va^¬ kuumröhre (2) umfasst und/oder dass die Nennstromkontakt- Schaltstrecke wenigstens einen Nennstromkontakt (3) umfasst, insbesondere einen zylinderförmigen Nennstromkontakt mit we^¬ nigstens zwei Kontaktstücken (11, 12), wobei wenigstens ein Kontaktstück (11) beweglich angeordnet ist.

3. Anordnung (1) nach Anspruch 2,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Nennstromkontakt (3) aus einem Metall besteht und/oder ein Metall umfasst, insbesondere Aluminium, Stahl, Kupfer, Silber oder metallische Legierungen, insbesondere mit Aluminium, Stahl, Kupfer und/oder Silber.

4. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die wenigstens eine Nennstromkontakt-Schaltstrecke einen ge^¬ ringeren Übergangswiderstand aufweist als die Vakuum-Schalt- strecke.

5. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die wenigstens eine Nennstromkontakt-Schaltstrecke, insbeson- dere der wenigstens eine Nennstromkontakt (3) , um die wenigs^¬ tens eine Vakuum-Schaltstrecke, insbesondere um die wenigs^¬ tens eine Vakuumröhre (2), herum angeordnet ist.

6. Anordnung (1) nach Anspruch 5,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s wenigstens ein Nennstromkontakt (3) konzentrisch um wenigs- tens eine Vakuumröhre (2) angeordnet ist.

7. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die wenigstens eine Nennstromkontakt-Schaltstrecke, insbeson- dere der wenigstens eine Nennstromkontakt (3) , räumlich im Wesentlichen parallel zur wenigstens einen Vakuum-Schalt^¬ strecke, insbesondere zur wenigstens einen Vakuumröhre (2), angeordnet ist.

8. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Nennstrom (20) teilweise über Elemente der wenigstens ei^¬ ner Vakuum-Schaltstrecke geführt ist, insbesondere über me^¬ tallische Elemente (16) einer Vakuumröhre (2).

9. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s ein Antrieb insbesondere über eine kinematische Kette mit be^¬ weglichen Kontaktstücken (8) der wenigstens einen Vakuum- Schaltstrecke und mit beweglichen Kontaktstücken (11) der we^¬ nigstens einen Nennstromkontakt-Schaltstrecke verbunden ist, insbesondere derart, dass bei einem Aus-Schaltvorgang der we^¬ nigstens eine Nennstromkontakt (3) zeitlich vor dem wenigs^¬ tens einen Kontakt der Vakuumröhre (2) getrennt ist, und/oder dass bei einem Ein-Schaltvorgang der wenigstens eine Nennstromkontakt (3) zeitlich nach dem wenigstens einen Kontakt der Vakuumröhre (2) verbunden ist.

10. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Anordnung (1) zum Schalten von Strömen in der Hoch-, Mittel- und/oder Niederspannungstechnik ausgebildet ist.

11. Verfahren zum Schalten hoher Ströme in der Nieder-, Mittel- und/oder Hochspannungstechnik, insbesondere mit einer Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s ein Strompfad (20) für einen Nennstrom über wenigstens einen Nennstromkontakt (3) einer Nennstromkontakt-Schaltstrecke ge^¬ führt wird und dass ein Strompfad (21) für einen Kurzschluss^¬ strom parallel über wenigstens einen Kontakt einer Vakuumröh- re (2) einer Vakuum-Schaltstrecke geführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s bei einem Aus-Schaltvorgang der wenigstens eine Nennstromkon- takt (3) zeitlich vor dem wenigstens einen Kontakt der Vaku^¬ umröhre (2) getrennt wird, wobei der Strom bei noch geschlos^¬ senem wenigstens einen Kontakt der Vakuumröhre (2) auf den wenigstens einen Kontakt der Vakuumröhre (2) kommutiert.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s bei einem Ein-Schaltvorgang der wenigstens eine Nennstromkontakt (3) zeitlich nach dem wenigstens einen Kontakt der Vaku^¬ umröhre (2) verbunden wird, wobei erst bei Stromfluss über den geschlossenen wenigstens einen Kontakt der Vakuumröhre (2) der wenigstens eine Nennstromkontakt (3) geschlossen wird .

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s über die wenigstens eine Vakuum-Schaltstrecke, insbesondere Vakuumröhre (2), ein größerer Kontaktwiderstand ausgebildet wird bei geschlossenem Kontakt als über die wenigstens eine Nennstromkontakt-Schaltstrecke, insbesondere den Nennstrom- kontakt (3) .

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s ein geschlossener Strompfad (20) des Nennstromkontakts (3) insbesondere über metallische Elemente (16) der wenigstens einen Vakuum-Schaltstrecke, insbesondere Elemente des Gehäu- ses (5) der Vakuumröhre (2), führt.