WO2019115128A1 - Hochspannungsleistungsschalter und verfahren zum elektromagnetischen abschirmen einer vakuumschaltröhre in einem isolator - Google Patents

Hochspannungsleistungsschalter und verfahren zum elektromagnetischen abschirmen einer vakuumschaltröhre in einem isolator Download PDF

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WO2019115128A1
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voltage circuit
insulator
vacuum interrupter
shielding
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Michael Bartz
Alexander Hartung
Martin KREHNKE
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a high voltage circuit breaker and a method for electromagnetic shielding least one vacuum interrupter in an insulator of a high voltage circuit breaker.
  • the Hochwoods orientalsschal ter comprises at least one vacuum interrupter, which is arranged in egg nem insulator and which has at least one shielding ring from.
  • High voltage circuit breakers are designed to switch voltages in the range of up to 1200 kV voltage and in the range of up to several thousand amperes of current.
  • switching gases such as B. SF 6 is used, which are harmful to the environment and / or contain toxic components.
  • Switch with alternative switching gases such. B. Clean Air, ie dryers ner, purified air, men in the same design and at the same maximum switching voltages or to be switched Strö larger perform in the dimensions to ensure safe electrical insulation between the electrically conductive com ponents, which the Costs increased.
  • the use of vacuum interrupters in high-voltage circuit scarf tern, in conjunction with clean air as insulating, is an alternative to z.
  • the vacuum interrupters are arranged in an outer insulator, which z. B. column-shaped, with circular circulating the ribs is formed on the outer periphery to the electrical cal insulation along the outer surface in the direction to increase the longitudinal axis.
  • the insulator is one or more parts, in particular hollow cylindrical, and z. As ceramic, silicone and / or a composite material.
  • the insulator is arranged upright in the operation of the high-voltage circuit scarf age, z. B. on a support frame or on a support with foundation.
  • One or more vacuum switching tubes are z. B. along the longitudinal axis of the Isola sector in particular arranged coaxially with the longitudinal axis of the insulator and fixed mechanically fixed in the insulator.
  • the high-voltage circuit breaker can comprise more than one vacuum switching tube connected in series and / or in parallel, which is further assumed in the future for the sake of simplicity of a Vakuumschaltröh re.
  • the vacuum interrupter is mechanically stable and electrically conductively arranged and connected between at least two äuße Ren electrical connections inside the insulator, wherein the electrical connections z. B. in the form of connecting lugs for connecting high voltage power lines, generators and / or power consumers are formed.
  • the construction of a vacuum interrupter for high-voltage circuit breaker is z. B. from EP 0 102 317 A2.
  • the vacuum interrupter comprises a housing in the form of a circular, straight Zylin DERS, which is evacuated inside.
  • the housing is made up of two identical, straight cylindrical halves made of ceramic or ceramic parts, which are joined together via a Metallzylin or via a metal part with transition pieces in the te with the housing.
  • the transition pieces are designed in the housing as shielding electrodes or shielding.
  • the vacuum interrupter comprises at least one electrical contact with a fixed and a movable contact piece for switching.
  • a plurality of movable con tact pieces of the at least one electrical contact to be summarized, with or without a fixed contact piece.
  • the contacts are plate-shaped in the vacuum interrupter and enclosed by vacuum.
  • the contact pieces are bolt-shaped and each electrically connected to an external electrical connection z. B. connected in the form of an on-circuit flag of the high-voltage circuit breaker.
  • the movable contact piece is guided by a bellows vacuum tight in the vacuum interrupter and gela siege.
  • the vacuum interrupter is designed to be long enough to ensure sufficient space inside.
  • the GE straight cylindrical halves made of ceramic or ceramic parts of the housing of the vacuum interrupter are constructed of several parts, which are about metal parts with transition pieces to sammenge Stahl. The transition pieces are each in the hous se as shielding electrodes or shielding executed. A United bind of ceramic parts of the housing via metal parts, wel che. B. of copper and / or steel, z. B. by soldering.
  • Electromagnetic fields around the contact pieces are screened bring in the vacuum interrupter through the shield electrodes.
  • the metal parts are formed with transition pieces each as a circle round ring, and serve as a shield for electromagnetic fields.
  • the annular shields along the outer periphery of the vacuum interrupter are in egg ner plane perpendicular to a longitudinal axis of the vacuum interrupter arranged, and have in a section along the L Lucassach se two circular cross sections.
  • the outer circumference of the vacuum interrupter is determined by the outer To catch the shielding rings of the vacuum interrupter.
  • the distance d of the shielding rings of the vacuum interrupter from the inner wall of the insulator in conjunction with the ring diameter of the shielding rings determines the circumference of the insulator of the high-voltage circuit breaker.
  • Object of the present invention is to provide a high voltage voltage circuit breaker and a method for electromagnetic shielding rule specify at least one vacuum interrupter in an insulator of a high voltage circuit breaker, which made over the prior art reduced To catch the insulator of the high voltage circuit breaker union enable lower production costs and a lower Allow material costs for the insulator.
  • a high-voltage circuit breaker with the features according to patent claim 1 and / or by a method for electromagnetic shielding at least one vacuum interrupter in an isolator of a high-voltage circuit breaker, in particular a high-voltage circuit breaker described above, according to claim 11.
  • Advantageous embodiments of the high-voltage circuit breaker according to the invention and / or the method according to the invention for the electromagnetic ablation Shielding at least one vacuum interrupter in an insulator of a high-voltage circuit breaker, in particular a high-voltage circuit breaker described above, are specified in the subclaims.
  • objects of the main claims with each other and with features of at under entitlements and features of the claims among themselves com bins.
  • An inventive high-voltage circuit breaker comprises at least one vacuum interrupter, which is arranged in an insulator and comprises at least one shielding ring.
  • the at least one shielding ring has in a sectional plane along a rotation axis of the shielding ring two cross-sections deviating from a circular cross-section.
  • the axis perpendicular to the plane of the ring is designated by the center point of the circular ring.
  • the at least one shielding ring may have two elliptical, and / or oval, rennbahnar term cross-sections and / or rectangular cross-sections with render rounded corners in the sectional plane of the axis of rotation.
  • Such cross-sections have the same shielding a smaller diameter in egg ner direction than circular cross sections with the advantages described above.
  • the at least one vacuum interrupter can be formed Vietnamesezylinderför mig and the insulator can be hollow cylindrical be formed, with a circular base, wherein the at least one vacuum interrupter can be arranged coaxially in the insulator.
  • the axis of rotation of the at least one shielding ring may be coaxial with the longitudinal axis of the at least one vacuum interrupter.
  • shielding rings of the vacuum interrupter along the circumference have the same everywhere, in particular minimum distance to the inner wall of the insulator.
  • the insulator may be formed with a minimum circumference, with the advantages described above.
  • the at least one shielding ring may be arranged circumferentially around the outer circumference of the at least one vacuum interrupter, in particular mechanically stably connected to the at least one vacuum interrupter.
  • the cross sections of the at least one shield ring can be flattened To in the sectional plane of the axis of rotation of the at least one screen ring in the direction of at least one Vakuumschaltröh and / or in the direction of the inner wall of the insulator.
  • Such cross-sections have a smaller diameter in the direction of the vacuum switch-off tube and / or the inner wall of the insulator than circular cross-sections, with the advantages described above.
  • Two, four or at least six shielding rings may be included.
  • a good electromagnetic shielding the vacuum interrupter can be achieved in particular to the outside.
  • the at least one shielding ring can be mechanically and / or electrically connected to at least one shielding electrode in the interior of the at least one vacuum interrupter. Since by a good electromagnetic shielding of Vaku umschaltrschreibe, in particular to the outside, can be achieved, and the shielding in the interior of the at least one Va- kuumschaltrschreibe and the at least one shielding ring can be fixed mechanically stable.
  • the at least one shielding ring may be made of a conductive material, in particular a metal, in particular copper and / or steel, or a conductive plastic, or
  • Plastic with conductive particles in particular silicone with soot particles, be formed. Copper and steel have a good electrical conductivity and allow a good shielding effect or damping of electromagnetic fields at a given shape. The same applies to conductive
  • Plastics, and / or plastics with conductive Parti angles such.
  • induced currents in the shield and / or a influence of the influence Be field line of an electromagnetic field can provide a good shielding effect.
  • the at least one shielding ring can have a minimum
  • a method for the electromagnetic shielding of at least one vacuum interrupter in an insulator of a high-voltage circuit breaker comprises an electromagnetic shielding of the at least one vacuum interrupter by at least one shielding ring two cross sections in the sectional plane of the axis of rotation be adjacent to the at least one vacuum interrupter and / or be adjacent flattened to the insulator, compared with the cross section in the direction parallel to the axis of rotation.
  • FIGS. 1 to 4 Exemplary embodiments of the invention are shown schematically in FIGS. 1 to 4 and described in more detail below.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of an inventive Shen high voltage circuit breaker 1 from a Be te considered, with shielding rings 4 of the vacuum interrupter 2 with a circular cross-section deviating cross-sections 6, and
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a detail of a high-voltage circuit breaker 1 according to the invention viewed from one side.
  • the high-voltage circuit breaker 1 comprises a vacuum interrupter 2, which is arranged in an insulator 3.
  • the insulator 3 is z. B. filled with clean air as insulating gas and the Vakuumschaltröh re 2 is arranged coaxially with the longitudinal axis 5 of the longitudinal axis 5 of the insulator 3, spaced from the insulator 3.
  • the mini male distance d between vacuum tube 2 and inner wall 7 of the insulator is z. In the range of millimeters or centimeters.
  • the high-voltage circuit breaker 1 is analog high-voltage circuit breakers constructed which nominal and Lichtbo genpronouncede include and z. B. are filled with SF 6 , only that instead of nominal and arcing contact pieces a vacuum interrupter 2 is included, and as an insulating gas z. B. Clean Air is used.
  • the insulator 3 is z. B. ceramic, Sili kon, and / or an electrically insulating composite material.
  • the insulator 3 is columnar, circular cylindrical, hollow, with annular ribs along the outer circumference, with the advantages described above.
  • the base and top surfaces of the columnar insulator 3 are airtight ver closed and each provided with electrical external terminals of the high voltage circuit breaker 1, which is the sake of simplicity not shown in the figures.
  • the vacuum interrupter 2 is in the area of the base and deck surface, in particular on brackets, mechanically fixed in the insulator 3 spatially and electrically connected to the outer terminals of the high voltage circuit breaker 1, which is the sake of simplicity in the figures also not shown.
  • a drive for. As a spring-loaded drive, via elements of a kinematic chain, z. As gear, trigger, and / or a shift rod, an electrical switching of the vacuum interrupter 2 drive, in particular by movement a movable contact piece in the vacuum interrupter 2 to a fixed contact piece and / or away.
  • the high voltage voltage circuit breaker 1 can be as multi-pole switch, in particular as a three-pole switch with three Vakuumschaltröh ren 2, each arranged in an insulator 3, be formed.
  • a plurality of vacuum switching tubes 2 in series and / or connected in parallel be arranged in an insulator 3 or in different insulators 3.
  • An arrangement may be made with upright on one or more ren carriers upstanding insulator columns, and / or in T-beam form, wherein on each side of the T-shape, an insulator 3 is arranged as an arm of the T-shape.
  • the vacuum interrupter 2 comprises a casing in the form of a circular straight cylinder which is evacuated inside.
  • the housing is constructed of in particular the same, straight cylindrical ceramic parts, which are joined together via metal parts with transition pieces.
  • the transition pieces are executed in the housing as Schirmelektro the or shielding, and mechanically firmly connected to the ceramic parts, in particular by soldering.
  • the Turkgangssstü bridges on a ring shape, which serve as shielding 4.
  • In the central region of the vacuum interrupter 2 in which are located in the interior of the vacuum interrupter 2 in particular dish-shaped ends of the contact pieces, between two shielding rings 4 instead of a ceramic part z.
  • the shielding rings 4 are each arranged in a plane perpendicular to the longitudinal axis 5 of the vacuum interrupter 2 on the outer circumference of the vacuum interrupter 2, along the longitudinal axis 5 of the vacuum interrupter 2 spaced from each other.
  • the distance be nachbarter shielding 4 may be in the range of centimeters to meters, in particular with shielding 4 re regularly arranged along the longitudinal axis 5 of the vacuum interrupter 2 to.
  • FIG. 1 shows in a dashed outline Rich a section through a shield 4 shown on one side. The cut takes place in a plane in which the longitudinal axis 5 of the vacuum interrupter or the Rotationsach se 5 of the shield 4 is located.
  • the cross section 6 of the shield ring 4 has no circular or circular shape, but is parallel to the inner wall 7 of the insulator 3 and parallel to the cylinder-shaped periphery of the vacuum interrupter 2 flattened, ie has a lower to no curvature in the direction réellewan training 7 of the insulator 3 and in the direction of cylindrical To catch the vacuum interrupter 2. In the direction is neighboured to call.
  • the section through the shielding ring 4 as shown in dashed rimmed region of Figure 1 Darge, shown enlarged.
  • the shielding ring 4 in the sectional plane of the axis of rotation 5 and the Leksach se the vacuum interrupter 2 and / or the insulator 3 a el liptician form.
  • the shield 4 in the sectional plane of the rotation axis 5 an oval, rennbahnar term form.
  • the shield 4 in the sectional plane of the rotation axis 5 has a rectangular shape, with rounded corners. Due to the shape of the shielding 4 optimal or good shielding of electromagnetic fields is achieved, with minimal diameter in the direction perpendicular to the right axis 5.
  • the transition pieces may be molded as part of the shielding rings 4 as an extra part, e.g. B. pressed, soldered, welded, and / or glued.
  • the transition pieces may be made depending Weil with a shield 4 of a part, in particular of a metal sheet, for. B. copper and / or steel sheet.
  • the shields 4 may have the ge in the figures showed forms, or other flattened on the outer and inner circumference of the ring forms, for. B. on average on each side of each hexagonal or polygonal shape with rounded corners.
  • the distance between the shielding rings 4 from each other can be regular, in particular with each other parallel to each other arranged shielding rings 4.
  • a Metallzylin be arranged instead of ceramic cylinders, from the shield rings 4 can be formed or fixed in particular directly to the metal cylinder, and in this area the distance of the shielding 4 from the distance of the Ableringe in the range of interconnected Ceramic cylinders deviates.
  • the shielding rings 4 can also be arranged with irregular spacing from each other, in particular along the length of a zy linderförmigen vacuum interrupter 2.
  • the vacuum switch-off tube 2 and / or the shielding rings 4 may include a circular area, ie the base and top surfaces of the vacuum interrupter 2 are circular.
  • the vacuum interrupter 2 and / or the shielding rings 4 another surface, for. B. include an elliptical surface.

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungsschalter (1) und ein Verfahren zum elektromagnetischen Abschirmen wenigstens einer Vakuumschaltröhre (2) in einem Isolator (3) eines Hochspannungsleistungsschalters (1). Der Hochspannungsleistungsschalter (1) umfasst wenigstens eine Vakuumschaltröhre (2), welche in einem Isolator (3) angeordnet ist und wenigstens einen Abschirmring (4) aufweist, wobei der wenigstens eine Abschirmring (4) in einer Schnittebene entlang einer Rotationsachse (5) des Abschirmrings (4) zwei von einem kreisförmigen Querschnitt abweichende Querschnitte (6) aufweist.

Description

Beschreibung
Hochspannungsleistungsschalter und Verfahren zum elektromag netischen Abschirmen einer Vakuumschaltröhre in einem Isola tor
Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungsschalter und ein Verfahren zum elektromagnetischen Abschirmen wenigs tens einer Vakuumschaltröhre in einem Isolator eines Hoch spannungsleistungsschalters. Der Hochspannungsleistungsschal ter umfasst wenigstens eine Vakuumschaltröhre, welche in ei nem Isolator angeordnet ist und welche wenigstens einen Ab schirmring aufweist.
Hochspannungsleistungsschalter sind ausgebildet zum Schalten von Spannungen im Bereich von bis zu 1200 kV Spannung und im Bereich von bis zu einigen tausend Ampere Strom. Dabei werden Schaltgase wie z. B. SF6 verwendet, welche klimaschädlich sind und/oder giftige Komponenten enthalten. Eine langzeit stabile, gasdichte Isolation der Hochspannungsleistungsschal ter, welche sicher ein Entweichen von Gasen verhindert, ist aufwendig und erhöht die Kosten bei der Wartung. Schalter mit alternativen Schaltgasen, wie z. B. Clean Air, d. h. trocke ner, gereinigter Luft, sind bei gleicher Bauweise und bei gleichen maximalen Schaltspannungen bzw. zu schaltenden Strö men, in den Dimensionen größer auszuführen, um eine sichere elektrische Isolation zwischen den elektrisch leitenden Kom ponenten zu gewährleisten, was die Kosten erhöht. Die Verwen dung von Vakuumschaltröhren in Hochspannungsleistungsschal tern, in Verbindung mit Clean Air als Isoliergas, ist eine Alternative zu z. B. gasisolierten Schaltern mit Nenn- und Lichtbogenkontakten, umfassend Schaltgase wie z. B. SF6.
Die Vakuumschaltröhren sind in einem äußeren Isolator ange ordnet, welcher z. B. säulenförmig, mit kreisförmig umlaufen den Rippen am äußeren Umfang ausgebildet ist, um die elektri sche Isolation entlang der äußeren Mantelfläche in Richtung der Längsachse zu erhöhen. Der Isolator ist ein- oder mehr teilig, insbesondere hohlzylinderförmig ausgebildet, und z. B. aus Keramik, Silikon und/oder einem Verbundwerkstoff. Der Isolator ist im Betrieb des Hochspannungsleistungsschal ters aufrechtstehend angeordnet, z. B. auf einem Traggestell bzw. auf einem Träger mit Fundament. Eine oder mehrere Vaku- umschaltröhren sind z. B. entlang der Längsachse des Isola tors insbesondere koaxial mit der Längsachse des Isolators angeordnet und mechanisch fest im Isolator fixiert. Der Hoch spannungsleistungsschalter kann mehr als eine Vakuumschalt röhre in Reihe und/oder parallel verschaltet umfassen, wobei im Weiteren der Einfachheit halber von einer Vakuumschaltröh re ausgegangen wird.
Die Vakuumschaltröhre ist im Inneren des Isolators mechanisch stabil und elektrisch leitend zwischen wenigstens zwei äuße ren elektrischen Anschlüssen angeordnet und geschaltet, wobei die elektrischen Anschlüsse z. B. in Form von Anschlussfahnen zum Anschluss von Hochspannungsleitungen, Stromerzeugern und/oder Stromverbrauchern ausgebildet sind. Der Aufbau einer Vakuumschaltröhre für Hochspannungsleistungsschalter ist z. B. aus der EP 0 102 317 A2 bekannt. Die Vakuumschaltröhre umfasst ein Gehäuse in Form eines kreisrunden, geraden Zylin ders, welcher im Inneren evakuiert ist. Das Gehäuse ist aus zwei gleichen, geraden zylinderförmigen Hälften aus Keramik bzw. Keramikteilen aufgebaut, welche über einen Metallzylin der bzw. über ein Metallteil mit Übergangsstücken in der Mit te des Gehäuses zusammengefügt sind. Die Übergangsstücke sind im Gehäuse als Schirmelektroden bzw. Abschirmung ausgeführt.
Die Vakuumschaltröhre umfasst zum Schalten wenigstens einen elektrischen Kontakt mit einem festen und einem beweglichen Kontaktstück . Alternativ können auch mehrere bewegliche Kon taktstücke von dem wenigstens einen elektrischen Kontakt um fasst sein, mit oder ohne festem Kontaktstück . Im Weiteren wird der Einfachheit halber von einer Vakuumschaltröhre mit einem festen und einem beweglichen Kontaktstück ausgegangen. Die Kontaktstücke sind in der Vakuumschaltröhre tellerförmig ausgebildet und von Vakuum umschlossen. Nach außen sind die Kontaktstücke bolzenförmig geführt und jeweils elektrisch mit einem äußeren elektrischen Anschluss z. B. in Form einer An schlussfahne des Hochspannungsleistungsschalters verbunden. Das bewegliche Kontaktstück ist über einen Faltenbalg vakuum dicht in die Vakuumschaltröhre beweglich geführt und gela gert .
Beim Einschalten wird das bewegliche Kontaktstück auf das feste Kontaktstück zubewegt, bis ein mechanischer und elekt rischer Kontakt zwischen den Kontaktstücken besteht. Beim Ausschalten wird das bewegliche Kontaktstück vom festen Kon taktstück solange wegbewegt, bis der elektrische Kontakt zwi schen den Kontaktstücken unterbrochen ist und ein ausreichen der Abstand zur Vermeidung elektrischer Überschläge bei ange legter Spannung besteht. Bei hohen Spannungen, z. B. im Be reich von 145 kV, sind große Abstände zwischen den Kontakt stücken notwendig. Die Vakuumschaltröhre ist lang ausgelegt, um ausreichende Abstände im Inneren zu gewährleisten. Die ge raden zylinderförmigen Hälften aus Keramik bzw. Keramikteilen des Gehäuses der Vakuumschaltröhre sind aus mehreren Teilen aufgebaut, welche über Metallteile mit Übergangsstücken zu sammengefügt sind. Die Übergangsstücke sind jeweils im Gehäu se als Schirmelektroden bzw. Abschirmung ausgeführt. Ein Ver binden von Keramikteilen des Gehäuses über Metallteile, wel che z. B. aus Kupfer und/oder Stahl sind, erfolgt z. B. durch Verlöten .
Elektromagnetische Felder um die Kontaktstücke herum werden in der Vakuumschaltröhre durch die Schirmelektroden abge schirmt. Entlang des äußeren Umfangs der Vakuumschaltröhre sind die Metallteile mit Übergangsstücken jeweils als kreis runder Ring ausgebildet, und dienen als Abschirmung für elektromagnetische Felder. Die ringförmigen Abschirmungen entlang des äußeren Umfangs der Vakuumschaltröhre sind in ei ner Ebene senkrecht zu einer Längsachse der Vakuumschaltröhre angeordnet, und weisen in einem Schnitt entlang der Längsach se zwei kreisrunde Querschnitte auf. Um elektrische Über schläge zwischen den ringförmigen Abschirmungen bzw. Ab schirmringen der Vakuumschaltröhre über eine Innenwandung des äußeren Isolators des Hochspannungsleistungsschalters zu ver meiden, sind die Abschirmringe der Vakuumschaltröhre
beabstandet von der Innenwandung des Isolator angeordnet.
Insbesondere bei Vakuumschaltröhren mit zylinderförmigen Tei len des Gehäuses, welche gleichen Durchmesser aufweisen, wird der äußere Umfang der Vakuumschaltröhre durch den äußeren Um fang der Abschirmringe der Vakuumschaltröhre bestimmt. Der Abstand d der Abschirmringe der Vakuumschaltröhre von der In nenwandung des Isolators in Verbindung mit dem Ringdurchmes ser der Abschirmringe bestimmt den Umfang des Isolators des Hochspannungsleistungsschalters. Ein großer Umfang ist mit hohen Herstellungskosten und hohem Materialaufwand des Isola tors verbunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Hochspan nungsleistungsschalter und ein Verfahren zum elektromagneti schen Abschirmen wenigstens einer Vakuumschaltröhre in einem Isolator eines Hochspannungsleistungsschalters anzugeben, welche einen gegenüber dem Stand der Technik verringerten Um fang des Isolators des Hochspannungsleistungsschalters ermög lichen, geringere Herstellungskosten ermöglichen und einen geringeren Materialaufwand für den Isolator ermöglichen.
Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hoch spannungsleistungsschalter mit den Merkmalen gemäß Patentan spruch 1 und/oder durch ein Verfahren zum elektromagnetischen Abschirmen wenigstens einer Vakuumschaltröhre in einem Isola tor eines Hochspannungsleistungsschalters, insbesondere eines zuvor beschriebenen Hochspannungsleistungsschalters, gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalters und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens zum elektromagnetischen Ab- schirmen wenigstens einer Vakuumschaltröhre in einem Isolator eines Hochspannungsleistungsschalters, insbesondere eines zu vor beschriebenen Hochspannungsleistungsschalters, sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei sind Gegenstände der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen von Unteran sprüchen sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kom binierbar .
Ein erfindungsgemäßer Hochspannungsleistungsschalter umfasst wenigstens eine Vakuumschaltröhre, welche in einem Isolator angeordnet ist und wenigstens einen Abschirmring umfasst. Der wenigstens eine Abschirmring weist in einer Schnittebene ent lang einer Rotationsachse des Abschirmrings zwei von einem kreisförmigen Querschnitt abweichende Querschnitte auf. Mit Rotationsachse des Abschirmrings ist in diesem Zusammenhang die senkrecht zur Ringebene verlaufende Achse durch den Mit telpunkt des kreisförmigen Rings bezeichnet.
Von einem kreisförmigen Querschnitt abweichende Querschnitte ermöglichen eine gute Abschirmung der Vakuumschaltröhre, ei nen geringeren äußeren Umfang der Vakuumschaltröhre im Ver gleich zu Vakuumschaltröhren mit Abschirmringen mit kreisför migen Querschnitten, und somit einen geringeren Umfang des Isolators des Hochspannungsleistungsschalters verbunden mit geringeren Herstellungskosten und einem geringeren Material aufwand für den Isolator.
Der wenigstens eine Abschirmring kann in der Schnittebene der Rotationsachse zwei elliptische, und/oder ovale, rennbahnar tige Querschnitte und/oder rechteckige Querschnitte mit abge rundeten Ecken aufweisen. Derartige Querschnitte weisen bei gleicher Abschirmwirkung einen geringeren Durchmesser in ei ner Richtung auf als kreisförmige Querschnitte mit den zuvor beschriebenen Vorteilen.
Die wenigstens eine Vakuumschaltröhre kann kreiszylinderför mig ausgebildet sein und der Isolator kann hohlzylinderförmig ausgebildet sein, mit einer kreisrunden Grundfläche, wobei die wenigstens eine Vakuumschaltröhre in dem Isolator koaxial angeordnet sein kann. Die Rotationsachse des wenigstens einen Abschirmrings kann koaxial zur Längsachse der wenigstens ei nen Vakuumschaltröhre sein. Dadurch weisen Abschirmringe der Vakuumschaltröhre entlang des Umfangs überall den gleichen, insbesondere minimalen Abstand zur Innenwandung des Isolators auf. Der Isolator kann mit einem minimalen Umfang ausgebildet sein, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen.
Der wenigstens eine Abschirmring kann um den äußeren Umfang der wenigstens einen Vakuumschaltröhre umlaufend angeordnet sein, insbesondere mit der wenigstens einen Vakuumschaltröhre mechanisch stabil verbunden. Dadurch können Lageänderungen des wenigstens einen Abschirmrings im Betrieb des Hochspan nungsleistungsschalters z. B. durch mechanische Erschütterun gen vermieden werden und elektrische Überschläge durch verän derte Abstände der Abschirmringe verhindert werden.
Die Querschnitte des wenigstens einen Abschirmrings können in der Schnittebene der Rotationsachse des wenigstens einen Ab schirmrings in Richtung der wenigstens einen Vakuumschaltröh re und/oder in Richtung der Innenwandung des Isolators abge flacht sein. Derartige Querschnitte weisen bei gleicher Ab schirmwirkung einen geringeren Durchmesser in Richtung Vaku- umschaltröhre und/oder Innenwandung des Isolators auf als kreisförmige Querschnitte, mit den zuvor beschriebenen Vor teilen .
Zwei, vier oder wenigstens sechs Abschirmringe können umfasst sein. Bei insbesondere regelmäßiger Anordnung der Abschirm ringe entlang der Längsachse der Vakuumschaltröhre auf dem äußeren Umfang der Vakuumschaltröhre kann eine gute elektro magnetische Abschirmung der Vakuumschaltröhre insbesondere nach außen hin erreicht werden. Der wenigstens eine Abschirmring kann mechanisch und/oder elektrisch mit wenigstens einer Abschirmelektrode im Inneren der wenigstens einen Vakuumschaltröhre verbunden sein. Da durch kann eine gute elektromagnetische Abschirmung der Vaku umschaltröhre, insbesondere nach außen hin, erreicht werden, und die Abschirmelektrode im Inneren der wenigstens einen Va- kuumschaltröhre sowie der wenigstens eine Abschirmring können mechanisch stabil fixiert werden.
Der wenigstens eine Abschirmring kann aus einem leitfähigen Material, insbesondere einem Metall, insbesondere Kupfer und/oder Stahl, oder einem leitfähigen Kunststoff, oder
Kunststoff mit leitfähigen Partikeln, insbesondere Silikon mit Rußpartikeln, ausgebildet sein. Kupfer und Stahl weisen eine gute elektrische Leitfähigkeit auf und ermöglichen eine gute Abschirmungswirkung bzw. Dämpfung elektromagnetischer Felder bei gegebener Form. Gleiches gilt für leitfähige
Kunststoffe, und/oder für Kunststoffe mit leitfähigen Parti keln, wie z. B. Silikon mit Rußpartikeln. Insbesondere ge dämpfte, induzierte Ströme im Abschirmring und/oder eine Be einflussung des Feldlinienverlaufs eines elektromagnetischen Feldes können eine gute Abschirmungswirkung ermöglichen.
Der wenigstens eine Abschirmring kann einen minimalen
und/oder maximalen Abstand d zur Innenwandung des Isolators im Bereich von Millimetern bis hin zu wenigen Zentimetern aufweisen. Ein derartiger Abstand d verhindert Überschläge zwischen Abschirmringen über die Innenwandung des Isolators insbesondere bei Befüllung des Isolators mit einem Isoliergas wie z. B. Clean Air.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum elektromagnetischen Ab schirmen wenigstens einer Vakuumschaltröhre in einem Isolator eines Hochspannungsleistungsschalters, insbesondere in einem zuvor beschriebenen Hochspannungsleistungsschalter, umfasst eine elektromagnetische Abschirmung der wenigstens einen Va- kuumschaltröhre durch wenigstens einen Abschirmring, dessen zwei Querschnitte in der Schnittebene der Rotationsachse be nachbart zur wenigstens einen Vakuumschaltröhre und/oder be nachbart zum Isolator abgeflacht verlaufen, verglichen mit dem Querschnitt in Richtung parallel zur Rotationsachse.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum elektromag netischen Abschirmen wenigstens einer Vakuumschaltröhre in einem Isolator eines Hochspannungsleistungsschalters, insbe sondere eines zuvor beschriebenen Hochspannungsleistungs schalters, gemäß Anspruch 11 sind analog den zuvor beschrie benen Vorteilen des erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungs schalters gemäß Anspruch 1 und umgekehrt.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung sche matisch in den Figuren 1 bis 4 dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Dabei zeigt die
Figur 1 schematisch in Schnittansicht einen erfindungsgemä ßen Hochspannungsleistungsschalter 1 von einer Sei te betrachtet, mit Abschirmringen 4 der Vakuum schaltröhre 2 mit von einem kreisförmigen Quer schnitt abweichenden Querschnitten 6, und
Figur 2 schematisch in Schnittansicht einen vergrößerten
Ausschnitt eines Abschirmrings 4 der Figur 1 mit elliptischen Querschnitten 6, und
Figur 3 schematisch in Schnittansicht einen vergrößerten
Ausschnitt eines Abschirmrings 4 der Figur 1 mit ovalen, rennbahnartigen Querschnitten 6, und
Figur 4 schematisch in Schnittansicht einen vergrößerten
Ausschnitt eines Abschirmrings 4 der Figur 1 mit rechteckigen Querschnitten 6 mit abgerundeten Ecken . In Figur 1 ist schematisch in Schnittansicht ein Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalter 1 von einer Seite betrachtet dargestellt. Der Hochspannungs leistungsschalter 1 umfasst eine Vakuumschaltröhre 2, welche in einem Isolator 3 angeordnet ist. Der Isolator 3 ist z. B. mit Clean Air als Isoliergas befüllt und die Vakuumschaltröh re 2 ist mit der Längsachse 5 koaxial zur Längsachse 5 des Isolators 3, beabstandet vom Isolator 3 angeordnet. Der mini male Abstand d zwischen Vakuumröhre 2 und Innenwandung 7 des Isolators liegt z. B. im Bereich von Millimetern oder Zenti metern .
Der Hochspannungsleistungsschalter 1 ist analog Hochspan nungsleistungsschaltern aufgebaut, welche Nenn- und Lichtbo genkontaktstücke umfassen und z. B. mit SF6 befüllt sind, nur dass statt Nenn- und Lichtbogenkontaktstücken eine Vakuum schaltröhre 2 umfasst ist, und als Isoliergas z. B. Clean Air verwendet wird. Der Isolator 3 ist z. B. aus Keramik, Sili kon, und/oder einem elektrisch isolierendem Verbundwerkstoff. Der Isolator 3 ist säulenförmig, kreiszylinderförmig, hohl aufgebaut, mit ringförmigen Rippen entlang des äußeren Um fangs, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen. Die Grund- und Deckfläche des säulenförmigen Isolators 3 sind luftdicht ver schlossen und jeweils mit elektrischen äußeren Anschlüssen des Hochspannungsleistungsschalters 1 versehen, was der Ein fachheit halber in den Figuren nicht dargestellt ist.
Die Vakuumschaltröhre 2 ist im Bereich der Grund- und Deck fläche, insbesondere über Halterungen, mechanisch im Isolator 3 räumlich fixiert und elektrisch mit den äußeren Anschlüssen des Hochspannungsleistungsschalters 1 verbunden, was der Ein fachheit halber in den Figuren ebenfalls nicht dargestellt ist. Ein Antrieb, z. B. ein Federspeicherantrieb, kann über Elemente einer kinematischen Kette, z. B. Getriebe, Auslöser, und/oder einer Schaltstange, ein elektrisches Schalten der Vakuumschaltröhre 2 antreiben, insbesondere durch Bewegung eines beweglichen Kontaktstücks in der Vakuumschaltröhre 2 auf ein festes Kontaktstück zu und/oder weg. Der Hochspan nungsleistungsschalter 1 kann als mehrpoliger Schalter, ins besondere als dreipoliger Schalter mit drei Vakuumschaltröh ren 2, jeweils in einem Isolator 3 angeordnet, ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können mehrere Vakuumschalt röhren 2 in Reihe und/oder parallel verschaltet, in einem Isolator 3 oder in unterschiedlichen Isolatoren 3 angeordnet sein. Eine Anordnung kann mit senkrecht auf einem oder mehre ren Trägern aufrechtstehenden Isolatorsäulen erfolgen, und/oder in T-Trägerform, wobei jeweils auf jeder Seite der T-Form ein Isolator 3 als Arm der T-Form angeordnet ist.
Wie zuvor beschrieben, umfasst die Vakuumschaltröhre 2 ein Gehäuse in Form eines kreisrunden, geraden Zylinders, welcher im Inneren evakuiert ist. Das Gehäuse ist aus insbesondere gleichen, geraden zylinderförmigen Keramikteilen aufgebaut, welche über Metallteile mit Übergangsstücken zusammengefügt sind. Die Übergangsstücke sind im Gehäuse als Schirmelektro den bzw. Abschirmung ausgeführt, und mit den Keramikteilen, insbesondere durch Löten, mechanisch fest verbunden. Im äuße ren Bereich der Vakuumschaltröhre 2 weisen die Übergangsstü cke eine Ringform auf, welche als Abschirmringe 4 dienen. Im mittleren Bereich der Vakuumschaltröhre 2, in welchem sich im Inneren der Vakuumschaltröhre 2 insbesondere tellerförmig ausgebildete Enden der Kontaktstücke befinden, ist zwischen zwei Abschirmringen 4 statt eines Keramikteils z. B. eine zy linderförmige, metallische Abschirmung angeordnet.
Die Abschirmringe 4 sind jeweils in einer Ebene senkrecht zur Längsachse 5 der Vakuumschaltröhre 2 am äußeren Umfang der Vakuumschaltröhre 2 angeordnet, entlang der Längsachse 5 der Vakuumschaltröhre 2 beabstandet voneinander. Der Abstand be nachbarter Abschirmringe 4 kann im Bereich von Zentimetern bis hin zu Metern sein, insbesondere mit Abschirmringen 4 re gelmäßig entlang der Längsachse 5 der Vakuumschaltröhre 2 an geordnet. In Figur 1 ist in einem gestrichelt umrandeten Be- reich ein Schnitt durch einen Abschirmring 4 auf einer Seite dargestellt. Der Schnitt erfolgt in einer Ebene, in welcher die Längsachse 5 der Vakuumschaltröhre bzw. die Rotationsach se 5 des Abschirmrings 4 liegt. In dem Schnitt weist der Querschnitt 6 des Abschirmrings 4 erfindungsgemäß keine kreisförmige bzw. kreisrunde Form auf, sondern ist parallel zur Innenwandung 7 des Isolators 3 und parallel zum zylinder förmigen Umfang der Vakuumschaltröhre 2 abgeflacht, d. h. weist eine geringere bis keine Krümmung in Richtung Innenwan dung 7 des Isolators 3 und in Richtung zylinderförmiger Um fang der Vakuumschaltröhre 2 auf. Mit in Richtung ist benach bart zu bezeichnen.
In den Figuren 2 bis 4 ist der Schnitt durch den Abschirmring 4, wie im gestrichelt umrandeten Bereich der Figur 1 darge stellt, vergrößert gezeigt. In Figur 2 weist der Abschirmring 4 in der Schnittebene der Rotationsachse 5 bzw. der Längsach se der Vakuumschaltröhre 2 und/oder des Isolators 3 eine el liptische Form auf. In Figur 3 weist der Abschirmring 4 in der Schnittebene der Rotationsachse 5 eine ovale, rennbahnar tige Form auf. In Figur 4 weist der Abschirmring 4 in der Schnittebene der Rotationsachse 5 eine rechteckige Form auf, mit abgerundeten Ecken. Durch die Form der Abschirmringe 4 wird eine optimale bzw. gute Abschirmung elektromagnetischer Felder erreicht, bei minimalem Durchmesser in Richtung senk recht zur Achse 5. Dadurch kann bei gleichem Abstand d der Innenwandung 7 des Isolators 3 zu den Abschirmringen 4 bzw. zur Vakuumschaltröhre 2, der Innen- und Außendurchmesser des Isolators 3 verkleinert werden, gegenüber Abschirmringen 4 mit kreisrundem Querschnitt bzw. mit zwei kreisrunden Formen des Schnitts in der Ebene der Achse 5.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können unterei nander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. die Übergangsstü cke als ein Teil in die Abschirmringe 4 als ein Extrateil eingeformt sein, z. B. eingepresst, angelötet, angeschweißt, und/oder angeklebt. Alternativ können die Übergangsstücke je weils mit einem Abschirmring 4 aus einem Teil gefertigt sein, insbesondere aus einem Metallblech, z. B. Kupfer- und/oder Stahlblech. Die Abschirmringe 4 können die in den Figuren ge zeigten Formen aufweisen, oder andere, am äußeren und inneren Umfang des Ringes abgeflachte Formen, z. B. im Schnitt auf jeder Seite jeweils sechseckige oder mehreckige Form mit ab gerundeten Ecken. Der Abstand der Abschirmringe 4 voneinander kann regelmäßig sein, insbesondere mit jeweils parallel zuei nander angeordneten Abschirmringen 4. Alternativ kann z. B. im mittleren Bereich der Vakuumschaltröhre 2 ein Metallzylin der statt Keramikzylindern angeordnet sein, wobei die Ab schirmringe 4 insbesondere direkt an den Metallzylinder angeformt oder befestigt sein können, und in diesem Bereich der Abstand der Abschirmringe 4 vom Abstand der Abschirmringe im Bereich von miteinander verbundenen Keramikzylindern ab weicht. Die Abschirmringe 4 können auch mit unregelmäßigem Abstand voneinander, insbesondere entlang der Länge einer zy linderförmigen Vakuumschaltröhre 2 angeordnet sein. Die Vaku- umschaltröhre 2 und/oder die Abschirmringe 4 können eine Kreisfläche einschließen, d. h. die Grund- und Deckfläche der Vakuumschaltröhre 2 ist kreisförmig. Alternativ können die Vakuumschaltröhre 2 und/oder die Abschirmringe 4 eine andere Fläche, z. B. eine elliptische Fläche einschließen.
Bezugszeichenliste
1 HochspannungsleistungsSchalter
2 Vakuumschaltröhre
3 Isolator
4 Abschirmring
5 Achse
6 Querschnitt
7 Innenwandung des Isolators
d Abstand des Abschirmrings (4) zur Innenwandung des Isola tors (3)

Claims

Patentansprüche
1. Hochspannungsleistungsschalter (1) mit wenigstens einer Vakuumschaltröhre (2), welche in einem Isolator (3) angeord net ist und wenigstens einen Abschirmring (4) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Abschirmring (4) in einer Schnittebene entlang einer Rotationsachse (5) des Abschirmrings (4) zwei von einem kreisförmigen Querschnitt abweichende Querschnitte (6) aufweist.
2. Hochspannungsleistungsschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Abschirmring (4) in der Schnittebene der Rotationsachse (5) zwei elliptische, und/oder ovale, renn bahnartige Querschnitte (6) und/oder rechteckige Querschnitte (6) mit abgerundeten Ecken aufweist.
3. Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorher gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Vakuumschaltröhre (2) kreiszylinderförmig ausgebildet ist und der Isolator (3) hohlzylinderförmig aus gebildet ist, mit einer kreisrunden Grundfläche, wobei die wenigstens eine Vakuumschaltröhre (2) in dem Isolator (3) ko axial angeordnet ist.
4. Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorher gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rotationsachse (5) des wenigstens einen Abschirmrings (4) koaxial zur Längsachse (5) der wenigstens einen Vakuumschalt röhre (2) ist.
5. Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorher gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Abschirmring (4) um den äußeren Umfang der wenigstens einen Vakuumschaltröhre (2) umlaufend angeord net ist, insbesondere mit der wenigstens einen Vakuumschalt röhre (2) mechanisch stabil verbunden.
6. Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorher gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Querschnitte (6) des wenigstens einen Abschirmrings (4) in der Schnittebene der Rotationsachse (5) des wenigstens ei nen Abschirmrings (4) in Richtung der wenigstens einen Vaku- umschaltröhre (2) und/oder in Richtung der Innenwandung des Isolators (3) abgeflacht sind.
7. Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorher gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwei, vier oder wenigstens sechs Abschirmringe (4) umfasst sind .
8. Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorher gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Abschirmring (4) mechanisch und/oder elektrisch mit wenigstens einer Abschirmelektrode im Inneren der wenigstens einen Vakuumschaltröhre (2) verbunden ist.
9. Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorher gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Abschirmring (4) aus einem leitfähigen Material, insbesondere einem Metall, insbesondere Kupfer und/oder Stahl, oder einem leitfähigen Kunststoff, oder Kunststoff mit leitfähigen Partikeln, insbesondere Silikon mit Rußpartikeln, ausgebildet ist.
10. Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorher gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Abschirmring (4) einen minimalen und/oder maximalen Abstand (d) zur Innenwandung des Isolators (3) im Bereich von Millimetern bis hin zu wenigen Zentimetern auf weist.
11. Verfahren zum elektromagnetischen Abschirmen wenigstens einer Vakuumschaltröhre (2) in einem Isolator (3) eines Hoch spannungsleistungsschalters (1), insbesondere in einem Hoch spannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer elektromagnetischen Abschirmung der we nigstens einen Vakuumschaltröhre (2) durch wenigstens einen Abschirmring (4), dessen zwei Querschnitte (6) in der
Schnittebene der Rotationsachse (5) benachbart zur wenigstens einen Vakuumschaltröhre (2) und/oder benachbart zum Isolator (3) abgeflacht verlaufen verglichen mit dem Querschnitt in Richtung parallel zur Rotationsachse (5) .
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