WO2023147967A1 - Steuerbare vakuumschaltröhre und anordnung sowie verfahren zum absteuern von vakuumschaltröhren - Google Patents

Steuerbare vakuumschaltröhre und anordnung sowie verfahren zum absteuern von vakuumschaltröhren Download PDF

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WO2023147967A1
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vacuum
insulator
vacuum interrupter
interrupters
segments
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PCT/EP2023/050469
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Katrin Benkert
Martin Koletzko
Paul Gregor Nikolic
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Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
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    • H01H33/56—Gas reservoirs

Definitions

  • the invention relates to a vacuum interrupter for switching voltages, having at least one shell and having at least two contact pieces, the at least one shell comprising at least one insulator segment.
  • the invention also includes an arrangement with at least two of the vacuum interrupters described above and a method for shutting down vacuum interrupters.
  • vacuum interrupters or Vacuum switches which include arrangements of vacuum interrupters, z.
  • B Circuit breakers in which switching contacts that can be moved relative to one another are arranged in at least one vacuum interrupter chamber. In high-voltage technology, such vacuum interrupters are used to switch voltages in the high-voltage range, in particular greater than or equal to 52 kV, and/or to switch large currents in the range of up to a few tens of kiloamperes.
  • Vacuum interrupters in particular comprised of switching arrangements, require little maintenance, have a long service life, and are driven simply and reliably, in particular via spring-loaded drives.
  • z. B Arrangements with several vacuum interrupters used whose switching paths are electrically connected in series such. B. is known from DE 10 2013 208 419 A1. Alternatively z. B. Vacuum interrupters with multiple switching paths used in particular in a vacuum interrupter.
  • passive electrical components such. B. a control resistor is connected at a distance in parallel to a vacuum interrupter. These components increase j edoch for a vacuum switch with a vacuum interrupter or. installation space required for an arrangement with several vacuum interrupters. In particular in the case of a vacuum switch with cleaned and dehumidified compressed air, i. H .
  • Clean air as the insulating gas surrounding the vacuum interrupter requires relatively large insulating distances between a vacuum interrupter and a passive electrical component and between a passive electrical component and a particularly metallic switch housing of the arrangement of one or more vacuum interrupters, since the compressed air has a relatively low dielectric strength compared to other insulating gases, such as e.g. B. sulfur hexafluoride.
  • other insulating gases such as e.g. B. sulfur hexafluoride.
  • z. B. the arrangement of the vacuum interrupters and interconnected passive components in different housings is possible.
  • these arrangements are associated with a large space requirement and high costs. A specific voltage distribution across individual elements of a vacuum interrupter is not possible with such a structure.
  • the invention is based on the object of enabling voltage control on a vacuum interrupter and/or an arrangement with a plurality of vacuum interrupters with little space requirement and/or low costs, and/or a method specify ren for deactivating vacuum interrupters with little space and / or costs, in particular with a speci fish, predetermined voltage distribution over individual elements of one or more vacuum interrupters away.
  • a vacuum interrupter for switching voltages with the features of claim 1, an arrangement with previously described vacuum interrupters according to claim 11, and / or a method for deactivating vacuum interrupters, in particular of previously described vacuum interrupters, according to claim 13.
  • Advantageous configurations of the vacuum interrupter according to the invention for switching voltages and/or the arrangement according to the invention with the vacuum interrupters described above are specified in the dependent claims. Subjects of the main claim can be combined with features of the subclaims and features of the subclaims with one another.
  • a vacuum interrupter according to the invention for switching voltages comprises at least one shell and at least two contact pieces, the at least one shell comprising at least one insulator segment.
  • the at least one insulator segment is designed as a control element.
  • Control elements enable a defined, predetermined voltage distribution across the vacuum interrupter when the electrical contact is open, i. H . spaced contacts of the vacuum interrupter.
  • a uniform voltage distribution across the vacuum interrupter is possible, with which damage caused by overvoltages can be avoided and a long-term stable, reliable function of the vacuum interrupter can be ensured.
  • the use of at least one isolator segment of the vacuum interrupter as a control element enables a compact, space-saving, cost-effective vacuum interrupter, in particular in a spatially optimized housing, which z. B. filled with clean air with reduced risk of electrical flashovers .
  • the compact design of the vacuum interrupter through I solatorseg- mente, which are control elements, enables material savings, in particular a small housing size and the saving of additional control elements, reduces costs and enables the use of alternative switching gases such as clean air in compact arrangements, and makes simple, environmentally friendly use of the vacuum interrupters possible.
  • Good scavenging of a compact vacuum interrupter enables safe switching at high voltage levels, especially in the range of a few thousand volts, without electrical flashovers, especially in compact outer housings.
  • the at least one shell can comprise two or more insulator segments, in particular each connected via at least one metal screen. Good deactivation is possible, simply, reliably and inexpensively, in particular over the entire length of the vacuum interrupter with more than one isolator segment as a control element.
  • the insulator segments can be formed from materials and/or include materials which have a dielectric constant s r in the range from 15 to 10000, in particular in the range from 15 to 2000, and/or which have different dielectric constants s r . These , in particular , different values enable a targeted or defined deactivation or Distribution of voltage along the longitudinal axis and/or along the circumference of the vacuum interrupter, with a total value in particular for discharge at high voltages in the range greater than or equal to 52 kV.
  • the vacuum interrupter can be designed to switch voltages in the high-voltage range, in particular in the range greater than or equal to 52 kV.
  • the insulator segments can have a total capacitance in the range from 10 to 4000 pF, in particular in the range from 500 to 4000 pF.
  • the at least one insulator segment can consist of glass, ceramic and/or glass ceramic and/or comprise glass, ceramic and/or glass ceramic. These materials are well suitable as controls, e.g. B. as capacitors and/or resistors, with insulating properties to prevent electrical flashovers across the vacuum interrupter. Foreign substances of a defined concentration can be introduced in a targeted manner into the insulator materials, in particular via doping, in order to produce the required electrical properties, in particular for targeted deflection.
  • the at least one insulator segment can be designed to close the envelope in a vacuum-tight manner to the outside.
  • the insulator segments enable the vacuum interrupter to function reliably and with long-term stability, with a stable vacuum in the interrupter chamber or Covering .
  • a compact design of the controllable vacuum interrupter is possible, which fits in particular in compact outer housings, with little need for protective gas or I insulating gas, e.g. B. Clean Air and/or SF 6 .
  • the double function of the isolator segments as elements of the envelope of the vacuum interrupter and as deactivation elements makes control elements attached to the envelope and/or control elements in external outer housings superfluous for deactivation, particularly at high voltage, with the advantages described above.
  • the at least one insulator segment can be of hollow cylindrical design, in particular with a circular-cylindrical cross-section.
  • the insulator segment can form part of the outer shell in the case of hollow cylindrical vacuum interrupters and/or enclose in particular form-fitting insulator segments in a space-saving manner, e.g. B. in the manner of a multi-layer composite element.
  • Cylindrical elements have high mechanical stability with minimal or optimized wall thicknesses.
  • the at least one shell can enclose insulator segments of different lengths along the longitudinal axis of the vacuum interrupter summarize and / or insulator segments of different widths, in particular in cross section and / or a wall thickness include.
  • insulator segments can be used as controls, in particular made of one material, with different electrical properties, e.g. B. with different electrical resistance values and / or electrical capacitance values.
  • Vacuum interrupters can thus be produced in predetermined, defined shapes, with the electrical intrinsic switching of the envelope that is defined and necessary for deactivation, in particular as a function of the maximum voltages and/or currents to be switched.
  • a length of insulator segments is z. B. in the range of 10 to 100 millimeters, a second length is z.
  • the at least one insulator segment can each have an electrical conductivity which is in a range of resistive voltage control, in particular in the kilo ohm and/or mega ohm range, and/or the at least one insulator segment can each have an electrical capacitance which is in a range of the capacitive voltage control, in particular in a range from 10 to 10000 pF.
  • Insulator segments with appropriate values are well suited to turn off vacuum interrupters, especially for switching voltages in the range of a few thousand volts, e.g. B. greater than or equal to 52 kV, with insulating properties, ie without electrical flashovers over the length of the vacuum interrupter.
  • the at least two contact pieces can comprise at least one spatially fixed contact piece and one spatially movable contact piece, with the movable contact piece being guided in a vacuum-tight manner into the at least one envelope, in particular via at least one bellows, and/or at least two cover parts closing off the vacuum interrupter at the ends, and/ or the insulator segments with the cover parts close the vacuum interrupter with the at least one bellows in a vacuum-tight manner to the outside, the insulator segments being connected to one another in particular via metal screens.
  • the metal screens can act as vapor screens inside the vacuum interrupter or be designed as vapor screens.
  • a defined interconnection of the ceramic segments as control elements can take place via the metal screens and their electrical contacting, in particular with one another. This is inexpensive and easy a deactivation or. Voltage distribution possible over the length of the vacuum interrupter in the state with open electrical contact or Contact pieces, which are spaced apart, with in particular different, defined values of the control elements and the metal screens arbitrarily, d . H . defined interconnectable . Overvoltages on individual isolator segments can be prevented, which increases the service life of the vacuum interrupter and enables long-term stable operation, in particular without disruptions and even destruction due to overvoltages on the ceramic segments. A vacuum-tight envelope enables the vacuum interrupter to function reliably and with long-term stability.
  • the vacuum interrupter can be designed to switch voltages in the high-voltage range, in particular in the range greater than or equal to 52 kV. Due to the deactivation via the isolator segments, switching of high voltages with vacuum interrupters is possible without electrical flashovers, in particular across the outer shell of the vacuum interrupter, and without disturbances up to and including irreversible destruction of the vacuum interrupter.
  • An arrangement according to the invention with the vacuum interrupters described above comprises at least two, in particular more than two vacuum interrupters, which are electrically connected in series, in particular connected in series with insulator segments, electrically connected via at least one metal shield, and/or via a plurality of metal shields, and/or that the vacuum interrupters are electrically connected in series via contact pieces of the vacuum interrupters.
  • a metal tank and/or an isolator housing can be included in the arrangement according to the invention, in which the vacuum interrupters are arranged, in particular filled with clean air as the isolator gas.
  • climate-neutral insulating gases such as e.g. B. Clean Air in compact, e .g . B. inexpensively available standard housings .
  • Figure 1 schematically shows a vacuum interrupter 1 according to the invention for switching voltages in an oblique view from the side, with isolator segments 6 of the envelope 2 as control elements, and
  • Figure 2 shows an inventive arrangement 10 of two series-connected vacuum interrupters 1 of Figure 1, which are comprised of a housing 11, the z. B. is filled with Clean Air as I insulating gas 12 .
  • FIG. 1 shows a schematic of a vacuum interrupter 1 according to the invention for switching voltages, in particular of High voltages in the range greater than/equal to 52 kV, shown as an example in an oblique view from one side.
  • the vacuum interrupter 1 has an envelope 2 which includes, among other things, a central main shield 5 and insulator segments 6 to the right and left of the main shield 5 .
  • the main shield 5 and the insulator segments 6 are designed in the form of a hollow cylinder or tube. Adjacent insulator segments 6, three in each case on each side of the main shield 5 in the example in FIG. 1, are connected to one another by metal shields 5.
  • the metal screens 5 are z. B. formed inside the shell 2 as a vapor shield and / or only as rings, which connect cylindrical insulator segments 6 together and allow electrical wiring.
  • the hollow-cylindrical insulator segments 6 are closed in a fluid-tight manner via cover parts 8 and 9.
  • the vacuum interrupter 1 is evacuated or there is a vacuum.
  • Contact pieces 3 and 4 protrude from the ends of the vacuum interrupter 1 into the cylindrical shell 2 of the vacuum interrupter 1, e.g. B. a fixed contact piece 3 from one side, z. B. a base of the cylindrical shell 2, forth in, and a movable contact piece 4 from the other side, z. B. a top surface of the cylindrical shell 2, ago in the vacuum interrupter 1 inside.
  • the main screen 5 is z. B. from a metal, in particular copper and / or steel, and includes z. B. inside Bedampfungstalke or steam screens, which for the sake of simplicity are not shown in the figures.
  • the hollow cylindrical insulator segments 6 are z. B. made of sintered ceramic and in particular surface treated. Alternatively, the insulator segments 6 z. B. be made of glass and / or a glass ceramic or include them.
  • the insulator segments 6 are designed as control elements, in particular as capacitors and/or resistors. For this z. B. dopants are introduced into the material of the insulator segments 6 .
  • the insulator segments 6 have z. B.
  • Dielectric constants £ r in the range from 15 to 10000, in particular in the range from 15 to 2000, which can be assumed to have good electrically insulating properties.
  • insulator segments 6 with different dielectric constants s r can be used.
  • the insulator segments 6 z. B. electrical conductivities, which are in a range of resistive voltage control, especially in the range of kilo ohms and / or mega ohms, which can be assumed to have good insulating properties.
  • the insulator segments 6 In the form of capacitors, the insulator segments 6 have electrical capacitances which lie in a range of capacitive voltage control, in particular in a range from 10 to 10,000 pF.
  • the insulator segments 6 can be continuously doped, or z. B. only on an outer surface, whereby in the latter case the insulator segments 6 represent pure insulators on the inside and are capacitors and/or resistors in the outer area.
  • Doping can also take place in a specific insulator segment depth and with a defined layer thickness.
  • Different resistances or capacities can e.g. B. by different doping of the insulator segments 6, and/or by different lengths, widths and/or wall thicknesses of the insulator segments 6.
  • Insulator segments 6 can be constructed in the manner of a laminate, with insulator segment elements of different resistance and/or capacitance values. In particular, a plurality of rings or hollow cylinders can be slipped or arranged one above the other or into one another.
  • the insulator segments 6 have z. B. a length in the range of 10 to 100 millimeters, a second length z. B. in the range of 20 to 200 millimeters, and / or a third length z. B. in the range of 30 to 300 millimeters. Other lengths are possible and/or different combinations of insulator segments 6 of different lengths are possible. There are also equal lengths of all insulator segments or individual ones insulator segments possible.
  • the diameter of the insulator segments 6 is z. B. in the range of 10 to 40 centimeters and the wall thickness of the lolator segments 6 is z. B. in the range of 10 to 80 millimeters. Different diameters and/or wall thicknesses of the insulator segments 6 and combinations of different diameters and/or wall thicknesses are also possible, or it is possible to use all insulator segments with the same dimensions.
  • the insulator segments 6 are connected to one another via metal shields 5 in a mechanically stable manner and in an electrically contactable manner.
  • z. B. dopants can also be introduced into the insulator segments 6, and/or a defined diffusion of the dopants at high temperatures is possible.
  • the dopants can, for. B. in a sintering process or another manufacturing process of the insulator segments 6 previously introduced.
  • the metal screens 5, in particular made of copper and / or steel, z. B. ring-shaped and / or hollow-cylindrical. Inside the vacuum interrupter 1, the metal screens 5 z.
  • the contacts 3 and 4 are z. B. made of copper and / or steel, and in particular bolt-shaped, with z. B. slotted, plate-shaped ends inside the vacuum interrupter 1 is formed.
  • the fixed contact piece 3 is connected in a fluid-tight manner to a first cover part 8 on one end of the vacuum interrupter 1, the cover part 8 acting as a vacuum-tight connection.
  • Short circuit of the vacuum interrupter 1 z. B. is made of a metal, in particular copper and/or steel.
  • the movable contact piece 4 is fluid-tightly connected to a second cover part 9 on the other end of the vacuum interrupter 1, z. B. movably mounted via a bellows, which is not shown in FIG. 1 for the sake of simplicity.
  • the cover part 9 is designed as a vacuum-tight closure of the vacuum interrupter 1 z. B. made of a metal, in particular copper or steel.
  • the vacuum interrupter 1 z. B. a length in the range of in particular 30 to 100 centimeters, and a circumference in the range of z. B. a few centimeters to meters, in particular 10 to 150 centimeters.
  • the I solator segments 6 are z. B. electrically connected in series along the longitudinal axis of the vacuum tube 1 , in particular electrically contacted in each case via successive metal screens 5 .
  • the I solator segments 6 are also defined via the metal shields 5, can be connected as desired, e.g. B. via cabling and/or external circuitry, in particular I solator segments of different lengths, widths and/or wall thicknesses and/or differently doped. This ensures good deactivation of the vacuum interrupters 1 according to the input set, in particular depending on current and/or voltage values and/or the environment in use.
  • FIG. 2 shows two vacuum interrupters 1 according to the invention from FIG.
  • a series connection, as shown in FIG. 2, is possible.
  • Other external connections are possible via an electrical contact and connection of the metal shields 5, in particular according to a desired, predefined voltage distribution or. Deactivation via the vacuum interrupters 1 .
  • the metal screens can be built in two parts, with insulator material between the at least two parts. In this way, adjacent insulator segments can be electrically connected separately from one another, each being electrically connected to a part of a specific metal shield.
  • the vacuum interrupters 1 in the exemplary embodiment from FIG. B. Contact pieces 3 assembled by screw, adhesive, solder, weld and/or press connections.
  • the vacuum interrupters 1 can also be connected to one another via movable or a movable and a fixed contact piece 3, 4, which is not shown in the figures for the sake of simplicity.
  • the vacuum interrupters 1 are z. B. arranged in a housing 11 or. surrounded by a housing 11 .
  • the housing 11 is z. B. a gas-tight sealed metal tank and/or a Gas-tight sealed isolator housing.
  • Metal tank housings are e.g. B. made of steel and / or aluminum, especially at ground potential in the manner of a dead tank.
  • Insulator housings are e.g. B. made of ceramic, silicone and / or composite materials, in particular with a ribbed outer surface to extend leakage current paths.
  • the housing 11 is z. B. with clean air as the insulating gas 12, which is climate-neutral. Alternatively or additionally, insulating gases 12 such. B. SF 6 and / or CO2 can be used.
  • the exemplary embodiments described above can be combined with one another and/or can be combined with the prior art.
  • So e.g. B. more than two vacuum interrupters 1 are interconnected, in particular in series and / or in parallel.
  • the insulator segments 6 can have different shapes, in particular circular-cylindrical, cylindrical with an elliptical base and top surface, rectangular, square, and/or shapes with a convex and/or concave surface.
  • the surface of the insulator segments 6 can, for. B. be structured, especially ribbed and / or with a corrugated structure.
  • insulating gases 12 such as B. Clean Air
  • housing 11 allows.
  • Any desired voltage distributions are possible through different circuits or Connections possible, especially when using insulator segments as capacitors and/or resistors of different sizes, in particular insulator segments 6 of different lengths, widths and/or wall thicknesses, and/or doping.

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre (1) zum Schalten von Spannungen, mit wenigstens einer Hülle (2) und mit wenigstens zwei Kontaktstücken (3, 4), wobei die wenigstens eine Hülle (2) wenigstens ein Isolatorsegment (6) umfasst. Das wenigstens eine Isolatorsegment (6) ist als Steuerelement ausgebildet. Weiterhin umfasst die Erfindung eine Anordnung (10) mit wenigstens zwei der zuvor beschriebenen Vakuumschaltröhren (1), welche elektrisch in Reihe geschaltet sind, und ein Verfahren zum Absteuern von Vakuumschaltröhren (1), wobei ein elektrisches Absteuern mittels Isolatorsegmenten (6) als Steuerelementen erfolgt.

Description

Beschreibung
Steuerbare Vakuumschaltröhre und Anordnung sowie Verfahren zum Absteuern von Vakuumschaltröhren
Die Erfindung betri f ft eine Vakuumschaltröhre zum Schalten von Spannungen, mit wenigstens einer Hülle und mit wenigstens zwei Kontaktstücken, wobei die wenigstens eine Hülle wenigstens ein I solatorsegment umfasst . Weiterhin umfasst die Erfindung eine Anordnung mit wenigstens zwei der zuvor beschriebenen Vakuumschaltröhren und ein Verfahren zum Absteuern von Vakuumschaltröhren .
Vakuumschaltröhren bzw . Vakuumschalter, welche Anordnungen von Vakuumschaltröhren umfassen, sind z . B . Leistungsschalter, bei denen relativ zueinander bewegbare Schaltkontakte in wenigstens einer Vakuumschaltkammer angeordnet sind . In der Hochspannungstechnik werden derartige Vakuumschaltröhren zum Schalten von Spannungen im Hochspannungsbereich, insbesondere größer oder gleich 52 kV, und/oder zum Schalten großer Ströme im Bereich von bis zu einigen zehn Kiloampere verwendet . Vakuumschaltröhren, insbesondere umfasst von Anordnungen zum Schalten, sind wartungsarm, langlebig, und werden insbesondere über Federspeicheranriebe einfach und zuverlässig angetrieben . Für hohe Spannungsanforderungen werden z . B . Anordnungen mit mehreren Vakuumschaltröhren verwendet , deren Schaltstrecken elektrisch in Reihe geschaltet sind, wie z . B . aus der DE 10 2013 208 419 Al bekannt ist . Alternativ werden z . B . Vakuumschaltröhren mit mehreren Schaltstrecken insbesondere in einer Vakuumschaltröhre verwendet .
Im Fall von mehreren Vakuumschaltröhren wird, bei geöf fneten Schaltstrecken der Vakuumschaltröhren, eine den Vakuumschaltröhren angepasste Spannungsaufteilung auf die Vakuumschaltröhren angestrebt , d . h . Absteuerung, um eine Überlastung einzelner Vakuumschaltröhren zu vermeiden . Im Fall von Vakuumschaltröhren mit mehreren Schaltstrecken in insbesondere einer Vakuumschaltröhre wird, bei geöf fneten Schaltstrecken der Vakuumschaltröhre , eine den Schaltstrecken angepasste Spannungsaufteilung bzw . Absteuerung angestrebt , um eine Überlastung zu vermeiden . Beispielsweise wird bei mehreren gleichartig ausgebildeten, hintereinander geschalteten Vakuumschaltröhren bzw . Schaltstrecken, eine möglichst gleichmäßige Spannungsaufteilung auf die Vakuumschaltröhren respektive Schaltstrecken angestrebt .
Um eine angestrebte Spannungsaufteilung auf die Vakuumschaltröhren bzw . Schaltstrecken zu erreichen, werden beispielsweise passive elektrische Bauelemente wie z . B . ein Steuerwiderstand beabstandet parallel zu einer Vakuumschaltröhre geschaltet . Diese Bauelemente vergrößern j edoch den für einen Vakuumschalter mit einer Vakuumschaltröhre bzw . für eine Anordnung mit mehreren Vakuumschaltröhren benötigten Bauraum . Insbesondere bei einem Vakuumschalter mit gereinigter und entfeuchteter Druckluft , d . h . Clean Air als die Vakuumschaltröhre umgebendes I soliergas , sind relativ große I solationsabstände zwischen einer Vakuumschaltröhre und einem passivem elektrischen Bauelement sowie zwischen einem passivem elektrischen Bauelement und einem insbesondere metallischen Schaltergehäuse der Anordnung von einer oder mehr Vakuumschaltröhren notwendig, da die Druckluft eine relativ geringe elektrische Durchschlagfestigkeit im Vergleich zu anderen Isoliergasen, wie z . B . Schwefelhexafluorid, aufweist . Um eine ausreichende I solation zwischen den Vakuumschaltröhren und Schaltungen mit passiven Bauelementen zu erreichen, ist z . B . die Anordnung der Vakuumschaltröhren und verschalteten passiven Bauelemente in unterschiedlichen Gehäusen möglich . Diese Anordnungen sind j edoch mit einem hohen Platzbedarf und hohen Kosten verbunden . Eine spezi fische Spannungsaufteilung über einzelne Elemente einer Vakuumschaltröhre hinweg ist mit einem derartigen Aufbau nicht möglich .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , eine Spannungssteuerung an einer Vakuumschaltröhre und/oder einer Anordnung mit mehreren Vakuumschaltröhren, mit geringem Platzbedarf und/oder geringen Kosten zu ermöglichen, und/oder ein Verfah- ren zum Absteuern von Vakuumschaltröhren mit geringem Platzbedarf und/oder Kosten anzugeben, insbesondere mit einer spezi fischen, vorbestimmten Spannungsaufteilung über einzelne Elemente einer oder mehrerer Vakuumschaltröhren hinweg .
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vakuumschaltröhre zum Schalten von Spannungen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , einer Anordnung mit zuvor beschriebenen Vakuumschaltröhren gemäß Anspruch 11 , und/oder einem Verfahren zum Absteuern von Vakuumschaltröhren, insbesondere von zuvor beschriebenen Vakuumschaltröhren, gemäß Anspruch 13 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre zum Schalten von Spannungen und/oder der erfindungsgemäßen Anordnung mit zuvor beschriebenen Vakuumschaltröhren, sind in den Unteransprüchen angegeben . Dabei sind Gegenstände des Hauptanspruchs mit Merkmalen von Unteransprüchen und Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar .
Eine erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre zum Schalten von Spannungen umfasst wenigstens eine Hülle und wenigstens zwei Kontaktstücke , wobei die wenigstens eine Hülle wenigstens ein Isolatorsegment umfasst . Das wenigstens eine I solatorsegment ist als Steuerelement ausgebildet .
Steuerelemente ermöglichen eine definierte , vorbestimmte Spannungsverteilung über die Vakuumschaltröhre hinweg bei geöf fnetem elektrischem Kontakt , d . h . beabstandeten Kontakten der Vakuumschaltröhre . Insbesondere eine gleichmäßige Spannungsverteilung über die Vakuumschaltröhre hinweg ist möglich, womit Beschädigungen durch Überspannungen vermieden werden können und eine langzeitstabile , zuverlässige Funktion der Vakuumschaltröhre sichergestellt werden kann . Die Verwendung wenigstens eines I solatorsegmentes der Vakuumschaltröhre als Steuerelement ermöglicht eine kompakte , platzsparende , kostengünstige Vakuumschaltröhre , insbesondere in einem räumlich optimierten Gehäuse , welches z . B . mit Clean Air befüllt ist , mit verringerter Gefahr von elektrischen Überschlägen . Der kompakte Aufbau der Vakuumschaltröhre durch I solatorseg- mente , welche Steuerelemente sind, ermöglicht eine Materialersparnis , insbesondere eine geringe Gehäusegröße sowie die Einsparung von zusätzlichen Steuerelementen, verringert Kosten, und ermöglicht die Verwendung von alternativen Schaltgasen wie Clean Air in kompakten Anordnungen, und macht einen einfachen, umweltfreundlichen Einsatz der Vakuumschaltröhren möglich . Eine gute Absteuerung einer kompakten Vakuumschaltröhre ermöglicht ein sicheres Schalten bei hohen Spannungsebenen, insbesondere im Bereich von einigen Tausend Volt , ohne elektrische Überschläge insbesondere in kompakten äußeren Gehäusen .
Die wenigstens eine Hülle kann zwei oder mehr I solatorsegmente umfassen, insbesondere verbunden j eweils über wenigstens einen Metallschirm . Eine gute Absteuerung ist insbesondere über die gesamte Länge der Vakuumschaltröhre mit mehr als einem I solatorsegment als Steuerelement möglich, einfach, zuverlässig und kostengünstig .
Die I solatorsegmente können aus Materialien ausgebildet sein und/oder Materialien umfassen, welche eine Dielektri zitätskonstante sr im Bereich von 15 bis 10000 , insbesondere im Bereich von 15 bis 2000 , aufweisen, und/oder welche unterschiedliche Dielektri zitätskonstanten sr aufweisen . Diese , insbesondere unterschiedlichen Werte ermöglichen eine gezielte bzw . definierte Absteuerung bzw . Spannungsaufteilung entlang der Längsachse und/oder entlang des Umfangs der Vakuumschaltröhre , mit einem Gesamtwert insbesondere für eine Absteuerung bei Hochspannungen im Bereich größer oder gleich 52 kV . Die Vakuumschaltröhre kann ausgebildet sein, Spannungen im Hochspannungsbereich, insbesondere im Bereich größer oder gleich 52 kV zu schalten . Dazu können die I solatorsegmente eine Gesamtkapazität im Bereich von 10 bis 4000 pF, insbesondere im Bereich 500 bis 4000 pF aufweisen .
Das wenigstens eine I solatorsegment kann aus Glas , Keramik, und/oder Glaskeramik bestehen und/oder Glas , Keramik, und/oder Glaskeramik umfassen . Diese Materialien sind gut ge- eignet als Steuerelemente , z . B . als Kondensatoren und/oder Widerstände , mit isolierenden Eigenschaften, um elektrische Überschläge über die Vakuumschaltröhre zu verhindern . Insbesondere über Dotierungen können gezielt in die I solator- Materialien Fremdstof fe definierter Konzentration eingebracht werden, um benötigte elektrische Eigenschaften zu erzeugen, insbesondere zum gezielten Absteuern .
Das wenigstens eine I solatorsegment kann ausgebildet sein, die Hülle vakuumdicht nach außen hin abzuschließen . Damit ermöglichen die I solatorsegmente eine zuverlässige , langzeitstabile Funktion der Vakuumschaltröhre , mit einem stabilen Vakuum in der Schaltkammer bzw . Hülle . Es sind keine zusätzlichen Steuerelemente , z . B . keine zusätzlichen externen Widerstände und/oder Kondensatoren, zum Absteuern nötig, was Aufwand, Kosten, Bauraum und Material spart . Eine kompakte Bauweise der absteuerbaren Vakuumschaltröhre ist möglich, welche insbesondere in kompakte äußere Gehäuse passt , mit wenig Bedarf an Schutzgas bzw . I soliergas , wie z . B . Clean Air und/oder SF6. Die Doppel funktion der I solatorsegmente als Elemente der Hülle der Vakuumschaltröhre und als Absteuerelemente , macht an der Hülle angebrachte Steuerelemente und/oder Steuerelemente in externen äußeren Gehäusen für eine Absteuerung insbesondere bei Hochspannung überflüssig, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen .
Das wenigstens eine I solatorsegment kann hohl zylinderförmig ausgebildet sein, insbesondere mit einem kreis zylinderförmigen Querschnitt . Damit kann das I solatorsegment bei hohl zylinderförmigen Vakuumschaltröhren einen Teil der äußeren Hülle bilden und/oder platzsparend insbesondere formschlüssig Isolatorsegmente umschließen, z . B . nach Art eines mehrlagigen Verbundelements . Zylinderförmige Elemente weisen eine hohe mechanische Stabilität bei minimalen oder optimierten Wandstärken auf .
Die wenigstens eine Hülle kann I solatorsegmente unterschiedlicher Länge entlang der Längsachse der Vakuumschaltröhre um- fassen und/oder Isolatorsegmente unterschiedlicher Breite, insbesondere im Querschnitt und/oder einer Wandstärke, umfassen. Damit sind Isolatorsegmente als Steuerelemente, insbesondere aus einem Material, mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften verwendbar, z. B. mit unterschiedlichen elektrischen Widerstandswerten und/oder elektrischen Kapazitätswerten. Vakuumschaltröhren sind somit in vorgegebenen, definierten Formen herstellbar, mit für die Absteuerung definiert, notwendigen elektrischen Eigenschalten der Hülle, insbesondere abhängig der zu schaltenden maximalen Spannungen und/oder Ströme. Eine Länge von Isolatorsegmenten ist z. B. im Bereich von 10 bis 100 Millimetern, eine zweite Länge ist z. B. im Bereich von 20 bis 200 Millimetern, und/oder eine dritte Länge ist z. B. im Bereich von 30 bis 300 Millimetern. Der Durchmesser der Isolatorsegmente liegt z. B. im Bereich von 10 bis 40 Zentimetern und die Wandstärke der Isolatorsegmente liegt z. B. im Bereich von 10 bis 80 Millimetern. Damit sind unterschiedliche Schaltungen der Steuerelemente mit verschiedenen Werten wie z. B. Kapazität und/oder Ohm' sehen Widerstand möglich, welche vordefinierte, gewünschte Spannungsverteilungen über Bereiche der Vakuumschaltröhre hinweg ermöglichen .
Das wenigstens eine Isolatorsegment kann jeweils eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, welche in einem Bereich der resistiven Spannungssteuerung ist, insbesondere im Bereich von Kilo Ohm und/oder Mega Ohm, und/oder das wenigstens eine Isolatorsegment kann jeweils eine elektrische Kapazität aufweisen, welche in einem Bereich der kapazitiven Spannungssteuerung ist, insbesondere in einem Bereich von 10 bis 10000 pF. Isolatorsegmente mit entsprechenden Werten sind gut geeignet, eine Absteuerung von Vakuumschaltröhren, insbesondere für Schaltspannungen im Bereich von einigen Tausend Volt, z. B. größer gleich 52 kV, zu ermöglichen, mit isolierenden Eigenschaften, d. h. ohne elektrische Überschläge über die Länge der Vakuumschaltröhre hinweg. Die wenigstens zwei Kontaktstücke können wenigstens ein räumlich festes Kontaktstück und ein räumlich bewegbares Kontaktstück umfassen, wobei das bewegbare Kontaktstück insbesondere über wenigstens einen Faltenbalg vakuumdicht in die wenigstens eine Hülle geführt ist , und/oder wenigstens zwei Deckelteile die Vakuumschaltröhre an den Enden abschließen, und/oder die I solatorsegmente mit den Deckelteilen die Vaku- umschaltröhre mit dem wenigstens einen Faltenbalg vakuumdicht nach außen hin abschließen, wobei die I solatorsegmente insbesondere über Metallschirme untereinander verbunden sind . Die Metallschirme können im Inneren der Vakuumschaltröhre als Dampfschirme wirken bzw . als Dampfschirme ausgebildet sein .
Eine definierte Verschaltung der Keramiksegmente als Steuerelemente kann über die Metallschirme und deren elektrische Kontaktierung insbesondere untereinander erfolgen . Damit ist kostengünstig und einfach eine Absteuerung bzw . Spannungsverteilung über die Länge der Vakuumschaltröhre möglich, im Zustand mit geöf fnetem elektrischem Kontakt bzw . Kontaktstücken, welche voneinander beabstandet sind, mit insbesondere unterschiedlichen, definierten Werten der Steuerelemente und über die Metallschirme beliebig, d . h . definiert verschaltbar . Überspannungen an einzelnen I solatorsegmenten können verhindert werden, womit die Lebensdauer der Vakuumschaltröhre erhöht wird und eine langzeitstabile Funktion ermöglicht wird, insbesondere ohne Störungen bis hin zu Zerstörungen durch Überspannungen an Keramiksegmenten . Eine vakuumdichte Hülle ermöglich eine langzeitstabile , zuverlässige Funktion der Vakuumschaltröhre .
Die Vakuumschaltröhre kann ausgebildet sein, Spannungen im Hochspannungsbereich, insbesondere im Bereich größer oder gleich 52 kV zu schalten . Durch die Absteuerung über die I solatorsegmente ist ein Schalten hoher Spannungen mit Vakuumschaltröhren möglich, ohne elektrische Überschläge insbesondere über die äußere Hülle der Vakuumschaltröhre hinweg, und ohne Störungen bis hin zu einer irreversiblen Zerstörung der Vakuumschaltröhre . Eine erfindungsgemäße Anordnung mit zuvor beschriebenen Vakuumschaltröhren umfasst wenigstens zwei , insbesondere mehr als zwei Vakuumschaltröhren, welche elektrisch in Reihe geschaltet sind, insbesondere mit I solatorsegmenten in Reihe geschaltet , elektrisch verbunden über wenigstens einen Metallschirm, und/oder über mehrere Metallschirme , und/oder dass die Vakuumschaltröhren elektrisch in Reihe geschaltet sind über Kontaktstücke der Vakuumschaltröhren . Das Schalten hoher Spannungsebenen, insbesondere von Hochspannungen im Bereich größer oder gleich 52 kV, kann derart mit kostengünstigen, einfach aufgebauten Vakuumschaltröhren erfolgen . Eine Absteuerung wie zuvor beschrieben, mit I solatorsegmenten als Steuerelementen insbesondere angeordnet entlang der Längsachse der Vakuumschaltröhren, ermöglicht eine Spannungsaufteilung auf die Vakuumschaltröhren und gezielte Absteuerung der einzelnen Vakuumschaltröhren, welche in Reihe hintereinandergeschaltet sind . Damit sind die zuvor beschriebenen Vorteile , insbesondere bei kostengünstigem, einfachem, platzsparendem, kompaktem Aufbau bzw . Anordnung, erreichbar .
Ein Metalltank- und/oder ein I solator-Gehäuse kann von der erfindungsgemäßen Anordnung umfasst sein, in welchem die Vakuumschaltröhren angeordnet sind, insbesondere befüllt mit Clean Air als I soliergas .
Die Verwendung der I solatorsegmente der Vakuumschaltröhre bzw . Vakuumschaltröhren als Steuerelemente , womit sich eine kompakte Anordnung ergibt , ermöglicht ein kompaktes Metalltank- und/oder I solator-Gehäuse , mit geringem Material- und Kostenaufwand, verringert die Gefahr von elektrischen Überschlägen, reduziert das Schaltgasvolumen und/oder ermöglicht die Verwendung von klimafreundlichen bzw . klimaneutralen I soliergasen wie z . B . Clean Air in kompakten, z . B . kostengünstig erhältlichen Standard-Gehäusen .
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Absteuern von Vakuumschaltröhren, insbesondere von zuvor beschriebenen Vakuum- schaltröhren und/oder von Anordnungen mit zuvor beschriebenen Vakuumschaltröhren umfasst , dass ein elektrisches Absteuern mittels I solatorsegmenten als Steuerelementen erfolgt , insbesondere als Kondensatoren und/oder Widerständen, welche Teil der Hüllen der Vakuumschaltröhren sind und/oder um die j eweilige Hülle , insbesondere als Ring die Hülle umschließend, angeordnet sind, insbesondere in einem Gehäuse mit den Vakuumschaltröhren, und/oder mit I solatorsegmenten unterschiedlicher Vakuumschaltröhren, welche in Reihe geschaltet sind .
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Absteuern von Vakuumschaltröhren, insbesondere von zuvor beschriebenen Vakuumschaltröhren und/oder von zuvor beschriebenen Anordnungen mit Vakuumschaltröhren, gemäß Anspruch 13 , und die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung mit zuvor beschriebenen Vakuumschaltröhren gemäß Anspruch 11 , sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre zum Schalten von Spannungen gemäß Anspruch 1 und umgekehrt .
Im Folgenden werden Aus führungsbeispiele der Erfindung schematisch in den Figuren dargestellt und nachfolgend näher beschrieben .
Dabei zeigen die
Figur 1 schematisch eine erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre 1 zum Schalten von Spannungen in Schrägansicht von der Seite , mit I solatorsegmenten 6 der Hülle 2 als Steuerelementen, und
Figur 2 eine erfindungsgemäße Anordnung 10 von zwei in Reihe geschalteten Vakuumschaltröhren 1 der Figur 1 , welche von einem Gehäuse 11 umfasst sind, das z . B . mit Clean Air als I soliergas 12 befüllt ist .
In Figur 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre 1 zum Schalten von Spannungen, insbesondere von Hochspannungen im Bereich größer/gleich 52 kV, in Schrägansicht von einer Seite beispielhaft dargestellt. Die Vakuumschaltröhre 1 weist eine Hülle 2 auf, welche unter anderem einen mittigen Hauptschirm 5 und jeweils rechts und links vom Hauptschirm 5 gesehen Isolatorsegmente 6 umfasst. Der Hauptschirm 5 und die Isolatorsegmente 6 sind hohlzylinderförmig bzw. rohrförmig ausgebildet. Benachbarte Isolatorsegmente 6, im Beispiel der Figur 1 jeweils drei auf jeder Seite des Hauptschirms 5, sind jeweils durch Metallschirme 5 miteinander verbunden. Die Metallschirme 5 sind z. B. im Inneren der Hülle 2 als Dampf schirme ausgebildet und/oder nur als Ringe, welche zylinderförmige Isolatorsegmente 6 miteinander verbinden und eine elektrische Verschaltung ermöglichen.
An den Enden der Vakuumschaltröhre 1 sind die hohlzylinderförmigen Isolatorsegmente 6 über Deckelteile 8 und 9 fluiddicht verschlossen. Im Inneren ist die Vakuumschaltröhre 1 evakuiert bzw. herrscht ein Vakuum. Von den Enden der Vakuumschaltröhre 1 her ragen Kontaktstücke 3 und 4 in die zylinderförmige Hülle 2 der Vakuumschaltröhre 1 hinein, z. B. ein festes Kontaktstück 3 von einer Seite, z. B. einer Grundfläche der zylinderförmigen Hülle 2, her hinein, und ein bewegliches Kontaktstück 4 von der anderen Seite, z. B. einer Deckfläche der zylinderförmigen Hülle 2, her in die Vakuumschaltröhre 1 hinein.
Der Hauptschirm 5 ist z. B. aus einem Metall, insbesondere Kupfer und/oder Stahl, und umfasst z. B. im Inneren Bedampfungsschirme bzw. Dampf schirme, welche der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt sind. Die hohlzylinderförmigen Isolatorsegmente 6 sind z. B. aus gesinterter Keramik hergestellt und insbesondere oberflächenbehandelt. Alternativ können die Isolatorsegmente 6 z. B. aus Glas und/oder einer Glaskeramik sein bzw. diese umfassen. Die Isolatorsegmente 6 sind als Steuerelemente ausgebildet, insbesondere als Kondensatoren und/oder Widerstände. Dazu sind z. B. Dotierstoffe in das Material der Isolatorsegmente 6 eingebracht. Die Isolatorsegmente 6 weisen dadurch z. B. Dielektrizitätskonstanten £r im Bereich von 15 bis 10000, insbesondere im Bereich von 15 bis 2000, auf, womit von guten elektrisch isolierenden Eigenschaften auszugehen ist. Für definierte Absteuerungen über die Länge der Vakuumschaltröhre 1 hinweg, können Isolatorsegmente 6 mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten sr verwendet werden.
Als Widerstände ausgebildet weisen die Isolatorsegmente 6 z. B. elektrische Leitfähigkeiten auf, welche in einem Bereich der resistiven Spannungssteuerung liegen, insbesondere im Bereich von Kilo Ohm und/oder Mega Ohm, womit von guten isolierenden Eigenschaften auszugehen ist. Als Kondensatoren ausgebildet weisen die Isolatorsegmente 6 elektrische Kapazitäten auf, welche in einem Bereich der kapazitiven Spannungssteuerung liegen, insbesondere in einem Bereich von 10 bis 10000 pF. Die Isolatorsegmente 6 können durchgehend dotiert sein, oder z. B. nur an einer äußeren Oberfläche, womit im letzteren Fall die Isolatorsegmente 6 im Inneren reine Isolatoren darstellen und im äußeren Bereich Kondensatoren und/oder Widerstände sind. Dotierungen können auch in einer bestimmten Isolatorsegment-Tiefe und mit definierter Schichtdicke erfolgen. Unterschiedliche Widerstände oder Kapazitäten können z. B. durch unterschiedliche Dotierung der Isolatorsegmente 6 erzeugt sein, und/oder durch unterschiedliche Längen, Breiten und/oder Wandstärken der Isolatorsegmente 6. Isolatorsegmente 6 können nach Art eines Laminats aufgebaut sein, mit Isolatorsegment-Elementen unterschiedlicher Widerstands- und/oder Kapazitätswerte. Insbesondere können mehrere Ringe bzw. Hohlzylinder übereinander bzw. ineinander gestülpt bzw. angeordnet sein.
Die Isolatorsegmente 6 weisen z. B. eine Länge im Bereich von 10 bis 100 Millimetern auf, eine zweite Länge z. B. im Bereich von 20 bis 200 Millimetern, und/oder eine dritte Länge z. B. im Bereich von 30 bis 300 Millimetern. Weiter Längen sind möglich und/oder verschieden Kombinationen von unterschiedlich langen Isolatorsegmenten 6 sind möglich. Es sind auch gleiche Längen aller Isolatorsegmente oder einzelner Isolatorsegmente möglich. Der Durchmesser der Isolatorsegmente 6 liegt z. B. im Bereich von 10 bis 40 Zentimetern und die Wandstärke der lolatorsegmente 6 liegt z. B. im Bereich von 10 bis 80 Millimetern. Es sind ebenfalls unterschiedliche Durchmesser und/oder Wandstärken der Isolatorsegmente 6 sowie Kombinationen unterschiedlicher Durchmesser und/oder Wandstärken möglich, oder es ist möglich alle Isolatorsegmente mit gleichen Abmessungen zu verwenden.
Wie zuvor beschrieben sind die Isolatorsegmente 6 über Metallschirme 5 miteinander mechanisch stabil und elektrisch kontaktierbar verbunden. Dabei erfolgt eine Verbindung z. B. bei einem Lötvorgang in einem Ofen bei einigen hundert Grad Celsius, bei der Herstellung der Vakuumschaltröhre 1. Dabei sind z. B. auch Dotierstoffe in die Isolatorsegmente 6 einbringbar, und/oder eine definierte Diffusion der Dotierstoffe bei hohen Temperaturen möglich. Die Dotierstoffe können z. B. bei einem Sintervorgang oder einem anderen Herstellungsvorgang der Isolatorsegmente 6 zuvor eingebracht worden sein. Die Metallschirme 5, insbesondere aus Kupfer und/oder Stahl, sind z. B. ringförmig und/oder hohlzylinderförmig ausgebildet. Im Inneren der Vakuumschaltröhre 1 umfassen die Metallschirme 5 z. B. Bedampfungsschirme bzw. Dampf schirme, welche der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt sind. Nach Außen gezogen ragen die Metallschirme 5 z. B. in Form flacher Ringe aus der Vakuumschaltröhre 1 heraus bzw. über den Isolatorsegment-Umfang hinaus, wobei beim Hauptschirm 5 z. B. zwischen zwei Ringen ein hohlzylinderförmiger Metallkörper angeordnet ist. Eine elektrische Kontaktierung bzw. Verschaltung zur Absteuerung der Vakuumschaltröhre 1 erfolgt z. B. über die äußeren Bereiche der Metallschirme 5.
Die Kontaktstücke 3 und 4 sind z. B. aus Kupfer und/oder Stahl, und insbesondere bolzenförmig, mit z. B. geschlitzten, tellerförmigen Enden im Inneren der Vakuumschaltröhre 1 ausgebildet. Das feste Kontaktstück 3 ist fluiddicht mit einem ersten Deckelteil 8 auf einem Ende der Vakuumschaltröhre 1 verbunden, wobei das Deckelteil 8 als vakuumdichter Ver- Schluss der Vakuumschaltröhre 1 z . B . aus einem Metall , insbesondere Kupfer und/oder Stahl hergestellt ist . Das bewegliche Kontaktstück 4 ist fluiddicht mit einem zweiten Deckelteil 9 auf dem anderen Ende der Vakuumschaltröhre 1 verbunden, z . B . über einen Faltenbalg beweglich gelagert , was der Einfachheit halber in der Figur 1 nicht dargestellt ist . Das Deckelteil 9 ist als vakuumdichter Verschluss der Vakuumschaltröhre 1 z . B . aus einem Metall , insbesondere Kupfer oder Stahl hergestellt .
Über die nach Außen geführten Bol zen des festen Kontaktstücks 3 und des beweglichen Kontaktstücks 4 , ist die Vakuumschaltröhre elektrisch kontaktierbar . Das bewegliche Kontaktstück 4 ermöglicht ein elektrisches Schalten durch Bewegung zum festen Kontaktstück 3 hin, d . h . zum Schließen eines Spalts zwischen den tellerförmigen Kontaktstück-Enden der Kontaktstücke 3 und 4 , beim Einschalten, und durch Bewegung vom festen Kontaktstück 3 weg, d . h . zum Erzeugen eines Spalts zwischen den tellerförmigen Kontaktstück-Enden der Kontaktstücke 3 und 4 , beim Ausschalten . Der erzeugte Spalt zwischen den Kontaktstück-Enden der Kontaktstücke 3 und 4 sowie die Kontaktstück- Enden selbst , sind im evakuierten Inneren der Vakuumschaltröhre 1 angeordnet , womit ein Spalt im Bereich von Millimetern bis hin zu Zentimetern zum Ausschalten insbesondere von Hochspannungen ausreicht . Die Vakuumschaltröhre 1 hat z . B . eine Länge im Bereich von insbesondere 30 bis 100 Zentimetern, und einen Umfang im Bereich von z . B . einigen Zentimetern bis Metern, insbesondere 10 bis 150 Zentimetern .
Die I solatorsegmente 6 sind z . B . entlang der Längsachse der Vakuumröhre 1 elektrisch in Reihe geschaltet , insbesondere über aufeinanderfolgende Metallschirme 5 j eweils elektrisch kontaktiert . Uber die Metallschirme 5 sind die I solatorsegmente 6 auch definiert , beliebig verschaltbar, z . B . über eine Verkabelung und/oder externe Schaltung, insbesondere I solatorsegmente unterschiedlicher Länge , Breite und/oder Wandstärke und/oder unterschiedlich dotiert . Damit ist eine gute Absteuerung der Vakuumschaltröhren 1 entsprechend dem Ein- satz , insbesondere abhängig von Strom- und/oder Spannungswerten und/oder der Umgebung im Einsatz möglich .
In Figur 2 sind zwei erfindungsgemäße Vakuumschaltröhren 1 der Figur 1 in Reihe hintereinander angeordnet dargestellt , gemäß einer erfindungsgemäßen Anordnung 10 von Vakuumschaltröhren 1 . Die Verschaltung der I solatorsegmente 6 , d . h . die elektrische Kontaktierung und Verbindung der I solatorsegmente 6, erfolgt j eweils pro Vakuumschaltröhre 1 zwischen den Kontakten 3 , 4 über die Metallschirme 5 . Dabei ist eine Reihenschaltung, wie in Figur 2 dargestellt ist , möglich . Andere äußere Verschaltungen sind über eine elektrische Kontaktierung und Verschaltung der Metallschirme 5 möglich, insbesondere entsprechend einer gewünschten, vordefinierten Spannungsverteilung bzw . Absteuerung über die Vakuumschaltröhren 1 . Dazu können z . B . die Metallschirme zweigeteilt auf gebaut sein, mit I solatormaterial zwischen den wenigstens zwei Teilen . Damit sind benachbarte I solatorsegmente getrennt voneinander elektrisch verschaltbar, j eweils mit einem Teil eines bestimmten Metallschirms elektrisch verbunden .
Die Vakuumschaltröhren 1 im Aus führungsbeispiel der Figur 2 sind über die festen Kontaktstücke 3 elektrisch und mechanisch miteinander verbunden, insbesondere über ein gemeinsam ausgebildetes festes Kontaktstück 3 oder über z . B . durch Schraub- , Kleb- , Löt- , Schweiß- , und/oder Pressverbindungen zusammengefügte Kontaktstücke 3 . Die Vakuumschaltröhren 1 sind auch über bewegliche oder ein bewegliches und ein festes Kontaktstück 3 , 4 miteinander verbindbar, was der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt ist . Ein Antrieb, z . B . ein Motor- und/oder Federspeicherantrieb, ist z . B . vorgesehen, um die beweglichen Kontaktstücke 4 beim elektrischen Schalten anzutreiben, was der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt ist .
Die Vakuumschaltröhren 1 sind z . B . in einem Gehäuse 11 angeordnet bzw . von einem Gehäuse 11 umfasst . Das Gehäuse 11 ist z . B . ein gasdicht verschlossener Metalltank- und/oder ein gasdicht verschlossenes Isolator-Gehäuse. Metalltank-Gehäuse sind z. B. aus Stahl und/oder Aluminium, insbesondere auf Erdpotential nach Art eines Dead-Tank. Isolator-Gehäuse sind z. B. aus Keramik, Silikon und/oder Verbundwerkstoffen, insbesondere mit einer gerippten äußeren Oberfläche zur Verlängerung von Kriechstrompfaden. Das Gehäuse 11 ist z. B. mit Clean Air als Isoliergas 12 befällt, welches klimaneutral ist. Alternativ oder zusätzlich können Isoliergase 12 wie z. B. SF6 und/oder CO2 verwendet werden.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. mehr als zwei Vakuumschaltröhren 1 miteinander verschaltet werden, insbesondere in Reihe und/oder parallel. Die Isolatorsegmente 6 können unterschiedliche Formen aufweisen, insbesondere Kreiszylinderförmige, Zylinderförmige mit elliptischer Grund- und Deckfläche, Rechteckige, Quadratische, und/oder Formen mit konvexer und/oder konkaver Oberfläche. Die Oberfläche der Isolatorsegmente 6 kann z. B. strukturiert sein, insbesondere gerippt und/oder mit einer Wellenstruktur.
Mit der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre 1 und der Anordnung 10 von erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhren 1 in Reihe hintereinander, insbesondere in Reihe verschaltet, ist über die Isolatorsegmente 6, als Widerstände und/oder als Kondensatoren ausgebildet, ein Absteuern von Spannungen über die Vakuumschaltröhren 1 möglich. Spannungen können gleichmäßig oder unterschiedlich, vorbestimmt, über die Wahl der Isolatorsegmente 6 und deren Verschaltung auf die Vakuumschaltröhren 1 bzw. deren Elemente aufgeteilt werden. Die Verwendung der Isolatorsegmente 6 als Widerstände und/oder Kondensatoren, wobei die Isolatorsegmente 6 elektrisch isolierende Eigenschaften aufweisen, insbesondere mit sehr hohen Widerstandswerten, womit von Isolatoren auszugehen ist, ermöglicht einen kompakten, platzsparenden Aufbau, was ein kostengünstiges, räumlich minimiertes Gehäuse 11 ermöglicht, und insbesondere den Einsatz von Isoliergasen 12, wie z . B . Clean Air, mit geringen bzw . minimierten und/oder Standard-Abmessungen von Gehäusen 11 ermöglicht . Die Absteuerung der Spannung, insbesondere von Hochspannung, über die Vakuumschaltröhre 1 bzw . Vakuumschaltröhren 1 , verhindert bei geöf fnetem Kontakt bzw . beabstandeten Kontaktstücken 3 , 4 voneinander, Überspannungen und eine Beschädigung bis hin zur Zerstörung der Vakuumschaltröhre 1 und/oder der Anordnung 10 mit Vakuumschaltröhren 1 . Beliebige , gewünschte Spannungsverteilungen sind durch unterschiedliche Schaltungen bzw . Ver- Schaltungen möglich, insbesondere bei Verwendung von I solatorsegmenten als Kondensatoren und/oder Widerständen unterschiedlicher Größe , insbesondere I solatorsegmenten 6 unterschiedlicher Länge , Breite und/oder Wandstarke , und/oder Dotierung .
Bezugszeichenliste
1 Vakuumschaltröhre
2 Hülle
3 Festes Kontaktstück
4 Bewegliches Kontaktstück
5 Metallschirm, z. B. Hauptschirm
6 Isolatorsegment
7 Faltenbalg
8 Erstes Deckelteil
9 Zweites Deckelteil
10 Anordnung mit Vakuumschaltröhren
11 Metalltank- oder Isolator-Gehäuse
12 Isoliergas, z. B. Clean Air

Claims

Patentansprüche
1. Vakuumschaltröhre (1) zum Schalten von Spannungen, mit wenigstens einer Hülle (2) und mit wenigstens zwei Kontaktstücken (3, 4) , wobei die wenigstens eine Hülle (2) wenigstens ein Isolatorsegment (6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Isolatorsegment (6) als Steuerelement ausgebildet ist.
2. Vakuumschaltröhre (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Hülle (2) zwei oder mehr Isolatorsegmente (6) umfasst, insbesondere verbunden jeweils über wenigstens einen Metallschirm (5) .
3. Vakuumschaltröhre (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolatorsegmente (6) aus Materialien ausgebildet sind und/oder Materialien umfassen, welche eine Dielektrizitätskonstante sr im Bereich von 15 bis 10000, insbesondere im Bereich von 15 bis 2000, aufweisen, und/oder welche unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten sr aufweisen.
4. Vakuumschaltröhre (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Isolatorsegment (6) aus Glas, Keramik, und/oder Glaskeramik besteht und/oder Glas, Keramik, und/oder Glaskeramik umfasst.
5. Vakuumschaltröhre (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Isolatorsegment (6) ausgebildet ist, die Hülle (2) vakuumdicht nach außen hin abzuschließen.
6. Vakuumschaltröhre (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Isolatorsegment (6) hohlzylinderförmig ausgebildet ist, insbesondere mit einem kreiszylinderförmigen Querschnitt.
7. Vakuumschaltröhre (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Hülle (2) Isolatorsegmente (6) unterschiedlicher Länge entlang der Längsachse der Vakuumschaltröhre (1) umfasst und/oder Isolatorsegmente (6) unterschiedlicher Breite, insbesondere im Querschnitt und/oder einer Wandstärke, umfasst.
8. Vakuumschaltröhre (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Isolatorsegment (6) jeweils eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, welche in einem Bereich der resistiven Spannungssteuerung ist, insbesondere im Bereich von Kilo Ohm und/oder Mega Ohm, und/oder dass das wenigstens eine Isolatorsegment
(6) jeweils eine elektrische Kapazität aufweist, welche in einem Bereich der kapazitiven Spannungssteuerung ist, insbesondere in einem Bereich von 10 bis 10000 pF.
9. Vakuumschaltröhre (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Kontaktstücke (3, 4) wenigstens ein räumlich festes Kontaktstück (3) und wenigstens ein räumlich bewegbares Kontaktstück (4) umfassen, wobei das wenigstens eine bewegbare Kontaktstück (4) insbesondere über wenigstens einen Faltenbalg (7) vakuumdicht in die wenigstens eine Hülle (2) geführt ist, und/oder wenigstens zwei Deckelteile (8, 9) die Vakuumschaltröhre an den Enden abschließen, und/oder die Isolatorsegmente (6) mit den Deckelteilen (8, 9) die Vakuumschaltröhre (1) mit dem wenigstens einen Faltenbalg (7) vakuumdicht nach außen hin abschließen, wobei die Isolatorsegmente (6) insbesondere über Metallschirme (5) untereinander verbunden sind.
10. Vakuumschaltröhre (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumschaltröhre (1) ausgebildet ist, Spannungen im Hochspannungsbereich, insbesondere im Bereich größer oder gleich 52 kV zu schalten.
11. Anordnung (10) mit Vakuumschaltröhren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei, insbesondere mehr als zwei Vakuumschaltröhren (1) elektrisch in Reihe geschaltet sind, insbesondere mit Isolatorsegmenten (6) in Reihe geschaltet, elektrisch verbunden über wenigstens einen Metallschirm (5) , und/oder über mehrere Metallschirme (5) , und/oder dass die Vakuumschaltröhren (1) elektrisch in Reihe geschaltet sind über Kontaktstücke (3, 4) der Vakuumschaltröhren (1) .
12. Anordnung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metalltank- und/oder ein Isolator-Gehäuse (11) umfasst ist, in welchem die Vakuumschaltröhren (1) angeordnet sind, insbesondere befüllt mit Clean Air als Isoliergas (12) .
13. Verfahren zum Absteuern von Vakuumschaltröhren (1) , insbesondere von Vakuumschaltröhren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder von Anordnungen (10) mit Vakuumschaltröhren
(1) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Absteuern mittels Isolatorsegmenten (6) als Steuerelementen erfolgt, insbesondere als Kondensatoren und/oder Widerständen, welche Teil der Hüllen (2) der Vakuumschaltröhren (1) sind und/oder um die jeweilige Hülle
(2) , insbesondere als Ring die Hülle (2) umschließend, angeordnet sind, insbesondere in einem Gehäuse (11) mit den Vakuumschaltröhren (1) , und/oder mit Isolatorsegmenten (6) unterschiedlicher Vakuumschaltröhren (1) , welche in Reihe geschaltet sind.
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