DE10220110B4

DE10220110B4 - Vakuumschaltkammer

Info

Publication number: DE10220110B4
Application number: DE2002120110
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dipl.-Ing. Gentsch; Günter Pilsinger
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2002-05-04
Filing date: 2002-05-04
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2022-05-05
Also published as: DE10220110A1

Abstract

Vakuumschaltkammer mit zwei Isolierzylindern (11, 12) die unter Zwischenfügung eines metallischen Halterings (13) miteinander verbunden und deren freie Enden mittels je eines Deckels (16, 24) verschlossen sind, mit einem ersten feststehenden Kontaktstück (22), das an einem den Deckel (16) vakuumdicht durchgreifenden Kontaktstengel angebracht ist, mit einem ersten beweglichen Kontaktstück (31), das an einem beweglichen Kontaktstengel (30) angebracht ist und an dem zweiten Deckel (24) mittels eines Faltenbalges (33) vakuumdicht befestigt ist, mit wenigstens einem Schirm (40) und einem zweiten feststehenden Kontaktstück (35), das an dem mit Erdpotential (41) verbundenen Haltering (13) angebracht ist, wobei sich am beweglichen ersten Kontaktstück auf dessen Rückseite ein bewegliches zweites Kontaktstück (36) befindet, dergestalt, daß das bewegliche erste Kontaktstück (31) in einer Stellung mit dem ersten feststehenden Kontaktstück (22), in einer zweiten Stellung mit dem zweiten feststehenden Kontaktstück (35) verbindbar ist und in einer Mittelstellung eine Trennfunktion ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß am Haltering (13) ein...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltkammer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
In elektrischen Schaltanlagen, insbesondere in Mittelspannungsschaltanlagen, findet sich zusätzlich zu einem Leistungsschalter auch ein Trennschalter, dessen beweglicher Kontaktteil drei Stellungen einnehmen soll: Einschaltstellung, Ausschaltstellung und Erdungsstellung.
In der Einschaltstellung werden eine Verbindung zur Sammelschiene und in der Erdungsstellung zur Erde hergestellt; in der Ausschaltstellung befindet das Kontaktteil in einer Mittelstellung.
Ein derartiger Trennschalter in Form einer Vakuumschaltkammer ist aus der DE 100 30 670 A1 bekannt geworden. Die dort beschriebene Vakuumschaltkammer oder Vakuumschaltröhre besitzt zwei Isolierzylinder, die mittels eines elektrisch leitenden Materials miteinander verbunden sind. An den freien Stirnenden sind die Isolierzylinder mittels je eines Deckels verschlossen. An einem Deckel befindet sich ein Kon taktstengel mit einem feststehenden ersten Kontaktstück, und der andere Deckel wird von einem beweglichen Kontaktstengel mit einem beweglichen Kontaktstück durchgriffen, wobei dort zwischen dem Deckel und dem Kontaktstengel ein Faltenbalg vorgesehen ist, der einerseits eine ausreichende Beweglichkeit des Kontaktstengels gestattet und andererseits dort die Vakuumschaltkammer vakuumdicht abschließt.
Dem beweglichen Kontaktstück ist auf dessen Rückseite ein Kontaktring zugeordnet, an dem einerseits ein die Hauptkontaktstelle übergreifender Schirm und andererseits ein bewegliches Erdungskontaktstück angebracht sind; wenn eine Ausschaltung erfolgt, öffnet sich die Hauptkontaktstelle; in einer Mittelstellung, in der der Abstand der ersten Kontaktstücke voneinander und der Abstand der Erdungskontaktstücke voneinander ausreichend groß ist, ist die Trennstellung eingenommen, und sobald sich das bewegliche Kontaktstück weiter bewegt und die zweite Kontaktstelle berührt, ist eine Erdungsstellung erreicht.
Bei dieser Anordnung ist der Schirm mit dem beweglichen Kontaktstück verbunden, so daß der Schirm ebenfalls mit anzutreiben ist, wodurch eine größere Masse zu betätigen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vakuumschaltkammer der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Aufbau bei Verringerung der erforderlichen Antriebsleistung vereinfacht ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Anspruches 1.
Danach ist der Schirm am Haltering befestigt, wobei der Schirm die Kontaktstücke in ein Trenn- und Erdungsstellung umfaßt.
Bei der DE 100 30 670 A1 befindet sich am beweglichen Kontaktstengel der Ring, der auf der der Hauptkontaktstelle abgewandten Seite das bewegliche Erdungskontaktstück trägt. Eventuell dort entstehende Lichtbögen erzeugen ein Plasma, welches sich auf der Innenfläche des Zylinders niederschlagen kann, so daß die Isolierfähigkeit reduziert ist.
Dadurch, daß erfindungsgemäß der Schirm am Haltering befestigt ist, wird definitiv erreicht, daß Überschläge nur von den Kontaktstücken der Hauptkontaktstelle zu Erde erfolgen können; Überschläge zwischen den beiden Kontaktstücken der Hauptkontaktstelle sind hierdurch vermieden. Eine Vereinfachung der Anordnung besteht in vorteilhafter Weise darin, daß die Keramikisolatoren direkt mit dem Haltering verbunden sind.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Haltering eine radial verlaufende Ringfläche aufweisen, die hin zum feststehenden ersten Kontaktstück weist und als zweites feststehendes Kontaktstück dient.
Der erste Schirm kann dabei an dieser Ringfläche befestigt werden, wobei das freie Ende die aus dem ersten feststehenden Kontaktstück und den beweglichen Kontaktstück gebildete Hauptkontaktstelle überragt und das feststehende zweite Kontaktstück innerhalb des Schirms an der Ringfläche angeordnet ist.
Zwecks besserer Montage können die Isolierzylinder unterschiedliche Durchmesser aufweisen, wobei der Durchmesser des die Hauptkontaktstelle umgebenden Zylinders größer sein kann als der Durchmesser des anderen Zylinders.
Zur Befestigung des Halterings an den sich gegenüber stehenden Stirnkanten der Isolierzylinder sind am Haltering in entgegengesetzte Richtungen vorspringende zylindrische Leisten angeformt, mit denen der Haltering mit den Isolierzylindern verbunden wird, wobei die Dicke der Leisten so gewählt ist, daß eine federnde Beweglichkeit der Leisten zum Ausgleich der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Zylinder und dem Haltering ermöglicht ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann innerhalb der an dem den Faltenbalg umgehenden Zylinder, insbesondere an dem Zylinder mit kleinerem Durchmesser, anschließenden Leiste ein zylindrischer Kragen angeformt sein, der als Schirm dient. Dieser Kragen greift dann ins Innere des betreffenden Zylinders hinein.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung so wie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen und weitere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigt:
Die einzige Figur eine Vakuumschaltkammer in Schnittansicht
Die Vakuumschaltkammer 10 umfaßt zwei Isolierzylinder 11 und 12 aus Keramik, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Zwischen den beiden Isolierzylindern 11 und 12 befindet sich ein Haltering 13, an dem zwei zylindrische Leisten 14 und 15 in entgegengesetzte Richtungen vorspringen; über die Leisten 14 und 15 sind die Isolierzylinder 11 und 12 mit dem Haltering 13 durch Verlöten verbunden. Die radiale Dicke der Leisten 14 und 15 läßt eine radial federnde Verbindung zwischen dem Haltering 13 und den Isolierzylindern 11 und 12 zu, so daß hierdurch die unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der Isolierzylinder 11 und 12 und des Halteringes 13 ausgeglichen werden.
Der Außendurchmesser der Leiste 14 ist größer als der Außendurchmesser der Leiste 15, entsprechend den Durchmessern der beiden Isolierzylindern 11 und 12.
Auf der entgegengesetzt liegenden Stirnfläche des Isolierzylinders 11 ist ein kappenförmiger Deckel 16 aufgelötet, wobei dessen Topfwand 17 ebenfalls wie die Leiste 14 so bemessen ist, daß unterschiedliche radiale Ausdehnungen des Zylinder 11 und dem Deckel 16 ausgeglichen werden können. Zwischen der Topfwand 17 und der Stirnfläche des Isolierzylinders 11 befindet sich ein S-förmiges Abschirmblech 18, das ins Innere des Isolierzylinders 11 hineinragt.
Durch eine Öffnung 19 in dem Deckelboden 20 greift ein feststehender Kontaktstengel 21 und ist dort am Deckelboden 20 vakuumdicht befestigt, dessen inneres Ende das feststehende Kontaktstück 22 einer Hauptkontaktstelle 23 bildet bzw. trägt; dieses Kontaktstück 22 ist das erste feststehende Kontaktstück 22.
Die freie Stirnfläche des Isolierzylinders 12 ist mit einem zweiten Deckel 24 verschlossen, der ebenfalls napfförmig ist und dessen Napfwand 25 unter Zwischenfügung eines Zentrier-Schirms 26 auf der freien Stirnfläche aufgelötet ist. Im Boden 27 des Deckels 24 befindet sich eine Öffnung 28, die durch eine Aufbördelung 29 erzeugt ist und durch die ein mit einem integrierten Auflagebund 32 versehener beweglicher Kontaktstengel 30 hindurchgreift, der weiterhin auch noch durch den Haltering 13 hindurchgreift und an dessen innerem Ende ein bewegliches Kontaktstück 31 befestigt ist, das mit dem feststehenden Kontaktstück 22 die erste Kontaktstelle, auch Hauptkontaktstelle 23 genannt, bildet.
Zwischen dem Deckel 24 und dem Auflagebund 32, der sich im Bereich des Halterings 13 befindet, ist ein Faltenbalg 33 vorgesehen, der das Innere der Vakuumkammer vakuumdicht nach außen abdichtet. An diesem Auflagebund 32 ist weiterhin auch ein topfartiger zweiter Schirm 34 mit seinem Boden befestigt, der den Faltenbalg 33 überdeckt und dabei ins Innere des Schirmes 26 hineingreift. Damit befindet sich der Faltenbalg 33 zwischen dem Deckel 25 und der Innenfläche des Bodens des zweiten Schirms 34.
Der Haltering 13 besitzt eine radiale Fläche 35, und bildet so ein feststehendes zweites Kontaktstück, welches als feststehendes Erdungskontaktstück dient. Im folgenden wird die radiale Fläche als feststehendes Erdungskontaktstück mit der Bezugsziffer 35 bezeichnet.
Auf der der Kontaktstelle 23 entgegengesetzten Seite besitzt das bewegliche Kontaktstück 31 eine Ringfläche 36, die als zweites bewegliches Kontaktstück dient und im folgenden auch so bezeichnet wird.
In das radial verlaufende zweite Kontaktstück 35 (genauer gesagt in die radiale Ringfläche 35) ist eine Rille 37 eingebracht, in der das eine freie Ende 38 eines Schirmes 39 eingesetzt und darin verlötet ist. Von dem Kontaktstück 35 springt der Schirm 39 vor und überdeckt die Hauptkontaktstelle 23, wobei das freie Ende 39 nach innen gebogen ist, um Metalldampfströmungen von der Hauptkontaktstelle 32 auf die Innenfläche des Isolierzylinders 11 und ein Niederschlagen derselben dort zu verhindern.
Auf der dem Kontaktstück 35 entgegengesetzten Seite des Halterings 13 ist innerhalb der Leiste 15 ein axial verlaufender Kragen 40 angeformt, der ins Innere des Zylinders 12 teilweise hineinragt und gegebenenfalls – hier nicht gezeigt – den Schirm 34 überlappen kann.
Damit befinden sich in der Vakuumschaltkammer 10 die Hauptkontaktstelle 23 und die Erdungskontaktstelle, die aus den Kontaktstücken 35 und 36 gebildet ist, innerhalb des Schirmes 39, so daß eventuelle Überschläge, die zwischen den Kontaktstücken 35 und 36 auftreten können, nicht zu einer Verschmutzung der Innenfläche des Isolierzylinders 11 führt.
Die Wirkungsweise der Vakuumschaltkammer 10 ist wie folgt:
Die Figur zeigt die Einschaltstellung. Hierbei fließt ein Strom I durch den beweglichen Kontaktstengel 30, das bewegliche Kontaktstück 31 der Hauptkontaktstelle 23 über das feststehende Kontaktstück 22 der Hauptkontaktstelle 23 in den feststehenden Kontaktstengel 21.
Bei einer Schalthandlung bewegt sich das bewegliche Kontaktstück 31 im Pfeilrichtung P, wobei es in einer mittleren Stellung zwischen den feststehenden Kontaktstück 22 und dem feststehenden Kontaktstück 35 eine Trennstellung einnimmt. Wenn in dieser Trennstellung Überschläge stattfinden sollten, dann werden Überschläge ausschließlich vom Kontaktstück 31 zum Schirm 40 und damit zum Haltering 13 erfolgen. Dadurch, daß der Haltering 13 an Erde 41 liegt, sind Überschläge nur zur Erde hin möglich. Gleiches gilt zwischen den Teilen Schirm 40 und Kontaktstengel 21.
Wenn sich das bewegliche Kontaktstück beziehungsweise der Kontaktstengel 30 weiter in Pfeilrichtung P bewegt, berührt das bewegliche Kontaktstück 36 das feststehende Kontaktstück 35; dadurch ist die Erdungsstellung erreicht.
Dadurch, daß der Schirm 40 nicht mit dem beweglichen Kontaktstück 31 fest verbunden ist, ist auch die Antriebsleistung für den hier nicht dargestellten Antrieb verringert, weil die Masse des Schirms nicht mit bewegt werden muß.
Die Vakuumschaltkammer 10 kann dabei auch so ausgebildet sein, daß die Hauptkontaktstelle auch Kurzschlußströme abschalten kann; in diesem Falle wäre das feststehende Kontaktstück 22 beispielsweise ein solches, mit dem ein Radial- oder auch Axialmagnetfeld erzeugt werden kann, was natürlich auch für das Kontaktstück 31 gilt.
In der mittleren Trennstellung wäre dann der Abstand zwischen den beiden Kontaktstücken 22 und 31 und ebenso der Abstand zwischen den Kontaktstücken 36 und 35 so zu wählen, daß in jedem Fall eine wiederkehrende Spannung gehalten werden kann.
Bei einer anderen Ausgestaltung ist es natürlich auch möglich, in Reihe mit der Vakuumschaltkammer 10 eine Leistungsschaltkammer zu schalten; dann würde der Antrieb der Vakuumschaltkammer 10 so auszubilden sein, daß er gegenüber dem Antrieb des Leistungsschalters die Verriegelungsbedingungen erfüllt.
Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, zusätzliche Schirme einzusetzen, um eine Feldsteuerung zu erreichen.
Die erfindungsgemäße Vakuumschaltkammer kann als einfacher Drei-Stellungsschalter ausgebildet sein, wobei die Schaltgeschwindigkeit derjenigen eines Trennschalters angepaßt ist. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vakuumschaltkammer so gestaltet sein, daß sie auch zur Ausschaltung und gegebenenfalls Einschaltung von Kurzschlußströmen geeignet ist. In diesem Fall sind die Kontaktstücke entsprechend zu gestalten, wobei, wie oben erwähnt ist, auch ein Radial- oder Axialmagnetfeld der Hauptkontaktstelle zugeordnet sein wird. Zum Schalten von Kurzschlußströmen benötigt man eine geeignete Schaltgeschwindigkeit, das heißt eine hohe Geschwindigkeit im Ausschaltfall bis zur Trennstellung und gegebenenfalls eine verminderte langsamere Geschwindigkeit, wenn sich der Schalter aus der Trennstellung in die Erdungsstellung bewegt.
Wie bei jeder Vakuumschaltkammer besteht auch die Notwendigkeit, in der Einschalt- und in der Erdungsstellung bestimmte Kontaktkräfte zu erzeugen, um Kontaktverschweißungen vermeiden zu können.

Claims

Vakuumschaltkammer mit zwei Isolierzylindern (11, 12) die unter Zwischenfügung eines metallischen Halterings (13) miteinander verbunden und deren freie Enden mittels je eines Deckels (16, 24) verschlossen sind, mit einem ersten feststehenden Kontaktstück (22), das an einem den Deckel (16) vakuumdicht durchgreifenden Kontaktstengel angebracht ist, mit einem ersten beweglichen Kontaktstück (31), das an einem beweglichen Kontaktstengel (30) angebracht ist und an dem zweiten Deckel (24) mittels eines Faltenbalges (33) vakuumdicht befestigt ist, mit wenigstens einem Schirm (40) und einem zweiten feststehenden Kontaktstück (35), das an dem mit Erdpotential (41) verbundenen Haltering (13) angebracht ist, wobei sich am beweglichen ersten Kontaktstück auf dessen Rückseite ein bewegliches zweites Kontaktstück (36) befindet, dergestalt, daß das bewegliche erste Kontaktstück (31) in einer Stellung mit dem ersten feststehenden Kontaktstück (22), in einer zweiten Stellung mit dem zweiten feststehenden Kontaktstück (35) verbindbar ist und in einer Mittelstellung eine Trennfunktion ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß am Haltering (13) ein erster Schirm (40) befestigt ist, der die Kontaktstücke in Ein-, Trenn- und Erdungsstellung umgibt.
Vakuumschaltkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (13) eine radial verlaufende Ringfläche aufweist, die zum ersten feststehenden Kontaktstück hinweist und als zweites feststehendes Kontaktstück (35) dient.
Vakuumschaltkammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ringfläche des Halterings (13) der erste Schirm (40) befestigt ist, dessen freies Ende die aus dem ersten feststehenden Kontaktstück (22) und dem ersten beweglichen Kontaktstück (31) gebildete Hauptkontaktstelle (23) überragt, wobei sich die Ringfläche mit dem zweiten feststehenden Kontaktstück (35) innerhalb des ersten Schirmes befindet.
Vakuumschaltkammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Schirmes (40) nach innen gebogen ist, wobei der Durchmesser der freien Kante (39) etwa dem Außendurchmesser wenigstens des beweglichen ersten Kontaktstückes (31) entspricht.
Vakuumschaltkammer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Haltering (13) in entgegengesetzte Richtungen vorspringende zylindrische Leisten (14, 15) angeformt sind, deren freie Kanten an den aufeinander zuweisenden Stirnflächen der Isolierzylinder (11, 12) angeschlossen, insbesondere angelötet, sind.
Vakuumschaltkammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der an die Stirnfläche des den Faltenbalg umfassenden Zylinders (12) anschließenden Leiste (15) ein als zweiter Schirm dienender zylindrischer Kragen (40) am Haltering angeformt ist.
Vakuumschaltkammer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (40) ins Innere des Zylinders (12) hineinragt.
Vakuumschaltkammer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierzylinder (11, 12) unterschiedliche Durchmesser aufweisen, wobei der Durchmesser des die Hauptkontaktstelle (23) umgebenden Zylinders (11) größer ist als derjenige des anderen Zylinders (12).
Vakuumschaltkammer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Kontaktstengel (30) ein zum Deckel (24) für den kleineren Isolierzylinder vorspringender dritter Schirm (34) befestigt ist, der den Faltenbalg (33) überdeckt, und daß der Kragen (40) den dritten Schirm in axialer Richtung teilweise überdeckt.
Vakuumschaltkammer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumschaltkammer als Drei-Stellungsschalter dient.
Vakuumschaltkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumschaltkammer so ausgebildet ist, daß sie auch Kurzschlußströme schalten kann.