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EP1760743A1 - Vakuumleistungsschalter mit drehbar montierter bewegliche Kontakt - Google Patents

Vakuumleistungsschalter mit drehbar montierter bewegliche Kontakt Download PDF

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Publication number
EP1760743A1
EP1760743A1 EP05405516A EP05405516A EP1760743A1 EP 1760743 A1 EP1760743 A1 EP 1760743A1 EP 05405516 A EP05405516 A EP 05405516A EP 05405516 A EP05405516 A EP 05405516A EP 1760743 A1 EP1760743 A1 EP 1760743A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rod
switch according
bellows
chamber
thread
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05405516A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Schacherer
Felix Rager
Kaveh Niayesh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Research Ltd Switzerland
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Research Ltd Switzerland filed Critical ABB Research Ltd Switzerland
Priority to EP05405516A priority Critical patent/EP1760743A1/de
Publication of EP1760743A1 publication Critical patent/EP1760743A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H01H33/66238—Specific bellows details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/18—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with subsequent sliding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H01H33/66238—Specific bellows details
    • H01H2033/66246—Details relating to the guiding of the contact rod in vacuum switch belows
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/001—Means for preventing or breaking contact-welding

Definitions

  • the present invention relates to a circuit breaker according to the preamble of claim 1.
  • Such operating under vacuum switch is preferably used in medium voltage networks with rated voltages up to about 72 kV and is used to turn on and off a variety of alternating currents, in particular the switching of load currents all imaginable impedances as well as short-circuit and overcurrents.
  • this switch should also cover switching cases enumerated by the authorities responsible for the energy industry in examination regulations.
  • Such regulations include, for example, the switching of capacitive currents, such as those occurring when charging or discharging a capacitor bank.
  • switching surges generated by flashbacks may occur in such switching operations, which may possibly lead to failure of a component or even the entire medium-voltage network as lightning strikes.
  • a switch of the type mentioned is described in DE 198 46 435 A1 ,
  • This switch has a arranged in a vacuum chamber switching point and a vacuum-tight out of the chamber and guided along an axis displaceable rod.
  • This rod is part of a transmission, which generates a thrust movement generated by a drive of the switch on a Chamber-side end of the rod rigidly held arc electrode of the switching point transfers.
  • the object is to provide a circuit breaker of the type mentioned, which can turn off largely free of recirculation.
  • the two arc electrodes are mounted so as to be rotatable relative to one another about an axis.
  • the mutually facing, dielectrically particularly heavily loaded surfaces of both arc electrodes are therefore not only removed from each other along the axis when turned off, but at the same time also rotated away from each other.
  • any inhomogeneities which may be present at off-axis areas of the electrode surfaces and which are caused on switching on as a result of pre-ignition and subsequent melting, welding and break-up processes are therefore not only separated from one another in the axial direction but also transversely to the axis. Therefore, such inhomogeneities can no longer significantly reduce the dielectric strength of the switch after erasing the switching arc.
  • the rotation of the two arc electrodes relative to each other can be achieved by simple means in that a rod which holds one of these two electrodes rigidly rotatably mounted. If this rod part of a screw gear, the rotational movement can be easily synchronized with a required for separating or merging the arc electrodes thrust movement.
  • the rod has two axially spaced, cylindrical sections.
  • a thread of a fixedly held screw joint is formed in the chamber-side end of the rod facing first portion.
  • the drive-side end of the rod facing the second portion of the rod has a rotatable element of a drive axially displaceable rotary joint.
  • the thread of the screw joint is designed as a coarse thread.
  • the rotation angle is kept low at a large feed.
  • a bellows is held on the chamber housing, which is fixed vacuum-tight between the coarse thread and the chamber-side end of the rod.
  • the bellows is only rotated by a relatively small angle because of the steep thread and the bellows is loaded accordingly only with low torsional forces.
  • the bellows is advantageously designed in such a way and to choose the pitch of the helical thread so that a torque applied to the bellows during a switching operation does not exceed a recordable by the bellows allowable limit.
  • the number of wrinkles is chosen as large as possible to achieve a large angle of rotation with low torsional load, in any case greater than a switch according to the prior art.
  • reference numeral 10 designates a cathode electrode as the cathode and numeral 20 an arc electrode acting as an anode of a switching point loaded with an alternating voltage of, for example, 70 kV and 50 Hz.
  • the inhomogeneities 30 and 31 are impressed into the opposing electrode surfaces. These inhomogeneities can form when a capacitive current is switched on.
  • the switch is provided, for example, in a medium-voltage network for switching a capacitor battery, and the width of a separating gap 40 delimited by the two arc electrodes 10, 20 is reduced, then an arc can be pre-ignited in the separating gap.
  • the hereby briefly flowing, very large capacitive charging or discharging currents can melt the surfaces of the arc electrodes 10, 20.
  • the electrodes can then be welded, which, when the switch is opened, causes the welding points to tear apart to form the inhomogeneities 30, 31.
  • Each inhomogeneity 30, 31 generally consists of a localized, uneven surface area.
  • the inhomogeneity 31 has an uneven surface area produced by arc craters and metal splashes. These uneven, inhomogeneous areas of the electrode surfaces reduce the dielectric strength of the circuit breaker, so that, when switched off, breakdown of the dielectrically heavily loaded separating gap 40 may occur. Such a breakdown, when switched off in the form of flashbacks or short-duration fault discharges (NSDDs), may result in an undesirably high electrical load on the network or on one or more components of the network.
  • NDDs short-duration fault discharges
  • a strong electric field forms between the inhomogeneities 30, 31, in which an energy flow 50 flowing in the direction of the arrow prevails.
  • the energy flow is fed by thermal electrodes, which emerge at the arc electrode 10 connected as cathode, preferably in the region of inhomogeneity 30, into the separating gap 40 and are accelerated to the electrode 20 connected as anode.
  • the energy flow is heated
  • electron bombardment areas of the anode surface which are formed by the inhomogeneity 31. Since these areas are uneven and largely contain thermally insulated parts such as metal splashes and arc craters, only little heat can be extracted from these areas. It is now possible for thermal electrons to form in these regions and to enter the dielectric strongly loaded gap 40. This can lead to unwanted flashback at power off.
  • the two arc electrodes 10, 20 are arranged in a vacuum chamber 70.
  • the vacuum chamber has a housing formed by a tubular insulator 71 and two arranged on the two end faces of the insulator 71 metal plates 72, 73 housing.
  • the two arc electrodes 10, 20 are arranged on the axis 60, which corresponds to the tube axis of the insulator.
  • the electrodes 10 resp. 20 are respectively at the end of an electrically conductive rod 11, respectively. 12, which are aligned along the axis 60, attached.
  • the rod 21 carrying the arc electrode 20 is fixedly held on the plate 73. A vacuum-tight led out of the housing end of this rod 21 is connected to a power connector 22 of the switch.
  • the electric arc electrode 10 holding rod 11 is guided axially movable through an opening of the plate 72.
  • a projecting into the vacuum chamber 70 bellows 74 whose upper end is fixed to the rod 11 and whose lower end in the region of the edge of the opening to the plate 72, the vacuum tightness of the chamber 70 is ensured.
  • the guided from the vacuum chamber 70 end of the rod 11 is non-positively connected to an axially displaceable (in the direction of the apparent from Figure 3 double arrow) Part A of a drive.
  • the rod 11 is arranged so that it is rotatable about the axis 60 at a switching operation by a predetermined angle of at most 180 °. This is achieved in that the rod 11 is formed as a rotatable and displaceable part of a screw gear 80.
  • the rod 11 therefore has two axially spaced, cylindrical sections. In the chamber-side end of the rod 11 facing first portion, a thread 81 of a fixedly held screw joint 82 is formed. Since the thread must turn at most by 180 °, generally only by a few degrees, it is sufficient if the thread has at least one steep thread with a pitch angle of typically more than 60 °.
  • a rotatable element 83 of a rotary joint 84 which is axially displaceable by the drive is formed.
  • a fixed part 85 of the screw gear 80 cooperating with the thread 81 counter-thread 86 is formed in a fixed part 85 of the screw gear 80 cooperating with the thread 81 counter-thread 86 .
  • the part 85 forms a sliding bearing 88 of the screw drive 80 with a sliding body 87 held on the displaceable part A of the drive.
  • a sliding body and current transfer function annular body 12 which is generally a plain bearing and contains elastically deformable contact rings in the radial direction. This ring body establishes the current transition between a current terminal 13 of the switch connected to the fixed part 85 and the rod 11 and thus of the arc electrode 10.
  • the thread 81 of the screw joint 82 is obviously formed as a coarse thread. On the one hand, self-locking of the screw drive 80 is avoided, and on the other hand, the angle of rotation is limited during switching so as to keep torsional forces occurring on the bellows 74 low.
  • the bellows 74 is designed in such a way and the pitch of the helical thread is selected so that a torque applied to the bellows during a switching operation does not exceed a permissible limit value that can be absorbed by the bellows.
  • the number of folds with typically 10 to 20 folds is greater than in a switch according to the prior art is selected at a predetermined by the geometry of the switch ratio of length to diameter of the bellows.
  • An increase in the torsional strength of the bellows 74 can be achieved, for example, by axially aligned reinforcing elements formed from longitudinal ribs and / or fibers.

Landscapes

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

Abstract

Der Leistungsschalter weist eine in einer Vakuumkammer angeordnete und von zwei Lichtbogenelektroden (10, 20) gebildete Schaltstelle auf sowie eine vakuumdicht aus der Kammer geführte Stange (11). Die Stange (11) ist längs einer Achse (60) verschiebbar und dient der Übertragung einer von einem Antrieb erzeugten Schubbewegung auf eine am kammerseitigen Ende der Stange (11) starr gehaltene Lichtbogenelektrode (10). Die beiden Lichtbogenelektroden (10, 20) sind relativ zueinander um die Achse (60) drehbar gelagert. Beim Ausschalten werden daher im Trennspalt (40) befindliche Ladungsträger (Energiestrom 50) auf Oberflächenbereiche der als Anode wirkenden Lichtbogenelektrode (20) geführt, die weitgehend frei von Inhomogenitäten (31) sind. An diesen Inhomogenitäten (31) sonst eingeleitete Rückzündungen werden so weitgehend vermieden.

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsschalter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein solcher unter Vakuum arbeitender Schalter wird bevorzugt in Mittelspannungsnetzen mit Nennspannungen bis ca. 72 kV eingesetzt und dient dem Ein- und Ausschalten unterschiedlichster Wechselströme, wie insbesondere dem Schalten von Lastströmen bei allen erdenklichen Impedanzen sowie von Kurzschluss- und Überströmen. Abgesehen von solchen Standardanwendungen sollte dieser Schalter aber auch Schaltfälle beherrschen, die von den für Energiewirtschaft zuständigen Behörden in Prüfungsvorschriften aufgezählt sind. Solche Vorschriften umfassen beispielsweise das Schalten kapazitiver Ströme, etwa solcher, wie sie beim Laden oder Entladen einer Kondensatorbatterie auftreten. Je nach Ausbildung des Schalters und des Netzes können bei solchen Schaltvorgängen durch Rückzündungen erzeugte Schaltüberspannungen auftreten, welche wie Blitzeinschläge gegebenenfalls zum Ausfall einer Komponente oder sogar des gesamten Mittelspannungsnetzes führen können.
    • STAND DER TECHNIK
  • Ein Schalter der eingangs genannten Art ist beschrieben in DE 198 46 435 A1 . Dieser Schalter weist eine in einer Vakuumkammer angeordnete Schaltstelle auf sowie eine vakuumdicht aus der Kammer geführte und längs einer Achse verschiebbare Stange. Diese Stange ist Teil eines Getriebes, welches eine von einem Antrieb des Schalters erzeugte Schubbewegung auf eine am kammerseitigen Ende der Stange starr gehaltene Lichtbogenelektrode der Schaltstelle überträgt.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher weitgehend rückzündungsfrei ausschalten kann.
  • Beim erfindungsgemässen Schalter sind die beiden Lichtbogenelektroden relativ zueinander um eine Achse drehbar gelagert. Die einander zugewandten, dielektrisch besonders stark belasteten Oberflächen beider Lichtbogenelektroden werden daher beim Ausschalten nicht nur voneinander längs der Achse entfernt, sondern zugleich auch voneinander weggedreht. Nach dem Löschen des Schaltlichtbogens sind daher in achsfernen Bereichen der Elektrodenoberflächen gegebenenfalls vorhandene Inhomogenitäten, welche beim Einschalten infolge Vorzündung und nachfolgender Schmelz-, Verschweiss- und Aufbrechvorgänge hervorgerufen werden, nicht nur in axialer Richtung, sondern auch quer zur Achse voneinander entfernt. Daher können solche Inhomogenitäten die dielektrische Festigkeit des Schalters nach dem Löschen des Schaltlichtbogens nicht mehr wesentlich herabsetzen.
  • Die Drehung der beiden Lichtbogenelektroden relativ zueinander lässt sich mit einfachen Mitteln dadurch erreichen, dass eine Stange, welche eine dieser beiden Elektroden starr hält, drehbar gelagert ist. Ist diese Stange Teil eines Schraubengetriebes, so kann die Drehbewegung leicht mit einer zum Trennen oder Zusammenführen der Lichtbogenelektroden erforderlichen Schubbewegung synchronisiert werden.
  • In einer leicht zu fertigenden Ausführungsform weist die Stange zwei in axialer Richtung voneinander entfernte, zylinderförmige Abschnitte auf. In den dem kammerseitigen Ende der Stange zugewandten ersten Abschnitt ist ein Gewinde eines feststehend gehaltenen Schraubgelenks eingeformt. Der dem antriebsseitigen Ende der Stange zugewandte zweite Abschnitt der Stange weist ein drehbares Element eines vom Antrieb axial verschiebbaren Drehgelenks auf.
  • Um Selbsthemmung mit Sicherheit auszuschliessen ist das Gewinde des Schraubgelenks als Steilgewinde ausgebildet. Zugleich wird so bei grossem Vorschub der Drehwinkel gering gehalten.
  • Zum Erreichen der Vakuumfestigkeit einer die Lichtbogenelektroden aufnehmenden Vakuumkammer ist am Kammergehäuse ein Faltenbalg gehalten, welcher zwischen dem Steilgewinde und dem kammerseitigen Ende vakuumfest an der Stange befestigt ist. Bei einem Schaltvorgang wird der Faltenbalg wegen des Steilgewindes nur um einen vergleichsweise kleinen Winkel verdreht und wird der Faltenbalg dementsprechend nur mit geringen Torsionskräften belastet.
  • Für eine hohe Lebensdauer des Schalters ist der Faltenbalg mit Vorteil derart auszubilden und die Steigung des Steilgewindes so zu wählen, dass ein bei einem Schaltvorgang an den Faltenbalg angelegtes Drehmoment einen vom Faltenbalg aufnehmbaren zulässigen Grenzwert nicht überschreitet. Bei einem durch die Geometrie des Schalters vorgegebenen Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Faltenbalgs wird zum Erreichen eines grossen Drehwinkels bei gleichzeitig geringer Torsionsbelastung die Anzahl der Falten möglichst gross gewählt, in jedem Fall grösser als bei einem Schalter nach dem Stand der Technik.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Anhand von Zeichnungen wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen die Figuren 1 und 2 jeweils eine schematische Darstellung des Energieflusses vor einer Rückzündung in einer Kontaktanordnung eines Leistungsschalters nach dem Stand der Technik (Fig.1) und nach der Erfindung (Fig.2) jeweils beim Ausschalten, und zeigt
    • Fig.3
    eine Schnittansicht einer vereinfacht dargestellten Ausführungsform des Leistungsschalters nach der Erfindung bei einem Schaltvorgang.
    WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • In allen Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Teile. In den Figuren 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine als Kathode und das Bezugszeichen 20 eine als Anode wirkende Lichtbogenelektrode einer mit einer Wechselspannung von beispielsweise 70 kV und 50 Hz belasteten Schaltstelle. In den Lichtbogenelektroden 10 und 20 sind in die einander gegenüberstehenden Elektrodenoberflächen die Inhomogenitäten 30 und 31 eingeprägt. Diese Inhomogenitäten können sich beim Einschalten eines kapazitiven Stroms bilden. Ist der Schalter beispielsweise in einem Mittelspannungsnetz zum Schalten einer Kondensatorbatterie vorgesehen und reduziert sich beim Einschalten die Breite eines von den beiden Lichtbogenelektroden 10, 20 begrenzten Trennspalts 40, so kann im Trennspalt ein Lichtbogen vorgezündet werden. Die hierbei kurzzeitig fliessenden, sehr grossen kapazitiven Lade- oder Entladeströme können die Oberflächen der Lichtbogenelektroden 10, 20 aufschmelzen. Bei geschlossenem Schalter können dann die Elektroden verschweissen, was beim Öffnen des Schalters zum Auseinanderreissen der Schweissstellen unter Bildung der Inhomogenitäten 30, 31 führt. Jede Inhomogenität 30, 31 besteht im Allgemeinen aus einem lokalisierten, unebenen Oberflächenbereich. Bei der zuvor als Anode geschalteten Lichtbogenelektrode 20 weist die Inhomogenität 31 einen durch Lichtbogenkrater und Metallspritzer erzeugten unebenen Oberflächenbereich auf. Diese unebenen, inhomogenen Bereiche der Elektrodenoberflächen setzen die Spannungsfestigkeit des Leistungsschalters herab, so dass es beim Ausschalten gegebenenfalls zu einem Durchschlag des dielektrisch stark belasteten Trennspalts 40 kommen kann. Solch ein Durchschlag kann beim Ausschalten in Form von Rückzündungen oder von kurzzeitig andauernden Störentladungen (NSDD) zu einer unerwünscht hohen elektrischen Belastung des Netzes oder einer oder mehrerer Komponenten des Netzes führen.
  • Wie aus Fig.1 ersichtlich ist, bildet sich zwischen den Inhomogenitäten 30, 31 ein starkes elektrische Feld aus, in dem ein in Pfeilrichtung strömender Energiefluss 50 herrscht. Der Energiefluss wird von thermischen Elektroden gespeist, welche an der als Kathode geschalteten Lichtbogenelektrode 10, vorzugsweise im Bereich der Inhomogenität 30, in den Trennspalt 40 austreten und zu der als Anode geschalteten Elektrode 20 beschleunigt werden. Der Energiefluss erwärmt so infolge von Elektronenbeschuss Bereiche der Anodenoberfläche, welche durch die Inhomogenität 31 gebildet sind. Da diese Bereiche uneben sind und weitgehend thermisch isolierte Teile wie Metallspritzer und Lichtbogenkrater enthalten, kann diesen Bereichen nur wenig Wärme entzogen werden. Es können sich nun auch in diesen Bereichen thermische Elektronen bilden und in den dielektrisch stark belasteten Spalt 40 treten. Dies kann zu einer unerwünschten Rückzündung beim Ausschalten führen.
  • Aus Fig.2 ist ersichtlich, dass die Inhomogenität 31 beim Ausschalten nun nicht mehr vom Energiefluss 50 mit schnellen Elektronen beschossen wird, sondern dass diese schnellen Elektronen auf einen Bereich der Oberfläche der Anode 20 auftreffen, der frei von Inhomogenitäten ist. In diesem Bereich kann die durch den Elektronenbeschuss gebildete Wärme rasch von dem beschossenen Oberflächenbereich ins Innere der Anode gelangen. Hierdurch werden lokal überhitzte Oberflächenbereiche und damit unerwünschte Quellen für thermische Elektronen wirksam unterdrückt. Ersichtlich wird dies dadurch erreicht, dass die beiden Lichtbogenelektroden 10, 20 beim Ausschalten relativ zueinander um eine senkrecht durch den Trennspalt 40 geführte, zentrale Achse 60 gedreht werden. Da sich beim Ausschalten die beiden Lichtbogenelektroden 10, 20 relativ zueinander drehen und verschieben, vergrössert sich der Abstand zwischen den beiden Inhomogenitäten 30, 31 schneller als beim Schalter nach Fig.1. Die Wahrscheinlichkeit, dass es zu einer Rückzündung kommt, ist daher wesentlich geringer als bei einem vergleichbar ausgebildeten und in ein vergleichbares Netz geschalteten Vakuumschalter nach dem Stand der Technik.
  • Bei der in Fig.3 dargestellten Ausführungsform des Vakuumschalters nach der Erfindung sind die beiden Lichtbogenelektroden 10, 20 in einer Vakuumkammer 70 angeordnet. Die Vakuumkammer weist ein von einem rohrförmigen Isolator 71 und zwei an den beiden Stirnseiten des Isolator 71 angeordneten Metallplatten 72, 73 gebildetes Gehäuse auf. Die beiden Lichtbogenelektroden 10, 20 sind auf der Achse 60, welche der Rohrachse des Isolators entspricht, angeordnet. Die Elektroden 10 resp. 20 sind jeweils am Ende einer elektrisch leitenden Stange 11 resp. 12, welche längs der Achse 60 ausgerichtet sind, befestigt. Die die Lichtbogenelektrode 20 tragende Stange 21 ist feststehend an der Platte 73 gehalten. Ein vakuumdicht aus dem Gehäuse geführtes Ende dieser Stange 21 ist mit einem Stromanschluss 22 des Schalters verbunden. Die die Lichtbogenelektrode 10 haltende Stange 11 ist axial beweglich durch eine Öffnung der Platte 72 geführt. Mit Hilfe eines in die Vakuumkammer 70 ragenden Faltenbalgs 74, dessen oberes Ende an der Stange 11 und dessen unteres Ende im Bereich des Randes der Öffnung an der Platte 72 befestigt ist, ist die Vakuumdichtigkeit der Kammer 70 gewährleistet. Das aus der Vakuumkammer 70 geführte Ende der Stange 11 ist kraftschlüssig mit einem axial (in Richtung des aus Fig.3 ersichtlichen Doppelpfeils) verschiebbaren Teil A eines Antriebs verbunden.
  • Die Stange 11 ist derart angeordnet, dass sie bei einem Schaltvorgang um einen vorgegebenen Winkel von höchstens 180° um die Achse 60 drehbar ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Stange 11 als dreh- und verschiebbares Teil eines Schraubengetriebes 80 ausgebildet ist. Die Stange 11 weist daher zwei in axialer Richtung voneinander entfernte, zylinderförmige Abschnitte auf. In den dem kammerseitigen Ende der Stange 11 zugewandten ersten Abschnitt ist ein Gewinde 81 eines feststehend gehaltenen Schraubgelenks 82 eingeformt. Da sich das Gewinde höchstens um 180°, im allgemeinen sogar nur um einige Grad drehen muss, genügt es, wenn das Gewinde mindestens einen steilen Gewindegang mit einem Steigungswinkel von typischerweise mehr als 60° aufweist. In den dem antriebsseitigen Ende zugewandten zweiten Abschnitt ist ein drehbares Element 83 eines vom Antrieb axial verschiebbaren Drehgelenks 84 eingeformt. In ein feststehendes Teil 85 des Schraubengetriebes 80 ist ein mit dem Gewinde 81 zusammenwirkendes Gegengewinde 86 eingeformt. Zugleich bildet das Teil 85 mit einem am verschiebbaren Teil A des Antriebs gehaltenen Gleitkörper 87 ein Gleitlager 88 des Schraubenantriebs 80. Zwischen der Stange 11 und dem feststehenden Teil 85 des Schraubengetriebes 80 ist ein Gleitlager- und Stromübergangsfunktion aufweisender Ringkörper 12 angeordnet, der im Allgemeinen Gleitlagerringe und in radialer Richtung elastisch verformbare Kontaktringe enthält. Dieser Ringkörper stellt den Stromübergang zwischen einem mit dem feststehenden Teil 85 verbundenen Stromanschluss 13 des Schalters und der Stange 11 und damit der Lichtbogenelektrode 10 her.
  • Beim Ausschalten wird das im Gleitlager 88 drehgesichert geführte Teil A nach unten bewegt. Die über das Dreh- 84 und das Schraubgelenk 82 gekoppelte Stange 11 resp. die Lichtbogenelektrode 11 führen daher eine Schraubenbewegung aus. Durch diese Schraubenbewegung entfernt sich die Lichtbogenelektrode 10 unter Bildung des Trennspalts 40 von der Lichtbogenelektrode 20. Nach dem Löschen eines bei der Trennung gezogenen und im Trennspalt brennenden Schaltlichtbogens sind die beiden Lichtbogenelektroden wegen der Schraubenbewegung gegeneinander verdreht. Die sich bei geschlossener Schalterstellung infolge Verschweissens und nachfolgenden Auseinanderreissens gegebenenfalls bildenden Inhomogenitäten 30, 31 liegen dann in axialer Richtung nicht mehr übereinander (Fig.1), sondern weisen wegen der durch die Schraubenbewegung hervorgerufenen Drehung der Lichtbogenelektrode 10 nun auch in radialer Richtung einen Abstand voneinander auf (Fig.2). Schon bei einem vergleichsweise kleinen Drehwinkel von 5 bis 10° trifft daher der Energiestrom 50 auf der als Anode geschalteten Elektrode nun nicht mehr auf eine Inhomogenität, sondern auf eine unbeschädigte Oberfläche auf, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Auftreten einer Rückzündung gegenüber einem Schalter, bei dem die Lichtbogenelektroden lediglich translatorisch zueinander bewegt werden, wesentlich verringert wird.
  • Das Gewinde 81 des Schraubgelenks 82 ist ersichtlich als Steilgewinde ausgebildet. Es wird so zum einen Selbsthemmung des Schraubenantriebs 80 vermieden, zum anderen wird beim Schalten der Drehwinkel begrenzt, um so am Faltenbalg 74 auftretende Torsionskräfte gering zu gehalten.
  • Der Faltenbalg 74 ist derart ausgebildet und die Steigung des Steilgewindes so gewählt, dass ein bei einem Schaltvorgang an den Faltenbalg angelegtes Drehmoment einen vom Faltenbalg aufnehmbaren zulässigen Grenzwert nicht überschreitet. Um einen ausreichend grossen Drehwinkel zu erreichen, ist bei einem durch die Geometrie des Schalters vorgegebenen Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Faltenbalgs die Anzahl der Falten mit typischerweise 10 bis 20 Falten grösser gewählt als bei einem Schalter nach dem Stand der Technik. Eine Erhöhung der Torsionsfestigkeit des Faltenbalgs 74 kann beispielsweise durch axial ausgerichtete aus Längsrippen und/oder Fasern gebildeten Verstärkungselemente erreicht werden.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 10
    Lichtbogenelektrode, Kathode
    11
    Stange
    12
    Ringkörper
    13
    Stromanschluss
    20
    Lichtbogenelektrode, Anode
    21
    Stange
    22
    Stromanschluss
    30,31
    Inhomogenitäten
    40
    Trennspalt
    50
    Energiefluss
    60
    Achse
    70
    Vakuumkammer
    71
    Isolator
    72,73
    Platten
    74
    Faltenbalg
    75
    Abschirmungen
    80
    Schraubengetriebe
    81
    Gewinde
    82
    Schraubgelenk
    83
    drehbares Element
    84
    Drehgelenk
    85
    feststehendes Teil
    86
    Gegengewinde
    87
    Gleitkörper
    88
    Gleitlager
    A
    verschiebbares Teil, Schalterantrieb

Claims (8)

  1. Leistungsschalter mit einer in einer Vakuumkammer (70) angeordneten und zwei Lichtbogenelektroden (10, 20) enthaltenden Schaltstelle und mit einer vakuumdicht aus der Kammer (70) geführten und längs einer Achse (60) beweglichen Stange (11) zur Übertragung einer von einem Antrieb (A) erzeugten Schubbewegung auf eine am kammerseitigen Ende der Stange (11) starr gehaltene erste Lichtbogenelektrode (10), dadurch gekennzeichnet, dass die erste (10) und die zweite Lichtbogenelektrode (20) relativ zueinander um die Achse (60) drehbar gelagert sind.
  2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die erste Elektrode (10) starr haltende Stange (11) drehbar gelagert ist.
  3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (11) Teil eines Schraubengetriebes (80) ist.
  4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (11) zwei in axialer Richtung voneinander entfernte, zylinderförmige Abschnitte aufweist, und dass in den dem kammerseitigen Ende der Stange (11) zugewandten ersten Abschnitt ein Gewinde (81) eines feststehend gehaltenen Schraubgelenks (82) eingeformt ist und an dem dem antriebsseitigen Ende zugewandten zweiten Abschnitt ein drehbares Element (83) eines vom Antrieb (A) axial verschiebbaren Drehgelenks (84) angebracht ist.
  5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (81) des Schraubgelenks (82) als Steilgewinde ausgebildet ist.
  6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Kammergehäuse gehaltener Faltenbalg (74) zwischen dem Steilgewinde (81) und dem kammerseitigen Ende vakuumfest an der Stange (11) befestigt ist.
  7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenbalg (74) derart ausgebildet und die Steigung des Steilgewindes (81) so gewählt ist, dass ein bei einem Schaltvorgang an den Faltenbalg (74) angelegtes Drehmoment einem vom Faltenbalg aufnehmbaren zulässigen Grenzwert nicht überschreitet.
  8. Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem durch die Geometrie des Schalters vorgegebenen Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Faltenbalgs (74) die Anzahl der Falten grösser gewählt ist als bei einem vergleichbaren Schalter nach dem Stand der Technik.
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