CH643086A5 - Hochspannungsvakuumschalter. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsvakuumschalter mit zwei zueinander in achsialer Richtung beweglichen Schaltkontakten, bei dem jedem der Schaltkontakte eine ringförmige Abschirmelektrode zugeordnet ist, die elektrisch mit ihrem zugehörigen Schaltkontakt gekoppelt ist und sich in der Offenstellung des Schalters in der Schliessbewegungsrichtung vor der Kontaktoberfläche des Schaltkontaktes erstreckt.

Bei einem derartigen, z.B. aus der amerikanischen Patentschrift 3 914 568 bekannten, Vakuumschalter dient die genannte Abschirmelektrode dazu, in der Offenstellung des Schalters einigermassen vor der Kontaktoberfläche des zugehörigen Schaltkontaktes ein elektrisches Feld zu erzeugen, das die Gefahr einer Bogenentladung zwischen den Kontaktoberflächen der beiden Schaltkontakte vor der Schliessung des Schalters vermindert. Diese Kontaktoberflächen sind nämlich anfänglich glatt und weisen eine hohe Spannungsfestigkeit auf, werden jedoch während des Betriebes durch die

Bogenentladung unmittelbar vor dem Erreichen der Schliess-stellung durch den Schalter rauher und weisen dadurch eine niedrigere Spannungsfestigkeit auf. Die zunehmende Rauheit der Kontaktoberfläche ist nicht nur die Folge der Einbrennung durch die Bogenentladung, sondern zudem der Tatsache, dass die Kontakte beim Schliessen des Schalters miteinander verschweissen und anschliessend beim Öffnen des Schalters wieder voneinander losgezogen werden. Durch die Anwendung der Abschirmelektrode wird erreicht, dass der zugehörige Schaltkontakt nach dem Beginn des Schliessens des Schalters noch einige Zeit ausser dem von dem anderen Schaltkontakt herrührenden, elektrischen Feld von ausreichender Stärke zum Einleiten einer Bogenentladung bleibt, so dass der Schalter trotz dem Rauherwerden der Kontaktoberflächen doch eine ausreichend hohe Spannungsfestigkeit behält.

Um zu verhindern, dass zwischen den beiden Abschirmelektroden selbst eine Bogenentladung auftritt oder dass eine Abschirmelektrode während einer Bogenentladung ihres zugehörigen Schaltkontaktes durch von demselben losgerissene Metallspritzen getroffen wird, wodurch ihre Oberflä-chenglattheit ungünstig beeinflusst werden kann und die Gefahr einer Bogenentladung zwischen den beiden Abschirmelektroden selbst wieder steigt, ist es jedoch bei dem bekannten Vakuumschalter erforderlich, dass die Abschirmelektroden verhältnismässig weit von der Berührungsfläche der Schaltkontakte angeordnet werden.

Hierdurch ist es von Nachteil, dass auch die äusseren Abmessungen des Vakuumschalters grösser werden, ebenfalls die durch den Antriebsmechanismus des Schalters zu versorgende Hublänge und zu verlagernden Massen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteil zu beheben und einen Hochspannungsvakuumschalter der beschriebenen Art zu schaffen, bei dem der mit Anwendung einer Abschirmelektrode angestrebte Effekt völlig verwirklicht wird, ohne dass zu diesem Zweck eine ungewünschte Vergrösserung der Abmessungen des Schalters und des zugehörigen Antriebsmechanismus erforderlich ist.

Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung bei einem Hochspannungsvakuumschalter der eingangs beschriebenen Art vor, dass mindestens eine der Abschirmelektroden kapazitiv mit ihrem zugehörigen Schaltkontakt gekoppelt ist.

Eine derartige Kopplung kann auf einfache Weise verwirklicht werden, wenn, in Radialrichtung betrachtet, zwischen der den Schaltkontakt tragenden Kontaktstange und der zugehörigen Abschirmelektrode eine Schicht aus Isoliermaterial angeordnet ist. Eine derartige Isolierschicht führt lediglich einen geringen Potentialunterschied zwischen dem Schaltkontakt und der zugehörigen Abschirmelektrode herbei, so dass die dielektrische Belastung der Isolierschicht gering ist. Durch die Tatsache, dass eine derartige Kapazität einen verhältnismässig kleinen Wert besitzt, wird ein etwa über die Abschirmelektrode fliessender Bogenentladungs-strom so klein sein, dass keine Einbrennung der Abschirmelektrode auftritt. Dadurch wird die Oberfläche der Abschirmelektrode relativ glatt bleiben, so dass die Spannungsfestigkeit des erfindungsgemässen Schalters hoch bleibt.

Dabei kann es vorteilhaft sein, dass die Schicht aus Isoliermaterial die Form einer Hülse besitzt, die als Abstützung mindestens eines Teils der Abschirmelektrode dient. In diesem Fall wird eine sehr einfache Bauart erzielt, wenn die für die elektrische Kopplung zwischen einem Schaltkontakt und der zugehörigen Abschirmelektrode erforderliche Kapazität die Form eines Zylinderkondensators besitzt, bestehend aus mindestens einem Teil der Abschirmelektrode als Aussenplatte, aus der an deren Innenseite anliegenden Hülse aus Isoliermaterial als Dielektrikum und aus einem an der Innen5

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seite der Hülse anliegenden und galvanisch mit dem zugehörigen Schaltkontakt verbundenen Zylinder aus Metall als Innenplatte. Eine derartige Bauart lässt es zu, dass die Abschirmelektrode als ein aus Metalldraht oder metallisiertem Draht geflochtener Körper ausgebildet ist. Weil dieser Körper eine grosse Anzahl von Öffnungen aufweist, werden die meisten der während einer Bogenentladung eventuell von den zugehörigen Schaltkontakt losgerissenen Metallspritzen über diese Öffnungen verschwinden, während lediglich ein sehr kleiner Teil der Metallspritzen die Abschirmelektrode trifft. Die letztgenannten Metallspritzen werden die Spannungsfestigkeit der Abschirmelektrode jedoch nicht wesentlich angreifen, weil die Metallspritzen sich um das Drahtmaterial der Abschirmelektrode herum verformen werden, wodurch eine feste Verbindung mit diesem Material entsteht und die relativ glatte Oberfläche der Abschirmelektrode erhalten bleibt. Ein weiterer Vorteil dieser Massnahme ist, dass eine auf derartige Weise ausgeführte Abschirmelektrode einen verhältnismässig geringen radialen Abstand von seinem zugehörigen Schaltkontakt besitzen kann. Die Anwendung einer derartigen Abschirmelektrode braucht somit nicht zur Vergrösserung der Abmessungen des Vakuumschalters zu führen.

Zudem schafft die vorstehend genannte Bauart einer Abschirmelektrode die Möglichkeit, dass die beiden Abschirmelektroden derart verschiedene Durchmesser aufweisen, dass die eine konzentrisch in die andere hineinpasst. In diesem Fall wird eine sehr einfache Bauart erzielt, wenn der eine Schaltkontakt als innerhalb des Hochspannungsvakuumschalters ortsfesten Kontakt ausgebildet und mit einer ebenfalls ortsfesten Abschirmelektrode versehen ist, während der andere Schaltkontakt als beweglicher Kontakt ausgebildet und mit einer mitbeweglichen Abschirmelektrode versehen ist. In diesem Fall braucht der Antriebsmechanismus des Schalters lediglich den letztgenannten, beweglichen Kontakt anzutreiben, so dass der Mechanismus eine verhältnismässig einfache Bauart aufweisen kann.

Die Erfindung ist in nachstehender Beschreibung anhand der zugehörigen Zeichnung zweier Ausführungsformen beispielsweise näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1, schematisch, einen Achsialschnitt des für die Erfindung wichtigsten Teils einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Hochspannungsvakuumschalters, und

Fig. 2 einen ähnlichen Schnitt einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt von dem Gehäuse des dargestellten Hochspannungsvakuumschalters lediglich den zylinderförmigen Mantelteil 1 aus Metall, innerhalb welches ein auf nicht in der Zeichnung dargestellte Weise evakuierter Schaltraum 2 durch zwei Körper 3 und 4 aus Isoliermaterial abgetrennt ist, die zugleich als Abstütz- und Führungsorgane für die sich beide nach der Achsenlinie des Mantelteils 1 erstreckenden Kontaktstangen 5 bzw. 6 dienen, die an ihren einander zugekehrten Enden die Schaltkontakte 7 bzw. 8 tragen, denen die erfindungsgemässen Abschirmelektroden 9 bzw. 10 zugeordnet sind, die nachstehend noch in Einzelheiten beschrieben sind.

Die vorstehend genannten Teile 1-8 des in Fig. 1 dargestellten Hochspannungsvakuumschalters können von beliebiger Art sein, so dass hier eine kurze Beschreibung dieser Teile und ihre Wirkungsweise genügt.

Die schon genannten Kontaktstangen 5 und 6, die innerhalb der Körper 3 bzw. 4 mittels Manschetten 11 bzw. 12 aus gut leitendem Material, z.B. einem Metall, gleitend gelagert sind, sind an ihren einander abgekehrten Enden auf nicht in der Zeichnung dargestellte Weise mit der Kolbenstange 13 bzw. 14 einer zum Antrieb der zugehörigen Kontaktstange 5 bzw. 6 dienenden Kolben-Zvlinder-Kombination 15 bzw. 16

isolierend gekoppelt. Auf Einzelheiten der Ausführung und die Wirkungsweise der beiden Kombinationen 15 und 16, die während des Betriebes mittels eines Druckmittels synchron miteinander zur Betätigung des Schalters angetrieben werden können, wird hier weiter nicht eingegangen. Betreffend den elektrischen Anschluss der Schaltkontakte 7 und 8 genügt der Hinweis auf die an den Manschetten 11 bzw. 12 vorstehenden Durchführungsleitung 17 und 18.

Für die Teile 11-18 trifft das gleiche zu wie für die Teile 1-8; beliebig geeignete Bauart und Wirkungsweise ist möglich.

Wie schon bemerkt, sind den Schaltkontakten 7 und 8 die Abschirmelektroden 9 bzw. 10 zugeordnet, die zur Erzielung des angestrebten Effektes (Schutz gegen aussergewöhnliche Bogenentladungserscheinungen zwischen den Schaltkontakten 7 und 8) in der Offenstellung des Schalters wenigstens mindestens nahezu das gleiche Potential wie ihr zugehöriger Schaltkontakt 7 bzw. 8 besitzen müssen.

Wie die Erfindung vorschlägt und zudem in Fig. 1 klar ersichtlich ist, wird dem soeben genannten Potentialerfordernis durch kapazitive Kopplung zwischen dem Schaltkontakt einerseits und der demselben zugeordneten Abschirmelektrode andererseits entsprochen. So kann der obere Teil der Abschirmelektrode 9 in Fig. 1 als die Aussenplatte eines Zylinderkondensators betrachtet werden, dessen Dielektrikum durch eine an der Innenseite des genannten Elektrodenteils anliegende Hülse 19 aus Isoliermaterial und die Innenplatte durch einen an der Innenseite der Hülse 19 anliegenden Zylinder 21 aus Metall gebildet ist, der über einen Federkontakt 23 galvanisch mit der Kontaktstange 5 und somit mit dem Schaltkontakt 7 verbunden ist. Auf ähnliche Weise ist in der unteren Hälfte der Fig. 1 ein Zylinderkondensator erkennbar, der aus dem unteren Teil der Abschirmelektrode 10 als Aussenplatte, einer an der Innenseite desselben anliegenden Hülse 20 aus Isoliermaterial als Dielektrikum und einem an der Innenseite dieser Hülse anliegenden Zylinder 22 aus Metall als Innenplatte besteht, wobei letzterer wieder über einen Federkontakt 24 galvanisch mit der Kontaktstange 6 und dem Schaltkontakt 8 verbunden ist.

Die aus den soeben genannten Elementen 9, 19 und 21 bzw. 10, 20 und 22 bestehenden Kondensatoren besitzen einen verhältnismässig geringen Kapazitätswert, so dass ein eventueller Bogenentladungsstrom, der über die Abschirmelektrode 9 und 10 fliessen würde, ebenfalls einen so kleinen Wert besitzen würde, dass derselbe eine Einbrennung der Abschirmelektroden nicht herbeiführen kann.

Wie schon bemerkt, muss vermieden werden, dass die Abschirmelektroden 9 und 10 während einer zwischen ihren zugehörigen Schaltkontakten 7 und 8 auftretenden Bogenentladung durch aus derselben wegspritzende Metallteilchen so getroffen werden, dass die Oberflächenglattheit der Elektroden abnimmt und die Gefahr einer Bogenentladung zwischen den Elektroden selbst wieder zunimmt. Bei der aus der amerikanischen Patentschrift 3 914 568 bekannten Bauart eines Hochspannungsvakuumschalters mit den Schaltkontakten zugeordneten, vollen Abschirmelektroden führt auch diese Erwägung zu der Notwendigkeit, die Abschirmelektroden verhältnismässig weit entfernt von der in Fig. 1 durch unterbrochene Linien angedeuteten Berührungsebene der Schaltkontakte 7 und 8 anzuordnen.

Die in der vorstehend beschriebenen Kondensatorausführung der Abschirmelektroden 9 und 10, wobei dieselben über einen erheblichen Teil ihrer achsialen Abmessung durch die Teile 19,21 bzw. 20, 22 abgestützt sind, schafft nun zudem die Möglichkeit, die Aussenplatte des Zylinderkondensators, d.h. die Elektrode selbst, als ein aus Metalldraht oder metallisiertem Draht geflochtener Körper auszubilden, der naturgemäss zwischen den Flechtdrähten eine grosse Anzahl von Löchern

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aufweist. Hierdurch werden die aus einer Bogenentladung zwischen den Schaltkontakten 7 und 8 wegspritzenden Metallteilchen grossenteils über diese Löcher verschwinden; die viel geringere Anzahl von Metallspritzen, die die Drähte trifft, wird das Profil der Abschirmelektrode nur in geringem Masse beeinflussen, weil die Metallspritzen sich um die Drähte verformen.

Durch die vorstehend beschriebenen Massnahmen, kapazitive Kopplung einer Abschirmelektrode mit ihrem zugehörigen Schaltkontakt und ferner Ausbildung der Abschirmelektrode als ein aus Metalldraht geflochtener Körper, wird die Möglichkeit geschaffen, trotz der Anwendung von den Schaltkontakten zugeordneten Abschirmelektroden, doch eine Bauart von verhältnismässig geringen achsialen Abmessungen zu erzielen.

Fig. 2 zeigt auf ähnliche Weise wie Fig. 1 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemässen Hochspannungsvakuumschalters. Dabei ist die Tatsache benutzt, dass die beiden Abschirmelektroden 109 und 110 als aus Metalldraht oder metallisiertem Draht geflochtene Körper ausgebildet werden können und, ebenso wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, zwischen den Drahtteilen Löcher aufweisen. Die beiden Abschirmelektroden weisen in diesem Fall nämlich derart verschiedene Durchmesser auf, dass die untere Abschirmelektrode 110 konzentrisch-in die obere Abschirmelektrode 109 hineinpasst. Die Bauart ist so, dass der untere Schaltkontakt 108 als ortsfester Kontakt ausgebildet und mit einer ortsfesten Abschirmelektrode 110 versehen ist, während der obere Schaltkontakt 7 dieser als beweglicher Kontakt ausgebildet, jedoch in diesem Fall mit einer mitbeweglichen Abschirmelektrode 109 versehen ist.

Die kapazitive Kopplung zwischen der oberen Abschirmelektrode 109 und dem oberen Schaltkontakt 7 erfolgt in diesem Fall über einen Zylinderkondensator, dessen Aussenplatte durch den oberen Teil der Abschirmelektrode 109, das Dielektrikum durch eine Hülse 119 aus Isoliermaterial und die Innenplatte durch einen Zylinder 121 aus Metall gebildet ist, der mittels eines Innenflansches 123 an der oberen Kontaktstange 5 angreift. Der untere Schaltkontakt 108 befindet sich am oberen Ende einer ortsfesten Kontaktstange 106, die 5 an ihrem unteren Ende in einen ebenfalls ortsfesten Körper 112 aus Metall übergeht, der auf ähnliche Weise wie die Manschette 12 bei der Ausführung nach Fig. 1 im Abstützkörper 4 aus Isoliermaterial angeordnet ist. Die untere Abschirmelektrode 110, die, wie schon bemerkt, in der durch unterbro-10 chene Linien in Fig. 2 dargestellten Schliessstellung des Schalters koachsial in die obere Abschirmelektrode 109 hineinpasst, ist über eine Hülse 120 aus Isoliermaterial mit der ortsfesten Kontaktstange 106 kapazitiv gekoppelt. Naturge-mäss sind dem unteren Schaltkontakt 108 und der zugehöri-15 gen Kontaktstange 106 in diesem Fall keine Kolbenstange und zum Antrieb dienende Kolben-Zylinder-Kombination, wie die Kolbenstange 14 und die Kolben-Zylinder-Kombina-tion der Ausführungsform nach Fig. 1, zugeordnet. Weil die übrigen Teile der Ausführungsform nach Fig. 2 im Prinzip mit 20 der Ausführungsform nach Fig. 1 völlig übereinstimmen, sind dieselben auch stets mit den gleichen Ziffern bezeichnet.

Fig. 2. zeigt eindeutig, dass bei der diesbezüglichen Aus-führungsform nicht nur eine Bauart von geringeren achsialen Abmessungen als bei der Ausführungsform nach Fig. 1 erzielt 25 wird, sondern dass zudem der ganze Antriebsmechanismus für den unteren Schaltkontakt entfällt, so dass die achsialen Abmessungen des Hochspannungsvakuumschalters noch weiter reduziert werden können, während zudem der Antriebsmechanismus in erheblichem Masse vereinfacht werden kann. 30 Dies ist insbesondere die Folge der Tatsache, dass während einer Bogenentladung zwischen den Schaltkontakten 107 und 108 den wegfliegenden Metallspritzen grossenteils durch die Löcher sowohl der Abschirmelektrode 110 wie der Abschirmelektrode 109 hindurch verschwinden und die verhältnismäs-35 sig glatten Profile dieser Abschirmelektroden dann soviel wie möglich unberührt lassen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

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1. Hochspannungsvakuumschalter mit zwei zueinander in achsialer Richtung beweglichen Schaltkontakten, bei dem jedem der Schaltkontakte eine ringförmige Abschirmelektrode zugeordnet ist, die elektrisch mit ihrem zugehörigen Schaltkontakt gekoppelt ist und sich in der Offenstellung des Schalters in der Schliessbewegungsrichtung vor der Kontaktoberfläche des Schaltkontaktes erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Abschirmelektroden (9, 10; 109, 110) kapazitiv mit ihrem zugehörigen Schaltkontakt (7, 8; 7, 108) gekoppelt ist.

2. Hochspannungsvakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Radialrichtung betrachtet, zwischen der den Schaltkontakt (7, 8; 7, 108) tragenden Kontaktstange (5, 6; 5,106) und der zugehörigen Abschirmelektrode (9, 10; 109, HO) eine Schicht (19,20; 119,120) aus Isoliermaterial angeordnet ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Hochspannungsvakuumschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Isoliermaterial die Form einer Hülse (19,20; 119, 120) besitzt, die als Abstüt-zung mindestens eines Teils der Abschirmelektrode (9, 10; 109,110) dient.

4. Hochspannungsvakuumschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Schaltkontakt ein Zylinderkondensator zugeordnet ist, bestehend aus mindestens einem Teil der zugehörigen Abschirmelektrode (9,10; 109,

110) als Aussenplatte, aus der an deren Innenseite anliegenden Hülse (19,20; 119, 120) aus Isoliermaterial als Dielektrikum und aus einem an der Innenseite der Hülse anliegenden und galvanisch mit dem zugehörigen Schaltkontakt (7, 8 ; 7, 108) verbundenen Zylinder (21,22; 121, 122) als Innenplatte.

5. Hochspannungsvakuumschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmelektrode als ein aus Metalldraht oder metallisiertem Draht geflochtener Körper (9, 10; 109, 110) ausgebildet ist.

6. Hochspannungsvakuumschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abschirmelektroden (109, 110) derart verschiedene Durchmesser aufweisen, dass die eine (110) konzentrisch in die andere (109) hineinpasst.

7. Hochspannungsvakuumschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Schaltkontakt (108) als ortsfester Kontakt ausgebildet und mit einer ortsfesten Abschirmelektrode (110) versehen ist, während der andere Schaltkontakt (7) als beweglicher Kontakt ausgebildet und mit einer mitbeweglichen Abschirmelektrode (109) versehen ist.