EP1854116A1 - Schaltgerät mit wärmerohr - Google Patents

Schaltgerät mit wärmerohr

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Publication number
EP1854116A1
EP1854116A1 EP06708485A EP06708485A EP1854116A1 EP 1854116 A1 EP1854116 A1 EP 1854116A1 EP 06708485 A EP06708485 A EP 06708485A EP 06708485 A EP06708485 A EP 06708485A EP 1854116 A1 EP1854116 A1 EP 1854116A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
housing
heat
heat pipe
conductors
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Withdrawn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
EP06708485A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf-Peter Kurth
Clemens RÜTHNICK
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.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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 Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1854116A1 publication Critical patent/EP1854116A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01H33/6606—Terminal arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/52—Cooling of switch parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/58—Electric connections to or between contacts; Terminals
    • H01H1/5822—Flexible connections between movable contact and terminal
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/52—Cooling of switch parts
    • H01H2009/523—Cooling of switch parts by using heat pipes
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01H33/6606—Terminal arrangements
    • H01H2033/6613—Cooling arrangements directly associated with the terminal arrangements

Definitions

  • the invention relates to a device for interrupting a driven by a high voltage alternating electrical current with contact pieces, which are connected to conductors and arranged in a contact housing, wherein the conductors are guided at least ⁇ partially movable and the contact pieces by means of a drive and a drive kinematics of a contact position can be converted into a release position.
  • Such a device is already known, for example, from EP 0 606 265 B1.
  • the device disclosed therein is arranged to interrupt an electric current driven by a high voltage.
  • the device has a contact path leading over conductor.
  • the contact pieces lie opposite one another in the longitudinal direction and can be converted into a disconnected position by introducing a switching movement from a contact position in which the contact pieces contact one another, in which the contact pieces are separated from one another.
  • the contact pieces are arranged in a vacuum interrupter in which a vacuum for Lö ⁇ rule of a drawn when separation of the arcing contact pieces gens prevails.
  • One of the contact pieces is held stationary by a firmly connected to the vacuum housing fixed contact conductor.
  • the solid contact conductor extends through the vacuum housing and is electrically conductively connected via further conductors to an input terminal.
  • the movable contact piece is arranged at the end of a likewise in the vacuum housing
  • Shift rod attached, which is guided longitudinally movable.
  • coupling means in the form of a bending connection between an outlet connection and the switching rod are provided.
  • elastic current band arranged elastic current band.
  • a heat pipe which has a substantially hollow cylindrical heat pipe housing formed at its one end an evaporation ⁇ range and at its other end a condensation region.
  • a capillary structure extends between the evaporation zone and the condensation zone.
  • the heat pipe on a heat transport means in the form of a fluid which is sealed from the heat ⁇ megetude against the outside atmosphere.
  • the gas phase of the heat transport medium was evacuated so that the pressure prevailing in the heat ⁇ pipe housing pressure is approximately equal to the vapor pressure of the heat transfer medium at each Tempe ⁇ temperature. In other words, the gas phase consisting almost exclusively of heat transfer medium is in equilibrium with the liquid phase of the heat transfer medium.
  • Heat pipes have been used mainly in the field of computer technology.
  • the object of the invention is to provide a device of the type mentioned, with the higher currents are manageable.
  • the invention achieves this object by a heat pipe with egg ⁇ nem fluid-tight heat pipe housing rich a Verdampfungsbe ⁇ , has a condensation region, and a capillary structure which extends between the evaporation area and the condensation area and is coupled with these thermally Ge, wherein the heat pipe housing a Heat transport medium ⁇ has and the evaporation area is heat conductively connected to one of the conductors or one of the contact pieces.
  • the heat is dissipated with a heat pipe previously known only from the field of computer technology at the points which are characterized by a particularly high heat generation.
  • the heat pipe acts as a rapid heat conductor to which quickly transports the heat away from the critical points and is discharged through the condensation region to any external environment, such as atmosphäri ⁇ cal air.
  • the heat transfer is based on the evaporation of the heat transfer medium in the evaporation zone, wherein due to the required enthalpy of enthalpy of heat, the conductor which contacts the evaporation zone of the heat pipe is deprived of heat.
  • the heat transfer medium tends in the gas phase to reach the condensation region, which has a lower temperature compared to the evaporation region.
  • the conductor has a recess into which the heat pipe partially extends.
  • the heat ⁇ pipe is therefore arranged with its evaporation area in the recess.
  • the recess is preferably arranged in the vicinity of such areas where there is a particular ⁇ DERS high heat load. As has already been explained, these are areas with a conductor cross-sectional narrowing compared to the other conductors.
  • the recess is arranged ter in the contact housing by cross-Kontaktlei- which carries one of the contact pieces at its angeord ⁇ in the contact housing Neten contact piece end, the condensation region of the heat pipe is disposed outside of the contact housing.
  • the recess thus extends through the contact conductor in the contact housing in and is thus in the immediate vicinity of the contact pieces being arranged ⁇ , it tung at their contact surface to a high heat Bela ⁇ occurs due to a non-ideal flat pad. The resulting heat can be removed in this way efficiently by means of the heat pipe from the contact area.
  • the contact conductor is firmly connected to the contact housing.
  • only one of the two contact pieces is movably held, while the contact piece associated therewith is arranged stationarily in the contact housing.
  • the arrangement of the heat pipe in the stationary contact conductor prevents movement of the heat pipe.
  • the head of a Move ⁇ Lich guided shift rod which is connected to a BewegWallet scholar of the contact pieces, and an output connection, which is electrically connected via coupling means to the shift rod, wherein the evaporation zone is located at or in the output connection.
  • the heat pipe is located in the vicinity of the coupling means, where it payments usually at Verengun- gen of the conductor cross-section and thus high heat development ⁇ comes when current is flowing.
  • the device it is possible within the scope of the invention for the device to have two or even more heat pipes.
  • a heat pipe is arranged in the stationary contact conductor, while the other heat pipe is arranged at the outlet connection.
  • the coupling means have a flexurally elastic current band.
  • Other also usable in the invention are Kopp ⁇ averaging means, for example, a sliding contact or a rolling contact, on which also a narrowing of the wire cross-section is observed.
  • the current band is example as connected ⁇ by screwing to the connecting piece, wherein the heat pipe is advantageously in the immediate vicinity of the current band - layer, for example, only through a thin wire is separated from the current band - arranged in a recess on ⁇ , which was introduced into the outlet fitting.
  • the condensation region contacts a heat sink.
  • Heat pipe increases the cooling capacity of the heat pipe be ⁇ significant. In this way, a further lowering of the operating temperature of the current path of the device is made possible, which is formed from the conductors and the contact pieces.
  • the contact piece is arranged in a grounded electrically conductive switch housing.
  • the scarf ⁇ tergephase surrounds, for example, three contact arrangements, which are each arranged in a phase of an AC network.
  • each contact arrangement consists of two contact pieces allocated to one another. These contact pieces are, for example, opposite one another in a longitudinal direction, one of the contact pieces being fixedly connected to the switch housing, while the other is guided in a longitudinally movable manner in the latter.
  • the conductor is a bus bar, which extends by means of a passage through an in-operation of the device to ground potential housing wall, wherein the busbar has a recess ⁇ on its side facing away from the switch housing side, in which the heat pipe part disposed is.
  • the busbar has a recess ⁇ on its side facing away from the switch housing side, in which the heat pipe part disposed is.
  • the contact housing is arranged in an electrically non-conductive insulating material.
  • Such Isolierstoffgeophuse is closed, for example, closed on the other side and formed as a hollow cylinder or tubular, wherein fastening means for holding the contact housing in the insulating ⁇ material housing are provided.
  • fastening means for holding the contact housing in the insulating ⁇ material housing are provided.
  • it is within the scope of the invention also possible to pour the contact housing in an insulating material in a plastic, so that an air gap between the contact housing and the Iso ⁇ lierstoffgeophuse is avoided.
  • the contact housing is a vacuum tube in which a vacuum is applied.
  • the vacuum is used according to this development as an extinguishing medium for deleting a drawn when separating the contacts arc.
  • the heat ⁇ pipe is formed in particular in connection with the Verwen- fertil to vacuum interrupters, or vacuum tubes, since the heat dissipation is difficult in the interior of the tube. A heat transfer by convection ⁇ is not possible in a vacuum. In the vacuum tube, a heat flow can be realized only via the heat-conducting connection of the conductors or by thermal radiation.
  • the heat transfer means comprises a FLÜS ⁇ SiGe phase and a vapor phase, wherein the pressure within the heat pipe housing equal to the vapor pressure of the liquid Phase is.
  • the pressure within the heat pipe housing equal to the vapor pressure of the liquid Phase is.
  • all the gas phase within the heat almost exclusively from the housing part ⁇ surfaces of the heat transport medium, so that it is in the vapor phase to a so-called saturated vapor phase is in communication with the liquid in equilibrium.
  • the balance ge ⁇ is disturbed by heating the evaporation area and the heat transfer previously described is un ⁇ a forthwith.
  • FIG 1 shows an embodiment of the device according to the invention
  • Figure 2 show a further embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the device 1 according to the invention in a schematic representation.
  • the apparatus 1 shown comprises a known as such vacuum interrupter 2 with a vacuum housing 3 and a stationary fixedly connected via a fixed contact pin 4 fixed to the vacuum housing 3 fixed contact 5, which is in a longitudinal direction a moving contact 6 opposite.
  • the moving contact 6 is mounted on a longitudinally movably guided switching rod 7, so that can be converted by a lifting movement of the shift rod 6 in the direction indicated by the arrows of the moving contact of a contact position in which it rests against the fixed contact 5 in a disconnected position, in he's far from the Fixed contact 5 is arranged.
  • the shift rod 7 is connected via ei ⁇ nen metal bellows 8 longitudinally movable with the vacuum housing 3.
  • a vacuum is applied, in which a drawn when separating the contact pieces 5 and 6 arc is deleted.
  • the shift rod 7 is connected via a current band 9 to a outgoing terminal 10, which is arranged stationarily in egg ⁇ nem figured not shown Isolierstoffgeophuse.
  • the insulating material surrounds each a Vaku ⁇ umrschreibe so that single-pole gekap with three devices 1 a ⁇ selter switch is provided with three switch poles. Each pole is assigned to one phase of a three-phase alternating current network .
  • a further cross-sectional constriction undergoes the current at the current band 9.
  • an increased heat development occurs by which the current carrying capacity of the vacuum interrupter tube 2 and thus of the device 1 is limited.
  • heat pipes 11 and 12 are provided.
  • the heat pipe 11 is in a ner far into the fixed contact pin reaching into recess 13 and has a fluid-tight choirrohrge ⁇ housing 14, which has a solid contact 5 facing evaporation region 15 and a side facing away from this condensation region 16. The same applies to the
  • Heat pipe 12 which is arranged with its evaporation region 15 in a recess 17 of the outgoing connecting piece 10 in the vicinity of the current band 9.
  • the condensation region 16 of each heat pipe 11 or 12 is equipped with a heat sink 18, which is provided to increase its heat exchange surface with cooling fins and, for example, consists of a heat-conducting metal.
  • the fluid-tight heat pipe housing 14 consists for example of a gas-tight copper pipe, on the inside of which a capillary structure 19 extends between the evaporation region 15 and the condensation region 16.
  • the Ka surrounds ⁇ pillar für 19 a clear cavity 20.
  • the heat pipe housing 14 of each heat pipe 11 and 12 is filled with a not illustrated figuratively heat transport medium, comprising a liquid phase or a vapor ⁇ phase, wherein the internal pressure of the heat pipe in the We ⁇ sentlichen the vapor pressure of the heat transport medium ent ⁇ speaks. In other words, the vapor phase within the heat pipe housing substantially no foreign gases. At a uniform temperature of the heat pipe, the phases of the heat transfer medium are in equilibrium mitein ⁇ other.
  • the temperature of the evaporation region 15 rises above the temperature of condensation at ⁇ range sixteenth It comes to vaporizing the heat transport ⁇ means that as gas through the light cavity 20 for con densations Scheme 16, ie the cooler area, is transported. Due to the lower temperature there is there for the condensation of the vaporous heat transport medium, where ⁇ is transported in the resulting liquid by capillary forces the Ka pillar réelle 19 back to the evaporation zone. The consumed during evaporation bathenthal ⁇ pie is effectively delivered in this way to the outer region of the condenser region 16. Through the heat sink 18, the temperature difference between the Verduns- area 15 and the condensation region 16 and thus the heat dissipation of the heat pipe 11 and 12 increases.
  • Figure 2 shows a further embodiment of the device 1 OF INVENTION ⁇ to the invention in a schematic representation lung.
  • the ge in Figure 1 ⁇ showed vacuum interrupter with two further vacuum interrupters in a horizontal to ground potential switch housing 21 are ⁇ arranged, in each case the stationary contact bolt, also not shown in Figure 2 connectedness to a bus bar 22 the is. In the view of Figure 2, only one of these bus bars 22 can be seen.
  • the busbar 22 is arranged in a further switch housing 23, which is also at ground potential.
  • a bushing 24 for the iso ⁇ lated lead out of the switch housing 23 is a bushing 24. bushings are known as such, so that at this point on the structure does not need to be entered more precisely ⁇ .
  • the implementation 24 has a non-conductive insulating body made of resin and is attached to the insulating body on the switch housing 23.
  • the busbar 22 has a recess 25 into which a heat pipe 11 partially extends, wherein the condensation region 16 and the heat sink 18 of the heat pipe 11 outside the switch housing 23 are arranged. In operation of the apparatus 1, heat is transported via the heat-conductive bus bar 22 for locking ⁇ dunstungs Scheme 15 of the heat pipe 11 and from this accelerated by the heat sink 18 to the sphere accordinglyatmo- dispensed.

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

Um eine Vorrichtung (1) zum Unterbrechen eines von einer Hochspannung getriebenen elektrischen Wechselstromes mit Kontaktstücken (5,6), die mit Leitern (4,7,9,10) verbunden und in einem Kontaktgehäuse angeordnet sind, wobei die Leiter (4,7,9,10) zumindest teilweise beweglich geführt sind und die Kontaktstücke (5,6) mittels eines Antriebes und einer Antriebskinematik von einer Kontaktstellung in eine Trennstellung überführbar sind, bereitzustellen, mit der auch höhere Ströme beherrschbar sind, wird ein Wärmerohr (11,12) mit einem fluiddichten Wärmerohrgehäuse (14), das einen Verdampfungsbereich (15), einen Kondensationsbereich (16) und eine Kapillarstruktur (20) aufweist, die sich zwischen dem Verdampfungsbereich (15) und dem Kondensationsbereich (16) erstreckt und mit diesen thermisch gekoppelt ist, wobei das Wärmerohrgehäuse (14) ein Wärmetransportmittel aufweist und der Verdampfungsbereich (15) Wärme leitend mit einem der Leiter (4,7,9,10) oder einem der Kontaktstücke (5,6) verbunden ist, vorgeschlagen.

Description

Beschreibung
Schaltgerät mit Wärmerohr
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Unterbrechen eines von einer Hochspannung getriebenen elektrischen Wechselstromes mit Kontaktstücken, die mit Leitern verbunden und in einem Kontaktgehäuse angeordnet sind, wobei die Leiter zumin¬ dest teilweise beweglich geführt sind und die Kontaktstücke mittels eines Antriebes und einer Antriebskinematik von einer Kontaktstellung in eine Trennstellung überführbar sind.
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 606 265 Bl bereits bekannt. Die dort offenbarte Vorrichtung ist zum Unterbrechen eines elektrischen Stromes eingerichtet, der von einer Hochspannung getrieben wird. Dabei weist die Vorrichtung einen über Kontaktstücke führenden Leiterpfad auf. Die Kontaktstücke liegen einander in Längsrichtung gegenüber und sind durch Einleiten einer Schaltbewegung von einer Kon- taktstellung, in der die Kontaktstücke einander kontaktieren, in eine Trennstellung überführbar, in der die Kontaktstücke voneinander getrennt sind. Dabei sind die Kontaktstücke in einer Vakuumschaltröhre angeordnet, in der ein Vakuum zum Lö¬ schen eines beim Trennen der Kontaktstücke gezogenen Lichtbo- gens herrscht. Eines der Kontaktstücke ist durch einen mit dem Vakuumgehäuse fest verbundenen Festkontaktleiter ortsfest gehalten. Dabei durchragt der Festkontaktleiter das Vakuumgehäuse und ist über weitere Leiter mit einem Eingangsanschluss elektrisch leitend verbunden. Das bewegliche Kontaktstück ist am Ende einer ebenfalls in dem Vakuumgehäuse angeordneten
Schaltstange angebracht, die längs beweglich geführt ist. Zur elektrischen Verbindung sind zwischen einem Abgangsanschluss und der Schaltstange Kopplungsmittel in Gestalt eines bieg- elastischen Strombandes angeordnet. Ein die Leistungsfähigkeit vorbekannter Vorrichtungen begrenzender Faktor ist die insbesondere bei hohen Strömen auftretende Wärmeentwicklung an den Leitern des Strompfades. Eine solche Wärmeentwicklung ist insbesondere an den Kontaktflächen der Kontaktstücke, aber auch am Stromband zu beobachten, das im Vergleich mit den übrigen Leitern des Leiterpfades einen kleineren Leiterquerschnitt aufweist.
Aus der DE 197 17 235 Al ist ein Wärmerohr bekannt, das ein im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildetes Wärmerohrgehäuse aufweist, das an seinem einen Ende einen Verdampfungs¬ bereich und an seinem anderen Ende einen Kondensationsbereich aufweist. Innerhalb des Wärmerohrgehäuses erstreckt sich zwi- sehen dem Verdampfungsbereich und dem Kondensationsbereich eine Kapillarstruktur. Weiterhin weist das Wärmerohr ein Wärmetransportmittel in Form eines Fluids auf, das von dem Wär¬ megehäuse gegenüber der Außenatmosphäre abgedichtet ist. Vor dem Abdichten des Wärmerohrgehäuses wurde die Gasphase des Wärmetransportmittels evakuiert, so dass der in dem Wärme¬ rohrgehäuse herrschende Druck in etwa gleich dem Dampfdruck des Wärmetransportmittels bei der jeweils vorliegenden Tempe¬ ratur ist. Mit anderen Worten ist die nahezu ausschließlich aus Wärmetransportmittel bestehende Gasphase mit der flüssi- gen Phase des Wärmetransportmittels im Gleichgewicht. Wird eine Seite des Wärmerohres einer höheren Temperatur ausge¬ setzt als dessen andere Seite, kommt es in dem erwärmten Ver¬ dampfungsbereich zum Verdampfen von Flüssigkeit und zum Transport des Dampfes zum Kondensationsbereich hin, der im Vergleich zum Verdampfungsbereich kälter ist und eine Kondensation des Wärmetransportmittels bewirkt. Dabei wird Wärme an die Außenumgebung abgegeben. Wärmerohre werden bislang hauptsächlich im Bereich der Computertechnik eingesetzt. Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit der auch höhere Ströme beherrschbar sind.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Wärmerohr mit ei¬ nem fluiddichten Wärmerohrgehäuse, das einen Verdampfungsbe¬ reich, einen Kondensationsbereich und eine Kapillarstruktur aufweist, die sich zwischen dem Verdampfungsbereich und dem Kondensationsbereich erstreckt und mit diesen thermisch ge- koppelt ist, wobei das Wärmerohrgehäuse ein Wärmetransport¬ mittel aufweist und der Verdampfungsbereich Wärme leitend mit einem der Leiter oder einem der Kontaktstücke verbunden ist.
Erfindungsgemäß wird die Wärme mit einem bislang nur aus dem Bereich der Computertechnik bekannten Wärmerohr an den Stellen abgeführt, die durch eine besonders hohe Wärmeentwicklung gekennzeichnet sind. Dabei wirkt das Wärmerohr als schneller Wärmeleiter, mit dem die Wärme schnell von den kritischen Stellen wegtransportiert und über den Kondensationsbereich an eine beliebige Außenumgebung, wie beispielsweise atmosphäri¬ sche Luft abgegeben wird. Der Wärmetransport basiert auf der Verdampfung des Wärmetransportmittels im Verdampfungsbereich, wobei aufgrund der erforderlichen Verdampfungsenthalpie dem Leiter, der den Verdunstungsbereich des Wärmerohres kontak- tiert, Wärme entzogen wird. Das Wärmetransportmittel ist in der Gasphase bestrebt, zu dem Kondensationsbereich zu gelangen, der im Vergleich zum Verdampfungsbereich eine tiefere Temperatur aufweist. Aufgrund der gesättigten Dampfphase kommt es an dem Kondensationsbereich zu einer Kondensation des Wärmetransportmittels und somit zu einer Abgabe von Ver¬ dampfungsenthalpie in Form von Wärme. Das kondensierte Wärme¬ transportmittel tritt anschließend aufgrund der Kapillarwir¬ kung des sich zwischen Verdunstungsbereich und Verdampfungs- bereich erstreckenden Kapillarstruktur seinen Rückweg zum Verdampfungsbereich an. Auf diese Weise wird ein Kreislauf erzeugt, der einen effektiven Wärmetransport durch Verdampfen und Kondensieren von Wärmetransportmittel ermöglicht. Es hat sich erwiesen, dass die für die Computerindustrie ausgelegten Wärmerohre unerwarteter Weise auch im Bereich der Hochspannung und insbesondere im Bereich der Mittelspannung, also bei Spannungen von 1 kV bis 52 kV wertvolle Dienste zur Kühlung sich erwärmender Bauteile liefern können. Dabei ist es im Rahmen der Erfindung möglich, auf eine nahezu beliebige Aus¬ gestaltung des Wärmerohres zurückzugreifen.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Leiter eine Ausnehmung auf, in die hinein sich das Wärmerohr teilweise erstreckt. Das Wärme¬ rohr ist daher mit seinem Verdampfungsbereich in der Ausnehmung angeordnet. Die Ausnehmung ist zweckmäßigerweise in der Nähe solcher Bereiche angeordnet, an denen es zu einer beson¬ ders hohen Wärmebelastung kommt. Dies sind, wie bereits aus- geführt wurde, Bereiche mit einer Leiterquerschnittsverengung gegenüber den übrigen Leitern.
Gemäß einer diesbezüglichen Weiterentwicklung ist die Ausnehmung in einem das Kontaktgehäuse durchgreifenden Kontaktlei- ter angeordnet, der an seinem in dem Kontaktgehäuse angeord¬ neten Kontaktstückende eines der Kontaktstücke trägt, wobei der Kondensationsbereich des Wärmerohres außerhalb des Kontaktgehäuses angeordnet ist. Die Ausnehmung erstreckt sich somit durch den Kontaktleiter in das Kontaktgehäuse hinein und ist somit in unmittelbarer Nähe der Kontaktstücke ange¬ ordnet, an deren Kontaktfläche es zu einer hohen Wärmebelas¬ tung aufgrund einer nicht idealen flächigen Auflage kommt . Die entstehende Wärme kann auf diese Weise effizient mittels des Wärmerohres aus dem Kontaktbereich abgeführt werden.
Gemäß einer weiteren diesbezüglichen Weiterentwicklung ist der Kontaktleiter fest mit dem Kontaktgehäuse verbunden. Bei dieser Weiterentwicklung ist lediglich einer der beiden Kontaktstücke beweglich gehalten, während das diesem zugeordnete Kontaktstück ortsfest in dem Kontaktgehäuse angeordnet ist. Durch die Anordnung des Wärmerohres in dem ortsfesten Kon- taktleiter ist eine Bewegung des Wärmerohres vermieden.
Gemäß einer weiteren Variante weisen die Leiter eine beweg¬ lich geführte Schaltstange, die mit einem Bewegkontaktstück der Kontaktstücke verbunden ist, und einen Abgangsanschluss auf, der über Kopplungsmittel mit der Schaltstange elektrisch verbunden ist, wobei der Verdampfungsbereich an oder in dem Abgangsanschluss angeordnet ist. Gemäß dieser zweckmäßigen Weiterentwicklung ist das Wärmerohr in der Nähe des Kopplungsmittels angeordnet, an dem es in der Regel zu Verengun- gen des Leiterquerschnittes und somit zu hohen Wärmeentwick¬ lungen bei Stromfluss kommt.
Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass die Vorrichtung zwei oder noch mehr Wärmerohre aufweist. So ist beispielsweise ein Wärmerohr in dem ortsfesten Kontaktleiter angeordnet, während das andere Wärmerohr an dem Abgangsanschluss angeordnet ist.
Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung wei- sen die Kopplungsmittel ein biegeelastisches Stromband auf. Andere im Rahmen der Erfindung ebenfalls einsetzbare Kopp¬ lungsmittel sind beispielsweise ein Gleitkontakt oder ein Rollenkontakt, an denen ebenfalls eine Verengung des Leiter- querschnittes zu beobachten ist. Das Stromband ist beispiels¬ weise durch Verschrauben mit dem Anschlussstück verbunden, wobei das Wärmerohr zweckmäßigerweise in unmittelbarer Nähe des Strombandes - beispielsweise nur über eine dünne Leiter- schicht von dem Stromband getrennt - in einer Ausnehmung an¬ geordnet, die in das Abgangsanschlussstück eingebracht wurde.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterentwicklung kontaktiert der Kondensationsbereich einen Kühlkörper. Durch die Anordnung eines Kühlkörpers an dem die Wärme abgebenden Bereich des
Wärmerohres erhöht sich die Kühlleistung des Wärmerohres be¬ trächtlich. Auf diese Weise wird ein weiteres Absenken der Betriebstemperatur des Strompfades der Vorrichtung ermöglicht, der aus den Leitern und den Kontaktstücken gebildet ist.
Vorteilhafterweise ist das Kontaktstück in einem geerdeten elektrisch leitenden Schaltergehäuse angeordnet. Das Schal¬ tergehäuse umgibt beispielsweise drei Kontaktanordnungen, die jeweils einer Phase eines Wechselstromnetzes angeordnet sind. Dabei besteht jede Kontaktanordnung aus zwei einander zuge¬ ordneten Kontaktstücken. Diese Kontaktstücke liegen beispielsweise einander in einer Längsrichtung gegenüber, wobei eines der Kontaktstücke fest mit dem Schaltergehäuse verbun- den ist, während das andere längs beweglich in diesem geführt ist .
Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung weisen die Leiter eine Sammelschiene auf, die sich mittels einer Durchführung durch eine im Betrieb der Vorrichtung auf Erdpotenzial liegende Gehäusewandung erstreckt, wobei die Sammel¬ schiene auf ihrer vom Schaltgehäuse abgewandten Seite eine Ausnehmung aufweist, in der das Wärmerohr zum Teil angeordnet ist. Wie bereits erwähnt wurde, ist es im Rahmen der Erfin¬ dung auch möglich, mehrere Wärmerohre gleichzeitig in oder an der Vorrichtung einzusetzen. Gemäß dieser Weiterentwicklung ist eines oder das Wärmerohr außerhalb eines Modulraumes ei- ner Schaltanlage oder aber sogar ganz außerhalb der Schaltanlage angeordnet, die beispielsweise ein auf Erdpotenzial lie¬ gendes Blechgehäuse umfasst.
Abweichend hiervon ist das Kontaktgehäuse in einem elektrisch nicht leitenden Isolierstoffgehäuse angeordnet. Ein solches Isolierstoffgehäuse ist beispielsweise umseitig geschlossen und hohlzylindrisch oder rohrförmig ausgebildet, wobei Befestigungsmittel zum Halten des Kontaktgehäuses in dem Isolier¬ stoffgehäuse vorgesehen sind. Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, das Kontaktgehäuse in einem Isolierstoffgehäuse in einem Kunststoff einzugießen, so dass ein Luftspalt zwischen dem Kontaktgehäuse und dem Iso¬ lierstoffgehäuse vermieden ist.
Vorteilhafterweise ist das Kontaktgehäuse eine Vakuumröhre, in der ein Vakuum angelegt ist. Das Vakuum dient gemäß dieser Weiterentwicklung als Löschmedium zum Löschen eines beim Trennen der Kontaktstücke gezogenen Lichtbogens. Das Wärme¬ rohr bildet sich insbesondere im Zusammenhang mit der Verwen- düng von Vakuumschaltröhren oder Vakuumröhren an, da im Inneren der Röhre die Wärmeabgabe erschwert ist. Eine Wärmeüber¬ tragung durch Konvektion ist im Vakuum nicht möglich. Bei der Vakuumröhre ist ein Wärmefluss allein über die Wärme leitende Verbindung der Leiter oder durch Wärmestrahlung realisierbar.
Zweckmäßigerweise weist das Wärmetransportmittel eine flüs¬ sige Phase und eine Dampfphase auf, wobei der Druck innerhalb des Wärmerohrgehäuses gleich dem Dampfdruck der flüssigen Phase ist. Mit anderen Worten besteht die gesamte Gasphase innerhalb des Wärmegehäuses nahezu ausschließlich aus Teil¬ chen des Wärmetransportmittels, so dass es sich bei der Dampfphase um eine so genannte gesättigte Dampfphase handelt, die mit der Flüssigkeit in einem Gleichgewicht steht. Durch Erwärmen des Verdampfungsbereichs wird das Gleichgewicht ge¬ stört und der bereits beschriebene Wärmetransport setzt un¬ verzüglich ein.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile sind Gegens¬ tand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Bauteile verwei¬ sen und wobei
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer schematischen Darstellung. Die gezeigte Vorrichtung 1 umfasst eine als solche bekannte Vakuum- schaltröhre 2 mit einem Vakuumgehäuse 3 und einem ortfesten über einen Festkontaktbolzen 4 fest mit dem Vakuumgehäuse 3 verbundenen Festkontakt 5, dem in einer Längsrichtung ein Bewegkontakt 6 gegenüber liegt. Der Bewegkontakt 6 ist an einer längs beweglich geführten Schaltstange 7 angebracht, so dass durch eine Hubbewegung der Schaltstange 6 in der durch die Pfeile angezeigten Richtung der Bewegkontakt von einer Kontaktstellung, in der er an dem Festkontakt 5 anliegt, in eine Trennstellung überführbar ist, in der er mit Abstand zu dem Festkontakt 5 angeordnet ist. Die Schaltstange 7 ist über ei¬ nen Metallfaltenbalg 8 längsbeweglich mit dem Vakuumgehäuse 3 verbunden .
In dem Vakuumgehäuse 3 ist ein Vakuum angelegt, in dem ein beim Trennen der Kontaktstücke 5 und 6 gezogener Lichtbogen gelöscht wird. Die Schaltstange 7 ist über ein Stromband 9 mit einem Abgangsanschluss 10 verbunden, der ortsfest in ei¬ nem figürlich nicht dargestellten Isolierstoffgehäuse ange- ordnet ist. Das Isolierstoffgehäuse umgibt jeweils eine Vaku¬ umröhre, so dass mit drei Vorrichtungen 1 ein einpolig gekap¬ selter Schalter mit drei Schalterpolen bereitgestellt ist. Dabei ist jeder Pol einer Phase eines dreiphasigen Wechsel¬ stromnetzes zugeordnet.
In der Kontaktstellung des Festkontaktes 5 mit dem Bewegkontakt 6 kommt es trotz der durch eine Kontaktfeder bereitge¬ stellten hohen Andruckkraft zu punktförmigen Stromübergängen zwischen den beiden Kontaktstücken mit einer effektiven Stromquerschnittsverengung im Gefolge. Mit anderen Worten entsteht beim Stromübergang zwischen den Kontaktstücken 5 und 6 eine hohe Wärmeentwicklung, die im Vakuum aufgrund fehlender Konvektionswirkung nur in Form von Wärmeleitung über den Festkontaktbolzen 4 und die Schaltstange 7 sowie in Form von Wärmestrahlung nach außen abgegeben werden kann.
Eine weitere Querschnittsverengung erfährt der Strom am Stromband 9. Auch hier tritt eine erhöhte Wärmeentwicklung auf, durch welche die Strombelastbarkeit der Vakuumschalt- röhre 2 und damit der Vorrichtung 1 begrenzt ist.
Um die Wärmeabfuhr aus der Vorrichtung 1 zu verbessern, sind Wärmerohre 11 und 12 vorgesehen. Das Wärmerohr 11 ist in ei- ner weit in den Festkontaktbolzen hinein reichenden Ausnehmung 13 angeordnet und weist ein fluiddichtes Wärmerohrge¬ häuse 14 auf, das über einen dem Festkontakt 5 zugewandten Verdunstungsbereich 15 und einen von diesem abgewandten Kon- densationsbereich 16 verfügt. Entsprechendes gilt für das
Wärmerohr 12, das mit seinem Verdunstungsbereich 15 in einer Ausnehmung 17 des Abgangsanschlussstückes 10 in der Nähe des Strombandes 9 angeordnet ist.
Der Kondensationsbereich 16 jedes Wärmerohres 11 oder 12 ist mit einem Kühlkörper 18 ausgerüstet, der zur Vergrößerung seiner Wärmeaustauschfläche mit Kühlrippen versehen ist und beispielsweise aus einem Wärme leitenden Metall besteht. Das fluiddichte Wärmerohrgehäuse 14 besteht beispielsweise aus einem gasdichten Kupferrohr, an dessen Innenseite sich eine Kapillarstruktur 19 zwischen dem Verdunstungsbereich 15 und dem Kondensationsbereich 16 erstreckt. Dabei umgibt die Ka¬ pillarstruktur 19 einen lichten Hohlraum 20. Das Wärmerohrgehäuse 14 des jeweiligen Wärmerohres 11 beziehungsweise 12 ist mit einem figürlich nicht dargestellten Wärmetransportmittel befüllt, das eine flüssige Phase beziehungsweise eine Dampf¬ phase aufweist, wobei der Innendruck des Wärmerohres im We¬ sentlichen dem Dampfdruck des Wärmetransportmittels ent¬ spricht. Mit anderen Worten weist die Dampfphase innerhalb des Wärmerohrgehäuses im Wesentlichen keine Fremdgase auf. Bei einheitlicher Temperatur des Wärmerohres befinden sich die Phasen des Wärmetransportmittels im Gleichgewicht mitein¬ ander .
Im Betrieb der Vorrichtung 1 steigt die Temperatur des Verdunstungsbereiches 15 über die Temperatur des Kondensations¬ bereiches 16 an. Es kommt zum Verdampfen des Wärmetransport¬ mittels, das als Gas durch den leichten Hohlraum 20 zum Kon- densationsbereich 16, also dem kühleren Bereich, transportiert wird. Aufgrund der tieferen Temperatur kommt es dort zur Kondensation des dampfförmigen Wärmetransportmittels, wo¬ bei die entstehende Flüssigkeit über Kapillarkräfte der Ka- pillarstruktur 19 zurück zum Verdunstungsbereich transportiert wird. Die bei der Verdampfung verbrauchte Wärmeenthal¬ pie wird auf diese Weise wirkungsvoll an den Außenbereich des Kondensatorbereiches 16 abgegeben. Durch den Kühlkörper 18 erhöht sich die Temperaturdifferenz zwischen dem Verduns- tungsbereich 15 und dem Kondensationsbereich 16 und somit die Wärmeableitung des Wärmerohres 11 beziehungsweise 12.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer schematischen Darstel- lung. In diesem Ausführungsbeispiel ist die in Figur 1 ge¬ zeigte Vakuumschaltröhre mit zwei weiteren Vakuumschaltröhren in einem auf Erdpotenzial liegenden Schaltergehäuse 21 ange¬ ordnet, wobei die in Figur 2 ebenfalls nicht dargestellten Festkontaktbolzen jeweils mit einer Sammelschiene 22 verbun- den ist. In der Ansicht der Figur 2 ist nur eine dieser Sammelschienen 22 erkennbar.
Die Sammelschiene 22 ist in einem weiteren Schaltgehäuse 23 angeordnet, das ebenfalls auf Erdpotenzial liegt. Zum iso¬ lierten Herausführen aus dem Schaltergehäuse 23 dient eine Durchführung 24. Durchführungen sind als solche bekannt, so dass an dieser Stelle auf deren Aufbau nicht genauer einge¬ gangen zu werden braucht. Es sei lediglich darauf hingewie¬ sen, dass die Durchführung 24 einen nicht leitenden Isolierkörper aus Gießharz aufweist und über den Isolierkörper an dem Schaltergehäuse 23 befestigt ist. Die Sammelschiene 22 weist eine Ausnehmung 25 auf, in die sich ein Wärmerohr 11 teilweise erstreckt, wobei der Kondensationsbereich 16 sowie der Kühlkörper 18 des Wärmerohres 11 außerhalb des Schalter- gehäuses 23 angeordnet sind. Im Betrieb der Vorrichtung 1 wird Wärme über die Wärme leitende Sammelschiene 22 zum Ver¬ dunstungsbereich 15 des Wärmerohres 11 transportiert und von diesem beschleunigt über den Kühlkörper 18 an die Außenatmo- sphäre abgegeben.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zum Unterbrechen eines von einer Hochspannung getriebenen elektrischen Wechselstromes mit Kontaktstü- cken (5,6), die mit Leitern (4,7,9,10) verbunden und in einem Kontaktgehäuse angeordnet sind, wobei die Leiter (4,7,9,10) zumindest teilweise beweglich geführt sind und die Kon¬ taktstücke (5, 6) mittels eines Antriebes und einer Antriebskinematik von einer Kontaktstellung in eine Trenn- Stellung überführbar sind, g e k e n n z e i c h n e t durch ein Wärmerohr (11,12) mit einem fluiddichten Wärmerohrgehäuse (14), das einen Verdampfungsbereich (15), einen Kondensationsbereich (16) und eine Kapillarstruktur (20) aufweist, die sich zwischen dem Verdampfungsbereich (15) und dem Kondensationsbereich (16) erstreckt und mit diesen thermisch gekoppelt ist, wobei das Wärmerohrgehäuse (14) ein Wärmetransport¬ mittel aufweist und der Verdampfungsbereich (15) Wärme lei¬ tend mit einem der Leiter (4,7,9,10) oder einem der Kon- taktstücke (5,6) verbunden ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass einer der Leiter (4,7,9,10) eine Ausnehmung (13) aufweist, in die hinein sich das Wärmerohr (11,12) teilweise erstreckt.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ausnehmung (13) in einem das Kontaktgehäuse (3) durch- greifenden Kontaktleiter (4) angeordnet ist, der an seinem in dem Kontaktgehäuse (3) angeordneten Kontaktstückende (5) ei¬ nes der Kontaktstücke trägt, wobei der Kondensationsbereich (15) des Wärmerohres (11,12) außerhalb des Kontaktgehäuses (3) angeordnet ist.
4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kontaktleiter (4) fest mit dem Kontaktgehäuse (3) verbunden ist.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Leiter eine beweglich geführte Schaltstange (7), die mit einem Bewegkontaktstück (6) der Kontaktstücke (5,6) verbunden ist, und einen Abgangsanschluss (10) aufweisen, der über Kopplungsmittel (9) mit der Schaltstange (7) elektrisch ver- bunden ist, wobei der Verdampfungsbereich (15) an oder in dem Abgangsanschluss (10) angeordnet ist.
6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kopplungsmittel ein biegeelastisches Stromband (9) auf¬ weisen .
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kondensationsbereich (16) einen Kühlkörper (18) kontaktiert.
8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kontaktgehäuse (3) in einem geerdeten elektrisch leitenden Schaltergehäuse (23) angeordnet ist.
9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Leiter eine Sammelschiene (22) aufweisen, die sich mit¬ tels einer Durchführung (24) durch eine im Betrieb der Vorrichtung (1) auf Erdpotenzial liegende Gehäusewandung (21,23; erstreckt, wobei die Sammelschiene (22) auf ihrer vom Kon¬ taktgehäuse (3) abgewandten Seite eine Ausnehmung (25) auf¬ weist, in der das Wärmerohr (11) zum Teil angeordnet ist.
10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kontaktgehäuse (3) in einem elektrisch nicht leitenden Isolierstoffgehäuse angeordnet ist.
11. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kontaktgehäuse (3) eine Vakuumröhre (3) ist, in der ein Vakuum angelegt ist.
12. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Wärmeleitmittel eine flüssige Phase und eine Dampfphase aufweist, wobei der Druck innerhalb des Wärmerohrgehäuses (14) gleich dem Dampfdruck der flüssigen Phase ist.
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