DD226690A1

DD226690A1 - Schalterpol

Info

Publication number: DD226690A1
Application number: DD84267532A
Authority: DD
Inventors: Klaus Boehme; Wolfgang Beyer; Guenter Seibt
Original assignee: Buchwitz Otto Starkstrom
Priority date: 1984-09-24
Filing date: 1984-09-24
Publication date: 1985-08-28
Also published as: US4618749A; EP0176665A3; EP0176665A2; JPS6180723A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schalterpol mit zwei Anschluessen und einem Isoliergehaeuse, das einen geerdeten Belag traegt und in seinem Inneren eine Vakuumschaltkammer aufnimmt. Zwischen Vakuumschaltkammer 1 und Isoliergehaeuse 12, 13 mit Metallbelag 14 befindet sich Gas. Ziel der Erfindung ist es, oertlich extrem hohe Feldstaerken bei kleinraeumiger Bauweise zu vermeiden. Im Bereich des Gases zwischen Schaltkammer 1 und Isoliergehaeuse 12 und 13 sollen Teilentladungen vermieden werden. Die Loesung ist dadurch charakterisiert, dass im Isoliergehaeuse 12, 13 zwei Steuerelektroden 19, 22 axial versetzt angeordnet sind und diese das Potential der Anschluesse tragen. Darueber hinaus ist eine dritte Steuerelektrode 20 im Isoliergehaeuse 12, 13 zusaetzlich vorgesehen, die ihre Lage im Bereich der Schaltkammer erhaelt und ein Zwischenpotential zwischen Anschlusspotential und Erdpotential einnimmt.

Description

Titel der Erfindung Schalterpol

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Scnalterpol mit zwei Anschlüssen und einem Isoliergehäuse, das einen äußeren geerdeten Belag trägt und in seinem Inneren eine Vakuumschaltkammer aufnimmt und wo sich zwischen Schaltkammer und Isoliergehäuse Gas befindet. Derartige Schalterpole von Vakuumschaltern mit Vollfeststoffisolation werden bevorzugt für fabrikfertige Hochspannungsschaltanlagen oder Transformatorenstationen benötigt, wo hohe Anforderungen bezüglich des Berührungsschutzes und bezüglich kleinräumiger und kompakter Bauweise bestehen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es ist bekannt, in Schaltgeräten Vakuumschaltkammern einzusetzen, die aus einem evakuierten Gehäuse mit einem feststehenden und einem beweglichen Kontaktstück und Metallschirmen bestehen.

Das feststehende Eontaktstück ist an einem feststehenden Kontaktstab angebracht, welcher vakuumdicht durch einen Isolator aus dem Gehäuse herausgeführt ist. Das bewegliche Kontaktstück ist dagegen an einem axial beweglichen Kontaktstab angebracht, der durch einen Isolator und einen Metallbalgen vakuumdicht herausgeführt ist. Ferner sind auf freiem Potential liegende Metallschirme zwischen den Isolatoren befestigt. Zwischen der Vakuumschaltkammer und dem Isoliergehäuse befindet sich entweder Luft (DE-PS 23 22 372) oder der Zwischenraum ist mit Isolieröl gefüllt (JP-PS 55-5651).

Wird in dem Zwischenraum zwischen Schaltkammer und Isoliergehäuse Luft vorgesehen, so sind trotz feldsteuernder Ausbildung der Anschlußkörper elektrisch hochbeanspruchte Strekken, in denen sich elektrische Teilentladungen ausbilden können, nicht vermeidbar.

Schalter mit öl in dem Zwischenraum weisen wieder ähnliche Nachteile wie die sogenannten ölarmen Schalter auf, weil von ihnen Brandgefahr und eine Gefährdung der Umwelt ausgeht. Desweiteren ist es bekannt, die komplette Vakuumschaltkammer in Epoxidharz einzugießen (DB-OS 22 40 106). Dabei ergeben sich jedoch Nachteile, weil innere mechanische Spannungen auf die Vakuumschaltkammer unvermeidbar sind und Risse sowie Luftspalten und Lufteinschlüsse nicht sicher ausgeschlossen werden können, in denen es dann zur Ausbildung zerstörend wirkender elektrischer Teilentladungen kommt.

Die vorstehend beschriebenen feststoff-luftisolierten Vakuumschalter haben darüber hinaus noch den zusätzlichen Nachteil, daß sie im Betrieb nicht berührt werden dürfen und damit aus Gründen des erforderlichen Berührungsschutzes der Einbau nur

.20 in metallgekapselten Schaltzellen erfolgen kann oder zusätzliche Absperrungen nötig sind. Dieser Nachteil kann in bekannter Weise bei gleichzeitiger Verringerung der Abmessung überwunden werden, wenn das Prinzip der Vollfeststoffisolierung angewendet wird, wo die gesamte, unter Hochspannung stehende Strombahn und alle Einbaugeräte in festem Isolierstoff eingebettet sind, auf dessen Oberfläche eine geerdete metallische Schirmung angebracht ist ("Elektrie" 28. Jhg. (1974), H. 10, S. 533 - 538).

Ziel der Erfindung

Aus den vorstehenden Darlegungen folgt, daß bei der Verbesserung derartiger Schalterpole gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches es darauf ankommt, Teilentladungen im Bereich zwischen Schaltkammer und Isolierstoffgehäuse bzw. im Isolier-Stoffgehäuse selbst durch Vermeidung von örtlich extrem hohen Feldstärken zu vermeiden und geringe Abstände und Berührungsschutz durch Verlagerung der elektrischen Beanspruchung in die Feststoffisolation zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalterpol gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches so weiterzubilden, daß trotz Einbau, der Vakuumschaltkammer in ein Isoliergehäuse mit einem geerdeten Belag im gasgefüllten Raum zwischen Spaltkammer und Isoliergehäuse Teilentladungen sicher vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Schalterpol gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches dadurch gelöst, daß erfindungsgemaß die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches genannten Mittel Anwendung finden.

Zur weiteren Vervollkommnung bzw. zur Erreichung von untergeordneten Zielen ist die Anwendung der in den Unteransprüchen definierten Merkmale zweckmäßig.

Ausführung sbe isp ieI

Das Erfindungskonzept wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die den Patentansprüchen angefügten Zeichnungen erläutert

Es zeigen:

Pig. 1 einen Schalterpol mit einem Gehäuse, das aus zwei lösbar verbundenen Teilen besteht und wo die an das Anschlußpotential angelenkten Elektroden im "Überlappungsbereich einen größeren Durchmesser aufweisen als die dritte Steuerelektrode;

Pig. 2 einen Schalterpol mit einem Gehäuse-, dessen Gehäuse teile durch Verklebung verbunden sind und wo die an das Anschlußpotential angelenkten Elektroden im Überlappungsbereich einen kleineren Durchmesser aufweisen als die dritte Steuerelektrode.

In Pig. 1 ist ein Schalterpol gezeigt, in dem eine komplette VakuumschaItkammer 1, bestehend aus einem oberen feststehenden Schaltkontaktstück 2 mit einem daran angebrachten oberen feststehenden Kontaktstab 3, einem unteren beweglichen Schaltkontaktstück 4 mit einem unteren axial beweglichen Kontaktstab 5 und einem Metallbalgen 6, angeordnet ist. Die Schalt-

kontaktstücke 2 und 4- mit ihren Ebntaktstäben 3 und 5 befinden sich in einem luftdichten und evakuierten Gehäuse, "bestehend aus einem oberen Isolator 7 und einem unteren Isolator 8 sowie einem auf freiem Potential liegenden Metallschirm 9· An den Enden der Vakuumkammer befinden sich ein Gleitkontakt 10 sowie ein Eontakt 11, die die Anschlüsse des Schalterpols bilden.

Die Vakuumschaltkammer 1 ist in einem oberen vollfeststoffisolierten zylindrischen Isolierkörper 12 und in einem unteren vollfeststoffisolierten zylindrischen Isolierkörper 13 untergebracht, die ein Isoliergehäuse bilden. Die Isolierkörper und 13, welche auf ihrer äußeren Oberfläche einen geerdeten Metallbelag 14 tragen, werden durch einen elastischen Isolierstoff ring 15 über Spannelemente 16 dielektrisch dicht verbunden, wobei das seitliche Ausquetschen des elastischen Isolierstoffringes 15 durch je einen inneren und äußeren metallischen Begrenzungsring 17 und 18 verhindert wird. In den oberen vollfeststoffisolierten Isolierkörper 12 ist eine obere Steuerelektrode 19 mit Potential des oberen Kontaktes 11 sowie eine dritte Steuerelektrode 20 mit freiem Zwischenpotential des Metallschirmes 9 der Vakuumsehaltkammer 1 so eingegossen, daß die Steuerelektrode 19 räumlich zwischen dem geerdeten Metallbelag 14 und der Steuerelektrode 20 liegt. Die obere Steuerelektrode 19 kann gleichzeitig zur mechanischen Befestigung der Vakuumschaltkammer 1 am oberen feststehenden Eontaktstab 3, beispielsweise über Gewinde, dienen. Der obere Ebntaktstab 3 wird durch den oberen vollfeststoffisolierten Isolierkörper 12 durchgesteckt, um den oberen Anschluß zu schaffen. Die Steuerelektrode 19 wird zweckmäßigerweise aus einem rotationssymmetrischen Blechkörper und aus einem dickwandigen becherförmigen Grundkörper hergestellt, damit in bekannter Weise eine günstige Verlustwärmeabfuhr aus der Vakuumschaltkammer in den oberen vollfeststoffisolierten Isolierkörper 12 erfolgt, von wo die Wärmeabgabe an die Umgebungsluft erfolgen kann.

In den unteren vollfeststoffisolierten Isolierkörper 13 ist die untere Steuerelektrode 22 mit Potential des unteren An-

Schlusses, der aus dem unteren Kontaktstab 5, dem Gleitkontakt 10 und dem Schalteranschlußleiter 21 besteht, sowie die dritte Steuerelektrode 20 mit freiem Zwischenpotential des Metallschirmes 9 so eingegossen, daß die Steuerelektrode 22 räumlich zwischen geerdetem Metairbelag 14- und Steuerelektrode 20 liegt. Der axial "bewegliche untere Kontaktstab 5» an dem ein geeigneter Antrieb angekuppelt ist, ist in den Gleitkontakt 10 eingesteckt, der mit dem in den unteren vollfeststoffisolierten Isolierkörper 13 eingegossenen Schalteranschlußleiter 21 verbunden ist. Der Gleitkontakt 10 kann der Vakuumschaltkammer 1 durch geeignete Formgebung auch eine Führung gegen radialen Versatz der Vakuumschaltkammer geben. Die Steuerelektrode 22 wird wiederum zweckmäßigerweise aus einem rotationssymmetrischen Blechkörper und aus einem dickwandigen ringförmigen Grundkörper hergestellt, damit in bekannter Weise eine günstige Verlustwärmeabfuhr aus der Vakuumschaltkammer 1 und dem Gleitkontakt 10 in den unteren vollfeststoffisolierten Isolierkörper 13 erfolgt, von wo die Wärmeabgabe an die Uingebungsluft erfolgen kann.

Der untere und obere Teil der dritten Steuerelektrode 20 mit freiem Zwischenpotential des Metallschirmes 9 sind über einen inneren Begrenzungsring 18 elektrisch miteinander verbunden und sind über ein geeignetes Kontaktelement 23, beispielsweise eine Feder, an den Metallschirm 9 3er Vakuumschaltkammer 1 angeschlossen. Gegebenenfalls kann jedoch auf dieses Eontaktelement 23 verzichtet werden, wenn sich durch kapazitive Potentialteilung in den vollfeststoffisolierten Isolierkörpern 12, 13 und in der VakuumsehaItkammer 1 im wesentlichen gleiche Zwischenpotentiale für die Steuerelektrode 20 einerseits und den Metallschirm 9 andererseits ergeben.

In Fig. 2 ist ein vollfeststoffisolierter Vakuumschalterpol mit einer anderen möglichen Variante der Lage der auf freiem Zwischenpotential befindlichen dritten Steuerelektrode 20 dargestellt. Die komplette Vakuumschaltkammer 1 ist in gleicher V/eise wie in Fig. 1 in den unteren und oberen vollfeststoffisolierten Isolierkörper 12 und 13 eingebracht und mit dem

Gleitkontakt 10 und den Steuerelektroden 18 und 22 verbunden.

Die beiden Isolierkörper 12 und 13 sind in Fig. 2 durch eine KLebefuge 24 miteinander verbunden. Es kann aber zur besseren Austauschbarkeit der Vakuumschaltkammer 1 auch die dielektrische Verbindung der Isolierkörper 12 und 13 analog zu Fig. 1 über einen elastischen Isolierstoffring 15₅ Spannelemente 16 sowie Begrenzungsringe 17 und 18 geschaffen werden. Der wesentliche Unterschied zwischen Fig. 2 und Fig. Λ liegt in der unterschiedlichen Lage der Steuerelektroden 19 und 22, mit Potential der Schalteranschlüsse gegenüber der Steuerelektrode 20 mit dem freien Zwischenpotential des Metallschirmes 9· Die Steuerelektroden 19 und 22 mit Potential der Schalteranschlüsse sowie die Steuerelektrode 20 mit freiem Zwischenpotential des Metallschirmes 9 werden in die vollfeststoffisolierten Isolierkörper 12 und 13 so eingegossen, daß die Steuerelektroden 19 und 22 räumlich zwischen geerdetem Metallbelag 14 und der Steuerelektrode 20 liegen. Die Steuerelektroden 19 und 20 brauchen dann nur aus den dickwandigen becherförmigen bzw. ringförmigen Grundkörpern zu bestehen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Steuerelektrode 20 mit freiem Zwischenpotential des Metallschirmes 9 in den Isolierkörpern 12 und 13 zusätzlich zu den Steuerelektroden 19 und 22 mit dem Potential der Schalteranschlüsse wird erreicht, daß die Spannungsverteilung innerhalb der Vakuumschaltkammer sowie deren Ausschaltvermögen im eingebauten Zustand durch den geerdeten Metallbelag 14 nicht gestört wird und daß die elektrische Feldstärke im Luftraum zwischen der Vakuumschaltkammer 1 und den vollfeststoffisolierten Isolierkörpern 12 und 13 soweit vermindert wird, daß bei Betriebsspannung keine schädlichen elektrischen Teilentladungen in Luft entstehen können.

Claims

Pa t e nt ansprüc he

1. Schalterpol mit zwei Anschlüssen und einem Isoliergehau.se (12, 13), das einen äußeren geerdeten Belag (14) trägt und in seinem Inneren eine Vakuumschaltkammer (1) aufnimmt und wo sich zwischen Schaltkammer (1) und Isoliergehäuse (12, 13) Gas "befindet, dadurch gekennzeichnet, daß im Isoliergehäuse (12, 13) zwei Steuerelektroden (19, 22) axial versetzt angeordnet und an das Potential des jeweils nächstliegenden Anschlusses angelenkt sind und daß eine dritte Steuerelektrode (20) im Bereich der Schaltkammer so angeordnet ist, daß .sie ein Zwischenpotential zwischen Anschlußpotential und Sedpotential annimmt.

2. Schalterpol nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden (19, 22), die das jeweilige Anschlußpotential tragen, sich mit der dritten Steuerelektrode (20) axial überlappen.

3· Schalterpol nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliergehäuse (12, 13) im wesentlichen eine hohlzylindrische Gestalt aufweist, aus zwei Teilen besteht und im Bereich der Schaltstrecke elektrisch dicht zusammengefügt ist·

4·. Schalterpol nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Steuerelektrode (20) galvanisch mit einem Metallschirm (9) der Schaltkammer (1) im Bereich der Schaltstrecke verbunden ist.

Hierzu.^ Seiten Zeichnungen