Überdruckfeste Vakuumschaltröhre

Die Erfindung bezieht eine überdruckfeste Vakuumschaltröhre für Mittelspannungsschaltanlagen und Hochspannungsschaltanla gen und eine Schaltanlage mit einer solchen überdruckfesten Vakuumschaltröhre .

Vakuumschaltröhren aus dem Stand der Technik sind nicht für den Betrieb unter hohem Umgebungsdruck geeignet. Insbesondere führen hohe Umgebungsdrücke von mehr als einen Bar (1 bar), insbesondere mehr als zwei Bar (2 bar) zu Deformationen an dem Festkontaktflansch und/oder dem Bewegkontaktflansch . Die se Deformationen beeinträchtigen die Funktion der Vakuum schaltröhre und können auch zur Zerstörung der Vakuumschalt röhre führen.

Aufgabe der Erfindung ist es nun eine überdruckfeste Vakuum schaltröhre bereitzustellen, die eine Deformation des Fest kontaktflansches und/oder des Bewegkontaktflansches reduziert oder verhindert .

Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch 1 und den von diesem abhängigen Ansprüchen gelöst.

In einem Ausführungsbeispiel weist die Vakuumschaltröhre min destens einem Isolierkörper, einem Festkontakt, einem Fest kontaktflansch, einem Bewegkontakt mit einer Längsachse des Bewegkontaktes, einem Bewegkontaktflansch, einem Balg, wobei der Festkontakt ortsfest in dem Festkontaktflansch angeordnet ist, der Bewegkontakt beweglich geführt ist und der Bewegkon takt durch den Balg beweglich am Bewegkontaktflansch befes tigt ist, wobei der Balg mit einem ersten Balgende am Beweg kontaktflansch befestigt ist und der Balg mit einem zweiten Balgende am Bewegkontakt befestigt ist, wobei die Vakuum schaltröhre gegenüber Deformationen von mindestens einem aus Festkontaktflansch und Bewegkontaktflansch durch einen Umge bungsdruck der Vakuumschaltröhre von über zwei Bar (2 bar) durch einen versteiften Festkontaktflansch und/oder Bewegkon taktflansch geschützt ist.

Ein Umgebungsdruck von mehr als 2 bar tritt insbesondere dann auf, wenn eine Vakuumschaltröhre in einem gasisolierten Be hälter mit einem Isoliergas angeordnet ist und der Gasdruck im gasisolierten Behälter mehr als 2 bar beträgt. Alternativ kann die Vakuumschaltröhre aber auch in einem Fluid, insbe sondere einem Isolierfluid, angeordnet sein und der Umge bungsdruck mehr als 2 bar betragen. Auch kann die Vakuum schaltröhre durch einen Feststoff, insbesondere eine Fest stoffisolation, mit einem Druck von 2 bar beaufschlagt sein. Der Umgebungsdruck beschreibt als den auf die Außenseite der Vakuumschaltröhre wirkenden Druck.

Bevorzugt wird, dass die Versteifung des versteiften Festkon taktflansches und/oder des versteiften Bewegkontaktflansches durch jeweils ein, dem jeweiligen Festkontaktflansch oder je weiligen Bewegkontaktflansch zugeordnetes, Strukturelement erreicht wird, das zumindest teilweise die in das Innere der Vakuumschaltröhre orientierte Form des versteiften Festkon taktflansches und/oder des versteiften Bewegkontaktflansches nachbildet .

Das Strukturelement erhöht dabei die Stabilität des jeweili gen versteiften Festkontaktflansches und/oder des versteiften Bewegkontaktflansches ohne den Übergang zwischen dem Isolie relement und dem versteiften Festkontaktflansch und/oder dem versteiften Bewegkontaktflansch stärker mechanisch zu belas ten .

Auch wird bevorzugt, dass das Strukturelement einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, wobei sich der erste Bereich im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Bewegkontaktes erstreckt und sich der zweite Bereich im We- sentlichen parallel zur Längsachse des Bewegkontaktes er streckt, wobei der erste Bereich im Wesentlichen die in das Innere der Vakuumschaltröhre orientierte Form des versteiften Festkontaktflansches und/oder des versteiften Bewegkontakt flansches nachbildet und der zweite Bereich den ersten Be reich im Wesentlichen stützt.

Weiter wird bevorzugt, dass zwischen dem Festkontaktflansch und dem Isolierelement oder an dem Festkontaktflansch ein Schirmelement angeordnet ist.

Bevorzugt wird auch, dass der zweite Bereich des Strukturele mentes den ersten Bereich des Strukturelementes gegen das Isolierelement oder gegen das Isolierelement über das Schirm element oder gegen einen dritten Bereich des Festkontaktflan sches abstützt und der erste Bereich so den Festkontakt flansch gegen Deformationen schützt.

Auch wird bevorzugt, dass das oder die Strukturelemente nicht mit der Vakuumschaltröhre oder Bestandteilen der Vakuum schaltröhre verlötet sind. Dadurch wird verhindert, dass me chanische Spannungen in die Verbindung, insbesondere Lötung, zwischen Isolierelement und versteiften Festkontaktflansch und/oder dem versteiften Bewegkontaktflansch induziert wer den .

Bevorzugt wird auch, dass die Versteifung des versteiften Festkontaktflansches und/oder des versteiften Bewegkontakt flansches durch eine stärkere, dickere, Ausführung des ver steiften Festkontaktflansches und/oder des versteiften Beweg kontaktflansches erreicht wird, wobei der versteifte Festkon taktflansch und/oder versteifte Bewegkontaktflansch aus einem Material gebildet ist, das einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der dem Ausdehnungskoeffizienten des Isolierkörpers ähnlich ist. Insbesondere soll ähnlich eine Abweichung klei ner 10% vom Ausdehnungskoeffizienten des Materials des ver steiften Festkontaktflansches und/oder des versteiften Beweg- kontaktflansches und dem Ausdehnungskoeffizienten des Iso lierkörpers bedeuten, besonders bevorzugt kleiner 5%.

Weiter wird bevorzugt, dass der Isolierkörper aus einer Kera mik gebildet ist und dass der versteifte Festkontaktflansche und/oder der versteifte Bewegkontaktflansch eine FeNiCo- Legierung enthält oder aus dieser gebildet wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine

Schaltanlage mit einer Vakuumschaltröhre nach einer oder meh reren der vorstehenden Ausführungen für Mittelspannungsanwen dungen oder Hochspannungsanwendungen, wobei die Vakuumschalt röhre in einem gasdichten Behälter angeordnet ist, der mit einem Isoliergas befüllt ist und das Isoliergas in dem gas dichten Behälter einen Druck von mindestens 2 bar, bevorzugt von mehr als 3 bar, aufweist.

Bevorzugt wird, dass das Isoliergas eines oder mehrere von Fluorketonen, Nitrilen, Stickstoff, Sauerstoff und Kohlendi oxid umfasst .

Besonders bevorzugt wird, dass das Isoliergas Stickstoff und Kohlendioxid oder ein Fluorketon und Stickstoff oder ein Flu orketon und Sauerstoff oder ein Fluorketon und Kohlendioxid enthält. Insbesondere wird bevorzugt, dass das Isoliergas zu 80% aus Stickstoff und zu 20% aus Kohlendioxid besteht. Die Prozentangaben beziehen sich auf Massenprozent oder Volumen prozent .

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren erläutert.

Figur 1: Schnitt durch den Bereich des Festkontaktflansches einer herkömmlichen Vakuumschaltröhre

Figur 2: Schnitt durch Bereich des Festkontaktflansches ei ner erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre mit versteiftem Fest kontaktflansch Figur 3: Schnitt durch eine Vakuumschaltröhre mit erfin dungsgemäß versteiftem Festkontaktflansch und versteiftem Be wegkontaktflansch;

Figur 4: Schnitt durch Bereich des Festkontaktflansches ei ner erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre mit versteiftem Fest kontaktflansch

Die Figur 1 zeigt einen Schnitt durch den Bereich des Fest kontaktflansches 40 einer herkömmlichen Vakuumschaltröhre .

Der Festkontaktstab 32 ist mit dem Festkontaktflansch 40 ver bunden und wird so in das Innere einer Vakuumschaltröhre ge führt. Der Festkontaktflansch 40 ist wiederum an einem Iso lierteil 20 der Vakuumschaltröhre befestigt. In dem gezeigten Beispiel ist zwischen dem Festkontaktflansch 40 und dem Iso lierteil 20 ein Schirmelement 90 befestigt. Alternativ kann das Schirmelement 90 auch am Festkontaktflansch 40 befestigt sein und der Festkontaktflansch 40 direkt an dem Isolierteil 20 befestigt sein.

Eine stärkere Ausführung des Festkontaktflansches 40, also eine Ausführung, bei der die Materialstärke, -dicke, vergrö ßert wurde würde in dem Bereich, wo der Festkontaktflansch 40 direkt oder über ein Schirmelement mit dem mit dem Isolie relement verbunden ist zu starken mechanischen Belastungen führen und so eine dauerhafte Funktionsfähigkeit der Vakuum schaltröhre verhindern.

Die Figur 2 zeigt einen Schnitt durch den Bereich des Fest kontaktflansches 40' einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröh- re mit versteiftem Festkontaktflansch 40'. Der Festkontakt stab 32 ist wieder mit dem Festkontaktflansch 40' verbunden und wird so in das Innere einer erfindungsgemäßen Vakuum schaltröhre geführt. Der Festkontaktflansch 40' ist wiederum an einem Isolierteil 20 der Vakuumschaltröhre befestigt. In dem gezeigten Beispiel ist zwischen dem Festkontaktflansch 40' und dem Isolierteil 20 ein Schirmelement 90 befestigt. Alternativ kann das Schirmelement 90 auch am Festkontakt flansch 40' befestigt sein und der Festkontaktflansch 40' di rekt an dem Isolierteil 20 befestigt sein.

Der Festkontaktflansch 40' wird in dem Beispiel der Figur 2 durch das Strukturelement 45 versteift. Dabei bildet das Strukturelement 45 in einen ersten Bereich 46, der im wesent licher senkrecht zu der Längsachse 56 des Festkontaktes 30 orientiert ist, im Wesentlichen die in das Innere der Vakuum schaltröhre gerichtete Form des Festkontaktflansches 40' nach und liegt in diesem Fall sogar an dem Festkontaktflansches 40' an. In einem zweiten Bereich 47 des Strukturelements 45, der im Wesentlichen parallel zur Längsachse 56 des Festkon taktes 30 orientiert ist, stützt der zweite Bereich 47 den ersten Bereich 46 gegen den Festkontaktflansch 40' ab. Alter nativ kann der zweite Bereich 47 des Strukturelements 45 den ersten Bereich 46 des Strukturelementes 45 auch gegen das Isolierelement 20 und/oder das Schirmelement 90 abstützen.

Die Figur 3 zeigt einen Schnitt durch eine Vakuumschaltröhre 10 mit erfindungsgemäß versteiftem Festkontaktflansch 40' und versteiftem Bewegkontaktflansch 60'. Die Vakuumschaltröhre 10 verfügt in diesem Ausführungsbeispiel über vier Isolierele mente 20, wobei zwischen zwei Isolierelementen 20 ein Zwi schenelement 25 angeordnet ist, das aus einem elektrisch leitfähigen oder elektrisch nicht leitfähigen Material beste hen kann.

Der Bewegkontakt 50 ist mittels eines Balgs 80 beweglich in die Vakuumschaltröhre 10 geführt, wobei ein ersten Balgende 82 am versteiftem Bewegkontaktflansch 60 ' befestigt ist und ein zweites Balgende 84 am Bewegkontaktstab 52 befestigt ist, entweder direkt oder über eine Balgkappe 86. Außerdem weist die Balgkappe einen optionalen Balgschirm 88 auf. Der Bewegkontaktflansch 60 ' ist direkt oder über ein Schirm element 90 mit einem Isolierelement 20 der Vakuumschaltröhre 10 verbunden.

Der Bewegkontaktflansch 60 ' wird durch das Stützelement 65 versteift. Das Strukturelement 65 weist einen ersten Bereich 66 auf, der im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse 56 des Bewegkontaktes 50 orientiert ist, im Wesentlichen die in das Innere der Vakuumschaltröhre gerichtete Form des Beweg kontaktflansches 60 ' nach und liegt in diesem Fall sogar an dem Bewegkontaktflansches 60' an. In einem zweiten Bereich 67 des Strukturelements 65, der im Wesentlichen parallel zur Längsachse 56 des Bewegkontaktes 50 orientiert ist, stützt der zweite Bereich 67 den ersten Bereich 66 gegen den Beweg kontaktflansch 60' ab. Alternativ kann der zweite Bereich 67 des Strukturelements 65 den ersten Bereich 66 des Struktu relementes 65 auch gegen das Isolierelement 20 und/oder das Schirmelement 90 abstützen.

Der Bewegkontakt 50 besteht in dem Ausführungsbeispiel aus einem Bewegkontaktstab 53, einem Bewegkontaktkörper 55 und einer Bewegkontaktkontaktscheibe 54.

Der Festkontakt 30 wird hier von einem Festkontaktstab 32, einem Festkontaktkörper 35 und einer Festkontaktkontaktschei be 34 gebildet und ist mit dem Festkontaktflansch 40' verbun den und wird so in das Innere einer erfindungsgemäßen Vakuum schaltröhre 10 geführt. Der Festkontaktflansch 40' ist wiede rum an einem Isolierteil 20 der Vakuumschaltröhre befestigt. In dem gezeigten Beispiel ist zwischen dem Festkontaktflansch 40' und dem Isolierteil 20 ein Schirmelement 90 befestigt. Alternativ kann das Schirmelement 90 auch am Festkontakt flansch 40' befestigt sein und der Festkontaktflansch 40' di rekt an dem Isolierteil 20 befestigt sein.

Der Festkontaktflansch 40' wird in dem Beispiel der Figur 3 durch das Strukturelement 45 versteift. Dabei bildet das Strukturelement 45 in einen ersten Bereich 46, der im wesent- licher senkrecht zu der Längsachse 56 des Festkontaktes 30 orientiert ist, im Wesentlichen die in das Innere der Vakuum schaltröhre gerichtete Form des Festkontaktflansches 40' nach und liegt in diesem Fall sogar an dem Festkontaktflansches 40' an. In einem zweiten Bereich 47 des Strukturelements 45, der im Wesentlichen parallel zur Längsachse 56 des Festkon taktes 30 orientiert ist, stützt der zweite Bereich 47 den ersten Bereich 46 gegen den Festkontaktflansch 40' ab. Alter nativ kann der zweite Bereich 47 des Strukturelements 45 den ersten Bereich 46 des Strukturelementes 45 auch gegen das Isolierelement 20 und/oder das Schirmelement 90 abstützen.

Die Figur 4 zeigt einen Schnitt durch Bereich des Festkon taktflansches 40'' einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre mit versteiftem Festkontaktflansch 40''.

Der Festkontaktstab 32 ist mit dem Festkontaktflansch 40'' verbunden und wird so in das Innere einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre geführt. Der Festkontaktflansch 40'' ist an einem Isolierteil 20 der Vakuumschaltröhre befestigt. In dem gezeigten Beispiel ist zwischen dem Festkontaktflansch 40'' und dem Isolierteil 20 ein Schirmelement 90 befestigt. Alter nativ kann das Schirmelement 90 auch am Festkontaktflansch 40' befestigt sein und der Festkontaktflansch 40'' direkt an dem Isolierteil 20 befestigt sein.

Der Festkontaktflansch 40'' wird in dem Beispiel der Figur 4 dadurch versteift, dass eine stärkere, also vom Material her dickere, Ausführung des versteiften Festkontaktflansches 40'' verwendet wird, wobei der versteifte Festkontaktflansch 40'' aus einem Material gebildet ist, das einen Ausdehnungskoeffi zienten aufweist, der dem Ausdehnungskoeffizienten des Iso lierkörpers 20 ähnlich ist.

Stärkeres oder dickeres Material, stärkere oder dickere Aus führung des Materials soll in diesem Zusammenhang bedeuten, dass das der Festkontaktflansch 40'' eine größere Materialdi cke 41 aufweist.

Bezugszeichenliste

10 Vakuumschaltröhre

20 Isolierkörper

25 Zwischenelement

30 Festkontakt

32 Festkontaktstab

34 Festkontaktkontaktscheibe

35 Festkontaktkörper

40, 40', 40'' Festkontaktflansch

42 Materialdicke des Festkontaktflansch 40''

45 Strukturelement

46 erster Bereich des Strukturelements 45

47 zweiter Bereich des Strukturelements 45

50 Bewegkontakt

52 Bewegkontaktstab

54 Bewegkontaktkontaktscheibe

55 Bewegkontaktkörper

56 Längsachse des Bewegkontakts und Festkontaktes 60, 60' Bewegkontaktflansch

65 Strukturelement

66 erster Bereich des Strukturelements 65

67 zweiter Bereich des Strukturelements 65

70 Bewegkontaktlager

80 Balg

82 erstes Balgende

84 zweites Balgende

86 Balgkappe

88 Balgschirm

90 Schirmelement