Leistungsschalter mit einer Vakuumschaltkammer

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter mit einer Va kuumschaltkammer. Unter einer Vakuumschaltkammer wird hier eine evakuierbare Vakuumröhre verstanden, in der Schaltvor gänge durchgeführt werden.

Bei derartigen Leistungsschaltern sind relativ zueinander be wegbare Schaltkontaktelemente in der Vakuumschaltkammer ange ordnet, um einen Schaltlichtbogen beim Trennen der Schaltkon taktelemente zu vermeiden oder zu reduzieren. Die Schaltkam mer wird häufig innerhalb eines Gehäuses in einem Isoliergas angeordnet, das zur Erhöhung seiner Durchschlagsfestigkeit durch einen hohen Druck komprimiert wird, um metallische Kom ponenten in dem Gehäuse in geringerem Abstand voneinander an ordnen zu können und dadurch Bauraum einzusparen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Leistungsschalter mit einer Vakuumschaltkammer anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Leistungsschal ter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein erfindungsgemäßer Leistungsschalter umfasst

- eine Vakuumschaltkammer,

- an sich gegenüberliegenden Seiten der Vakuumschaltkammer angeordnete metallische Halterungen,

- ein Gehäuse mit einer Gehäusewand, die von Außenoberflächen der Vakuumschaltkammer und der Halterungen beabstandet um diese Außenoberflächen herum angeordnet ist,

- eine an der Außenoberfläche der Vakuumschaltkammer und an Teilbereichen der Außenoberflächen beider Halterungen ange ordnete Kunststoffhülle, und - ein mit einem Isoliergas befülltes Volumen zwischen der Kunststoffhülle und der Gehäusewand. Die Gehäusewand ist bei spielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material, bei spielsweise aus einem keramischen Material oder aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff, gefertigt.

Durch die Kunststoffhülle kann zum einen Isoliergas einge spart werden, indem die Kunststoffhülle die Funktion des Iso liergases unterstützt. Zum anderen kann durch eine Kunst stoffhülle mit einer hohen Durchschlagsfestigkeit der Druck des Isoliergases gesenkt werden, so dass eine ausreichende Durchschlagsfestigkeit des aus der Kunststoffhülle und dem Isoliergas bestehenden Systems auch mit reduziertem Druck re alisiert werden kann. Dadurch kann auf die Verwendung von Druckbehälterteilen in der Unterbrechereinheit des Leistungs schalters verzichtet werden. Zusätzlich kann eine sonst not wendige Gasüberwachung entfallen beziehungsweise deutlich einfacher realisiert werden, da bei auftretenden Undichtig keiten und einem daraus folgendem Abfall des Drucks keine so fortige Funktionssperre eintreten muss. Durch die Vereinfa chung beziehungsweise den Wegfall von Bauteilen und Baugrup pen sowie durch den Wegfall von aufwändigen Bauteilprüfungen ergeben sich zudem Kostenvorteile. Außerdem ergibt sich ein geringerer Wartungsaufwand. Ein wichtiger technischer Vorteil ist außerdem die Sicherstellung der momentanen Schaltfähig keit des Leistungsschalters auch bei einem plötzlichen Druck abfall des Isoliergases.

Dementsprechend ist bei einer Ausgestaltung der Erfindung die Kunststoffhülle aus einem Kunststoff gefertigt, der eine hö here Durchschlagsfestigkeit als das Isoliergas aufweist. Bei spielsweise ist die Kunststoffhülle aus einem Silikon gefer tigt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Iso liergas entfeuchtete Luft oder Kohlenstoffdioxid. Diese Iso liergase sind umweltverträglich, haben jedoch eine geringere Isolationswirkung als beispielsweise Schwefelhexafluorid. Die Kunststoffhülle ist daher insbesondere bei einer Verwendung dieser Isoliergase zur Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit vorteilhaft.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Kunst stoffhülle eine auf die Außenoberfläche der Vakuumschaltkam mer und die Teilbereiche der Außenoberflächen der Halterungen gespritzte oder gegossene Kunststoff _S chicht. Dies ermöglicht vorteilhaft eine präzise Herstellung der Kunststoffhülle.

Bei einer zur vorgenannten Ausgestaltung alternativen Ausge staltung der Erfindung ist die Kunststoffhülle ein über die Außenoberfläche der Vakuumschaltkammer und die Teilbereiche der Außenoberflächen der Halterungen geschobener Kunststoff schlauch. Dies ermöglicht die Herstellung der Kunststoffhülle ohne ein Werkzeug zum Spritzen oder Gießen der Kunststoffhül le.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Kunststoffhülle eine variierende Dicke auf. Dadurch kann die die Dicke der Kunststoffhülle den lokalen Anforderungen an die Durchschlagsfestigkeit angepasst werden. Beispielsweise wird die Kunststoffhülle im Bereich von Kanten der Vakuum schaltkammer oder der Halterungen dicker als in anderen Be reichen ausgeführt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Leistungsschalter wenigstens ein Feldsteuerelement auf, das zwischen der Kunststoffhülle und der Außenoberfläche der Va kuumschaltkammer oder/und einem Teilbereich der Außenoberflä che einer Halterung angeordnet ist. Mit einem Feldsteuerele ment wird ein Element bezeichnet, das die Feldstärke eines elektrischen Feldes lokal verändert. Durch Feldsteuerelemente können vorteilhaft insbesondere besonders große lokale elekt rische Feldstärken vermieden werden.

Beispielsweise ist wenigstens ein Feldsteuerelement aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff, beispielsweise aus einem rußgefüllten Silikonelastomer, gefertigt. Derartige Feldsteu erelemente können vorteilhaft, insbesondere zusammen mit ei ner als eine Kunst _S toff _S chicht ausgeführten Kunststoffhülle, durch Spritzen oder Gießen hergestellt werden. Im Fall, dass die Kunststoffhülle als ein Kunst _S toffschlauch ausgeführt ist, können die Feldsteuerelemente in den Kunststoffschlauch integriert sein.

Ferner ist vorzugsweise wenigstens ein Feldsteuerelement an einem Halterungsende einer Halterung angeordnet. Dadurch kön nen vorteilhaft große lokale elektrische Feldstärken im Be reich des Halterungsendes vermieden werden.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ragt in jede Halterung ein Schaltkammerende der Vakuumschaltkammer hinein. Dadurch wird insbesondere die Fertigung der Kunststoffhülle in den Übergangsbereichen zwischen der Vakuumschaltkammer und den Halterungen vereinfacht.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbei spielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu tert werden. Dabei zeigen:

FIG 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Leistungs schalters,

FIG 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Leistungs schalters.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit densel ben Bezugszeichen versehen.

Figur 1 (FIG 1) zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Leistungsschalters 1 in einer Schnittdarstellung. Der Leis tungsschalter 1 umfasst unter anderem eine Vakuumschaltkam- mer 3, röhrenartige metallische Halterungen 5, 7, ein Gehäu se 9 und eine Kunststoffhülle 11.

Die Halterungen 5, 7 sind an sich gegenüberliegenden Seiten der Vakuumschaltkammer 3 angeordnet und dienen insbesondere als Sockel für die Vakuumschaltkammer 3. In jede Halterung 5, 7 ragt ein metallisches Schaltkammerende 13, 15 der Vakuum schaltkammer 3 hinein. An einer ersten Halterung 5 ist ein erstes Schaltkontaktelement 17 angeordnet, das durch eine erste Schaltkammeröffnung in einem ersten Schaltkammerende 13 in die Vakuumschaltkammer 3 hineinragt. Durch eine zweite Schaltkammeröffnung in dem zweiten Schaltkammerende 15 ragt ein zweites Schaltkontaktelement 19 in die Vakuumschaltkam mer 3 hinein, das durch einen nicht dargestellten Mechanismus relativ zu dem ersten Schaltkontaktelement 17 bewegbar ist. Die Schaltkontaktelemente 17, 19 umgebende Bereiche der Vaku umschaltkammer 3 weisen jeweils einen Isolationsabschnitt 21, 23 aus einem elektrisch isolierenden, beispielsweise kerami schen Material auf. Die Isolationsabschnitte 21, 23 sind an sich gegenüberliegenden Seiten eines metallischen Mittelbe reichs der Vakuumschaltkammer 3 angeordnet.

Das Gehäuse 9 umfasst eine Gehäusewand 25, die von einer Au ßenoberfläche 27 der Vakuumschaltkammer 3 und Außenoberflä chen 28, 29 der Halterungen 5, 7 beabstandet um diese Außen oberflächen 27 bis 29 herum angeordnet ist. Die Gehäuse wand 25 ist als ein Isolierrohr ausgeführt, das aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus einem keramischen Material oder aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff, gefertigt und zwischen Metallflanschen angeordnet ist. Der Leistungsschalter 1 ist somit in der so genannten Live Tank-Bauweise ausgeführt, im Unterschied zu der so ge nannten Dead Tank-Bauweise mit einem geerdeten metallischen Gehäuse.

Die Kunststoffhülle 11 ist an der Außenoberfläche 27 der Va kuumschaltkammer 3 und an Teilbereichen 28.1, 29.1 der Außen oberflächen 28, 29 beider Halterungen 5, 7 angeordnet. Ein Volumen 31 zwischen der Kunststoffhülle 11 und der Gehäuse wand 25 ist mit einem Isoliergas 33, beispielsweise mit ent feuchteter Luft oder Kohlenstoffdioxid, befüllt.

Die Kunststoffhülle 11 ist aus einem Kunststoff gefertigt, der eine höhere Durchschlagsfestigkeit als das Isoliergas 33 aufweist. Beispielsweise ist die Kunststoffhülle 11 aus einem Silikon gefertigt.

Die Kunststoffhülle 11 weist eine variierende Dicke auf. Bei spielsweise ist die Kunststoffhülle 11 in den Übergangsberei chen von der Außenoberfläche 27 der Vakuumschaltkammer 3 zu den Teilbereichen 28.1, 29.1 der Außenoberflächen 28, 29 der Halterungen 5, 7 jeweils dicker als in daran grenzenden Be reichen ausgebildet.

Die Kunststoffhülle 11 ist beispielsweise eine auf die Außen oberfläche 27 der Vakuumschaltkammer 3 und die Teilberei che 28.1, 29.1 der Außenoberflächen 28, 29 der Halterungen 5, 7 gespritzte oder gegossene Kunststoff _S chicht. Alternativ ist die Kunststoffhülle 11 ein über die Außenoberfläche 27 der Vakuumschaltkammer 3 und die Teilbereiche 28.1, 29.1 der Au ßenoberflächen 28, 29 der Halterungen 5, 7 geschobener Kunst stoffschlauch .

Figur 2 (FIG 2) zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Leistungsschalters 1 in einer Schnittdarstellung. Dieses Aus führungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Figur 1 ge zeigten Ausführungsbeispiel nur durch ringförmige Feldsteue relemente 35 bis 38, die im Fall der Feldsteuerelemente 36,

37 zwischen der Kunststoffhülle 11 und der Außenoberfläche 27 der Vakuumschaltkammer 3 beziehungsweise im Fall der Feld steuerelemente 35, 38 zwischen der Kunststoffhülle 11 und der Außenoberfläche 27 der Vakuumschaltkammer 3 und einem Teilbe reich 28.1, 29.1 der Außenoberfläche 28, 29 einer Halte rung 5, 7 angeordnet sind. Dabei ist ein erstes Feldsteuerelement 35 an einem der Vaku umschaltkammer 3 zugewandten Halterungsende 5.1 der ersten Halterung 5 angeordnet, ein zweites Feldsteuerelement 36 ist an einem von der ersten Halterung 5 abgewandten Ende eines ersten Isolationsabschnitts 21 angeordnet, ein drittes Feld steuerelement 37 ist an einem von der zweiten Halterung 7 ab gewandten Ende des zweiten Isolationsabschnitts 23 angeordnet und ein viertes Feldsteuerelement 38 ist an einem der Vakuum schaltkammer 3 zugewandten Halterungsende 7.1 der zweiten Halterung 7 angeordnet. Feldsteuerelemente 35 bis 38 können jedoch auch an anderen Bereichen der Außenoberflächen 27 bis 29 angeordnet sein.

Die Feldsteuerelemente 35 bis 38 sind beispielsweise jeweils aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff, beispielsweise aus einem rußgefüllten Silikonelastomer, gefertigt. Im Fall, dass die Kunststoffhülle 11 ein Kunst _S toffschlauch ist, der über die Außenoberfläche 27 der Vakuumschaltkammer 3 und die Teilbereiche 28.1, 29.1 der Außenoberflächen 28, 29 der Hal terungen 5, 7 geschoben wird, können die Feldsteuerelemen te 35 bis 38 beispielsweise in den Kunst _S toffschlauch inte griert sein.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.