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Patent Searching and Data


Title:
VACUUM CIRCUIT BREAKER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/206732
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a vacuum circuit breaker having a vacuum circuit breaker tube (2) that comprises a vacuum housing (4) in which a contact system is arranged, the contact system (5) including two contacts (6, 8) which are movable relative to one another, characterized in that an electric pre-arcing unit (10) having a trigger electrode in the vacuum housing is provided for striking an arc (16) along an arc current path (18).

Inventors:
SCHACHERER, Christian (Kaplan-Seitz-Straße 19, Deining, 92364, DE)
RETTENMAIER, Thomas (Anton-Bruckner-Str. 36, Erlangen, 91052, DE)
WENZEL, Norbert (Lerchenbühl 70, Erlangen, 91056, DE)
Application Number:
EP2019/059750
Publication Date:
October 31, 2019
Filing Date:
April 16, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
H01H33/664; H01H79/00; H01J21/08; H01T2/00
Foreign References:
US3489873A1970-01-13
US3679474A1972-07-25
GB787846A1957-12-18
US20110315662A12011-12-29
US3816798A1974-06-11
US3321598A1967-05-23
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Vakuum-Leistungsschalter mit einer Vakuum-

Leistungsschalterröhre (2), umfassend einem Vakuumgehäuse (4), in dem ein Kontaktsystem (5) angeordnet ist, das zwei Kontakte (6, 8) aufweist, die zueinander beweglich angeordnet sind, wobei eine elektrische Vorzündeinheit (10) mit einer im Vakuumgehäuse angeordneten Zündelektrode zur Zündung eines Lichtbogens (16) entlang eines Lichtbogenstrompfades (18) vorgesehen ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kon takte (6, 8) zwei geometrisch getrennte Strompfade (18, 22) aufweisen, wobei ein erster Strompfad der Lichtbogenstrompfad (18) ist und ein zweiter Strompfad ein Dauerstrompfad (22) ist und die beiden Kontakte entlang einer Schaltachse (28) fingerartige Fortsätze (30) aufweisen, wobei die Fortsätze (30) der beiden Kontakte (6, 8) ineinander greifen und Flan ken der fingerartigen Fortsätze Kontaktflächen des Lichtbo genstrompfades umfassen, die Kontakte mit den fingerartigen Fortsätzen entlang einer Schaltachse ausgerichtet sind und es im geschlossenen Zustand zum Kontakt zwischen Kontaktflächen des Dauerstrompfades kommt und Kontaktflächen (24) des Licht bogenstrompfades (18) in einem geschlossenem Zustand des Leistungsschalters (2) berührungslos zueinander angeordnet sind .

2. Vakuum Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass mindestens einer der Kontakte (6, 8) topfför mig ausgestaltet ist und ein Kontaktstück (14) des Lichtbo genstrompfades im Zentrum des topfförmigen Kontaktes (30) an geordnet ist.

3. Vakuum-Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden An sprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontaktstück (14) des Lichtbogenstrompfades (18) die Zündelektrode (12) um fasst .

4. Vakuum Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündelektrode (12) an einem Dampfschild (34) angeordnet ist. 5. Vakuum-Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass Kontaktflachen (24) des Lichtbogenstrompfades (18) eine größere Oberfläche als die Kontaktflachen des Dau erstrompfades aufweisen. 6. Vakuum Leistungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, dass die Kontaktflachen (24) des Lichtbogenstrom pfades (18) eine mindestens zweimal größere Oberfläche als die Kontaktflächen des Dauerstrompfades aufweist. 7. Verwendung einer Vakuumleistungsschaltröhre nach einem der

Ansprüche 1 bis 6 für eine Kurzschließvorrichtung zum Kurz schließen eines Stromkreises und damit zum Schutz einer Netz beeinflussungsanlage vor einer Überspannung.

Description:
Beschreibung

Vakuum-LeistungsSchalter

Die Erfindung betrifft einen Vakuum-Leistungsschalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei verschiedenen Anlagen zur Steigerung oder Steuerung der Übertragungsleistung von Hochspannungsnetzen wie zum Beispiel Serienkompensationsanlagen (engl. Fixed Series Capacitor - FSC) oder bei Lastflussreglern (Universal Power Flow Control - UPFC oder APCU) müssen Schutzeinrichtungen im Falle eines Netzfehlers, zum Beispiel eines Kurz- oder Erdschlusses vor gesehen werden. Der Schutz besteht aus einem Überspannungsab leiter und einem Bypass Strompfad, der elektrisch leitend ge schlossen wird, wenn ein Netzfehler auftritt. Maßgeblich für die Schutzwirkung ist eine möglichst schnelle Reaktion im Falle eines Netzfehlers. Typischerweise sollte der Bypass Strompfad innerhalb von zwei Millisekunden (ms) geschlossen sein und den Fehlerstrom anschließend über eine Zeit von ei nigen Sekunden tragen können.

Gemäß des Standes der Technik werden für die beschriebenen beispielhaften Anwendungen meist Leistungshalbleiter oder ei ne Kombination aus einer Funkenstrecke, eines sogenannten Spark-Gap, und Leistungsschaltern eingesetzt. Dabei sind Leistungshalbleiter vergleichsweise kostenintensiv, da sie für den Kurzschlussstrom über eine für sie vergleichsweise lange Zeit ausgelegt werden müssen. Die ebenfalls angewandte parallele Anordnung aus einem Spark-Gap und einem Leistungs schalter benötigt hingegen einen sehr großen Bauraum. Außer dem ist das Spark-Gap durch seine offene Bauweise anfällig gegen Umwelteinflüsse wie beispielsweise das Vereisen oder einer Staubbelastung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen mechanischen Schalter bereitzustellen, der im Falle eines Kurzschlusses sehr schnell einen elektrischen Kontakt hersteilen kann und dabei gegenüber der bekannten Schalteinrichtungen kostengüns tig herstellbar ist und wenig anfällig gegenüber Umweltein flüssen ist.

Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Vakuum-Leistungs schalter mit den Ansprüchen des Patentanspruchs 1.

Der erfindungsgemäße Vakuum-Leistungsschalter umfasst eine Vakuum-Leistungsschaltröhre mit einem Vakuumgehäuse, in dem ein Kontaktsystem angeordnet ist. Das Kontaktsystem weist da bei zwei Kontakte auf, die zueinander beweglich angeordnet sind. Der Vakuum-Leistungsschalter zeichnet sich dadurch aus, dass eine elektrische Vorzündeinrichtung vorgesehen ist, die eine in der Leistungsschaltröhre angeordnete Zündelektrode zur Zündung eines Lichtbogens entlang eines Lichtbogenstrom pfades aufweist.

Beim Auftreten eines Netzfehlers wird, ausgelöst durch die Vorzündeinrichtung, zunächst ein Isolierabstand zwischen den Dauerstromkontakten des Vakuum-Leistungsschalters elektrisch durch das Zünden eines Lichtbogens überbrückt. Es kommt dabei naturgemäß zu keiner mechanischen Berührung von Lichtbogen kontakten. Während der Lichtbogen den Strom, wobei man hier auch von einem Fehlerstrom sprechen kann, leitet und damit der Lichtbogenstrompfad elektrisch geschlossen ist, werden währenddessen die Dauerstromkontakte, also die eigentlich stromführenden Kontakte, geschlossen. Dies erfolgt über einen schnellen, idealerweise prellfreien mechanischen Antrieb aus dem Stand der Technik. Dabei wirkt die Vorzündeinheit durch Zünden des Lichtbogenstrompfades ähnlich wie ein bekanntes Spark-Gap. Diese Zündvorrichtung ist jedoch anders als im Stand der Technik mit zueinander beweglich angeordneten Kon takten direkt in eine Vakuum- Leistungsschalterröhre inte griert. Im Gegensatz zu getriggerten Vakuumschaltern, Trigge- red Vacuum Switches - TVS, die auch eine integrierte Zündvor richtung, aber ausschließlich feste Kontakte besitzen, er laubt die erfindungsgemäße Anordnung eine für den Dauerstrom betrieb vorteilhafte mechanische Berührung von Kontakten. Die erfindungsgemäße Anordnung bewirkt eine günstige Bauweise un ter Verwendung einer herkömmlichen Vakuum- Leistungsschalter röhre, die gegenüber der Anordnung des Standes der Technik einen kleineren Bauraum benötigt und dabei unempfindlich ge genüber Umwelteinflüssen ist.

Gemäß DIN-Norm 28 400 bezeichnet man als Vakuum ein verdünn tes Gas oder den entsprechenden Zustand, bei dem der Druck oder die Dichte kleiner ist, als die der umgebenden Atmosphä re. Das bedeutet, wenn der Druck in einem Behälter, niedriger ist als der Druck der Atmosphäre, also der Luft, die ihn umgibt, dann herrscht in diesem Behälter ein Vakuum. Bevor zugt herrscht in einer Vakuum-Schaltröhre ein Hochvakuum mit einem Druck von weniger als 10 3 hPa vor.

Ein Vakuum-Leistungsschalter umfasst eine Vakuumröhre bzw. Leistungsschaltröhre genannt und einen Antrieb.

In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung weist das Kontaktsystem mit seinen beiden Kontakten zwei geomet risch getrennte Strompfade auf. Dabei ist ein erster Strom pfad der bereits beschriebene Lichtbogenstrompfad und der zweite Strompfad ein Dauerstrompfad. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, dass Kontaktflächen des Dauerstrompfades durch die vorherige Ausbildung eines Lichtbogens in ihrer Oberfläche nicht beschädigt werden. Es kommt nicht zu einem unerwünschten Aufschmelzen und Verschweißen zwischen den Kon taktflächen der Dauerkontakte. Der Dauerstrompfad entsteht durch tatsächliches mechanisches Berühren der Kontakte und ist dazu geeignet, dauerhaft große Ströme, neben Nennströmen auch Fehler- oder Kurzschlussströme zu tragen.

Um Oberflächeneffekte (z.B. unerwünschtes Verschweißen der Kontakte) weiterhin zu unterbinden, ist es ferner zweckmäßig, dass Kontaktflächen des Lichtbogenkontaktes in einem ge schlossenen Zustand des Leistungsschalters berührungslos zu einander angeordnet bleiben. In einem geschlossenen Zustand berühren sich lediglich die Kontaktflächen des Dauerstrompfa- des. Über diese wird dann im geschlossenen Zustand auch der Strom geleitet, über die sich nicht berührenden Kontaktflä chen des Lichtbogenstrompfades fließt kein Strom mehr.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Kontaktflächen des Lichtbo genstrompfades größer, bevorzugt zweimal so groß sind wie die Kontaktflächen des Dauerstrompfades.

In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung wei sen die beiden Kontakte entlang einer Schaltachse fingerarti ge Fortsätze auf, wobei die Fortsätze der beiden Kontakte in einander greifen. Diese fingerartige Anordnung der Kontakte ermöglicht es, mit geringem Aufwand den Lichtbogenstrompfad und den Dauerstrompfad zu trennen. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn Flanken der fingerartigen Fortsätze Kontakt flächen des Lichtbogenstrompfades umfassen. Ferner ist es da bei zweckmäßig, wenn diese Flanken, die den Lichtbogenkontakt ausbilden, nicht absolut parallel, sondern in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind.

In einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung ist mindestens einer der Kontakte topfförmig ausgestaltet, und ein Kontaktstück des Lichtbogenstrompfades ist im Zentrum des topfförmigen Kontaktes angeordnet. Unter dem Begriff topfför mig wird dabei jegliche Art eines Kontaktes, bevorzugt aber nicht notwendigerweise mit kreisförmigem Querschnitt verstan den, der im Zentrum der Kontaktfläche eine Aussparung oder Vertiefung aufweist, so dass im Bereich dieser Aussparung o- der Vertiefung kein Kontakt zwischen den beiden Kontaktflä chen der beiden Kontakte stattfindet. Dabei kann entweder ei ner oder beide Kontakte diese topfförmige Form aufweisen. Die Aussparung oder Vertiefung im Zentrum des Kontaktes, die die Topfform definiert, ist dafür geeignet, das Kontaktstück des Lichtbogenstrompfades zu beherbergen. Somit verläuft der Lichtbogenstrompfad in diesen Fall getrennt vom Dauerstrom pfad durch das Zentrum mindestens eines Kontaktes. Die Kon struktion hat den Vorteil, dass gegenüber herkömmlichen Kon taktsystemen nur eine geringe technische Abänderung notwendig ist, indem in die Mitte eines Kontaktes eine Aussparung und ein zusätzlicher Lichtbogenkontakt eingebracht werden. An sonsten kann ein übliches Kontaktsystem verwendet werden.

Grundsätzlich ist es zweckmäßig, wenn die Zündelektrode be reits ein Kontaktstück des Lichtbogenstrompfades darstellt, da auf diese Weise der Lichtbogenstrompfad in einfacher Weise definiert werden kann. Andererseits kann es auch zweckmäßig sein, dass die Zündelektrode außerhalb der Kontakte ange bracht ist, insbesondere an einem Dampfschild, das das Kon taktsystem in der Regel konzentrisch umgibt. Hierbei können eine oder mehrere Zündelektroden angebracht werden.

Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist eine Verwendung einer Vakuum-Leistungsschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für eine Kurzschließvorrichtung zum Kurzschließen eines Stromkreises und damit zum Schutz einer Netzbeeinflussungsan lage vor einer Überspannung. Unter einer Netzbeeinflussungs anlage wird hierbei beispielsweise eine Serienkompensations anlage oder einen vereinheitlichten Leistungsflussregler ver standen. Beide sind Systeme, die zur Beeinflussung eines Stromnetzes dienen, die im Falle eines Kurzschlusses inner halb kürzester Zeit stromfrei oder spannungsfrei geschaltet werden müssen, um eine Beschädigung dieser Systeme zu vermei den. Ein beschriebener Schalter ist durch seine zügige Aus bildung eines Lichtbogenstrompfades besonders gut geeignet, eine Netzbeeinflussungsanlage sehr schnell vom Stromnetz zu trennen und somit deren Beschädigung vorzubeugen.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung und weitere Merkmale werden anhand der folgenden Figuren näher beschrie ben. Dabei handelt es sich um schematische, rein exemplari sche Ausgestaltungsformen, die keine Einschränkung des

Schutzbereiches darstellen. Dabei zeigen:

Figur 1 ein Kontaktsystem mit zwei Kontakten mit Kontakt fingern in geöffneten Zustand, Figur 2 das Kontaktsystem aus Figur 1 im geschlossenen Zu stand,

Figur 3 einen Querschnitt durch ein Kontaktsystem gemäß Fi gur 1 oder Figur 2,

Figur 4 einen alternativen Querschnitt durch ein Kontakt system gemäß Figur 1 und Figur 2,

Figur 5 eine Vakuum-Leistungsschalterröhre mit einem Kon taktsystem und einem topfförmigen Kontakt mit einer im Zentrum angeordneten Zündelektrode,

Figur 6 eine analoge Leistungsschalterröhre gemäß Figur 5 mit zwei topfförmigen Kontakten,

Figur 7 eine analoge Leistungsschalterröhre gemäß Figur 6 mit einer Opferelektrode und einer gegenüber lie genden Kontaktaussparung und

Figur 8 eine Vakuum-Leistungsschalterröhre mit einer Zünd elektrode an einem Dampfschild.

In den Figuren 1 und 2 ist jeweils ein Kontaktsystem 5 einer Vakuum-Leistungsschalterröhre 2 dargestellt. Der Einfachheit halber ist in diesen Figuren lediglich das Kontaktsystem ge zeigt, ein grundsätzlicher schematischer Querschnitt durch eine Vakuum-Leistungsschalterröhre 2 ist in den Figuren 5-8 gegeben. Grundsätzlich ist das Kontaktsystem 5 gemäß der Fi guren 1 und 2 in analoger Weise in einer Vakuum-Leistungs schalterröhre 2 gemäß Figur 5 integrierbar.

Die Vakuum-Leistungsschalterröhre 2 weist dabei ein Gehäuse 4 auf, das in den Figuren 1 und 2 wie bereits dargelegt, der Einfachheit halber nicht dargestellt ist. In diesem Gehäuse 4 liegt ein Vakuum vor, was bedeutet, dass in diesem Bereich ein gegenüber dem Atmosphärendruck erniedrigter Druck vor herrscht, bevorzugt liegt ein Hochvakuum vor. In der be- schriebenen Vakuum-Leistungsschalterröhre 2 liegt im Gegen satz zu Gasleistungsschaltern bevorzugt kein Löschgas und kein Isoliergas vor. In diesem Fall ist der den Fehlerstrom tragende Lichtbogen ein sogenannter Vakuumlichtbogen, der durch das Material der Kontakte bzw. der Vorzündeinrichtung im Lichtbogenstrompfad gespeist wird. Allgemein kann der Lichtbogen auch ein in einem Gas geringen Drucks (kleiner als Atmosphärendruck, s.o.) brennender Lichtbogen sein.

Das Kontaktsystem 5 weist zwei Kontakte auf, grundsätzlich könnten beide Kontakte als Bewegkontakt ausgestaltet sein, in der Regel wird jedoch nur ein Kontakt 6 als Bewegkontakt aus gestaltet, ein zweiter Kontakt ist ein Festkontakt 8. Dabei ist der Bewegkontakt 6 mit einem hier nicht dargestellten An trieb verbunden.

Die Kontakte 6 und 8 in den Figuren 1 und 2 weisen dabei fin gerartige Fortsätze 30 auf, die entlang einer Schaltachse 28 ausgerichtet sind. Diese Fortsätze 30 greifen ineinander, wo bei in den Figuren 3 und 4 jeweils ein Querschnitt des Kon taktesystems 5 aus den Figuren 1 und 2 gegeben ist. Hier sind unterschiedliche mögliche Querschnitte der Fortsätze 30 dar gestellt, wobei in den Figuren 3 und 4 auch noch das vakuum dichte Gehäuse 4 der Vakuum-Leistungsschalterröhre 2 ergän zend dargestellt ist. In den Beispielen der Figuren 1-4 sind von jedem Kontakt drei fingerartige Fortsätze 30 dargestellt, grundsätzlich kann die Anzahl selbstverständlich variieren.

Es kann auch zweckmäßig sein, dass jeder Kontakt lediglich einen Fortsatz 30 aufweist, dieser kann dann beispielsweise jeweils einen halbringförmigen Querschnitt aufweisen.

Ferner ist die Vakuum-Leistungsschalterröhre mit einer Vor zündeinrichtung 10 ausgestattet, wobei die Vorzündeinrichtung 10 zumindest eine Zündelektrode 12 aufweist und bevorzugt ei ne Zündelektronik 20, die im Falle eines Kurzschlusses, wenn der Schalter sehr schnell geschlossen werden muss, ein elekt risches Signal an die Zündelektrode 12 liefert. Diese be wirkt, dass im Bereich von Kontaktflächen 24 für einen söge- nannten Lichtbogenstrompfad 18 elektrische Ladungen anliegen und es zu einem lichtbogenförmigen Überschlag zwischen zwei Kontaktflachen 24 kommt. Beim Auftreten eines Netzfehlers wird somit zunächst der Kontakt durch den wie beschrieben ge zündeten Lichtbogen 16 überbrückt. Während der Lichtbogen 16 den Strom leitet, werden dann die Kontakte 6 und 8 durch den mechanischen Antrieb mechanisch geschlossen, wobei es zum Kontakt zwischen Kontaktflächen 26 eines Dauerstrompfades 22 kommt .

Diese Abfolge ist daher zweckmäßig, da der Lichtbogen 16 schneller (in weniger als 2 ms) gezündet werden kann und so mit für eine kurze Zeit über diesen der Strom fließen kann, bis der etwas langsamere mechanische Kontakt geschlossen ist.

Auf diese Weise wird in einem integrierten Schalter eine ähn liche Wirkung erzielt, wie dies gemäß des Standes der Technik aus der Kombination eines sogenannten Spark-Gaps mit einem Leistungsschalter bereits der Fall ist. Es wird jedoch durch die beschriebene Konstruktion ein deutlich geringerer Bauraum benötigt, gleichzeitig ist die Vakuum-Leistungsschalterröhre 2 deutlich weniger anfällig gegenüber Umwelteinflüssen als das beispielsweise ein sogenannter Spark-Gap ist.

Grundsätzlich wäre es möglich, den Lichtbogenstrompfad 18 und den Dauerstrompfad 22 geometrisch zu vereinen. Das heißt, ähnlich wie dies in Figur 8 beschrieben ist, könnte der

Lichtbogen 10 zwischen zwei plattenförmig ausgestalteten Kon taktflächen 26 der Kontakte 6 und 8 erfolgen. Durch das Aus brennen der Kontaktflächen 26 mit dem Lichtbogen 16 entsteht jedoch an der Oberfläche eine Schmelzzone, so dass beim

Schließen der Kontakte 6 und 8 die Kontaktflächen 26 mitei nander verschweißen können. Beim Wiederöffnen wird diese Ver schweißung aufgerissen und es entstehen mikroskopisch feine nadelförmige Oberflächenrauigkeiten, die das elektrische Feld beim Öffnen und Schließen der Kontakte 6 und 8 negativ beein flussen können. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, dass, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, der Lichtbogenstrompfad 18 vom Dauers trompfad 22 geometrisch getrennt ist. Der Lichtbogenstrompfad 18 ist in Figur 1 dargestellt. Er verläuft entlang der Forts ätze 30 und der Lichtbogenstrompfad 16 springt dann über Flanken 36 der Fortsätze 30 an Kontaktflächen 24 des Lichtbo genstroms der korrespondierenden Flanke 36 und der korrespon dierenden Kontaktfläche 24 über. In Figur 2 ist der geschlos sene Zustand des Kontaktsystems 5 dargestellt, der Lichtbogen 16 zwischen den Flanken 36 ist erloschen, der Strom fließt über den Dauerstrompfad 22, wobei sich die Kontaktflächen 26 der beiden Kontakte 6 und 8 berühren. Dieser Stromfluss ist nun dauerhaft stabil.

Gegenüber dem Stand der Technik wird hierbei in einem Schal ter integriert zunächst ein Lichtbogen geschaltet, der sehr schnell zu einem Stromfluss führt, bis der langsamere mecha nische Schaltvorgang über den Dauerstrompfad bereitgestellt ist. Der Dauerstrompfad 22 und der Lichtbogenstrompfad 18 sind hierbei geometrisch voneinander getrennt, was durch An ordnung der fingerartigen Fortsätze 30 gestaltet werden kann. Im geschlossenen Zustand des Kontaktsystems 5 sind die Kon taktflächen 24 für den Lichtbogenstrompfad 18 nicht miteinan der in Berührung. Somit kommt es auch zu keinem Verschweißen zwischen den einzelnen Kontaktflächen 24 des Lichtbogenstrom pfades .

In einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsform sind anstelle von geraden fingerartigen Fortsätzen 30 die Fortsätze helixförmig ineinander gesteckt. In dieser Ausfüh rung berühren sich die Kontakte durch eine axiale Bewegung mit den Seitenflächen. Bei dieser Ausführung sind die Strom pfade während der Lichtbogenphase und der Dauerstromphase na hezu identisch. Diese hier nicht dargestellte Helix kann sich auch auf einer Stützstruktur befinden, zum Beispiel ausge staltet in Form von helixförmigen Nuten auf jeweils einer Rohrinnen- und einer Rohraußenseite, die ineinander gesteckt sind. Grundsätzlich werden neben einer helixförmigen Form auch komplexere geometrische Formen der fingerartigen Forts ätze 30 beispielsweise in Form von Schwalbenschwanzstrukturen möglich .

Wieder in einer anderen nicht dargestellten Ausführungsform werden die Kontakte des Kontaktsystems anstelle einer axialen Bewegung durch eine rotatorische Bewegung geschlossen. Die Kontaktform kann dabei prinzipiell alle zuvor genannten For men mit einschließen. Die rotatorische Bewegung kann bei he lixförmigen Kontakten auch in eine axiale Bewegung übergehen.

In den Figuren 5-8 ist dabei eine Vakuum-Leistungsschalter- röhre 2 dargestellt, die einer gewöhnlichen Vakuumröhre eines gewöhnlichen Leistungsschalters entspricht. Die den Dauer strom tragenden, zu einander bewegliche Kontakte können grundsätzlich als Plattenkontakte, Axialmagnetfeldkontakte, Radialmagnetfeldkontakte oder Fingerkontakte ausgeführt sein. Das den Fehlerstrom tragende Kontaktsystem 5 sollte gewähr leisten, dass der Lichtbogen 16 nicht vom Lichtbogenstrompfad 18 in den Dauerstrompfad kommutieren kann. Wenn dies gewähr leistet ist, ist ein in Richtung des Zündlichtbogens überla gertes Axialmagnetfeld von Vorteil. . Dies dient dazu, einen kontrahierten Lichtbogen 10 zu verhindern. Grundsätzlich sind aber auch sogenannte Radialmagnetfeld Kontakte möglich.

Grundsätzlich sind die beschriebenen Kontaktformen prinzipi ell in der Lage, einen Stromfluss durch Öffnen der Kontakte zu unterbrechen. Gleichzeitig sind sie insbesondere in der Lage, einen Stromfluss wie bereits beschrieben durch Schlie ßen sehr schnell herzustellen. Die bereits bezüglich der Fi guren 1 und 2 beschriebenen Zündelektrode 12 ist bevorzugt im Zentrum eines der beiden Kontakte 6 oder 8 angeordnet. Die die Zündelektrode 12 ansteuernde Zündelektronik 20 ist bevor zugt getrennt von der Zündelektrode 12 ggf. auch außerhalb des Vakuumschalters angeordnet. Vorteilhaft ist ein Einbau der Zündelektrode in den Festkontakt 8.

Die Figuren 5, 6 und 7 weisen zumindest einen topfförmigen

Kontakt 32 auf wobei hier der Begriff topfförmig weit ausge- legt wird, in Figur 5 ist hierbei lediglich eine kleine Aus sparung im Zentrum des Kontaktes 6 vorgesehen. Die Topfform gemäß Figur 6 ist deutlich intensiver ausgeprägt mit einer stärkeren Vertiefung und einem schmaleren Rand. Ferner sind in Figur 6 beide Kontakte 6 und 8 topfförmig ausgestaltet.

Die Zündelektrode 12 ist jeweils im Zentrum eines Kontaktes dargestellt. Sowohl in der Figur 5 als auch in der Figur 6 und auch in der Figur 7 verläuft der Lichtbogenstrompfad 18 dabei durch das Zentrum zwischen den Kontakten 6 und 8 und ist dabei vom Dauerstrompfad 22 geometrisch getrennt. Der Dauerstrompfad 22 ist in den Figuren 5-7 nicht explizit dar gestellt, da das Kontaktsystem 5 lediglich in geöffneter Form gezeigt ist. Der Dauerstrompfad 22 des Kontaktsystems 5 gemäß der Figuren 5-7 verläuft dann über die äußeren Kontaktberei che der Kontaktflächen 26 zwischen den Kontakten 5 und 32.

Die Figur 7 zeigt dabei eine weitere Modifikation, in der die Zündelektrode 12 als eine widerstandsfähige Opferelektrode oder in einem hier nicht dargestellten widerstandsfähigen Kontaktstift ausgeführt ist. Diese Opferelektrode dient als Fußpunkt eines kontrahierten Lichtbogens nach dem Zünden der Vorzündeinrichtung, bis die Dauerstromkontaktflächen 26 ge schlossen sind.

Alternativ kann die Zündelektrode 12, wie in Figur 8 darge stellt, auch außerhalb der Kontakte 6, 8 angeordnet sein, dies ist im Fall der Figur 8 durch das Anbringen der Zünd elektroden 12 an einem Dampfschild 34 ausgeführt. Der gezün dete oder brennende Lichtbogen 16 verläuft dann je nach geo metrischer Ausgestaltung der Kontakte 6, 8 am äußersten Rand der Kontaktflächen 26. Bei einer geschickten geometrischen Ausgestaltung der Kontakte 32 kann der Lichtbogen 16 gemäß Figur 8 so eingestellt werden, dass auch hier der Lichtbogen strompfad 18 und der Dauerstrompfad 22 geometrisch getrennt sind. Das bedeutet, dass die Bereiche der Kontaktflächen 24, in denen der Lichtbogen 16 überspringt, bei geschlossenem Kontaktsystem 5 nicht aufeinandertreffen und keinen physika- lischen Kontakt hersteilen, so dass es an dieser Stelle nicht zur unerwünschten Verschweißungen kommt.

Bei einer Anwendung der beschriebenen Vakuum-Leistungsschal terröhre in einem Wechselstromnetz sollte bevorzugt die Vor zündvorrichtung 10 derart ausgeführt werden, dass ein bipola res Vorzünden ermöglicht wird. Das würde bedeuten, dass der Lichtbogen 16 nicht beim Durchlauf des Stromnulldurchganges automatisch erlischt, sondern dass dieser wieder neu aufge baut wird. Außerdem ist eine Vorzündung sowohl in der positi ven als auch in der negativen Stromhalbwelle möglich. Dies ist auch dadurch zu erzielen, dass das Kontaktsystem 5 auf beiden Seiten eine Zündelektrode 12 aufweist die mit jeweils einer oder einer gemeinsamen Zündelektronik 20 korrespon diert. Durch Erkennen der Polarität des Netzes oder durch gleichzeitiges Zünden beider Vorzündeinrichtungen 10 kann der Lichtbogen 16 gezündet werden. Eine weitere Möglichkeit für bipolares Zünden besteht auch in der starken Erhöhung der Zündspannung, wobei diese wesentlich größer als die doppelte Netzamplitude sein soll, so dass auch bei einer umgekehrten Polarität ein Lichtbogen gezündet wird.

Um den Strom länger als eine Halbwelle zu tragen, zum Bei spiel bei langsam schließenden Dauerstromkontakten, kann an stelle des Einsatzes einer zweiten Vakuumröhre mit umgekehr ter Polarität die Ausschaltfähigkeit des Kontaktsystems 5 deutlich reduziert werden. Sie kann als eine Röhre für einen Wechselstrom verwendet werden, da der Strom nach dem Null durchgang nicht dauerhaft unterbrochen wird. Dies setzt vo raus, dass beim Einschalt Z eitpunkt der Strom die richtige Po larität für den Vakuum-Leistungsschalter besitzt.

Für die beschrieben Vakuum Leistungsschalterröhre sind ent sprechende schnelle Antriebe bevorzugt prellfreier Antrieb vorteilhaft. Ein prellfreier Antrieb kann insbesondere dadurch erzielt werden, dass die kinetische Energie des Be wegkontaktes beim Auftreffen auf den Festkontakt in einer hier nicht dargestellten Federvorrichtung der Antriebseinheit (hierrunter fallen mechanische Federn oder Gasdruckfedern) zwischengespeichert wird.

Bezugszeichenliste

2 Vakuum-Leistungsschalterröhre

4 Vakuumgehäuse

5 KontaktSystem

6 Bewegkontakt

8 Festkontakt

10 Vor Z ündeinrichtung

12 Zündelektrode

14 Kontaktstück

1 6 Lichtbogen

18 Lichtbogenstrompfad

20 Zündelektronik

22 Dauerstrompfad

24 Kontaktflächen Lichtbogenstrompfad

2 6 Kontaktflächen Dauerstrompfad

28 Schaltachse

30 fingerartige Fortsätze

32 topfförmiger Kontakt

34 Dampfschild

36 Flanken der Fortsätze