DE19603157A1 - HV vacuum switch with vacuum switching chamber - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungs-Vakuum schalter mit einer Vakuumschaltkammer, in der ein fest stehen der Schaltstift mit einem Schaltkontakt sowie ein in Längs richtung gegen diesen verschiebbarer, beweglicher Schaltstift mit einem Schaltkontakt angeordnet ist, wobei die Vakuum schaltkammer durch einen, den beweglichen Schaltstift koaxial umschließenden, Metallfaltenbalg abgedichtet ist, der aus min destens zwei in Reihe miteinander verbundenen Einzelbälgen be steht, und wobei der Metallfaltenbalg mit seinem unteren Ende im Bereich der unteren Endplatten der Vakuumschaltkammer und mit seinem oberen Ende im Bereich des oberen Endes des Schalt stiftes fest und vakuumdicht angeordnet ist und wobei den Einzelbälgen zu deren Komprimierung in Längsrichtung begren zende Anschläge zugeordnet sind.The invention relates to a high voltage vacuum switch with a vacuum interrupter in which a stand the switching pin with a switching contact as well as one in longitudinal direction against this sliding, movable switching pin is arranged with a switch contact, the vacuum Switching chamber by one, the movable switching pin coaxial surrounding, metal bellows is sealed, which consists of min at least two individual bellows connected in series stands, and the metal bellows with its lower end in the area of the lower end plates of the vacuum interrupter and with its upper end in the area of the upper end of the switch pin is fixed and vacuum-tight and the Limit individual bellows to compress them lengthways end stops are assigned.
Es ist bekannt, Hochspannungs-Vakuumschalter, wie beispiels weise in der DE 38 29 888 A1 und DE 44 31 067 A1 beschrieben, so auszubilden, daß am inneren Umfang eines Isolierzylinders, der ein Porzellanzylinder sein kann, in Höhe der Schaltkon takte ein Metalldampfschirm angeordnet ist. An dem Schirm schlagen sich die während eines Ausschaltvorganges aus dem entstehenden Metalldampflichtbogen resultierenden Metalldämpfe nieder. Der Hochspannungs-Vakuumschalter weist einen oberen, feststehenden und einen unteren, axial verschiebbaren Schalt stift auf. An deren vorderen Enden sind einander gegenüberlie gend Schaltkontakte angeordnet. Der bewegliche Schaltstift ist koaxial von einem Metallfaltenbalg umschlossen. Der Metallfal tenbalg ist im Bereich des unteren Bodens der Vakuumschalt kammer und im Bereich des oberen Endes des beweglichen Schalt stiftes befestigt.It is known to use high voltage vacuum switches such as as described in DE 38 29 888 A1 and DE 44 31 067 A1, to be designed so that on the inner circumference of an insulating cylinder, which can be a porcelain cylinder, at the level of the Schaltkon clock a metal vapor screen is arranged. On the umbrella knock themselves out of the during a switch-off process resulting metal vapor arc resulting metal vapors low. The high-voltage vacuum switch has an upper, fixed and a lower, axially displaceable switching open up. At their front ends are opposite each other Gend switching contacts arranged. The movable switch pin is coaxially enclosed by a metal bellows. The metal case tenbalg is the vacuum switch in the area of the lower floor chamber and in the area of the upper end of the movable switch pin attached.
Durch die DE 24 07 001 C3 ist eine Lösung bekannt, bei der zusätzliche Lichtbogenschutzelemente die Schaltkontakte im Aus-Zustand konzentrisch umschließen und überragen. Bei die sen Hochspannungs-Vakuumschaltern ist der Öffnungsvorgang in einen Schalthub und in einen Isolierhub unterteilt. Hierdurch können im Aus-Zustand auch hohe Nennstehblitzstoßspannungen für Geräte-Nennspannungen 36 kV beherrscht werden. Dabei bedingt die Funktionstrennung von "Schalten" und "Isolieren" unter Berücksichtigung der hohen Geräte-Nennspannungen einen Hub der Schaltkontakte von etwa 50 mm. Zur Wahrung einer sicheren Funktion des, den beweglichen Schaltstift umschlie ßenden, Metallfaltenbalges hat sich ein Komprimieren bzw. ein Dehnen des Metallfaltenbalges um etwa 15% seiner Länge be währt. Der Hub von etwa 50 mm für Hochspannungs-Vakuumschal ter 36 kV erfordert damit eine Länge des Metallfaltenbalges von etwa 300 mm. Ein Metallfaltenbalg dieser Länge weist auf grund seiner Herstellung immer Querschnittsschwankungen in seinen Wandungen auf. Es kann deshalb nicht mit einer gleich mäßigen Verteilung der Belastung des Metallfaltenbalges beim Komprimieren bzw. beim Dehnen gerechnet werden. Ein der artiger Metallfaltenbalg besitzt eine relativ kurze Betriebs dauer, und sein Einsatz führt zu Betriebsstörungen.A solution is known from DE 24 07 001 C3 in which additional arcing protection elements in the switch contacts Concentrate the off state and protrude. At the high-voltage vacuum switches, the opening process is in a switching stroke and divided into an isolation stroke. Hereby can also handle high nominal standing lightning impulse voltages for device nominal voltages of 36 kV. Here requires the separation of functions from "switching" and "isolating" considering the high nominal device voltages Switch contacts stroke of approx. 50 mm. To maintain one safe function of the, enclosing the movable switching pin ßenden, metal bellows has a compression or a Stretch the metal bellows by about 15% of its length lasts. The stroke of about 50 mm for high-voltage vacuum scarf ter 36 kV therefore requires a length of the metal bellows of about 300 mm. A metal bellows of this length has due to its manufacture always cross-sectional fluctuations in its walls. It therefore cannot be the same moderate distribution of the load on the metal bellows Compress or be calculated when stretching. One of the like metal bellows has a relatively short operating time duration, and its use leads to malfunctions.
Durch die DD 2 27 283 A1 ist eine Metallbalganordnung, insbe sondere für Vakuumbogenlöschkammern, bekannt, die aus wenig stens zwei in Reihe miteinander verbundenen Metallbälgen be steht. Bei dieser Anordnung sind am beweglichen Schaltstift in bestimmten Abständen jeweils zwei den Kopplungsstellen der einzelnen Metallbälge zugeordnete, ringförmige Anschläge ange ordnet, derart, daß bei Bewegungen der Metallbälge durch das Anschlagen der Anschläge an den Kopplungsstellen eine Überdeh nung oder zu starke Komprimierung verhindert wird. Die Feder steifen der Metallbälge sind derart abgestimmt, daß bei An schlag der ringförmigen Anschläge an den Kopplungsstellen der Metallfaltenbälge diese bereits vorbeschleunigt sind. Durch die bekannte Metallbalganordnung wird das erforderliche Ver harren der Schaltkontakte nach der Zurücklegung des Schalt hubes nicht berücksichtigt. Außerdem erfolgt keine Dämpfung vor Abschluß des Isolierhubes. Damit ist es zwar möglich, meh rere Metallbälge kürzerer Länge einzusetzen, aber eine Anpas sung an die spezifischen Einsatzbedingungen erfolgt nicht. Es tritt damit ein relativ schneller Verschleiß der Metallbälge ein.DD 2 27 283 A1 is a metal bellows arrangement, in particular special for vacuum arc quenching chambers, known from little at least two metal bellows connected in series stands. In this arrangement, the movable switching pin in certain distances two the coupling points of the individual metal bellows associated, annular stops arranges such that when the metal bellows moves through the Striking the stops at the coupling points an overstretch compression or excessive compression is prevented. The feather stiffen the metal bellows are matched so that at An blow of the annular stops at the coupling points of the Metal bellows are already pre-accelerated. By the well-known metal bellows arrangement becomes the required ver waiting for the switching contacts after the switching has been completed hubes not taken into account. In addition, there is no damping before the isolation stroke is completed. So it is possible, meh use shorter metal bellows of shorter length, but adaptable The specific operating conditions are not met. It this causes the metal bellows to wear out relatively quickly a.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungs-Va kuumschalter mit einer Vakuumschaltkammer, in der ein fest stehender Schaltstift mit einem Schaltkontakt sowie ein in Längsrichtung gegen diesen verschiebbarer, beweglicher Schalt stift mit einem Schaltkontakt angeordnet ist, wobei die Vakuumschaltkammer durch einen, den beweglichen Schaltstift koaxial umschließenden, Metallfaltenbalg abgedichtet ist, der aus mindestens zwei in Reihe miteinander verbundenen Einzel bälgen besteht, und wobei der Metallfaltenbalg mit seinem unteren Ende im Bereich der unteren Endplatten der Vakuum schaltkammer und mit seinem oberen Ende im Bereich des oberen Endes des Schaltstiftes fest und vakuumdicht angeordnet ist und wobei den Einzelbälgen zu deren Komprimierung in Längs richtung begrenzende Anschläge zugeordnet sind, zu schaffen, wobei der Metallfaltenbalg für relativ große Hublängen und eine hohe Festigkeitsbeanspruchung ausgebildet ist.The invention has for its object a high-voltage Va vacuum switch with a vacuum interrupter in which a fixed standing switching pin with a switching contact and an in Longitudinal direction against this sliding, movable switch pin is arranged with a switching contact, the Vacuum interrupter through a movable switching pin coaxially enclosing, metal bellows is sealed, the from at least two singles connected in series bellows exists, and the metal bellows with his lower end in the area of the lower end plates of the vacuum control chamber and with its upper end in the area of the upper End of the switching pin is fixed and vacuum-tight and the individual bellows for their compression in the longitudinal direction direction-defining stops are assigned to create the metal bellows for relatively large stroke lengths and a high strength load is formed.
Erfindungsgemäß wird dieses dadurch erreicht, daß die Einzel bälge des Metallfaltenbalges eine unterschiedliche Federrate aufweisen und in Abhängigkeit von ihrer Federrate nacheinander um eine vorbestimmte Hubhöhe komprimierbar sind, wobei bei einem Ausschaltvorgang des Hochspannungs-Vakuumschalters der Einzelbalg mit der geringsten Federrate um eine Hubhöhe komprimierbar ist, die dem Schalthub des beweglichen Schaltkontaktes von der Stellung "EIN" bis zu der Stellung "SCHALTEN" im wesentlichen entspricht und danach die anderen Einzelbälge in der Reihenfolge der zunehmenden Federraten um jeweils eine vorbestimmte Hubhöhe zwischen der Stellung "SCHALTEN" und der Stellung "ISOLIEREN" des beweglichen Schaltkontaktes komprimierbar sind, wobei mindestens die Hubhöhen der dem Einzelbalg mit der größten Federrate vorge schalteten Einzelbälge durch Anschläge begrenzt sind.According to the invention this is achieved in that the individual bellows of the metal bellows have a different spring rate have and depending on their spring rate one after the other are compressible by a predetermined lifting height, with a switch-off process of the high-voltage vacuum switch Single bellows with the lowest spring rate by one lift height is compressible, the switching stroke of the movable Switching contact from the "ON" position to the position "SWITCH" essentially corresponds and then the others Individual bellows in the order of increasing spring rates each have a predetermined lifting height between the position "SWITCH" and the "INSULATE" position of the movable Switch contact are compressible, at least the Lift heights of the single bellows with the highest spring rate switched individual bellows are limited by stops.
Das aber bedeutet, daß bei Verharren des beweglichen Schalt kontaktes, nachdem dieser den Schalthub zurückgelegt hat, und zwar solange, bis der Schaltlichtbogen zwischen den Schalt kontakten gelöscht ist, nicht nur gewährleistet ist, daß der Einzelbalg mit der geringsten Federrate ebenfalls in dieser Stellung verharrt, sondern daß der nächste Einzelbalg im we sentlichen keine Vorbeschleunigung erfährt. Somit unterliegt hauptsächlich immer nur ein Einzelbalg einer Belastung. Damit wird ein vorzeitiger Verschleiß vermieden.But this means that if the moving switch remains contact after he has completed the switching stroke, and until the switching arc between the switching contacts is deleted, it is not only guaranteed that the Single bellows with the lowest spring rate also in this Position persists, but that the next single bellows in the we experienced no pre-acceleration. Thus is subject to mainly only a single bellows of a load. In order to premature wear is avoided.
Vorzugsweise sind die Federraten der Einzelbälge zueinander um 35% bis 40% abgestuft. Es ist damit möglich, die Schaltvor gänge zuverlässig zu steuern und eine festigkeitsmäßige Über belastung zu vermeiden.The spring rates of the individual bellows are preferably around one another 35% to 40% graded. It is thus possible to switch the reliably control gears and a strength-related over to avoid stress.
Eine zweckmäßige Ausführung besteht darin, daß der dem beweglichen Schaltkontakt zunächstliegende Einzelbalg die geringste Federrate aufweist und mit seinem oberen Ende un mittelbar an dem beweglichen Schaltkontakt vakuumdicht befe stigt ist und die Einzelbälge in der Reihenfolge der zuneh menden Federraten angeordnet sind, wobei um jeden Einzelbalg koaxial eine zylindrische Umhüllung aus Metall angeordnet ist, die um die zurückzulegende Hubhöhe kürzer ist als der ent spannte Einzelbalg und bei dem komprimierten Einzelbalg die Umhüllung mit ihrem vorderen Ende auf den horizontalen Ab schnitt der darunterliegenden Umhüllung oder den entspre chenden Abschnitt im Bereich der unteren Endplatte der Vakuum schaltkammer aufliegt, wobei die obere Umhüllung an dem beweg lichen Schaltkontakt befestigt ist und die folgende Umhüllung zwischen den Einzelbälgen angeordnet und jeweils mit dem unteren Ende des oberen Einzelbalges sowie dem oberen Ende des unteren Einzelbalges vakuumdicht verbunden ist.An expedient implementation is that the Movable switching contact the single bellows has the lowest spring rate and with its upper end un Indirectly vacuum-tight on the movable switch contact Stigt and the individual bellows in the order of the increase menden spring rates are arranged, with each individual bellows a cylindrical metal casing is arranged coaxially, which is shorter than the ent by the lifting height to be covered tensioned single bellows and the compressed single bellows Wrapping with their front end on the horizontal ab cut the underlying wrapping or the equivalent section in the area of the lower end plate of the vacuum switching chamber rests, with the upper casing on the moving Lichen switch contact is attached and the following wrapping arranged between the individual bellows and each with the lower end of the upper single bellows and the upper end of the lower bellows is connected vacuum-tight.
Hierbei kann zwischen dem unteren Einzelbalg mit der höchsten Federrate und dem darüber in Reihe angeordneten Einzelbalg anstelle einer zylindrischen Umhüllung ein horizontaler Zwi schenring angeordnet sein. Dieses ist besonders dann möglich, wenn der Schaltvorgang über eine Kurvenscheibe gesteuert wird.Here you can choose between the lower single bellows with the highest Spring rate and the single bellows arranged in a row above instead of a cylindrical envelope, a horizontal intermediate be arranged ring. This is particularly possible if the switching process is controlled via a cam.
Um einen Metallfaltenbalg relativ großer Länge anordnen zu können, ist es zweckmäßig, daß sich von der unteren Endplatte der Vakuumschaltkammer ein koaxiales, um den Metallfaltenbalg angeordnetes Gehäuse mit einem Boden nach unten erstreckt, wobei der untere Einzelbalg an dem Boden vakuumdicht befestigt ist.To arrange a metal bellows of relatively large length can, it is appropriate that from the lower end plate the vacuum interrupter a coaxial to the metal bellows arranged housing extends with a bottom down, the lower individual bellows attached to the floor in a vacuum-tight manner is.
Damit keine Verstärkung des Magnetfeldes der stromführenden Bauteile des erfindungsgemäßen Hochspannungs-Vakuumschalters erfolgt, ist es zweckmäßig, daß der Metallfaltenbalg mit allen seinen Teilen, insbesondere den Umhüllungen, aus einem unmag netischen Material besteht.So that no amplification of the magnetic field of the live Components of the high-voltage vacuum switch according to the invention takes place, it is appropriate that the metal bellows with all its parts, especially the wrappings, from an unmag there is netic material.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Wärmeabführung der bewegliche Schaltstift rohrförmig ausgebildet ist und an seinem Umfang Durchbrechungen aufweist, über die er mit einem Raum zwischen dem Metallfaltenbalg und dem beweglichen Schalt stift in Verbindung steht. Hierbei kann der Raum über dem be weglichen Schaltstift mit der die Vakuumschaltkammer umge benden freien Atmosphäre verbunden sein. Er kann auch mit einem die Vakuumschaltkammer umgebenden Isoliergas, vorzugs weise SF₆, mit seinem hohen Wärmetransportvermögen verbunden sein.It is particularly advantageous if the movable switching pin is tubular and on has openings in its circumference, over which it has a Space between the metal bellows and the movable switch pin communicates. Here, the space above the be movable switching pin with the vacuum interrupter vice be connected to the free atmosphere. He can also with an insulating gas surrounding the vacuum interrupter, preferably wise SF₆, associated with its high heat transfer capacity be.
Die Erfindung soll nachstehend in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention is intended below in one embodiment are explained in more detail. In the accompanying drawings:
Fig. 1 den Schnitt einer Vakuumschaltkammer eines Hochspan nungs-Vakuumschalters mit einem aus drei in Reihe miteinander verbundenen Einzelbälgen bestehenden Me tallfaltenbalg, Fig. 1 tallfaltenbalg the intersection of a vacuum switching chamber of a high-tension-voltage vacuum switch with a group consisting of three interconnected in series Einzelbälgen Me,
Fig. 2 den Schnitt einer Vakuumschaltkammer eines Hochspan nungs-Vakuumschalters mit einem aus zwei in Reihe miteinander verbundenen Einzelbälgen bestehenden Me tallfaltenbalg, Fig. 2 tallfaltenbalg the intersection of a vacuum switching chamber of a high-tension-voltage vacuum switch with an existing of two connected in series Einzelbälgen Me,
Fig. 3 ein Hub-Zeit-Diagramm. Fig. 3 is a stroke-time diagram.
Die Fig. 1 zeigt eine Vakuumschaltkammer 1 eines Hochspan nungs-Vakuumschalters mit einer Vakuumschaltkammer 1. Ihre zylindrische Wandung weist einen oberen und einen unteren Isolierzylinder 2; 3 auf, zwischen denen ein zentraler Me talldampfschirm 4 angeordnet ist. Den stirnseitigen Abschluß der Vakuumschaltkammer 1 bilden mit den Isolierzylindern 2; 3 verbundene Endplatten 5; 6. Im mittleren Bereich der oberen Endplatte 5 ist ein, einen Schaltkontakt 7 tragender, fest stehender Schaltstift 8 vakuumdicht befestigt. Ein, einen Schaltkontakt 9 tragender, beweglicher Schaltstift 10 ist axial und in Längsrichtung zu dem feststehenden Schaltstift 8 verschiebbar im Bereich der unteren Endplatte 6 angeordnet. Dabei kann, wie in Fig. 1 gezeigt, koaxial zu dem Schaltstift 10 sich ein mit der unteren Endplatte 6 vakuumdicht verbun denes Gehäuse 16, das einen Boden 17 hat, nach unten er strecken. Das Gehäuse 16 weist gegenüber der Vakuumschalt kammer 1 einen erheblich reduzierten Außendurchmesser auf. Dadurch ist es möglich, wie bei Hochspannungs-Vakuumschaltern 36 kV erforderlich, einen Metallfaltenbalg 11 mit einer Länge von etwa 300 mm konzentrisch um den beweglichen Schalt stift 10 anzuordnen. Fig. 1 shows a vacuum interrupter chamber 1 of a high-tension-voltage vacuum switch with a vacuum interrupter chamber 1. Its cylindrical wall has an upper and a lower insulating cylinder 2 ; 3 , between which a central metal vapor shield 4 is arranged. The front end of the vacuum interrupter chamber 1 form with the insulating cylinders 2 ; 3 connected end plates 5 ; 6 . In the central region of the upper end plate 5 , a stationary switching pin 8 carrying a switch contact 7 is attached in a vacuum-tight manner. A movable switching pin 10 carrying a switching contact 9 is arranged axially and in the longitudinal direction to the fixed switching pin 8 in the region of the lower end plate 6 . Here, as shown in Fig. 1, coaxially to the switching pin 10 with the lower end plate 6 vacuum-tight verbun denes housing 16 , which has a bottom 17 , he stretch down. The housing 16 has a significantly reduced outer diameter compared to the vacuum switching chamber 1 . This makes it possible, as required for high-voltage vacuum switches 36 kV, to arrange a metal bellows 11 with a length of about 300 mm concentrically around the movable switching pin 10 .
In Fig. 1 sind die Schaltkontakte 7; 9 in der Stellung "EIN" H₀ gezeigt. Sie bestehen beide aus einem Cu-Cr-Sinterwerkstoff und sind mit Ausnehmungen versehen, die das den Ausschaltstrom umgebende Magnetfeld in Höhe und Richtung beeinflußbar macht. Dem feststehenden Schaltkontakt 7 ist potentialmäßig eine Schirmelektrode 18 und dem beweglichen Schaltkontakt 9 eine Schirmelektrode 19 zugeordnet. In der Stellung "AUS" bzw. "ISOLIEREN" H₂ dienen die Schirmelektroden 18; 19 zur Isolie rung. Sie bestehen vorteilhafterweise aus Graphit. Die Schirm elektrode 18 ist an der oberen Endplatte 5 und die Schirmelek trode 19 an der unteren Endplatte 6 elektrisch angelenkt und umschließen die Schaltkontakte 7; 9.In Fig. 1, the switching contacts 7 ; 9 shown in the "ON" position H₀. They both consist of a Cu-Cr sintered material and are provided with recesses which make it possible to influence the height and direction of the magnetic field surrounding the breaking current. A shield electrode 18 is potentially associated with the fixed switch contact 7 and a shield electrode 19 with the movable switch contact 9 . In the "OFF" or "INSULATE" H₂ position, the shield electrodes 18 ; 19 for insulation. They advantageously consist of graphite. The shield electrode 18 is articulated on the upper end plate 5 and the Schirmelek electrode 19 on the lower end plate 6 and enclose the switch contacts 7 ; 9 .
Der in Fig. 1 dargestellte Metallfaltenbalg 11 besteht aus drei in Reihe miteinander verbundenen Einzelbälgen 12; 13; 14. Diese haben eine unterschiedliche Federrate. Die Abstufung zwischen den einzelnen Federraten beträgt dabei vorzugsweise 35% bis 40%. Bei einem Ausschaltvorgang weist der zuerst betätigte Einzelbalg 12 die geringste Federrate auf. Sein zurückgelegter Weg entspricht dem erforderlichen Schalthub H₀-H₁, bei dem der bewegliche Schaltkontakt 9 aus der Stellung "EIN" H₀ in die Stellung "SCHALTEN" H₁ bewegt wird. Der an schließend betätigte Einzelbalg 13 legt einen Weg von der Stellung "SCHALTEN" bis zu einer Zwischenstellung Hz zurück. Der dritte Einzelbalg 14 legt den Weg von der Zwischenstellung Hz bis zur Stellung "ISOLIEREN" H₂ zurück. Damit ist der Iso lierhub H₀-H₂ des Schaltkontaktes 9 in drei aufeinanderfol gende Wegabschnitte des Metallfaltenbalges 11, nämlich H₀-H₁; H₁-Hz; Hz-H₂, unterteilt. Die Unterteilung entspricht der Anzahl der eingesetzten Einzelbälge 12; 13; 14. Es ist möglich, nur zwei Einzelbälge 12; 13 (Fig. 2) oder auch mehr einzusetzen. Ihre Anzahl ist im wesentlichen durch die Ge samtlänge des Metallfaltenbalges 11 bestimmt. Für den Schalt hub H₀-H₁ ist dabei grundsätzlich ein Einzelbalg vorgesehen. Die Anordnung der Einzelbälge 12; 13; 14 im Metallfaltenbalg 11 ist beliebig. Die Reihenfolge der Komprimierung und auch der Dehnung der Einzelbälge 12; 13; 14 ergibt sich aus deren unterschiedlicher Federrate.The metal bellows 11 shown in FIG. 1 consists of three individual bellows 12 connected in series; 13 ; 14 . These have a different spring rate. The gradation between the individual spring rates is preferably 35% to 40%. During a switch-off process, the first bellows 12 actuated has the lowest spring rate. His distance traveled corresponds to the required switching stroke H₀-H₁, in which the movable switching contact 9 is moved from the "ON" position H₀ to the "SWITCHING" position H₁. The bellows 13 actuated at the end covers a path from the "SWITCH" position to an intermediate position Hz. The third individual bellows 14 covers the path from the intermediate position Hz to the "INSULATE" position H₂. So that the Iso lierhub H₀-H₂ of the switching contact 9 in three consecutive path sections of the metal bellows 11 , namely H₀-H₁; H₁-Hz; Hz-H₂, divided. The subdivision corresponds to the number of individual bellows 12 used ; 13 ; 14 . It is possible to have only two individual bellows 12 ; 13 ( Fig. 2) or more to use. Their number is essentially determined by the total length of the metal bellows 11 . A single bellows is basically provided for the switching hub H₀-H₁. The arrangement of the individual bellows 12 ; 13 ; 14 in the metal bellows 11 is arbitrary. The order of compression and also the expansion of the individual bellows 12 ; 13 ; 14 results from their different spring rates.
In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Metallfal tenbalges 11 mit den drei Einzelbälgen 12; 13; 14 gezeigt. Da bei weist der dem beweglichen Schaltkontakt 9 zunächstliegende Einzelbalg 12 die geringste Federrate auf. Die folgenden, in Reihe angeordneten Einzelbälge 13; 14 weisen jeweils eine um 35% bis 40% höhere Federrate als der davorliegende Einzel balg auf. Um eine optimale Raumausnutzung zu erreichen, ist der obere Einzelbalg 12 mit seinem oberen Ende an dem beweg lichen Schaltkontakt 9 und der untere Einzelbalg 14 mit seinem unteren Ende an dem Boden 17 des Gehäuses 16 vakuumdicht befe stigt. Wie bereits vorstehend beschrieben, ist der Metallfal tenbalg 11 koaxial zu dem beweglichen Schaltstift 10 ange ordnet. Um den Einzelbalg 12 ist koaxial eine zylindrische Umhüllung 15 aus Metall vorgesehen. Diese ist ebenfalls an dem beweglichen Schaltkontakt 9 befestigt. Die Umhüllung 15 weist bei einem entspannten Einzelbalg 12 eine geringere Länge als dieser auf. Der folgende Einzelbalg 13 ist ebenfalls koaxial von einer zylindrischen Umhüllung 15′ umschlossen. An der Um hüllung 15′ ist das untere Ende des Einzelbalges 12 und das obere Ende des Einzelbalges 13 vakuumdicht befestigt. Der komprimierte Einzelbalg 12 liegt mit seinem unteren Ende auf dem horizontalen Abschnitt der Umhüllung 15′ auf. Damit ist die Komprimierung des Einzelbalges 12 beendet, und die Kompri mierung des Einzelbalges 13 beginnt. Die Umhüllung 15′ ist auch kürzer als der entspannte Einzelbalg 13. Zwischen dem Einzelbalg 13 und dem unteren Einzelbalg 14 ist ein Zwischen ring 23 angeordnet. An diesem sind die Einzelbälge 13; 14 mit ihrem unteren bzw. oberen Ende vakuumdicht befestigt. Auf diesem Zwischenring 23 liegt der komprimierte Einzelbalg 13 mit dem unteren Ende seiner Umhüllung 15′ auf. Die Kompri mierung des Einzelbalges 13 ist beendet, und die Komprimierung des Einzelbalges 14 beginnt. Anstelle des Zwischenringes 23 kann ebenfalls eine Umhüllung vorgesehen sein. Diese ist be sonders dann nicht erforderlich, wenn die Steuerung des Schaltvorganges über eine außerhalb der Vakuumschaltkammer 1 angeordnete Kurvenscheibe erfolgt. Bei dieser Ausführungsform entspricht der Abstand zwischen dem unteren Ende der Umhüllung 15 und dem horizontalen Abschnitt der Umhüllung 15′ in etwa dem Schalthub H₀-H₁. Der Abstand zwischen dem unteren Ende der Umhüllung 15′ und dem Zwischenring 23 entspricht dem Hub H₁-Hz. Der dritte Einzelbalg 14 führt den Hub Hz-H₂ aus. Es ist auch möglich, die Umhüllungen 15; 15′ und den Zwischenring 23 koaxial zwischen dem beweglichen Schaltstift 10 und den Einzelbälgen 12; 13; 14 anzuordnen.In Fig. 1 is a preferred embodiment of the metal bellows 11 with the three individual bellows 12 ; 13 ; 14 shown. Since the individual bellows 12 lying next to the movable switching contact 9 has the lowest spring rate. The following individual bellows 13 ; 14 each have a spring rate 35% to 40% higher than the single bellows in front of them. In order to achieve optimal space utilization, the upper single bellows 12 with its upper end on the movable switching contact 9 and the lower individual bellows 14 with its lower end on the bottom 17 of the housing 16 are vacuum-sealed. As already described above, the Metallfal tenbalg 11 is coaxial with the movable switching pin 10 is arranged. A cylindrical casing 15 made of metal is provided coaxially around the individual bellows 12 . This is also attached to the movable switch contact 9 . The envelope 15 has a shorter length than a relaxed individual bellows 12 . The following single bellows 13 is also coaxially enclosed by a cylindrical envelope 15 '. At the order envelope 15 ', the lower end of the individual bellows 12 and the upper end of the individual bellows 13 are attached in a vacuum-tight manner. The compressed individual bellows 12 lies with its lower end on the horizontal section of the envelope 15 '. So that the compression of the bellows 12 is finished, and the compression of the bellows 13 begins. The envelope 15 'is also shorter than the relaxed single bellows 13th Between the individual bellows 13 and the lower individual bellows 14 , an intermediate ring 23 is arranged. The individual bellows 13 ; 14 attached vacuum-tight with its lower or upper end. On this intermediate ring 23 , the compressed individual bellows 13 with the lower end of its envelope 15 '. The compression of the individual bellows 13 has ended, and the compression of the individual bellows 14 begins. Instead of the intermediate ring 23 , a covering can also be provided. This is particularly not necessary if the switching process is controlled via a cam disc arranged outside the vacuum interrupter 1 . In this embodiment, the distance between the lower end of the envelope 15 and the horizontal portion of the envelope 15 'corresponds approximately to the switching stroke H₀-H₁. The distance between the lower end of the envelope 15 'and the intermediate ring 23 corresponds to the stroke H₁-Hz. The third single bellows 14 executes the stroke Hz-H₂. It is also possible to use the envelopes 15 ; 15 'and the intermediate ring 23 coaxially between the movable switching pin 10 and the individual bellows 12 ; 13 ; 14 to arrange.
Um eine Beeinflussung des Stromflusses durch das diesen be gleitende Magnetfeld zu vermeiden, sollten die Einzelbälge 12; 13; 14 und die Umhüllungen 15; 15′ sowie der Zwischenring 23 aus einem nichtmagnetischen Material bestehen. In order to avoid influencing the current flow through the magnetic field accompanying it, the individual bellows 12 ; 13 ; 14 and the envelopes 15 ; 15 'and the intermediate ring 23 consist of a non-magnetic material.
Soll ausgehend von dieser aus Fig. 1 hervorgehenden Ausbildung der Vakuumschaltkammer 1 ein Ausschaltvorgang vorgenommen wer den, so wird durch einen nicht dargestellten Schalterantrieb der bewegliche Schaltstift 10 in Pfeilrichtung bewegt. Unmit telbar nach der Kontakttrennung entsteht unter der Wirkung der Netzspannung ein Schaltlichtbogen. Infolge der Formgebung der Schaltkontakte 7; 9 wird der Schaltlichtbogen bewegt und ge löscht, wobei die Löschdauer etwa einer Halbwelle (ca. 8 bis 15 m/s) entspricht. Während dieser Zeit bewegt sich der beweg liche Schaltstift 10 bei einer Geschwindigkeit von etwa 1,2 m/s um ca. 10 bis 18 mm in Pfeilrichtung, wobei nur der Einzelbalg 11 infolge seiner geringeren Federrate gegenüber dem nachfolgenden Einzelbalg 13 komprimiert wird, bis die Umhüllung 15 an dem horizontalen Abschnitt der Umhüllung 15′ anschlägt und damit das Komprimieren des Einzelbalges 12 been det. Dieser Anschlag, bei dem der bewegliche Schaltkontakt 7 den Schalthub H₀-H₁ zurückgelegt hat, führt zu einer be grenzten Verzögerung der Bewegung im Bereich von 15 bis 20 mm. Die Verzögerung ist günstig, da in diesem Bereich die Lösch stellung erreicht ist. Im weiteren Verlauf des Ausschalt vorganges wird der zweite Einzelbalg 13 komprimiert, bis die Umhüllung 15′ an den Zwischenring 23 anschlägt. Da der folgen de Einzelbalg 14 gegenüber dem Einzelbalg 13 eine höhere Fe derrate besitzt, erfolgt auch hier eine Verzögerung der Bewe gung. Damit wird erreicht, daß vor Abschluß des Isolierhubes H₀-H₂, bei dem sich der bewegliche Schaltkontakt 9 hinter der Schirmelektrode 19 befindet, eine Dämpfung desselben er reicht wird. Durch die unterschiedlichen Federraten bei den Einzelbälgen 12; 13; 14 des Metallfaltenbalges 11 wird er reicht, daß immer nur einer der Einzelbälge 12; 13; 14 beim Ausschaltvorgang zusammengedrückt wird. Die Beanspruchung wird damit auf die relativ kurzen Einzelbälge 12; 13; 14 reduziert, wobei gleichzeitig die erforderlichen Weg- und Zeitabläufe eingehalten werden. Der Verschleiß bei einem Metallfaltenbalg 11 großer Länge verringert sich.If, starting from this embodiment of the vacuum interrupter chamber 1 shown in FIG. 1, a switch-off process is carried out, the movable switching pin 10 is moved in the direction of the arrow by a switch drive, not shown. Immediately after the contact separation, a switching arc occurs under the effect of the mains voltage. Due to the shape of the switch contacts 7 ; 9 , the switching arc is moved and extinguished, the extinguishing time corresponding to approximately one half-wave (approx. 8 to 15 m / s). During this time, the movable switching pin 10 moves at a speed of about 1.2 m / s by about 10 to 18 mm in the direction of the arrow, only the individual bellows 11 being compressed as a result of its lower spring rate compared to the subsequent individual bellows 13 until the Envelope 15 strikes the horizontal portion of the envelope 15 'and thus compressing the individual bellows 12 been det. This stop, in which the movable switching contact 7 has traveled the switching stroke H₀-H₁, leads to a limited delay in the movement in the range from 15 to 20 mm. The delay is favorable because the deletion position has been reached in this area. In the further course of the switch-off process, the second individual bellows 13 is compressed until the envelope 15 'strikes the intermediate ring 23 . As the follow de Einzelbalg 14 against the Einzelbalg 13 higher Fe derrate has, is also done a delay of BEWE supply. This ensures that before the isolation stroke H₀-H₂, in which the movable switch contact 9 is located behind the shield electrode 19 , an attenuation of the same is sufficient. Due to the different spring rates in the individual bellows 12 ; 13 ; 14 of the metal bellows 11 it is sufficient that only one of the individual bellows 12 ; 13 ; 14 is pressed together during the switch-off process. The stress is thus on the relatively short individual bellows 12 ; 13 ; 14 reduced, while the required travel and time sequences are observed. The wear on a metal bellows 11 of great length is reduced.
Aus der Kurve K1 in dem Hub-Zeit-Diagramm nach Fig. 3 ist die Verzögerung des Löschhubes Hlö während der Löschzeit tlö und die Verzögerung des Isolierhubes His während der Isolierzeit tis ersichtlich. Die Dämpfung im Bereich His-lö wird durch den Einsatz der zwei Einzelbälge 13; 14 erreicht. Zusätzliche Dämpfungseinrichtungen sind bei dieser Lösung praktisch nicht erforderlich.The curve K1 in the stroke-time diagram according to FIG. 3 shows the delay in the extinguishing stroke H lo during the deleting time t lo and the delay in the insulating stroke H is during the insulating time t is . The damping in the area H is - lo is achieved by using the two individual bellows 13 ; 14 reached. Additional damping devices are practically not required with this solution.
Aus Fig. 1 geht aber auch hervor, daß der bewegliche Schalt stift 10 über selbstfedernde Kontaktelemente 20, die aus Beryllium-Bronze bestehen können und eine schraubenfeder artige Form aufweisen, mit einem Festkontakt 24 verbunden ist. Der feststehende Schaltstift 8 ist mit einem Festkontakt 25 verbunden. Die Festkontakte 24; 25 stellen in an sich bekann ter Weise die Stromverbindung zwischen der Vakuumschaltkammer 1 und einer nicht dargestellten Schaltanlage her.From Fig. 1 but also shows that the movable switching pin 10 via self-resilient contact elements 20 , which may consist of beryllium bronze and have a helical spring-like shape, is connected to a fixed contact 24 . The fixed switching pin 8 is connected to a fixed contact 25 . The fixed contacts 24 ; 25 produce in a manner known per se the power connection between the vacuum interrupter 1 and a switchgear (not shown).
Der bewegliche Schaltstift 10 und der feststehende Schaltstift 8 können rohrförmig ausgebildet sein und mit der freien Atmo sphäre in Verbindung stehen. Dadurch ist es möglich, die in den Schaltkontakten 7; 9 sowie in den Schaltstiften 8; 10 ent stehende Wärme über die Schaltstifte 8; 10 abzuführen. Die Abführung von Wärme wird verbessert, wenn der rohrförmige Schaltstift 10 Durchbrechungen 21 aufweist, über diese der Raum 22 zwischen dem Metallfaltenbalg 11 und dem äußeren Um fang des beweglichen Schaltstiftes 10 ebenfalls mit der die Vakuumschaltkammer 1 umgebenden freien Atmosphäre verbunden ist.The movable switching pin 10 and the fixed switching pin 8 can be tubular and are connected to the free atmosphere. This makes it possible to switch the 7 ; 9 and in the switching pins 8 ; 10 arising heat via the switching pins 8 ; 10 dissipate. The dissipation of heat is improved when the tubular switching pin 10 has openings 21 , through which the space 22 between the metal bellows 11 and the outer order of the movable switching pin 10 is also connected to the free atmosphere surrounding the vacuum interrupter 1 .
Dem Raum 22 kann über den rohrförmigen, beweglichen Schalt stift 10 auch mit einem die Vakuumschaltkammer 1 umgebenden Isoliergas, vorzugsweise SF₆, verbunden sein. Das Isoliergas SF₆ hat ein gutes Wärmeleitvermögen.The space 22 can be connected via the tubular, movable switching pin 10 also with an insulating gas surrounding the vacuum switching chamber 1 , preferably SF₆. The insulating gas SF₆ has good thermal conductivity.
Der in Fig. 2 gezeigte Hochspannungs-Vakuumschalter hat grund sätzlich den gleichen Aufbau wie der in Fig. 1 dargestellte Schalter. Im Gegensatz zu Fig. 1 besteht der den beweglichen Schaltstift 10 konzentrisch umgebende Metallfaltenbalg 11 je doch nur aus zwei, eine unterschiedliche Federrate aufweisen den, Einzelbälgen 12; 13. Die Abstufung der Federrate beträgt ebenfalls vorzugsweise 35% bis 40%. Der Einzelbalg 12 ist für den Schalthub H₀ - H₁ vorgesehen und weist die geringere Federrate auf. Der zweite Einzelbalg 13 führt den Hub von der Stellung "SCHALTEN" H₁ bis zur Stellung "ISOLIEREN" H₂ voll ständig aus. Für die Aufnahme des Schaltstiftes 10 und des Metallfaltenbalges 11 ist kein zusätzliches Gehäuse 16 (Fig. 1) erforderlich. Die Vakuumschaltkammer 1, nach Fig. 2, ist für die Anwendung im unteren Spannungsbereich von Hochspan nungs-Vakuumschaltern geeignet.The high-voltage vacuum switch shown in Fig. 2 has basically the same structure as the switch shown in Fig. 1. In contrast to FIG. 1, the metal bellows 11, which concentrically surrounds the movable switching pin 10 , each consists of only two, a different spring rate, the individual bellows 12 ; 13 . The gradation of the spring rate is also preferably 35% to 40%. The single bellows 12 is provided for the switching stroke H₀ - H₁ and has the lower spring rate. The second single bellows 13 performs the stroke from the "SWITCH" position H 1 to the "INSULATE" position H 2 completely continuously. No additional housing 16 ( FIG. 1) is required to accommodate the switching pin 10 and the metal bellows 11 . The vacuum interrupter 1 , according to FIG. 2, is suitable for use in the lower voltage range of high-voltage vacuum switches.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist der, die geringere Federrate aufweisende, Einzelbalg 12 mit seinem oberen Ende vakuumdicht an dem beweglichen Schaltkontakt 9 befestigt. Der zweite Einzelbalg 13 ist mit seinem unteren Ende an der unteren Endplatte 6 vakuumdicht befestigt. Hier durch wird eine vollständige Längenausnutzung erreicht. Es sind natürlich auch noch andere Befestigungspunkte, beispiels weise am Schaltstift 10, möglich. Um jeden Einzelbalg 12; 13 ist koaxial eine Umhüllung 15; 15′ aus Metall vorgesehen. Die obere Umhüllung 15 kann an dem beweglichen Schaltkontakt 9 angeordnet sein. An der unteren Umhüllung 15′ ist das untere Ende des oberen Einzelbalges 12 und das obere Ende des unteren Einzelbalges 13 vakuumdicht befestigt. Es ist möglich, die untere Umhüllung 15′ durch den Zwischenring 23 (Fig. 1) zu ersetzen. Die Anschläge bildenden Umhüllungen 15; 15′ sind, wie vorstehend beschrieben, kürzer als die zugehörigen ent spannten Einzelbälge 12; 13. Damit wird erreicht, daß die Hübe zur Erreichung der einzelnen Schaltstellungen ausführbar sind. Die Komprimierung der Einzelbälge 12; 13 erfolgt nacheinander. Hat bei dieser Ausführung der bewegliche Schaltkontakt 9 den Schalthub H₀- H₁ ausgeführt, so tritt die sich anschließende begrenzte Verzögerung der Bewegung ein, bei der die günstigste Löschstellung erreicht wird. Diese Phase ist aber auch inso fern von Bedeutung, da bereits zu diesem Zeitpunkt die Dämp fung beeinflußt wird. In the embodiment shown in FIG. 2, the individual bellows 12 , which has the lower spring rate, is attached to the movable switching contact 9 with its upper end in a vacuum-tight manner. The second individual bellows 13 is attached with its lower end to the lower end plate 6 in a vacuum-tight manner. Here a full length utilization is achieved. Of course, there are also other fastening points, for example on switching pin 10 . To each individual bellows 12 ; 13 is a casing 15 coaxially; 15 'provided from metal. The upper casing 15 can be arranged on the movable switch contact 9 . At the lower casing 15 ', the lower end of the upper individual bellows 12 and the upper end of the lower individual bellows 13 is attached vacuum-tight. It is possible to replace the lower casing 15 'by the intermediate ring 23 ( Fig. 1). The enclosures 15 ; 15 'are, as described above, shorter than the associated ent bellows 12 ; 13 . This ensures that the strokes can be carried out to achieve the individual switching positions. The compression of the individual bellows 12 ; 13 takes place in succession. In this embodiment, the movable switching contact 9 has executed the switching stroke H₀-H₁, the subsequent limited delay in movement occurs, in which the most favorable extinguishing position is reached. However, this phase is also of importance since the damping is influenced at this time.
In dem Hub-Zeit-Diagramm gemäß Fig. 4 ist in der Kurve K2 der zeitliche Ablauf der Hubbewegung mit den zwei Einzelbälgen 12; 13 gezeigt. Bei einem Vergleich der Kurve K1 mit der Kurve K2 wird im Bereich His-Hlö deren unterschiedlicher Verlauf deutlich. Zur Vereinfachung sind die Kurven K1 und K2 über den gleichen Hub und die gleiche Zeit aufgetragen.In the stroke-time diagram according to FIG. 4, the time sequence of the stroke movement with the two individual bellows 12 ; 13 shown. A comparison of the curve K1 with the curve K2 reveals the different course in the area H is -H lo . To simplify the curves K1 and K2 are plotted over the same stroke and the same time.
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