DE2240106A1

DE2240106A1 - Hochleistungsdurchfuehrung mit eingekapseltem vakuumschalter

Info

Publication number: DE2240106A1
Application number: DE2240106A
Authority: DE
Inventors: Gordon Curtis Nonken
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-08-23
Filing date: 1972-08-16
Publication date: 1973-03-01
Also published as: GB1370505A; US3812314A; JPS4831465A

Description

Hochleistungsdurchführung mit eingekapseltem Vakuumschalter

Auf dem Gebiet der Verteilung elektrischer Energie ist allgemein bekannt, Vakuumunterbrecher oder -schalter zu verwenden, um eine, breite Vielfalt unterschiedlicher Unterbrechungs- oder Schaltfunktionen durchzuführen. Die mit den bekannten Vakuumschaltern verbundenen Kosten, gekoppelt mit dem relativ zerbrechlichen Aufbau der meisten Vakuumschalterflaschen, führten Jedoch dazu, daß die Applikationen dieser Schalter auf Vorrichtungen begrenzt waren, in denen normalerweise eine große Anzahl von Unterbrechungsvorgängen erforderlich ist. Dadurch können die relativen Kosten der Schalter gegenüber ihrer nutzbaren Lebensdauer gerechtfertigt werden, übliche bekannte Applikationen der Vakuumschalter liegen in Hochspannungs-Leistungsschaltern und Niederspannungs- Schaltkreisen, die zahlreiche Schaltkreisunterbrechungsvorgänge verlangen.

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Neben den Begrenzungen hinsichtlich der Kosten und des relativ zerbrechlichen Schalteraufbaues sind bekannte Hochspannungs-Vakuumschalter durch die von Natur aus bestehenden relativ großen Abmessungen auf Applikationen begrenzt, die die Schalter mit entsprechendem Gehäuseraum und Halterung aufnehmen können. Alle diese charakteristischen Merkmale der konventionellen Vakuumschalter führten dazu, daß ihre verbreitete Nutzanwendung als

en
Schalteinrichtung^n unterirdischen Energieverteilungssystemen verhindert sind. Die normalen Erfordernisse einer Schaltfunktion in einem derartigen System bestehen darin, daß sie preislich wettbewerbsfähig, stabil im Aufbau und klein genug ist, um bequem in unterirdische Ausbauten eingebaut zu werden.

Einige dieser Systemerfordernisse könnten erfüllt werden, indem ein Vakuumschalter mit anderen Komponenten kombiniert wird, die unterschiedliche Funktionen in dem System übernehmen. In der Tat sind bereits Versuche gemacht worden, um die Merkmale von Hochspannungs-Vakuumtrennschaltern und von eintauchbaren ölgefüllten Trennern zu kombinieren, um Vakuumschalteigenschaften für unterirdische Leistungsverteilungssysteme zu schaffen. Beispielsweise ist in dem US-Patent 3 ^71 669 die Verwendung von einem Vakuumschalter für eine relativ hohe Spannung in Kombination mit einem unterirdischen Leistungsverteilungs-Schaltmodul beschrieben, der Aufsteck-Verbindungsklemmen enthält, die eine Verbindung der unterirdischen Leistungskabelenden mit dem Schalter erleichtern. Der bekannte eingekapselte Schalter hat Jedoch die Nachteile, daß er relativ teuer und groß ist, wie es bereits einleitend angeführt wurde. Ein weiteres der Beispiele einer derartigen bekannten Kombination ist in dem US-Patent 2 594 52¹I beschrieben. Wiederum wird ein ölgefüllter Tank mit einem Vakuumschalter angegeben, der in das öl eingetaucht und elektrisch zwischen ein Paar Aufsteck-Durchführungen geschaltet■ist, die auf dem Tank montiert sind.

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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine Kunststoff-Durchführung zu schaffen, die in einer integralen Baueinheit mit einem eingekapselten Vakuumschalter kombiniert ist, um dadurch die Gesamtkosten der kombinierten Durchführungs- und Schaltfunktionen zu reduzieren, während gleichzeitig die Erfordernisse hinsichtlich einer kleineren Größe und eines auf ein Minimum herabgesetzten Raumes für eine Vakuumschaltfunktion in einem unterirdischen Leistungsverteilungssystem erfüllt werden sollen.

Die vorliegende Erfindung ist auf das Gebiet der Schalt- und Durchführungsvorrichtungen bei der elektrischen Energieverteilung gerichtet und beinhaltet, genauer gesagt, eine Kunststoffdurchführung, die in einen unterirdischen Leistungstransformator oder eine ähnliche Vorrichtung eingebaut werden kann und die einen billigen Vakuumschalter einkapselt. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein billiger Vakuumschalter in das gepreßte Dielektrikum einer Durchführung eingekapselt, die auch einen Durchführungsbefestigungsflansch aufweist, der in ihre Außenfläche eingekapselt ist. Der Durchführungsbefestigungsflansch ermöglicht es, daß die Durchführung in der Betriebsstellung auf der Wand eines unterirdischen Transformatortanks unter Ausbildung einer hermetischen Abdichtung mit diesem starr angebracht wird. Die Spannung von einem Ende zum anderen,der der Vakuumschalter standhält, ist durch das einkapselnde Dielektrikum der Durchführung wenigstens verdoppelt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zahlreiche Vakuumschalter in einer gepreßten Durchführung eingekapselt, um dadurch eine Kombination von Schaltfunktionen und Schaltungsverbindungen herbeizuführen.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.

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Figur 1 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht von einer Durchführung und einem darin eingekapselten Vakuumschalter gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 ist eine Seitenansicht und zeigt im verkleinerten Maßstab eine Kombination von einer Durchführung und einem Vakuumschalter ähnlich wie in Fig. 1 und zeigt ferner eine Seitenansicht von einem nicht eingekapselten Vakuumschalter, ähnlich demjenigen, der in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung enthalten ist.

Figur 3 ist eine schematische Seitenansicht einer viele Klemmen aufweisenden Durchführung mit zahlreichen darin eingekapselten Vakuumschaltern gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine elektrische Hochleistungs-Durchführung mit einem darin eingekapselten Vakuumschalter gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Durchführung 1 umfaßt ein langgestrecktes, gegossenes bzw. gepreßtes Gehäuse la aus elektrisch isoliertem Epoxyharz. Das bestimmte Harz, das zur Ausbildung des Gehäuses verwendet wird, wird später in Verbindung mit den bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung genauer beschrieben. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist das Gehäuse la so geformt, daß es an einem seiner Enden eine kegelstumpfförmige Oberfläche Ib auf-r weist. Die Oberfläche Ib kann ein nicht gezeigtes Gehäuse eines Kabelendverbindungsgliedes aufnehmen, das mit der Oberfläche eine wasserdichte Verbindung bildet.

Die Verwendung derartiger Aufsteck-Endverbindungsglieder ist auf dem Gebiet der Energieverteilung allgemein bekannt, und die Verwendung von kegelstumpfförmigen, zusammenwirkenden Dichtflächen zwischen benachbarten Leiteranschlüssen ist standardisiert worden. Ein Beispiel für eine derartige Kabelverbindungskopplung 1st in dem US-Patent 3 551 587 beschrieben.

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Um die Durchführung 1 in einer gewünschten Betriebsstellung relativ zu einem Transformatortank oder einer anderen Struktur fest anzubringen, durch die die Durchführung Strom hindurchleiten soll, ist eine stabile Befestigungseinrichtung mit einem ringförmigen Stahlflansch 2 an einem Punkt zwischen den entsprechenden Gehäuseenden an dem Gehäuse la befestigt. Die innere Umfangsflache 2a des Flansches 2 ist wasserdicht in das Gehäuse la eingegossen, während der äußere Umfangsrand 2b des Flansches mit einem Stützrahmen aus Stahl verschweißt werden kann, wie z. B. dem Teil eines Rahmens 3-3', der in Fig. 1 dargestellt ist. Für den Fachmann, der sich mit der Herstellung von Kunststoffdurchführungen und ihren zugehörigen Befestigungseinrichtungen, auskennt, wird deutlich, daß es-wünschenswert sein kann, die innere Fläche 2a des Flansches 2 mit einer elasti schen Schicht aus Verkittungs- bzw«, Klebematerial zu überziehen, bevor der Flansch 2 in das Gehäuse la eingegossen wird. Eine der artige elastische Schicht aus Klebematerial dient dazu, das Gehäuse la davor zu schützen₈ daß es aufgrund von Unterschieden in den Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Flansch 2 und dem Epoxyharz des Gehäuses la aufgerissen wird_e

Der Vakuumschalter *J, der während eines geeigneten Preßvorganges in das Gehäuse la eingebaut wird, enthält verschiedene charakteristische Merkmale, die ihn für eine Verwendung mit der hier gezeigten Kunststoffdurchführung 1 besonders geeignet machen. Genauer gesagt, enthält der Schalter *J ein im allgemeinen zylinderförmiges hohles Keramikwandteil 5, das wesentlich stabiler als die aus Glas oder dünnem Metall hergestellten Wandteile ist, die üblicherweise zur Ausbildung der Vakuumflauschen von Vakuumschaltern verwendet wurden. Erste und zvreite Stirnkappen 5 bzw. 6 aus Metall sind mit entgegengesetzten Enden des Wandteiles 5 abgedichtet, um dadurch eine Vakuumkammer ^a zu bilden. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Stirnkappen 6 und 7 aus elektrisch leitendem Kupfer hergestellt, in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können aber auch andere Ma-

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terialien verwendet werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung 1st der Keramikstoff des Wandteiles 5 ein viel Aluminiumoxid enthaltender Keramikstoff, d. h. sein Aluminiumoxidgehalt liegt in dem Bereich von 90 - 99 Prozent. In dem hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt der Aluminiumoxidgehalt in dem Bereich von 91 - 96 Prozent, da diese bestimmte Zusammensetzung dazu beiträgt, daß eine Abdichtung hoher Qualität für die Vakuumkammer sichergestellt ist. Es sei bemerkt, daß ein konventionelles Keramik/Metall-Abdichtungsverfahren verwendet wird, um eine luftdichte Abdichtung zwischen dem Wandteil 5 und den Stirnkappen 6 und 7 zu bilden.

Ein erstes Kontaktstück 8 ist in elektrisch leitender, fester Relation auf der ersten Stirnkappe 6 angebracht und ein zweites Kontaktstück 9 ist elektrisch leitend auf einer mechanisch verschiebbaren Betätigungsstange 10 angebracht, die relativ zur zweiten Stirnkappe 7 bewegbar ist. Wie es auf dem Gebiet der Herstellung von Vakuumschaltern üblich ist, sind eine Öffnung 11 durch die zweite Stirnkappe 7 hindurch ausbildende Mittel vorgesehen, um die hindurchführende Betätigungsstange 10 aufzunehmen. Um die Öffnung 11 abzudichten und dadurch eine Vakuumkammer mit dem Wandteil 5 und den Stirnkappen 6 und 7 zu bilden, ist ein flexibler Faltenbalg 12 angebracht, der eine Abdichtung zwischen der | zweiten Stirnkappe 7 und der Betätigungsstange 10 bildet. Selbstverständlich ist der Faltenbalg 12 genügend flexibel, um für eine Relativbewegung zwischen der Betätigungsstange 10 und der zweiten Stirnkappe 7 zu sorgen, die ausreicht, um das bewegbare Kontaktstück 9 in Bezug auf das feststehende Kontaktstück 8 öff-r nen und schließen zu können. Derartige Faltenbälge sind auf dem Gebiet der Vakuumschaltertechnik bekannt und zu ihrer Herstellung kann irgendein konventionelles Material verwendet werden.

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Die Betätigungsstange 10 ist so angebracht, daß sie ein vorbestimmtes Stück über beide Seiten des Faltenbalges 12 hinausragt, so daß das Kontaktstück 9 in einem vorbestimmten Bereich in Bezug auf das feststehende Kontaktstück 8 bewegt werden kann und damit ein geeignetes Betätigungsgestänge mit dem unteren Ende 10a der Betätigungsstange 10 verbunden werden kann, das eine derartige Bewegung herbeiführt. Um den durch die Durchführung 1 gebildeten elektrischen Kreis zu vervollständigen, wird ein geeigneter elektrischer Leiter 13, der in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung von einem mit einem Gewinde versehenen Kupferstab gebildet ist, in der Durchführung angebracht, wenn diese gegossen wird. Der Leiter 13 ist zwischen der ersten Stirnkappe 6 und dem einen kleineren Durchmesser aufweisenden Ende der kegelstumpf förmigen Oberfläche Ib verbunden. Somit wird ein elektrischer Kreis durch die Kontaktstücke 8 und 9 des Schalters ¹J gebildet, wenn diese in Eingriff stehen, und erstreckt sich von dem oberen Ende der Durchführung über den Stab 10 zum unteren Ende der Durchführung. Somit wird deutlich, daß ein charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung darin besteht, die Überschlag-Nennspannung von einem Ende zum anderen des Vakuumschalters ¹J wesentlich über ihre Überschlag-Nennspannung im nicht eingekapselten Zustand hinaus zu vergrößern. Dies wird dadurch erreicht, daß die freiliegenden elektrischen Leiter 13 und 10 an entgegengesetzten Enden der Durchführung 1 wenigstens doppelt so weit beabstandet werden, gemessen entlang der äußeren Oberfläche der Durchführung 1, als diese Leiter im Luftkriechabstand durch die Stirnkappen 6 und 7/das Wandteil 5 des Vakuumschalters ¹J getrennt sein würden. Demzufolge ist die Endzu-End-überschlagnennspannung der erfindungsgemäßen Kombination aus Durchführung und Vakuumschalter wenigstens doppelt so groß wie die Nennspannung, der der Vakuumschalter 4 per se zu widerstehen vermag. Dies bedeutet, daß ein kleinerer und deshalb in der Herstellung billigerer Vakuumschalter in dieser Kombination verwendet werden kann, wodurch ein Teil einer Hauptaufgabe einer billigen Herstellung erreicht wird.

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Um die elektrische Integrität der Abdichtung zwischen dem Wand teil 5 des Schalters 4 und dem gepreßten Epoxyharz des Gehäuses la sicherzustellen, ist es notwendig, eine fehlstellen- bzw.
luftraumfreie Abdichtung zwischen diesen Bauteilen zu bilden. Es wurde gefunden, daß eine derartige Abdichtung durch Verwendung
eines "weichen" Epoxyharzes erhalten werden kann, das einen solchen Elastizitätsmodul besitzt, der eine Expansion und Kontrak tion mit dem Vakuumschalter 4 ermöglicht, ohne daß es von diesem getrennt wird. Alternativ kann ein "hartes" Epoxyharz verwendet werden, um das Gehäuse la um den Schalter ^ herum auszubilden,
wenn eine dünne Schicht aus elastischem Material 13 zwischen dem VJandteil 5 und dem Gehäuse la angebracht wird, wenn das Gehäuse la gepreßt wird. Um eine derartige Schicht aus elastischem Ma terial 13 zu bilden, kann das Wandteil 5 entweder mit einer gehärteten oder ungehärteten Schicht aus Verklttungs- oder Klebematerial überzogen werden, das demjenigen ähnlich ist, das vorstehend in Verbindung mit der Oberfläche 2a des Stahlflansches beschrieben wurde, bevor das Gehäuse la aus Epoxyharz um den Vakuumschalter ^l herum gepreßt wird. Auf Wunsch kann eine weitere Beschreibung eines geeigneten elastischen Materials für eine
derartige Schicht aus dem US-Patent 3 388 211 entnommen werden.

Für den Fachmann auf dem Gebiet von Kunststoff-Preßlingen ist
klar, daß der Bereich der Elastizitäten von Kunststoffharzen
stark variiert. Um jedoch die hier vorliegende Erfindung weiter zu definieren, sei darauf hingewiesen, daß der oben benutzte
Begriff "weiches" Epoxyharz ein Epoxyharz mit einem Elastizitätsmodul bei 25°C bedeuten soll, der in dem Bereich von ^90 5 620 kg/cm² (7 000 - 80 000 PSI) liegt. Ein Beispiel für ein
derartiges Epoxyharz ist die Gepol-Kunstharzfamilie, die von der General hlectric Company in ihrer Insulator Products Department in Baltimore, Maryland, hergestellt wird. In dem hier beschrie benen bevorzugten Ausführungsbeispiel soll der Begriff "hartes" Epoxyharz Kunstharze mit einem Elastizitätsmodul bei 25⁰C defi-

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nieren, der in dem Bereich von O,l89 x 10 kg/cm (2,7 x 10

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PSI) - einer Größenordnung von 10 liegt. Allgemeiner ausgedrückt, sind die als "harte" Epoxyharze bezeichneten Materialien durch Reaktion eines kommerziell verfügbaren Epoxyharzes, wie z. B. die von der Shell Chemical Company unter dem Handelsnamen Epon Resins oder die von der Geigy-Ciba Corp. als Araldite Resins vertriebenen Harze, mit einem Vielzweckhärter hergestellt, wie z. B. einem Polyamin oder einem zweibasischen Säureanhydrid. Ein typisches Beispiel würde das Reaktionsprodukt technischer Güte des Diglycidyläthers von 2,2'-Diphenylolpropan (Epon 826) mit Metaphenylendiamin oder mit Hexahydrophthalinanhydrid sein. Nach der Aushärtung haben derartige Materialien typischerweise einen Elastizitätsmodul voi
(5 x 10⁵ bis 1 χ 10⁶ PSI).

einen Elastizitätsmodul von 0,35 χ ΙΟ⁵ bis 0,07 χ 10 kg/cm²

Es ist üblich, in derartige Zusammensetzungen hohe Anteile von anorganischen Füllstoffen einzufügen, wie z. B, Silikamehl, die zu nützlichen Zwecken wie Kostenreduzierung, Herabsetzung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, Vergrößerung der thermischen Leitfähigkeit usw, dienen. Die Einfügung derartiger anorganischer Füllstoffe vergrößert ferner den Elastizitätsmodul bis in einen Bereich von mehr als 0,35 χ l-0^Q kg/cm (5 χ 10 PSI).

Andererseits sind die hier als "weiche" Epoxyharze beschriebenen Materialien solche, die durch Reaktion der gleichen Arten von Epoxyharzen mit Härtungssystemen hergestellt sind, die die Flexibilität fördern. Beispiele für derartige Härtungssysteme sind (1) mit Säure abgeschlossene Polyester, wie sie in dem US-Patent 2 712 535 beschrieben sind, und (2) Kombinationen zweibasischer Anhydride, wie z. B. hexahydrophthalisches Anhydrid, mit Polyäthylen- oder Polypropylenglykolen,

Viele Beispiele von "harten" Epoxyharzen (wie der Begriff hier verwendet wird) sind in dem "Handbook of Epoxy Resins", Lee & Neville, Kapitel 8, 9, 10, 11 und 12 beschrieben,, und Beispiele für "weiche" Epoxyharze sind im Kapitel 16 des gleichen Hand-

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buches angegeben.

Dor Überzug des flexiblen Materials 13 kann aus irgendeinem verschiedener elastischer Materialien bestehen, beispielsweise aus dem Material, das in dem oben angegebenen US-Patent 3 3Ö8 211 angegeben ist. Für den Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nur erforderlich, daß das Material flexibel ist und daß es sowohl am Halter 4 als auch am einkapselnden Epoxyharz des Gehäuses la anhaftet. Ferner muß die Schicht 13 von Fehlstellen bzw. Lufträumen frei sein, um Koronaprobleme zu vermeiden. Weitere Beispiele geeigneter Materialien, die sich in dieser Applikation als erfolgreich erwiesen haben, sind Polyurethan (3M-221 Comp.) und Polysulfld (Thiokol GZR). Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß die Dicke der Überzugsschicht 13 für eine erfolgreiche Klebewirkung kritisch ist. Es wurde, genauer gesagt, gefunden, daß die Dicke der Schicht 13 über ihrem gesamten Oberflächenbereich in dem Bereich zwischen 0,075 mm und 1 mm (0,003 Zoll und 0,04 Zoll) liegen sollte. Eine optimale Dicke für die Schicht aus elastischem Material 13 beträgt etwa 0,125 mm (0,005 Zoll). Es wurde jedoch gefunden, daß es möglich ist, einen überzug bis zu 6,35 mm (0,25 Zoll) Dicke zu bilden und trotzdem relativ luftraum__freie Ergebnisse zu erhalten. Der Machteil eines derart dicken Überzuges besteht darin, daß er nur unter sehr hohen Kosten herzustellen ist; somit ist er für die vorliegende Erfindung nicht in idealer Weise geeignet.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der Kombination aus Durchführung und Schalter gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, daß das Epoxyharz des Gehäuses la wenigstens 3,3 mm (0,13 Zoll) dick sein sollte über seinem gesamten Oberflächenbereich, der das keramische Wandteil 5 einkapselt, so daß die hohe anstehende Spannung zwischen dem Leiter 13 und dem Stab 10 das Kunstharz nicht durchbohrt und einen Kurzschluß des Schalters 4 bewirkt. Genauso wichtig ist die Notwendigkeit, daß die Durchführung 1 einen stabilen Aufbau besitzt, so daß sie den starken mechanischen Kräften zu widerstehen vermag, die

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auf sie ausgeübt werden, wenn ein Kabelverbindungsglied auf das obere Ende der Durchführung geklemmt wird oder wenn auf den Stab 10 eine Kontaktschließkraft ausgeübt wird. Somit hat sich die vorstehende minimale Dicke der Wände des Gehäuses la um den Vakuumschalter H herum als notwendig gezeigt.

Um den Aufbau des Vakuumschalters k weiter zu vereinfachen, wodurch die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben besser gelöst werden, wurde gefunden, daß nur das eine der Kontaktstücke 8 oder 9 aus einer relativ teuren, einer Verschweißung entgegenwirkenden Legierung gebildet zu werden braucht, damit der Schalter ^J4 bei einer normalen Anwendung auf ein unterirdisches Energieverteilungssystem eine vernünftige Lebensdauer hat. Deshalb ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung das erste Kontaktstück 8 aus Kupfer gebildet, während das zweite Kontaktstück 9 aus einer der Verschweißung entgegenwirkenden Legierung aus Kupfer und einem bis fünf Prozent Wismut hergestellt ist. Dies führt zu einer merklichen Kostensenkung, die die Erfindung für eine Verwendung bei Energieverteilungssystemen weiter geeignet macht. Selbstverständlich können In alternativen Ausführungsbeispielen der Erfindung auch andere Anti-Schweißlegierungen verwendet werden.

Ferner wurde gefunden, daß eine neuartige Abschirmanordnung innerhalb des Vakuumschalters 4 verwendet werden kann, um eine adäquate Abschirmung bei einem erstrebenswert ökonomischen Preis zu schaffen. Genauer gesagt, wurde gefunden, daß eine einzelne im allgemeinen zylinderförmige hohle Abschirmung bzw. Schutzwand Ik eine adäquate Abschirmung für die beabsichtige Applikation der Erfindung liefert. Diese ist auf der ersten Stirnkappe C so angebracht, daß sie sich über das Innenende des ersten Kontaktstückes 8 hinaus bis zu einem Ρμη^ erstreckt, wo sie In einer Ebene endet, die sich zwischen den Kontaktstücken befindet, wenn sich das bewegbare Kontaktstück.9 in seiner den größten AUatand zum feststehenden Kontaktstück 8 aufweisenden stellung befindet. Bisher ist es gängige Praxis gewesen, wesent- ,

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lieh teurere Schutzwandanordnungen zu verwenden. Beispielsweise ist es in Hochspannun^s-Vakuumsschaltern, wie sie beispielsweise in Leistungsschau tern verwendet werden, bisher und immer noch übliche Praxis, ein relativ langes Schutzelement zu verwenden, das um beide Kontaktstücke herum auf entgegengesetzten Enden der Vakuumkammer angebracht ist. Weiterhin ist es relativ üblich, eine getrennte Schutzwand zu verwenden, die von der isolierten Seitenwand der Vakuumkammer herabhängt, wo sie den gesamten durch die offenen Kontaktstücke gebildeten Lichtbogenbereich umgibt. Selbstverständlich sind derartige Konstruktionen relativ teuer, und sind somit nicht geeignet für eine Anwendung bei der vorliegenden Erfindung.

Nachdem nun die Hauptmerkmale des bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung beschrieben worden sind, wird auf Fig. 2 eingegangen, um die relative Gesamtgröße der Durchführung 1 und des Vakuumschalters 4 deutlich sichtbar zu machen, der erfindungsgemäß in der Durchführung 1 eingekapselt ist. V/ie aus dieser Figur deutlich hervorgeht, ist die Länge von einem Ende zum anderen der Durchführung 1 wenigstens doppelt so groß wie die Länge von einem Ende zum anderen des Keramikwandteiles 5 des Schalters ^JJ, über der ein Hochspannungsüberschlag auftreten könnte, wenn der Schalter ^l nicht eingekapselt ist. Diese Darstellung sollte Graphisch einen der Hauntvorteile der vorliegenden Erfindung aufzeigen» nämlich den erhöhten Überschlagsnennwert, der für einen relativ 1 illip herzustellenden Vakuumschalter erzielt wird, wenn ein derartiger Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung in einer dielektrischen Kunststoffdurchführung eingekapselt ist.

Für den Fachr;;_;nn r,ol]te nus der vorstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung deutlich werden, daß innerhalb der gegebenen Lehren verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können. Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 3 gezeigt. In dieser Fig. 3 sind gleiche Bezugszahlen, die mit Strichsymbolen versehen sind, ver-

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wendet, um die Bauteile zu bezeichnen, die in ihrer Punktion denjenigen äquivalent sind, die anhand des in Pig, I dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben wurden.

In der Hauptsache enthält das in Pig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eine mehrere Pole aufweisende Hochleistungsdurchführung 1', in der zwei Vakuumschalter V und *J' ' eingekapselt sind. Zusätzlich kann in der Durchführung ein Gasschalter 15 verwendet werden, der in Aufbau und Funktion dem im US-Patent" 3 5^2 -986 beschriebenen Schnellschalter ähnlich ist. Es sei bemerkt, daß das gepreßte Epoxyharzgehäuse la¹ aus einem Material hergestellt ist, das einem der vorstehend beschriebenen Materialien ähnlich ist, und so geformt ist, daß es ein Paar kegelstumpffnrmiger Oberflächen Ib' und Ib'' aufweist, die sich von einer äußeren Oberfläche bis zu beabstandeten Punkten erstrecken, so daß diese kegelstumpfförmigen Oberflächen in der Lage sind, elektrische Kabelendgehäuse unter Ausbildung einer wasserdichten Abdichtung aufzunehmen, wie es vorstehend anhand des in Pig. I dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben wurde. Weiterhin ist ein Stahlflansch 2' teilweise in das Gehäuse la' eingegossen und verläuft um den äußeren Umfang herum, so daß sein Außenrand 2b' mit einem Stahltank l6 verschweißt werden kann, um das eine Ende des gepreßten Gehäuses la innerhalb des Tankes anzuordnen» Dadurch wird eine gasdichte Abdichtung um das Gehäuse herum ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein elektrisch isolierendes Gas, wie z. B, Preon, in dem Tank 16 um das eingeschlossene Ende des Gehäuses la' herum angeordnet,, um die mechanischen Betätigungsmechanismen 17 und 17a zu isolieren_s die auf entsprechende Weise mit den Kontaktbetätigungsstäben 10^! und 10'' gekoppelt sind.

Jeder der Schalter 4' und 4'· enthält einen im allgemeinen zylinderförmigen, hohlen Keramikwandteil 5' und 5^t! und erste und zweite metallische Stirnkappen 6' - 7" und 6^9Ü - 7", die auf entsprechende Weise mit entgegengesetzten Enden der Wandteile 5.'

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und 5¹' abgedichtet sind, um dadurch innerhalb dieser Wandteile Vakuumkammern zu bilden, wie es vorstehend anhand von Fig. 1 beschrieben wurde. V.'eiterhin enthalt jeder Schalter ein erstes Kontaktstück 8' bzw. 8'', die auf den Stirnkappen 6' und 6¹' fest angebracht sind, und ein Paar zweite Kontaktstücke 9' bzw. 9*'> die auf elektrisch leitenden, mechanisch betätigbaren Stäben 10' und 10^fI für eine Relativbewegung in Bezug auf die zweiten Stirnkappen 7' und 7'¹ angebracht sind. Schließlich sind zwei flexible Faltenbälge 12' und 12'' unter Ausbildung einer Abdichtung zwischen den entsprechenden zweiten Stirnkappen 7' und 7'' und den Stangen 10' und 10'' angebracht, um dadurch die öffnungen 11' und II'¹ abzudichten, die durch die zweiten Stirnkappen 7' und 7'' hindurch ausgebildet sind. Weiterhin sind zwei elektrische Leiter 13' und 13'' auf entsprechende Weise in den kegelstumpf förmigen Abschnitten Ib' bzw. Ib'' des gegossenen Gehäuses la¹ angebracht, um die elektrischen Kreise von den entsprechenden ersten Stirnkappen 6' und 6'' zu den einen kleineren Durchmesser aufweisenden Enden der Oberflächen zu schließen.

Es kann irgendein mechanisch betätigbarer Fechanismus in dem Tank 16 angebracht und mit den Stäben 10' - 10'' verbunden werden, um diese für eine öffnung und Schließung der entsprechenden Paare der Kontaktstücke B' - 9' und 8'¹ - 9¹' zu bewegen. Das signifikante Merkmal dieses Ausführungsbeispieles der Erfindung ist die Schaffung zahlreicher Vakuumschalter innerhalb einer einzelnen gegossenen bzw. gepreßten Epoxyharzdurchführung, um die Flexibilität der vorliegenden Erfindung bei der Anwendung in verschiedenen unterirdischen Energieverteilungssystemen zu demonstrieren. Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung die End-zu-End-Mennspannung von jedem der eingekapselten Vakuumschalter 4' und ^l\' ' wenigstens 200 Prozent der Standnennspannung derartiger Schalter beträgt, die diese in ihrem nicht eingekapselten Zustand besitzen würden. Der Grund hierfür liegt in der End-zu-End-Isolierung der Leiter 13' - 13'· und 10· - 10", die durch das Isoliergehäuse la' und das Isoliergas in dem abgedichteten Tank 16 erzielt wird.

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Claims

Anspruch e

Elektrische Hochleistungsdurchführung mit einem darin eingekapselten Vakuumschalter, gekennzeichnet durch ein langgestrecktes gepreßtes Gehäuse (la), das aus elektrisch isolierendem Epoxyharz hergestellt ist und eine kegelstumpfförmige Oberfläche (Ib) auf seinem einen Ende aufweist zur Aufnahme eines Abschlußgehäuses eines elektrischen Kabels unter Ausbildung einerfwasserdichten Abdichtung, Befestigungsmittel (2)_s die an einem Punkt zwischen den Gehäuseenden an dem Gehäuse angebracht sind, zur festen Konta ge des Gehäuses (la) in einer Öffnung (bei 3)_s und einen im Gehäuse (la) angebrachten Vakuumschalter (4)j> der einen im allgemeinen zylinderförmigen., hohlen Keramikwandteil (5)_s erste und zweite Stirnkappen (6_S 7) aus Metall- die auf entsprechende Weise mit entgegengesetzten Enden des Wandteiles (5) zur Ausbildung einer Vakuumkammer (4a) innerhalb des Wandteiles (5) abgedichtet sind_s ein erstes Kontaktstück (8)_s das elektrisch leitend und fest auf der ersten Stirnkappe (6) angebracht ist, ein zx^eites Kontaktstück (9)j, das auf einer elektrisch leitenden, mechanisch betätigbaren Stange (10) für eine Relativbewegung in Bezug auf die zweite Stirnkappe (7) angebracht ist, Mittel zur Bildung einer öffnung (11) durch die zweite Stirnkappe (7) hindurch zur Aufnahme der Stange (10), einen flexiblen Faltenbalg (12), der zwischen der zweiten Stirnkappe (7) und der Stange (10) unter Ausbildung einer Dichtung angebracht ist, so daß die Öffnung (11) und die Vakuunkarnmer ('Ia) abgedichtet sind und trotzdem eine Relativbewegung zwischen der Stange (10) und der zweiten Stirnkappe (7) gestattet ist, wobei die Stange (10) derart angebracht 1st, daß sie sich über vorbestimmte Abstände über die beiden Seiten des Faltenbalges (12) hinaus erstreckt₉ und einen elektrischen Leiter (IJ) umfaßt,, der in der Durchführung (l)

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angebracht und zwischen der ersten Stirnkappe (6) und dem einen kleineren Durchmesser aufweisenden Ende der kegelstumpfförmigen Oberfläche (Ib) verbunden ist, so daß bei miteinander in Eingriff stehenden Kontakten (8, 9) des Schalters (Ό ein elektrischer Kreis von dem einen Ende der Durchführung zum anderen gebildet ist, wobei die End-zu-End-Länge der Durchführung (1) wenigstens doppelt so groß ist wie die Länge des Schalters (4) zwischen seinen ersten und zweiten Stirnkappen (6, 7) und die dielektrische Festigkeit des den Schalter (²O umgebenden Epoxyharzes ausreicht, so daß ein elektrischei Durchschlag des Epoxyharzes verhindert ist, wenn es einer Spannung ausgesetzt ist, die größer als die Überschlagsspannung des Schalters (4) in seinem nicht eingekapselten Zustand ist.

2. Hochleistungsdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Stirnkappe (6) eine im allgemeinen zylinderförmige hohle Schutzwand bzw. Abschirmung (1*1) angebracht ist, die sich über das innere Ende des ersten Kontaktstückes (8) hinaus erstreckt, und das innere Ende der Schutzwand bzw. Abschirmung (IA) in einer Ebene zwischen den Kontaktstücken (8, 9) liegt, wenn sich der bewegbare Kontakt (9) in seiner von dem ersten Kontaktstück (8) am weitesten entfernt liegenden Stellung befindet.

3. Hochleistungsdurchffihrung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kontaktstück (8) aus Kupfer und das zweite Kontaktstück (9) aus einer Antischweißlegierung aus Kupfer und 1 bis 5 Prozent Wismut hergestellt 1st.

¹J. Hochleistungsdurchführung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxyharz ein "weiches" Epoxyharz ist, das eine fehlsteilen- bzw. luftraumfreie Abdichtung mit dem Vakuumschalter

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bildet.

5. Hochleistungsdurchführung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxyharz ein "hartes" Epoxyharz 1st und eine Schicht (13) aus elastischem Abdichtungsmaterial enthält, die zwischen' der Durchführung (1) und dem Wandteil (5) des Schalters (4) angebracht ist, so daß zwischen der Durchführung und dem Wandteil ein luftraumfreier übergang ausgebildet ist.

6. Hochleistungsdurchführung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht (13) über ihrer gesamten Fläche in dem Bereich von 0,075 mm bis 1 mm liegt.

7. Hochleistungsdurchführung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel (2) einen ringförmigen Stahlflansch umfassen, dessen innere Umfangsfläche (2a) wasserdicht in das Gehäuse (la) eingegossen ist und dessen äußerer Umfangsrand (2b) mit einem Stützrahmen (3) aus Stahl verschweißbar ist, so daß die Durchführung (1) und der Schalter (4) auf dem Rahmen (3) fest montierbar sind.

8. Hochleistungsdurchführung nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxyharz über der gesamten Oberfläche des Keramikwandteiles (5) wenigstens 3,3 mm dick ist.

9. Hochleistungsdurchführung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Durchführung (1) ein Paar Vakuumschalter' ( ^l\ ·, V¹) eingekapselt sind und das Gehäuse (Ia') mit einem Paar kegelst ump ff örmi ge r Oberflächen (Ib¹, Ib") ausgebildet 1st, die von der äußeren Oberfläche des Gehäuses zu beabstandeben Punk-

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ten auf der Oberfläche verlaufen, wobei jede der Oberflächen zur Aufnahme eines Kabelendgehäuses unter Ausbildung einer wasserdichten Abdichtung mit dieser ausgebildet ist, ein Stahlflansch (2') teilweise in das Gehäuse eingegossen ist und den Außenumfang des Gehäuses umgibt, ein Stahltank (16) vorgesehen ist, an dem der äußere Teil des Stahlflansches (2) angeschweißt ist, so daß das eine Ende des gegossenen Gehäuses (la¹) in dem Tank (16) angeordnet ist und eine gasdichte Abdichtung um das eine Ende des Gehäuses herum ausgebildet ist, ein elektrisches Isoliergas in dem Tank um das eine Ende des gegossenen Gehäuses herum angeordnet ist und jeder der Vakuumschalter daran angebrachte Stangen (10·, 10'') aufweist, die in den Tank (16) hineinragen und mit einem mechanisch betätigbaren Mechanismus (17>.17a) verbunden sind, der diese zur öffnung und Schließung der Kontaktstückpaare (8' 9^f, 8" - 9' ') verschiebt.

10. Hochleistungsdurchführung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumschalter (^', V¹) in ihrem eingekapselten Zustand eine End-zu-End-Standnennspannung besitzen, die ihre End-zu-End-Standnennspannung im ungekapselten Zustand um einen Faktor von wenigstens 200 Prozent überschreitet.

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