EP1881510A1 - Vakuumschaltröhre - Google Patents
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- H01H33/66—Vacuum switches
- H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
- H01H33/6647—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having fixed middle contact and two movable contacts
Definitions
- the invention relates to a vacuum interrupter for a diverter switch a tap changer, in which all contacts of one phase, which are necessary for switching under load, constitute a structural unit.
- Voltage regulation of power transformers must be done without load interruption. Typically, this voltage regulation is done by connecting or disconnecting windings of the transformer. During these switching operations, the load current in the transformer must never be interrupted. Otherwise, damage would occur in the transformer and proper supply of the consumers with electrical energy would no longer be guaranteed.
- a diverter switch basically consists of two components: the (actual) diverter switch and the selector.
- the selector is connected directly to the taps of a transformer fine stage winding and is used for the load-free preselection of the winding tap to which is to be switched to.
- the uninterrupted switching of the load current itself is done with the diverter switch.
- the diverter switch on mechanical contacts or vacuum interrupters.
- the object of the invention is therefore to provide, starting from the last-mentioned prior art, a vacuum interrupter of the type described above, which is able to provide a simple mechanical solution for switching under load, which is not technically difficult and to use consuming to realize synchronization and also does not have the other disadvantages mentioned.
- the vacuum interrupter shown in Figure 1 is surrounded by a rotationally symmetrical insulating cylinder 1, which consists of an electrically non-conductive material is manufactured and protects the inside, under vacuum standing mechanism from external influences and maintains the vacuum. Due to the symmetrical design of the vacuum interrupter, the description summarizes the functions of the individual components, which can be found again in the upper and lower parts.
- an upper cap 2 formed as a flange is soldered to the insulating cylinder 1, and a lower cap 3 is attached, each having an opening, through each of which an upper plunger 4 and a lower plunger 5 a mechanical, electrical conductive connection between a respective outer switching position A and B and one, located in the interior of the vacuum switching cell, electrically conductive central contact plate 6 produces.
- the mechanical guidance of the axially displaceable plungers 4 and 5 is, on the one hand, taken over by the respective upper and lower bellows 7 and 8 attached to the caps 2 and 3 and used for permanent vacuumization and, on the other hand, by the respective flanges, which are also designed as flanges.
- the inner diameter of the rotationally symmetrical caps 2 and 3 and the outer diameter of the plunger 4 and 5 are to be dimensioned so that the respective resistance contact plunger 9 and 10 are mounted axially displaceable, contact-locking.
- downwardly stepwise enlarged diameter of the plunger 4 and 5 is achieved with the corresponding axial displacement that the respective resistance contact plunger 9 and 10 by the positive engagement of the components of the upper and lower resistance contact plates 11 and 12 solve and contact with each other Move tappets 4 and 5 in the corresponding axial direction. So that this movement in the static state can not take place unintentionally without intentional external force, must be overcome in an axial displacement, the force applied by an upper and lower compression spring 13 and 14 holding force between the caps 2 and 3 and the resistance tappets 9 and 10.
- FIG. 2 shows the switch in the starting position, in which the largest part of the load current, due to the lowest line resistance in the system, flows via the upper plunger 4 to the closed permanent main contact A 15 towards the discharge contact 17.
- a much smaller part of the Due to the higher line resistances, current selects the path via the upper upper tappet 4, which is conductively connected in a contact-connected manner to the middle contact plate 6.
- a negligible proportion of the load current flows via the conductive connection between the upper tappet 4, the upper resistance contact tappet, in this switching position 9, the upper resistance contact plate 11 and the upper contact resistance 18 toward the discharge contact 17.
- the lower plunger 5 is so far open in this switching position that due to the positive connection, due to the change in diameter of the lower plunger 5 of the lower resistance contact plunger 10 of the lower resistance contact plate 12 is lifted.
- the upper plunger 4 is raised by an axial displacement so far from the middle contact plate 6 that an electrical separation takes place between the middle contact plate 6 and the upper plunger 4, but not between the upper resistance contact plunger 9 and the upper one Resistor contact plate 11.
- the electrically conductive connection between the middle contact plate 6 and the upper plunger 4 is released and the current forced to take the path over the upper resistance switch 18 to the AbleitCount 17.
- the lower plunger 5 establishes a conductive connection by means of a corresponding displacement with the middle contact plate 6.
- the current it is possible for the current to flow not only, as described in FIG. 6, via the lower crossover resistor 19, but also via the resistance-favorable route of the conductive contact between the middle contact plate 6 and the lower tappet 5.
- FIG. 9 shows a second embodiment of a vacuum interrupter according to the invention, which is identical to the basic structure of the vacuum interrupter described in FIG. 1 and fulfills the same technical task.
- the upper and lower bellows 7 and 8 are mounted in the vacuumized interior of the insulating cylinder housing 1.
- the plunger 4 and 5 formed as a component in Figure 1 are in the embodiment of Figure 9 in two parts: namely in the upper and lower push rod 22 and 23 and the upper and lower plunger 4 and 5.
- the storage and management of the plunger 4 and 5 take over, in comparison to the resistance contact plates 11 and 12 of Figure 1, rotated by 180 degrees upper and lower bearings 24 and 25.
- the contact points of the push rods 22 and 23 and the plunger 4 and 5 are still optional vapor screens 21 and 22 attached.
- the attached between the plungers 4 and 5 and the upper and lower bearing 24 and 25 compression springs 13 and 14 provide for a corresponding axial displacement of the push rods 22 and 23 for the solution of the conductive connection between the respective plungers 4 and 5 and the middle contact plate.
Landscapes
- High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre für einen Lastumschalter eines Stufenschalters, bei der alle Kontakte einer Phase, die zur Umschaltung unter Last notwendig sind, eine bauliche Einheit darstellen.
- Die Spannungsregulierung von Leistungstransformatoren muss ohne Lastunterbrechung vorgenommen werden. Üblicherweise erfolgt diese Spannungsregulierung durch das Zu- oder Abschalten von Windungen des Transformators. Während dieser Schaltvorgänge darf zu keinem Zeitpunkt der Laststrom im Transformator unterbrochen werden. Andernfalls würden Schäden im Transformator entstehen und die einwandfreie Versorgung der Verbraucher mit elektrischer Energie nicht mehr gewährleistet sein.
- Die unterbrechungslose Umschaltung von Transformatorwicklungen erfolgt daher üblicherweise mit Stufenschaltem. Ein Lastumschalter besteht im Wesentlichen aus zwei Komponenten: dem (eigentlichen) Lastumschalter und dem Wähler. Der Wähler ist direkt mit den Anzapfungen einer Transformator-Feinstufenwicklung verbunden und dient zur lastlosen Vorwahl der Wicklungsanzapfung, auf die umgeschaltet werden soll. Die unterbrechungslose Umschaltung des Laststroms selbst erfolgt mit dem Lastumschalter. Dazu weist der Lastumschalter mechanische Kontakte oder auch Vakuumschaltröhren auf.
- Übliche Vakuumschaltröhren stellen lediglich einfache Ein-Aus-Schalter dar.
- In der
EP 0258614B1 wird eine Stufenschalteinrichtung offenbart, die zur Laststromumschaltung für jede Phase nur eine einzige, besonders ausgebildete Vakuumschaltröhre besitzt. Die dort beschriebene Vakuumschaltröhre vereinigt in sich alle zur eigentlichen Lastumschaltung erforderlichen Kontakte in einem einzigen Gehäuse. Damit ist es möglich, die Verschmutzung des dielektrischen Transformatoröls zu verhindern, doch hat sich gezeigt, dass auf Grund der von einander abhängigen Bewegung der oberen und unteren Schubstange der zur Umsetzung des Prinzips notwendige Gleichlauf technisch schwer realisierbar ist. Selbst eine nur geringfügige Abweichung von diesem Gleichlauf ist ausreichend, damit sich die Schaltkontakte unter Umständen voneinander abheben und damit eine ungewollte Unterbrechung des Stromkreislaufs hervorrufen. Auch ohne Abheben der Kontakte ist während der Bewegung der Kontakte eine definierte Kontaktanpresskraft aufrecht zu erhalten. Des Weiteren findet bei der bekannten Vakuumschaltröhre durch die geometrische Anordnung der Bauteile im Inneren bei jedem Umschaltvorgang eine durch den entstehenden Lichtbogen hervorgerufene Bedampfung der sich im gesamten Innenraum der Vakuumschaltröhre befindlichen Bauteile statt. Dies führt nach einer Vielzahl von durchgeführten Schaltvorgängen zu einer nicht wünschenswerten Abnahme der Isolationsfähigkeit der Isolierzylinder und kann zu Fehlfunktionen führen. Der, für die Schädigung der Bauteile ursächliche, bei einem Umschaltvorgang auftretende Lichtbogen kann bei einem Prellen der Schaltkontakte noch dadurch verstärkt werden, dass der Überschaltwiderstand in Reihe mit dem Ausgleichstrom geschaltet ist. - Aufgabe der Erfindung ist es demnach, ausgehend von dem zuletzt genannten Stand der Technik, eine Vakuumschaltröhre der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die in der Lage ist, eine einfache mechanische Lösung zur Umschaltung unter Last zu bieten, die es entbehrt, einen technisch nur schwer und aufwendig zu realisierenden Gleichlauf verwenden zu müssen und auch die weiteren genannten Nachteile nicht aufweist.
- Diese Aufgabe wird durch eine Vakuumschaltröhre mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
- Die Erfindung soll nachstehend anhand von Zeichnungen beispielhaft näher erläutert werden. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vakuumschaltröhre für einen Lastumschalter eines Stufenschalters
- Fig. 2 bis 8
- den Schaltablauf dieser erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre bei einer Umschaltung des Lastumschalters von der Schaltstellung A auf B
- Fig. 9
- eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre.
- Einander entsprechende Bauteile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
- Die in Figur 1 dargestellte Vakuumschaltröhre ist umgeben von einem rotationssymmetrischen lsolierzylinder 1, der aus einem elektrisch nicht leitenden Material hergestellt ist und die im Inneren befindliche, unter Vakuum stehende Mechanik vor äußeren Einflüssen schützt und das Vakuum aufrecht erhält. Durch den symmetrischen Aufbau der Vakuumschaltröhre werden in der Beschreibung die Funktionen der einzelnen Bauteile, der sich im oberen und unteren Bereich gleich wieder zu findenden Teile, zusammengefasst. Im oberen und unteren Bereich des lsolierzylinders 1 ist eine, mit dem lsolierzylinder 1 verlötete, als Flansch ausgebildete obere Kappe 2 und eine untere Kappe 3 mit jeweils einer Öffnung angebracht, durch die jeweils ein oberer Stößel 4 und ein unterer Stößel 5 eine mechanische, elektrisch leitende Verbindung zwischen einer jeweilig äußeren Schaltposition A bzw. B und einer, sich im Inneren der Vakuumschaltzelle befindlichen, elektrisch leitenden mittleren Kontaktplatte 6 herstellt. Die mechanische Führung der axial verschiebbaren Stößel 4 und 5 wird zum einen von den von außen an den Kappen 2 und 3 befestigten und zur dauerhaften Vakuumisierung dienenden jeweiligen oberen und unteren Faltenbalgen 7 und 8 übernommen und zum anderen von den jeweiligen, ebenfalls als Flansch ausgebildeten, oberen und unteren Widerstandskontaktstößeln 9 und 10. Der Innendurchmesser der rotationssymmetrischen Kappen 2 und 3 und der Außendurchmesser der Stößel 4 und 5 sind dabei so zu bemessen, dass die jeweiligen Widerstandskontaktstößel 9 und 10 darin axial verschiebbar, kontaktschlüssig gelagert sind. Durch die nach unten hin stufenförmig vergrößerten Durchmesser der Stößel 4 und 5 wird bei deren entsprechender axialer Verschiebung erreicht, dass sich die jeweiligen Widerstandskontaktstößel 9 und 10 durch die Formschlüssigkeit der Bauteile von den oberen und unteren Widerstandskontaktplatten 11 und 12 lösen und sich kontaktschlüssig mit den jeweiligen Stößeln 4 und 5 in entsprechender Axialrichtung verschieben. Damit sich diese Bewegung im statischen Zustand nicht unplanmäßig ohne gewollte äußere Krafteinwirkung vollziehen kann, muss bei einer Axialverschiebung, die von einer oberen und unteren Druckfeder 13 und 14 aufgebrachte Haltekraft zwischen den Kappen 2 und 3 und den Widerstandsstößeln 9 und 10 überwunden werden.
- Nicht zum Verständnis des Schaltprinzips notwendige Bauteile sind in den Figuren des nachfolgenden Schaltlaufplans aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
- In den Figuren 2 bis 8 ist der Schaltlaufplan einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre bei der Umschaltung von der Stellung A auf B dargestellt. Figur 2 zeigt den Schalter dabei in der Ausgangsstellung, in der der größte Anteil des Laststroms auf Grund der geringsten Leitungswiderstände im System über den oberen Stößel 4 auf den geschlossenen Dauerhauptkontakt A 15 hin zum Ableitkontakt 17 fließt. Ein weitaus geringerer Teil des Stroms wählt dabei auf Grund der höheren Leitungswiderstände den Weg über den oberen, mit der mittleren Kontaktplatte 6 kontaktschlüssig leitend in Verbindung stehenden oberen Stößel 4. Ein vernachlässigbarer Anteil des Laststroms fließt bei dieser Schaltstellung über die leitende Verbindung zwischen dem oberen Stößel 4, dem oberen Widerstandskontaktstößel 9, die obere Widerstandskontaktplatte 11 und den oberen Überschaltwiderstand 18 hin zum Ableitkontakt 17. Der untere Stößel 5 ist in dieser Schaltstellung so weit geöffnet, dass durch den Formschluss, der auf Grund der Durchmesseränderung des unteren Stößels 5 der untere Widerstandskontaktstößel 10 von der unteren Widerstandskontaktplatte 12 abgehoben ist.
- In Figur 3 wird der Dauerhauptkontakt A 15 geöffnet Dadurch wird der Strom gezwungen, den auf Grund der höheren Leitungswiderstände ungünstigeren Weg über die, mit dem oberen Stößel 4 leitend in Verbindung stehende Kontaktplatte 11 hin zum Ableitkontakt 17 zu nehmen. Ein vernachlässigbarer Anteil hat auch bei dieser Schaltstellung wieder die Möglichkeit, den zu Figur 2 näher beschriebenen Weg über den oberen Überschaltwiderstand 18 zu wählen.
- Wie in Figur 4 erkennbar, wird hier der obere Stößel 4 durch eine Axialverschiebung so weit von der mittleren Kontaktplatte 6 angehoben, dass eine elektrische Trennung zwischen der mittleren Kontaktplatte 6 und dem oberen Stößel 4 stattfindet, nicht jedoch zwischen dem oberen Widerstandskontaktstößel 9 und der oberen Widerstandskontaktplatte 11. Damit ist die elektrisch leitende Verbindung zwischen der mittleren Kontaktplatte 6 und dem oberen Stößel 4 gelöst und der Strom gezwungen, den Weg über den oberen Überschaltwiderstand 18 hin zum Ableitkontakt 17 zu nehmen.
- In der Schaltstellung zu Figur 5 wird der untere Stößel 5 in Richtung der mittleren Kontaktplatte 6 axial verschoben, jedoch nicht weiter, als es für eine leitende Verbindung zwischen dem unteren Widerstandskontaktstößel 10 und der unteren Widerstandskontaktplatte 12 notwendig ist. Dadurch bildet sich in dieser Schaltposition ein kurzzeitiger Kreisstrom zwischen den Schaltstellungen A und B, der durch die in Reihe eingeschleiften oberen und unteren Überschaltwiderstände 18 und 19 begrenzt ist.
- In Figur 6 wird durch eine Axialverschiebung des oberen Stößels 4 die leitende Verbindung zwischen dem oberen Widerstandskontaktstößel 9 und der oberen Widerstandskontaktplatte 11 gelöst. Dadurch endet der in Figur 5 beschriebene Kreisstrom und der Strom ist von der Stellung A auf die gewünschte Schaltstellung B kommutiert, da er nun nur noch die Möglichkeit hat, über den unteren Überschaltwiderstand 19 zu fließen.
- Als nächsten Schaltschritt, der in Figur 7 beschrieben ist, stellt der untere Stößel 5 durch eine entsprechende Verschiebung mit der mittleren Kontaktplatte 6 eine leitende Verbindung her. Damit ist es dem Strom möglich, nicht nur, wie in Figur 6 beschrieben, über den unteren Überschaltwiderstand 19 zu fließen, sondern auch über den widerstandsmäßig günstigeren Weg des leitenden Kontakts zwischen der mittleren Kontaktplatte 6 und dem unteren Stößel 5.
- Als letzter, in Figur 8 dargestellter Schaltschritt wird der Dauerhauptkontakt B 16 geschlossen, wodurch dieser durch seine günstigsten Leitungswiderstände die Leitung des Hauptanteils des Laststroms übernimmt.
- Damit ist der Umschaltvorgang von der Stellung A auf die Stellung B abgeschlossen. Eine Umschaltung von der Stellung B auf die Stellung A erfolgt in chronologisch umgekehrter Reihenfolge der vorangehenden Beschreibung.
- In Figur 9 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre dargestellt, die mit dem grundsätzlichen Aufbau der in Figur 1 beschriebenen Vakuumschaltröhre identisch ist und die gleiche technische Aufgabe erfüllt. Im Unterschied zu der in Figur 1 aufgezeigten Ausführungsform ist der obere und untere Faltenbalg 7 und 8 im vakuumisierten Inneren des Isolierzylindergehäuses 1 angebracht. Die in Figur 1 als ein Bauteil ausgebildeten Stößel 4 und 5 sind in der Ausführungsform zu Figur 9 zweiteilig ausgeführt: nämlich in die obere und untere Schubstange 22 und 23 und den oberen und unteren Stößel 4 und 5. Die Lagerung und Führung der Stößel 4 und 5 übernehmen dabei die, im Vergleich zu den Widerstandskontaktplatten 11 und 12 aus Figur 1, um 180 Grad verdrehten oberen und unteren Lagerungen 24 und 25. Um eine Schädigung der sich im Inneren des Isolierzylinders 1 befindlichen Bauteile zu verhindern, sind um die Kontaktstellen der Schubstangen 22 und 23 und der Stößel 4 und 5 noch optionale Dampfschirme 21 und 22 angebracht. Die zwischen den Stößeln 4 und 5 und der oberen und unteren Lagerung 24 und 25 angebrachten Druckfedern 13 und 14 sorgen bei einer entsprechenden Axialverschiebung der Schubstangen 22 und 23 für die Lösung der leitenden Verbindung zwischen den jeweiligen Stößeln 4 und 5 und der mittleren Kontaktplatte 6. Bei einer zu den Figuren 2 bis 8 analogen Umschaltung des Lastumschalters von der Schalterstellung A auf B ist bei den Schaltschritten, bei denen in der, in Figur 1 gezeigten Ausfürungsform eine leitende Verbindung zwischen den Widerstandskontaktstößeln 9 und 10 und den Widerstandskontaktplatten 11 und 12 besteht, bei der Ausführungsform zu Figur 9, eine leitende Verbindung zwischen den Schubstangen 22 und 23 und den Stößeln 4 und 5 notwendig.
-
- 1
- Isolierzylinder
- 2
- obere Kappe
- 3
- untere Kappe
- 4
- oberer Stößel
- 5
- unterer Stößel
- 6
- mittlere Kontaktplatte
- 7
- oberer Faltenbalg
- 8
- unterer Faltenbalg
- 9
- oberer Widerstandskontaktstößel
- 10
- unterer Widerstandskontaktstößel
- 11
- - obere Widerstandskontaktplatte
- 12
- - untere Widerstandskontaktplatte
- 13
- - obere Druckfeder
- 14
- - untere Druckfeder
- 15
- - Dauerhauptkontakt A
- 16
- - Dauerhauptkontakt B
- 17
- - Ableitkontakt
- 18
- - oberer Überschaltwiderstand
- 19
- - unterer Überschaltwiderstand
- 20
- - oberer Dampfschirm
- 21
- - unterer Dampfschirm
- 22
- - obere Schubstange
- 23
- - untere Schubstange
- 24
- - obere Lagerung
- 25
- - untere Lagerung
Claims (4)
- Vakuumschaltröhre für einen Lastumschalter eines Stufenschalters, bei der alle Kontakte einer Phase, die zur Umschaltung unter Last notwendig sind, eine bauliche Einheit bilden,
wobei an den gegenüberliegenden Stirnseiten der Vakuumschaltröhre, jeweils gleichachsig gelagert und unabhängig voneinander bewegbar, ein als Schaltkontakt wirkender Stößel vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass mittig im Inneren der Vakuumschaltröhre senkrecht zur Bewegungsrichtung der Stößel (4, 5) eine mittlere, feste, elektrisch leitende Kontaktplatte (6) vorgesehen ist, dass oberhalb und unterhalb der Kontaktplatte (6) und von dieser elektrisch isoliert jeweils eine obere, elektrisch leitende Widerstandskontaktplatte (11) bzw. eine untere, elektrisch leitende Widerstandskontaktplatte (12) angeordnet ist,
dass an dem oberen Stößel (4) ein oberer Widerstandskontaktstößel (9) und an dem unteren Stößel (5) ein unterer Widerstandskontaktstößel (10) jeweils axial verschiebbar und elektrisch leitend geführt ist,
dass in der einen Endstellung der Stößel (4, 5), in der diese jeweils ins Innere der Vakuumschaltröhre gedrückt sind, diese jeweils elektrisch mit der Kontaktplatte (6) in Verbindung stehen und der jeweils an ihnen gelagerte Widerstandskontaktstößel (9 oder 10), bzw. eine Schubstange (22 oder 23), mit der korrespondierenden Widerstandskontaktplatte (11 oder 12), bzw. eine Lagerung (24 oder 25) elektrisch in Verbindung steht,
dass in der anderen Endstellung der Stößel (4, 5) keine elektrische Verbindung zur Kontaktplatte (6) sowie keine elektrische Verbindung der jeweiligen Widerstandskontaktstößel (9 oder 10) mit der korrespondierenden Widerstandskontaktplatte (11 oder 12) besteht
und dass die Widerstandskontaktstößel (9, 10) durch den jeweiligen Stößel (4, 5), auf dem sie axial gelagert sind, durch diesen bei dessen Bewegung von einer Endstellung in die andere zeitlich versetzt betätigbar sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stößel (4, 5) einen stufenförmigen Außendurchmesser aufweisen, der mindestens dem Innendurchmesser, der als Flansch ausgeprägten Widerstandskontaktstößeln (9, 10) entspricht. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet,
dass sich mindestens eine Druckfeder (13, 14) mit dem einen freien Ende an dem jeweiligen Widerstandskontaktstößel (9 oder 10) und dem anderen freien Ende an der jeweiligen Kappe (2 oder 3) abstützt. - Vorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass sich mindestens eine Druckfeder (13, 14) mit dem einen freien Ende an dem jeweiligen Stößel (4 oder 5) und dem anderen freien Ende an der jeweiligen Lagerung (24 oder 25) abstützt.
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