DE69836300T2

DE69836300T2 - Vakuumschalter und diese verwendende Vakuumschaltanlage

Info

Publication number: DE69836300T2
Application number: DE69836300T
Authority: DE
Inventors: Toru Hitachi-Shi Tanimizu; Masato Hitachi-shi Kobayashi; Shuichi Hitachi-shi Kikukawa; Ayumu Hitachi-shi Morita; Minoru Hitachi-shi Suzuki; Yoshimi Hitachi-Shi Hakamata; Katsunori Hitachi-shi KOJIMA; Yozo Hitachi-shi Shibata; Yoshitomo Hitachi-shi Gotoh; Makoto Hitachi-shi Terai; Takuya Hitachi-shi Okada; Naoki Hitachi-shi Nakatsugawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2018-07-24
Also published as: US6259051B1; RU2195734C2; CN100341088C; EP0893811A2; CN1206215A; DE69836300D1; CN1178253C; CN1598993A; US6144005A; EP0893811A3; EP0893811B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(1) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Vakuumschalter und eine Vakuumschaltvorrichtung mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Patentansprüche 1 bzw. 10.
(2) Beschreibung des Standes der Technik
Die Nachfrage nach elektrischer Leistung wird in einem Zentralbereich einer großen Stadt Tag für Tag größer. Andererseits bestehen Probleme, wie z. B. die Schwierigkeit, einen Ort für Verteilerumspannstationen bereit zu stellen, Schwierigkeiten bei der Verlegung von Rohren für Verteilerleitungen im Boden usw.. Außerdem ist es erforderlich, dass eine Umspannstation mit einem hohen Verfügbarkeitsfaktor betrieben wird.
Um solche Problem zu lösen, wurde eine Verteilerspannung erhöht und die größer werdende Leistungsanforderung wurde auf Stromleitungen mit höherer Kapazität verteilt. Deshalb können effektive Stromversorgungsanlagen realisiert werden. Hierzu ist es erforderlich, Vorrichtungen zur Verteilung und Umspannstationen kompakter zu gestalten.
Als ein Beispiel kompakter Umspannstationsvorrichtungen wird die SF₆-Gasisolationsschaltvorrichtung vorgeschlagen wie sie in der JP-A-3-273804 offenbart ist. Bei dieser werden ein Schalter, zwei Sätze von Unterbrechern und ein Erdungsschalter unabhängig voneinander hergestellt und deshalb werden sie in einem Einheitsraum und einem Sammelschienenraum aufgenommen, der mit einem Isolationsgas, wie z. B. SF₆-Gas gefüllt ist. In einem Fall, in dem ein Vakuumschalter als Schalter verwendet wird, wird eine bewegbare Elektrode durch einen Betätigungsmechanismus bezüglich einer stationären Elektrode nach oben und nach unten bewegt, wodurch ein Kreis geöffnet und geschlossen wird. In einem Vakuumschalter, wie er in der JP-A-55-143727 beschrieben ist, dreht sich außerdem eine drehbare Elektrode in Uhrzeigerrichtung oder gegen die Uhrzeigerrichtung, wodurch ein Kreis geöffnet oder geschlossen wird.
Eine Umspannstation empfängt elektrischen Strom von einem Kraftwerk durch einen Unterbrecher und einen Gasschalter, ändert dessen Spannung durch einen Transformator auf eine Spannung, die für eine Last geeignet ist, und führt den elektrischen Strom der Last, wie z. B. einem Elektromotor zu. Wenn Vorrichtungen in einer solchen Umspannstation inspiziert und/oder gewartet werden, wird der Strom durch einen Gasschalter unterbrochen und dann ein Kreis durch einen Unterbrecher geöffnet. Danach wird ein Erdungsschalter betätigt, um elektrische Ladung abzuführen, die in einer Sammelschiene verblieben ist, damit Induktionsstrom zur Erde strömt, und eine Wiederaufbringung von Spannung durch die Quelle wird verhindert, um die Sicherheit eines Arbeiters sicher zu stellen.
Außerdem kann ein Unfall leicht passieren, wenn eine Sammelschiene mit Ladung vor ihrer Entladung geerdet wird. Deshalb war es notwendig, zwischen einem Erdungsschalter und einem Unterbrecher eine Zwischensperre vorzusehen. Die in der JP-A-3-273804 offenbarte, durch SF₆-Gas isolierte Schaltvorrichtung enthält seinen Gasschalter, zwei Unterbrecher und den Erdungsschalter in seinem Geräteraum und einem Sammelschienenraum, der mit SF₆-Gas gefüllt ist und in seinem Verteilergehäuse untergebracht ist. Wenn ein Vakuumschalter als ihr Schalter verwendet wird, wird die bewegbare Elektrode vertikal von ihrer stationären Elektrode mittels eines Stellglieds des Vakuumschalters bewegt, wodurch der Kreis geöffnet oder geschlossen wird. Bei dem in der JP-A-55-143727 offenbarten Vakuumschalter werden ein einem bewegbaren Blatt entsprechender bewegbarer Zuleitungsdraht und eine bewegbare Elektrode um einen Schwenkpunkt seiner Hauptachse in Drehung versetzt, um mit seiner stationären Elektrode in Kontakt zu kommen oder sich von dieser zu trennen, wodurch der Kreis geschlossen oder geöffnet wird.
Außerdem ist ein herkömmlicher Vakuumbehälter aus Isoliermaterial hergestellt und deshalb konnte der Behälter nicht geerdet werden.
Die EP-A-0 766 277 offenbart einen Vakuumschalter mit einem Metallgehäuse, einer stationären Elektrode, einer bewegbare Elektrode und einer Erdungselektrode, wobei jede Elektrode durch einen Isolator in Position gehalten wird.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Vakuumschalter und eine Vakuumschaltvorrichtung mit geringer Größe zu schaffen.
Dieses Ziel wird durch einen Vakuumschalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vakuumschaltvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 erreicht.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Vakuumschalters werden in den Ansprüchen 2 bis 9 beansprucht, wohingegen bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vakuumschaltvorrichtung in den Ansprüchen 11 bis 18 beansprucht werden.
Bei der vorliegenden Erfindung bezieht sich ein Schalter auf eine Vorrichtung, die eine bewegbare Elektrode und eine stationäre Elektrode aufweist und deren Schaltvorgang durchführt, und eine Schaltvorrichtung bezieht sich auf eine Vorrichtung, einschließlich einer Steuervorrichtung, bei der wenigstens eine Schaltvorrichtung und eine Vorrichtung in einem geschlossenen Behälter aufgenommen sind, die aus Vorrichtungen zur Handhabung, Messung, zum Schutz und zur Einstellung ausgewählt ist. Der Schalter kann außerdem eine Anordnung mit Zubehör und einen Tragaufbau umfassen.
Das Vakuum in diesem Vakuumbehälter beträgt außerdem 10^–4 Torr oder weniger, vorzugsweise 10^–6 Torr oder weniger und besonders bevorzugt 10^–8 Torr oder weniger.
Außerdem ist der Vakuumcontainer, der zur Sicherheit der Arbeiter bei Inspektions- oder Wartungsarbeiten geerdet wird, vorzugsweise aus einem Metall oder einem Isoliermaterial hergestellt, dessen Oberfläche mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet ist. Dies umfasst auch solche, die durch Beschichtung einer chemischen Verbindung von Molybden oder Mangan auf der Oberfläche von Keramik, durch seine Sinterung in einem Ofen und durch Galvanisieren von Nickel darauf erhalten werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Grundkonstruktion einer Vakuumschaltvorrichtung zeigt,
2 ist eine Querschnittsansicht, die eine andere Ausführungsform einer Grundkonstruktion einer Vakuumschaltvorrichtung zeigt,
3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine andere Ausführungsform einer Vakuumschaltvorrichtung zeigt, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
4 ist eine Vorderansicht der Vakuumschaltvorrichtung nach 3, gesehen von links in der Zeichnung, wobei untere Türen eines Schaltvorrichtungsraums entfernt sind;
5 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der Betriebspositionen einer bewegbaren Elektrode bei dem Schaltvorgang der Vakuumschaltvorrichtung, die in 3 gezeigt ist;
6 und 7 sind Zeichnungen zur Erläuterung der Bewegung der bewegbaren Elektrode bei dem Schaltvorgang der Vakuumschaltvorrichtung, die in 3 gezeigt ist, wobei 7 die Situation zeigt, dass der Schalter geschlossen ist, und 6 die Situation zeigt, dass der Schalter erdet;
8 und 9 sind Zeichnungen zur Erläuterung des Betriebs eines anderen Vakuumschalters, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wobei 8 die Situation zeigt, in der die bewegbare Elektrode des Schalters geschlossen ist, und 9 die Situation zeigt, dass eine bewegbare Elektrode einer Erdungselektrode des Schalters erdet;
10 zeigt einen Schaltkreis einer dreiphasigen, dreikreisigen Schaltervorrichtung der vorliegenden Erfindung; und
11 zeigt eine Anschlussplatte von Sammelschienen der in 10 gezeigten Schaltvorrichtung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Grundkonstruktion eines Vakuumisolationsschalters wird zunächst anhand von 1 beschrieben.
Wie es in der Figur gezeigt ist, weist ein Vakuumbehälter 101 einen Behälter auf, der einen zylindrischen Teil 102 umfasst, der aus leitendem Material, wie z. B. Edelstahl hergestellt ist. Mit dem zylindrischen Teil 102 sind ein oberer und ein unterer Isolator 107, 107' in einem luftdichten Zustand verbunden (der so aufgebaute Behälter wird nachstehend insgesamt als "Vakuumbehälter (oder einfach Behälter) 101" bezeichnet.
Der Behälter 101 ist an einer Bedienkammer 104 durch eine leitende Befestigung 103 befestigt, wobei der zylindrische Teil 102 durch leitende Kästen der Kammer 104 und ein Auflager 116 geerdet ist. In dem oberen Abschnitt der Kammer 104 ist eine Schutzplatte 117 für einen Schutz des Vakuumschalters vorgesehen. Außerdem sind an dem Boden der Bedienkammer 104 und der Auflagerplatte 116 Räder (nicht gezeigt) vorgesehen, damit ihr Transport möglich ist. In dem Vakuumbehälter 101 ist eine stationäre Elektrode 105 und eine bewegbare Elektrode 106 aufgenommen. Die stationäre Elektrode 105 ist durch den Isolator 107 fest gehalten. Die bewegbare Elektrode 106 wird mittels des den Isolators 107' durch ein Balg 113 gehalten, weshalb die Elektrode 106 durch eine Betätigungsstange 112 nach oben und nach unten bewegt werden kann. Außerdem ist die bewegbare Elektrode 106 elektrisch mit einem Außenkreis 115 durch einen flexiblen Leiter 110 über einen Leiter 114 gekoppelt.
Es ist ein Bogenschutz 111 angeordnet, um die Elektroden 105 und 106 zu umgeben, so dass ein Erdungsunfall verhindert wird, der durch Kontakt eines Bogens zum Zeitpunkt der Unterbrechung mit dem Vakuumbehälter 102 verursacht wird.
Die bewegbare Elektrode 106 und die stationäre 105 sind hermetisch im Vakuum angeordnet. Da Vakuum ein guter Isolator ist, kann der Abstand zwischen den Elektroden und den Komponenten beträchtlich klein gehalten werden, weshalb der Vakuumschalter 101 klein wird.
Da der Vakuumschalter einen hermetisch abgedichteten Aufbau hat, wird die Anzahl seiner Bestandteile insgesamt verringert. Deshalb können die Herstellungskosten der Vakuumschaltvorrichtung verringert werden, und außerdem kann auch die Möglichkeit verringert werden, dass ein Fehler oder eine Störung auftritt.
Da der Vakuumbehälter 101 in 1 geerdet ist und die Isolatoren 107, 107' vorgesehen sind, kann die Tiefe a der Bedienkammer 104 kleiner gestaltet werden, verglichen mit der bei einem herkömmlichen Vakuumbehälter. Deshalb kann die Tiefe b der Schaltvorrichtung insgesamt klein gestaltet werden.
2 zeigt ein anderes Beispiel der Grundkonstruktion einer Vakuumschaltvorrichtung. In der Figur bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Teile wie in 1. Bei diesem Beispiel sind die Isolatoren 108, 108' an dem Vakuumbehälter 102 so befestigt, dass ein Teil der Isolatoren 108, 108' innerhalb des Behälters 102 angeordnet ist. Da der Abstand zwischen dem Vakuumschalter und dem Betätigungsmechanismus verkürzt werden kann, können bei diesem Aufbau die Dimensionen der Bedienkammer, beispielsweise ihre Höhe d (wobei d < c), und der Schaltvorrichtung, beispielsweise ihre Höhe e, reduziert werden, wodurch es möglich ist, das Volumen und die Dimensionen der Schaltvorrichtung wesentlich zu reduzieren.
Im Folgenden wird die konkrete konstruktive Anordnung und der Betrieb einer Vakuumschaltvorrichtung bezugnehmend auf 3 und die folgenden beschrieben.
En Schaltkasten ist insgesamt mit mehreren Schaltern oder Schaltvorrichtungen, deren Betätigungsmechanismus und anderen Bauteilen versehen, die in einem Raum aufgenommen sind. In 3 bezeichnet das Bezugszeichen 16 so ein Gehäuse. Der Raum 16 ist mit zwei Türen 19, 19' an der Vorderseite (links in der Zeichnung) für eine Montage, Inspektion und Wartung des Schaltkastens versehen. In dem Raum 16 sind ein Vakuumschalter 1 und zwei Kammern 17 und 18 angeordnet.
Der Vakuumschalter 1 hat die integrierten Funktionen einer Stromkreisschaltung, einer Stromkreisunterbrechung und einer Erdung und besteht hauptsächlich aus einem Vakuum behälter 4 aus beispielsweise rostfreiem Stahl, einer stationären Elektrode 5, einer bewegbaren Elektrode 7 und einer Erdungselektrode 39 sowie inneren Sammelschienen 8 für U-, V-, W-Phasen. Für jede der U-, V-, W-Phasen ist ein Satz aus der stationären Elektrode 5, der bewegbaren Elektrode 7 und der Erdungselektrode 39 vorgesehen.
Wenn sich die bewegbare Elektrode 7 bewegt, um in Kontakt mit der stationären Elektrode 5 zu kommen, wird die innere Sammelschiene 8, die der stationären Elektrode 5 zugeordnet ist, elektrisch mit einem äußeren Stromkreis über eine lastseitige Zuleitung 9 und einen daran befestigten Kabelkopf 10 elektrisch gekoppelt. Wenn die bewegbare Elektrode in Kontakt mit der Erdungselektrode 39 kommt, wird der Leiter 9 geerdet. Weitere Details des Aufbaus des Vakuumschalters 1 werden später zusammen mit der Beschreibung seines Betriebs erläutert.
In der Kammer 17 ist ein Mechanismus zur Betätigung des Vakuumschalters 1 aufgenommen, und deshalb wird sie nachstehend Bedirnkammer genannt. Außerdem ist es zweckmäßig, wenn in der Bedirnkammer 17 ein Raum oder ein Platz vorgesehen ist, in dem Werkzeuge zur Inspektion oder Wartung gelagert werden. In der Kammer 18 ist der Kabelkopf 10 für eine elektrische Kopplung des Vakuumschalters 1 mit einem zugeordneten Kabel vorgesehen, und deshalb wird sie nachstehend Kabelkammer genannt. Falls notwendig kann außerdem ein Stromtransformator 13 an einem Kabel in der Kabelkammer befestigt sein.
Bei der gezeigten Ausführungsform sind die zwei Kammern 17, 18 diagonal bezüglich des Vakuumschalters 1 so angeordnet, dass die Kabelkammer 18 verglichen mit der Bedirnkammer 17 an der Vorderseite angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht es, Arbeiten zur Befestigung und Wartung der Kabelköpfe 10 und der daran gekoppelten Kabel leicht und sicher durchzuführen.
Wenn der in 3 gezeigte Raum 16 von links in der Figur betrachtet wird, ist sein Inneres wie in 4 gezeigt sichtbar, in der jedoch die oberen Türen 19 und die unteren 19' zum Zwecke der Erläuterung entfernt sind. Es kann auch gesagt werden, dass 3 wie oben erläutert den Querschnitt des Raums 16 entlang der Linie III-III in 4 zeigt. Diese Figur zeigt ein Beispiel eines Raums 16, der für drei Sätze von drei Phasenkreisen verwendet wird und deshalb neun Sätze von Vakuumschaltvorrichtungen und deren zugeordnete Bauelemente aufnimmt.
Als nächstes bezugnehmend auf 5 wird das Funktionsprinzip des Vakuumschalters 1 beschrieben, insbesondere die Positionsbeziehung der bewegbare Elektrode 7 bezüglich der stationären Elektrode 5 und der Erdungselektrode 39.
Als Halteposition der bewegbaren Elektrode 7 sind vier Positionen Y1, Y2, Y3 und Y4, wie es in 5 gezeigt ist, in der stufenweisen oder aufeinanderfolgenden Bewegung der bewegbaren Elektrode 7 von der stationären Elektrode 5 zu der Erdungselektrode 39 definiert. An der Position Y1 kommt die bewegbare Elektrode 7 mit der stationären Elektrode 5 in Kontakt, wobei Strom durch beide Elektroden strömt.
Wenn die bewegbare Elektrode 7 zu drehen beginnt, wird sie von der stationären Elektrode 5 (Position Y1) gelöst, um den Strom zu unterbrechen, und wenn die bewegbare Elektrode 7 weiterdreht, erreicht sie die Position Y2, an der sie dann stoppt. Die bewegbare Elektrode 7 bleibt in dieser Position bis ein durch die Trennung der Elektroden 5, 7 verursachter Bogen verschwindet. Diese Haltezeit entspricht einem Zyklus vom Auftreten des Bogen bis zu dessen Erlöschen.
Die bewegbar Elektrode 7 beginnt wieder zu drehen und geht weiter von der stationären Elektrode 5 bis zu einem Halt, wenn sie die Position Y3 erreicht. Die Position Y3 ist so bestimmt, dass niemals ein dielektrischer Durchschlag in dem Spalt zwischen beiden Elektroden 7, 5 stattfindet, auch wenn der Spalt durch den Blitz getroffen wird. Außerdem kann der Isolationsabstand sichergestellt werden, wenn sich die bewegbare Elektrode 7 an der Position Y3 befindet, was ausreicht, um zu verhindern; dass ein Arbeiter einen elektrischen Schlag bekommt.
Durch die Antriebskraft von dem Antriebsmechanismus bewegt sich die bewegbare Elektrode 7, die sich in der Position Y2 oder Y3 befindet, in Richtung der Unterbrechungsposition Y3 oder einer Erdungsposition Y4. Auf diese Weise dreht die bewegbare Elektrode 7 in Uhrzeigerrichtung, um in Kontakt mit der Erdungselektrode 36 an der Erdungsposition Y4 zu kommen.
Die bewegbare Elektrode 7 kann natürlich auch die Positionen in umgekehrter Reihenfolge annehmen, d. h. in der Reihenfolge von Y3, Y2 und Y1, wenn dem Antriebsmechanismus eine entsprechende Anordnung gegeben wird. Außerdem kann die bewegbare Elektrode 7 aus der Stromkreisschaltposition Y2 direkt in die Erdungsposition Y4 geschalten werden, wobei die Stromkreisunterbrechungsposition Y3 weggelassen wird.
Wie es oben stehend beschrieben wurde, sind die bewegbaren Elektroden 7, die stationäre Elektrode 5 und die Erdungselektrode 39 so aufgebaut, dass sie alle in einem Vakuum angeordnet sind, das eine extrem hohe dielektrische Durchschlagspannung aufweist, und dass die bewegbare Elektrode 7 vier aufeinander folgende Positionen während eines Betriebszyklus zwischen der stationären Elektrode 5 und der Erdungselektrode 39 annehmen kann. Demgemäß kann ein einzelner Vakuumschalter mehr als eine Funktion haben (Stromkreis schalten, Stromkreis unterbrechen, Erden).
Üblicherweise wurden diese Funktionen durch eine jeweilige Komponente erreicht, die besonders für diesen Zweck vorbereitet wurde, wohingegen erfindungsgemäß eine einzige Vakuumschaltvorrichtung eine solche Vielzahl von Funktionen erhalten kann. Deshalb kann die Anzahl von Bauteilen reduziert werden.
Da die bewegbare Elektrode 7, die stationäre Elektrode 5 und die Erdungselektrode 39 als eine Einheit integriert sind, kann ein Vakuumschalter im Vergleich mit einem bekannten wesentlich kleiner hergestellt werden.
Außerdem ist die vorteilhafte Wirkung durch die Bereitstellung der Unterbrechungsposition Y3 wie folgt. Lassen sie uns die folgende Annahme betrachten: Der in 4 gezeigte Raum weist einen ersten Satz (am linken Ende in der Figur beispielsweise) des Dreiphasenstromkreises, der mit einer Stromquelle gekoppelt ist, einen zweiten Satz (in der Mitte in der Figur) des Dreiphasenstromkreises, der mit einer anderen Stromquelle gekoppelt ist, und einen dritten Satz (am rechten Ende in der Figur) des Dreiphasenschaltkreises auf, der mit einer Last gekoppelt ist. Bei einer Stossverbindung verschiedener Stromsysteme wird außerdem angenommen, dass die bewegbare Elektrode 7 in dem ersten Stromkreis sich in der Kontakt herstellenden Position Y1 befindet und deshalb der Stromkreis aktiv ist, die bewegbare Elektrode 7 in dem zweiten Schaltkreis sich jedoch in der Unterbrechungsposition Y3 befindet und sich deshalb der Stromkreis in dem Wartezustand befindet. Bei einer solchen Situation kann die Sicherheit sicher gestellt werden, auch wenn ein Arbeiter unvorsichtigerweise den lastseitigen Leiter des zweiten Stromkreises berührt.
Da der Umschaltbetrieb der bewegbaren Elektrode 7 aus der Warteposition Y3 in die Herstellungsposition Y1 und umgekehrt kontinuierlich stattfinden kann, ist die Handhabung außerdem schnell und einfach.
Außerdem kann ein Mechanismus, Zwischensperre genannt, zur Verhinderung einer Fehlfunktion weggelassen werden. Wenn ein Stromtransformator 13 zur Erfassung von Strom verwendet wird und ein Schutzrelais 14 (siehe 5) betrieben wird, um hierdurch den Handhabungsmechanismus (nicht gezeigt) auszuschalten, kann der Stromkreis vor einem Fehler oder einer Störung geschützt werden.
Im Folgenden wird der konkrete Aufbau der Vakuumschaltvorrichtung, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und ihr Betrieb mit Bezugnahme auf die 6 und 7 beschrieben.
Wie es in den Figuren gezeigt ist, ist die bewegbare Elektrode 7 zwischen der stationären Elektrode 5 und der Erdungselektrode 39 angeordnet und weist auf ihren beiden Seiten die Kontaktflächen auf, die mit der stationären Elektrode 5 bzw. der Erdungselektrode 39 in Kontakt kommen. Außerdem ist die bewegbare Elektrode 7 an dem bewegbaren Anker 30 durch Isolationshalteelemente 44, 45, 46 (deren Details weggelassen sind) befestigt.
Der bewegbare Anker 30 ist von einem elastischen Balg 48 umgeben und erstreckt sich von der Innenseite des Vakuumbehälters 4 zu dessen Außenseite. Der bewegbare Anker 30 wird durch einen Antriebsmechanismus gedreht, der in der Bedirnkammer 17 aufgenommen ist, wobei die Halteachse 49 als Drehzentrum dient.
6 zeigt den Zustand, wenn der bewegbare Anker 30 in Uhrzeigerrichtung gedreht hat und sich deshalb die bewegbare Elektrode 7 in Kontakt mit der Erdungselektrode 39 befindet. Da die bewegbare Elektrode elektrisch mit dem lastseitigen Leiter 9 mittels eines flexiblen Leiters 22 gekoppelt ist, ist der Kabelkopf 10 über die Leiter 9, 22, die Erdungselektrode 39, den flexiblen Leiter 38 und den gemeinsamen Erdungsleiter 24 geerdet.
7 zeigt den Zustand, wenn sich der bewegbare Anker 30 gegen die Uhrzeigerrichtung gedreht hat und sich deshalb die bewegbare Elektrode 7 in Kontakt mit der stationären Elektrode 5 befindet. Hierdurch wird die zugeordnete innere Sammelschiene 8 elektrisch mit dem Kabelkopf 10 über die stationäre Elektrode 5, die bewegbare Elektrode 7 und die Leiter 22, 9 gekoppelt.
Als flexible Leiter können Bündeldrahtleiter, gewebte Drahtleiter oder laminierte dünne Leiter verwendet werden. Laminierte dünne Kupferplatten sind bevorzugt, da dies zur Verhinderung eines intermetallischen Selbstschlusses im Vakuum effektiv ist.
Die isolierenden Halteelemente 44, 45, 46, die beispielsweise aus Keramik bestehen, sind vorgesehen, um zu verhindern, dass Strom von der bewegbaren Elektrode 7 zu dem Betäti gungsmechanismus strömt, wodurch eine Wärmeerzeugung unterdrückt werden kann. Es kann jedes Isoliermaterial, das einen ausreichend hohen Wärmewiderstand gegen hohe Temperaturen während der Herstellung eines Vakuumbehälters hat, als isolierendes Halteelement verwendet werden.
Eine Erdungsvorrichtung ist wie folgt aufgebaut. Ein Erdungsleiter 37 ist verschiebbar durch ein zylindrisches Element gelagert, das an einer metallischen Erdungsstirnplatte 31 vorgesehen ist. Die Erdungsstirnplatte 31 ist an einer Hülse 32 aus Keramik befestigt, an deren Außenumfang ein Flansch 33 vorgesehen ist. Durch an dem Flansch angebrachtes Dichtungsmetall 34 ist die Hülse 32 an dem Vakuumbehälter 4 befestigt.
Innerhalb der keramischen Hülse 32 sind ein elastischer Balg 35 und eine Feder 36 so angebracht, dass sie den Erdungsleiter 37 umgeben. Ein sich aus dem Vakuumbehälter 4 erstreckender Erdungsleiter 37 ist mit einem gemeinsamen Erdungsleiter 24 über einen flexiblen Leiter 38 gekoppelt. An dem entgegengesetzten Ende des Erdungsleiters 37 ist die Erdungselektrode 39 angebracht.
Wenn die Erdungselektrode 39 in Richtung der Stirnplatte 31 gedrückt wird, werden der Balg 35 und die Feder 36 zusammengepresst und erzeugen eine Rückstellkraft, wodurch die Erdungselektrode 39 gegen die bewegbare Elektrode 7 gedrückt wird.
Vorzugsweise haben die Kontaktflächen der stationären Elektrode 5 und der Erdungselektrode 39 einen Neigungswinkel, so dass beide Flächen miteinander gleichmäßig über die gesamten Flächen in Kontakt kommen können. Hierdurch kann der Spalt zwischen der stationären Elektrode 5 und der Erdungselektrode 39 klein sein und deshalb kann der Vakuumbehälter 4 klein sein.
Die stationäre Elektrode 5 wird durch einen stationären Isolator 42 aus Keramik über Metallverbindungsanschlüsse 41 gehalten. Der Isolator 42 wird durch eine metallische Haltebefestigung 43 gehalten, die an den Vakuumbehälter 4 gelötet ist. Sowohl die Verbindungsanschlüsse 41 als auch die Haltebefestigung 43 werden vorher an beiden Enden des Isolators 42 befestigt. Eine Verbindungsanschlussplatte 27 ist an einer Innenwand des Vakuumbehälters 4 angebracht, die dann mit der Haltebefestigung 43 verbunden wird.
In 6 entspricht die Position, an der sich die bewegbare Elektrode 7 in Kontakt mit der Erdungselektrode 39 befindet, der in 5 gezeigte Erdungsposition Y4, in der die Erdungselektrode 39 immer durch die Feder 36 die bewegbare Elektrode 7 drückt. In 7 entspricht die Position, an der sich die bewegbare Elektrode 7 in Kontakt mit der stationären Elektrode 5 befindet, der Kontaktherstellungsposition Y1, die in 5 gezeigt ist.
An der Herstellungsposition Y1 ist die betreffende innere Sammelschiene 8 elektrisch mit dem lastseitigen Leiter 9 gekoppelt, da beide Elektroden 5,7 in Kontakt miteinander stehen. Deshalb strömt Strom von der inneren Sammelschiene 8 zu dem lastseitigen Leiter 9 durch beide Elektroden 5, 7 und den flexiblen Leiter 22 und nicht durch den bewegbaren Anker 30, wie bei dem herkömmlichen Schalter. Deshalb kann die Länge des Stromweges im Vergleich zu dem herkömmlichen verkürzt werden. Daher wird der elektrische Widerstand verringert, weshalb der Leistungsverlust und daher die Wärmerzeugung unterdrückt werden können.
Wenn die bewegbare Elektrode 7 sich an der Herstellungsposition Y1 befindet, wird der elektrische Strom weiter der Last zugeführt. Deshalb ist die Zeitdauer dieses Zustands viel länger als die anderer. Wenn die bewegbar Elektrode 7 direkt mit der lastseitigen Zuleitung 9 in Kontakt steht, wie dies beim herkömmlichen Schalter der Fall ist, beseht die Gefahr, dass die Kontaktflächen von beiden schmelzen und aneinander haften.
Hier besteht eine solche Gefahr nicht, da der elektrische Kontakt zwischen diesen Elektroden über einen flexiblen Leiter 22 aus geeignetem Material für diesen Zweck hergestellt ist.
Wie es in den, die Grundkonstruktion zeigenden 1 und 2 gezeigt ist, kann eine Erdungsvorrichtung weggelassen werden. Außerdem kann auch die Unterbrecherposition weggelassen werden, wie bereits beschrieben wurde. Hierdurch kann sowohl ein Vakuumbehälter als auch ein Betätigungsmechanismus und deshalb eine Schaltvorrichtung insgesamt weiter verkleinert werden.
Da die bewegbare Elektrode 7 mit dem lastseitigen Leiter 9 durch den flexiblen Leiter 22 gekoppelt ist, kann der zuerst genannte elektrisch mit dem letztgenannten und deshalb mit dem Kabelkopf 10 mit einem sehr kurzen elektrischen Weg verbunden werden. Daher wird der elektrische Widerstand klein und die Wärmeerzeugung innerhalb des Vakuumbehälters kann entsprechend unterdrückt werden. Da der flexible Leiter 22 verwendet wird, kann außerdem die freie relative Bewegung der bewegbaren Elektrode 7 bezüglich dem lastseitigen Leiter 9 sichergestellt werden, wobei die elektrische Leitfähigkeit zwischen ihnen aufrechterhalten wird.
Bezugnehmend auf die in den 6 und 7 gezeigte Ausführungsform ist der Isolator 42 in Richtung des Hubs der bewegbaren Elektrode 7 angeordnet. Deshalb kann eine Stoßkraft, die auftritt, wenn die bewegbare Elektrode 7 an dem stationären Kontakt 5 und dem erdungsseitigen Kontakt 39 auftrifft, absorbiert werden, so dass die Elektrode 7 gegen den Erdungskontakt 39 ohne Aufprall drücken kann.
Bezugnehmend auf die 8 und 9 wird eine andere Ausführungsform nachstehend beschrieben.
Wie es in den Figuren gezeigt ist, ist ein lastseitiger gemeinsamer Leiter 56 innerhalb des Vakuumbehälters 4 angebracht. Der gemeinsame Leiter 56 ist außerdem mit dem lastseitigen Leiter 9 verbunden. An dem gemeinsamen Leiter 56 sind ein stationärer Kontakt 57 für eine Erdung und ein stationärer Kontakt 58 für einen Laststromkreis angebracht. In dem Vakuumbehälter 4 ist außerdem ein bewegbarer Kontakt 59 für eine Erdung und ein bewegbarer Kontakt 7 für den Laststromkreis den jeweiligen entsprechenden stationären Kontakten gegenüberliegend vorgesehen.
Bei einer solchen Konstruktion, wie sie oben beschrieben wurde, bewegt sich der bewegbare Kontakt 39 für die Erdung nach oben und wird, wie es in 8 gezeigt ist, von dem stationären Kontakt 57 getrennt, wenn sich der bewegbare Kontakt 7 nach unten bewegt und mit dem stationären Kontakt 58 in Berührung tritt. Dies ist der Kontaktherstellungszustand des Vakuumschalters. Wenn der bewegbare Kontakt 7 sich nach oben bewegt und von dem stationären Kontakt 58 getrennt wird, bewegt sich dahingegen der bewegbare Kontakt 59 für die Erdung nach unten und tritt mit dem stationären Kontakt 57 in Kontakt, wie es in 9 gezeigt ist. Dies ist der Unterbrechungszustand des Vakuumschalters.
Dies bedeutet, dass die Herstellung und die Unterbrechung der Kontakte in einem Vakuumschalter und die in einer Erdungsvorrichtung, die mit dem Vakuumschalter ausgestattet ist, abwechselnd erfolgen.
Der bewegbare Kontakt 59 für die Erdung ist elektrisch mit einem gemeinsamen Erdungsanschluss 37 mittels eines flexiblen Leiters 22 verbunden. Auf der bezüglich der Kontakte 7 entgegengesetzten Seite der Erdungskontakte 57, 59 ist ein Anschluss 60 vorgesehen, der jeder Phase der dreiphasigen inneren Sammelschienen 8 entspricht. Der Anschluss 60 ist elektrisch mit dem bewegbaren Kontakt 7 durch den flexiblen Leiter 22 gekoppelt. Bei den Ausführungsformen, die anhand der 8 und 9 beschrieben wurden, ist der Isolator 70 oder 70' in Richtung des Hubs einer erdungsseitigen bewegbaren Elektrode 59 oder einer lastseitigen bewegbaren Elektrode 7 über einen erdungsseitigen gemeinsamen Leiter 37 angeordnet. Deshalb kann eine Stosskraft, die auftritt, wenn die erdungsseitige bewegbare Elektrode 59 oder die lastseitige bewegbare Elektrode 7 auf den erdungsseitigen Kontakt 57 oder den lastseitigen Kontakt 58 auftrifft, absorbiert werden, damit der erdungsseitige Kontakt 57 oder der lastseitige Kontakt 58 ohne Aufprall gegen die erdungsseitige bewegbare Elektrode 59 oder die lastseitige Elektrode 7 drücken können.
Die oben erwähnte Schaltvorrichtung kann für eine unabhängige Vorrichtung, wie z. B. einen Stromkreisschalter, einen Vakuumstromkreisschalter, einen Stromkreisunterbrecher und einen Erdungsschalter verwendet werden.
10 zeigt eine Stromkreisanordnung einer dreiphasigen Schaltvorrichtung für drei Stromkreise gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Schaltvorrichtungen für die drei Stromkreise in einem Vakuumbehälter aufgenommen sind. Eine Schaltvorrichtung für einen Stromkreis ist aus drei Schaltern für jeweilige Phasen U, V, W zusammengesetzt. In den Figuren hat jede Schaltvorrichtung 1, 2, 3, die von gebrochenen Linien umgeben ist, die gleiche Konstruktion und ist innerhalb des Vakuumbehälters 4 aufgenommen und angeordnet, welcher geerdet ist. Die Schaltkreisschaltvorrichtung 2 wird von Sammelphasenschaltvorrichtungen 2X, 2Y, 2Z für drei Phasen gebildet. Die Stromkreisschaltvorrichtung 1 ist mit einer Stromkreisstromquelle 12 über Kabel 11 verbunden. Die Stromkreisschaltvorrichtung 2 ist mit der Last über die Stromtransformatoren 13 gekoppelt. Die Stromkreisschaltvorrichtung 3 ist mit einem anderen Schaltkreis gekoppelt.
11 zeigt den Aufbau einer Verbindungsanschlussplatte 27. Wenn die inneren Sammelschienen 8 den Anschlüssen der Platte 27 zugeordnet sind, sind drei Anschlüsse an der linken Endseite den inneren Sammelschienen 8 der Schaltvorrichtung für den ersten Schaltkreis zugeordnet, drei Anschlüsse in der Mitte sind denen für den zweiten Schaltkreis zugeordnet, und drei Anschlüsse an der rechten Endseite sind denen für den dritten Schaltkreis zugeordnet. Die Sammelschiene 8, die die Anschlüsse 1X, 2X, 3X der ersten Phase koppelt, ist an einer Seite der Anschlussplatte angeordnet und die Sammelschienen 8, die die Anschlüsse 1Y, 2Y, 3Y bzw. 1Z, 2Z, 3Z koppeln, sind an der anderen Seite der Anschlussplatte so angeordnet, dass sie überlappen.
Durch diese Anordnung wird eine Verdrahtung einfach und es kann ein Fehler bei der Verdrahtung verhindert werden. Außerdem kann eine Verschlechterung der Verdrahtung aufgrund von Wärme durch die verteilte Anordnung der inneren Busschienen verhindert werden.

Claims

Vakuumschalter mit einem einzelnen Vakuumbehälter (4), dessen Hauptteil aus leitendem Material gebildet ist, einer in einem luftdichten Zustand in dem einzelnen Vakuumbehälter (4) eingeschlossenen stationären Elektrode (5), einer in einem luftdichten Zustand in dem einzelnen Vakuumbehälter (4) eingeschlossenen bewegbaren Elektrode (7), die von einem Betätigungsmechanismus angetrieben wird, einer in einem luftdichten Zustand in dem einzelnen Vakuumbehälter (4) eingeschlossenen Erdungselektrode (39), die mit einem Erdungsleiter (37) gekoppelt ist, einem in dem Vakuumbehälter (4) angeordneten ersten festen Isolator (42) zur Isolierung der stationären Elektrode (5) von dem Vakuumbehälter (4), einem zweiten, in dem Vakuumbehälter (4) angeordneten festen Isolator (44, 45, 46) zur Isolierung der bewegbaren Elektrode (7) von dem Vakuumbehälter (4) und einem dritten, in dem Vakuumbehälter (4) angeordneten festen Isolator (32) zur Isolierung der Erdungselektrode (39) von dem leitenden Material des Vakuumbehälters (4) dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumbehälter (4) geerdet ist und in dem einzelnen Vakuumbehälter (4) eine Vielzahl von Paaren einer bewegbaren Elektrode (7) und einer stationären Elektrode (5) vorgesehen sind.
Vakuumschalter nach Anspruch 1, bei dem ein Kontaktteil der bewegbaren Elektrode (7) zwischen der stationären Elektrode (5) und der Erdungselektrode (39) angeordnet ist und von dem Betätigungsmechanismus so angetrieben wird, dass er zwischen der stationären Elektrode (5) und der Erdungselektrode (39) schwingt.
Vakuumschalter nach Anspruch 1, der außerdem eine in einem luftdichten Zustand in dem Vakuumbehälter (4) eingeschlossene Lastelektrode, die mit einer Last gekoppelt ist, und einen vierten festen Isolator (21) zur Isolierung der Lastelektrode von dem leitenden Material des Vakuumbehälters (4) umfasst.
Vakuumschalter nach Anspruch 3, bei dem ein Kontaktteil der bewegbaren Elektrode (7) zwischen der stationären Elektrode (5) und der Erdungselektrode (39) angeordnet ist und von dem Betätigungsmechanismus so angetrieben wird, dass er zwischen den beiden Elektroden schwingt.
Vakuumschalter nach Anspruch 3, bei dem ein Kontaktteil der bewegbaren Elektrode (7) elektrisch mit der Lastelektrode durch einen flexiblen Leiter (22) gekoppelt ist.
Vakuumschalter nach Anspruch 3, bei dem ein Kontaktteil der bewegbaren Elektrode (7) von dem Betätigungsmechanismus so angetrieben wird, dass der Kontaktteil wenigstens an einer Position Y2 oder an Positionen Y2 und Y3 zwischen der stationären Elektrode (5) der Erdungselektrode (39) halten kann, wobei die Position Y2 die Position ist, an der der Kontaktteil gehalten wird, bis ein durch den Unterbrechungsvorgang der bewegbaren Elektrode (7) erzeugter Bogen verlischt, und die Position Y3 die Position ist, an der eine ausreichende Isolierung zwischen der bewegbaren Elektrode (7) und der stationären Elektrode (5) sowie der Erdungselektrode (39) sicher aufrechterhalten wird.
Vakuumschalter nach Anspruch 3, bei dem der zweite feste Isolator (44, 45, 46) auch dazu dient, dass verhindert wird, dass ein Strom von der bewegbaren Elektrode (7) zu dem Betätigungsmechanismus fließt.
Vakuumschalter nach Anspruch 3, bei dem Kontaktflächen der stationären Elektrode (5) und der Erdungselektrode (39) in einer Richtung des Hubes der bewegbaren Elektrode (7) geneigt sind.
Vakuumschalter nach Anspruch 3, bei dem innere Dreiphasen-Sammelschienen (8) und eine Anschlussklemmenplatte (27) in dem Vakuumbehälter (4) angeordnet sind, und eine der inneren Dreiphasen-Sammelschienen (8) auf einer Seite der Anschlussklemmenplatte (27) und die verbleibenden zwei auf der anderen Seite der Anschlussklemmenplatte in einer überlappenden Beziehung angeordnet sind.
Vakuumschaltvorrichtung mit einem Vakuumschalter (1), der einen einzelnen Vakuumbehälter (4), dessen Hauptteil aus leitendem Material gebildet ist, eine in einem luftdichten Zustand in dem Vakuumbehälter (4) eingeschlossene stationäre Elektrode (5), eine in einem luftdichten Zustand in dem Vakuumbehälter (4) eingeschlossene bewegbare Elektrode (7), eine in einem luftdichten Zustand in dem Vakuumbehälter (4) eingeschlossene Erdungselektrode (39), die mit einem Erdungsleiter (37) gekoppelt ist, einen ersten, in dem Vakuumbehälter (4) angeordneten festen Isolator (42) zur Isolierung der stationären Elektrode (5) von dem leitenden Material des Vakuumbehälters (4), einen zweiten, in dem Vakuumbehälter (4) angeordneten festen Isolator (44, 45, 46) zur Isolierung der bewegbaren Elektrode (7) von dem leitenden Material des Vakuumbehälters (4), einen dritten festen Isolator (32) zur Isolierung der Erdungselektrode (39) von dem Vakuumbehälter (4), einen Betätigungsmechanismus für einen Antrieb der bewegbaren Elektrode (7), eine Betätigungskammer (17) zur Aufnahme des Betätigungsmechanismus, und ein geerdetes metallisches Gehäuse (16) zur Aufnahme des Vakuumschalters (1) und der Betätigungskammer (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumbehälter (4) geerdet ist, eine Vielzahl von Paaren einer bewegbaren Elektrode (7) und einer stationären Elektrode (5) in dem einzelnen Vakuumbehälter (4) vorgesehen sind, eine Lastelektrode in dem Vakuumbehälter (4) in einem luftdichten Zustand eingeschlossen ist und mit einer Last gekoppelt ist, ein vierter fester Isolator (21) zur Isolierung der Lastelektrode von dem leitenden Material des Vakuumbehälters (4) vorgesehen ist.
Vakuumschaltvorrichtung nach Anspruch 10, bei der ein Kontaktteil der bewegbaren Elektrode (7) zwischen der stationären Elektrode (5) und der Erdungselektrode (39) angeordnet ist und von dem Betätigungsmechanismus so angetrieben wird, dass er schrittweise zwischen der stationären Elektrode (5) und der Erdungselektrode (39) schwingt.
Vakuumschaltvorrichtung nach Anspruch 10, bei der ein Kontaktteil der bewegbaren Elektrode (7) elektrisch mit der Lastelektrode durch einen flexiblen Leiter (22) gekoppelt ist.
Vakuumschaltvorrichtung nach Anspruch 10, bei der ein Kontaktteil der bewegbaren Elektrode (7) von dem Betätigungsmechanismus so angetrieben wird, dass der Kontaktteil wenigstens an einer Position Y2 oder an Positionen Y2 und Y3 zwischen der stationären Elektrode (5) der Erdungselektrode (39) halten kann, wobei die Position Y2 die Position ist, an der der Kontaktteil gehalten wird, bis ein durch den Unterbrechungsvorgang der bewegbaren Elektrode (7) erzeugter Bogen verlischt, und die Position Y3 die Position ist, an der eine ausreichende Isolierung zwischen der bewegbaren Elektrode (7) und der stationären Elektrode (5) sowie der Erdungselektrode (39) sicher aufrechterhalten wird.
Vakuumschaltvorrichtung nach Anspruch 10, bei der, wenn sich die bewegbare Elektrode (7) in der Mittelposition zwischen der stationären Elektrode (5) und der Erdungselektrode (39) befindet, das Volumen des Vakuumbehälters (4) auf der Seite der stationären Elektrode (5) größer ist, als auf der Seite der Erdungselektrode (39).
Vakuumschaltvorrichtung nach Anspruch 10, bei der ein Verbindungsleiter (38) des Erdungsleiters (37) mit dem Vakuumbehälter (4) gekoppelt ist.
Vakuumschaltvorrichtung nach Anspruch 10, bei der der zweite feste Isolator (44, 45, 46) auch dazu dient, dass verhindert wird, dass Strom von der bewegbaren Elektrode (7) zu dem Betätigungsmechanismus strömt.
Vakuumschaltvorrichtung nach Anspruch 10, bei der die stationäre Elektrode (5) und die Erdungselektrode (39) jeweils eine geneigte Kontaktfläche aufweisen.
Vakuumschaltvorrichtung nach Anspruch 10, bei der innere Dreiphasen-Sammelschienen (8) und eine Anschlussklemmenplatte (27) in dem Vakuumbehälter (4) angeordnet sind, und eine der inneren Dreiphasen-Sammelschienen (8) auf einer Seite der Anschlussklemmenplatte (27) und die verbleibenden zwei auf der anderen Seite der Anschlussklemmenplatte in einer überlappenden Beziehung angeordnet sind.