Basismodul für Hochspannungs-Schaltgeräte mit Vakuumschaltröhren und Hochspannungs-Schaltgerät mit dem Basismodul

Die Erfindung betrifft ein Basismodul für Hochspannungs- Schaltgeräte, mit wenigstens zwei Vakuumschaltröhren und mit wenigstens einem Koppelelement zum mechanischen Koppeln der Vakuumschaltröhren an einen Antrieb. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Hochspannungs-Schaltgerät.

Hochspannungs-Schaltgeräte mit Vakuumschaltröhren sind z. B. Leistungsschalter zum Schalten von Spannungen im Hochspannungsbereich, insbesondere größer oder gleich 52 kV, und/oder zum Schalten großer Ströme im Bereich von bis zu einigen zehn Kiloampere. Damit sind z. B. Betriebs- und/oder Fehlerströme in einem elektrischen Übertragungsnetz, z. B. mit Betriebsspannungen größer 380 kV, schaltbar, d. h. zu- bzw. abschaltbar. Die Vakuumschaltröhren eines Hochspannungs-Schaltgerätes sind in einem Dead-Tank-Gehäuse, z. B. einem Metalltank angeordnet, oder in einem Live-Tank-Gehäuse angeordnet, z. B. einem Isolatorgehäuse, insbesondere einem gerippten Keramik-, Silikon-, und/oder Verbundmaterial-Gehäuse. Das Gehäuse ist z. B. mit einem Isoliergas befüllt, z. B. SF ₆ , CO ₂ und/oder Clean Air, d. h. gereinigter, getrockneter Luft.

Eine Vakuumschaltröhre umfasst zwei relativ zueinander bewegbare Schaltkontakte bzw. Kontaktstücke, ein festes und ein bewegliches Kontaktstück oder zwei bewegliche Kontaktstücke . Die Kontaktstücke weisen an ihren gegenüberliegenden Enden Kontaktteller auf, welche im geschlossenen Zustand des Schaltgerätes in mechanischen und elektrischen Kontakt zueinander stehen, und im geöffneten Zustand einen Abstand voneinander aufweisen, womit ein Spalt in einem evakuierten Raum ausgebildet wird. Die Spaltgröße ist z. B. im Bereich von Millimetern bis hin zu Zentimetern, abhängig von der maximal zu haltenden Spannung am Schaltgerät. Als Gehäuse weist die Vakuumschaltröhre, insbesondere zylinderförmig ausgebildet, Keramiksegmente auf , welche durch metallische Schirmelemente , z . B . einem Kupfer- oder Stahlhauptschirm, miteinander verbunden, insbesondere verlötet sind . An einem Ende ist die Va- kuumschaltröhre mit einem Deckel fluiddicht abgeschlossen, insbesondere am Ende des festen Kontaktstücks , welches an dem Ende aus der Vakuumschaltröhre für einen elektrischen Kontakt ragt . Am anderen Ende ist die Vakuumschaltröhre mit einem Faltenbalg fluiddicht abgeschlossen, insbesondere am Ende des beweglich gelagerten Kontaktstücks , welches an dem Ende aus der Vakuumschaltröhre für einen elektrischen Kontakt ragt . Bei Verwendung von zwei beweglichen Kontaktstücken, sind beide Kontaktstücke j eweils über einen Faltenbalg beweglich gelagert . Ein Antrieb, z . B . ein Federspeicherantrieb, ist über Elemente einer kinematischen Kette , z . B . Antriebsstange und Getriebeteile , mit dem oder den beweglichen Kontaktstücken verbunden, zum Antreiben bzw . Bewegen der Kontaktstücke beim Schalten des Schaltgerätes .

Vakuumschaltröhren, insbesondere umfasst von Hochspannungs- Schaltgeräten, sind wartungsarm, langlebig, und werden insbesondere über Federspeicheranriebe einfach und zuverlässig angetrieben . Für hohe Spannungsanforderungen werden z . B . Schaltgeräte mit mehreren Vakuumschaltröhren verwendet , deren Schaltstrecken elektrisch in Reihe geschaltet sind, wie z . B . aus der DE 10 2013 208 419 Al bekannt ist . Alternativ werden z . B . Vakuumschaltröhren mit mehreren Schaltstrecken insbesondere in einer Vakuumschaltröhre verwendet . Für hohe Ströme sind Vakuumschaltröhren parallel zueinander verschaltet anordenbar .

Im Fall von mehreren Vakuumschaltröhren wird, bei geöf fneten Schaltstrecken der Vakuumschaltröhren, eine den Vakuumschaltröhren angepasste Spannungsaufteilung auf die Vakuumschaltröhren angestrebt , d . h . Absteuerung, um eine Überlastung einzelner Vakuumschaltröhren zu vermeiden . Beispielsweise wird bei mehreren gleichartig ausgebildeten, hintereinander geschalteten Vakuumschaltröhren bzw . Schaltstrecken, eine möglichst gleichmäßige Spannungsaufteilung auf die Vakuum- schaltröhren respektive Schaltstrecken angestrebt . Um eine angestrebte Spannungsaufteilung auf die Vakuumschaltröhren zu erreichen, werden beispielsweise passive elektrische Bauelemente wie z . B . Steuerwiderstände , Steuerkondensatoren und/oder Varistoren parallel zu den j eweiligen Vakuumschaltröhren geschaltet .

Vakuumschaltröhren mit Elementen der kinematischen Kette zum Antreiben der beweglichen Kontaktstücke sind von einem I soliergas umgeben im Gehäuse des Schaltgerätes angeordnet . Ein oder mehrere Antriebe sind außerhalb des Gehäuses angeordnet , um eine einfache Wartung zu ermöglichen . Die beweglichen Kontaktstücke einer oder mehrerer Vakuumschaltröhren sind über die Elemente der kinematischen Kette mit dem oder den Antrieben mechanisch verbunden . Elektrische Durchführungen im Gehäuse des Schaltgerätes ermöglichen eine elektrische Kontaktierung der Vakuumschaltröhre oder Vakuumschaltröhren im Inneren des Gehäuses angeordnet , mit äußeren Kontakten zur elektrischen Verbindung mit zu schaltenden Geräten, elektrischen Leitungen und/oder Teilen des elektrischen Stromnetzes . Die Schaltgeräte mit den zuvor erwähnten Komponenten, wie z . B . Vakuumschaltröhren, Gehäuse , Elementen der kinematischen Kette und/oder Antrieb, werden für j eden Schaltgeräte-Typ bzw . für j edes Schaltgerät entsprechend den Anforderungen, wie z . B . maximale Schaltspannung und/oder Kurzschlussstrom, entwickelt .

Abhängig den elektrischen Anforderungen werden Vakuumschaltröhren ausgewählt oder entwickelt , und der Antrieb sowie die kinematische Kette ausgelegt . Entsprechend den elektromagnetischen Verhältnissen werden Gehäuse ausgelegt , um eine ausreichende Spannungs festigkeit dauerhaft zu gewährleisten und Überschläge zu verhindern, welche ein Schaltgerät zerstören können . Dabei spielt das zu verwendende I soliergas eine Rolle . Antriebe und Elemente der kinematischen Kette werden entsprechend der Vakuumschaltröhren und der benötigten Parameter, wie z . B . Schaltzeiten und benötigte Kräfte , ausgelegt . Damit sind hohe Entwicklungskosten verbunden und geringe Stückzahlen für die einzelnen Komponenten, womit hohe Preise für die Komponenten anfallen . Ein modularer Aufbau und eine vorbestimmte Auswahl von Komponenten erfolgt bisher z . B . für Antriebe , welche in unterschiedlichen Typen gebaut werden für unterschiedliche Schaltgeräte . Andere Komponenten wie Gehäuse und Elemente der kinematischen Kette , d . h . Koppelelemente der Vakuumschaltröhren an die Antriebe , erfolgt für Schaltgeräte individuell .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , ein Basismodul für Hochspannungs-Schaltgeräte anzugeben, welches Kosten und Entwicklungsaufwand spart , einfach und zuverlässig für unterschiedliche Schaltgeräte einsetzbar ist , und insbesondere genormte Anschlussmöglichkeiten aufweist . Des Weiteren ist es Aufgabe ein Hochspannungs-Schaltgerät mit dem Basismodul anzugeben, mit den zuvor angegebenen Vorteilen .

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Basismodul für Hochspannungs-Schaltgeräte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , und/oder durch ein Hochspannungs-Schaltgerät mit wenigstens einem, insbesondere mit genau einem zuvor beschriebenen Basismodul gemäß Anspruch 13 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Basismoduls für Hochspannungs- Schaltgeräte und/oder des erfindungsgemäßen Hochspannungs- Schaltgerätes mit wenigstens einem, insbesondere mit genau einem zuvor beschriebenen Basismodul , sind in den Unteransprüchen angegeben . Dabei sind Gegenstände des Hauptanspruchs mit Merkmalen von Unteransprüchen und Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar .

Ein erfindungsgemäßes Basismodul für Hochspannungs- Schaltgeräte umfasst wenigstens zwei Vakuumschaltröhren und wenigstens ein Koppelelement zum mechanischen Koppeln der Vakuumschaltröhren an einen Antrieb . Die wenigstens zwei Vakuumschaltröhren und das wenigstens eine Koppelelement sind erfindungsgemäß in einer Hülle als Basismodul zusammengefasst angeordnet . Durch die Zusammenfassung von Komponenten, insbesondere den wenigstens zwei Vakuumschaltröhren und dem wenigstens einen Koppelelement zum mechanischen Koppeln der Vakuumschaltröhren an einen Antrieb, und durch das Anordnen in einer Hülle als Basismodul zusammengefasst , werden Kosten eingespart . Insbesondere werden Entwicklungskosten eingespart und durch höhere Stückzahlen können geringere Kosten für Komponenten der Hochspannungs-Schaltgeräte erreicht werden . Die elektrischen und mechanischen Anschlüsse des Basismoduls und des Hochspan- nungs-Schaltgerätes können derart aufeinander abgestimmt sein, dass äquivalent einer Normung unterschiedliche Basismodule in einem Hochspannungs-Schaltgerät verbaut werden können und/oder ein Basismodul in unterschiedlichen Hochspannungs- Schaltgeräten verwendet werden kann . Basismodule sind einfach austauschbar, z . B . bei der Wartung und in vielen Hochspannungs-Schaltgeräten bzw . Geräteklassen einsetzbar, womit hohe Stückzahlen der Basismodule verbunden sind und damit geringere Kosten als bei der Einzelanfertigung und speziellen, j eweils angepassten Designs . Die genauen Anforderungen an das Hochspannungs-Schaltgerät , insbesondere die Schaltleistung, Schaltspannung und Kurzschlussströme , sind über die Aus führung im Basismodul zu realisieren, z . B . durch Einsatz und/oder Kombination unterschiedlicher Vakuumschaltröhren, insbesondere ohne die äußeren Abmessungen des Basismoduls und dessen Anschlüsse für unterschiedliche Anwendungen zu verändern .

Das Basismodul kann mit einem I soliermaterial befüllt sein, insbesondere mit einem festen I soliermaterial . Das I soliermaterial kann ein Harz , ein Polymerschaum, ein Kunststof f , PTFE und/oder PCTFE sein und/oder umfassen . Das I soliermaterial ermöglicht eine elektrische I solation der inneren Komponenten wie z . B . Vakuumschaltröhren im Basismodul , um z . B . elektrische Überschläge bei angelegter Spannung zu verhindern . Insbesondere Materialien wie z . B . Harze , Polymerschäume , Kunststof fe , PTFE und/oder PCTFE sind gute elektrische I solatoren . Die Hülle des Basismoduls kann ebenfalls aus diesen Materialien bestehen oder diese umfassen, und/oder die Füllung mit der Hülle bilden einen Körper bzw . das I soliermaterial bildet die Hülle .

Steuerelemente , insbesondere Kondensatoren, Widerstände und/oder Varistoren, können in der Hülle angeordnet sein, insbesondere Steuerelemente für j ede der wenigstens zwei Vakuumschaltröhren . Damit ist eine Absteuerung z . B . der Vakuumschaltröhren möglich, insbesondere bei Anordnung mehrerer Vakuumschaltröhren in Reihe , bei gleichzeitig kompaktem, kostengünstigem Aufbau .

Die wenigstens zwei Vakuumschaltröhren können in Reihe miteinander elektrisch verschaltet sein, insbesondere mit dem wenigstens einen Koppelelement räumlich zwischen den wenigstens zwei Vakuumschaltröhren angeordnet . Damit sind hohe Spannungen schaltbar . Ein Koppelelement zwischen den Vakuumschaltröhren angeordnet und verbunden mit den beweglichen Kontaktstücken der wenigstens zwei Vakuumschaltröhren ermöglicht eine kompakte , einfache und kostengünstige mechanische Verbindung der beweglichen Kontaktstücke mit einem Antrieb, insbesondere über eine einzige mechanische Verbindung bzw . einen mechanischen Anschluss des Basismoduls .

Die wenigstens zwei Vakuumschaltröhren können j eweils wenigstens ein festes und wenigstens ein bewegliches Kontaktstück aufweisen, wobei die festen Kontaktstücke aus der Hülle als elektrische Anschlüsse des Basismoduls geführt sein können, und/oder die beweglichen Kontaktstücke in einer Kammer, welche außerhalb der Vakuumschaltröhren und innerhalb der Hülle angeordnet sein kann, beweglich mit dem wenigstens einen Koppelelement mechanisch verbunden sein können . Feste Kontaktstücke aus der Hülle als elektrische Anschlüsse des Basismoduls geführt , ermöglichen eine einfache , verlustarme und kostengünstige elektrische Kontaktierung bzw . Verbindung des Basismoduls bzw . der Vakuumschaltröhren im Basismodul mit anderen Teilen des Hochspannungs-Leistungsschalters und/oder des Basismoduls und/oder Hochspannungs-Leistungsschalters mit dem elektrischen Netz und/oder zu schaltenden elektrischen Gerä- ten . Bewegliche Kontaktstücke mit dem wenigstens einen Koppelelement mechanisch verbunden in einer Kammer, welche außerhalb der Vakuumschaltröhren und innerhalb der Hülle angeordnet sein kann, ermöglichen einen Verguss bzw . eine Umhüllung der Vakuumschaltröhren und/oder Befüllung des Basismoduls mit einem festen I soliermaterial , wobei die beweglichen Kontaktstücke und das wenigstens eine Koppelelement in der nicht befüllten Kammer beweglich gelagert bleiben, und die Befüllung mit I soliermaterial innerhalb der Hülle und außerhalb der Kammer elektrische Überschläge verhindert bzw . unterbinden kann .

Die Vakuumschaltröhren können koaxial auf einer Längsachse angeordnet sein, und/oder das wenigstens eine Koppelelement kann zwischen den wenigstens zwei Vakuumschaltröhren angeordnet sein, insbesondere eine Drehdurchführung umfassend . Damit ist ein kompakter, einfacher und kostengünstiger Aufbau des Basismoduls möglich, und über das wenigstens eine Koppelelement ist ein einfacher Antrieb bzw . eine einfache Betätigung der beweglichen Kontaktstücke der Vakuumschaltröhren beim Schalten möglich . Insbesondere eine Drehdurchführung ermöglicht einen mechanischen Anschluss der beweglichen Kontaktstücke um 90 Grad verdreht zu der Längsachse der Vakuumschaltröhren, und somit beabstandet zu bzw . elektrisch isoliert von den elektrischen Anschlüssen des Basismoduls . Damit kann ein Antrieb mit einer Längsachse senkrecht zur Längsachse der Vakuumschaltröhren anordenbar sein bzw . angeordnet werden . Somit ergibt sich ein einfacher, kompakter Aufbau, mit einem Antrieb elektrisch isoliert und beabstandet zu den festen Kontaktstücken der Vakuumschaltröhren bzw . den elektrischen Anschlüssen des Basismoduls .

Die Vakuumschaltröhren können mit Längsachsen in einem Winkel ungleich 180 zueinander angeordnet sein oder parallel zueinander angeordnet sein, insbesondere für ein asynchrones Öf fnen und Schließen der Vakuumschaltröhren mit insbesondere einem Antrieb . Abhängig vom Gehäuse eines Hochspannungs- Schaltgerätes kann eine parallele oder eine um 180 Grad ver- setzte Anordnung der Vakuumschaltröhren einen kompakten Aufbau ergeben . Mit einem kompakten Aufbau sind eine Material und Kostenersparnis verbunden . Insbesondere bei asynchron angetriebenen Vakuumschaltröhren kann eine Anordnung der Vakuumschaltröhren mit Längsachsen in einem Winkel ungleich 180 zueinander vorteilhaft sein, um durch die Anordnung z . B . Getriebeelemente einsparen zu können . Weiterhin können Anordnungen der Vakuumschaltröhren mit Längsachsen in einem Winkel ungleich 180 zueinander z . B . eine für Wartungspersonal sichere , insbesondere gegenüber dem Fundament des Hochspan- nungs-Schaltgerätes gut isolierte Anordnung von elektrischen Anschlüssen ermöglichen . Eine Anordnung der Vakuumschaltröhren mit Längsachsen in einem Winkel ungleich 180 ermöglicht ein asynchrones Schalten, z . B . zeitlich versetzt . Insbesondere bei unterschiedlichen Vakuumschaltröhren, z . B . einer vorwiegend spannungs- und einer vorwiegend stromschaltenden Vakuumschaltröhre , kann ein zeitlich versetztes bzw . verzögertes Schalten zwischen den Vakuumschaltröhren von Vorteil sein .

Das Basismodul kann genau zwei Vakuumschaltröhren umfassen . Die zuvor beschriebenen Vorteile , insbesondere bezüglich einem kompakten Aufbau mit genormten Anschlüssen insbesondere auf entgegengesetzten Seiten des Basismoduls , ist mit genau zwei Vakuumschaltröhren gut zu realisieren .

Die Vakuumschaltröhren können von der Hülle vollständig umschlossen werden, insbesondere mit Ausnahme der nach außen geführten festen Kontaktstücke . Alternativ können die Vakuumschaltröhren nur teilweise von der Hülle umschlossen werden, insbesondere im Bereich der beweglichen Kontaktstücke . Erstere Variante ermöglicht eine gute elektrische I solation der Anschlüsse des Basismoduls bzw . insbesondere der festen Kontaktstücke gegeneinander, wodurch elektrische Überschläge insbesondere im ausgeschalteten Zustand mit angelegter Spannung verringert bzw . vermieden werden können . Elektrische Überschläge können zu einer Beschädigung bis hin zur Zerstörung der Basismodule und/oder Vakuumschaltröhren führen . Die zweitere Variante , d . h . die Vakuumschaltröhren nur teilweise von der Hülle umschlossen, kann zu einer Materialeinsparung und damit einer Kosteneinsparung und zu einem kompakten Aufbau führen . Insbesondere in Livetank-Leistungsschaltern, mit einem I solator als Gehäuse , kann eine teilweise Umhüllung der Vakuumschaltröhren durch die Hülle ausreichend sein, um eine ausreichende Spannungs festigkeit ohne elektrische Überschläge zu ermöglichen .

Die wenigstens zwei Vakuumschaltröhren können unterschiedliche Vakuumschaltröhren umfassen, insbesondere wenigstens eine Vakuumschaltröhre zur Stromunterbrechung und wenigstens eine Vakuumschaltröhre zur Spannungsisolation, welche unterschiedlich ausgelegt sein können, insbesondere in den räumlichen Abmessungen, im Aufbau, im Hub, und/oder in der Strom- /Spannungstragf ähigkeit . Damit sind einfach und kostengünstig unterschiedliche Aufgaben und Einsatzgebiete der Basismodule realisierbar, z . B . der Einsatz bei bestimmten maximalen Spannungsebenen und/oder Kurzschlussstromstärken . Entsprechend dem Gehäuse des Hochspannungs-Schaltgerätes und/oder den Abmessungen des Basismoduls können die Vakuumschaltröhren ausgelegt sein, mit vorbestimmten Strom- / Spannungstragf ähigkeit en .

Ein erfindungsgemäßes Hochspannungs-Schaltgerät mit wenigstens einem Basismodul , insbesondere mit genau einem Basismodul , wie zuvor beschrieben, umfasst , dass das Hochspannungs- Schaltgerät ausgebildet ist , Spannungen im Hochspannungsbereich, insbesondere im Bereich größer oder gleich 52 kV zu schalten, und/oder dass das Hochspannungs-Schaltgerät mit Clean Air als I soliergas befüllt ist . Clean Air als I soliergas ermöglich eine umweltfreundliche , C0 ₂ neutrale bzw . klimafreundliche I solierung des Schaltgerätes im Inneren . Die zuvor beschriebenen Vorteile bezüglich des Basismoduls sind insbesondere bei Schaltgeräten im Hochspannungsbereich, z . B . im Bereich der Schaltspannung größer 52 kV, anwendbar . Jedes Basismodul des Hochspannungs-Schaltgerätes kann genau zwei elektrische Anschlüsse nach außen und genau einen mechanischen Anschluss für den Antrieb umfassen . Damit sind alle notwendigen Eigenschaften mit minimaler Anzahl an Anschlüssen realisierbar . Das Hochspannungs-Schaltgerät kann Basismodule umfassen, mit insbesondere genormten, gleichen äußern Abmessungen . Damit sind hohe Stückzahlen der Basismodule möglich, womit Skalierungsef fekte , wie z . B . geringe Kosten pro Basismodul , verbunden sind .

Die Vorteile des erfindungsgemäßes Hochspannungs- Schaltgerätes mit wenigstens einem Basismodul , insbesondere mit genau einem Basismodul , wie zuvor beschrieben, gemäß Anspruch 13 , sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Basismoduls für Hochspannungs-Schaltgeräte gemäß Anspruch 1 und umgekehrt .

Im Folgenden werden Aus führungsbeispiele der Erfindung schematisch in den Figuren dargestellt und nachfolgend näher beschrieben .

Dabei zeigen die

Figur 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Basismodul 1 für Hochspannungs-Schaltgeräte , mit zwei Vakuumschaltröhren 3 und einem Koppelelement 5 in einer Hülle 4 zusammengefasst angeordnet , und

Figur 2 schematisch ein erfindungsgemäßes Hochspannungs- Schaltgeräte 2 mit dem Basismodul 1 der Figur 1 .

In Figur 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Basismodul 1 für Hochspannungs-Schaltgeräte dargestellt , in Schnittansicht , von der Seite . Das Basismodul 1 umfasst zwei Vakuumschaltröhren 3 und ein Koppelelement 5 , welche in einer Hülle 4 angeordnet sind . Die Hülle 4 ist oder umfasst z . B . ein Gehäuse aus Kunststof f oder Metall , insbesondere Stahl- und/oder Aluminiumblech . Die Hülle 4 ist insbesondere mit ei- nem Isolierstoff 7 befüllt, z. B. einem Isoliergas, insbesondere SF ₆ , C0 ₂ und/oder Clean Air, d. h. gereinigter Luft, und/oder ist mit einem Feststoff als Isolierstoff 7 befüllt, z. B. einem Harz, Polymerschaum, Kunststoff, PTFE und/oder PCTFE. Die Füllung aus Isolierstoff 7 kann auch die Hülle 4 bilden, ohne dass eine äußere Begrenzung nach Art eines Gehäuses umfasst ist.

Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 umfasst das Basismodul 1 zwei Vakuumschaltröhren 3. Alternativ können auch mehr als zwei Vakuumschaltröhren 3 umfasst sein. Die Vakuumschaltröhren 3 weisen jeweils ein Gehäuse auf, welches z. B. einen mittigen Hauptschirm und jeweils ein sich rechts und links bündig anschließendes Keramiksegment umfasst. Der Hauptschirm und die Keramiksegmente sind z. B. hohlzylinderförmig bzw. rohrförmig ausgebildet, und an den Enden der Vakuumschaltröhre 3 jeweils fluiddicht verschlossen. Im Inneren ist die Va- kuumschaltröhre 3 evakuiert bzw. herrscht ein Vakuum. Von den Enden der Vakuumschaltröhre 3 her ragen Kontaktstücke 9, 10 in das Gehäuse der Vakuumschaltröhre 3 hinein, z. B. ein festes Kontaktstück 9 von einer Seite bzw. Grundfläche des Zylinders her und ein bewegliches Kontaktstück 10 von der anderen Seite bzw. Deckfläche des Zylinders, d. h. der Vakuum- schaltröhre 3 her.

Der Hauptschirm ist z. B. aus einem Metall, insbesondere Kupfer und/oder Stahl, und umfasst z. B. im Inneren Bedampfungsschirme, welche der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt sind. Die hohlzylinderförmigen Keramiksegmente sind z. B. aus gesinterter Keramik hergestellt und insbesondere oberflächenbehandelt. Die Keramiksegmente umfassen z. B. Keramiksegment-Elemente, welche über Dampfschirme miteinander verbunden sind. Dabei erfolgt eine Verbindung z. B. bei einem Lötvorgang in einem Ofen bei einigen hundert Grad Celsius, bei der Herstellung der Vakuumschaltröhre 3. Die Dampf schirme sind z. B. aus Metall, insbesondere Kupfer und/oder Stahl, und ringförmig ausgebildet. Im Inneren der Vakuumschaltröhre 3 umfassen die Dampf schirme z. B. Bedampfungsschirme, welche der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt sind . Nach Außen gezogen ragen die Dampf schirme z . B . in Form flacher Ringe aus der Vakuumschaltröhre 3 heraus bzw . über den Keramiksegment-Element Umfang hinaus . Die Dampf schirme unterteilen ein j eweiliges Keramiksegment in Keramiksegment- Elemente .

Die Kontaktstücke 9 , 10 der Vakuumschaltröhre 3 sind z . B . aus Kupfer und/oder Stahl , und insbesondere bol zenförmig, mit z . B . geschlitzten, tellerförmigen Enden im Inneren der Vaku- umschaltröhre 3 ausgebildet . Das feste Kontaktstück 9 ist z . B . fluiddicht mit einem deckel förmigen Verschluss auf einem Ende der Vakuumschaltröhre 3 verbunden, wobei der Verschluss z . B . aus einem Metall , insbesondere Kupfer und/oder Stahl hergestellt ist . Das bewegliche Kontaktstück 10 ist z . B . fluiddicht , beweglich mit einem Faltenbalg auf dem anderen Ende der Vakuumschaltröhre 3 verbunden, wobei der Faltenbalg z . B . aus einem Metall , insbesondere Stahl hergestellt ist und die Vakuumschaltröhre 3 fluiddicht verschließt .

Uber die nach Außen geführten Bol zen des festen Kontaktstücks

9 und des beweglichen Kontaktstücks 10 , ist die Vakuumschaltröhre elektrisch kontaktierbar . Das bewegliche Kontaktstück

10 ermöglicht ein elektrisches Schalten durch Bewegung zum festen Kontaktstück 9 hin, d . h . zum Schließen eines Spalts zwischen den tellerförmigen Kontaktstück-Enden der Kontaktstücke 9 und 10 , beim Einschalten, und durch Bewegung vom festen Kontaktstück 9 weg, d . h . zum Erzeugen eines Spalts zwischen den tellerförmigen Kontaktstück-Enden der Kontaktstücke 9 und 10 , beim Ausschalten . Alternativ oder zusätzlich können auch zwei oder mehr bewegliche Kontaktstücke verwendet werden . Der erzeugte Spalt zwischen den Kontaktstück-Enden der Kontaktstücke 9 und 10 sowie die Kontaktstück-Enden selbst , sind im evakuierten Inneren der Vakuumschaltröhre 3 angeordnet , womit ein Spalt im Bereich von Millimetern bis hin zu Zentimetern zum Ausschalten insbesondere von Hochspannungen ausreicht . Die Vakuumschaltröhre 3 hat z . B . eine Länge im Bereich von insbesondere 30 bis 100 Zentimetern, und einen Umfang im Bereich von insbesondere 10 bis 100 Zentimetern .

Um den Umfang oder entfernt vom Gehäuse der Vakuumschaltröhre 3 , und/oder parallel geschaltet zur Vakuumschaltröhre 3 , sind z . B . Steuerelementen 8 angeordnet , wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist . Die Steuerelemente 8 sind z . B . in der Hülle 4 angeordnet . Steuerelemente 8 sind insbesondere Kondensatoren, Widerstande und/oder Varistoren . Kondensatoren sind insbesondere keramische Kondensatoren, z . B . mit Werten der Kapazität einzelner Kondensatoren im Bereich von 10 bis 4000 pF . Damit ergibt sich eine Gesamtkapazität der Anordnung z . B . im Bereich von 10 bis 4000 pF . Widerstände sind insbesondere Ohm' sehe Widerstände , z . B . mit Werten einzelner Widerstände im Bereich von wenigen Ohm bis hin zu einigen hundert , oder einigen tausend, oder einigen zehntausend Ohm, oder einigen hunderttausend Ohm . Damit ergibt sich ein Gesamtwiderstand im Bereich von wenigen Ohm bis hin zu einigen hundert Ohm, einigen tausend Ohm, einigen zehntausend Ohm oder einigen hunderttausend Ohm . Uber die Steuerelemente 8 sind die Spannungen über die Vakuumschaltröhren absteuerbar, insbesondere bei Reihenschaltung mehrerer Vakuumschaltröhren .

Im Aus führungsbeispiel der Figuren 1 und 2 sind die zwei Vakuumschaltröhren 3 des Basismoduls 1 für Hochspannungs- Schaltgeräte 2 über das Koppelelement 5 elektrisch verschaltet , insbesondere in Reihe geschaltet . Elemente des Koppelelements 5 sind elektrisch leitend, z . B . aus einem Metall , insbesondere Kupfer und/oder Stahl , und verbinden die im Aus führungsbeispiel beweglichen Kontaktstücke 10 miteinander elektrisch . Uber das Koppelelement 5 sind die beweglichen Kontaktstücke 10 mechanisch antreibbar, insbesondere beim Schalten . Insbesondere kann ein Drehelement und/oder ein Drehgetriebe vorgesehen sein, vom Koppelelement 5 umfasst , zwischen den zwei Vakuumschaltröhren 3 angeordnet und mechanisch sowie elektrisch mit den beweglichen Kontaktstücken 10 verbunden, um die beweglichen Kontaktstücke 10 beim Schalten anzutreiben, insbesondere in entgegengesetzte Richtungen . Das Drehelement und/oder Drehgetriebe ist z. B. in einer Kammer 11 insbesondere beweglich angeordnet, um insbesondere bei einer Hülle 4 des Basismoduls 1, welche mit einem Feststoff als Isolierstoff 7 befüllt ist, eine Bewegung der Kontaktstücke 10 zu ermöglichen. Dabei sind die Kontaktstück-Enden der beweglichen Kontaktstücke 10, welche aus dem Inneren der Vakuumschaltröhren 3 herausragen, in der Kammer 11 beweglich angeordnet und mit dem Drehelement und/oder Drehgetriebe in der Kammer 11 mechanisch verbunden. Die Hülle 4 ist mit einem Isolierstoff 7 befüllbar bzw. befüllt, mit Ausnahme des Inneren der Vakuumschaltröhren 3 und der Kammer 11, z. B. durch Ausgießen und/oder Ausschäumen mit einem Feststoff. Insbesondere eine Antriebswelle und/oder Antriebsstange 15 zum Antreiben des Drehelements und/oder Drehgetriebes, mechanisch verbunden mit dem Koppelelement 5, ist z. B. in einer Hülse 18 von der Außenseite der Kammer 11 zur Innenseite der Hülle 4 beweglich geführt. Alternativ ist die Kammer 11 z. B. direkt an einer Seitenfläche der Hülle 4 angeordnet, um eine Bewegung der beweglichen Elemente, z. B. einer Antriebswelle, des Drehelements und/oder Drehgetriebes, und/oder der beweglichen Kontaktstücke 10 mit dem Koppelelement 5 verbunden, zu ermöglichen, insbesondere bei einer Befüllung der Hülle 4 mit einem festen Isolierstoff 7. Alternativ oder zusätzlich ist der Bereich des Koppelements 5, der Antriebsstange 15 und der beweglichen Kontaktstücke 10 sowie deren mechanischen Verbindungen vom Isolierstoff 7 auszusparen bzw. ausgespart.

Die Figur 2 zeigt das erfindungsgemäße Basismodul 1 in einem Hochspannungs-Schaltgerät 2, insbesondere einem Circuit- Breaker bzw. Hochspannungs-Leistungsschalter, angeordnet. Über eine Antriebsstange 15, insbesondere eine Drehwelle, sind die beweglichen Kontaktstücke 10 der Vakuumschaltröhren 3, insbesondere über das oder die Drehelemente und/oder Drehgetriebe umfasst vom Koppelelement 5, beim Schalten antreibbar bzw. bewegbar. Die Antriebsstange 15 verbindet mechanisch als Teil einer kinematischen Kette die beweglichen Kontaktstücke 10 der Vakuumschaltröhren 3, insbesondere über das oder die Drehelemente und/oder Drehgetriebe umfasst vom Koppelelement 5 , mit einem Antrieb 6 . Der Antrieb 6 ist z . B . ein Federspeicherantrieb und/oder umfasst einen insbesondere elektrischen Motor .

Die Vakuumschaltröhren 3 sind in dem Aus führungsbeispiel der Figuren auf einer gemeinsamen Achse 12 , welche den Längsachsen der Vakuumschaltröhren 3 entsprich, d . h . koaxial bzw . kongruent angeordnet . Alternativ können die Vakuumschaltröhren 3 mit parallelen Längsachsen gegeneinander versetzt angeordnet sein oder mit einem Winkel der Achsen ungleich 180 Grad zueinander, z . B . mit einem Winkel von 90 Grad, insbesondere beim asynchronen Schalten der Vakuumschaltröhren 3 . Die Antriebsstange 15 kann alternativ zu einer Drehbewegung die Antriebskraft durch eine Translationsbewegung insbesondere in Verbindung mit wenigstens einem Getriebe übertragen . Die Antriebsstange 15 und der Antrieb 6 liegen z . B . auf einer gemeinsamen Achse , insbesondere der Längsachse des Antriebs 6 . Alternativ können weitere Elemente einer kinematischen Kette zwischen Antrieb 6 und Koppelelement 5 angeordnet sein, welche z . B . eine Anordnung des Antriebs 6 schräg bzw . versetzt zum Koppelelement 5 und/oder der Antriebsstange 15 ermöglichen . Ein oder mehrere Antriebe 6 treiben z . B . ein Basismodul 1 oder mehrere Basismodule 1 gleichzeitig oder zeitlich versetzt an .

In den Figuren ist ein Aus führungsbeispiel mit einer T- förmigen Anordnung der Vakuumschaltröhren 3 und des Antriebs 6 beispielhaft dargestellt , wobei die Vakuumschaltröhren 3 auf einer gemeinsamen Achse 12 , mit koaxialen Längsachsen 12 der Vakuumschaltröhren 3 , in der Hülle 4 angeordnet sind, mit dem Koppelelement 5 in der Hülle 4 , zwischen den Vakuumschaltröhren 3 , angeordnet . In einem 90 Gradwinkel zur Achse 12 ist die Antriebstange 15 koaxial mit dem Antrieb 6 auf der gemeinsamen Längsachse des Antriebs 13 angeordnet , womit sich eine T- förmige Anordnung ergibt . Das Hochspannungs- Schaltgerät 2 , welches als ein Aus führungsbeispiel schematisch in Schnittansicht von der Seite in Figur 2 dargestellt ist, umfasst ein Gehäuse 16, welches z. B. mit einem Isoliergas 14 im Inneren befüllt ist, z. B. mit SF ₆ , C0 ₂ , und/oder Clean Air bzw. gereinigter Luft. In dem Gehäuse 16 des Hoch- spannungs-Schaltgerätes 2 ist ein Basismodul 1 angeordnet, welches z. B. über die festen Kontaktstücke 9 der Vakuumschaltröhren 3, welche aus dem Basismodul 1 ragen, elektrisch kontaktiert und/oder mechanisch befestigt wird bzw. ist. Dazu sind z. B. die Anschlüsse des Hochspannungs-Schaltgerätes 17, welche zum elektrischen Anschluss z. B. ans Netz, an zu schaltende elektrische Geräte und/oder Anlagen dienen, von außen in das Gehäuse 16 geführt, und elektrisch und/oder mechanisch mit den festen Kontaktstücken 9 der Vakuumschaltröhren 3, welche zur Kontaktierung des Basiselements 1 dienen, verbunden. Der Antrieb 6, welcher am Gehäuse 16 befestigt ist, ist mechanisch z. B. über die Antriebsstange 15, welche im Gehäuse 16 vom Antrieb 6 zum Basismodul 1 geführt ist, mit dem Basismodul 1, insbesondere dem Koppelelement 5 des Basismoduls 5, verbunden. Somit ist die Antriebskraft bzw. Antriebsbewegung des Antriebs 6 über insbesondere die Antriebsstange bzw. -welle, dem Koppelelement 5 auf die beweglichen Kontaktstücke 10 der vakuumschaltröhren 3 übertragbar, insbesondere beim Schalten des Hochspannungs-Schaltgerätes 2 bzw. des Basismoduls 1.

Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. statt einem Basismodul 1 auch zwei oder mehr Basismodule 1 im Gehäuse 16 des Hochspannungs-Schaltgerätes 2 vorgesehen sein. Das Hochspannungs-Schaltgerät 2 kann mehr als ein Gehäuse 16 mit Basismodul 1 oder Basismodulen 1 aufweisen, insbesondere mit gleich ausgeführten, z. B. genormten Basismodulen 1. Z. B. können für jede zu schaltende elektrische Phase Gehäuse 16 mit Basismodul 1 und/oder Basismodulen 1 vorgesehen sein. Dazu können ein oder mehrere Antriebe 6 vorgesehen sein.

Die Vakuumschaltröhren 3 eines oder mehrerer Basismodule 1 können in Reihe und/oder parallel geschaltet sein. Das Gehäu- se 16 des Hochspannungs-Schaltgerätes 2 ist z. B. ein gasdicht verschlossener Metalltank- und/oder ein gasdicht verschlossenes Isolator-Gehäuse. Metalltank-Gehäuse sind z. B. aus Stahl und/oder Aluminium, insbesondere auf Erdpotential nach Art eines Dead-Tank. Isolator-Gehäuse sind z. B. aus Keramik, Silikon und/oder Verbundwerkstoffen, insbesondere mit einer gerippten äußeren Oberfläche zur Verlängerung von Kriechstrompfaden. Das Gehäuse 16 ist z. B. mit Clean Air, d. h. gereinigter Luft, als Isoliergas 14 befällt, welches klimaneutral ist. Alternativ oder zusätzlich können Isoliergase 14 wie z. B. SF ₆ und/oder C0 ₂ verwendet werden.

Das Koppelement 5 ist in einer Kammer 11 angeordnet, insbesondere bei einem festen Isolierstoff 7 in der Hülle 4. Bei gasförmigen Isolierstoffen in der Hülle 4, wie z. B. SF ₆ , C0 ₂ und/oder Clean Air, kann auf die Kammer 11 verzichtet werden. Die Kammer 11, die Hülle 4 und/oder das Gehäuse 16 können Gase mit unterschiedlichen Drücken umfassen.

Die Vakuumschaltröhren 3 sind, wie in den Figuren dargestellt ist, über die beweglichen Kontaktstücke 10 miteinander verbunden, insbesondere elektrisch und mechanisch über das Koppelelement 5. Alternativ können die Vakuumschaltröhren 3 über die festen Kontaktstücke 9 miteinander elektrisch verbunden sein, z. B. über ein Kabel, und mechanisch über das Koppelement z. B. elektrisch isoliert. Oder eine elektrische und/oder mechanische Verbindung erfolgt über ein bewegliches 10 und ein festes 9 Kontaktstück . Ein Antrieb 6, z. B. ein Motor- und/oder Federspeicherantrieb, oder mehrere Antriebe 6 können vorgesehen sein, um die beweglichen Kontaktstücke 10 zu bewegen bzw. anzutreiben. Elemente der kinematischen Kette können eine Antriebstange 15 umfassen, Getriebe, und/oder Wellen. Alternativ kann das Koppelelement 5 direkt vom Antrieb 6 angetrieben werden.

Die Verwendung von gleichen oder unterschiedlichen Basismodulen 1, welche in hohen Stückzahlen kostengünstig produziert werden können, insbesondere mit gleichen äußeren Abmessungen, ermöglicht einen einfachen Austausch in Hochspannungs- Schaltgeräten 1 . In einem Schaltgeräte-Typ können unterschiedliche Basismodule , insbesondere mit gleichen äußeren Abmessungen und/oder Anschlüssen, verwendet werden . Damit ist z . B . bei Verwendung verschiedener Vakuumschaltröhren 3 und/oder einer unterschiedlichen Anzahl von Vakuumschaltröhren 3 in einem oder mehr Basismodulen 1 , eine einfache Anpassung eines Schalter-Typs auf unterschiedliche zu schaltende Spannungen und/oder Ströme möglich . Alternativ können gleiche oder unterschiedliche Basismodule 1 , insbesondere mit gleichen äußeren Abmessungen und/oder Anschlüssen, in unterschiedlichen Hochspannungs-Schaltgeräten 2 verwendet werden, wobei z . B . zur Anpassung der zu schaltenden Spannungen und/oder Ströme die Zahl der Basismodule 1 im Schaltgeräte- Typ verändert wird, d . h . das Gehäuse 16 angepasst wird entsprechend den gewünschten Schalteigenschaften, bei Verwendung insbesondere standardisierter, kostengünstiger Basismodule 1 .

Bezugs zeichenliste

1 Basismodul

2 Hochspannungs-Schaltgerät

3 Vakuumschaltröhre

4 Hülle

5 Koppelelement an einen Antrieb

6 Antrieb

7 Isolierstof f

8 Steuerelement

9 Festes Kontaktstück

10 Bewegliches Kontaktstück

11 Kammer

12 Längsachse der Vakuumschaltröhren

13 Längsachse des Antriebs

14 Isoliergas

15 Antriebsstange

16 Gehäuse Hochspannungs-Schaltgerät

17 Anschluss des Hochspannungs-Schaltgeräts

18 Hülse