DE2204113C3 - Kontaktanordnung für Vakuumschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit zwei in einer Achse liegenden in und außer Eingriff bringbaren Schaltstücken und mit jeweils einer um jedes der Schaltstücke angeordneten Elektroden, die aus einer Schar einzelner Bleche gebildet sind, zwischen denen Spalte freigelassen sind, deren jeweilige Breite mindestens gleich der Stärke eines Bleches ist, und deren Ebenen sich parallel zur Schaltstückachse erstrecken und deren der jeweiligen anderen Elektrode gegenüberliegende Kanten in einer senkrecht zur Schältstückächse verlaufenden Elektrodenebene liegen.

Aus der CH-PS 4 51 286 ist eine Kontaktanordnung, insbesondere für Vakuumschalter bekannt, bei der jedes Schaltstück von einer Lichtbogenelektrode umschlossen ist. Die Lichtbogenelektrode besteht bei dieser Anordnung aus zu der Achse der Sch?.ltstücke parallelen, evolventenförmig gebogenen Blechen, die zu einem festen Paket vereinigt sind, wobei die Bleche abwechselnd aus zweierlei Werkstoffen von verschiedener elektrischer Leitfähigkeit bestehen. Die Stromzufuhr zu den Fußpunkten des auf die Uchtbogenelektrode radial nach außen gedrängten Lichtbogens erfolgt vorzugsweise auf den elektrisch besser leitenden Blechen, so daß die dadurch erzwungene bogenförmige Strombahri eine tangential Beschleunigungskraft auf den Lichtbogen ausübt, wodurch dieser bis zu seinem

ίο Erlöschen am äußeren Umfang der Lichtbogenelektrode um die Kontaktachse rotiert Durch die rasche Bewegung der Lichtbogenfußpunkte wird eine unerwünschte, hohe, lokale Erwärmung der Kontaktoberfläche vermieden. Aus der DE-AS 12 26 693 ist eine weitere Kontaktanordnung für einen Vakuumschalter bekannt. Bei dieser Anordnung sind die beiden Schaltkontakte von becherförmigen Lichtbogenelektroden umgeben. Diese becherförmigen Lichtbogenelektroden sind mit Schlitzen versehen, die mit einem einen im Verhältnis zu den übrigen Teilen der Lichtbogenelektroden hohen spezifischen Widerstand aufweisenden Material ausgefüllt sind. Bei entsprechender Ausrichtung der Schlitze erreicht man durch diese Anordnung, daß der in der Lichtbogenelektrode zum Lichtbogenfußpunkt fließende Strom auch eine Tangentialkomponente aufweist Das Magnetfeld der Tangentialkomponente des Stromes bewirkt ein Rotieren des Lichtbogens um die Achse der L.ichtbogenelektrode. Nachteil dieser Anordnungen ist, daß über etwa 5—1OkA Abschaltstrom der Kontaktabbrand relativ groß ist wodurch die Lebensdauer des Vakuumschalters bei hohen Abschaltströmen herabgesetzt wird.

Versuche haben gezeigt, daß der Lichtbogen zwischen großflächigen Elektroden, wie z. B. zwischen den vorher erwähnten Lichtbogenelektroden, in zwei verschiedenen Zuständen brennen kann. Unterhalb 5 IcA brennt der Lichtbogen diffus. Wird diese Stromgrenze überschritten, entsteht ein Säulenlichtbogen. Der Kontaktabbrand ist be· Säulenlichtbögen beträchtlich und somit ist auch die Lebensdauer des Vakuumschalters vermindert. Ein diffuser Lichtbogen verursacht keinen zu großen Kontaktabbrand. Zur Erhaltung des diffusen Bereichs des Lichtbogens ist aus der DE-OS 19 33 438 eine Lösung bekannt, bei welcher der Lichtbogen zwischen koaxialen Zylindern brennt und wandert. Nachteil dieser Lösung ist, daß die ionisierten Gase bei einer Abschaltung im elektrisch beanspruchten Raum zwischen den beiden gegenüberliegenden Elektroden bleiben und die Lichtbogenlöschung erschweren.

Bei einer weiteren, aus der GB-PS 12 27 833 bekannten Lösung stehen zwei becherförmig ausgebildete Elektroden mit je einem eine öffnung begrenzenden eingebördelten Lippenteil einander gegenüber,

wobei die Öffnungen der Becher einander zugekehrt sind. Bei dieser Lösung werden die ionisierten Gase aus dem Raum zwischen den Elektroden in den elektrisch unbeanspruchten Räumen der Becher gesammelt, abgekühlt und kondensiert Nachteil dieser Anordnung ist, daß zwischen den becherförmigen Elektroden Oberhalb etwa 1OkA Abschaltstrom auch ein Säulenlichtbogen entsteht, wodurch ein großer Kontaktab brand verursacht wird.
Aus der FR PS IJ 89 836 ist ein Vakuumschalter mit zwei in und außer Eingriff bringbaren Kontaktstücken bekannt. Die beiden einander gegenüberliegenden Kontaktstücke bestehen aus mehreren elektrisch parallel geschalteten Teilkontakten. Um im Betrieb und

bei der gleichzeitigen Trennung der Kontaktstücke in den Teilkontaktpaaren mindestens annähernd den gleich Strom führen zu können, sind den Teilkontaktpaaren Induktivitäten in Reihe geschaltet Diese Induktivitäten müssen mit relativ kleinen Toleranzen hergestellt werden, sind daher auch kostspielig und verteuern den ganzen Vakuumschalter. Ein der in der FR-PS 13 89 836 dargestellten Kontaktstücke besteht aus einem rcHÜeren Kupferstab und aus mehreren diesen Kupferstab konzentrisch umgebenden Blechzylindern. Zwischen dem Kupferstab und dem innersten Blechzylinder sowie zwischen den einzelnen Blechzylindern sind Spalte vorgesehen. Die zum gegenüberliegenden Kontaktstück zugewendeten Enden des Kupferstabes und der Blechzylinder liegen in einer Ebene. Obwohl is die zu den Teilkontakten in Reihe geschalteten Induktivitäten bei geschlossenem Schalter für eine gleichmäßige Stromverteilung in den Teilkontakten sorgen, kann nicht verhindert werden, daß sich der Lichtbogen zwischen den beiden Kontaktstücken aufgrund seines magnetischen Eigenfeldes einschnürt. Der Schaltiichtbogen wird daher vor allen: zwischen den zentral angeordneten, relativ großflächigen Kupferstäben brennen, zwischen großflächigen Elektroden brennt aber der Lichtbogen nur bei relativ kleinen 2s Stromwerten diffus. Die anderen in der FR-PS 13 89 836 beschriebenen Kontaktstücke weisen zwar unterteilte aber relativ großflächige, dem anderen Kontaktstück zugekehrte Oberflächen auf, die die Aufrechterhaltung des Schaltfichtbogens im diffusen Bereich nur bei relativ kleinen Stromwerten zulassen.

Aus der DD-PS 77 015 ist eine Schaltelektrode für Vakuumschalter bekannt, die aus mit einem Werkstoff umgossenen, entgasten, schwerschmelzenden Blechen sowie und/oder aus Drähten bzw. Netzen zusammengesetzt ist. Bei dieser Schaltelektrode wird durch die schwerschmelzenden Bleche eine ausreichende mechanische Festigkeit und teilweise auch Festigkeit gegen Verschweißen der Schaltelektroden miteinander erreicht Dies; Bleche sind in einem anderen Werkstoff, wie in solchem mit einem niedrigen Abreißstrom oder in solchem mit einem hohen Abschaltvermögei eingebettet Die Schaltelektrodenpaare weisen dabei eine zusammenhängende, große Oberfläche auf, zwischen denen ein Lichtbogen nur bei relativ kleinen Stromwerten diffus brennen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit zwei in einer Achse liegenden, eine einzige Kontaktstelle aufweisenden Schaltstücken der eingangs genannten Art anzugeben, welche eine so Aufrechterhaltung des diffusen Bereichs des Lichtbogens auch überhalb von etwa 5—1OkA Abschaltstrom ermöglicht

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die beiden Elektroden ortsfest und einander beabstandet angeordnet sind und die jeweils eine Elektrode bildenden Bleche in mindestens einem gemeinsamen, mit dem jeweiligen Anschluß des Vakuumschalters in direkter elektrischer Verbindung stehenden Elektrodenträger befestigt sind und daß die eo Schaltstücke im ausgeschalteten Zustand des Vakuumschalters hinter die durch die Kanten der Bleche gebildeten Elektrodenebenen zurückgezogen sind.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Kontaktanordnung erlaubt gegenüber dem durch die FR-PS 13 89 836 gegebenen Stand der Technik die Aufrechterhaltung des diffusen Bereichs Ay.. Lichtbogens und somit auch seine Löschung auch Oberhalb von etwa 5—1OkA

Abschaltstrom mit einer einzigen Kontaktstelle.

Eine besonders vorteilhafte Anordnung der Bleche m dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche um die den beiden Schaltstücken gemeinsame Achse radial angeordnet und mit ihren von der Achse abgewendeten Enden in einem zur Achse koaxial angeordneten zylindrischen Elektrodenträger befestigt sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Vakuumschalter im Schnitt

Fig.2 einen Querschnitt über die Mitte des Vakuumschalters in F i g. 1

F i g. 3 eine Elektrode aus parallelen Blechen F i g. 4 eine Elektrode aus koaxialen Zylindern F i g. 5 eine Elektrode mit gebogenen Blechen, und F i g. 6 einen Teil einer Elektrodenoberfläche.

Nach F i g. 1 besteht das vakuumdichte Gehäuse des Schalters aus einem zylindrischen Teil 1 aus elektrisch isolierendem Material, einem Met?!'ieckel 2 mit dem darin festsitzenden Schaltstück 3 und rrU dem darauf befestigten rohrförmigen Elektrodenträger 4 und einem zweiten Metalldeckel 5, der das mittels eines Balges 6 daran befestigte bewegliche Schaltstück 7 una den Elektrodenträger 8 trägt Das bewegliche Schaltstück 7 ist in seiner Einschaltstellung gezeichnet und kann mittels einer nicht dargestellten Betätigungseinrichtung in der Pfeilrichtung hin und her bewegt werden. Die Elektrodenträger 4 und 8 tragen die radial angeordneten Bleche 9 und 10 der Lichtbogenelektrode (siehe auch F i g. 2). Die Innenfläche des zylindrischen Teiles 1 ist gegen die Kondensation auftretender Metalldämpfe durch einen röhrenförmigen Metallschild 11 geschützt der nur in der Mitte des Teiles 1 befestigt und so von den beiden Metalldeckeln 2 und 5 vollständig isoliert ist Die Schaltstücke 3 und 7 haben eine stumpfe Kontaktauflagefläche 12. Beim Abschalten eines Stromes trennen sich die Schaltstücke 3 und 7 und der Lichtbogen wird zunächst zwischen ihnen brennen. Die Fußpunkte des Lichtbogens wandern dann auf die Bleche 9 und 10 über, wo^:;ei die Stromzuführung durch die beiden Elektrodenträger 4 und 8 erfolgt Der zwischen den aus mit Zwischenräumen angeordneten Blechen bestehenden Elektroden brennende Lichtbogen kann praktisch keinen Axialdruck aufbauen, weil die axial beschleunigten ionisierten Gase in den Spalten zwischen den Blechen in einem elektrisch unbeanspruchten Raum gelangen. Die in den Spalten zwischen den Blechen 9 und 10 durchströmenden heißen Gase werden gekühlt und kondensiert.

Zwischen den Elektroden brennt der Lichtbogen bis zu sehr großen, weit über 5 bis 1OkA liegenden AbscbiUströmen diffus. Die zwischen den Blechen 9 und 10 ausgelassenen Spalte und die sehr schmalen der gegenüberliegendet? Elektrode zugekehritn Flächen der Bleche 9 und 10 verhindern die Ausbildung von Säulenlichtbögen und verlängern somit die Lebensdauer des Vakuumschalters.

Die einander gegenüberliegenden Elektroden können auch aus parallel angeordneten Blechen 13 aufgebaut sein, wie in Fig.3 dargestellt ist. Die Bleche 13 sind in Fig.3 in die Schlitze des Elektrodtnträgers 14 eingesteckt und eingeschweißt oder eingenietet.

Die Elektroden in Fig.4 sind aus konzentrischen Zylindern 15 zusammengestellt, welche in den Elektrodenträgern 16 befestigt sind.

Nach F i g. 5 sind die zj der den beiden Schaltstücken 3 und 7 gemeinsamen Achse 17 parallelen und in

radialer Richtung gebogenen Bleche t8 und 19 in den Elektrodenträger 4 eingesetzt. Diese Anordnung bewirkt auch eine tangentiale Beschleunigung des zwischen den Elektroden brennenden Lichtbogens.

Als wesentliches Kriterium für die Aufrechterhaltung eines diffusen Lichtbogens zwischen den aus mit freien Zwischenräumen nebeneinander angeoidneten Blechen bestehenden Elektroden ist die Summe der auf ein Quadratzentimeter Elektrodenfläche fallenden Kantenlängen. Erfahrungsgemäß soll die Summe der Kantenlängen mindestens 3 cm pro Quadratzentiineter Elektrodenoberfläche betragen. In F i g. 6 ist ein Beispiel aufgezeichnet, wo die Summe der Kantenlängen der Bleche 20, 21 und 22 auf einem Quadratzentimete Elektrodenoberfläche 6 cm beträgt.

Der diffuse Lichtbogen hat seine Lichtbogenansatz fläche nicht nur auf den der gegenüberliegende!

Elektrode zugekehrten Schmalflächen der Bleche sondern auch auf den die zwischen den Blecher vorhandenen Spalte begrenzenden Breitflächen de Bleche. Um den diffusen Bereich des Lichtbogens be Abschaltströmen von über 5 bis 1OkA aufrecht zi

ίο erhalten, müssen erfahrungsgemäD die Abmessungen Z (in Fig. 1) deir Bleche unterhalb der der gegenüberlie genden Elektrode zugekehrte Schmalflächen minde stens 1 cm betragen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit zwei in einer Achse liegenden in und außer Eingriff bringbaren Schaltstücken und mit jeweils einer um jedes der Schaltstücke angeordneten Elektroden, die aus einer Schar einzelner Bleche gebildet sind, zwischen denen Spalte freigelassen sind, deren jeweilige Breite mindestens gleich der Stärke eines Bleches ist, und deren Ebenen sich parallel zur Schaltstückachse erstrecken und deren der jeweiligen anderen Elektrode gegenüberliegende Kanten in einer senkrecht zur Schaltstückachse verlaufenden Elektrodenebene liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden ortsfest und einander beabstandet angeordnet sind und die jeweils eine Elektrode bildenden Bleche (9, 10, 13, IS, 18, 19) in mindestens einem gemeinsamen, mit dem jeweiligen Anschluß des Vakuumschalter^ in direkter elektrischer Verbindung stehenden Elektrodenträger v*. 8, 14, 16) befestigt sind und daß die Schaltstücke (3, 5) im ausgeschalteten Zustand des Vakuumschalters hinter die durch die Kanten der Bleche gebildeten Elektrodenebenen zurückgezogen sind.

2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche aus koaxialen Zylindern (15) bestehen und in mehreren radial gerichteten Elektrodenträgern (16) befestigt sind.

3. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (9, 10) um die den beiden Schaltstücken (3, 7) gemeinsame Achse (17) radial angeordnet sind mit ihr^n von der Achse (17) abgewendeten Enden in einem zur Achse (17) koaxial angeordneten zylindris. hen Elektrodenträger (4,8) befestigt sind.

4. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (18,19) um die den beiden Schaltstücken (3, 7) gemeinsame Achse (17) in radialer Richtung gebogen und mit ihren von der Achse (17) abgewendeten Enden in einem zur Achse (17) koaxial angeordneten zylindrischen Elektrodenträger (4) befestigt sind.

5. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (17) in zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind.