DE2709363B2 - Vakuumschalter - Google Patents
VakuumschalterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem aus der GB-PS 12 58 015 bekannten Vakuumschalter umgibt eine elektromagnetische Spule
einen Kolben, und eine der Klemmen dieser Spule ist mit einem beweglichen Kontaktelement des Vakuumschalters
verbunden. Der Vakuumschalter wird mit einem anderen, stationären Kontaktelement und der
anderen Klemme der Spule in einen zu schaltenden oder zu schützenden Stromkreis eingeschaltet. Die Spule
liegt mit den beiden Kontaktelementen in Reihe. Ein den Vakuumschalter durchfließender Strom fließt daher
auch durch die Spule, welche ein axiales Magnetfeld erzeugt, das bei einem Abschaltvorgang parallel zur
Trennstrecke zwischen den Kontaktelementen und parallel zu einem beim Abschalten zwischen den
Kontaktelementen entstehenden und zu unterbrechenden Lichtbogen verläuft und an sich das Stromunterbrechungsvermögen
des Vakuumschalters erhöht. Bei dem bekannten Vakuumschalter ist die Spule aber dauernd in
den Stromkreis eingeschaltet, sie wird also auch im Schließzustand des Schalters, in dem kein Magnetfeld
benötigt wird, vom Strom durchflossen. Hierbei entstehen in der Spule Joüle'sche Wärmeverluste, die
die Temperatur des Vakuumschalters erhöhen und die Strombelastbarkeit des Vakuumschalters dadurch verringern.
Aus der DE-AS 12 58 494 ist darüberhinaus ein Vakuumschalter der vorliegenden Art bekannt, bei dem
zwei stationäre Kontaktelemente durch ein drittes, bewegliches Kontaktelement zum Schließen des Schalters
überbrückbar sind und das magnetische Feld der Spule proportional dem Spannungsgefälle im Schalter
ist. Die Spüle besteht bei diesem bekannten Vakuumschalter
aus bogen- oder wendelformigen Ansätzen der beiden stationären Kontaktelemente. Auch hier wird bei
geschlossenem Schalter mindestens von einer halben Windung ein Magnetfeld erzeugt Davon abgesehen
"> müssen die die Kontaktelemente bildenden Spulenteile aus aufwendigem, vor allem schweißfestem Kontaktmaterial
hergestellt sein. Außerdem läuft bei den wendeiförmigen Spulenteilen der Lichtbogen schnell
zum Spulenende und bleibt dort stehen, so daß die
ι» Wirkung des Magnetfeldes relativ gering ist und am
Spulenende Brennstellen entstehen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vakuumschalter der erläuterten Art anzugeben, bei dem
die Spule nur während des Unterbrechungsvorgangs,
ι ·· also bei brennendem Lichtbogen erregt wird und bis zu
dessen Erlöschen voll wirksam bleibt
Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Vakuumschalter gelöst
Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Spule (die aus
.'ο zwei Wicklungen bestehen kann) bei geschlossenem
Schalter keine Wärmeverluste verursacht, da sie ohne Lichtbogen stromlos ist, und beim Unterbrechungsvorgang
den Fußpunkt des Lichtbogens bis zum Erlöschen verschieben kann. Auch werden für die Spule keine
-'"> Teile aus speziellem Kontaktwerkstoff benötigt.
Ein weiterer Vorteil der in der Strecke zwischen den beiden Kor-taktstücken vorgesehenen Anordnung aus
den beiden Metallscheiben und der isolierenden Scheibe besteht darin, daß die maximale Bogenspannung
«ι während des Abschaltvorganges abnimmt, was eine Erhöhung des Abschaltvermögens des Vakuumschalters
zur Folge hat, siehe die Veröffentlichung von Mitchell »High-Current Vacuum Arcs«, Teil I »An Experimental
Study«, Proceedings I.E.E., Band 117, No. 12, Dezember
i· 1970, Seiten 2315 bis 2326.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher
erläutert; es zeigt
F i g. 1 eine axiale Schnittansicht eines Vakuumschalters gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig.2 einen Querschnitt in einer Ebene H-II der Fig.1;
F i g. 3 eine axiale Schnittansicht einer zweiten
F i g. 3 eine axiale Schnittansicht einer zweiten
4"> Ausführungsform des Vakuumschalters gemäß der
Erfindung, und
Fig.4 eine Querschnittsansicht gejehen in einer
Ebene IV-IV der F ig. 3.
Der in den Fi g. 1 und 2 dargestellte Vakuumschalter
Der in den Fi g. 1 und 2 dargestellte Vakuumschalter
■'" enthält einen evakuierten, luftdichten Kolben aus einem
hohlen Metallzylinder 6 und zwei Isolatorscheiben 7, 8. Im Kolben befinden sich zwei stationäre Kontaktelemente
1 und 2, welche an Leiterstäben 3 und 4 befestigt sind. Die Leiterstäbe 3 und 4 sind durch die
Isolatorscheiben 7 bzw. 8 vakuumdicht nach außen herausgeführt. Der Vakuumschalter ist mit einer
elektromagnetischen Spule versehen, welche zwei Wicklungen 18 und 19 enthält, die mit ihren einen
Anschlüssen durch einen Leiter 24 verbunden sind,
fco während die anderen Anschlüsse 14 und 15 der
Spulenwicklungen durch einen in den Metallzylinder 6 eingesetzten Isolator 17 in den Kolben geführt und dort
mit jeweils einer Metallscheibe 12 bzw. 13 verbunden sind, zwischen denen sich eine isolierende Scheibe 20
b5 befindet. Die Anordnung aus den Metallscheiben 12 und
13 und der isolierenden Scheibe 20 ist in der Mitte der isolierenden Strecke zwischen den stationären Kontaktelernenten
i und 2 angeordnet und wird durch uie die
Anschlüsse 14 und 15 bildenden Leiter sowie durch Metallstäbe 15' gehaltert, welche über Isolatoren 16 an
der Innenwand des Metallzylinders 6 befestigt sind.
Die beiden stationären Kontaktelemente 1 und 2 kennen durch ein U-förmiges bewegliches Kontaktele- ■>
ment 5 überbrückt werden, das am Ende eines Leiterstabes Sa befestigt ist, der mittels eines flexiblen
Balgens 11 vakuumdicht aus dem Kolben herausgeführt ist Der Leiterstab 5a kann unter entsprechender
Verformung des flexiblen Balgens nach oben und unten w bewegt werden, um die stationären Kontaktelemente 1
und 2 zu überbrücken bzw. zu trennen. Der flexible Balgen 11 ist in einer Kammer 9 angeordnet, die mit
dem Inneren des Metailzylinders 6 in Verbindung steht
und durch eine ringförmige Platte 10 geschlossen ist, r>
durch die der Leiterstab 5a führt
In den Fig.! und 2 ist der Vakuumschalter in der
Schließstellung dargesteiit. Beim öffnen dps Vakuumschalters
wird der Leiterstab 5a durch eine (nicht dargestellte) Betätigungsvorrichtung nach unten gezogen,
und beim Abschalten unter Strom treten dann zuerst zwei Lichtbogen zwischen dem beweglichen
Kontaktelement und den Leiterstäben 3 und 4 auf. Wegen der U-förmigen Gestalt des beweglichen
Kontaktelements 5 werden die beiden Lichtbogen (in Fig. 1) nach oben getrieben und gelangen dabe: in den
Zwischenraum zwischen dem Kontaktelement 1 und der Metallscheibe 13 bzw. den Zwischenraum zwischen dem
Kontaktelement 2 und der Metallscheibe 12. Der Strom fließt dann durch den Leiterstab 3, das Kontaktelemcnt i<
> 1, den Lichtbogen zwischen dem Kontaktelement 1 und der Metallscheibe 13, die Metallscheibe 13, den
Anschluß 15, die Wicklung 18, den Leiter 24, die Wicklung 19, den Anschluß 14, die Metallscheibe 12, den
Lichtbogen zwischen der Metallscheibe 12 und dem r> Kontaktelement 2, das Kontaktelement 2 und den
Leiterstab 4. Die beiden Wicklungen 18 und 19 werden gleichsinnig vom Strom durchflossen und liefern ein
quer durch die isolierende Strecke verlaufendes, also senkrecht zu den Kontaktelementen 1 und 2 und parallel
zu den Lichtbogen in den Zwischenräunen zwischen dem Kontaktelement 1 und der Metallscheibe 13 sowie
dem Kontaktelement 2 und der Metallscheibe 12 verlaufendes Magnetfeld. Die Bogenspannung wird
dementsprechend erheblich herabgesetzt. Im Schließzustand des Vakuumschalters (Fig. 1) sind die beiden
Wicklungen 18, 19 nicht erregt, so daß in ihnen keine Wärme entsteht.
Bei der in den F i g. 3 und 4 dargestellten alternativen Ausführungsform besteht der Kolben des Vakuumschalters
wieder aus einem hohlen Metallzylinder 6, in den hier jedoch ein axial verlaufender streifenförmiger
Isolator 23 eingesetzt ist Die rohrförmige Anordnung aus dem Zylinder 6 und dem streifenförmigen Isolator
23 ist an ihren Enden durch zwei Isolatorscheiben 7 und 8 vakuumdicht verschlossen, im Kolben befinden sich
wieder zwei stationäre Kontaktelemente 1 und 2, die an einem Leiterstab 3 bzw. 4 angebracht sind. Die
Leiterstäbe 3 und 4 sind vakuumdicht durch die Isolatorscheiben 7 bzw. 8 herausgeführt Die stationären
Kontaktelemente 1 und 2 können durch ein U-förmiges bewegliches Kontaktelement 5 überbrückt werden, das
an einem Leiterstab 5a angebracht ist, der mittels eines flexiblen Balgens Il vakuumdicht aus dem Kolben
herausgeführt ist Der Balgen 11 befindet sich in einer Kammer 9, die mit dem Inneren des Metallzylinders 6 in
Verbindung steht und durch eine ringförmige Platte 10 abgeschlossen ist, durch die der Leiterstab 5a geführt ist
Bei dieser Ausführungsform wird die elektromagnetische Spule vorteilhaft durch einen TeiJ des Kolbens,
nämlich durch den Metallzylinder 6 gebildet, der durch
den streifenförmigen Isolator 23 unterbrochen ist Die Spule besteht also aus einer nahezu vollständigen
Windung. Beidseits des streifenförmigen Isolators 23 sind an dem die Spule bildenden Zylinder 6 aus je einem
Leiter bestehende Anschlüsse 21 und 22 angebracht die mit jeweils einer der Metallscheiben 12 und 13
verbunden sind. Die Metallscheiben 12 und 13 sind beidseits einer isolierenden Scheibe 20 angeordnet. Die
Anordnung aus den Metallscheiben 12 und 13 und der isolierenden Scheibe 20 ist im Zwischenraum zwischen
den stationären Kontaktelementen 1 und 2 aufgehängt und durch die beiden Anschlüsse 21 und 22 sowie zwei
Stäben 15' aus Metall gehaltert Die Stäbe 15' sind über Isolatoren 16 an der Innenwand des Metallzylinders 6
befestigt.
Die Arbeitsweise des Vakuumschalters gemäß F i g. 3 und 4 entspricht der des Vakuumschalters gemäß F i g. 1
und 2. Wenn das bewegliche Kontaktelement 5 wänrend eines Abschaltvorganges unter Last um eine gewisse
Strecke von den stationären Kontaktelementen 1 und 2 bzw. den Leiterstäben 3 und 4 wegbewegt wird, fließt
der Strom durch den Leiterstab 3, das Kontaktelement 1, den zwischen diesem und der Metallscheibe 13
brennenden Lichtbogen, den Anschluß 22, den Metallzylinder 6 (in F i g. 4 in Uhrzeigerrichtung), den anderen
Anschluß 21, die Metallscheibe 12, den zwischen dieser und dem Kontaktelement 2 brennenden zweiten
Lichtbogen und schließlich durch den Leiterstab 4.
Auch bei dem Vakuumschalter gemäß F i g. 3 und 4 fließt im Schließzustand des Schalters kein Strom durch
die Spule, d. h. durch den Metallzylinder 6.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
- Patentansprüche:!. Vakuumschalter mit einem evakuierten Kolben, in dem sich zwei stationäre Kontaktelemente befinden, welche durch ein drittes, bewegliches Kontaktelement überbrückbar sind und zwischen denen sich eine elektrisch isolierende Strecke befindet, mit einer elektromagnetischen Spule, von der im Bereich der Strecke zwischen den Kontaktelementen ein magnetisches Feld erzeugbar ist, das im wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Strecke verläuft und proportional dem Spannungsabfall im Schalter ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (14, 15; 21, 22) der Spule (18,19; 6) mit zwei durch eine elektrisch isolierende Scheibe (20) getrennten Metallscheiben (12, 13) verbunden sind, daß die die isol-erende Scheibe (20) und die auf deren beiden Seiten angeordneten Metallscheiben (12, 13) enthaltende Anordnung in der Strecke zwischen den beiden stationären Kontaktelementen (1, 2) in Richtung des Potentialgefälies hintereinander angeordnet ist, und daß das bewegliche Kontaktelement (S) des Schalters U-förmig ist.
- 2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (14, 15) der an der Außenseite des Kolbens montierten Spulen (18, 19) durch einen Isolator (17), welcher einen Teil der Wand des Kolbens bildet, dicht in den Kolben eingeführt sind.
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