DE2822510A1

DE2822510A1 - Vakuumschutzschalter

Info

Publication number: DE2822510A1
Application number: DE19782822510
Authority: DE
Inventors: Takashi Yamanaka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1978-05-23
Publication date: 1978-11-30
Also published as: DE2822510B2; GB1598397A; JPS53147270A; FR2392482A1; FR2392482B1

Description

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Möhlstraße37

D-8OOO München 80

Tokyo, Japan

Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

2 3. Hai 1978

Vakuumschutz schalter

Die Erfindung betrifft einen Vakuumschutzschalter mit niedriger Stromzerhackereigenschaft und hoher Unterbrechungsleistung, der zwei Kontaktelektroden mit geringer Abbrandgröße aufweist.

Bisherige Schutzschalter dieser Art enthalten eine Kontaktelektrode mit einem Hauptkontaktelement, das fest an einem Hilfskontaktelement angebracht ist und mit diesem eine Stufe festlegt, wobei im Außenumfangsteil des Hilfs(kontakt)elements eine Anzahl von.spiralförmigen Schlitzen vorgesehen ist, welche dieses Element axial von der Kontaktelektrode durchsetzen. Beim Unterbrechen eines Stroms entsteht über das gegenüberstehende Hauptkontaktelement ein elektrischer Lichtbogen, der unter der Wirkung einer elektromagnetischen Kraft, die aufgrund des Stromflußes durch die Kontaktelektrode entsteht und den Lichtbogen beeinflußt, längs der Spiralschlitze gleichmäßig zum Außenumfang des Hilfselements getrieben, wird. Der Lichtbogen wird dabei schließlich gelöscht.

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Bei der Unterbrechung von mittleren und schwachen Strömen werden nur die Hauptkontaktelemente für eine derartige Stromunterbrechung aktiviert, während der entstehende Lichtbogen wegen des Vorhandenseins der zwischen beiden Kontaktteilen gebildeten Stufe kaum zum Umfang des Hilfskontaktteils hinausreichen kann. Unter diesen Bedingungen erfährt der eine kleine Oberfläche besitzende Hauptkontaktteil einen starken Verschleiß, wodurch die Betriebslebensdauer des Vakuumschutzschalters stark verkürzt wird, während der Hilfskontaktteil kaum abgenutzt wird.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines verbesserten und zweckmäßigen Vakuumschutzschalters mit langer Betriebslebensdauer aufgrund einer möglichst optimalen Ausnutzung der Oberfläche einer Kontaktelektrode und Verhinderung einer Ausbreitung des Abbrands auf einen Hauptkontaktteil zu, während dabei die geringe Stromzerhackerfähigkeit in einem Bereich von hohen bis zu niedrigen Strömen erhalten bleiben soll.

Dieser Schutzschalter soll außerdem einen beim öffnen entstehenden Lichtbogen effektiv löschen können.

Diese Aufgabe wird bei einem Vakuumschutzschalter der angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß er zwei einander gegenüberstehende, trennbar in gegenseitige Berührung bringbare, kreisförmige Kontaktelektroden aufweist, von denen mindestens eine einen zentralen, kreisförmigen, flachen Teil, der mit der anderen Kontaktelektrode in Berührung bringbar und von ihr trennbar ist, sowie einen vom Außenumfang dieses flachen Teils radial nach außen abgehenden, sich verjüngenden bzw. konischen Teil aufweist, daß von einer Stelle innerhalb des flachen Elektroden-Teils Nutmittel radial nach außen verlaufen, die am Außenumfang des konischen Elektroden-Teils enden, und

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daß Mittel vorgesehen sind, um einen beim Trennen der beiden Kontaktelektroden am flachen Elektroden-Teil entstehenden Lichtbogen zum Außenumfang des konischen Elektroden-Teils zu verdrängen.

Vorzugsweise kann das Nutmittel eine Anzahl von Spiralnuten umfassen, deren Enden in gleichen Winkelabständen voneinander im zentralen flachen Elektrodenteil angeordnet sind.

Vorteilhaft können die verschiedenen Nuten spiralig radial auswärts verlaufen, so daß die die Kontaktelektrode axial unterteilen bzw. durchsetzen.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels für bisher übliche Kontaktelektroden bei einem Vakuumschutzschalter,

Fig. 1b eine Fig. 1a ähnelnde Darstellung eines anderen Beispiels für bisher übliche Kontaktelektroden,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Vakuumschutzschalter mit Merkmalen nach der Erfindung und

Fig. 3 eine Aufsicht auf eine der Kontaktelektroden gemäß Fig. 3, in Richtung der Pfeile III-III gesehen.

In den Fig. 1a und 1b sind zwei Beispiele für bisher übliche Kontaktelektroden bei Vakuumschutzschaltern dargestellt. Gemäß Fig. 1a ist ein Hauptkontaktteil 100 fest an einem Hilfskontaktteil 200 angebracht, der unter Bildung einer Stufe mit einem

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Elektrodenstab 300 mit diesem verbunden ist. Gemäß Fig. 1b ist der Hauptkontaktteil 100 teilweise in den Hilfskontaktteil 200 eingelassen, der seinerseits ebenfalls mit einem Elektrodenstab 300 verbunden ist. Der Hauptkontaktteil 100 ragt etwas über den Hilfskontaktteil 200 hinaus und bildet mit diesem eine Stufe.

In beiden Fällen besteht der Hauptkontaktteil 100 aus einem elektrisch leitenden Material mit geringem Stromzerhackervermögen, während der Hilfskontaktteil 200 aus einem elektrisch leitenden Material mit hohem Stromzerhackervermögen und hoher Stromunterbrechungsfähigkeit besteht. Beispielsweise kann der Hilfskontaktteil 200 aus Kupfer bestehen.

Infolge des Vorhandenseins der Stufe zwischen den Kontaktteilen 100 und 200 wird der Hilfskontaktteil 200 an einer Berührung mit einem nicht dargestellten, dem Hauptkontaktteil 100 gegenüberliegenden Hauptkontaktteil gehindert, auch wenn der mit dem Hilfskontaktteil 200 unterlegte Hauptkontaktteil 100 mehr oder weniger stark abbrennt.

Weiterhin ist der Hilfskontaktteil 200 in beiden Fällen mit radial nach außen gerichteten Spiralnuten versehen, durch die ein bei der Trennung der gegenüberstehenden Hauptkontaktteile zwischen diesen entstehender Lichtbogen durch eine den Lichtbogen beeinflussende elektromagnetische Kraft, die aufgrund eines Stromflußes über die Kontaktelektroden entsteht, gleichmäßig (smoothly) radial auswärts zum Hilfskontaktteil 200 verdrängt wird. Hierdurch wird die Unterbrechung des betreffenden Stroms erleichtert. Der Vorgang der radial nach außen erfolgenden Verlagerung des Lichtbogens wird im folgenden auch als "Lichtbogenverdrängung" bezeichnet.

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Die bisherigen Kontaktelektroden, wie sie in den Fig. 1a und 1b dargestellt sind, sind jedoch insofern nachteilig, als es die zwischen Haupt- und Hilfskontaktteil 100 bzw. 200 bestehende Stufe schwierig macht, den Lichtbogen - außer bei der unterbrechung starker Ströme - zur Hilfselektrode hin zu treiben.

Genauer gesagt: mittlere und schwache Ströme werden lediglich durch den Hauptkontaktteil 100 unterbrochen, wobei ein entstehender Lichtbogen kaum zum Hilfskontaktteil 200 gedrängt wird. Infolgedessen erfährt der Hauptkontaktteil 100 eine starke Abnützung und einen starken Abbrand. Der eine kleine Oberfläche besitzende Hauptkontaktteil 100 wird somit unter Verkürzung der Betriebslebensdauer des zugeordneten Vakuumschutzschalters abgebrannt, während der Hilfskontaktteil 200 kaum verschleißt. Die Erfindung bezweckt nun die Ausschaltung der vorstehend geschilderten Nachteile des Stands der Technik durch Schaffung eines Vakuumschutzschalters mit zwei einander gegenüberstehenden, trennbaren Kontaktelektroden, von denen mindestens eine mit einem flachen Elektrodenteil versehen ist, der trennbar mit der anderen Kontaktelektrode in Berührung bringbar ist, wobei sich an den flachen Elektrodenteil ein sich verjüngender bzw. konischer, von der Gegenelektrode hinweg geneigter Elektrodenteil anschließt und wobei Nuten von einer Stelle innerhalb des flachen Elektrodenteils über die Fläche des konischen Elektrodenteils zu dessen Außenumfang verlaufen.

In Fig. 2 ist ein Vakuumschutzschalter gemäß der Erfindung dargestellt. Die dargestellte Ausführungsform umfaßt einen feststehenden Elektrodenstab 10, der unter Abdichtung einen elektrisch isolierenden Deckel durchsetzt, welcher das eine offene Ende eines elektrisch leitenden Gehäuses vakuumdicht verschließt, eine kreisförmige, feststehende Kontaktelektrode 12, die elektrisch und mechanisch mit dem feststehenden Elektrodenstab

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verbunden ist, eine kreisförmige, bewegbare Kontaktelektrode 14, welche der feststehenden Kontaktelektrode 12 gegenübersteht und mit dieser in Berührung bringbar und von ihr trennbar ist, sowie einen bewegbaren Elektrodenstab 16, der unter Abdichtung ein geschlossenes Ende eines Balgens durchsetzt, der seinerseits an einem an der gegenüberliegenden Gehäuseseite vorgesehenen, elektrisch isolierenden Deckel zum vakuumdichten Verschließen des anderen offenen Gehäuseendes befestigt ist.

Die Elektrodenteile 12 und 14 bestehen aus einem elektrisch leitenden Material mit geringem Stromzerhackervermögen, beispielsweise aus einer Kupferliegierung und/oder einem Werkstoff, wie Wismut/ Tellur, Antimon, Graphit, Karbid sowie Elementen der Eisengruppe.

Die beiden Kontaktelektroden 12 und 14 gemäß Fig. 2 besitzen einander identische Gestalt. Jede Elektrode 12, 14 umfaßt eine zentrale, kreisförmige Vertiefung 18 mit einem größeren Durchmesser als dem des betreffenden Elektrodenstabs 10 bzw. 14, einen flachen Elektrodenteil 20 in Form einer die zentrale Vertiefung 18 umschließenden Ringfläche sowie einen ringförmigen, sich verjüngenden bzw. konischen Elektrodenteil 22, welcher den Umfangsrandteil der betreffenden Kontaktelektrode 12, 14 bildet. Der konische Teil 22 erstreckt sich radial auswärts unter einem geeigneten Neigungswinkel zum flachen Elektrodenteil 20, so daß er Abstand zur Gegenelektrode besitzt.

Wie am besten aus Fig. 3 hervorgeht, verlaufen mehrere Spiralnuten 24 von ihren Innenenden 24a aus, die in gleichen Winkelabständen voneinander auf einem mit der Kontaktelektrode konzentrischen Kreis innerhalb des zentralen flachen Elektrodenteils 12 liegen, radial auswärts bis zu ihren den Ümfangsrand des

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konischen Teils 22 erreichenden Außenenden. In Fig. 3 sind vier Spiralnuten dargestellt, welche sich über die gesamte Dicke der betreffenden Kontaktelektrode erstrecken, so daß sie diese in Axialrichtung jeweils in getrennte Abschnitte bzw. Segmente unterteilen. Ein weiterer, gemäß Fig. 3 konzentrisch zur zentralen Vertiefung 18 liegender Kreis 20a bildet die Grenze zwischen dem flachen und dem konischen Elektrodenteil 20 bzw. 22. Der konischen Teil 20 geht also von dieser Grenzlinie aus.

Beim Öffnen oder Schließen der Kontaktelektroden 12 und 14 fließt ein Strom durch beide Kontaktelektroden über einen in Fig. 2 durch die gestrichelte Linie L angedeuteten Strompfad. Infolgedessen wird ein über die gegenüberstehenden flachen Elektrodenteile 20 entstehender Lichtbogen durch die Wirkung der aufgrund dieses Stroms entstehenden elektromagnetischen Kraft schnell zum ümfangsrand 20a des flachen Elektrodenteils 22 verlagert. Danach kann sich der Lichtbogen ohne weiteres längs der Spiralnuten 24 zum konischen Elektrodenteil 22 bewegen.

Aufgrund der beschriebenen Ausbildung wird der Lichtbogen, auch ein durch einen schwachen Strom erzeugter Lichtbogen, schnell zum konischen Elektrodenteil geführt, um in diesem vernichtet zu werden. Auf diese Weise kann ein Abbrand des flachen Elektrodenteils 20 mit kleiner Oberfläche vermieden werden, woraus sich eine längere Betriebslebensdauer des Vakuumschutzschalters ergibt.

Da die Kontaktelektrode außerdem den konischen Teil aufweist, ist ihre Oberfläche im Vergleich zu einer Kontaktelektrode, die nur den flachen Abschnitt aufweist, vergrößert. Da sich weiterhin die Spiralnuten bis dicht an den zentralen Teil der Kontaktelektrode heran erstrecken, wird ein am flachen Elek-

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trodenteil auftretender Lichtbogen praktisch gleichmäßig verteilt und zum konischen Elektrodenteil hin verlagert. Die Ausbreitungsfläche für den Lichtbogen ist also vergrössert, was zu einer Erhöhung der Unterbrechungsleistung beiträgt.

Da außerdem die gesamte Kontaktelektrode einstückig aus einem geeigneten, elektrisch leitenden Material mit niedrigem Stromzerhackervermögen besteht, besitzt der solche Kontaktelektroden enthaltende Vakuumschutzschalter ein geringes Stromzerhackervermögen über den gesamten Stroinbereich hinweg.

Obgleich vorstehend nur eine derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben ist, sind dem Fachmann selbstverständlich verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird. Beispielsweise kann der im flachen Elektrodenteil befindliche Abschnitt jeder Spiralnut einen derart konkaven Querschnitt besitzen, daß ein überspringen des Lichtbogens verhindert wird. Wahlweise kann jede Spiralnut auch in die zentrale Vertiefung der Kontaktelektrode hineinreichen. Darüberhinaus können auch mehr als vier Spiralnuten vorgesehen sein.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung also ein Vakuumschutzschalter mit kreisförmigen Kontaktelektroden geschaffen, die jeweils einen flachen Teil mit einer zentralen Vertiefung, einen den Umfangsteil der Elektrode bildenden, sich verjüngenden bzw. konischen Teil und vier Spiralnuten aufweisen, die von einer Stelle innerhalb des -flachen Elektrodenteils radial auswärts zum konischen Elektrodenteil verlaufen und welche die Kontaktelektrode axial durchsetzen.

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Leerserte

Claims

PA T E NT ANSPRÜCHE

Vakuumschutzschalter, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei einander gegenüberstehende, trennbar in gegenseitige Berührung bringbare, kreisförmige Kontaktelektroden (12) aufweist, von denen mindestens eine einen zentralen, kreisförmigen, flachen Teil (20), der mit der anderen Kontaktelektrode in Berührung bringbar und von ihr trennbar ist, sowie einen vom Außenumfang dieses flachen Teils (20) radial nach außen abgehenden, sich verjüngenden bzw. konischen Teil (22) aufweist, daß von einer Stelle innerhalb des flachen Elektroden-Teils (20) Nut-mittel (24) radial nach außen verlaufen, die am Außenumfang des konischen Elektroden-Teils (22) enden, und daß Mittel (18) vorgesehen sind, um einen beim T rennen der beiden Kontaktelektroden am flachen Elektroden-Teil entstehenden Lichtbogen zum Außenumfang des konischen Elektroden-Teils (22) zu verdrängen.

Vakuumschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Nutmittel Spiralnuten sind.

Bl/vl/eg

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3. Vakuumschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Nutmittel mehrere (Spiral-)Nuten umfassen, deren Innenenden in gleichen Winkelabständen voneinander innerhalb des flachen Elektroden-Teils liegen und die am Außenumfang des konischen Elektroden-Teils auslaufen.

4. Vakuumschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede Kontaktelektrode von einem Elektrodenstab getragen wird und daß der zentrale, flache Elektroden-Teil in seiner Mitte eine kreisförmige Vertiefung mit einem größeren Durchmesser als dem des Elektrodenstabs aufweist.

5. Vakuumschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralnuten so ausgebildet sind, daß sie die Kontaktelektrode axial durchsetzen.

6. Vakuumschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Spiralnuten in Axialrichtung der Kontaktelektrode konkav ausgebildet sind.

7. Vakuumschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede Kontaktelektrode als Ganzes einstückig aus einem leitfähigen Werkstoff mit niedrigem Stromabreißvermögen bzw. Stromzerhactervermögen ausgebildet ist.

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