DE3644453A1

DE3644453A1 - Schaltstueck fuer leistungsschalter

Info

Publication number: DE3644453A1
Application number: DE19863644453
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Kriechbaum
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1986-12-24
Filing date: 1986-12-24
Publication date: 1988-07-07
Also published as: GB2199991A; GB8728866D0; JPS63168927A; US4885442A

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltstück für einen Leistungsschalter, das zur Ein- und Ausschaltung mit einem Gegenschaltstück zusammenwirkt, das ringförmig ausgebildet ist und bei dem sich bei der Ausschaltung ein rotierender Lichtbogen ausbildet.

Lichtbögen führen zu einer starken Erwärmung der Fußpunkte auf den Elek troden. Um einen geringen Abbrand, insbesondere bei stromstarken Licht bögen, zu erzielen, müssen Mittel vorgesehen werden, die bewirken, daß die Lichtbogenfußpunkte nicht an einer Stelle an den Elektroden ansetzen, sondern sich auf der Oberfläche der Elektroden bewegen.

Es ist bekannt, Schaltstücke für Vakuumschalter so auszugestalten, daß ein dickwandiges hohlzylinderförmiges Schaltstück am Umfang verteilte Ein schnitte aufweist, die von oben gesehen in einem Winkel zu den Radien und in Seitenansicht gesehen schräg gegen die auf der Kontaktfläche stehende Senkrechte verlaufen.

Wenn ein Lichtbogen zwischen derartigen Schaltstücken brennt, entsteht eine Kraftkomponente auf dem Lichtbogen, die eine Rotation des Lichtbogens bewirkt. Der von einem solchen Segment über einen Einschnitt zum nächsten Segment laufende Lichtbogen führt aber an den Kanten der Segmente zu einem starken Abbrand.

Eine Abwandlung dieser Ausführung ist aus der Firmenzeitschrift der AEG, "Vakuum-Leistungsschalter - ein neuer Weg im Bereich der Mittelspannung", A 24.05.15/0381, S. 8 bekannt. Diese Verbesserung sieht vor, an der Stirn fläche des hohlzylinderförmigen Schaltstücks, also im Kontaktbereich, einen Ring anzuordnen. Dies führt zwar zu einem geringeren Abbrand, aber auch zu einer nicht zufriedenstellenden Funktionsweise: Eine zuverlässige Rotation des Lichtbogens mit einer zur Herabsetzung des Abbrandes aus reichenden Rotationsgeschwindigkeit wird bei relativ niedrigen Strom stärken nicht erreicht. Der Lichtbogen rotiert verläßlich und mit ausrei chender Geschwindigkeit erst bei Überschreiten eines vergleichsweise großen Stromes, weil über den Ring einer solchen Anordnung auch in einer der Drehbewegung entgegengerichteten Richtung eine Komponente des Stroms fließt, die zur Ausbildung von elektromagnetischen Kräften führt, welche der Rotation des Lichtbogens entgegenwirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schaltstücke verfügbar zu machen, bei denen der Abbrand herabgesetzt wird, indem Maßnahmen getroffen werden, durch welche auch bei vergleichsweise kleinen Stromstärken mit Sicherheit eine Rotation des Lichtbogens mit einer größeren Rotationsge schwindigkeit als bei den bekannten Ausführungen gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektrode des Schaltstücks als eine nicht geschlossene Schleife (2) mit einer Kontakt fläche (7) aus einem gut leitenden Material ausgebildet ist, die einen Überlappungsbereich (3) aufweist, daß in diesem Überlappungsbereich (3) das Endstück der Schleife (2) mit einem, im Vergleich zur Elektrodenbreite (9), kleinen Abstand (4) zum Anfangsbereich der Schleife (2) innen an nähernd parallel geführt wird und daß der Strom in diese Schleife etwa tangential eingeleitet wird.

Eine weitere erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Elektrode des Schaltstücks als eine aus mehreren Teilstücken (5′, 5′′, 5′′′) bestehende nicht geschlossene Schleife mit einer Kontaktfläche (7) aus gut leitendem Material ausgebildet ist, daß die Teilstücke (5′, 5′′, 5′′′) Überlappungsbereiche (3′, 3′′, 3′′′) aufweisen, daß in diesen Über lappungsbereichen (3′, 3′′, 3′′′) die Endestücke der Teilstücke (5′, 5′′, 5′′′) mit einem, im Vergleich zur Elektrodenbreite (9) kleinen Abstand zu den Anfangsbereichen der Teilstücke (5′, 5′′, 5′′′) innen annähernd parallel geführt werden und daß der Strom in diese Teilstücke (5′, 5′′, 5′′′) etwa tangential eingeleitet wird.

Das Schaltvermögen eines mit einem der erfindungsgemäßen Schaltstücke versehenen Schalters wird durch die sichere Rotation des Lichtbogens stark erhöht. Dieser Vorteil wird erzielt, weil ein oder beide Schaltstücke als Schleife mit einem oder mehreren isolierenden Spalten ausgebildet sind, wodurch ein Stromfluß nur in Drehrichtung auftritt. Es wird also die Aus bildung einer der Rotation des Lichtbogens entgegenwirkenden elektromag netischen Kraft verhindert. Dadurch wird auch bei vergleichsweise kleinen Stromstärken eine kontinuierliche Rotation erzeugt, die eine zur Herab setzung des Abbrandes ausreichende Geschwindigkeit aufweist.

Der Erfindung liegt folgende Erkenntnis zugrunde:
Ein Lichtbogen zwischen zwei parallelen Leitern bewegt sich wegen der Lorentzkräfte in eine Richtung, die der Richtung, aus der die Stromzufüh rungen an den Leiter herangeführt werden, entgegengesetzt ist. Diese Wanderung des Lichtbogens bleibt auch erhalten, wenn man die Leiter zu einem Kreis biegt. Eine Rotation wird erreicht, wenn man die Schleife offen ausführt und der Lichtbogen selbst den Spalt zwischen dem Anfang und dem Ende der Schleife überbrückt. Umfangreiche Untersuchungen haben er geben, daß sich ein Abbrand an den Elektroden an diesem Spalt nur ver meiden läßt, wenn der Stromübergang nicht senkrecht zum Spalt, sondern in einem Überlappungsbereich erfolgt, in dem sich das Ende der Schleife von innen mit dem Anfang der Schleife überlappt.

Weiterbildungen der Erfindung, die den Unteransprüchen zu entnehmen sind, beziehen sich auf zweckmäßige Ausgestaltungen mit weiteren Vorteilen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert:

Es zeigen

Fig. 1 schematisch die Ausgestaltung einer Elektrode als offene Schleife aus einem Stück,

Fig. 2 die prinzipielle Ausführung eines Schaltstücks mit einer Elek trode gem. Fig. 1 in Draufsicht (oben) und Seitenansicht (unten)- und

Fig. 3 die prinzipielle Ausführung eines Schaltstücks aus 3 Teilstücken in Draufsicht (oben) und Seitenansicht (unten).

Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung der Ausgestaltung eines Schalt stückes als offene Schleife zum Verdeutlichen des Erfindungsgedankens. Die die Elektrode bildende Schleife 2 ist etwa kreisförmig ausgeführt, die Stromzuführung erfolgt tangential über die mit 1 bezeichnete Zulei tung. Die kreisförmige Schleife 2 schließt sich metallisch nicht, sondern in einem Übergangsbereich 3 nähert sich das offene Ende der Schleife 2 von innen dem Anfangsbereich dieser Schleife auf einen im Vergleich zum Durchmesser 9 der Elektrode kleinen Abstand 4, der sich über den ganzen Übergangsbereich 3 erstreckt.

Ein Lichtbogen, der durch die Auftrennung der Schaltstücke infolge einer Öffnung des Leistungsschalters senkrecht zur Zeichenebene zu einem gleich artigen Schaltstück oder zu einem plattenförmigen Schaltstück brennt, wird von der Lorentzkraft in Pfeilrichtung 10 bewegt und er läuft über die Kommutierungsstelle des Abstands 4 im Übergangsbereich 3 hinweg, was zu einer Rotation des Lichtbogens führt. Dadurch wird die spezifische Wärmebelastung der Elektrode herabgesetzt: Nur ein kleiner Abbrand tritt auf und das Schaltvermögen der Spaltstrecke wird deutlich gegenüber einer Anordnung mit stehendem Lichtbogen erhöht.

In Fig. 2 ist ein Schaltstück 5 mit einer als Schleife ausgeführten Elektrode aus einem Stück dargestellt. Im Übergangsbereich 3 ist die Elektrode konisch ausgeführt, die Zuleitung 1 wird in Richtung der der Kontaktfläche 7 abgewandten Seite spiralförmig weggebogen und mit dem in der Schalterachse liegenden Schaft 6 verbunden. In dem Übergangsbereich 3 ist das Ende der Schleife von innen in einem kleinen Abstand 4 annähernd parallel zum Anfang der Schleife geführt. Mit 7 ist die Kontaktfläche bezeichnet, mit 8 die schleifenförmige Elektrode im Kontaktbereich des Schaltstückes 5.

In Fig. 3 ist der prinzipielle Aufbau eines aus 3 Teilstücken 5′, 5′′, 5′′′ bestehenden Schaltstücks dargestellt. Die Zuleitungen 1′, 1′′, 1′′′ zu den einzelnen Teilstücken 5′, 5′′, 5′′′ werden wie bei Fig. 2 be schrieben, zu dem Schaft 6 geführt. Dadurch entsteht auch eine Vermin derung der mechanischen Beanspruchungen bei der Einschaltung, da die auftretenden Kräfte nicht von einer, sondern von 3 verhältnismäßig elastischeren Zuleitungen 1′, 1′′, 1′′′ aufgenommen werden. Mit 7 ist die Kontaktfläche bezeichnet, mit 8 die aus den Teilstücken 5′, 5′′, 5′′′ zusammengesetzte, schleifenförmige Leiterbahn im Kontaktbereich der Elek trode. Selbstverständlich kann ein solches Schaltstück auch aus zwei oder beliebig vielen Teilstücken aufgebaut sein.

Die Schaltstücke können angenähert kreisrund oder in Form einer Carrera- Bahn ausgeführt werden, also einer Form, die aus zwei gleichen Halbkreisen mit dazwischenliegenden Geraden gebildet wird. Die Schaltstücke eignen sich insbesondere für den Einsatz in Vakuumschaltern, aber auch für den Einsatz in SF ₆-Schaltern.

Claims

1. Schaltstück für einen Leistungsschalter, das zur Ein- und Ausschal tung mit einem Gegenschaltstück zusammenwirkt, das ringförmig ausge bildet ist und bei dem sich bei der Ausschaltung ein rotierender Lichtbogen ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode des Schaltstücks als eine nicht geschlossene Schleife (2) mit einer Kontaktfläche (7) aus einem gut leitenden Material ausgebildet ist, die einen Überlappungsbereich (3) aufweist, daß in diesem Überlappungsbereich (3) das Endstück der Schleife (2) mit einem, im Vergleich zur Elektrodenbreite (9), kleinen Abstand (4) zum Anfangsbereich der Schleife (2) innen annähernd parallel geführt wird und daß der Strom in diese Schleife etwa tangential eingeleitet wird.

2. Schaltstück für einen Leistungsschalter, das zur Ein- und Ausschal tung mit einem Gegenschaltstück zusammenwirkt, das ringförmig ausge bildet ist und bei dem sich bei der Ausschaltung ein rotierender Lichtbogen ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode des Schaltstücks als eine aus mehreren Teilstücken (5′, 5′′, 5′′′) bestehende nicht geschlossene Schleife mit einer Kon taktfläche (7) aus gut leitendem Material ausgebildet ist, daß die Teilstücke (5′, 5′′, 5′′′) Überlappungsbereiche (3′, 3′′, 3′′′) auf weisen, daß in diesen Überlappungsbereichen (3′, 3′′, 3′′′) die End stücke der Teilstücke (5′, 5′′, 5′′′) mit einem, im Vergleich zur Elektrodenbreite (9) kleinen Abstand zu den Anfangsbereichen der Teilstücke (5′, 5′′, 5′′′) innen annähernd parallel geführt werden und daß der Strom in diese Teilstücke (5′, 5′′, 5′′′) etwa tangential eingeleitet wird.

3. Schaltstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tangentiale Stromzuführung (1) von dem Anfangsbereich der schleifenförmigen Elektrode in Richtung der der Kontaktfläche (7) abgewandten Seite spiralförmig weggebogen und mit einem in der Schalterachse liegenden Schaft (6) verbunden ist.

4. Schaltstück nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die tangentialen Stromzuführungen (1′, 1′′, 1′′′) von den An fangsbereichen der Teilstücke (5′, 5′′, 5′′′) in Richtung der der Kontaktfläche (7) abgewandten Seite spiralförmig weggebogen und mit einem in der Schalterachse liegenden Schaft (6) verbunden sind.

5. Schaltstück für Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleife der Elektrode angenähert kreisrund ausgeführt ist.

6. Schaltstück für Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleife der Elektrode nach der Art einer Carrerabahn ausgeführt ist.

7. Schaltstücke für Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Vakuum angeordnet sind.

8. Schaltstücke für Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie in SF ₆ angeordnet sind.