DE3901823A1

DE3901823A1 - Vacuum switching tube

Info

Publication number: DE3901823A1
Application number: DE19893901823
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Peche
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-01-21
Filing date: 1989-01-21
Publication date: 1989-11-30
Also published as: DE3901823C2

Abstract

Previously known vacuum switching tubes having a fixed contact and a contact which can move by means of a spring bellows require a large contact force in the connection phase since the contacts must not open in the event of a short-circuit connection current, in order to avoid the contact surface welding. Until now, this increase in contact pressure which was necessary only for the short-circuit connection current was applied permanently during the connection time by the drive of the vacuum power circuit breaker. In the case of a vacuum switching tube 1 having a fixed contact 2 and a contact 3, which can be moved by means of a spring bellows 14 in an evacuated switching chamber 8, both contacts 2 and 3 being arranged on the same side on the mounting plate 10 of the switching chamber 8, a narrow current loop is formed by the contact 3 which moves in a straight line and makes contact on the inside of the double-bent fixed contact 2 by means of a rotary movement, the magnetic current forces of which current loop produce the necessary contact pressure even in the case of very severe short-circuit connection currents, so that the closed contacts cannot lift off and welding of the contact surface is prevented. Vacuum switching tubes for vacuum power circuit breakers in the medium-voltage range up to 10 kV for conventional and compressed-gas-insulated medium-voltage switching installations. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre mit einem festen Kontakt und einem durch einen Federbalg beweglichen Kontakt in einer evakuierten Schaltkammer, wobei beide Kontakte gleichzeitig auf der Schaltkammer angeordnet sind.The invention relates to a vacuum interrupter with a fixed Contact and a contact movable by a bellows an evacuated switching chamber, with both contacts simultaneously are arranged on the switching chamber.

In Leistungsschaltern für Mittelspannungen bis 10 kV werden axial symmetrische Vakuumschaltröhren eingesetzt, wie sie z. B. in der Zeit schrift "Siemens Energie und Automation" April 1985 Seite 27-28 in verschiedenen Ausführungen gezeigt werden. Die einander gegenüber stehenden Kontakte, von denen mindestens einer zum Schalten des Stromes axial bewegt wird, werden von einem Schirm umgeben, der den umhüllenden Isolator vor Bedampfung durch das Kontaktmaterial schützt. Dabei kann der Schirm elektrisch mit einem Kontakt verbunden sein. Ein prinzipielles Schnittbild solcher Vakuumschalt röhre findet man in der Europäischen Patentschrift 01 72 912.In circuit breakers for medium voltages up to 10 kV are axial symmetrical vacuum interrupters used, as z. B. in time script "Siemens Energy and Automation" April 1985 page 27-28 in different versions are shown. The opposite of each other standing contacts, of which at least one for switching the Current is moved axially, are surrounded by a screen that the enveloping insulator before vaporization by the contact material protects. The shield can be electrically connected to a contact be connected. A basic sectional view of such vacuum switching tubes can be found in European patent specification 01 72 912.

Durch die konzentrische Anordnung von Kontakten, Schirm und Isolator haben die Vakuumschaltröhren einen großen Durchmesser, der die Kosten für den Isolator erhöht. Die Aufteilung eines großen Isolators auf zwei kleine Isolatoren, die die Kontaktbolzen mit und ohne Federbalg umgeben, führt zu schlankeren aber längeren Vakuumschaltröhren mit kleinerem Polabstand, die aber wegen der größeren Teilezahl stets teurer sind. Zur Beherrschung des Kurzschlußeinschaltstromes, bei dem sich die Kontakte nicht öffnen dürfen, um Verschweißungen der Kontaktoberfläche zu vermeiden, müssen die Kontakte mit ausreichendem Kontaktdruck zusammengepreßt werden. Bei langen Vakuumschaltröhren beobachtet man nach häufigen Schaltvorgängen eine unangenehme Kontaktbolzenverkürzung durch den großen Kontaktdruck, der permanent vom Antrieb der Vakuumschalt röhre im geschlossenen Zustand aufgebracht wird aber nur selten für große Kurzschlußeinschaltströme gebraucht wird. Bei den bekannten Vakuumschaltröhren ist die Festigkeit des Gehäuses nicht ausreichend, um die Gegenkräfte des großen Kontaktdrucks aufzunehmen, so daß die Vakuumleistungsschalter Isolierspannbänder zwischen den Anschlüssen der Vakuumschaltröhre für die Gegenkräfte brauchen.Due to the concentric arrangement of contacts, shield and Isolator, the vacuum interrupters have a large diameter, which increases the cost of the isolator. The division of a large insulator on two small insulators that hold the contact bolts surrounded with and without bellows, leads to slimmer but longer ones Vacuum interrupters with smaller pole spacing, but because of the larger parts are always more expensive. To master the Short circuit inrush current at which the contacts do not open to avoid welding the contact surface, the contacts must be pressed together with sufficient contact pressure will. Long vacuum interrupters are observed after frequent Switching operations an unpleasant shortening of the contact pin due to the large contact pressure that is permanently driven by the vacuum switch tube is only rarely applied when closed is required for large short-circuit inrush currents. Both known vacuum interrupters, the strength of the housing is not sufficient to absorb the opposing forces of the large contact pressure, so that the vacuum circuit breaker insulating straps between the connections of the vacuum interrupter for the opposing forces.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Konstruktion für Vakuumschaltröhren für Mittel spannungen bis 10 kV mit gleichseitigen Kontaktanschlüssen vorzuschlagen, die ohne einen erhöhten permanenten Kontaktdruck durch den Antrieb des Vakuumleistungsschalters die geforderten Kurzschlußeinschaltströme beherrscht, ohne daß die Kontaktober flächen verschweißen. Dadurch ergibt sich ein kraftsparender und kostengünstiger Vakuumschalterantrieb.The present invention has for its object a Cost-effective construction for vacuum interrupters for medium voltages up to 10 kV with equilateral contact connections propose that without increased permanent contact pressure through the drive of the vacuum circuit breaker Short-circuit inrush currents mastered without the contact upper weld surfaces. This results in an energy-saving and cost-effective vacuum switch drive.

Bei einer Vakuumschaltröhre der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der gerade bewegliche Kontakt auf der Innenseite des doppelt geköpften festen Kontaktes durch eine Drehbewegung kontaktiert.In a vacuum interrupter of the type described above solved this problem in that the straight movable contact on the inside of the double-headed solid contact contacted a rotary motion.

Durch die gleichseitige Anordnung der beiden Kontakte wird eine Stromschleife in der Schaltkammer gebildet. Der bewegliche Kontakt ist außerhalb der Schaltkammer in einer Lagerhülse drehbar gelagert und kontaktiert in der Schaltkammer den festen auf der Innenseite der doppelten Kröpfung. Der in der Nähe des Drehpunktes angeordnete Federbalg wird daher nur schwach beansprucht, so daß seine Lebensdauer auch bei sehr großer Schaltzahl nicht erreicht wird. Bei sehr großen Kurzschlußeinschaltströmen bildet sich der notwendige Kontaktdruck durch die magnetische Kraft des Stromes, so daß die geschlossenen Kontakte nicht abheben können und eine Verschweißung der Kontaktoberfläche verhindert wird. Nach dem Ampereschen Gesetz nimmt die Kontaktkraft quadratisch mit dem Strom zu. Da bei Leistungsschaltern der Kurzschlußausschaltstrom kleiner als der Kurzschlußeinschaltstrom ist, sind, wegen der quadratischen Abhängigkeit vom Strom, sehr viel kleinere Kräfte für den Ausschalt vorgang nötig, die vom Schalterantrieb aufgebracht werden.Due to the equilateral arrangement of the two contacts one Current loop formed in the switching chamber. The moving contact is rotatably mounted in a bearing sleeve outside the switching chamber and contacts the fixed one on the inside in the switching chamber the double crank. The one near the fulcrum arranged bellows is therefore only slightly stressed, so that its service life is not reached even with a very large number of operations becomes. With very large short-circuit inrush currents, the necessary contact pressure by the magnetic force of the current, see above that the closed contacts can not take off and a Welding of the contact surface is prevented. After this Ampere's law takes the contact force squared with the current to. Since the short-circuit breaking current is smaller in circuit breakers than the short circuit inrush current is, because of the quadratic Dependence on electricity, much smaller forces for switching off operation required, which are applied by the switch drive.

Die Kontaktflächen sind mit einer Auflage ausgerüstet, wie sie in modernen Vakuumschaltröhren verwendet werden, um die geforderten Schalteigenschaften zu erreichen und das Vakuum zu halten. Am einfachsten sind diese Forderungen, durch aufgelötete Scheiben oder eindiffundierte Schichten aus CrCu, WCu, MoCu gegebenenfalls mit Zusätzen von Zr, Al, Be, B oder deren Legierungen zu erreichen. Um die Vakuumschaltröhre möglichst kostengünstig herzustellen, ist die Zahl der Teile so gering wie möglich gehalten. Für Nennspannungen bis 10 kV genügt es, einen Isolator zu verwenden, so daß entweder der bewegliche Kontakt isoliert und der feste Kontakt mit der Schalt kammer leitend verbunden ist, oder der feste Kontakt isoliert und der bewegliche Kontakt mit der Schaltkammer leitend verbunden ist. Natürlich können mit 2 Isolatoren auch beide Kontakte gegen die Schaltkammer isoliert sein.The contact surfaces are equipped with a support as in Modern vacuum interrupters are used to meet the required Achieve switching properties and maintain the vacuum. At the the simplest are these requirements, through soldered-on panes or Diffused layers of CrCu, WCu, MoCu, if necessary Addition of Zr, Al, Be, B or their alloys. In order to manufacture the vacuum interrupter as cost-effectively as possible the number of parts kept as low as possible. For nominal voltages up to 10 kV it is sufficient to use an isolator so that either the Movable contact insulated and the fixed contact with the switching chamber is conductively connected, or the fixed contact insulates and the movable contact with the switching chamber is conductively connected. Of course, with 2 isolators, both contacts can be against the Switch chamber be insulated.

Ist der bewegliche Kontakt isoliert, so ist es zweckmäßig, den Federbalg direkt hart auf den Isolator zu löten, da der geringe thermische Ausdehnungsunterschied zwischen dem Chromstahl des Federbalges und dem Hartporzellan des Isolators wegen der geringen Wandstärke des Federbalges bedeutungslos ist.If the movable contact is isolated, it is advisable to use the Bellow directly solder hard to the insulator because of the small thermal expansion difference between the chrome steel of the Bellows and the hard porcelain of the insulator because of the low Wall thickness of the bellows is meaningless.

Isolatoren und Federbalg sind gegen Teilchen und Dampf der im Schaltvorgang beanspruchten Kontaktoberflächen durch Schirme zu schützen, die direkt an die Kontakte gelötet werden.Insulators and bellows are against particles and steam Switching action to contact surfaces by screens protect that are soldered directly to the contacts.

Um den Abstand der Leiter im dreiphasigen Vakuumleistungsschalter möglichst klein zu halten, sind der Schaltkammertopf und die Montageplatte elliptisch geformt.The distance between the conductors in the three-phase vacuum circuit breaker The switch chamber pot and the are to be kept as small as possible Mounting plate shaped elliptically.

Die Erfindung soll anhand von zwei Ausführungsbeispielen nach den Zeichnungen erläutert werden.The invention is based on two embodiments according to the Drawings are explained.

Abb. 1 zeigt die Vakuum schaltröhre 1 mit einem festen Kontakt 2 und einem durch einen Federbalg 14 beweglichen Kontakt 3, wobei beide Kontakte gleichseitig auf der Schaltkammer 8 angeordnet sind, im Längsschnitt. Die gezeigte Vakuumschaltröhre ist für Nennströme bis 630 A und Nennspannungen bis 6 kV brauchbar. Fig. 1 shows the vacuum interrupter 1 with a fixed contact 2 and a movable by a bellows 14 contact 3 , both contacts being arranged on the same side on the switching chamber 8 , in longitudinal section. The vacuum interrupter shown can be used for nominal currents up to 630 A and nominal voltages up to 6 kV.

Auf der Montageplatte 10 aus CrNi-Stahl werden Basisring 5, Isolator 4 und Federbalg 14 übereinander und in einem Durchzug der Montageplatte 10 der feste Kontakt 2 in einem Arbeitsgang hart gelötet. Der mit dem Zwischenring 11 und dem Schirm 13 versehene bewegliche Kontakt 3 wird in den Federbalg eingesetzt. Der Federbalg 14 wird an seiner Stirnseite mit dem Zwischenring 11 verschweißt. Nach der für Vakuumschaltröhren üblichen Reinigung, wird die fertig vormontierte Montageplatte 10 in den elliptischen Schaltkammertopf 9 eingesetzt, wobei der dazwischen liegende Lötring gewellt ist. Viele Vakuumschaltröhren werden gemeinsam in einem großen Hoch vakuumofen über den Spalt zwischen Montageplatte und Schaltkammertopf entgast und durch Temperaturerhöhung verschlossen indem Schaltkammer topf 9 mit Montageplatte 10 verlötet werden. Nach dem Belüften des Hochvakuumofens wird durch den Luftdruck der Federbalg 14 zusammengedrückt bis der bewegliche Kontakt 3 auf den festen Kontakt 2 aufsetzt. Die Betriebsfähigkeit der Vakuumschaltröhre wird durch Einsetzen des Lagerstiftes 6 erreicht. Dazu wird zunächst die Lagerhülse 7 aus Kunststoff über den Basisring 5 auf die Montage platte 10 aufgeklebt und der bewegliche Kontakt 3 gegen den Luft druck gehoben, so daß der Lagerstift 6 im Lager der Lagerhülse 7 fixiert werden kann. Mit den Randbohrungen der Montageplatte 10 wird die Vakuumschaltröhre im Vakuumleistungsschalter befestigt. Der Spalt zwischen Lagerhülse 7 und beweglichen Kontakt 3 wird durch einen weichelastischen Stopfen 15 verschlossen, um Verschmut zungen des Isolators 4 zu vermeiden. Geschaltet wird die Vakuum schaltröhre durch Drehung des beweglichen Kontaktes 3, der im Vakuumleistungsschalter über ein flexibles Stromband angeschlossen ist. Durch die Isolatorlänge ist eine Anpassung der Konstruktion an unterschiedliche Nennspannungen möglich. Bei kostengünstiger Massenfertigung kann die vorgeschlagene Vakuumschaltröhre auch als Lasttrenner eingesetzt werden, da sie kurzschlußfest ist.On the mounting plate 10 made of stainless steel, the base ring 5 , insulator 4 and bellows 14 are one above the other and in one pass of the mounting plate 10 the fixed contact 2 is brazed in one operation. The movable contact 3 provided with the intermediate ring 11 and the screen 13 is inserted into the bellows. The bellows 14 is welded to the intermediate ring 11 on its end face. After cleaning, which is customary for vacuum interrupters, the pre-assembled mounting plate 10 is inserted into the elliptical chamber 9 , with the soldering ring in between being corrugated. Many vacuum interrupters are degassed together in a large high vacuum oven over the gap between the mounting plate and the switching chamber pot and closed by increasing the temperature by soldering the switching chamber pot 9 to the mounting plate 10 . After venting the high vacuum furnace, the bellows 14 is compressed by the air pressure until the movable contact 3 touches the fixed contact 2 . The operability of the vacuum interrupter is achieved by inserting the bearing pin 6 . For this purpose, the bearing sleeve 7 made of plastic is glued to the mounting plate 10 via the base ring 5 and the movable contact 3 is raised against the air pressure, so that the bearing pin 6 can be fixed in the bearing of the bearing sleeve 7 . The vacuum interrupter is fastened in the vacuum circuit breaker with the edge bores of the mounting plate 10 . The gap between the bearing sleeve 7 and the movable contact 3 is closed by a flexible stopper 15 in order to avoid contamination of the insulator 4 . The vacuum interrupter is switched by rotating the movable contact 3 , which is connected in the vacuum circuit breaker via a flexible current band. Thanks to the insulator length, the design can be adapted to different nominal voltages. In the case of inexpensive mass production, the proposed vacuum interrupter can also be used as a load disconnector, since it is short-circuit proof.

Abb. 2 zeigt den Schnitt durch den Schaltkammertopf in Höhe der Kontakte. Fig. 2 shows the section through the control chamber pot at the level of the contacts.

Abb. 3 zeigt die zweite Ausführung der Vakuumschaltröhre, bei der der feste Kontakt 2 isoliert ist. Gegen die innere Bedampfung des Isolators 4 ist ein zusätzlicher Schutzschirm 16 notwendig. Der Schirm 13 schützt den Federbalg 14 vor Teilchen, die bei Kurzschluß strömen von den Kontaktoberflächen 12 versprüht werden können. Die zweite Ausführung der Vakuumschaltröhre unterscheidet sich im Schnitt durch den Schaltkammertopf in Höhe der Kontakte nicht von der ersten Ausführung. Fig. 3 shows the second version of the vacuum interrupter, in which the fixed contact 2 is insulated. An additional protective shield 16 is necessary against the internal vaporization of the insulator 4 . The shield 13 protects the bellows 14 from particles that can flow from the contact surfaces 12 in the event of a short circuit. The second version of the vacuum interrupter does not differ from the first version in the section through the switching chamber pot at the level of the contacts.

Die Überlagerung der in den Abb. 1 und 3 gezeigten Vakuumschalt röhren ergibt eine Vakuumschaltröhre mit 2 Isolatoren für beide Kontakte mit potentialfreier Schaltkammer.The superposition of the vacuum interrupters shown in Fig. 1 and 3 results in a vacuum interrupter with 2 insulators for both contacts with a floating switching chamber.

Claims

1. Vakuumschaltröhre mit einem festen Kontakt und einem durch einen Federbalg beweglichen Kontakt in einer evakuierten Schaltkammer, wobei beide Kontakte gleichseitig auf der Schaltkammer angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der gerade bewegliche Kontakt auf der Innenseite des doppelt gekröpften festen Kontaktes durch eine Drehung kontaktiert.1. Vacuum interrupter with a fixed contact and a movable contact by a bellows in an evacuated switching chamber, both contacts being arranged on the same side on the switching chamber, characterized in that the straight movable contact on the inside of the double cranked fixed contact contacts by rotation.

2. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der bewegliche Kontakt außerhalb der Schalt kammer in einem mit der Vakuumschaltröhre verbundenem Lager drehbar gelagert ist.2. Vacuum interrupter according to claim 1, characterized records that the movable contact outside the switching chamber in a bearing connected to the vacuum interrupter is rotatably mounted.

3. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kontakte an den Kontaktflächen eindiffundierte Schichten aus CrCu, WCu, MoCu mit Zusätzen von Zr, Al, Be, B oder deren Legierungen haben.3. Vacuum interrupter according to claim 1 or 2, characterized ge indicates that the contacts on the contact surfaces diffused layers of CrCu, WCu, MoCu with additions of Zr, Al, Be, B or their alloys.

4. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 oder einem der anderen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen aufgelötete Scheiben aus CrCu, WCu, MoCu mit Zusätzen von Zr, Al, Be, B oder deren Legierungen haben.4. vacuum interrupter according to claim 1 or one of the other sayings, characterized in that the CrCu, WCu, MoCu disks with soldered contact surfaces Add Zr, Al, Be, B or their alloys.

5. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 oder einem der anderen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontakt isoliert ist und der feste Kontakt mit der Schaltkammer leitend verbunden ist.5. vacuum interrupter according to claim 1 or one of the other to sayings, characterized in that the movable contact is insulated and the fixed contact with the Switching chamber is conductively connected.

6. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 oder einem der anderen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Kontakt isoliert ist und der bewegliche Kontakt mit der Schaltkammer leitend verbunden ist.6. vacuum interrupter according to claim 1 or one of the other to sayings, characterized in that the fixed contact is insulated and the moving contact with the Switching chamber is conductively connected.

7. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 oder einem der anderen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kontakte gegen die Schaltkammer isoliert sind.7. vacuum interrupter according to claim 1 or one of the other to sayings, characterized in that both Contacts are insulated against the switching chamber.

8. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 oder einem der anderen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Federbalg direkt mit dem Isolator verbunden ist.8. vacuum interrupter according to claim 1 or one of the other to sayings, characterized in that the Bellows is connected directly to the isolator.

9. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 oder einem der anderen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator gegen Bedampfung durch einen Schirm an den Kontakten geschützt ist.9. vacuum interrupter according to claim 1 or one of the other to sayings, characterized in that the Insulator against vaporization by a shield on the contacts is protected.

10. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 oder einem der anderen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkammertopf und die Montageplatte elliptisch geformt sind.10. vacuum interrupter according to claim 1 or one of the other to sayings, characterized in that the Switch chamber pot and the mounting plate are elliptically shaped.

11. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 oder einem der anderen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumschaltröhre pumpstengellos im Hochvakuum verschlossen wird.11. Vacuum interrupter according to claim 1 or one of the other An sayings, characterized in that the Vacuum interrupter is closed without a pump in high vacuum.

12. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 oder einem der anderen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageröffnung für den beweglichen Kontakt mit einem weichelastischen Stopfen verschlossen wird.12. Vacuum interrupter according to claim 1 or one of the other An sayings, characterized in that the Bearing opening for moving contact with a soft elastic Stopper is closed.