EP2904624B1 - Schaltgerät - Google Patents

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EP2904624B1
EP2904624B1 EP13798977.8A EP13798977A EP2904624B1 EP 2904624 B1 EP2904624 B1 EP 2904624B1 EP 13798977 A EP13798977 A EP 13798977A EP 2904624 B1 EP2904624 B1 EP 2904624B1
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EP
European Patent Office
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electrode
contact
switching device
magnetic field
arrangement
Prior art date
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Application number
EP13798977.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2904624A1 (de
Inventor
Karsten Freundt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2904624A1 publication Critical patent/EP2904624A1/de
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Publication of EP2904624B1 publication Critical patent/EP2904624B1/de
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/18—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/44—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
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    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6641—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings making use of a separate coil
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/36—Metal parts
    • H01H2009/365—Metal parts using U-shaped plates

Definitions

  • the invention relates to a switching device with a contact system of a moving contact and a fixed contact and an arc extinguishing device.
  • Switchgear with a contact system consisting of a moving contact and a fixed contact and an arc extinguishing device are known from the state of the art, for example in the field of low voltage as a switch with a fixed contact and a rotatably mounted moving contact, wherein an arc extinguishing device is provided in the form of quenching plates.
  • medium-voltage range switching devices are known, for example, as vacuum interrupters, which have a vacuum-tight housing vacuum-movably led out moving contact and also vacuum-tight led out of the vacuum housing fixed contact, which form a contact system within the vacuum housing, wherein the arc extinguishing device is formed by slots in the contacts of the contact system which slots are provided for generating a magnetic field and lead to the expansion or rotation of an arc, which is extinguished at a current zero crossing.
  • An arc extinguishing device which displaces an arc by means of a magnetic field into an extinguishing device.
  • Object of the present invention is to provide a switching device, which has improved arc extinguishing properties.
  • a switching device with a contact system comprising a moving contact, which is movable along a direction of movement, and a Fixed contact, as well as an arc extinguishing device with an arrangement for generating a trained in a plane perpendicular to the direction of movement magnetic field and an electrode assembly of a first, with the moving contact conductive connected electrode and a second, conductively connected to the fixed contact electrode, wherein the first and the second electrode are arranged such that an electric field between the first and the second electrode perpendicular to the direction of movement and perpendicular to the magnetic field can be formed.
  • Such a switching device has improved arc extinguishing properties, because by the arrangement for generating a magnetic field and the electrode assembly occurring in the case of a short-circuit current in a separate contact system arc, which has as plasma electrically conductive particles, and there formed in the arrangement for generating the magnetic field magnetic field in the electrode arrangement of the first and second electrodes, an electric field can be generated because the charged, electrically conductive particles of the plasma of the arc move due to the movement in the magnetic field to the electrodes, and build there an electric field, which leads to the generation of a countercurrent , which is opposite to the external applied voltage and thus counteracts the arc-burning voltage and causes the arc extinguishing or supports.
  • Such a switching device can be used both for DC operation as well as for AC operation, because the trained by the magnetic field generating arrangement and the electrode array in DC operation for arc extinction sufficient and in AC operation, the same effect during a half-wave of the AC is also sufficient to counteract the arc flash voltage and assist arc quenching.
  • the underlying principle is that of a known in itself magnetohydrodynamic generator, in which the movement of a stream of conductive particles in a magnetic field caused by the force of the magnetic field on the conductive particles on an electrode assembly generates an electric field and the DC current flow leads.
  • This electric field generated in the electrode assembly is in the switching device according to the invention advantageously the outer voltage applied and thus the arc voltage aligned opposite and causes or thus supports advantageously the arc extinguishing.
  • the arrangement for generating the magnetic field comprises a U-shaped iron core whose base is arranged between the fixed contact and a current loop forming electrical connection line of the fixed contact and the two legs extend along the contact system to this.
  • a type of SLOT motor is formed by the U-shaped iron core in the arrangement according to the advantageous embodiment, in which when a sufficiently high current between the legs of the U-shaped iron core occurs, a magnetic field is generated, which is a force on the Moving contact of the contact system exerts, which leads to the opening of the contact system. Furthermore, this arrangement of the U-shaped iron core and the magnetic field generated thereby also ensures a force on the electrically conductive particles or particles of the plasma stream, which can be exploited to build up the opposing field on the electrode arrangement.
  • the first electrode extends laterally from the moving contact in the direction of the fixed contact and the second electrode laterally from the fixed contact in the direction of the moving contact such that in interrupted contact system, the first electrode and the second electrode to one between the moving contact and the fixed contact formed space along the same extend.
  • the moving contact is electrically isolated with a drive mechanically coupled and conductively connected by a first sliding contact with a first electrical connection of the switching device.
  • a sliding contact and a flexible conductor can serve for connection.
  • Such a sliding contact or flexible conductor is an easy way to electrically conductively connect a first electrical connection of the switching device to the moving contact and at the same time to ensure the movement of the moving contact for opening or closing the contact system of the switching device.
  • the first electrode is conductively connected via a second sliding contact with the first electrical connection of the switching device.
  • a second flexible conductor can serve for connection.
  • a second sliding contact or a second flexible conductor for the electrically conductive connection of the first electrode to the first electrical terminal of the switching device also allows in a simple manner an electrically conductive connection while ensuring the mobility of the moving contact.
  • the contact system and the arc extinguishing device may be arranged differently, for example in an air-insulated housing.
  • the contact system and the arc extinguishing device are arranged in a vacuum-tight housing, wherein a BewegCountan gleichbolzen is led out vacuum-tight movable from the vacuum housing.
  • the order the contact system and the arc extinguishing device in a vacuum-tight housing is particularly advantageous when the switching device is to be used in the range of medium voltage, because in such a vacuum interrupter an arc in the form of a metal vapor plasma with extremely high conductivity when interrupting the contact system caused by a short circuit current.
  • the short-circuit current which is to be interrupted in the range of the medium voltage high, so that a large magnetic field can be generated by the arrangement for generating the magnetic field.
  • the electric field which can be generated between the electrode arrangement is sufficient to effect the extinction of the arc.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a switching device 1 with a first electrical connection 2 and a second electrical connection 3 for connection to, for example, a switchgear in the field of energy distribution.
  • the switching device 1 is provided for interrupting the power distribution of the switchgear, for example, in the case of a present Short circuit, which is detected by a control device, not shown figuratively and leads to the initiation of a drive movement in a figuratively also not shown drive the switching device 1, whereby a contact system 4 of the switching device 1 can be interrupted.
  • the contact system 4 comprises a fixed contact 5, which is fixedly arranged and is conductively connected to the second electrical connection 3 via a current loop 6, and a moving contact 7 which conducts by means of an electrical line 8 and a first sliding contact 9 with the first electrical connection 2 is connected and mechanically coupled by means of a drive rod 10, which is electrically insulating, with the drive of the switching device 1, not shown figuratively.
  • a drive rod 10 which is electrically insulating, with the drive of the switching device 1, not shown figuratively.
  • the sliding contact 9 may also serve a flexible conductor, for example in the form of a current band or the like, for conductive connection.
  • a bearing 11 is provided on the drive rod 10 to ensure guided movement of the drive rod and to accommodate any transverse forces that may occur.
  • the moving contact 7 is at the initiation of a drive movement and unlatching the latched in normal operation drive rod in the embodiment of FIG. 1 moved in a direction of movement upwards or when the short circuit has been eliminated and the contact system is to be closed again due to a control command moves in a downward direction, indicated by the direction of movement arrow designated 12.
  • An arrangement 13 for generating a magnetic field is provided, which is formed by a U-shaped iron core 14, of which in the FIG. 1 only the base 15 can be seen, which is arranged between the fixed contact 5 and the current loop 6 and extend their legs from the base to the contact system 4 upwards, as explained in more detail below with reference to Figure 2.
  • the arrangement 13 for generating a magnetic field is provided to generate a magnetic field in the event of a short-circuit current occurring, which in a plane perpendicular to the direction of movement of the moving contact is trained.
  • a first electrode 16 is electrically conductively connected via a second sliding contact 17 with the electrical line 8 and thus with the moving contact 7 and the first electrical connection 2 and extends laterally from the moving contact 7 in the direction of the fixed contact 5.
  • the second sliding contact 17 may also serve a flexible conductor, for example in the form of a current band or the like, for conductive connection.
  • a second electrode 18 is conductively connected to the current loop 6 and thus to fixed contact 5 and the second electrical connection 3 and extends from the fixed contact 5 laterally in the direction of the moving contact 7, wherein the first electrode 16 and the second electrode 18 are arranged such that they extend around the contact system 4 and the formation of an electric field between the first electrode 16 and the second electrode 18 is perpendicular to the movement direction 12 of the moving contact 7 as well as perpendicular to the magnetic field generated by the arrangement 13 for generating a magnetic field.
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of the switching device 1, wherein in the FIG. 2 the moving contact 7 and the drive rod 10 can be seen, as well as the base 15 and a first leg 19 and a second leg 20 of the arrangement 13 for generating the magnetic field, wherein the first leg 19 and the second leg 20 of the base 15 upwards the Cover contact system 4 surrounding.
  • the first electrode 16 and the second electrode 18 are also in the FIG. 2 recognizable, wherein the first electrode 16 and the second electrode 18 also extend around the contact system 4 such that an electric field can be generated, which is perpendicular to the direction of movement 12 of the moving contact 7 and perpendicular to the magnetic field of the assembly 13 can be formed.
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of the switching device 1, wherein in the FIG. 2 the moving contact 7 and the drive rod 10 can be seen, as well as the base 15 and a first leg 19 and a second leg 20 of the arrangement 13 for generating the magnetic field, wherein the first leg 19 and the second leg 20 of the base 15 upwards the Cover contact
  • the moving contact 7 is shown as a circular contact, but the function of the switching device 1 with the arc extinguishing device is independent of the geometric shape of fixed contact 5 and moving contact 7, as long as the above conditions for the electrode assembly and the arrangement for generating the magnetic field are met.
  • FIG. 3 the switching device 1 with already broken contact system 4 shows, with a gap 21 is formed between the moving contact 7 and the fixed contact 5, since after detection of the short-circuit current by a control device, the drive rod 10 unlatches and the drive has initiated a drive movement in the drive rod 10, wherein the opening of the contact system 4 is supported by the arrangement 13 for generating a magnetic field which, in the case of a short-circuit current, initially functions like a SLOT motor and generates a repulsive force between moving contact and fixed contact, which promotes the opening of the contact system 4.
  • the open contact system 4 as in the FIG.
  • an arc 22 is ignited in the space 21, schematically represented by the jagged arrows 23 and 24, which forms a metal vapor plasma.
  • the first electrical terminal 2 is provided with negative polarity and the second electrical terminal 3 with positive polarity, this may be corresponding to an external applied DC voltage or the polarity within a half-wave of an external applied alternating current. While this polarity is present, a technical current flows according to the current arrows marked with i, thus electrically positively charged particles move according to the technical current direction in the gap 21 from the fixed contact 5 to the moving contact 7 and accordingly electrically negatively charged particles from the moving contact 7 to Move fixed contact 5 downwards.
  • the upward moving positive charge carriers experience a force to the right, which they to the first electrode 16 moves, whereas the negative charge carriers undergo a force to the left due to the magnetic field, which moves them to the second electrode 18, so that a counter electric field arises between the first electrode 16 and the second electrode 18, which corresponds to the external applied driving voltage and so that the arc-firing voltage is directed opposite and leads within a very short time to collapse or to extinguish the arc in the space 21.
  • both the drive rod 10 and the electrical leads 8 to the moving contact and possibly to the first electrode 16 to be designed so that both the movement and the electrical connection of the moving contact 7 is vacuum-tight movable introduced into the vacuum-tight housing of the vacuum interrupter.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät mit einem Kontaktsystem aus einem Bewegkontakt und einem Festkontakt sowie einer Lichtbogenlöschvorrichtung.
  • Schaltgeräte mit einem Kontaktsystem aus einem Bewegkontakt und einem Festkontakt sowie einer Lichtbogenlöschvorrichtung sind aus dem landläufigen Stand der Technik bekannt, beispielsweise im Bereich der Niederspannung als Schalter mit einem Festkontakt und einem drehbar gelagerten Bewegkontakt, wobei eine Lichtbogenlöschvorrichtung in Form von Löschblechen vorgesehen ist. Im Mittelspannungsbereich sind Schaltgeräte beispielsweise als Vakuumschaltröhren bekannt, welche einen aus einem vakuumdichten Gehäuse vakuumdicht beweglich herausgeführten Bewegkontakt sowie einen ebenfalls vakuumdicht aus dem Vakuumgehäuse herausgeführten Festkontakt aufweisen, welche ein Kontaktsystem innerhalb des Vakuumgehäuses bilden, wobei die Lichtbogenlöschvorrichtung durch Schlitze in den Kontakten des Kontaktsystems gebildet ist, welche Schlitze zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen sind und zur Aufweitung bzw. Rotation eines Lichtbogens führen, welcher bei einem Stromnulldurchgang gelöscht wird.
  • Aus der EP0231600A1 ist eine Lichtbogenlöschvorrichtung bekannt, die einen Lichtbogen mittels eines Magnetfeldes in eine Löschvorrichtung verdrängt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schaltgerät auszubilden, welches über verbesserte Lichtbogenlöscheigenschaften verfügt.
  • Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch ein Schaltgerät mit einem Kontaktsystem aus einem Bewegkontakt, welcher entlang einer Bewegungsrichtung beweglich ist, und einem Festkontakt, sowie einer Lichtbogenlöschvorrichtung mit einer Anordnung zur Erzeugung eines in einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgebildeten Magnetfeldes und einer Elektrodenanordnung aus einer ersten, mit dem Bewegkontakt leitend verbundenen Elektrode und einer zweiten, mit dem Festkontakt leitend verbundenen Elektrode, wobei die erste und die zweite Elektrode derart angeordnet sind, dass ein elektrisches Feld zwischen der ersten und der zweiten Elektrode senkrecht zur Bewegungsrichtung und senkrecht zum Magnetfeld ausbildbar ist.
  • Ein derartiges Schaltgerät weist verbesserte Lichtbogenlöscheigenschaften auf, weil durch die Anordnung zur Erzeugung eines Magnetfeldes und die Elektrodenanordnung ein im Falle eines Kurzschlussstromes bei getrenntem Kontaktsystem auftretender Lichtbogen, welcher als Plasma elektrisch leitfähige Teilchen aufweist, und da das in der Anordnung zur Erzeugung des Magnetfeldes ausgebildete Magnetfeld in der Elektrodenanordnung aus erster und zweiter Elektrode ein elektrisches Feld erzeugbar ist, weil sich die geladenen, elektrisch leitfähigen Teilchen des Plasmas des Lichtbogens bedingt durch die Bewegung im Magnetfeld zu den Elektroden bewegen, und dort ein elektrisches Feld aufbauen, das zur Erzeugung eines Gegenstromes führt, welcher der äußeren angelegten Spannung entgegengesetzt ausgebildet ist und somit der Lichtbogenbrennspannung entgegenwirkt und die Lichtbogenlöschung bewirkt bzw. unterstützt. Besonders vorteilhaft bei einem derartigen Schaltgerät ist, dass es sowohl für Gleichspannungsbetrieb wie auch für Wechselspannungsbetrieb einsetzbar ist, weil das durch die Magnetfelderzeugungsanordnung und die Elektrodenanordnung ausgebildete elektrische Feld bei Gleichspannungsbetrieb zur Lichtbogenlöschung ausreicht und bei Wechselspannungsbetrieb derselbe Effekt während einer Halbwelle des Wechselstromes ebenfalls ausreicht, um der Lichtbogenbrennspannung entgegenzuwirken und die Lichtbogenlöschung zu unterstützen. Das zu Grunde liegende Prinzip ist dabei das eines an und für sich bekannten magnetohydrodynamischen Generators, bei dem die Bewegung eines Stromes von leitfähigen Partikeln in einem Magnetfeld bedingt durch die Kraft des Magnetfeldes auf die leitfähigen Partikel an einer Elektrodenanordnung ein elektrisches Feld erzeugt und zum DC Stromfluss führt. Dieses in der Elektrodenanordnung erzeugte elektrische Feld ist bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät vorteilhafterweise der äußeren anliegenden Spannung und damit der Lichtbogenbrennspannung entgegengesetzt ausgerichtet und bewirkt bzw. unterstützt damit in vorteilhafter Weise die Lichtbogenlöschung.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Anordnung zur Erzeugung des Magnetfeldes einen U-förmigen Eisenkern, dessen Basis zwischen dem Festkontakt und einer eine Stromschleife bildenden elektrischen Anschlussleitung des Festkontaktes angeordnet ist und dessen beide Schenkel sich entlang des Kontaktsystems um dieses erstrecken.
  • Mit anderen Worten ist durch den U-förmigen Eisenkern in der Anordnung gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung eine Art SLOT-Motor gebildet, bei welchem beim Auftreten eines ausreichend hohen Stromes zwischen den Schenkeln des U-förmigen Eisenkernes ein Magnetfeld erzeugt wird, welches eine Kraft auf den Bewegkontakt des Kontaktsystems ausübt, die zum Öffnen des Kontaktsystems führt. Weiterhin ist durch diese Anordnung des U-förmigen Eisenkernes und das dadurch erzeugte Magnetfeld auch eine Kraft auf die elektrisch leitfähigen Partikel bzw. Teilchen des Plasmastromes gewährleistet, welche zum Aufbau des Gegenfeldes an der Elektrodenanordnung ausnutzbar ist.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die erste Elektrode seitlich vom Bewegkontakt in Richtung des Festkontaktes und die zweite Elektrode seitlich vom Festkontakt in Richtung des Bewegkontaktes derart, dass sich bei unterbrochenen Kontaktsystem die erste Elektrode und die zweite Elektrode um einen zwischen dem Bewegkontakt und dem Festkontakt gebildeten Zwischenraum entlang desselben erstrecken. Durch eine derartige Anordnung von erster Elektrode und zweiter Elektrode ist ein geometrisch einfacher Aufbau realisiert, mit dem eine Ausbildung des elektrischen Feldes zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bewegkontaktes und senkrecht zum Magnetfeld ermöglicht ist entsprechend dem Kreuzprodukt aus Stromrichtung und Magnetischer Feldrichtung.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Bewegkontakt elektrisch isoliert mit einem Antrieb mechanisch gekoppelt und mittels eines ersten Gleitkontaktes mit einem ersten elektrischen Anschluss des Schaltgerätes leitend verbunden. Anstelle eines Gleitkontaktes kann auch ein flexibler Leiter zur Verbindung dienen. Ein derartiger Gleitkontakt oder flexibler Leiter stellt eine einfache Möglichkeit dar, einen ersten elektrischen Anschluss des Schaltgerätes mit dem Bewegkontakt elektrisch leitend zu verbinden und gleichzeitig die Bewegung des Bewegkontaktes zum Öffnen bzw. Schließen des Kontaktsystems des Schaltgerätes zu gewährleisten.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Elektrode über einen zweiten Gleitkontakt mit dem ersten elektrischen Anschluss des Schaltgerätes leitend verbunden. Anstelle des zweiten Gleitkontaktes kann auch ein zweiter flexibler Leiter zur Verbindung dienen. Ein zweiter Gleitkontakt oder ein zweiter flexibler Leiter zur elektrisch leitenden Verbindung der ersten Elektrode mit dem ersten elektrischen Anschluss des Schaltgerätes ermöglicht ebenfalls in einfacher Weise eine elektrisch leitende Verbindung bei gleichzeitiger Gewährleistung der Beweglichkeit des Bewegkontaktes.
  • Das Kontaktsystem und die Lichtbogenlöschvorrichtung können unterschiedlich angeordnet sein, beispielsweise in einem luftisolierten Gehäuse. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das Kontaktsystem und die Lichtbogenlöschvorrichtung in einem vakuumdichten Gehäuse angeordnet, wobei ein Bewegkontaktanschlussbolzen vakuumdicht beweglich aus dem Vakuumgehäuse herausgeführt ist. Die Anordnung des Kontaktsystems und der Lichtbogenlöschvorrichtung in einem vakuumdichten Gehäuse ist besonders vorteilhaft, wenn das Schaltgerät im Bereich der Mittelspannung eingesetzt werden soll, weil in einer derartigen Vakuumschaltröhre ein Lichtbogen in Form eines Metalldampfplasmas mit extrem hoher Leitfähigkeit beim Unterbrechen des Kontaktsystems bedingt durch einen Kurzschlussstrom entsteht. Weiterhin ist der Kurzschlussstrom, welcher unterbrochen werden soll, im Bereich der Mittelspannung hoch, so dass durch die Anordnung zur Erzeugung des Magnetfeldes ein großes Magnetfeld erzeugbar ist. Bei einer gleichzeitig relativ geringen Lichtbogenspannung des Lichtbogens in der Vakuumschaltröhre ist das zwischen der Elektrodenanordnung erzeugbare elektrische Feld ausreichend, um die Löschung des Lichtbogens zu bewirken bzw. zu unterstützen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes mit geschlossenem Kontaktsystem;
    Figur 2
    eine schematische Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schaltgerätes; und
    Figur 3
    eine weitere schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Schaltgerätes mit unterbrochenem Kontaktsystem.
  • Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Schaltgerätes 1 mit einem ersten elektrischen Anschluss 2 und einem zweiten elektrischen Anschluss 3 zum Verbinden mit beispielsweise einer Schaltanlage im Bereich der Energieverteilung. Das Schaltgerät 1 ist vorgesehen zum Unterbrechen der Energieverteilung der Schaltanlage beispielsweise im Falle eines vorliegenden Kurzschlusses, welcher von einer figürlich nicht dargestellten Steuerungseinrichtung detektierbar ist und zum Einleiten einer Antriebsbewegung in einen figürlich ebenfalls nicht dargestellten Antrieb des Schaltgerätes 1 führt, wodurch ein Kontaktsystem 4 des Schaltgerätes 1 unterbrochen werden kann. Das Kontaktsystem 4 umfasst einen Festkontakt 5, welcher ortsfest angeordnet ist und über eine Stromschleife 6 mit dem zweiten elektrischen Anschluss 3 leitend verbunden ist, sowie einen Bewegkontakt 7, welcher mittels einer elektrischen Leitung 8 und einem ersten Gleitkontakt 9 mit dem ersten elektrischen Anschluss 2 leitend verbunden ist und mittels einer Antriebsstange 10, welche elektrisch isolierend ausgebildet ist, mit dem figürlich nicht dargestellten Antrieb des Schaltgerätes 1 mechanisch gekoppelt ist. Anstelle des Gleitkontaktes 9 kann auch ein flexibler Leiter, beispielsweise in Form eines Strombandes oder dergleichen, zur leitenden Verbindung dienen. Ein Lager 11 ist an der Antriebsstange 10 vorgesehen, um eine geführte Bewegung der Antriebsstange zu gewährleisten und eventuell auftretende Querkräfte aufzunehmen. Der Bewegkontakt 7 wird beim Einleiten einer Antriebsbewegung und Entklinken der im Normalbetrieb verklinkten Antriebsstange im Ausführungsbeispiel der Figur 1 in eine Bewegungsrichtung nach oben bewegt bzw. wenn der Kurzschluss beseitigt wurde und das Kontaktsystem bedingt durch einen Steuerungsbefehl wieder geschlossen werden soll, in eine Richtung nach unten bewegt, angedeutet durch den mit 12 bezeichneten Bewegungsrichtungspfeil. Eine Anordnung 13 zur Erzeugung eines Magnetfeldes ist vorgesehen, welche durch einen U-förmigen Eisenkern 14 gebildet ist, von dem in der Figur 1 lediglich die Basis 15 erkennbar ist, welche zwischen dem Festkontakt 5 und der Stromschleife 6 angeordnet ist und deren Schenkel von der Basis hinweg um das Kontaktsystem 4 nach oben erstrecken, wie weiter unten mit Bezug auf die Figur 2 näher erläutert. Die Anordnung 13 zur Erzeugung eines Magnetfeldes ist dabei vorgesehen, im Falle eines auftretenden Kurzschlussstromes ein Magnetfeld zu erzeugen, welches in einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bewegkontaktes ausgebildet wird. Eine erste Elektrode 16 ist über einen zweiten Gleitkontakt 17 mit der elektrischen Leitung 8 und damit mit dem Bewegkontakt 7 bzw. dem ersten elektrischen Anschluss 2 elektrisch leitend verbunden und erstreckt sich vom Bewegkontakt 7 in Richtung des Festkontaktes 5 seitlich. Anstelle des zweiten Gleitkontaktes 17 kann ebenfalls ein flexibler Leiter, beispielsweise in Form eines Strombandes oder dergleichen, zur leitenden Verbindung dienen. Eine zweite Elektrode 18 ist mit der Stromschleife 6 und damit mit Festkontakt 5 bzw. dem zweiten elektrischen Anschluss 3 leitend verbunden und erstreckt sich vom Festkontakt 5 seitlich in Richtung des Bewegkontaktes 7, wobei die erste Elektrode 16 und die zweite Elektrode 18 derart angeordnet sind, dass sie sich um das Kontaktsystem 4 herum erstrecken und das Ausbilden eines elektrischen Feldes zwischen der ersten Elektrode 16 und der zweiten Elektrode 18 senkrecht zur Bewegungsrichtung 12 des Bewegkontaktes 7 wie auch senkrecht zum von der Anordnung 13 zur Erzeugung eines Magnetfeldes erzeugten Magnetfeldes ermöglicht ist.
  • Figur 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Schaltgerät 1, wobei in der Figur 2 der Bewegkontakt 7 sowie die Antriebsstange 10 erkennbar sind, sowie die Basis 15 und ein erster Schenkel 19 und ein zweiter Schenkel 20 der Anordnung 13 zur Erzeugung des Magnetfeldes, wobei sich der erste Schenkel 19 und der zweite Schenkel 20 von der Basis 15 nach oben das Kontaktsystem 4 umgebend erstrecken. Die erste Elektrode 16 sowie die zweite Elektrode 18 sind ebenfalls in der Figur 2 erkennbar, wobei die erste Elektrode 16 und die zweite Elektrode 18 sich ebenfalls um das Kontaktsystem 4 derart herum erstrecken, dass ein elektrisches Feld erzeugbar ist, welches senkrecht zur Bewegungsrichtung 12 des Bewegkontaktes 7 und senkrecht zum Magnetfeld der Anordnung 13 ausbildbar ist. In der Figur 2 ist der Bewegkontakt 7 als kreisrunder Kontakt dargestellt, die Funktion des Schaltgerätes 1 mit der Lichtbogenlöschvorrichtung ist aber unabhängig von der geometrischen Form von Festkontakt 5 und Bewegkontakt 7, solange die obigen Bedingungen für die Elektrodenanordnung und die Anordnung zur Erzeugung des Magnetfeldes erfüllt sind.
  • Die Funktion des Schaltgerätes 1 wird mit Bezug auf die Figur 3 näher erläutert, wobei die Figur 3 das Schaltgerät 1 mit bereits unterbrochenem Kontaktsystem 4 zeigt, wobei ein Zwischenraum 21 zwischen dem Bewegkontakt 7 und dem Festkontakt 5 gebildet ist, da nach Feststellen des Kurzschlussstromes durch eine Steuerungsvorrichtung die Antriebstange 10 entklinkt und der Antrieb eine Antriebsbewegung in die Antriebsstange 10 eingeleitet hat, wobei das Öffnen des Kontaktsystems 4 unterstützt wird durch die Anordnung 13 zur Erzeugung eines Magnetfeldes, welche im Falle eines Kurzschlussstromes zunächst wie ein SLOT-Motor funktioniert und eine Abstoßungskraft zwischen Bewegkontakt und Festkontakt erzeugt, die das Öffnen des Kontaktsystems 4 unterstützt. Im Falle des geöffneten Kontaktsystems 4 wie in der Figur 3 dargestellt, wird ein Lichtbogen 22 im Zwischenraum 21 gezündet, schematisch dargestellt durch die gezackten Pfeile 23 und 24, welcher ein Metalldampfplasma bildet. Im Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist der erste elektrische Anschluss 2 mit negativer Polarität versehen und der zweite elektrische Anschluss 3 mit positiver Polarität, dies kann entsprechend eine äußere angelegte Gleichspannung bzw. die Polarität innerhalb einer Halbwelle eines äußeren angelegten Wechselstromes sein. Während diese Polarität derart vorliegt, fließt ein technischer Strom entsprechend den mit i gekennzeichneten Strompfeilen, wobei somit elektrisch positiv geladene Teilchen sich entsprechend der technischen Stromrichtung im Zwischenraum 21 vom Festkontakt 5 zum Bewegkontakt 7 hin bewegen und entsprechend elektrisch negativ geladene Teilchen sich vom Bewegkontakt 7 zum Festkontakt 5 nach unten bewegen. Durch das von der Anordnung 13 erzeugte Magnetfeld, welches sich in der Figur 3 aus der Zeichnungsebene heraus erstreckt und mit B bezeichnet ist, erfahren die sich nach oben bewegenden positiven Ladungsträger eine Kraft nach rechts, welche sie zur ersten Elektrode 16 bewegt, wohingegen die negativen Ladungsträger durch das Magnetfeld eine Kraft nach links erfahren, welche sie zur zweiten Elektrode 18 bewegt, so dass zwischen der ersten Elektrode 16 und der zweiten Elektrode 18 ein elektrisches Gegen-Feld entsteht, welches der äußeren angelegten treibenden Spannung und damit auch der Lichtbogenbrennspannung entgegengesetzt gerichtet ist und innerhalb kürzester Zeit zum Zusammenbrechen bzw. zum Löschen des Lichtbogens im Zwischenraum 21 führt.
  • Figürlich nicht weiter dargestellt, aber besonders vorteilhaft ist die Anordnung des Schaltgerätes 1 in einem vakuumdichten Gehäuse, so dass, mit anderen Worten, eine Vakuumschaltröhre gebildet ist, welche das Kontaktsystem 4, die Anordnung 13 zur Erzeugung des Magnetfeldes und die Elektrodenanordnung aus erster Elektrode 16 und zweiter Elektrode 18 entsprechend im vakuumdichten Gehäuse aufnimmt. Bei den im Bereich der Mittelspannung herrschenden Bedingungen unterstützt eine derartige Anordnung die Lichtbogenlöschung besonders effektiv. Dazu sind sowohl die Antriebsstange 10 als auch die elektrischen Leitungen 8 zum Bewegkontakt und ggf. Zur ersten Elektrode 16 so zu gestalten, dass sowohl die Bewegung als auch der elektrische Anschluss des Bewegkontaktes 7 vakuumdicht beweglich in das vakuumdichte Gehäuse der Vakuumschaltröhre eingeführt wird.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Schaltgerät
    2
    erster elektrischer Anschluss
    3
    zweiter elektrischer Anschluss
    4
    Kontaktsystem
    5
    Festkontakt
    6
    Stromschleife
    7
    Bewegkontakt
    8
    elektrische Leitung
    9
    erster Gleitkontakt
    10
    Antriebsstange
    11
    Lager
    12
    Bewegungsrichtung
    13
    Anordnung
    14
    U-förmiger Eisenkern
    15
    Basis
    16
    erste Elektrode
    17
    zweiter Gleitkontakt
    18
    zweite Elektrode
    19
    erster Schenkel
    20
    zweiter Schenkel
    21
    Zwischenraum
    22
    Lichtbogen
    23, 24
    Lichtbogenpfeile

Claims (6)

  1. Schaltgerät (1) mit einem Kontaktsystem (4) aus einem Bewegkontakt (7), welcher entlang einer Bewegungsrichtung (12) beweglich ist, und einem Festkontakt (5), sowie einer Lichtbogenlöschvorrichtung mit einer Anordnung (13) zur Erzeugung eines in einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung (12) ausgebildeten Magnetfeldes und einer Elektrodenanordnung aus einer ersten, mit dem Bewegkontakt (7) leitend verbundenen Elektrode (16) und einer zweiten, mit dem Festkontakt leitend verbundenen Elektrode (18), wobei die erste Elektrode (16) und die zweite Elektrode (18) derart angeordnet sind, dass ein elektrisches Feld zwischen der ersten Elektrode (16) und der zweiten Elektrode (18) senkrecht zur Bewegungsrichtung (12) und senkrecht zum Magnetfeld ausbildbar ist.
  2. Schaltgerät (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (13) zur Erzeugung des Magnetfeldes einen U-förmigen Eisenkern (14) umfasst, dessen Basis (15) zwischen dem Festkontakt (5) und einer eine Stromschleife (6) bildenden elektrischen Anschlussleitung des Festkontaktes (5) angeordnet ist und dessen beide Schenkel (19, 20) sich entlang des Kontaktsystems (4) um dieses erstrecken.
  3. Schaltgerät (1) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Elektrode (16) seitlich vom Bewegkontakt (7) in Richtung des Festkontaktes (5) und die zweite Elektrode (18) seitlich vom Festkontakt (5) in Richtung des Bewegkontaktes (7) derart erstreckt, dass sich bei unterbrochenen Kontaktsystem (4) die erste Elektrode (16) und die zweite Elektrode (18) um einen zwischen dem Bewegkontakt (7) und dem Festkontakt (5) gebildeten Zwischenraum (21) entlang desselben erstrecken.
  4. Schaltgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegkontakt (7) elektrisch isoliert mit einem Antrieb mechanisch gekoppelt und mittels eines ersten Gleitkontaktes (9) oder eines flexiblen Leiters mit einem ersten elektrischen Anschluss (2) des Schaltgerätes (1) leitend verbunden ist.
  5. Schaltgerät (1) nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (16) über einen zweiten Gleitkontakt (17) oder einen zweiten flexiblen Leiter mit dem ersten elektrischen Anschluss (2) des Schaltgerätes (1) leitend verbunden ist.
  6. Schaltgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktsystem (4) und die Lichtbogenlöschvorrichtung in einem vakuumdichten Gehäuse angeordnet sind, wobei ein Bewegkontaktanschlussbolzen vakuumdicht beweglich aus dem Vakuumgehäuse herausgeführt ist.
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