CH638926A5

CH638926A5 - Vakuumschalter mit magnetspule.

Info

Publication number: CH638926A5
Application number: CH214677A
Authority: CH
Inventors: Josephus Hubertus Fra Lipperts
Original assignee: Hazemeijer Bv
Priority date: 1976-02-19
Filing date: 1977-02-21
Publication date: 1983-10-14
Also published as: NO143646B; NL162238C; FR2341932A1; DE2707148B2; IT1116713B; ZA771001B; CA1069159A; SE7701787L; ES456070A1; BE851599A; DK144870C; DK144870B; NO770553L; AU2245077A; IN147311B; GB1529669A; DE2707148C3; NO143646C; JPS52102576A; DE2707148A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vakuumschalter mit einem evakuierten zylindrischen Gehäuse, innerhalb dessen sich zwei Kontaktelemente befinden, die derart gegeneinander bewegbar sind, dass sie in einem geschlossenen Zustand des Schalters einen elektrischen Kontakt zwischen sich bilden und im offenen Zustand des Schalters durch einen elektrisch isolierenden Spalt voneinander getrennt sind, der symmetrisch bezüglich der axialen Mittelachse des zylindrischen Gehäuses liegt, um welches koaxial eine elektromagnetische Spule angeordnet ist, die in Reihe mit den beiden Kontaktelementen geschaltet ist und bei geschlossenem Schalter ein axiales magnetisches Feld im Bereich des Stromdurchgangs zwischen den beiden geschlossenen Kontaktelementen erzeugt. Im weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine elektromagnetische Spulenanordnung für den Vakuumschalter.

In der GB-PS 1258015 ist ein Vakuumschalter mit einem evakuierten zylindrischen Gehäuse beschrieben, in dem zwei gegeneinander bewegliche Kontaktelemente angeordnet sind, die bei geöffnetem Schalter durch einen Isolierspalt elektrisch voneinander getrennt sind, der sich symmetrisch an der Mittelachse des zylindrischen Gehäuses befindet; ferner ist koaxial um das Gehäuse eine elektromagnetische Spule angeordnet, die bei geschlossenem Schalter elektrisch in Reihe zu den beiden Kontaktelementen liegt und ein axiales Magnetfeld im Bereich des Stromdurchgangs zwischen den geschlossenen Kontaktelementen erzeugt.

Bei diesem bekannten Schalter ist ein Ende der Spule für den Anschluss an eine äussere Schaltung vorgesehen, während das andere Ende der Spule mit einem der Kontaktelemente des Vakuumschalters verbunden ist, dessen anderes Kontaktelement ebenfalls für die Herstellung einer Verbindung zu einer äusseren Schaltung verwendet wird. Wenn der Vakuumschalter ausgeschaltet wird, wird das bewegliche Kontaktelement von dem festen Kontaktelement wegbewegt, und weil der zu unterbrechende Strom durch die Spule fliesst, wird im Bereich des Kontaktspaltes ein axiales magnetisches Feld erzeugt, das praktisch parallel zu dem im Spalt erzeugten Funken verläuft. Das axiale magnetische Feld verbessert die Unterbrechungsfähigkeit des Vakuumschalters.

Es ist sehr wichtig, dass die Flusslinien des magnetischen Feldes im Spalt in axialer Richtung parallel zur Mittelachse des zylindrischen Gehäuses verlaufen, damit die störenden Magnetfelder im Spalt, welche von elektrischen Strömen in den Spulenanschlüssen und anderen benachbarten Leitern herrühren, so klein wie möglich gehalten werden. Derartige Störungen des Feldes führen dazu, dass der Lichtbogen nicht die gesamte Kontaktoberfläche ausnutzt, so dass die Unterbrechungseigenschaften des Schalters wegen der verkleinerten Kontaktfläche verschlechtert werden, da die Unterbrechungseigenschaften sich umgekehrt proportional zur Kontaktoberfläche verändern, wie dies in einer Veröffentlichung von Mit-

3

638 926

cheli «High Current Vacuum Art» Teil I, «An Expérimental Study» in der Zeitschrift «Proceedings of the IEE», Band 117, Nr. 12 vom Dezember 1970 auf den Seiten 2315 bis 2326 erörtert ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der weitestgehenden Eliminierung jeglicher störender Magnetfelder im Kontaktspalt, das heisst Magnetfelder, deren Flusslinien nicht in Axialrichtung verlaufen. Zu diesem Zweck müssen die Anschlüsse der elektromagnetischen Spule koaxial zum zylindrischen Gehäuse vorgesehen werden.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Enden der elektromagnetischen Spule je mit einem elektrisch leitenden Anschlussring verbunden sind, deren einer mit einem weiteren die elektromagnetische Spule koaxial umgebenden, elektrisch leitenden zylindrischen Gehäuse verbunden ist und deren anderer mit einer elektrisch leitenden Scheibe verbunden ist, die eine Mittelöffnung aufweist, in der ein erster Mittelleiter montiert ist, dass ein Ende des weiteren zylindrischen Gehäuses über den anderen Ring hinausragt und mit einem scheibenförmigen, elektrisch leitenden Basisteil verbunden ist, welches mit einer Mittelöffnung ausgebildet ist, in der ein zweiter elektrischer Mittelleiter montiert ist, dass zwischen der elektromagnetischen Spule und dem anderen Anschlussring einerseits und dem weiteren Gehäuse andererseits ebenso wie zwischen der elektrisch leitenden Scheibe und dem scheibenförmigen Basisteil sich Isoliermaterial befindet, dass eines der Kontaktelemente mit dem ersten Mittelleiter verbunden ist, während das andere Kontaktelement und der zweite Mittelleiter zum Anschluss des Vakuumschalters an eine durch den Vakuumschalter zu schaltende Anordnung dienen.

Bei dem erfindungsgemässen Vakuumschalter sind sämtliche Leiter, welche Strom zu und von den Spulen führen, so angeordnet, dass der Strom sich gleichmässig verteilt und sein Magnetfeld im Bereich des Kontaktspaltes vernachlässigt werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Mittelleiter mit einer gemeinsamen Mittelöffnung versehen, durch welche ein Bolzen ragt, zwischen dem und der Öffnung sich Isoliermaterial befindet. Der von dem ersten Mittelleiter wegragende Teil des Bolzens ist mit einem Schraubengewinde versehen, das mit einer Gewindebohrung in dem einen Kontaktelement zusammenwirkt.

Die elektromagnetische Spule kann drei parallele wendeiförmige Leiter aufweisen, deren Verbindungspunkte zu den Anschlussringen symmetrisch jeweils um 120° versetzt sind. Gegenüber einer Spule mit nur einer Windung gleichen Querschnittes ergibt sich dabei der Vorteil, dass die gesamte Kühloberfläche vergrössert wird, so dass die Wärmeabführung verbessert ist und die Spule in kompakter Form realisiert werden kann.

Gemäss einer weiteren Erfindung ist eine elektromagnetische Spulenanordnung für den Vakuumschalter derart ausgebildet, dass die Anschlussringe, die elektromagnetische Spule, das weitere zylindrische Gehäuse, die Scheibe, der erste Mittelleiter, das scheibenförmige Basisteil mit dem zweiten Mittelleiter und das Isoliermaterial einen selbsttragenden Aufbau in Form eines Bechers bilden, der dazu dient, in ihm das evakuierte zylindrische Gehäuse mit den Kontaktelementen mit Hilfe eines Bolzens abnehmbar zu befestigen.

Die Erfindungen seien nun im einzelnen anhand eines in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt gemäss der Linie I I aus Fig. 2 durch eine elektromagnetische Spulenanordnung des Vakuumschalters gemäss der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Spulenanordnung gemäss Fig. 1 ; und

Fig. 3 eine der Fig. 1 ähnliche Schnittansicht, die jedoch den gesamten Vakuumschalter zeigt.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, weist die elektro-magnetishe Spulenanordnung drei parallele wendeiförmige Leiter 3', 3" und 3"' auf, die an einem Ende mit einem oberen Anschlussring 1 und am anderen Ende mit einem unteren Anschlussring 4 elektrisch verbunden sind. Wie Fig. 2 erkennen lässt, sind die Anschlusspunkte der drei wendeiförmigen Leiter 3', 3", 3"' mit dem oberen Anschlussring 1 symmetrisch um 120° versetzt. Jeder wendeiförmige Leiter 3', 3" und 3"' bildet eine vollständige Windung um die Mittelachse dieser Leiter, so dass ihre Anschlusspunkte mit dem unteren Anschlussring 4 jeweils lotrecht unter den Verbindungspunkten mit dem oberen Anschlussring 1 liegen.

Die elektromagnetische Spule ist koaxial von einem zylindrischen Gehäuse 2 aus leitendem Material umgeben, dessen eines Ende über den unteren Anschlussring 4 hinausragt und mit Hilfe eines scheibenförmigen elektrisch leitenden Basisteils 12 verschlossen ist. An seiner Oberseite ist das Gehäuse 2 elektrisch mit dem oberen Anschlussring 1 verbunden. Der untere Anschlussring 4 ist elektrisch mit einem Mittelleiter 10 über eine Scheibe 11 verbunden. Der Leiter 10 sitzt in einer Mittelöffnung der Scheibe 11, und das Basisteil 12 ist mit einer Mittelöffnung versehen, in welcher ein zweiter Mittelleiter 14 befestigt ist. Zwischen den Spulen 3', 3", 3"' und dem Gehäuse 2 befindet sich Isoliermaterial 9, und ebenso befindet sich Isoliermaterial 5 zwischen der Scheibe 11 und dem Basisteil 12. Die beiden Leiter 10 und 14 haben eine gemeinsame Mittelöffnung, durch welche ein Bolzen 7 passt, der von diesen beiden Leitern durch eine Isolierbüchse 6, einen Isolierstopfen 8 und Isolierringe 13 isoliert ist.

Fig. 3 zeigt einen Vakuumschalter 15, der in die Spulenanordnung gemäss den Fig. 1 und 2 hineinpasst. Ein unterer Leiter 16 des Vakuumschalters 15 ist in dem gemäss Fig. 1 und 2 becherförmigen Aufbau mit Hilfe des Bolzens 7 befestigt, so dass der Leiter 16 gegen den Mittelleiter 10 gezogen wird.

Soll der Vakuumschalter 15 gemäss Fig. 3 an eine Schaltung angeschlossen werden, dann wird ein Anschluss dieser Schaltung mit dem Mittelleiter 14 und ihr anderer Anschluss mit dem oberen Leiter 17 des Vakuumschalters verbunden. Wird der Vakuumschalter 15 geöffnet, dann werden die Kontaktelemente 18, 19 auseinandergezogen, indem der obere bewegliche Leiter 17 angehoben wird, wobei diese Bewegung durch einen mit dem Leiter 17 verbundenen Balg ermöglicht wird. Zwischen den beiden Kontaktelementen 18 und 19 entsteht dann ein Lichtbogen, und der zu unterbrechende Strom fliesst dann vom Mittelleiter 14 über das Basisteil 12, das Gehäuse 2, den oberen Anschlussring 1, die Leiter 3', 3", 3"', den unteren Anschlussring 4, die Scheibe 11 und den anderen Mittelleiter 10 zum unteren Leiter 16 des Vakuumschalters 15 und von dort über den Lichtbogen zum oberen Kontaktelement 19 des Vakuumschalters. Im Bereich des Kontaktspaltes 20 wird durch die Leiter 3', 3" und 3"' ein axiales Magnetfeld erzeugt.

Der Strom wird den Leitern 3', 3" und 3"' derart zugeführt, dass er keine Störung des durch die Leiter 3', 3" und 3"' im Kontaktspalt 20 erzeugten axialen Magnetfeldes hervorruft.

Es sei daraufhingewiesen, dass der in Fig. 3 dargestellte Vakuumschalter ein höheres Stromunterbrechungsvermögen als ohne diese Spulenanordnung hat: Man kann daher einen Vakuumschalter ohne die elektromagnetische Spulenanordnung als Lastschalter und zusammen mit der Spulenanordnung als Leistungsschalter benutzen. Der eigentliche Schalter kann daher in grösseren Stückzahlen produziert werden, so dass sich seine Herstellungskosten erniedrigen, und ausserdem können einige Schalter für höhere Schaltleistung in Schaltanlagen verwendet werden, indem sie mit einer Spulenanordnung gemäss Fig. 1 versehen werden. Dies lässt sich auf sehr einfache Weise durchführen, weil die Anschlüsse und Abmessungen des Schalters selbst mit oder ohne die Spulenanordnung praktisch kaum voneinander abweichen.

5

io

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

G

2 Blatt Zeichnungen

Claims

638 926

1. Vakuumschalter mit einem evakuierten zylindrischen Gehäuse, innerhalb dessen sich zwei Kontaktelemente befinden, die derart gegeneinander bewegbar sind, dass sie in einem geschlossenen Zustand des Schalters einen elektrischen 5 Kontakt zwischen sich bilden und im offenen Zustand des Schalters durch einen elektrisch isolierenden Spalt voneinander getrennt sind, der symmetrisch bezüglich der axialen Mittelachse des zylindrischen Gehäuses liegt, um welches koaxial eine elektromagnetische Spule angeordnet ist, die in io Reihe mit den beiden Kontaktelementen geschaltet ist und bei geschlossenem Schalter ein axiales magnetisches Feld im Bereich des Stromdurchgangs zwischen den beiden geschlossenen Kontaktelementen erzeugt, dadurch gekennzeichnet,

dass die Enden der elektromagnetischen Spule (3', 3", 3"') je is mit einem elektrisch leitenden Anschlussring (1,4) verbunden sind, deren einer (1) mit einem weiteren die elektromagnetische Spule koaxial umgebenden, elektrisch leitenden zylindrischen Gehäuse (2) verbunden ist und deren anderer (4) mit einer elektrisch leitenden Scheibe (11) verbunden ist, die eine 20 Mittelöffnung aufweist, in der ein erster Mittelleiter (10) montiert ist, dass ein Ende des weiteren zylindrischen Gehäuses (2) über den anderen Ring (4) hinausragt und mit einem scheibenförmigen, elektrisch leitenden Basisteil (12) verbunden ist, welches mit einer Mittelöffnung ausgebildet ist, in der ein zweiter 25 elektrischer Mittelleiter (14) montiert ist, dass zwischen der elektromagnetischen Spule (3', 3", 3"') und dem anderen Anschlussring (4) einerseits und dem weiteren Gehäuse (2) andererseits ebenso wie zwischen der elektrisch leitenden Scheibe (11) und dem scheibenförmigen Basisteil (12) sich Iso- 30 liermaterial (9,5) befindet, dass eines der Kontaktelemente

(16,18) mit dem ersten Mittelleiter (10) verbunden ist, während das andere Kontaktelement (17,19) und der zweite Mittelleiter (14) zum Anschluss des Vakuumschalters an eine durch den Vakuumschalter zu schaltende Anordnung dienen. 35

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Mittelleiter (10, 14) mit einer gemeinsamen Mittelbohrung ausgebildet sind, durch welche sich ein mittels Isoliermaterial (6) gegen die Bohrung isolierter Bolzen (7) erstreckt, dessen von dem ersten Mittelleiter (10) wegragen- 40 der Teil mit einem Gewinde versehen ist, das mit einer in dem genannten einen Kontaktelement (16, 18) ausgebildeten Gewindebohrung zusammenwirkt.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Yakuumschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Spule aus drei 45 elektrisch parallelen wendeiförmigen Leitern (3', 3", 3"')

besteht, deren Verbindungspunkte mit den Anschlussringen (1, 4) in einer symmetrischen Anordnung jeweils um 120° gegeneinander versetzt sind.

4. Vakuumschalter gemäss einem der vorstehenden 50 Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussringe (1,4) die elektromagnetische Spule (3', 3", 3"'), das weitere zylindrische Gehäuse (2), die Scheibe (11), der erste Mittelleiter (10), das scheibenförmige Basisteil (12) mit dem zweiten Mittelleiter (14) und das Isoliermaterial (5,9) 55 einen selbsttragenden Aufbau in Form eines Bechers bilden, in welchem das evakuierte zylindrische Gehäuse mit den Kontaktelementen mit Hilfe eines Bolzens (7) abnehmbar befestigt ist.

5. Elektromagnetische Spulenanordnung für einen Vaku- 60 Umschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussringe (1,4), die elektromagnetische Spule (3', 3", 3"'), das weitere zylindrische Gehäuse (2), die Scheibe (11), der erste Mittelleiter (10), das scheibenförmige Basisteil (12) mit dem zweiten Mittelleiter (14) und das Isoliermaterial (5,9) 65 einen selbsttragenden Aufbau in Form eines Bechers bilden, der dazu dient, in ihm das evakuierte zylindrische Gehäuse mit den Kontaktelementen mit Hilfe eines Bolzens (7) abnehmbar zu befestigen.

6. Spulenanordnung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Mittelleiter (10, 14) mit einer gemeinsamen Mittelbohrung ausgebildet sind, durch welche sich ein mittels Isoliermaterial (6) gegen die Bohrung isolierter Bolzen (7) erstreckt, dessen von dem ersten Mittelleiter (10) wegragender Teil mit einem'Gewinde versehen ist, um mit einer in dem genannten einen Kontaktelement (16, 18) ausgebildeten Gewindebohrung zusammenwirken.

7. Spulenanordnung nach Patentanspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Spule aus drei elektrisch parallelen wendeiförmigen Leitern (3', 3", 3"') besteht, deren Verbindungspunkte mit den Anschlussringen (1,4) in einer symmetrischen Anordnung jeweils um 120° gegeneinander versetzt sind.