DE1640257A1 - Elektrischer Unterdruckschalter - Google Patents
Elektrischer UnterdruckschalterInfo
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- High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
Description
GENERAL ELECTRIC COMPANY
SCHENECTADT, New York, N.Y. 10016/üSA
SCHENECTADT, New York, N.Y. 10016/üSA
Elektrischer Unterdruckschalter
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Unterdruckschalter und insbesondere eine Abschirmkonstruktion,
die die Isolation eines solchen Unterdruckschalters vor dem schädlichen Niederschlag aus Metalldämpfen
schützt, die durch einen Lichtbogen erzeugt werden.
Üblicherweise wird das isolierende Rohrgehäuse eines Unterdruckschalters dadurch vor einem solchen Dampfniederschlag
geschützt, dass eine Form einer Abschirmung, vorzugsweise aus Metall, vorgesehen wird, die zwischen dem
isolierenden Rohrgehäuse und der Lichtbogenstrecke angebracht ist. Die vom Lichtbogen erzeugten Metalldämpfe sollen von
der Abschirmung abgefangen und darauf niedergeschlagen werden, ehe sie das isolierende Gehäuse erreichen können,
damit
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damit auf dieae Weise verhindert wird, daas die !Dämpfe
auf der Isolation kondensieren und diese mit Metallteilchen überziehen. Die Erfindung bezieht sich besonders
auf eine dampfabscheider^ Abschirmung der oben beschriebenen, allgemeinen Art. Die Abschirmung besteht (1) aus einem rohrförmigen
Hauptschirm, der die Lichtbo^nstrecke umgibt
und auf einem zwischen dem Potential der Elektroden des Schalters liegenden Potential gehalten wird, und (2) aus
zwei rohrförmigen Hilfsschirmen, die jeweils die beiden Enden des Hauptschirms umgeben und mit den Elektroden
elektrisch verbunden sind. Die Hilfsechirme bewirken ein
Abfangen der Metalldämpfe, die den Hauptschirm sonst umgehen könnten. Ausserdem schaffen sie die gewünschte
Verteilung des elektrischen Feldes an den Enden des Schalters.
Bei der Verwendung der beschriebenen Abschirmung bei Schaltern für extrem grosse Ströme hat sich ergeben, dass
kleine Metallraengen trotz der Abschirmung immer noch das isolierende Gehäuse erreicht haben. Die Menge dieses Metalls
ist zwar gering, aber sogar diese winzige Menge scheint die Abschaltfähigkeit des Schalters nachteilig zu
beeinflussen.
Ein Ziel der Erfindung ist es, die Fähigkeit der Abschirmung
zu verbessern, die Metalldämpfe zu kondensieren, die den Hauptschirm zu umgehen versuchen.
Ein
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Kin weiteres Ziel ist es, zu erzwingen, dass das Überspringen von Funken zwischen dem Hauptschirm und dem angrenzenden
/•.ufbau dort erfolgt, wo eine verringerte Möglichkeit
besteht, die Isolationshülle mit den vom Funken erzeugten Ketallteilchen zu überziehen.
Ein Ziel ist es auch, einen groesen Teil der von dem Licht-
\ ogen erzeugten Dämpfe, die gegen die Enden des Hauptschirms geworfen werden, in einem Bereich niederzuschlagen, der im
wesentlichen frei von einer elektrischen Beanspruchung ist.
i»er nach der Erfindung geschaffene, in Unterdruck arbeitende
Schalter besitzt eine stark evakuierte Umhüllung, die aus inem rohrförmigen Gehäuse besteht, das hauptsächlich aus
Isoliermaterial hergestellt ist, zwei Elektroden innerhalb des Gehäuses, zwischen denen eine Lichtbogenstrecke
gebildet ist, in der bei einem Stromkreisabschaltvorgang Lichtbögen entstehen, einen rohrförmigen Hauptschirm
zum Abscheiden von Metalldämpfen, der die Lichtbogenstrecke umgibt und in einem beträchtlichen Abstand zu
beiden Seiten der Lichtbogenstrecke in Längsrichtung zu dem rohrförmigen Gehäuse verläuft, elektrische
Vorrichtungen, die den Hauptschirm auf einem Potential halten, das zwischen denPotentialen der Elektroden nach
der Abschaltung liegt, und der Schalter ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei erste, aus Metall hergestellte
Hilfsschirme
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Hilfsechirme mit einer im wesentlichen rohrartigen Form
jeweils eines der Enden des Hauptschirms in einem radialen Abstand umgeben, dass Anschlusseinrichtungen jeweils einen
der Hilfsschirme mit einer der Elektroden elektrisch verbinden, dass zwei zusätzliche, aus Metall hergestellte
Hilfsschirme mit einer rohrartigen Form jeweils von einem der Enden des Hauptschirms umgeben sind und dass die
zusätzlichen Hilfsschirme in einem Abstand radial innerhalb des Hauptschirms liegen und elektrisch mit den Elektroden
verbunden sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:
Fig.1 eine im Schnitt ausgeführte Seitenansicht eines
Unterdruckschalters nach einer Ausführungsform der Erfindung und
Fig.2 eine Draufsicht längs der Linie 2-2 von Fig.1.
In Fig.1 ist ein Unterdruckschalter dargestellt, der eine auf· einen Druck von 10 Torr oder weiter evakuierte Umhüllung
besitzt. Die Umhüllung besteht ihrerseits aus einem rohrförmigen Gehäuse 11 aus Isoliermaterial und aus metallenen
imdkappen 12 und 13, die mit Hilfe von Vakuumdichtungen 14 mit den Enden des Gehäuses verbunden sind.
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BAO ORIGINAL
In der Umhüllung 10 sind zwei relativ bewegliche Kontaktkörper 17 und 18 angebracht, die in ]?ig.1 mit ausgezogenen
Linien in ihrer getrennten Lagejdargestellt sind. Der obere Kontaktkörper 17 ist ein ortsfester Kontaktkörper, der
an einer Leiterstange 17a befestigt ist, die an ihrem oberen Ende mit der oberen Endkappe 12 verbunden ist.Der
untere Kontaktkörper 18 ist ein "beweglicher Kontaktkörper, der an einer leitenden Betätigungsstange 18a befestigt ist,
die vertikal beweglich angebracht ist. EineBewegung ^
des Kontaktkörpers 18 nach oben aus seiner mit ausgezogenen
Linien dargestellten Lage in seine mit gestrichelten Linien dargestellte Lage bringt die Kontaktkörper in
Berührung miteinander, so dass der Schalter geschlossen wird. Eine nach unten erfolgende Bewegung trennt die Kontaktkörper,
so dass der Schalter geöffnet wird.
Die Betätigungsstange 18a ragt frei durch eine öffnung in
der unteren Endkappe 13. Die Dichtung um die Betätigungsstange 18a wird von einem biegsamen Metallbalg 20 gebildet, der "
eine Yertikalbewegung der Betätigungsstange ohne eine schädigende Beeinflussung des Unterdrucks in der Umhüllung
10 erlaubt. Wie aus I*ig.1 hervorgeht, ist der Metallbalg
mit seinen Enden dicht mit der Betätigungsstange 18a bzw. mit der unteren Endkappe 13 verbunden.
Die
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Die Erfindung kann auf Schalter mit den verschiedensten Ausführungen von .Kontaktkörperη angewendet werden, doch
ist sie hier inVerbindung mit einem Schalter beschrieben, dessen Kontakte dem Gegenstand der gleichzeitig eingereichten
Patentanmeldung ... ("Unterdruckschalter" entsprechend der US-Patentanmeldung 583 808 vom 3.Oktober 1966) entsprechen.
Jeder der&argestellten Kntaktkörper 17 und 18 ist
scheibenförmig ausgeführt, und er besitzt eine gegen den anderen Kontaktkörper gerichtete Hauptfläche. Jeder
Kontaktkörper besitzt einen in der Mitte angebrachten Kontaktknopf 25, der durch Hartlöten am Rest des Kontaktkörpers
befestigt ist. Diese Kontaktknöpfe besitzen eine in der Mitte angebrachte Ausnehmung 27, so dass die Berührung
zwischen den Kontaktknöpfen an einer ringförmigen
Kontaktfläche 30 erfolgt, wenn die Kontaktkörper ihre in Fig.i gestrichelt dargestellte Berührungslage einnehmen.
Diese ringförmigen Kontaktflächen 30 besitzen einen solchen Durchmesser, dass der durch den geschlossenen
Kontakt fliessende Strom einem radial nach aussen gebogenen, schleifenförmigen Weg L folgt, der in Pig.1
mit einer strichpunktierten Linie dargestellt ist. Die magnetische Wirkung des längs dieses schleifenförmigen
Wegs 1 fliessenden Stroms versucht in bekannter Weise, die Schleife zu verlängern. Als Folge davon tiabt die
magnetische Wirkung des längs der Schleife fliessenden Stroms einen Lichtbogen radial nach aussen,der beim Jürennen
der
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der Kontaktkörper zwischen den Kontaktflächen 30 entsteht.
Wenn sich die Enden des Lichtbogens gegen den Aussenutnfang
der Kontaktkörper 17 und 18 bewegen, unterliegt der Lichtbogen einer in Umfangsrichtung wirkenden magnetischen Kraft,
α ie ihn um die Mittelachse der Kontaktkörper in Drehung versetzt. Diese in Umfangsrichtung wirkende magnetische
.raft wird von einer Vielzahl von !Schlitzen 32 erzeugt,
lie in jedem der Kontaktkörper so angebracht sind, dass diese in mehrere .Finger 33 aufgeteilt werden, die
von den zwei angrenzenden Schlitzen begrenzt werden. jle Schlitze verlaufen vom Aussenumfang der Kontaktkörper
längs Bahnen radial nach innen, die sich sowohl in Urafaugsrichtung als auch radial zu den Kontaktkörpern
erstrecken, wie in Pig.2 dargestellt ist. Die Schlitze 32 zwingen den zu oder von einem Lichtbogenende fliessenden
ötrora auf dem geschlitzten Abschnitt des Kontakts zu fliessen, damit er einer Bahn folgt, die in der iiähe des
Lichtbogens eine in Umfangsrichtung zu den Kontaktkörpern verlaufende Komponente besitzt. Diese in Umfangsrichtung
verlaufende' Komponente des längs des sclileifenförmigen
Wegs L fliessenden Stroms bewirkt, dass eine reine, in Jtnfangsriehtung wirkende Kraft entsteht, die den Lichtbogen
um die Mittelachse der Kontaktkörper in Drehung zu versetzen versucht.
Diese
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Diese in Umfangsrichtung wirkende Kraftkomponente ist stark
genug* jedes Ende des Lichtbogens über die Schlitze zu treiben, so dass eine kontinuierliche .Drehbewegung
des Lichtbogens auf der Kontaktflache entsteht. Diese
kontinuierliche Drehbewegung des Lichtbogens erlaubt eine Unterbrechung grösserer ströme, da offensichtlich
dadurch die vom Lichtbogen verursachte Kontaktabnutziung
verringert wird, so dass die Menge der erzeugten Metalldampf e verringert wird. Dadurch können die Metalldämpfe
vollständiger kondensieren, wenn kein Strom fliesst.
Damit die vom Lichtbogen erzeugten Metalldämpfe kondensieren, wird efae dampfabscheidende, metallene Abschirmung 50, 54,
56 und 58 vorgesehen. Diese Abschirmung besitzt einen rohrförmigen
Hauptschirm 50, der die Lichtbogenstrecke 52 umgibt und zwischen dem isolierenden Gehäuse 11 und der Lichtbogenstrecke
angebracht ist. Dieser Hauptschirm 50 erstreckt sich ein beträchtliches Stück weit zu beiden
Seiten der Lichtbogenstrecke 52 in Längsrichtung zum Gehäuse 11. Vorzugsweise besitzt der Hauptschirm 50 in
demBereich, der die Kontaktkörper 17 und 18 umgibt, einen
im Vergleich zu seinem Durchmesser bei den Lndenfvergrösserten
Durchmesser, damit zwischen dem Hauptschirm und den Kontaktlcörpern
17, 18 ein zusätzliches Spiel geschaffen wird. Der vom Gehäuse 11 getragene Hauptschirm wird auf einem Potential
gehalten, das in der Mitte des Potentials der Kontaktkörper 17 und 18 bei geöffnetem Schalter liegt. Bei der
dargestellten
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BAD
dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird diese Mittelpotentialbeziehung dadurch geschaffen, dass
zwischen dem Hauptschirm und den beiden Enden des Schalters mit im wesentlichen gleichen Kapazitäten
gerechnet wird.
Die beiden Enden dss Hauptsdirras 50 sind jeweils von
Hilfsschirmen 54 umgeben. Diese Hilfsschirme 54 sind
elektrisch mit den Endkappen 12 bzw. 13 verbunden, so
dass sie auf dem gleichen Potential wie die Kontaktkörper bzw. 18 liegen. Jeder dieser allgemein rohrförmig ausgeführten
Hilfsschirme 54 umgibt die Enden des Hauptschirms 50 in einem radialen Abstand. Diese Hilfsschirme
54 dienen zum Abfangen und Niederschlagen von Metalldämpfen, die den Hauptschirm 50 an den Enden umgehen könnten.
Die Hilfsschirme 54 dienen auch dazu, die einer Spannungsbeanspruchung ausgesetzten Vakuumdichtungen 14 zu entlasten·
Radial innerhalb des Hauptschirms 50 liegen bei seinen beiden Enden zusätzliche Hilfsschirme 56. Diese ebenfalls
allgemein rohrförmigen Hilfsschirme 56 sind auch elektrisch mit den Endkappen 12 bzw. 13 verbunden. Auf diese Weise
liegt der obere zusätzliche Hilfsschirm 56 auf dem Potential des oberen Kontaktkörpers 17 und der untere zusätzliche
Hilfsschirm auf dem Potential des unteren Kontaktkörpers 18.
Jeder
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Jeder der zusätzlichen Hilfsschirme 56 umgibt einen Raum 60,
der eine offene Seite, nämlich die auf die Kontaktkörper zu gerichtete Seite, sowie eine von einer Endkappe des
Schalters abgeschlossene Seite besitzt. An jedem Ende des Schalters sind die zusätzlichen Hilfsschirme in einem
Abstand vom Hauptschirm angebracht.
Ein zusätzlicher, napfförmiger Schirm 58 ist um den Balg
angebracht, damit dieser vor den vom Lichtbogen erzeugten Produkten geschützt wird.
Wenn bei einem Abschaltvorgang ein Lichtbogen in der Lichtbogenstrecke
52 entsteht, werden die meisten, vom Lichtbogen erzeugten Metalldämpfe von der Lichtbogenstrecke
aus radial nach aussen geworfen, sojdass sie auf der
Innenseite des Hauptschirms 50 kondensieren. Bei dem dargestellten Schalter wird jedoch auch ein verhältnismässig
grosser Anteil der M.etalldämpfe von der Lichtbogenstrecke 52 aus durch die Schlitze 32 in Längsrichtung
zum isolierenden Gehäuse 11 geworfen. Ein grosser Prozentsatz dieser in Längsrichtung geleiteten Dämpfe wird in dem
Raum 60 eingeschlossen, der von den zwei zusätzlichen Hilfsschirmen 56 umgeben ist. Im Pail der nach oben
gerichteten Dämpfe wird der grösste Teil dieser D'mpfe
von der Innenwand des oberen Hilfsschirms 56 oder von der unteren Fläche der Endkappe 12 abgefangen und darauf
niedergeschlagen. Dieses Einschliessen und Niederschlagen
hindert; 009849/0557
BAD ORIGINAL
hindert diese Dämpfe daran, einen Weg um das öftere Ende
des Hauptschirms 50 zu finden, so dass sie das isolierende
Gehäuse 11 nicht erreichen können. Die nach unten gerichte—ten
Dämpfe werden innerhalb des unteren Raums 60 eingeschlossen und auf der Innenfläche des unteren Hilfsschirms 56 , der
unteren Fläche der Endkappe 13 oder der Aussenflache des
Schirms 58 de3 Balgs kondensiert. Biese Kondensation hindert diese Dämpfe daran, einen Weg um das untere Lnde des
Hauptschirms 53 zu finden.
iis sei bemerkt, dass Jeder der Räume 60 ein Bereich mit
einer sehr geringen, eigentlich mit keiner elektrischen Beanspruchung ist, da die Räume mit Ausnahme der gegen die
Kontaktkörper gerichteten offenen Seiten im wesentlichen auf allen leiten von Metallteilen begrenzt werden, die alle auf
dem gleichen Btential liegen. Sogar an der offenen Seite
des Raums 60 liegt der daran angrenzende Kontaktkörper auf äe^i gleichen Potential wie der Hilfsschirm 56, so dass das
eindringen eines bedeutsamen elektrischen Bides in den I aum 60 verhfadert wird. Diese sehr geringe elektrische
!Beanspruchung verringert sehr stark die Möglichkeit, dass ein Funken zwischen der Fläche des Hetalkondensats
auf der "wand des Raums 60 and einen benachbarten Teil wie etwa des Hauptschirm 50 überspringt. Solche überspringenden
Funken scheinen, obwohl sie selbslöschend sind, die ibschaltfähigkeit des Schalters zu beeinträchtigen.
Ohne
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Ohne die zusätzlichen Hilfsschirme 56 besteht eine beträchtliche Wahrscheinlichkeit für das Überspringen solcher
Funken, da das Kondensat eins ziemlich rauhe Oberfläche besitzt, die zur Auslösung eines Iunkenübersprungs beiträgt.
Wenn ein Funken zwischen dem Hauptschirm 50 und einem
angrenzenden Teil überspringt, dann erfolgt dies am besten in dem vom Haptschirm 50 begrenzten Raum und nicht ausserhalb
dieses Raums. Dies ist deshalb der Fall, weil der überspringende
Funke trotzdem, dass er sich selbst wieder schnell auslöscht, einige ketal!dämpfe erzeugt, die das Gehäuse
11 viel leichter erreichen, wenn der Funke ausserhalb des Hauptschirms 50 auftritt. Damit ein Funkenübersprung,
an dem der Hauptschirm 50 beteiligt ist, vorzugsweise innerhalb des Hauptschirms stattfindet, ist jeder der zusätzlichen
Hilfsschirase 56 so geformt, dass die maximale elektrische
Beanspruchung zwischen dem Hauptschirm 50 und den inneren Hilfsschirmen 56 grosser ist als die elektrische Beanspruchung,
die zwischen dem Hauptschirm 50 und den äusseren Hilfesch irmen
54 auftritt. Zu diesem Zweck ist jeder der Hilfsschirme 56 an seinen freien Ende mit einem erweiterten Abschnitt 56a
versehen, der einen Bereich bildet, an dem die elektrische Beanspruchung grosser ist als in irgendeinem zwischen dem
Hauptschirm 5t> und den Hilfsschirmen 54 liegenden Bereich.
Der
0 0 9 8 4 9 / Π R κ ι
BAD ORIGINAL
""13"" .te*it\r\f-»l
Der in Vergleich zum Durchmesser der Hilfsschirme 54 relativ
kleine Durchmesser der Hilfsschirme 56 trägt ebenfalls
zu einer höheren elektrischen Beanspruchung in der Nähe des Abschnitts 56a des inneren Hilfsschirms 56 bei.
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Claims (4)
1. Elektrischer Unterdruckschalter mit einer stark evakuierten Umhüllung, die aus einem rohrförmigen Gehäuse besteht, das
hauptsächlich aus Isoliermaterial hergestellt ist, zwei
Elektroden innerhalb des Gehäuses, zwischen denen eine Lichtbogenstrecke
gebildet ist, in der bei einem Stromkreisabschaltvorgang Lichtbögen entstehen, einen rohrförmigen
Hauptschirm zumAbscheiden von Metal!dämpfen, der die
Lichtbogenstrecke umgibt und in einem beträchtlichen Abstand zu beiden Seiten der Lichtbogenstrecke in Längsrichtung zu
dem rohrförmigen Gehäuse verläuft, elektrische Vorrichtungen, die den Hauptschirm auf einem Potential halten, das zwischen
den Potentialen der Elektroden nach der Abschaltung liegt, dadurch gekennzeichnet, dass zwei erste, aus Metall hergestellte
Hilfsschirme mit einer im allgemeinen rohrartigen form jeweils eines der Enden des Hauptschirms in einem
radialen Abstand umgeben, dass Anschlusseinrichtungen jeweils
einen der Hilfsschirme mit einer der Elektroden elektrisch verbinden, dass zwei zusätzliche aus Metall hergestellte
Hilfsschirme mit einer im allgemeinen rohrartigen Form jeweils von einem der Enden des Hauptschirms umgeben
sind und dass die zusätzlichen Hilfsschirme in einem Abstand radial innerhalb des Hauptschirms liegen und
elektrisch mit den Elektroden verbunden sind.
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6AD ORIGINAL
2β Elektrischer Unterdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der von jedem der zusätzlichen Hilfs»
schirme begrenzte Raum ein gegen die Elektroden gerichtetes, offenes Ende und ein von den Elektroden angewandtes Ende
besitzt, das im wesentlichen von einem sich quer darüber erstreckenden Metallaufbau verschlossen ist.
3. Elektrischer ünterdruckschalter nach den Ansprüchen 1-2,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der zusätzlichen Hilfs3chirme an seinem freien, von Hauptschirm
umgebenen iMide einen erweiterten Abschnitt besitzt, bei
dem die grösste elektrische Feldstärke zwischen dem Hauptschirm und dem einen zusätzlichen Hilfsschirm auftritt.
4. Elektrischer ünterdruckschalter nach einem der vorhergehenden
Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Ilektroden
-.r.it Öffnungen versehen ist, durch die Metalldämpfe während
eines Abscaaltvorgangs in Längsrichtung zu dem rohrförmigen
Gehäuse von der Lichtibogenstrecke weggetrieben werden.
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L e e r s e ί t e
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Legal Events
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8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) |