DE1640257A1

DE1640257A1 - Elektrischer Unterdruckschalter

Info

Publication number: DE1640257A1
Application number: DE1967G0051220
Authority: DE
Inventors: Sofianek Joseph Carl
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-10-03
Filing date: 1967-09-30
Publication date: 1970-12-03
Also published as: JPS4529934B1; FR1552927A; CH465694A; US3441698A; GB1161443A; SE329203B; DE1640257B2

Description

GENERAL ELECTRIC COMPANY
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

009849/0557

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

0098*9/0557

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 009849/0557

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.

009849/0557

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

009849/0557

1640267

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

009849/0557

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

009849/0557

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

009849/0557

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

009849/0551

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

009849/0KK7

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 B_ereich.

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.

Patentansprüche

009849/0557

Claims

Patentansprüche

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.

009849/0557

6AD ORIGINAL

2_β 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.

009849/0557

L e e r s e ί t e