DE19518533A1

DE19518533A1 - Vacuum switch arrangement, esp. for multi-phase short circuits

Info

Publication number: DE19518533A1
Application number: DE1995118533
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dipl Phys Haas; Werner Dr Rer Nat Hartmann; Wolfgang Dipl Ing Krueger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1995-05-19
Publication date: 1996-11-21

Abstract

A current path is used for switching of electrical networks. A switching tube is included in the current path. The switching tube includes screening against external magnetic fields. The influence of self-magnetic fields of the current path on the switching light area is eliminated. At the same time, the conductive components of the switching tubes are freed from asymmetrical radial Lorentz forces. For multi-phase networks with several adjacent switching tubes, the influence of adjacent phases on the switching arc light is eliminated. Copper is used for magnetic screening.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumschalter-Anordnung zur Schaltung von elektrischen Netzen mit wenigstens einer Stromlaufbahn und einer darin angeordneten Schaltröhre.The invention relates to a vacuum switch arrangement for switching electrical networks with at least one Current track and a switching tube arranged therein.

Insbesondere bei der Abschaltung von mehrphasigen Kurz schlüssen in Nieder- und Mittelspannungsnetzen mittels Vaku umleistungsschaltern werden die im Leistungsschalter ent stehenden Lichtbögen durch die Magnetfelder der jeweiligen Nachbarphasen beeinflußt. Bei geringem Polmittenabstand benachbarter Phasen kann es dadurch zu einer Beeinträchtigung des Schaltverhaltens kommen. Aber auch bei einphasigen Kurzschlüssen ist bei ungünstiger Leitungsführung eine unerwünschte Beeinflussung des Lichtbogens durch externe Magnetfelder möglich.Especially when switching off multi-phase short in low and medium voltage networks by means of vacuum circuit breakers are those in the circuit breaker standing arcs through the magnetic fields of each Neighboring phases influenced. With a small pole center distance This can impair neighboring phases of switching behavior. But also for single-phase Short circuits are a problem with poor cable routing undesired influencing of the arc by external Magnetic fields possible.

Speziell bei Schaltröhren mit Axialmagnetfeldkontakten und diffusen Abschaltlichtbögen wird durch die vom zusätzlichen äußeren Magnetfeld herrührenden Komponenten der Lorentzkräf te, die in der durch die Kontaktauflageflächen definierten Ebene liegen, die Wechselwirkung des Plasmas mit dem Schutz schirm innerhalb der Schaltröhre oder dem Röhrenaußengehäuse erheblich verstärkt. Dadurch kann sich bei zu geringem Schirm/Gehäuse-Kontaktstückabstand die Wiederzündwahrschein lichkeit erhöhen bzw. die damit verbundene Grenzschaltlei stung erheblich reduzieren.Especially for switching tubes with axial magnetic field contacts and diffuse shutdown arcs is caused by the additional components of Lorentzkräf originating from the external magnetic field te defined in the by the contact contact surfaces Level, the interaction of the plasma with the protection shield inside the switch tube or the tube outer housing significantly reinforced. This can result in too little Screen / housing contact spacing the re-ignition probability increase or the associated limit switching significantly reduce stress.

Sind dagegen die Röhren mit Radialfeldkontakten bestückt, so wird gegenüber dem Fall ohne Fremdmagnetfeld nicht nur die Wechselwirkung zwischen den entstehenden, in diesem Fall kontrahierten Lichtbogen und dem Schirm bzw. Gehäuse ver stärkt, sondern es kann auch sein Laufverhalten an bestimmten Stellen der Kontaktstücke eingeschränkt sein. Dadurch kann eine lokale thermische Überlastung der Kontakte entstehen, was wiederum infolge erhöhter Metalldampffreisetzung einen Anstieg der Wiederzündwahrscheinlichkeit verursacht.If, on the other hand, the tubes are equipped with radial field contacts, then so compared to the case without an external magnetic field, not only that Interaction between the emerging, in this case contracted arc and the screen or housing ver strengthens, but it can also be running at certain Places of the contact pieces may be restricted. This can local thermal overload of the contacts which in turn due to increased metal vapor release Causes an increase in the probability of reignition.

Unabhängig von der Art der Schaltkontakte können die durch äußere Magnetfelder auf den Strompfad ausgeübten, einseitig radial wirkenden Lorentzkräfte ein radiales Ausschwenken der Schaltbolzen und eine nicht-parallele Stellung der Kontakt flächen herbeiführen. Hierdurch wird ebenfalls die Grenz- Schaltleistung der Schaltröhre herabgesetzt.Regardless of the type of switch contacts, the through external magnetic fields exerted on the current path, one-sided radially acting Lorentz forces a radial pivoting of the Switch pin and a non-parallel position of the contact bring about surfaces. This will also limit Switching capacity of the switching tube reduced.

Bei bekannten Anordnungen mit Vakuumleistungsschaltern wird üblicherweise keine Vorsorge gegen Fremdmagnetfelder ge troffen. Zum einen ist bei den bekannten Schaltröhren durch entsprechend große Schirm/Gehäuse-Kontaktstückabstände und große Entfernungen zwischen den Schaltröhren das Problem der Wechselwirkung von äußeren Magnetfeldern mit dem Schalt lichtbogen entschärft. Zum andern wird die Reduzierung der Grenzschaltleistung gegenüber einer möglichen Anordnung ohne Fremdmagnetfeld in Kauf genommen.In known arrangements with vacuum circuit breakers usually no provision against external magnetic fields hit. On the one hand is known for the switching tubes correspondingly large shield / housing contact spacing and large distances between the switching tubes the problem of Interaction of external magnetic fields with the switch arc defused. On the other hand, the reduction of Limit switching capacity compared to a possible arrangement without Accepted external magnetic field.

Aufgabe der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen. Es soll auch bei kompakt aufgebauten Schaltröhren und Schalt geräten das Schaltvermögen so weit wie möglich ausgenutzt werden.The object of the invention is to remedy this. It should also be used for compactly designed switching tubes and switching the switching capacity is used as far as possible will.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schaltröhre Mittel zur Abschirmung von äußeren magnetischen Feldern zugeordnet sind, wobei gleichermaßen der Einfluß von Eigenmagnetfeldern der Stromlaufbahn auf den Schaltlichtbogen wie auf die stromführenden Bauteile der Schaltröhre weit gehend eliminiert ist. Vorzugsweise umfassen die Mittel zur Abschirmung jeweils wenigstens einen um die Schaltröhre um laufenden Eisenschirm mit beidseitiger Kupferabschirmung. The object is achieved in that the Switching tube means for shielding from external magnetic Fields are assigned, with the influence of Own magnetic fields of the current track on the switching arc as far as the current-carrying components of the switching tube is eliminated. Preferably, the means for Shielding around at least one around the switching tube running iron screen with copper shielding on both sides.

Im Rahmen der Erfindung kann bei einer ersten Ausführungsform der Eisenschirm in der Kupferabschirmung elektrisch isoliert angeordnet sein. Insbesondere ist bei dieser Ausführungsform der Kupfermantel topfartig und doppelwandig zur Schaltröhre angeordnet, wobei der doppelwandige Kupfermantel aus zwei koaxialen Hohlzylindern besteht, die an ihrem unteren Ende Kreisplatten tragen und an ihrem oberen Ende durch einen Kreisring miteinander verbunden sind, und wobei der Eisen hohlzylinder innerhalb des doppelwandigen Topfes isoliert angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Kupfer mantel unmittelbar in die Stromlaufbahn der Schaltröhre ein gebunden derart, daß der feste Kontaktbolzen mit dem inneren Topfboden verbunden ist und der Leitungsanschluß am äußeren Topfboden erfolgt.Within the scope of the invention, in a first embodiment the iron shield in the copper shield is electrically insulated be arranged. In particular, in this embodiment the copper jacket pot-like and double-walled to the switching tube arranged, the double-walled copper jacket made of two coaxial hollow cylinders, which are at their lower end Wear circular plates and at their top end by one Circular ring are connected to each other, and being the iron hollow cylinder isolated inside the double-walled pot is arranged. In this embodiment, the copper is jacket directly into the circuit of the switching tube bound in such a way that the fixed contact pin with the inner Pot bottom is connected and the pipe connection on the outside Pot bottom is done.

In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung kann der Eisenhohlzylinder formschlüssig in einen Kupfermantel ein gelassen sein und die so gebildete Verbundanordnung um die Schaltröhre verlaufen. Vorzugsweise verläuft die Verbundan ordnung dabei koaxial um die Schaltröhre. Schließlich können im Rahmen der Erfindung bei einer weiteren Ausführungsform die bei der ersten und bei der zweiten Ausführungsform ange gebenen Mittel zur Abschirmung miteinander kombiniert werden und eine bevorzugte dritte Ausführungsform der Erfindung bilden.In a second embodiment of the invention, the Hollow iron cylinder in a copper jacket be left and the composite arrangement thus formed around the Switch tube run. The bond preferably runs on order coaxially around the switching tube. Finally, you can in the context of the invention in a further embodiment those in the first and in the second embodiment given shielding means can be combined and a preferred third embodiment of the invention form.

Zur Realisierung der Abschirmung kann im Rahmen der Erfindung der Eisenhohlzylinder aus lamelliertem Material bestehen. Dabei kann entweder eine Querlamellierung, bspw. nach Art von Trafoblechen, aber auch ggfs. eine Längslamellierung vorhan den sein. Für die Praxis werden vorzugsweise zum Aufbau der Abschirmungen Kupfer- und Eisenbänder aufeinandergeschichtet und durch Aufwickeln miteinander verbunden. An den Rändern kann dann vorteilhafterweise eine Verlötung der überstehenden Kupferbereiche, vorzugsweise durch Tauchlöten, erfolgen. To implement the shielding can be done within the scope of the invention the iron hollow cylinder consist of laminated material. Either a transverse lamination, for example in the manner of Transformer sheets, but also possibly a longitudinal lamination be that. In practice, the structure of the Shields copper and iron strips stacked on top of each other and connected by winding. On the edges can then advantageously a soldering of the protruding Copper areas, preferably by dip soldering.

In gleicher vorteilhafter Weise, in der bei den angegebenen Ausführungsformen der Erfindung die Wechselwirkung der außer halb von Schaltröhren entstehenden Magnetfelder mit dem Schaltlichtbogen herabgesetzt ist, werden auch die uner wünschten Kraftwirkungen auf die anderen stromdurchflossenen Bauteile der Schaltröhre vermindert.In the same advantageous manner, in the case of the specified Embodiments of the invention the interaction of the magnetic fields arising from switching tubes with the Switching arc is reduced, the un wanted force effects on the other current-carrying Components of the switching tube reduced.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei spielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patent ansprüchen. Es zeigenFurther details and advantages of the invention emerge from the following description of the figures of the embodiment play with the drawing in connection with the patent claims. Show it

Fig. 1 die Anordnung von Röhren in einem mehrpoligen Vakuum schalter zusammen mit einem zugehörigen Koordinaten system, Fig. 1 shows the arrangement of tubes in a multi-pole vacuum switch together with an associated coordinate system,

Fig. 2 das Schema einer ersten Abschirmanordnung, Fig. 2 shows the schematic of a first shield,

Fig. 3 das Schema einer zweiten Abschirmanordnung, die Fig. 3 shows the schematic of a second shielding arrangement, the

Fig. 4 und 5 unterschiedliche Arten der Auslegung der Ab schirmung und Fig. 4 and 5 different types of interpretation of shielding from and

Fig. 6 ein spezielles Beispiel zur Herstellung einer Ver bundanordnung zur Abschirmung. Fig. 6 shows a specific example of the manufacture of a United bundle arrangement for shielding.

Die Figuren werden nachfolgend teilweise gemeinsam beschrie ben. Insbesondere wird der Stromlaufweg zwischen signifikan ten Punkten der Abschirmanordnung anhand Fig. 2 verdeutlicht.The figures are partly described below together. In particular, the current path between significant points of the shielding arrangement is illustrated in FIG. 2.

In Fig. 1 ist eine dreiphasige Vakuumleistungsschalter-Anord nung und das dabei verwendete xyz-Koordinatensystem darge stellt, bei der die Schalteranordnung aus den einzelnen Schaltröhren 100, 200 und 300 besteht. Das von jedem Einzel phase herrührende Magnetfeld besitzt am Ort der Lichtbögen x- und y-Komponenten und übt wegen des in positiver oder in negativer z-Richtung fließenden Stromes Lorentzkräfte auf den Lichtbogen aus, die in der xy-Ebene liegen. In Fig. 1 is a three-phase vacuum circuit breaker arrangement and the xyz coordinate system used is Darge, in which the switch arrangement consists of the individual switching tubes 100 , 200 and 300 . The magnetic field originating from each individual phase has x and y components at the location of the arcs and, due to the current flowing in the positive or in the negative z direction, exerts Lorentz forces on the arc which lie in the xy plane.

Eine zunächst denkbare, einfache zylindrische Röhrenabschir mung aus magnetischem Stahl scheitert bei einer Anordnung gemäß Fig. 1 aus folgenden Gründen: Bei maximal möglichen Wandstärken der Hohlzylinderabschirmung von etwa 10 bis 25 mm erreicht das Eisen für Kurzschlußströme von einigen 10 kA infolge des Eigenmagnetfeldes des entsprechenden Schaltpoles bereits seine Sättigungsmagnetisierung von etwa 1,5 bis 2,0 T und wird dadurch gegenüber den Feldern der Nachbarphasen praktisch unwirksam. Außerdem sind bei Normalbetrieb die im Eisen auftretenden Wirbelstromverluste, die vom entsprechen den Eigenmagnetfeld hervorgerufen werden und bei den Nenn stromstärken der Leistungsschalter von etwa 800 bis 6000 A im Bereich von einigen 10 W bis zu einigen 100 W liegen, wegen der damit bewirkten Erwärmung nicht mehr tolerierbar.An initially conceivable, simple cylindrical tube shielding made of magnetic steel fails with an arrangement according to FIG. 1 for the following reasons: With maximum possible wall thicknesses of the hollow cylinder shielding of about 10 to 25 mm, the iron reaches for short-circuit currents of some 10 kA due to the intrinsic magnetic field of the corresponding switching pole its saturation magnetization of approximately 1.5 to 2.0 T is already practically ineffective compared to the fields of the neighboring phases. In addition, during normal operation, the eddy current losses occurring in the iron, which are caused by the corresponding magnetic field and at the nominal current strengths of the circuit breakers from about 800 to 6000 A, are in the range from a few 10 W to a few 100 W, because of the heating caused thereby tolerable.

Die Anordnungen gemäß den Fig. 2 oder 3 bewirken dagegen gleichermaßen eine gute Abschirmung gegen die magnetischen Felder der Nachbarphasen und eine Reduzierung der Wirbel stromverluste, da der Einfluß des Eigenmagnetfeldes weit gehend ausgeschlossen ist.The arrangements according to FIGS. 2 or 3, on the other hand, equally provide good shielding against the magnetic fields of the neighboring phases and a reduction in the eddy current losses since the influence of the natural magnetic field is largely excluded.

In Fig. 2 ist eine der Schaltröhren der Fig. 1, beispielsweise die Schaltröhre 100, dargestellt, die im wesentlichen aus folgenden Teilen besteht: Einem mehrteiligen Gehäuse 11, 11′, das mindestens einen Isolatorring 12 aus Keramik enthält, aus einem Federbalg 13 und einer Kontaktanordnung 15 mit damit verbundenen Kontaktbolzen 16 und 17. Von der externen Leitungsbahn 1 läuft der Strom I über den beweglichen Kon taktbolzen 16, die Kontaktanordnung 15 und den festen Kon taktbolzen 17 zum anderen externen Leitungsanschluß 8.In Fig. 2, one of the switching tubes of Fig. 1, for example the switching tube 100 , is shown, which consists essentially of the following parts: A multi-part housing 11 , 11 ', which contains at least one insulator ring 12 made of ceramic, from a bellows 13 and a contact arrangement 15 with connected contact pins 16 and 17 . From the external conductor track 1 , the current I runs via the movable contact pin 16 , the contact arrangement 15 and the fixed contact pin 17 to the other external line connection 8 .

Gemäß Fig. 2 ist in die Stromlaufbahn I von den Kontaktan schlüssen 1 nach 8 eine Abschirmanordnung 20 eingebunden, die aus einem doppelwandigen, topfartigen Kupfermantel 18 bis 23 und einem darin isoliert eingelassenen Eisenhohlzylinder 25 gebildet ist. Im einzelnen besteht der Kupfermantel aus zwei koaxialen Hohlzylindern 19 und 21, die an ihren unteren Enden mit je einer Kreisplatte 18 und 22 versehen und an ihren oberen Enden durch einen Kreisring 23 miteinander verbunden sind. Dadurch, daß der feste Kontaktbolzen 17 mit dem inneren Topfboden 18 und der Stromanschluß 8 mit dem äußeren Topf boden 22 verbunden ist, entsteht eine geschlossene Stromlauf bahn I über den externen Kupfermantel.Referring to FIG. 2 is in the current path I of the Kontaktan circuits 1 to 8, a shielding arrangement 20 involved, which is formed of a double-walled, pot-shaped copper sheath 18 to 23 and an isolated therein embedded iron hollow cylinder 25. Specifically, the copper jacket consists of two coaxial hollow cylinders 19 and 21 , each provided with a circular plate 18 and 22 at their lower ends and connected to one another by a circular ring 23 at their upper ends. Characterized in that the fixed contact pin 17 is connected to the inner pot bottom 18 and the power connection 8 to the outer pot bottom 22 , a closed circuit path I is created via the external copper jacket.

Das in Fig. 2 durch den Stromfluß über die Schaltröhre 100 entlang des Weges 1 nach 2 hervorgerufene Magnetfeld im Bereich des Eisenhohlzylinders 25 wird durch den entgegen gesetzten Stromfluß über den externen Kupfermantel entspre chend dem Weg 3 bzw. 3′ nach 4 bzw. 4′ kompensiert. Desglei chen heben sich die durch den Stromfluß in den Kreisscheiben 18 und 22 von 2 nach 3 bzw. 3′ und 7 bzw. 7′ nach 8 hervor gerufenen Magnetfelder weitgehend auf. Die vom radialen Stromfluß in den Kreisringen entsprechend dem Weg 4 bzw. 4′ nach 5 bzw. 5′ und 6 bzw. 6′ nach 7 bzw. 7′ hervorgerufenen Magnetfelder verlaufen im Gebiet der gesamten Abschirmungs anordnung gleichsinnig. Ihr Anteil ist gering, wenn die Breite der durch die Punkte 4, 5, 4′, 5′ bzw. durch die Punkte 6, 7, 6′, 7′ definierten Kreisringe klein ist gegenüber ihren Abständen von den Stirnflächen des Eisenhohlzylinders 25.The magnetic field in the region of the iron hollow cylinder 25 caused by the current flow through the switching tube 100 along the path 1 to 2 in FIG. 2 is corresponding to the path 3 or 3 'according to 4 or 4 ' by the opposite current flow via the external copper jacket. compensated. Likewise, the magnetic fields caused by the current flow in the circular disks 18 and 22 from 2 to 3 or 3 'and 7 or 7 ' to 8 largely cancel each other out. The magnetic fields caused by the radial current flow in the circular rings corresponding to the path 4 or 4 'after 5 or 5 ' and 6 or 6 'after 7 or 7 ' run in the same direction in the area of the entire shielding arrangement. Their proportion is small if the width of the circular rings defined by points 4 , 5 , 4 ', 5 ' and points 6 , 7 , 6 ', 7 ' is small compared to their distances from the end faces of the hollow iron cylinder 25 .

Die Höhe der kompletten Abschirmanordnung sollte mindestens so groß sein wie der Innendurchmesser des Kupferhohlzylinders 19. Der Stromfluß im Kupfermantel entsprechend 5 nach 6 bzw. 5′ nach 6′ hat nach innen keinen nennenswerten Einfluß. Der Einfluß der Zu- bzw. Ableitungen 1′1 sowie 8′8 kann ge ring gehalten werden, wenn die Abstände zwischen den Stirn flächen des Eisenhohlzylinders 25 und von den Punkten 4, 5 und 4′, 5′ sowie 6, 7 und 6′, 7 begrenzten Kreisringen größer sind als der Innendurchmesser des Hohlzylinders 25. Durch eine derartige "quasi-triaxiale" Stromführung im Bereich der kompletten Schaltröhre 10 ist das resultierende Eigenmagnet feld im Eisenhohlzylinder klein gegenüber der Sättigungs magnetisierung des verwendeten Eisenmaterials.The height of the complete shielding arrangement should be at least as large as the inside diameter of the hollow copper cylinder 19 . The current flow in the copper jacket corresponding to 5 after 6 or 5 'after 6 ' has no significant influence inside. The influence of the supply and discharge lines 1 ' 1 and 8 ' 8 can be kept ge ring when the distances between the end faces of the hollow iron cylinder 25 and from points 4 , 5 and 4 ', 5 ' and 6 , 7 and 6 ', 7 limited circular rings are larger than the inner diameter of the hollow cylinder 25th Such a "quasi-triaxial" current flow in the area of the complete switching tube 10 , the resulting self-magnetic field in the hollow iron cylinder is small compared to the saturation magnetization of the iron material used.

Im Eisenhohlzylinder 25 eventuell entstehende, zu große Wirbelstromverluste bei Nennstrombetrieb lassen sich durch eine geeignete Lamellierung des Eisens um mehr als eine Größenordnung reduzieren, sofern der Hohlzylinder 25 mit Kreisringscheiben aus Trafoblech aufgebaut wird. Gegebenen falls ist auch eine Längslamellierung, d. h. ein Aufbau aus koaxialen Eisenzylindern oder einem gewickelten Eisenband, möglich.May be incurred in iron hollow cylinder 25 to large eddy current losses at rated current operation of the iron by more than an order of magnitude can be reduced by a suitable siping, provided the hollow cylinder is built with 25 annular disks from transformer sheet. If necessary, longitudinal lamination is also possible, ie a structure made of coaxial iron cylinders or a wound iron band.

In Fig. 3 ist bei einer Röhre 100 eine Verbundanordnung 30 aus einem Hohlzylinder 32 aus massivem oder lamelliertem Weich eisen vorhanden, wobei der Eisenhohlzylinder von einem 1 bis 2 mm dicken Kupfermantel 31 dicht umgeben ist. Im allgemeinen ist keine elektrische Isolierung vorhanden, wobei aber Eisen hohlzylinder 32 und Kupfermantel 31 durch Oxidschichten gegeneinander isoliert sein können. Das in diesem Fall vom Stromfluß über die Stromlaufbahn 1 nach 8 der Röhre 10 ent sprechend Fig. 1 erzeugte zeitveränderliche Eigenmagnetfeld bzw. der damit bewirkte zeitveränderliche Magnetfluß indu ziert nunmehr Wirbelströme im Kupfermantel 33. Diese rufen ihrerseits einen Magnetfluß im Eisenhohlzylinder 32 hervor, der durch die geeignete Bemessung des Eisenhohlzylinders 32 und des Kupfermantels 33 nahezu so groß ist wie der erst genannte, jedoch ihm entgegengesetzt ist und ihn weitgehend kompensiert. Dadurch ist das resultierende Magnetfeld im Eisen gering und liegt auf jeden Fall weit unterhalb des Wertes der Sättigungsmagnetisierung. Gegebenenfalls können zur Erhöhung der Abschirmwirkung mehrere derartiger Anord nungen koaxial umeinander im Verbund angeordnet werden.In Fig. 3 there is a composite assembly 30 of a hollow cylinder 32 made of solid or laminated soft iron in a tube 100, the hollow iron cylinder being tightly surrounded by a 1 to 2 mm thick copper jacket 31 . In general, there is no electrical insulation, but iron hollow cylinder 32 and copper jacket 31 can be insulated from one another by oxide layers. The generated in this case by the current flow through the current path 1 to 8 of the tube 10 accordingly Fig. 1 generated time-varying natural magnetic field or the time-varying magnetic flux thus induced now eddy currents in the copper jacket 33rd These in turn cause a magnetic flux in the hollow iron cylinder 32 , which due to the suitable dimensioning of the hollow iron cylinder 32 and the copper jacket 33 is almost as large as the first mentioned, but is opposite to it and largely compensates for it. As a result, the resulting magnetic field in the iron is small and is in any case far below the value of the saturation magnetization. If necessary, several such arrangements can be arranged coaxially around one another in order to increase the shielding effect.

Die Anordnungen gemäß den Fig. 2 und 3 können insoweit kombiniert werden, daß in Fig. 2 statt des Eisenhohlzylinders 25, der gegen die den Schaltstrom führenden Kupfermantelteile 18 bis 22 isoliert sein muß, ein mit einem Kupfermantel 31 versehener Eisenschirm 32 verwendet wird. Somit können mit dieser Kombination die positiven Eigenschaften beider Anord nungen optimiert werden. Dadurch werden die bei der Anordnung gemäß Fig. 2 in der Eisenabschirmung 35 verbleibenden Rest magnetfelder, beispielsweise vom radialen Stromfluß in den durch die Punkte 4, 5, 4′, 5′ bzw. die Punkte 6, 7, 6′7′ definier ten Kreisringen oder in den Zuleitungen von 1′ nach 1 bzw. 8′ nach 8; durch die von ihnen in dem Kupfermantel 31 induzier ten Wirbelströme bzw. die damit verknüpften Magnetfelder weitestgehend eliminiert.The arrangements according to FIGS. 2 and 3 can be combined to the extent that in FIG. 2 an iron screen 32 provided with a copper jacket 31 is used instead of the iron hollow cylinder 25 , which must be insulated from the copper jacket parts 18 to 22 carrying the switching current. With this combination, the positive properties of both arrangements can be optimized. Thereby, the in the arrangement of Fig. 2 remaining in the iron shield 35 residual magnetic fields, for example of the radial current flow in the through points 4, 5, 4 ', 5' and the points 6, 7, 6 ', 7' th DEFINE Circular rings or in the supply lines from 1 'to 1 or 8 ' to 8 ; largely eliminated by the eddy currents induced by them in the copper jacket 31 or the magnetic fields associated therewith.

Es ist auch möglich, Teile der Kupferabschirmung in das Röhrengehäuse zu integrieren. Dies bedeutet, daß der Kupfer hohlzylinder 19 aus Fig. 2 oder der innere Teil des Kupfer mantels 31 aus Fig. 3 das Gehäuseteil 11 der Röhre 100 ersetzt, was allerdings Modifikationen des Röhrenaufbaus erforderlich macht.It is also possible to integrate parts of the copper shield into the tube housing. This means that the copper hollow cylinder 19 from FIG. 2 or the inner part of the copper jacket 31 from FIG. 3 replaces the housing part 11 of the tube 100 , which however requires modifications to the tube structure.

Zur quantitativen Bestimmung der Abschirmwirkung der vor stehend beschriebenen Anordnungen gegenüber den Nachbarpha senmagnetfeldern lassen sich die Abschirmfaktoren f entspre chend nachfolgender Beziehung bestimmen, welche in Analogie zu der in J.D. Jackson "Classical Electrodynamics", Section 5.12, S. 162 bis 165 (Verlag John Wiley & Sons 1967) für kugelsymmetrische Anordnung angegebenen Beziehung auf zylin drische Probleme übertragen wurde:For quantitative determination of the shielding effect of the arrangements described above to the neighboring pha The shielding factors f can be Determine the following relationship, which in analogy to the one in J.D. Jackson "Classical Electrodynamics", Section 5.12, pp. 162 to 165 (published by John Wiley & Sons 1967) for spherical symmetry arrangement given relationship on zylin problems were transmitted:

wobei µ die Induktionskonstante, d die Dicke des Abschirm hohlzylinders und a dessen Innendurchmesser bedeuten. Bei Werten von a = 140 mm, d = 20 mm und µ = 50 ergibt sich eine Abschwächung des Nachbarmagnetfeldes mindestens um den Faktor 3 bis 4, auch wenn man in Betracht zieht, daß keine unendlich lange exakt zylindersymmetrische Anordnung im homogenen Magnetfeld vorliegt. Dabei ist noch nicht berücksichtigt, daß mit der zusätzlichen Kupferummantelung der genannte Faktor weiterhin erheblich erhöht werden kann.where µ is the induction constant, d is the thickness of the shield hollow cylinder and a mean its inner diameter. At Values of a = 140 mm, d = 20 mm and µ = 50 result in a Attenuation of the neighboring magnetic field by at least a factor 3 to 4, even considering that none is infinite long exactly cylindrical symmetrical arrangement in homogeneous Magnetic field is present. It does not take into account that with the additional copper cladding the factor mentioned can still be increased significantly.

In Fig. 4 ist im Schnitt und in Draufsicht ein Eisenhohl zylinder 40 als Abschirmung dargestellt, der horizontal lamelliert ist und bspw. aus aufeinandergeschichteten Trans formatorblechen 42 besteht. Ein entsprechender Eisenhohl zylinder 52 kann gemäß Fig. 5 auch vertikal lamelliert und aus gewickeltem Eisenband aufgebaut sein. Zusammen mit einem Kupfermantel 51 kann der Hohlzylinder 52 - ebenso wie der Hohlzylinder 40 der Fig. 4 - eine Verbundanordnung 50 bilden.In Fig. 4, a hollow iron cylinder 40 is shown as a shield in section and in plan view, which is laminated horizontally and, for example. Transformer sheets 42 stacked on top of one another. A corresponding hollow iron cylinder 52 can also be laminated vertically according to FIG. 5 and constructed from wound iron strip. Together with a copper jacket 51 , the hollow cylinder 52 - like the hollow cylinder 40 in FIG. 4 - can form a composite arrangement 50 .

Zur Herstellung der in der Fig. 5 angegebenen Abschirmung zur Verwendung bei Anordnungen gemäß Fig. 2 oder Fig. 3 kann beispielsweise ein Ausgangsmaterial gemäß Fig. 6 benutzt werden. Dieses Material besteht im wesentlichen aus einem Kupferband 61 vorgegebener Breite und Länge sowie einem darauf aufgelegtem Eisenband 62 geringerer Breite und Länge. Durch entsprechende Dimensionierung läßt sich daraus eine Verbundanordnung 60 aufbauen, bei der durch Aufwickeln zunächst mehrere Kupferschichten und anschließend jeweils abwechselnd Eisen und Kupfer-Schichten realisiert werden. Durch Lötung, beispielsweise durch Tauchlöten, ist das Kupferband 61 beidseitig als Mantel abgeschlossen.For example, a starting material according to FIG. 6 can be used to produce the shielding shown in FIG. 5 for use in arrangements according to FIG. 2 or FIG. 3. This material essentially consists of a copper strip 61 of predetermined width and length and an iron strip 62 of smaller width and length placed thereon. By means of appropriate dimensioning, a composite arrangement 60 can be constructed therefrom, in which several copper layers are first produced by winding and then iron and copper layers alternately in each case. The copper strip 61 is closed on both sides as a jacket by soldering, for example by dip soldering.

Bei den Anordnung gemäß den Fig. 2 und 3 ist es auch mög lich, den dort verwendeten Hohlzylinder aus Eisen innerhalb des Kupfermantels aus magnetisch weichem Ferrit mit hoher Permeabilität und hoher Sättigungsmagnetisierung zu wählen. Damit lassen sich die Abschirmwirkungen der beschriebenen An ordnungen weiter optimieren.In the arrangement according to FIGS . 2 and 3, it is also possible to select the hollow cylinder made of iron used within the copper jacket made of magnetically soft ferrite with high permeability and high saturation magnetization. The shielding effects of the described arrangements can thus be further optimized.

Anhand Fig. 1 wurde die Wirkung der beschriebenen Anordnungen insbesondere für mehrphasige Netze, bei dem im Vakuumschalter insbesondere drei Schaltröhren 100, 200 und 300 nebeneinander angeordnet sind, dargestellt. Im Prinzip kann ein externes Magnetfeld durch eine entsprechende Verlegung der Netzleitung bereits bei einer einphasigen Anordnung entstehen. Auch für eine derartige Vakuumschalter-Anordnung sind die beschriebenen Beispiele der Abschirmung, bei der glei chermaßen der Einfluß von Eigenmagnetfeldern eliminiert ist, verwendbar.The effect of the arrangements described, in particular for multiphase networks, in which in particular three switching tubes 100 , 200 and 300 are arranged side by side in the vacuum switch, was illustrated with reference to FIG . In principle, an external magnetic field can be created by laying the mains cable accordingly in a single-phase arrangement. The described examples of the shield, in which the influence of natural magnetic fields is eliminated, can also be used for such a vacuum switch arrangement.

Claims

1. Vacuum switch arrangement for switching electrical networks, with at least one current path and a switching tube arranged therein, characterized in that the switching tube ( 100 , 200 , 300 ) means ( 20 , 30 , 40 , 50 , 60 ) for shielding external magnetic fields are assigned, with a similarly the flow of intrinsic magnetic fields of the current path (I, I1, I2, I3) on the switching arc and on the current-carrying components of the switching tube ( 100 , 200 , 300 ) is largely eliminated.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the means ( 20 , 30 , 40 , 50 , 60 ) for shielding from at least one around the switching tube ( 100 , 200 , 300 ) encircling iron hollow cylinder ( 25 , 32 ) with copper jacket on both sides ( 18 to 22 , 31 ).

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the height of the copper jacket ( 18 to 23 , 31 ) is greater than its inner diameter.

4. Arrangement according to claim 2, characterized in that the iron hollow cylinder ( 25 ) in the copper jacket ( 18 to 23 ) is arranged electrically isolated ( Fig. 2).

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the copper jacket ( 18 to 23 ) pot-like and double-walled around the switching tube ( 100 , 200 , 300 ) is arranged, the double-walled copper jacket made of two coaxial ring cylinders ( 19 , 21 ) there are circular plates ( 18 , 22 ) at their lower end and are connected at their upper ends by a circular ring ( 23 ) and the hollow iron cylinder ( 25 ) is arranged between the double pot wall ( 19 , 21 ).

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the copper jacket ( 18 to 23 ) in the current path (I, I1, I2, I3) of the switching tube ( 100 , 200 , 300 ) is integrated such that the fixed contact pin ( 17th ) is connected to the bottom ( 18 ) of the inner pot.

7. Arrangement according to claim 2, characterized in that the iron hollow cylinder ( 32 ) is positively embedded in a copper jacket ( 31 ) and the composite arrangement ( 30 ) thus formed extends around the switching tube ( 100 , 200 , 300 ) ( Fig. 3rd ).

8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the iron cylinder ( 32 ) over its entire surface or the major part of its upper surface is connected with the copper jacket ( 31 ), z. B. by soldering.

9. Arrangement according to claim 7, characterized in that the composite arrangement ( 31 , 32 ) surrounds the switching tube ( 10 , 20 , 30 ) coaxially.

10. Arrangement according to claims 2 to 9, characterized in that the composite arrangement ( 30 ) made of hollow iron cylinder ( 31 ) and copper jacket ( 32 ) is arranged electrically insulated between the walls of the double-walled copper shielding pot ( 18 to 23 ).

11. The arrangement according to claim 7, characterized in that to realize a United bundle arrangement copper and iron strips ( 61 , 62 ) are placed one on top of the other and are wound into a shielding cylinder ( 60 ).

12. The arrangement according to claim 11, characterized in that the copper and iron strips ( 61 , 62 ) are connected to each other over a large area, z. B. by soldering during or after winding.

13. Arrangement according to claim 11, characterized in that the copper band ( 61 ) is wider and longer than the iron band ( 62 ) and the wound bands at least on the end faces of the thus formed United bundle arrangement ( 60 ) by soldering, in particular by dip soldering, are electrically connected.

14. Arrangement according to claim 12, characterized in that the iron hollow cylinder ( 40 , 52 ) consists of laminated material.

15. The arrangement according to claim 14, characterized in that the iron hollow cylinder ( 40 ) is laminated in the horizontal direction and from mutually insulated washers ( 42 ), z. B. transformer sheet rings.

16. The arrangement according to claim 14, characterized in that the iron hollow cylinder ( 25 ) is laminated in the vertical direction and be made of wound tape, which has at least one electrically insulating band surface.

17. Arrangement according to one of claims 2 to 16, characterized in that instead of the iron hollow cylinder ( 25 , 32 , 40 , 52 ) a hollow cylinder made of magnetically soft ferrite with high permeability and high saturation magnetization is used.

18. Arrangement according to claim 1 or one of claims 2 to 17, characterized in that for switching a multi-phase network, a plurality of switching tubes ( 100 , 200 , 300 ) with means for shielding ( 20 , 30 , 40 , 50 , 60 ) are arranged side by side and form a multi-pole circuit unit ( Fig. 1).