DE2111885A1

DE2111885A1 - Contact system for vacuum arc extinguishing chambers

Info

Publication number: DE2111885A1
Application number: DE19712111885
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dipl-Ing Bahder; Ernst Dipl-Phys Freund; Alfred Dipl-Ing Goetsch; Heinz Dr-Ing Haenisch; Gerfried Pachmann
Original assignee: INST PRUEFFELD fur ELEK SCHE
Current assignee: INST PRUEFFELD fur ELEK SCHE
Priority date: 1971-03-12
Filing date: 1971-03-12
Publication date: 1972-09-14
Also published as: FR2135848A5

Description

Berlin» döü 1β,9·1969Berlin »döü 1β, 9 · 1969

Koptakt system for vacuum arc extinguishing chambers »

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Die Erfindung beziht sich auf ein Eontaktsystem für Vakuumbogenlöschkammern zur Erzeugung einer stromabhängigen Eontaktkraft. e
The invention relates to a contact system for vacuum arc extinguishing chambers for generating a current-dependent contact force.

Die in elektrischen Schaltanlagen auftretenden liolien Ströme, insbesondere Kurzschlußströme, bewirken große elektrodynamische Kräfte, die den Eontaktdruckkräften entgegengerichtet sind und ein Abheben der Schaltkontakte voneinander verursachen können· Sofern keine zusätzlichen Mittel vorgesehen sind, die die dynamischen Kräfte verringern oder aufheben, so müssen die Schaltorgane so dimensioniert sein, daß sie diese Kräfte aufnehmen· Sine robuste Konstruktion der Schaltorgane verlangt jedoch einen höheren Energieaufwand zu deren Betätigung· Außerdem vergrößert sich durch eine solche Konstruktion der Schalter«The violent currents occurring in electrical switchgear, short-circuit currents, in particular, cause large electrodynamic forces which counteract the contact pressure forces and cause the switching contacts to lift from each other can · Unless additional means are provided that reduce or cancel the dynamic forces, the switching elements must be dimensioned in such a way that they absorb these forces. The robust construction of the Switching elements, however, require a higher expenditure of energy to operate them such construction of the switch "

Es ist bekannt, durch geeignete Formgebung der Strombahnen und Schaltstücke die besonders im Kurzschlußfall auftretenden elektrodynamischen Kräfte im Sinne einer Kontaktdruckkrafterhöhung auszunutzen· So ist es u.a. bekannt, auf den sich gegenüberstehenden Schaltkontakten Spulen aufzusetzen oder den Schaffe der Schaltkontakte aus einem spiralförmig zu einer Spule gewickelten Leiter herzustellen oder auch den massiven Schaft der Schaltkontakte mit am Umfang versetzten dicht nebeneinander angebrachten parallelen Schlitzen zu versehen» die eine schraubenlinienförmige Bahn des Stromverlaufs bestimmen. Die Spulen sind mit den Schaltkontakten in Reihe geschaltet und. werden vom Strom in gleicher Richtung durchfLossen, wodurch sie sich gegenseitig anziehen und die denIt is known, by appropriate shaping of the current paths and contact pieces, that particularly in the event of a short circuit to use electrodynamic forces in the sense of an increase in contact pressure to put on opposite switching contacts coils or the creation of the switching contacts from a spiral to a Produce coil wound conductor or the solid shaft of the switching contacts with offset on the circumference tightly to provide parallel slots arranged next to one another »creating a helical path of the current flow determine. The coils are in series with the switch contacts switched and. are traversed by the current in the same direction, whereby they attract each other and the

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Kontäfcfcdrückkräfteö entgegengerichteten elektrodynamischen Kräfte aufheben*Contact forces are oppositely directed electrodynamic Cancel forces *

Biese Anordnungen haben den Kachteil, daß die Anziehungskraft der Spulen stets beim Ausschalten überwunden werden muß, wodurch wiederum höhere Energien zur Kontakttrennung erforderlich sind· Zum anderen wird die Ausschaltgeschwindigkeit vermindert und soait der ganze Ausschaltvorgang; ungünstig beeinflußt. Die Ausbildung der Spulen setzt eine verhältnismäßig große Schaftlänge voraus»These arrangements have the disadvantage that the attraction the coils must always be overcome when switching off, which in turn leads to higher energies for contact separation are required · On the other hand, the switch-off speed is reduced and so the entire switch-off process; unfavorable influenced. The formation of the coils requires a relatively large shaft length »

Bei einer weiteren bekannten Kontaktanordnung für Leistungsrschalter ist der nichtangetriebene Schaltkontakt innerhalb einer spiralig gewundenen, mit den Kontakten in Beihe geschalteten kegelförmigen leder angeordnet und an diesen befestigt, so daß die beim Stromdurchfluß entstehenden elektrodynamischen Kräfte auf die Kontakte in der Sichtung der Ausschaltbewegung des beweglichen Schaltkontaktes einwirken·In another known contact arrangement for circuit breakers is the non-driven switching contact within a spiral wound, connected in series with the contacts conical leather arranged and attached to it, so that the electrodynamic forces that arise during the flow of current act on the contacts in the sighting of the switch-off movement of the moving switch contact act

Mit dieser Kontaktanordnung wird zwar der Nachteil beseitigt, daß nicht die durch den Stromfluß verursachte kontaktdruckerhöhende Kraft beim Ausschaltvorgang überwunden werden muß, jedoch wirkt die elektrodynamische Kraft und die der Feder auf die Schaltorgane, was wiederum einer entsprechenden großen Dimensionierung dieser Organe bedarf· Im Einschaltvorgang muß gegebenenfalls die elektrodynamische Kraft mit überwunden werden, da bereits eine Berührung der Kontakte vor der Endstellung der Schaltorgane erfolgt, was die Bereitstellung großer Schaltenergien verlangt·With this contact arrangement, the disadvantage is eliminated that not the contact pressure-increasing contact pressure caused by the flow of current Force must be overcome when switching off, but the electrodynamic force and that of the spring act on the switching organs, which in turn requires a correspondingly large dimensioning of these organs · During the switch-on process If necessary, the electrodynamic force must also be overcome, since the contacts are already touching before the end position the switching elements takes place, which requires the provision of large switching energies

Eine bekannte Kontaktanordnung für Leistungsschalter mit Mehrfachunterbrechung ist mit Kontaktbrücken, die jeweils zwei feste Schaltstücke überbrücken und die Stromschleifen entgegengesetzter Kraftwirkung bilden, ausgestattet· Dadurch, werden die elektrodynamischen Kräfte, welche auf die di· Kontaktbrücken betätigende Schaltbrücke wirken, weitgehend kompensiert. Eine solche Anordnung kann nur bei Schaltern mit Mehrfachunterbrechung je Phase Anwendung finden. Die Anordnung verlangt große Stromschienen aur Erzeugung der erforderlichenA known contact arrangement for circuit breakers with multiple interruptions is equipped with contact bridges, which each bridge two fixed contact pieces and form the current loops with opposing force effects. As a result, the electrodynamic forces that act on the switching bridge actuating the contact bridges are largely compensated. Such an arrangement can only be used for switches with multiple interruptions per phase. The arrangement requires large bus bars to generate the required

2 ü ^{J 8 a Η I 0 δ 0 32 ü ^{ J 8 a Η I 0 δ 0 3

Kraftwirkung, was eine Verwendung für Vakuumbogenlöschkammern unzweckmäßig erscheinen läßt.Force effect, which is a use for vacuum arc extinguishing chambers seems inexpedient.

Eine andere bekannte Kontaktvorrichtung beseitigt bereits die Nachteile, daß die Kontakte durch die elektrischen Ströme elektrodynamisch voneinander abgehoben werden und daß der AusschaltVorgang durch elektrodynamische Kräfte beeinflußt wird. Die Kontaktvorrichtung besteht aus zwei feststehenden Schaltstücken, einer beweglichen Schaltbrücke mit drehbaren Kontaktstüeken und zu dieser parallel ein ortsfester, isolierter Leiter. Beim Einschalten stellt zunächst die Schaltbrücke mit dem ortsfesten Leiter einen Kontakt her und danach erst mit den feststehenden Gegenkontakten· Beim Ausschalten wird die elektrische Verbindung zwischen der beweglichen Schaltbrücke und dem ortsfesten Leiter innerhalb eines Schaltweges unterbrochen, in dem noch ein Lichtbogen zwischen der beweglichen Schaltbrücke und den festen Gegenkontakten besteht. Die Schaltbrücke und der ortsfeste Leiter bilden parallele Strombahnen, die sich einander anziehen, beim Ausschalten aber, auf Grund der vorherigen elektrischen Trennung, voneinander abgestoßen werden.Another known contact device eliminates the disadvantages that the contacts by the electrical Currents are separated from each other electrodynamically and that the switch-off process is influenced by electrodynamic forces will. The contact device consists of two fixed contact pieces, a movable switching bridge with rotatable contact pieces and parallel to this a stationary, insulated conductor. When you turn on it initially provides the switching bridge makes contact with the stationary conductor and only then with the stationary mating contacts When switching off, the electrical connection between the movable switching bridge and the stationary conductor interrupted within a switching path in which there is still an arc between the movable switching bridge and the fixed mating contacts. The switching bridge and the stationary conductor form parallel current paths, which are attract each other, but when switched off, due to the previous electrical separation, repelled from each other will.

Vorausgesetzt bei dieser Kontaktvorrichtung ist wiederum eine Mehrfachunterbrechung mittels einer Schaltbrücke« Die Schaltbrücke und der dazu angeordnete ortsfeste parallele Leiter benötigen zur Erzielung der erforderlichen elektrodynamischen Kräfte relativ große Abmessungen· Die Gestaltung der Schaltbrücke mit den drehbaren Kontaktstücken ist für die spezifischen Schaltvorgänge in einer Vakuumbogenlöschkammer nicht geeignet«A prerequisite for this contact device is again a multiple interruption by means of a switching bridge «Die Switching bridge and the fixed parallel conductor arranged for it need to achieve the required electrodynamic Forces relatively large dimensions · The design of the switching bridge with the rotating contact pieces is for the specific switching processes in a vacuum arc quenching chamber are not suitable «

Zweck der Erfindung ist es, insbesondere bei Vakuumbogenlöschkammern ein Abheben der Schaltkontakte voneinander bei hohen elektrischen Strömen zu verhindern, ohne daß eine Beanspruchung der Schaltorgane durch die dynamischenIt is the purpose of the invention, particularly in the case of vacuum arc extinguishing chambers to prevent the switching contacts from lifting off from one another in the event of high electrical currents, without a Stress on the switching elements by the dynamic

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Stromkräfte erfolgt· Die Schaltbewegung darf durch die Stromkräfte nicht gehemmt werden· Ss muß eine minimale Baugröße der Vakuumbogenlöschkaamer gewahrleistet sein* Current forces occur · The switching movement may be caused by the Electricity forces are not inhibited

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch entsprechende Gestaltung der Kontakte, die mit einem Kontaktbereich und einem Abbrandbereich, auf den der Öffnungslichtbogen kommutiert, ausgebildet sind, die Kontaktdruckkraft im eingeschalteten Zustand durch den über die Vakuumbogenlöschkammer fließenden Strom zu vergrößern sowie beim Aussehalten die Stromkräfte aufzuheben bzw· in Eichtung einer Kontaktabhebung wirksam werden zu lassen·The invention is based on the object, by appropriate design of the contacts with a contact area and a burn-up area, to which the opening arc commutates, are formed, the contact pressure force in the switched-on To enlarge the state by the current flowing through the vacuum arc quenching chamber as well as when the To cancel current forces or to let them become effective in the direction of a contact separation

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kontaktteil einer oder der beiden der sich jeweils gegenüberstehenden Schaltkontakte von dem Abbrandbereich elektrisch isoliert ist und in Reihe mit dem Kontaktteil ein oder mehrere Spulen bzw. schleifenförmige Leiter angeordnet sind· Die Spulen sind vorzugsweise spiralförmig oder zylinderförmig gestaltet· Die spiralförmig ausgebildete Spule ist in unmittelbarer Nähe der Schaltkontakte zweckmäßig in diese eingesetzt angeordnet. Ist die Spule zylinderförmig ausgeführt, so ist diese außerhalb der Schaltkontakte geführt und vorzugsweise mit koaxialen Anschlüssen versehen· Der beim Abschalten des Stromes entstehende Lichtbogen kommutiert vom Kontakt- auf den Abbrandbereich und schließt damit die Leiterteile kurz, die eine Erhöhung der Kontaktkraft bei Stromdurchfluß bewirken. Dadurch sind die Stromkräfte an den Kontakten kompensiert bzw. in Eichtung einer Kontaktabhebung wirksam·According to the invention, the object is achieved in that the contact part of one or both of the opposite Switching contacts is electrically isolated from the burn-off area and one or more in series with the contact part Coils or loop-shaped conductors are arranged · The coils are preferably spiral-shaped or cylindrical designed · The spiral-shaped coil is expediently inserted in the immediate vicinity of the switching contacts arranged. If the coil is cylindrical, so this is performed outside of the switching contacts and preferably provided with coaxial connections · The arc that occurs when the current is switched off commutates from the Contact on the burned area and thus closes the conductor parts in short, which cause an increase in the contact force when current flows through it. As a result, the current forces are at the Contacts compensated or effective in setting a contact withdrawal

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Kontaktsystems soll an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden. In den Zeichnungen sind unterschiedliche sich gegenüberstehende Schaltkontakte im Schnitt dargestellt·The mode of operation of the contact system according to the invention will be explained in more detail with reference to drawings. In the Drawings show different opposing switching contacts in section

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Die Figuren zeigernShow the figures

Fig· 1» ein Kontaktsystem mit einer spiralförmigen Spul· in einem SehaltkontaJcfc_t Figure 1 · »a contact system with a spiral Reel · in a SehaltkontaJcfc _t

Hg· 2t ein Kontakt system, "bei dem einem Schaltkontakt ein schleifenförmiger Leiter zugeordnet ist,Hg · 2t a contact system, "in which a switching contact a loop-shaped conductor is assigned,

Fig. 3s ein Kontaktsystem mit spiralförmigen Spulen in beiden Schaltkontakten,Fig. 3s a contact system with spiral coils in both switch contacts,

· 4* ein Kontaktsystem mit einer zylinderförmigen Spule·4 * a contact system with a cylindrical coil

In Fig· 1 stehen sich zwei relativ zueinander bewegliche Elektrodensysteme 1;2 gegenüber· Der Strom fließt im geschlossenen Zustand des Schalters vom Elektrodenschaft der Elektrode 1 durch die Spule 3 in die Kontaktkörper 4;5# die so ausgelegt sind, daß sie die Nennstrom- und Stoßstrombelastung aushalten, zur Elektrode 2« Der durch die Spule 3 fließende Strom induziert über dem Hagnetfeld in den gegenüberliegenden Teilen der Strombahn (Elektrode 2) Spannungen, die Ströme antreiben, welche dem in der Spule 3 fließenden Strom entgegengerichtet sind, so daß abstoßende Kräfte zwischen den relativ zueinander beweglichen Teilen - Spule 3 mit Kontaktkörper einerseits und Elektrodenschaft 2 mit Abbrandkörper 6 und Kontaktkörper 5 andererseits - zustande kommen und damit die kontaktschließenden Kräfte erhöht werften« Der Kontaktkörper 4 und der Abbrandkörper 7 sind durch den Isolierspalt 8 getrennt, der durch eine Vakuumisolierstrecke oder durch eine Strecke aus einem geeigneten festen Isolierstoff gebildet sein kann· Bei öffnung der Kontakte wird der Lichtbogen durch magnetische Kräfte über den Spalt 8 an die Abbrandkörper 6 und 7 gedrückt, so daß er jetzt zwischen diesen beiden Körpern brennt* Dadurch wird die Spule 3 kurzgeschlossen, die Kraftwirkungen zwischen den beiden Elektrodensystemen verschwinden und der Antrieb hat nur noch die Kräfte zur Beschleunigung der Massen zu liefern·In Fig. 1, two stand relative to each other movable Electrode systems 1; 2 opposite · The current flows in the closed State of the switch from the electrode shaft of the electrode 1 through the coil 3 into the contact body 4; 5 # die are designed so that they withstand the rated current and surge current load, to electrode 2 «the through the coil 3 flowing current induced across the magnetic field in the opposite Dividing the current path (electrode 2) voltages that drive currents that correspond to the flowing in the coil 3 Currents are directed in opposite directions, so that repulsive forces between the relatively movable parts - coil 3 with contact body on the one hand and electrode shaft 2 with consumable body 6 and contact body 5 on the other hand - come about and thus increase the contact closing forces « The contact body 4 and the consumable body 7 are separated by the insulating gap 8, which is formed by a vacuum insulating section or can be formed by a section of a suitable solid insulating material · When the contacts are opened, the Arc pressed by magnetic forces through the gap 8 to the consumable body 6 and 7, so that it is now between these two bodies burns * This short-circuits the coil 3, the force effects between the two electrode systems disappear and the drive only has to deliver the forces to accelerate the masses

In Fig· 2 stehen sich die relativ zueinander beweglichen Elektrodensysteme 9»10 gegenüber. Der bei. öffnung der dieIn FIG. 2, the electrode systems 9 »10, which are movable relative to one another, are opposite one another. The at. opening of the

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leanetrom- und Stoßstrombelastbarkeit sichernden kontaktgebenden Elektroden 11;12 entstehende Lichtbogen wird durch magnetisch· Kräfte über den Isolierspalt 13 nach außen gedrückt und gelangt auf die beiden Abbrandelektroden 14;15» Ton denen eine oder beide gegenüber den Elektroden 11;12 zurückgesetzt sein müssen« Brennt der Lichtbogen zwischen der Elektrode 14 und der Elektrode 12;15_f so kann der Strom nicht mehr die Schleife 16, die durch die beiden Leiter 17;18 gebildet wird, durchfließen, da die Verbindungsleiter 19« die auch als Zylinder ausgebildet sein können, zwischen der Elektrode 14 und der Stromzuführung 20 angebracht sind· Damit können zwischen den sich gegenüberstehenden Leitern17;18 der Schleife 16 keine Kräfte mehr entstehen, die zusätzlichen Schließkräfte entfallen·Contact electrodes 11; 12, which secure leanetrom and surge current capacity, are pressed outward by magnetic forces through the insulating gap 13 and reach the two burn-off electrodes 14; 15 "sound, one or both of which must be set back from the electrodes 11; 12" burns the arc between the electrode 14 and the electrode 12; 15 _f so the current can no longer flow through the loop 16, which is formed by the two conductors 17; 18, since the connecting conductors 19 ″, which can also be designed as cylinders, between the electrode 14 and the power supply line 20 are attached so that no more forces can arise between the opposing conductors 17; 18 of the loop 16, the additional closing forces are omitted

In Fig· 3 stehen sich die zueinander beweglichen Elektrodensysteme 21;22 gegenüber. Der Strom fließt von der Elektrodenzuführung 23 durch die Spule 24 über die Kontakte 25;26, die die Stromtragfähigkeit sichern, durch die Spule 27 zur Zuführung 28· Bei Kontakt öffnung wird der Lichtbogen, der zunächst zwischen den Kontakten 25;26 brennt, lurch magnetische Kräfte über die Isolierspalte 29;3O auf die Abbrandelekt roden gedrückt, die mit den Elektrodenzuführungen 23;28 leitend verbunden sind· Der Strom durchfließt jetzt diese Verbindung und nicht mehr die Spulen 24;27· Die ursprünglich zwischen diesen Spulen 24;27 wirkenden Kräfte verschwinden damit·In FIG. 3, the electrode systems which are movable relative to one another are in relation to one another 21; 22 opposite. The current flows from the electrode lead 23 through the coil 24 through the contacts 25; 26, which ensure the current-carrying capacity, through the coil 27 for supply 28 · When the contact is opened, the arc, which initially burns between the contacts 25; 26, becomes magnetic Forces through the insulating gap 29; 3O on the burn-off ect are pressed, which are conductively connected to the electrode leads 23; 28 · The current now flows through them Connection and no longer the coils 24; 27 · the originally Forces acting between these coils 24; 27 disappear in order to·

In Tig« 4 ist ein einsteckbarer Vakuumschalter dargestellt· In dem Gehäuse 33 sind durch.die Isolierstoffplatte 34 getrennte, konzentrisch angebrachte Zuführungselektroden 35;36 eingesetzt· Bei geschlossenen Kontakten durchfließt der Strom von der Zuführung 35 aus die fest angeordnete Elektrode 37_t über die die Stromtragfähigkeit sichernden Kontakte 38;39 zur beweglichen Elektrode 40, über die Spule 41, deren einzelne Windungen sich bei Stromfluß anziehen und die somitIn Tig "4 is a insertable vacuum switch is shown · in the housing 33 durch.die insulating plate 34 are separate, concentrically mounted lead electrodes 35, 36 is inserted · When the contacts are closed the current flows from the supply 35 from the fixedly arranged electrode 37 _t on the Contacts 38; 39, which secure current carrying capacity, to the movable electrode 40, via the coil 41, the individual turns of which attract each other when the current flows, and thus the

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den Kontaktdruck erhöhen, zur Zuführung 36· Die beweglich angeordnete Elektrode 40 ist über das Isolierstück 42 und das Gestänge 43 mit dem Antrieb 44 verbunden. Die Abdichtung wird durch den Metallbalg 45 gewährleistet« Werden die Kontakte 38 $39 geöffnet, so wandert der entstehende Lichtbogen auf die Abbrandelektroden 46;47, die ringförmig in entsprechenden Ausschnitten der Elektroden 37|40 angeordnet sind· Während die Abbrandelektrode 46 mit der Elektrode 37 leitend verbunden ist, ist die Elektrode 47 durch den Spalt 48 isoliert angebracht und über die durch die Bohrung 49 isoliert geführte Verbindungsleitung 50 mit dem Spulenende 51 verbunden· Brennt der Lichtbogen zwischen der Abbrandelektrode 47 und der Gegenelektrode, so wird die Spule 41 nicht mehr vom Strom durchflossen, das Magnetfeld verschwindet und damit die Kräfte, die zusätzlich die Kontakte zusammenpressen·Increase the contact pressure, to feed 36 · The movably arranged electrode 40 is over the insulating piece 42 and the linkage 43 is connected to the drive 44. The sealing is ensured by the metal bellows 45 « If the contacts 38 $ 39 are opened, the resulting arc migrates to the consumable electrodes 46; 47, the are arranged in a ring in corresponding cutouts of the electrodes 37 | 40 · While the consumable electrode 46 is conductively connected to the electrode 37, the electrode 47 is attached and insulated by the gap 48 the connecting line 50, which is insulated through the bore 49, is connected to the coil end 51 Arc between the consumable electrode 47 and the counter electrode, the coil 41 is no longer traversed by the current, the magnetic field disappears and with it the forces that additionally press the contacts together

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Claims

Claim *

Contact system for vacuum arc extinguishing chambers with two or several opposing switching contacts, which a contact area and a burn area on which the opening arc commutates, characterized in that the Eontaktteil one or both of each of the opposite shadow contacts is electrically isolated from the burn-off area and in rows of the contact part one or more coils or loop-shaped Conductors are arranged and the coils are preferably either formed in a spiral shape and expedient used in the switch contacts or arranged in a cylindrical shape outside the switch contacts around them are·

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