DE2160748A1

DE2160748A1 - Series Double Breaker Bar Vacuum Switches

Info

Publication number: DE2160748A1
Application number: DE19712160748
Authority: DE
Inventors: Joseph Anthony Schenectady N.Y. Rieh (V.StA.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-12-10
Filing date: 1971-12-08
Publication date: 1972-06-22
Also published as: JPS5512693B1; US3643047A; JPS4712380A

Description

Die Erfindung betrifft Vakuumschalter mit Reihen-Doppelunterbrechung (series double break). Insbesondere betrifft sie solche Schalter, welche solche Elektrodenanordnungen und Zwischenbeziehungen aufweisen, welche die Übertragung des Bogenentladungsstroms von den Unterbrecherstrecken zu Bogenlöschstrecken mit vergrößertem Bereich optimieren und ebenfalls die Aufnahme hoher Bogenentladungsströme ohne Bildung von zerstörenden Anodenflecken gestatten.The invention relates to series double-break vacuum switches (series double break). In particular, it relates to such switches having such electrode arrangements and interrelationships have, which the transfer of the arc discharge current from the interrupter paths to arc extinguishing paths Optimize with enlarged area and also the recording allow high arc discharge currents without the formation of destructive anode spots.

Auf dem Gebiete der Spannungsschalter ist es bekannt, daß die Spannungssperrcharakteristik ("hold-off") des Schaltungsunterbrecher-Systems stark gesteigert werden kann durch AnwendungIn the field of voltage switches, it is known that the voltage blocking characteristic ("hold-off") of the circuit breaker system can be greatly increased through application

209 826/0 6 80209 826/0 6 80

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

von zwei Bogenentladungsstrecken in Reihe. Im allgemeinen kann die Spannungssperr-Charakteristik beschrieben werden als diejenige Spannung, der ein geöffnetes Schaltersystem unter Defekt-Bedingungen widerstehen kann, wenn einmal ein Bogen bei der Schaltunterbrechung gezündet hat und gelöscht ist, ohne daß der Bogen bei getrennten Elektroden wieder zündet. In gleicher Weise ist es bekannt, daß die Stromübernahmefähigkeit des Unterbrechersystems verbessert werden kann, indem zwei Bogenentladungsstrecken parallel zueinander verwendet werden. Die Verwendung von vielfachen Entladungsstrecken-Einrichtungen in getrennten Gehäusen ist an sich bekannt. Dabei wird jedoch Raum verschwendet, sie sind kostspielig und führen zu Problemen bezüglich der gleichzeitigen Betätigung, welche eine verwickelte Schaltung erfordert. Mit dem Aufkommen von Vakuum-Bogenentladungs-Einrichtungen ist die Aufnahme von Einrichtungen mit mehrfachen Entladungsstrecken im Innern des gleichen evakuierten Behälters praktisch möglich geworden. Bei einer solchen Kombination, wie sie beispielsweise in dem US Patent 3 283 101 gezeigt wird, wird .iedoch das Problem der Vermeidung einer Konzentration der Stromdichte, welche zerstörerische Anodenflecken bewirkt, gesteigert. Solche Probleme sind zu einem großen Teil beherrscht worden durch frühere Lösungsmethoden, bei denen sich in einer gegebenen Kammer eine einzelne Vakuumstrecke befindet und wie sie beispielsweise in den US Patenten 3 471 733} 3 471 734 und 3 471 736 beschrieben sind.of two arc discharge paths in series. In general, can the voltage blocking characteristic can be described as that Voltage indicating an open switch system under defect conditions can withstand once an arc has ignited during the switching interruption and is extinguished without the arc ignites again if the electrodes are disconnected. In the same way, it is known that the current transfer capability of the interrupter system can be improved by using two arc gaps in parallel with each other. The use of multiples Discharge path devices in separate housings are known per se. But space is wasted in the process, she are costly and create concurrent actuation problems which require intricate circuitry. With the advent of vacuum arc discharge devices, there has been the inclusion of devices with multiple discharge paths has become practically possible inside the same evacuated container. With such a combination, for example in U.S. Patent 3,283,101, however, the problem of Avoidance of a concentration of the current density, which causes destructive anode spots, increased. Such problems are too have been largely mastered by previous solution methods, where there is a single vacuum path in a given chamber, such as that shown in US patents 3,471,733} 3,471,734 and 3,471,736 are described.

Die Einführung von einer Vielzahl von Bogenentladungsstrecken in der gleichen Kammer zwecks Erzielung des Vorteils von Mehrfach-Entladungsstrecken ergibt iedoch Probleme bezüglich der Separierung der Schaltwirkungen, beispielsweise der magnetischen Wechselwirkung zwischen den Bogenentladungsströmen, welche in den mehr vereinfachten Anordnungen mit einer einzigen Entladungsstrecle in einer einzelnen Hülle nicht vorhanden sind. Diese Probleme hab^ön bisher die erfolgreiche kommerzielle Verwirklichum»; der theoretischen Vorteile einer Vielzahl von Vakuumeritladungsstmcken in der gleichen Kammer verhindert.However, the introduction of a plurality of arc discharge paths in the same chamber in order to achieve the advantage of multiple discharge paths results in problems with regard to the separation of the switching effects, for example the magnetic interaction between the arc discharge currents, which in the more simplified arrangements with a single discharge path in a single envelope are not present. These problems have been ^ö n the successful commercial Verwirklichum "; the theoretical advantages of a large number of vacuum charge pieces in the same chamber.

2 0 9 8 2 6/0680 ^iÄD 2 0 9 8 2 6/0680 ^iÄD

Es ist daher eine Aufgabe' der vorteilenden Erfindung, einen Vakuumschalter mit einer Vielzahl von Entladungsstrecken zu schaffen, bei dem mindestens zwei Bogenentladungsstrecken in dem gleichen Vakuumgehäuse enthalten sind.It is therefore an object of the advantageous invention to provide a To create vacuum switch with a plurality of discharge paths, in which at least two arc discharge paths in the the same vacuum housing are included.

Eine weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine doppelpolige (double break) (Doppeltrennkontakt) Vakuumschalter-Anordnung für Reihenschaltung zu schaffen, in der der Aufbau und die gegenseitige Beziehung der Bogenentladungselektroden in einem einzigen Gehäuse eine schädliche Wechselwirkung zwischen magnetischen Kräften und Bogenentladungsströmen vermeidet.Another object of the present invention is to a double-pole (double break) vacuum switch arrangement for series connection, in which the structure and mutual relationship of the arc discharge electrodes avoids harmful interaction between magnetic forces and arc discharge currents in a single housing.

In Kürze wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Einbau von Hauptelektroden vorgesehen und mindestens eine, aber vorzugsweise mindestens zwei sekundäre Elektroden werden jeder Hauptelektrode zugeordnet. Alle Elektroden sind parallel im Abstand im Innern der Bogenentladungskammer eines einzigen Vakuum-Gehäuses eingeschlossen. Die Hauptelektroden werden isoliert durch das gleiche Längsende der Vakuumkammer durchgeführt und die sekundären Elektroden sind alle mit einem gemeinsamen Leitungsteil an dem entgegengesetzten Längsende der Bogenentladungskammer verbunden. Eine überbrückende Elektrode stellt einen Schließkontakt mit den Hauptelektroden her. Wenn der Überbrückungskontakt in die Stellung zur Unterbrechung der Schaltung bewegt wird, wird eine Vielzahl von in Serie liegenden Bogenentladungen zwischen /jeder der Hauptelektroden und entsprechenden Teilen der überbrückenden Elektrode aufgebaut. Die Ausgestaltung und die Beziehung der Elektroden untereinander bewirken, daß die anfänglichen Bogenentladungen magnetisch von den Elektroden aus nach außen getrieben werden, sodaß sie zwischen der Hauptelektrode und den sekundären Elektroden in einer Entladungsstrecke mit vergrößertem Bereich liegen. Infolge der Elektrodenanordnung läuft der Strom iit benachbarten Haupt- und Sekundärelektroden in der gleichen Richtung, sodaß das resultierende Gesamtmagnetfeld an diesen azimuthal verläuft bezüglich des Schalters und keine Bündelung des Entladungsstromes tritt.In brief, according to one embodiment of the invention, the installation provided by main electrodes and at least one, but preferably at least two secondary electrodes are assigned to each main electrode. All electrodes are parallel at a distance from each other Inside the arc chamber of a single vacuum enclosure locked in. The main electrodes are isolated by the the same longitudinal end of the vacuum chamber carried out and the secondary electrodes are all with a common line part on the opposite longitudinal end of the arc discharge chamber connected. A bridging electrode makes a make contact with the Main electrodes. When the bypass contact is in the position is moved to break the circuit, a plurality of series-lying arc discharges between / each of the main electrodes and corresponding parts of the bridging electrode. The design and relationship of the electrodes each other cause the initial arc discharges are magnetically driven outwardly from the electrodes so that they are between the main electrode and the secondary electrodes lie in a discharge path with an enlarged area. As a result of the electrode arrangement, the current runs with neighboring ones Main and secondary electrodes in the same direction so that the resulting total magnetic field at these runs azimuthally with respect to of the switch and no bundling of the discharge current occurs.

209826/0680209826/0680

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Ein besseres Verständnis dieser und weiterer Aufgaben, VorteileA better understanding of these and other tasks, advantages

und Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung ergibt sich ausand aspects of the present invention emerge from

der Beschreibung beispielhafter Ausführungsforraen im Zusammenhangthe description of exemplary embodiments in context

mit den Abbildungen.with the pictures.

Figur 1 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Vakuumschalter gemäß der Erfindung.Figure 1 is a schematic cross section through a vacuum switch according to the invention.

Figur 2 ist eine Horizontale Ansicht der Anordnung nach Figur 1.FIG. 2 is a horizontal view of the arrangement of FIG.

Der Reihen-Doppel-Vakuum-Schalter 10 der Figur 1 enthält ein evakuierbares, hermetisch abgedichtetes Gehäuse, einschließlich einer Bogenentladungskammer, die durch eine, im wesentlichen zylindrische, Seitenwand 11 und ein Paar im wesentlichen ebene Endwandteile 12 und 13 definiert ist. Ein Paar von parallelen im Abstand angebrachten Hauptelektroden 14 und 15 erstrecken sich durch öffnungen in dem gleichen Endwandteil 13 des Schalters IO und sind parallel im Abstand zu mindestens einem Paar sekundärer Elektrodenteile 16 und 17 angebracht, welche elektrisch und mechanisch an der entgegengesetzten Endwand 12 befestigt sind und zusammen mit den Hauptelektroden 14 und 15 Entladungsstrecken mit ausgedehntem Bereich definieren. Obwohl dies in Figur 1 nicht ersichtlich ist, können ein zweites paar von sekundären Bogenentladungselektroden 19 und 20 ebenfalls parallel im Abstand zu den Hauptelektroden 14 und 15 an der gegenüberliegenden lateralen Seite derselben angeordnet werden und können ebenfalls elektrisch und mechanisch an dem Endwandteil 12 befestigt werden. Eine Überbrückungselektrode 18, die im wesentlichen ein ebenes, leitfähiges Teil ist, ist auf einem Halterungsteil 21 für die Überbrückungselektrode gehaltert. Der Halterungsteil 21 enthält einen elektrisch isolierenden Abschnitt 22 und ist mit einer hermetisch verschlossenen Balgen-Anordnung 23 verbunden. Er dient als Schaltunterbrechungs-Einrichtung für die Vorrichtung. Bei der in Figur 1 abgebildeten Stellung entsprechend einem geschlossenen Schaltkreis macht die Überbrückungselektrode 18 infolge ihrer Stellung einen Kontakt mit den innenliegenden Enden der Haupt elektroden 14 und 15. Die Enden der Elektroden 14 und 15 sind an ihrem Umfang glatt abgerundet, um ,jegliche scharfen Ecken oder Kanten zu beseitigen,The series double vacuum switch 10 of Figure 1 contains an evacuable, hermetically sealed housing, including an arc discharge chamber defined by a substantially cylindrical, Side wall 11 and a pair of substantially planar end wall portions 12 and 13 is defined. A pair of parallels at a distance attached main electrodes 14 and 15 extend through openings in the same end wall part 13 of the switch IO and are in parallel spaced apart from at least a pair of secondary electrode parts 16 and 17 which are electrically and mechanically attached to the opposite end wall 12 and together with the main electrodes 14 and 15 define discharge paths with an extended area. Although this cannot be seen in FIG can add a second pair of secondary arc electrodes 19 and 20 also parallel at a distance from the main electrodes 14 and 15 on the opposite lateral side the same and can also be electrically and mechanically attached to the end wall part 12. A bridging electrode 18, which is essentially a flat, conductive part, is on a holding part 21 for the bridging electrode held. The holding part 21 includes an electrically insulating portion 22 and is hermetically sealed with a Bellows assembly 23 connected. It serves as a switching interruption device for the device. In the position shown in Figure 1, corresponding to a closed circuit makes the bridging electrode 18 one due to its position Contact with the inner ends of the main electrodes 14 and 15. The ends of the electrodes 14 and 15 are smoothly rounded at their periphery in order to remove any sharp corners or edges,

209 8 26/0 680209 8 26/0 680

welche eine Zusammenballung von Leitungsströmen und eine unzulässige Konzentration der Bogenentladungsströme verursachen könnten. Die Endteile sind jedoch genügend eben, um einen Kontakt auf einer annehmbar breiten Fläche mit der Uberbrückungselektrode 13 zu machen und auch eine niedrige Stromdichte in den Bereichen aufrechtzuerhalten, in denen die Zünd-Bogenentladungen ausgelöst werden.which is an agglomeration of line currents and an impermissible Concentration of the arc discharge currents. However, the end portions are sufficiently flat to allow contact to make on an acceptably wide area with the bypass electrode 13 and also a low current density in the areas maintain in which the ignition arc discharges will.

Ein Betätigungsstab 32 betätigt die Uberbrückungselektrode 1.8 und bewirkt, daß Anfangs-Bogenentladungen zwischen der Uberbrückungselektrode 18 und jeder der Hauptelektroden 14 und 15 gezündet werden. Da das Endwandteil 12 Öffnungen aufweisen muß, um eine Durchführung des Haltestabes 21 zu gestatten, steht die untereKammer 33, welche den Balgenteil 21 umgibt, ebenfalls in Verbindung mit der Bogenentladungskammer, die durch die Teile 11,12 und 13 gebildet ist. Demgemäß muß der Isolator 20 davor geschützt werden, daß sich auf ihm die Bogenentladung tragende Teile niederschlagen, welche einen Kurzschluß desselben verursachen und bewirken würden, daß der Betätigungsstab 32 mit einer Betriebsspannung verbunden würde. Dies wird vermieden durch den nach unten herabhängenden Flansch 24, welcher.an dem Träger 21 der Uberbrückungselektrode befestigt ist und durch einen nach oben verlaufenden Flansch 25, welcher an der Balgenanordnung 23 befestigt ist.Diese Flansche 24 und 25 bilden in ihrer Kombination eine wirksame Abschirmung für den Isolator 21. Da das Seitenwandteil praktisch über die gegenüberliegenden Enden der Vorrichtung geschaltet ist, ist es im allgemeinen ratsam, daß es aus einem isolierenden Material hergestellt ist, beispielsweise au£ Quarzglas, und daß es vor der Abscheidung von Teilen, die aus den Bogenentladungs-Elektroden austreten, zwecks Verhinderung eines Kurzschlusses geschützt wird. Eine solche Isolation wird geschaffen durch einen zylindrischen, in Längsrichtung angeordneten Abschirmteil 2i3. Dieser ist getragen durch einen Flansch, welcher in eine Perle (bead) eingebettet ist, die an der Innenseite des Seitenwandteils 11 angeordnet ist. Die Abschirmung 29 besitzt kein bestimmtes identifizierbares elektrisches Potential, sondern liegt auf einem gleitenden elektrischen Potential.An actuating rod 32 actuates the bridging electrode 1.8 and causes initial arc discharges between the bridging electrode 18 and each of the main electrodes 14 and 15 are ignited. Since the end wall part 12 must have openings, to allow implementation of the holding rod 21, the lower chamber 33, which surrounds the bellows part 21, also in communication with the arc discharge chamber which is defined by the parts 11, 12 and 13 is formed. Accordingly, the insulator 20 must be prevented from being deposited on it by parts carrying the arc discharge, which would cause a short circuit thereof and would cause the actuation rod 32 to be supplied with an operating voltage would be connected. This is avoided by the downwardly hanging flange 24, which is attached to the carrier 21 of the bridging electrode and by an upwardly extending flange 25 which is attached to the bellows assembly 23 These flanges 24 and 25 in their combination form one effective shielding for the insulator 21. Since the side wall part is practically connected over the opposite ends of the device it is generally advisable that it be made of an insulating material such as quartz glass, and that it is prior to the deposition of parts arising from the arc discharge electrodes leak, is protected to prevent a short circuit. Such isolation is created by a cylindrical shielding part 2i3 arranged in the longitudinal direction. This is carried by a flange, which is in a Pearl (bead) is embedded on the inside of the side wall part 11 is arranged. The shield 29 does not have a specific, identifiable electrical potential, but lies on a sliding electrical potential.

209826/0680209826/0680

Die Hauptelektroden 14 und 15 sind mechanisch gehaltert an einem Paar von Elektroden-Halterungsstäben 26 und 27, die sich durch isolierende Buchsen 28 hindurch erstrecken und durch diese hermetisch an dem oberen Endwandteil 13 abgedichtet sind zur Vervollständigung der hermetischen Abdichtung des evakuierbaren B Gehäuses des Schalters 10. Die Enden 30 und 31 der Stäbe 26 und 27 bilden jeweils ein Paar von Hauptanschluß-Einrichtungen zum Anschluß des Schalters IO in eine Schaltung mit einem elektrischen Verbraucher, welcher durch die Wirkung des Schalters IO eingeschaltet oder unterbrochen werden soll.The main electrodes 14 and 15 are mechanically supported on one Pair of electrode support rods 26 and 27 extending through and hermetically sealed through insulative bushings 28 are sealed on the upper end wall part 13 to complete the hermetic sealing of the evacuable B housing of the switch 10. The ends 30 and 31 of the rods 26 and 27 each form a pair of main connection devices for connecting the switch IO in a circuit with an electrical one Consumer, which is switched on by the action of the switch IO or should be interrupted.

»Da beim Betrieb der Schalter 10 mit einem Anfangsyakuum von etwa —5»Since when operating the switch 10 with an initial vacuum of about -5

der Größenordnung 10 Torr betrieben wird und durch die Einstellung einer Bogenentladung mit sehr hoher Stromstärke äußerst hohe Temperaturen geschaffen werden, ist es erforderlich, daß die Elektroden aus Material sehr hoher Reinheit bestehen, sodaß keine permanente Störung des Vakuums im Schalter durch das Austreten absorbierter Gase aus denjenigen Materialien bewirkt wird, die der Bogenentladung ausgesetzt sind. Demgemäß werden die Stabelektroden 14,15,16,17,1^ und 20 und die Überbrückungselektrode 10 und möglicherweise sogar die Endwandteile 12 und 13 und die Stäbe 26 und 27 gewöhnlicherweise aus einem Material hergestellt werden, das in höchstem Grade gereinigt ist. Dies kann beispielsweise durch Vakuumschmelzverfahren oder durch wiederholtes Zonenschmelz-P verfahren erfolgen, um dadurch restliche Verunreinigungen auf eine Größenordnung von einigen Teilen pro Million oder darunter zu beschränken. Das leitende Medium, das die elektrische Bogenentladung beim Betrieb der Einrichtung aufrechterhält, ist Metalldampf, der von den Bogenentladungselektroden abgegeben wird. Trotzdem sollten die Elektroden alle aus einem Material hergestellt werden, das einen Dampfdruck besitzt, der mindestens so groß ist wie der von Kupfer, und vorzugsweise aus einem Metall oder einer Legierung mit einem geeignet hohen Dampfdruck. Dieses sollte vorzugsweise neben den guten Eigenschaften eines hohen Dampfdruckes auch schlechte Schweißeigenschaften besitzen. Vorzugsweise sind die Materialien, wie sie in den US Patenten 2 975 256, 2 975 255 und 3 016 434 und 3 140 373 und 3 407 755 beschriebenof the order of 10 Torr is operated and by the setting an arc discharge with very high amperage extremely high temperatures are created, it is necessary that the Electrodes are made of material of very high purity, so that there is no permanent disruption of the vacuum in the switch due to leakage absorbed gases is caused from those materials which are exposed to the arc discharge. Accordingly, the stick electrodes 14,15,16,17,1 ^ and 20 and the bridging electrode 10 and possibly even the end wall portions 12 and 13 and the rods 26 and 27 are usually made of a material that has been highly purified. This can be, for example be done by vacuum melting process or by repeated zone melting process in order to remove residual impurities on the order of a few parts per million or less. The conductive medium that carries the electric arc discharge maintained during the operation of the facility is metal vapor, which is emitted from the arc discharge electrodes. Nevertheless, the electrodes should all be made of one material which has a vapor pressure at least as great as that of copper, and preferably of a metal or a Alloy with a suitably high vapor pressure. This should preferably be in addition to the good properties of a high vapor pressure also have poor welding properties. Preferably, the materials as disclosed in U.S. Patents 2,975,256, 2 975 255 and 3 016 434 and 3 140 373 and 3 407 755

209826/0680209826/0680

sind geeignet und können für die Herstellung der Elektroden gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.are suitable and can be used for making the electrodes according to the present invention.

Die Abschirmung 29 nimmt keinen Anteil an dem Bogenentladungsvorgang. Sie sollte daher zwar frei von sorbierten Verunreinigungen sein, braucht aber nicht aus einem Material mit hohem Dampfdruck zu bestehen. Sie kann beispielsweise aus Nickel oder rostfreiem Stahl hergestellt werden, wobei diese Materialien wiederholt bei hoher Temperatur erhitzt werden, um alle sorbierten Gase aus ihnen & entfernen.The shield 29 takes no part in the arc discharge process. It should therefore be free of sorbed impurities, but need not consist of a material with high vapor pressure. It can for example be made of nickel or stainless steel, which materials are heated repeatedly at high temperature, to all of adsorbed gases from them and remove.

Bezüglich der räumlichen Anordnung zeigt die Vorrichtung nach Figur 1 ein Paar von in Reihe verbundenen, normalerweise geschlossenen Schaltern, die ,jeweils eine Zündentladungsstrecke und eine Vielzahl von Bogenentladungsstrecken mit vergrößertem Bereich besitzen, welche zwischen einer benachbarten Hauptelektrode und der zugehörigen Sekundärelektrode liegen» Damit die Schaltcharakteristiken der beiden Sätze von Elektroden-Entladungsstrecken in der Lage sind, unabhängig voneinander zu arbeiten, obwohl sie sich im gleichen Vakuumgehäuse befinden,ist es in manchen Fällen erwünscht, die beiden Sätze von Schaltern voneinander zu trennen, sodaß das leitende Medium, das aus einer Elektrode abgegeben wird, nicht zu der anderen Elektrode hinüberwandert mit möglichen nachteiligen Wirkungen, obwohl beide Entladungsstrecken zur gleichen Zeit Strom führen sollten oder gelöscht sein sollten. Eine solche wahlweise Trennung wird erhalten in Form einer metallischen ebenen Platte 34, die zwischen die Hauptelektroden 14 und 15 eingefügtRegarding the spatial arrangement, the device of Figure 1 shows a pair of serially connected, normally closed Switches that each have an ignition discharge gap and a Variety of arc gaps with enlarged area have which between an adjacent main electrode and of the associated secondary electrode are »So that the switching characteristics of the two sets of electrode discharge paths are able to work independently, even though they are are in the same vacuum housing, in some cases it is it is desirable to separate the two sets of switches so that the conductive medium discharged from an electrode does not migrate over to the other electrode with possible detrimental effects Effects, although both discharge paths should carry current at the same time or should be extinguished. Such optional separation is obtained in the form of a metallic flat plate 34 inserted between the main electrodes 14 and 15

an
undydem Endwandteil 13 aufgehängt ist.at
and the end wall part 13 is suspended.

Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung liegt in der zylindrischen, stabförmigen Ausgestaltung der primären und sekundären Elektroden 14,15,16,17,19 und 20. Jedes der benachbarten Elektrodenpaare 14-16, 14-19, 15-17 und 15-20 umfaßt ein Paar benachbarter zylindrischer Teile, bei denen die Bogenoberfläche jedes Teils ein glatter Halbzylinder-Ausschnitt ist. Dadurch sind Bogenentladungs-Flächen mit einem großen Flächenbereich vorhanden zur Unterstützung der Diffusion der Kathoden-und Anoden-Fußpunkte über einen großen Bereich und zur Aufrechterhaltung einer geringenAn essential aspect of the invention lies in the cylindrical, Rod-shaped configuration of the primary and secondary electrodes 14, 15, 16, 17, 19 and 20. Each of the adjacent pairs of electrodes 14-16, 14-19, 15-17 and 15-20 includes a pair of adjacent ones cylindrical parts in which the arc surface of each part is a smooth half-cylinder cutout. This creates arc discharge surfaces with a large surface area available to support the diffusion of the cathode and anode base points over a large area and to maintain a low one

209826/0680209826/0680

Stromdichte, obwohl große Stromstärken übernommen werden können. Es Ist auch unerläßlich, daß eine solche Ausgestaltung verwendet wird, bei der scharfe oder spitze Ecken oder Kanten vermieden werden, an denen die magnetischen Kräfte eine Neigung zeigen, eine Zusammenballung von Entladungsströmen zu verursachen, und an denen elektrostatische Kräfte dazu neigen, ungewöhnliche Feldstärkekonzentrationen zu verursachen, welche ebenfalls hohe Stromdichten an diesen Stellen begünstigen. Aus diesem Grunde sind alle nach innen weisenden Enden aller Elektroden glatt gerundet, um scharfe Ecken zu entfernen, wobei gleichzeitig insbesondere bei den Hauptelektroden 14 und 15 eine hinreichend ebene Oberfläche bestehen bleibt, um an der Uberbrückungselektrode 18 anzuliegen W und einen Kontakt mit einer großen Fläche zu bilden.Current density, although large currents can be accepted. It is also imperative that such a configuration be used which avoids sharp corners or edges where the magnetic forces tend to cause accumulation of discharge currents and where electrostatic forces tend to cause abnormal field strength concentrations cause, which also favor high current densities at these points. For this reason, all of which are rounded all electrodes smooth inwardly facing ends sharp corners to remove, at the same time a sufficiently planar surface will remain in particular in the main electrodes 14 and 15 to abut at the Uberbrückungselektrode 18 W and a contact with a large area to build.

Die räumliche Ausgestaltung der Anordnung nach Figur 1 wird veranschaulicht durch die Draufsicht der Figur 2, welche die Bogenentladungskammer der Figur 1 im Schnitt zeigt und die gegenüberstehende Lage der Hauptelektrode 14 mit den Sekundärelektroden 16 und 19 und die dadurch definierten Entladungsstrecken 35 mit ausgedehntem Bereich zeigt. In ähnlicher Weise definiert die Hauptelektrode 15 entsprechende Bogenentladungsstrecken 35 mit großem Bereich zwischen den Sekundärelektroden 17 und 20. Der Abstand zwischen den einander zugeordneten Haupt- und Sekundärelektroden ist hinreichend klein bezüglich der anderen Abmessungen |- der Einrichtung, sodaß bei der voll zurückgezogenen Stellung die Uberbrückungselektrode 18 einen größeren Abstand von den Hauptelektroden 14 und 15 besitzt als dem Abstand zwischen den Hauptelektroden 14 bzw. 15 und ihren jeweiligen Sekundärelektroden 16 und 19, bzw. 17 und 20 entspricht. Dies fördert die schnelle Übernahme der anfänglich gekündeten Bogenentladung zwischen den nach innen weisenden Enden der Hauptelektroden 14 und 15 und der Uberbrückungselektrode 18 zu den Bogenentladungs-Strecken mit großem Flächenbereich infolge der niedrigen Bogen _,entladungsspannung an denselben. Weiterhin bewirkt die Tatsache, daß der anfängliche Bogenentladungsstrom beim Durchlauf zwischen den Hauptelektroden und der Überbrückunrcselektrode eine Richtungsänderung von :">O erfährt, eine Ausblaswirkung, die schnell dazu neigt, den Anfangs-The spatial configuration of the arrangement according to FIG. 1 is illustrated through the top view of Figure 2 showing the arc discharge chamber Figure 1 shows in section and the opposite position of the main electrode 14 with the secondary electrodes 16 and 19 and the discharge paths 35 defined thereby with an extended area. Similarly, defines the Main electrode 15 corresponding arc discharge paths 35 with a large area between the secondary electrodes 17 and 20. The The distance between the main and secondary electrodes assigned to one another is sufficiently small in relation to the other dimensions | - of the device, so that in the fully withdrawn position the Bridging electrode 18 has a greater distance from the main electrodes 14 and 15 than the distance between the main electrodes 14 and 15 and their respective secondary electrodes 16 and 19, and 17 and 20, respectively. This promotes quick takeover the initially terminated arc discharge between the inwardly facing ends of the main electrodes 14 and 15 and the bridging electrode 18 to the arc discharge routes with large surface area due to the low arc voltage same. Furthermore, the fact causes the initial arc discharge current to pass between the main electrodes and the bridging electrode a change of direction of: "> O experiences a blow-out effect that quickly tends to

0 9 8 2 6/06800 9 8 2 6/0680

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

bogen radial nach außen auszubreiten. Die Kombination des magnetischen Ausblasens der anfänglichen Unterbreehungs-Entladungs- . strecke und des geringen Abstandes zwischen den Hauptelektroden und den Sekundärelektroden, verglichen mit der Entladungsstrecke im voll zurückgezogenen Zustand zwischen der Hauptelektrode und den Überbrückungselektroden, bewirkt daher fast sofort, daß die bei der Unterbrechung gezündete Bogenentladung auf die Entladungsstrecken 35 mit ausgedehntem Bereich übertragen wird, in denen dann die Bogenentladungen ohne Bildung von Anodenflecken sehr hoher Stromdichte solange in einem großen Bereich brennen, bis ein Nullwert des Stroms auftritt. Zu diesem Zeitpunkt wird dann die Bogenentladungskammer entionisiert und der Bogen wird gelöscht. Da die Entladungsstrecken zu diesem Zeitpunkt geöffnet oder unterbrochen sind, wird die Bogenentladung beim Aufbau der Spannung bei der nächsten Halbperiode einer Wechselspannung nicht wieder gezündet.arc spread radially outward. The combination of the magnetic Blow out the initial interruption discharge. distance and the small distance between the main electrodes and the secondary electrodes compared to the discharge gap in the fully retracted state between the main electrode and the bridging electrodes, therefore almost immediately causes the arc discharge ignited at the time of interruption is transferred to the discharge gaps 35 with an extended area, in which then the arc discharges very much without forming anode spots high current density burn in a large area until a zero value of the current occurs. At this point then will the arc chamber deionizes and the arc is erased. Since the discharge gaps are open or interrupted at this point, the arc discharge occurs when the voltage is built up not reignited in the next half cycle of an alternating voltage.

Genau an diesem Punkt wird der Vorteil des Doppelunterbrechungs-Vakuumschalters offensichtlich. Im allgemeinen wird der Bogen nicht zwischen den Bogenentladungs-Elektroden gezündet, wenn nicht ein Fehler aufgetreten ist und eine Überspannung zwischen den Hauptelektroden vorhanden ist. Die Betätigung der Überbrückungselektrode wird bewirkt, um den Strom zu unterbrechen und die elektrische Anlage gegen eine solche Überspannung zu schützen. Im allgemeinen bleibt eine solche Überspannung bestehen, obwohl der Bogen unterbrochen ist, und es besteht daher infolgedessen eine große Tendenz zu einem Wiederzünden des Bogens, nachdem ein Nullwert des Stroms auftritt, wenn, die nächste Halbperiode der Wechselspannung über die unterbrochenen Entladungsstrecken des Vakuumschalters fpLegt wird. Da in dem Doppelkontakt-Roihen-Vakuumschalter zwei Entladungsstrecken in Reihe liegen, ist die Sperrspannung einer solchen Einrichtung praktisch doppelt so groß, wie diejenige eines Vakuumschalters mit einer einzigen Entladungsstrecke.It is precisely at this point that the advantage of the double-break vacuum switch becomes apparent apparently. Generally, if not, the arc will not be ignited between the arc discharge electrodes an error has occurred and there is an overvoltage between the main electrodes. The actuation of the bridging electrode is caused to interrupt the electricity and the electrical To protect the system against such overvoltage. In general, such an overvoltage persists even though the Arc is interrupted, and therefore there is a consequent great tendency to re-ignite the arc after a zero value of the current occurs when, the next half cycle of the AC voltage fpLegt is applied via the interrupted discharge path of the vacuum switch. As in the double contact pipe vacuum switch two discharge paths are in series, the reverse voltage of such a device is practically twice as high as that a vacuum switch with a single discharge path.

Bisher war es nicht möglich, -einen Mehrfach-Reihen-Vakuumschalter zu schaffen. Der Grund hierfür liegt darin, daß das ErfordernisUp to now it was not possible to use a multiple series vacuum switch to accomplish. The reason for this is that the requirement

209826/OG30 BAD ORIGINAL209826 / OG30 BAD ORIGINAL

-lO--lO-

des Nicht-Vorhandenseins von zerstörerischen Anodenflecken nur erarbeitet war für den Fall einer einzigen Bogenentladungsstrecke in einem einzigen Behälter. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die gegenseitige Lage und Ausgestaltung der Bogenentladungselektroden so beschaffen, daß die Bildung von zerstörerischen Anodenflecken vermieden wird und die Aufrechterhaltung niedriger Stromdichten in der Einrichtung begünstigt wird.the absence of destructive anode stains only was developed for the case of a single arc discharge path in a single container. According to the present invention is arrange the mutual position and configuration of the arc discharge electrodes so that the formation of destructive anode spots is avoided and the maintenance of low current densities is favored in the facility.

Dieses wird bei der vorliegenden Erfindung erreicht durch die vorbeschriebene Ausgestaltung und Anordnung der Elektroden. Wie bereits erwähnt, wird die Stromübernahme-Kapazität der Bogenentladungsstrecken 35 optimiert dadurch, daß die Elektroden so geformt werden, daß sie keine scharfen Ecken oder Kanten besitzen und große Kontaktbereiche zwischen einander gegenüberliegenden halbzylindrischen Oberflächen vorgesehen sind. In ähnlicher Weise ist die Anordnung von beiden Hauptelektroden mit Stromzuführung in der gleichen Richtung und einem transversalen Stromweg, wie er durch den Durchgang von Strom zwischen beiden Abschnitten erhalten wird, wie sie den Hauptelektroden 14 bzw. 15 zugeordnet sind, so beschaffen, daß durch den Stromdurchgang durch den Schalter erzeugte magnetische Feld ein im wesentlichen azimuthales resultierendes Magnetfeld in der Umgebung der Bogenentladungsstrecken ergibt. Solche Magnetfelder gestatten nicht, daß irgendein Vektor-Produkt von J*x "B^ die Wirkung einer Kraft auf die Bogenentladungsströme ausübt und eine Zusammenballung derselben erzeugt und die Bildung von zerstörenden Anodenflecken. Die Figur 2 ermöglicht ein besseres Verständnis der vorstehenden Ausführungen. Nachdem die anfänglichen Bogenentladungen gezündet sind, und von den Unterbrechungsstrecken an der Uberbrückungselektrode 18 zu den Entladungsstrecken 35 übergegangen sind, kann von der Annahme ausgegangen werden, daß der Strom an der Elektrode 14 in den Schalter hineinfließt und an der Elektrode 15 an dem Schalter herausfließt. Daher ist der Strom in die Elektrode 14 in Figur 2 nach unten gerichtet (d.h. in die Zeichenebene hinein) und an der Elektrode 15 aus dem Schalter heraus (das entspricht der Richtung aus der Zeichenebene heraus).This is achieved in the present invention by the above-described configuration and arrangement of the electrodes. As already mentioned, the current transfer capacity of the arc discharge paths 35 is optimized by the fact that the electrodes are shaped in this way be that they have no sharp corners or edges and large areas of contact between opposing semi-cylindrical surfaces are provided. The arrangement of the two main electrodes with power supply is similar in the same direction and a transverse current path as obtained by the passage of current between both sections is how they are assigned to the main electrodes 14 and 15, so procure that generated by the passage of current through the switch magnetic field an essentially azimuthal resultant magnetic field in the vicinity of the arc discharge gaps results. Such magnetic fields do not allow any vector product from J * x "B ^ the effect of a force on the arc currents exerts and creates an agglomeration thereof and the formation of destructive anode spots. Figure 2 allows a better understanding of the above. After the initial arcs are ignited, and from the Interruption sections at the bridging electrode 18 have passed over to the discharge sections 35 can be based on the assumption it can be assumed that the current at electrode 14 flows into the switch and flows out at electrode 15 on the switch. Therefore, the current into electrode 14 is directed downward in Figure 2 (i.e. into the plane of the drawing) and at the Electrode 15 out of the switch (this corresponds to the direction out of the plane of the drawing).

2 0 9 8 2 6/068 02 0 9 8 2 6/068 0

Infolge der Verbindung der Haupt- und Sekundärelektroden ist der Stromzufluß in den Sekundärelektroden 16 und 19 von den Elektrode 16 zur Elektrode 17 einerseits und von der Elektrode 19 zur Elektiode 20 andererseits in die Zeichenebene hineingerichtet, wobei beide Pfade durch den Endwandteil 12 verlaufen. Der Stromweg ist dann in den Elektroden 17 und 20 nach oben gerichtet, wird über die Entladungsstrecke 35 zur Elektrode 15 überführt und geht von dort aus aus dem Schalter heraus. Es ist daher ersichtlich, daß auf beiden Seiten jeder Entladungsstrecke 35 die Stromwege in der gleichen Richtung in den Bogenentladungselektroden verlaufen. Dies führt zu einer resultierenden Aufhebung der magnetischen Feldstärken zwischen den Stäben, und dies führt zu dem Ergebnis, daß die Entladungsstrecken 35 frei vom Magnetfeld sind. Es verbleiben daher nur die resultierenden azimuthalen Magnetfelder in der Anordnung, welche parallel zu den Stromwegen für den Entladungsstrom liegen und keine Auswirkung auf denselben besitzen. In ähnlicher Weise erfolgt injden Entladungsstrecken zwischen den Bogenentladungs-Elektroden 14 und 19 und 14 und 16 die gleiche Aufhebung. Die Stromwege zwischen den Elektroden 19 und 20 einerseits und 16 und 17 andererseits liegen zwischen Elektroden, zwischen denen kein Strom fließt. Weiterhin erzeugen die Auswirkungen dieses Stroms keine Magnetfelder, welche sich nach außen zu den anderen Entladungsstrecken zwischen Elektroden erstrecken. Daher wird infolge der Geometrie der Elektroden an sich, der gegenseitigen Lage der Elektroden im Inneren der Anordnung und der Stromzufuhreigenschaften der Anordnung die Möglichkeit einer Wechselwirkung transversaler Bogenentladungsströme und magnetischer Felder, die zu einem Vektor-Produkt J*χ "B*führen, gemäß der Erfindung beseitigt.As a result of the connection of the main and secondary electrodes is the Current flow in the secondary electrodes 16 and 19 from the electrode 16 to the electrode 17 on the one hand and from the electrode 19 to the electrode 20, on the other hand, directed into the plane of the drawing, both paths running through the end wall part 12. The current path is then directed upwards in the electrodes 17 and 20, is transferred via the discharge path 35 to the electrode 15 and goes from out there out of the switch. It can therefore be seen that on both sides of each discharge gap 35, the current paths run in the same direction in the arc discharge electrodes. This leads to a resultant cancellation of the magnetic field strengths between the rods, and this leads to the result, that the discharge paths 35 are free from the magnetic field. Therefore, only the resulting azimuthal magnetic fields remain in the arrangement which is parallel to the current paths for the discharge current lie and have no effect on the same. The discharge paths between the Arc discharge electrodes 14 and 19 and 14 and 16 the same Repeal. The current paths between electrodes 19 and 20 on the one hand and 16 and 17 on the other hand lie between electrodes, between which no current flows. Furthermore, the effects of this current do not generate any magnetic fields that can be directed outwards to the other discharge paths between electrodes. Therefore, due to the geometry of the electrodes per se, the mutual position of the electrodes inside the arrangement and the power supply properties of the arrangement the possibility of a Interaction of transverse arc discharge currents and magnetic ones Fields that lead to a vector product J * χ "B *, according to the invention eliminated.

Die erfindungsgemäßen Anordnungen werden, wie bereits erwähnt, verwendet zum Anschluß in einer Schaltung, vorzugsweise in Reihe, mit einem elektrischen Verbraucher, um bei einem Verbraucher mit Wechselstrom diesen gegen Überspannung zu schützen. Die Anordnungen arbeiten so, daß sie die angelegte Spannung bei Auftreten eines Überspannungssignals unterbrechen. Wenn eine solche Unterbrechung einmal stattgefunden hat, ist die Sperrspannung gegenThe arrangements according to the invention are, as already mentioned, used for connection in a circuit, preferably in series, with an electrical consumer to with a consumer with Alternating current to protect it against overvoltage. The assemblies operate to remove the applied voltage when it occurs interrupt an overvoltage signal. When such an interruption once has taken place, the reverse voltage is against

209826/0680209826/0680

ein Wiederzünden einer Bogenentladung infolge der Anwesenheit der Überspannung beträchtlich erhöht, theoretisch um einen Faktor 2, und dadurch erhält man Einrichtungen, die bei gleicher allgemeiner Größenabmessung und bei gleicher Spannung und Strombelastung höheren Überspannungen widerstehen können.a re-ignition of an arc discharge due to the presence of the Overvoltage increased considerably, theoretically by a factor of 2, and this gives devices that are more general at the same Size and can withstand higher overvoltages with the same voltage and current load.

Die erfindungsgemäßen Einrichtungen sind in der Lage, Spannungen in der Größenordnung von 50 - 100 kV zu unterbrechen und im
unterbrochenen Zustand zu halten und dabei Ströme in der Größenordnung von 50 000 - 100 000 A (Spitzenstrom) zu übernehmen.The devices according to the invention are able to interrupt voltages in the order of 50-100 kV and im
to maintain an interrupted state and to take over currents in the order of magnitude of 50,000 - 100,000 A (peak current).

Die Erfindung ist im Vorstehenden anhand bestimmter Ausführungsformen und Beispiele erläutert. Für den Fachmann ist jedoch leicht ersichtlich, daß ohne Verlassen der gegebenen technischen Lehre
Modifikationen und Abänderungen vorgenommen werden können.The invention is explained above with the aid of specific embodiments and examples. For the person skilled in the art, however, it is readily apparent that without departing from the given technical teaching
Modifications and changes can be made.

2 0 9 8 2 6 / 0 B 8 02 0 9 8 2 6/0 B 8 0

Claims

1J series double breaker vacuum switch with a pair of main electrodes in a hermetically sealed housing that

- 5th
is evacuated to a pressure of about 10 Torr or below and having a reciprocating bridging electrode which is movable between a position for open circuit and a position for closed circuit and bridging the main electrodes, characterized in that the main electrodes are cylindrical, rod-like Electrodes (34,15) which run parallel at a distance inside the housing (10) and are formed with ends of smooth surfaces for engagement with the bridging electrode (18) in the closed circuit position, and that at least one cylindrically shaped, rod-like The secondary electrode (16,17,19,20) is closely spaced from each of the main electrodes (14,15) and is electrically and mechanically attached to an insulated, conductive part (12) which forms part of the sealed envelope,

2 »Switch according to claim 1, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c hn e t that at least two secondary electrodes (16,17,19,20) at a distance from each of the main electrodes (14,15) assigned.

3. Switch according to claim 2, d a d u r c h g e k e η η ζ eic hn e t that the main and secondary electrodes in the shell in are arranged the same distance from the longitudinal axis and one form circular electrode arrangement.

4. Switch according to one of claims 1-3, d ad u r c h

g e k e η η ζ e i c h η et that between one of the main electrodes (14) and the associated secondary electrodes (16, 19) on the one hand and the changed set of electrodes (15,17,20) on the other hand, a metallic partition (34) electrically connected to the shell is arranged to prevent the

2 0 9 8 2 6/0 G 8 0 BAD ORIGINAL

direct passage of ionized parts between the extensive arc discharge gap areas which are assigned to the respective main electrodes.

5. Switch according to one of claims 1-4, characterized in that the distance between the ic hnet Bridging electrode (18) and the main electrodes (14,1.5) in the position for interrupted circuit is greater than the distance between the main electrodes (14, 15) and the secondary electrodes (16,17,19,20) measured along the arc discharge path.

6. Switch according to one of claims 1-5, characterized characterized in that main and secondary electrodes have smoothly rounded cylindrical surfaces, so that the surface that coexists with an adjacent electrode carrying the arc discharge, forms a substantially smooth, semi-cylindrical surface.

7. Switch according to one of claims 1-6, characterized in that the magnetic fields in the ic hnet Surroundings of the main electrodes (14,15) during the arc discharge and the open circuit position of the bridging electrode (18) are substantially azimuthal.

209826/0680