DE2204113B2

DE2204113B2 - Kontaktanordnung für Vakuumschalter

Info

Publication number: DE2204113B2
Application number: DE2204113A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr.-Phys. Unterentfelden Amsler (Schweiz)
Original assignee: Sprecher und Schuh AG
Current assignee: Rockwell Automation Switzerland GmbH
Priority date: 1967-06-01
Filing date: 1972-01-28
Publication date: 1980-01-17
Also published as: CH451286A; CH525548A; DE1765157B1; GB1363013A; AT316680B; US3773993A; DE2204113A1; DE1765157C2; DE2204113C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit zwei in einer Achse liegenden in und außer Eingriff bringbaren Schaltstücken und mit jeweils einer um jedes der Schaltstücke angeordneten Elektroden, die aus einer Schar einzelner Bleche gebildet sind, zwischen denen Spalte freigelassen sind, dcen jeweilige Breite mindestens gleich der Stärke eines Bleches ist, und deren Ebenen sich parallel zur Schaltstückachse erstrecken und deren der jeweiligen anderen Elektrode gegenüberliegende Kanten in einer senkrecht zur Schaltstückachse verlaufenden Elektrodenebene liegen.

Aus der CH-PS 4 51 286 ist eine Kontaktanordnung, insbesondere für Vakuumschalter bekannt, bei der jedes Schaltstück von einer Lichtbogcnelektrode umschlossen ist. Die Lichtbogenelektrode besteht bei dieser Anordnung aus zu der Achse der Schaltstücke parallelen, evolventenförmig gebogenen Blechen, die /ti einem festen Paket vereinigt sind, wobei die Bleche abwechselnd aus zweierlei Werkstoffen von verschiedener elektrischer Leitfähigkeit bestehen. Die Stromzufuhr zu den Fußpunkten des auf die Lichtbogenelektro-ί de radial nach außen gedrängten Lichtbogens erfolgt vorzugsweise auf den elektrisch besser leitenden Blechen, so daß die dadurch erzwungene bogenförmige Strombahn eine tangentiale Beschleunigungskraft auf den Lichtbogen ausübt, wodurch dieser bis zu seinem

ίο Erlöschen am äußeren Umfang der Lichtbogertelektrode um die Koniaktachse rotiert. Durch die rasche Bewegung der Lichtbogenfußpunkte wird eine unerwünschte, hohe, lokale Erwärmung der Kontaktoberfläche vermieden. Aus der DE-AS 12 26 693 ist eine weitere Kontaktanordnung für einen Vakuumschalter bekannt. Bei dieser Anordnung sind die beiden Schaltkontakte von becherförmigen Lichtbogenelektroden umgeben. Diese becherförmigen Lichtbogenelektroden sind mit Schlitzen versehen, die mit einem einen im Verhältnis zu den übrigen Teilen der Lichtbogenelektroden hohen spezifischen Widerstand aufweisenden Material ausgefüllt sind. Bei entsprechender Ausrichtung der Schlitze erreicht man durch diese Anordnung, daß der in der Lichtbogenelektrode zum Lichtbogenfußpunkt fließende Strom auch eine Tangentialkomponente aufweist. Das Magnetfeld der Tangentialkomponente des Stromes bewirkt ein Rotieren des Lichtbogens um d',e Achse der Lichtbogenelektrode. Nachteil dieser Anordnungen ist, daß über etwa 5—1OkA Abschaltstrom der Kontaktabbrand relativ groß ist, wodurch die Lebensdauer des Vakuumschalters bei hohen Abschaltströmen herabgesetzt wird.

Versuche haben gezeigt, daß der Lichtbogen zwischen großflächigen Elektroden, wie z. B. zwischen den vorher erwähnten Lichtbogenelektroden, in zwei verschiedenen Zuständen brennen kann. Unterhalb 5 kA brennt der Lichtbogen diffus. Wird diese Stromgrenze überschritten, entsteht ein Säulenlichtbogen. Der Kontaktabbrand ist bei Säulenlichtbögen beträchtlich und somit ist auch H^;e Lebensdauer des Vakuumschalters vermindert. Ein diffuser Lichtbogen verursacht keinen zu großen Kontaktabbrand. Zur Erhaltung des diffusen Bereichs des Lichtbogens ist aus der DE-OS 19 33 438 eine Lösung bekannt, bei welcher der Lichtbogen zwischen koaxialen Zylindern brennt und wandert. Nachteil dieser Lösung ist, daß die ionisierten Gase bei einer Abschaltung im elektrisch beanspruchten Raum zwischen den beiden gegenüberliegenden Elektroden bleiben und die Lichtbogenlöschung erschweret/.

Bei einer weiteren, aus der GBPS I2 27 833 bekannten Lösung stehen zwei becherförmig ausgebildete Elektroden mit je einem eine öffnung bcgren/enden eingebördelten Lippenteil einander gegenüber,

wobei die öffnungen der Becher einander zugekehrt sind. Bei dieser Lösung werden die ionisierten Gase aus dem Raum zwischen cen Elektroden in den elektrisch unbeanspruchten Räumen der Becher gesammelt, abgekühlt und kondensiert. Nachteil dieser Anordnung

ho ist, daß zwischen den becherförmigen Elektroden übcrhalb etwa 1OkA Abschaltstrom auch ein Säulenlichtbogen entsteht, wodurch ein groüer Kontaktabbrand verursacht wird.

Aus der FR-PS 13 89 836 ist ein Vakuumschalter mit

b5 zwei in und außer Eingriff bringbaren Kontaktstücken bekannt. Die beiden einander gegenüberliegenden Kontaktstückc bestehen aus mehreren elektrisch parallel geschalteten Teilkontakten. Um im Betrieb und

bei der gleichzeitigen Trennung der Kontaktstücke in den Teilkontaktpaaren mindestens annähernd den gleich Strom führen zu können, sind den Teilkontaktpaaren Induktivitäten in Reihe geschaltet. Diese Induktivitäten müssen mit relativ kleinen Toleranzen hergestellt werden, sind daher auch kostspielig und verteuern den ganzen Vakuumschalter. Ein der in der FR-PS 13 89 836 dargestellten Kontaktstücke besteht aus einem mittleren Kupferstab und aus mehreren diesen Kupferstab konzentrisch umgebenden Biechzylindern. Zwischen dem Kupferstab und dem innersten Blechzylinder sowie zwischen den einzelnen Blechzylindern sind Spalte vorgesehen. Die zum gegenüberliegenden Kontaktstück zugewendeten Enden des Kupferstabes und der Blechzylinder liegen in einer Ebene. Obwohl die zu den Teilkontakten in Reihe geschalteten Induktivitäten bei geschlossenem Schalter für eine gleichmäßige Stromverteilung in den Teilkontakten sorgen, kann nicht verhindert werden, daß sich der Lichtbogen zwischen den beiden Kontaktstücken aufgrund seines magnetischen Eigenfeldes einschnürt. Der Schaltüchtbogen wird daher vor äüem zwischen den zentral angeordneten, relativ großflächigen Kupferstäben brennen, zwischen großflächigen Elektroden brennt aber der Lichtbogen nur bei relativ kleinen Stromwerten diffus. Die anderen in der FR-PS 13 89 836 beschriebenen Kontaktstücke weisen zwar unterteilte aber relativ großflächige, dem anderen Kontaktstück zugekehrte Oberflächen auf, die die Aufrechterhaltung des Schaltlichtbogens im diffusen Bereich nur bei relativ jo kleinen Stromwerten zulassen.

Aus der DD-PS 77 015 ist eine Schaltelektrode für Vakuumschalter bekannt, die aus mit einem Werkstofi umgossenen, entgasten, schwerschmelzenden Blechen sowie und/oder aus Drähten bzw. Netzen zusammengesetzt ist. Bei dieser Schaltelektrode wird durch die schwerschmelzenden Bleche eine ausreichende mechanische Festigkeit und teilweise auch Festigkeit gegen Verschweißen der Schaltelektroden miteinander erreicht. Diese Bleche sind in einem anderen Werkstoff, wie in sole! _·πι mit einem niedrigen Abreißstrom oder in solchem mit einem hohen Abschaltvermögen eingebettet. Die Schaltelektrodenpaare weisen dabei eine zusammenhängende, große Oberfläche auf, zwischen denen ein Lichtbogen nur bei relativ kleinen Stromwerten diffus brennen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit zwei in einer Achse liegenden, eine einzige Kontaktstelle aufweisenden Schaltstücken der eingangs genannten Art anzugeben, weiche eine so Aufrechterhaltung des diffusen Bereichs des Lichtbogens auch Oberhalb von etwa 5—1OkA Abschaltstrom ermöglici.t.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß crfindungsgemiiß die beiden Elektroden ortsfest und y, einander beabstandet angeordnet sind und die jeweils eine Elektrode bildenden Bleche in mindestens einem gemeinsamen, mit dem jeweiligen Anschluß des Vakuumschalters in direkter elektrischer Verbindung stehenden Elektrodenträger befestigt sind und daß die w) Schaltstücke im ausgeschalteten Zustand des Vakuumschalters hinter die durch die Kanten der Bleche gebildeten Elektrodenebenen zurückgezogen sind.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Kontaktanordnung erlaubt gegenüber dem durch die FR-PS 13 89 836 <,■> gegebenen Stand der Technik die Aufrechterhaltung des diffusen Bereichs des Lichtbogens und somit auch seine Löschung auch jberhalb von etwa 5—1OkA Abschaltstrom mit einer einzigen Kontaktstelle.

Eine besonders vorteilhafte Anordnung der Bleche i« dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche um die d.»n beiden Schaltstücken gemeinsame Achse radial angeordnet und mit ihren von der Achse abgewendeten Enden in einem zur Achse koaxial angeordneten zylindrischen Elektrodenträger befestigt sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Vakuumschalter im Schnitt
Fig. 2 einen Querschnitt über die Mitte des Vakuumschalters in F i g. 1

Fig. 3 eine Elektrode aus parallelen Blechen
F i g. 4 eine Elektrode aus koaxialen Zylindern
F i g. 5 eine Elektrode mit gebogenen Blechen, und
F i g. 6 einen Teil einer Elektrodenoberfläche.
Nach Fig. 1 besteht das vakuumdichte Gehäuse des Schalters aus einem zylindrischen Teil 1 aus elektrisch isolierendem Material, einem Metalldeckel 2 mit dem darin festsitzenden Schaltstück 3 ■ :id mil dem darauf

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zweiten Metalldeckel 5, der das mittels eines Balges 6 daran befestigte bewegliche Schaltstück 7 und den Elektrodenträger 8 trägt. Das bewegliche Schaltstück 7 ist in seiner Einschaltstellung gezeichnet und kann mittels einer nicht dargestellten Betätigungseinrichtung in der Pfeilrichtung hin und her bewegt werden. Die Elektrodenträger 4 und 8 tragen die radial angeordneten Bleche 9 und 10 der Lichtbogenelektrode (siehe auch F i g. 2). Die Innenfläche des zylindrischen Teiles 1 ist gegen die Kondensation auftretender Metalldämpfe durch einen röhrenförmigen Metallschild 1! geschützt. der nur in der Mitte des Teiles 1 befestigt und so von den beiden Metalldeckeln 2 und 5 vollständig isoliert ist. Die Schaltstücke 3 und 7 haben eine stumpfe Kontaktauflagefläche 12. Beim Abschalten eines Stromes trennen sich die Schaltstücke 3 und 7 und der Lichtbogen wird zunächst zwischen ihnen brennen. Die Ftßpurkte des Lichtbogens wandern dann auf die Bleche 9 und 10 über, wobei die Stromzuführung durch die beiden Elektrodentr"ger 4 und 8 erfolgt. Der zwischen den aus mit Zwischenräumen angeordneten Blechen bestehenden Elektroden brennende Lichtbogen kann praktisch keinen Axialdruck aufbauen, weil die axial beschleunigten ionisierten Gase in den Spalten zwischen den Blechen in einem elektrisch unbeanspruchten Raum gelangen. Die in den Spalten zwischen den Blechen 9 und 10 durchströmenden heißen Gase werden gekühlt und kondensiert.

Zwischen den F.lektroden brennt der Lichtbogen bis zu sehr großen, weit über 5 bis 1OkA liegenden Abschaltströmen diffus. Die zwischen den Blechen 9 und 10 ausgelassenen Spalte und die sehr schmalen der gegenüberliegenden Elektrode zugekehrten Flächen der Bleche 9 tine¹ 10 verhindern die Ausbildung von Sä'ulenlichtbögen und ν erlängern somit die Lebensdauer des Vakuumschalters.

Die einander gegenüberliegenden Elektroden können auch aus parallel angeordneten Blechen 13 aufgebaut sein, wie ir. Fig. J dargestellt ist. Die Bleche 13 sind in Fig. 3 in die Schlitze des Elektrodenträ/jers 14 eingesteckt und eingeschweißt oder eingenietet.

Die Elektroden in F i g. 4 sind aus konzentrischen Zylindern 15 zusammengestellt, welche in den Elektrodenträgern löbefesiigt sind.

Nach F i g. 5 sind die zu der den beiden Schaltstücken 3 und 7 gemeinsamen Achse 17 parallelen und in

radialer Richtung gebogenen Bleche 18 und 19 in den Elcktrodcnträgcr 4 eingesetzt. Diese Anordnung bewirkt auch eine tangential Beschleunigung des zwischen den Elektroden brennenden Lichtbogens.

Als wesentliches Kriterium für die Aufrcchterhaltung eines diffusen Lichtbogens zwischen den aus mit freien Zwischenräumen nebeneinander angeordneten Blechen bestehenden Elektroden ist die Summe der auf ein Quadratzenlimeter Elektrodenfläche fallenden Kanienlängen. Erfahrungsgemäß soll die Summe der Kantenlüngen mindestens 3 cm pro yuadratzeniimeter Llektrodenobcrflächc betragen. In l·'i g. 6 ist ein Beispiel aufgezeichnet, wo die Summe der Kantenliingen der Bleche 20, 21 und 22 auf einem Quadratzentimelcr Elektrodcnoberflache h cm beträgt.

Der diffuse Lichtbogen hat seine Lichtbogenansatzfläche nicht nur auf den der gegenüberliegenden

ι Elektrode zugekehrten Schmalflächcn der Bleche, sondern auch auf den die zwischen den Blechen vorhandenen Spalte begrenzenden Breilflächen der Bleche. Um den diffusen Bereich des Lichtbogens bei Abschaltströmen von über 5 bis 1OkA aufrecht zu

i" erhalten, müssen erfahrungsgemäß die Abmessungen 23 (in I■'i g. 1) der Bleche unterhalb der der gegenüberliegenden Elektrode zugekehrte Schmalflächen mindestens I cm betragen.

I lici/u 2 Blatt A'ichminiieii

Claims

Patentansprüche:

1. Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit zwei in einer Achse liegenden in und aulier Eingriff bringharen Schallstücken und mit jeweils einer um jedes der Schaltstücke angeordneten Elektroden, die aus einer Schar einzelner Bleche gebildet sind, zwischen denen Spalte freigelassen sind, deren jeweilige Breite mindestens gleich der Stärke eines Bleches ist, und deren Ebenen sich parallel zur Schaltstückachse erstrecken und deren der jeweiligen anderen Elektrode gegenüberliegende Kanten in einer senkrecht zur Schaltstückachse verlaufenden Elektrodenebene liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden ortsfest und einander beabstandet angeordnet sind und die jeweils eine Elektrode bildenden Bleche (9, 10, 13, 15, 18, 19) in mindestens einem gemeinsamen, mit dem jeweiligen Anschluß des Vakuumschalters in direkter elektrischer Verbindung stehenden Eiektrodenträger (4, 8, 14, 16) befestigt sind und daß die Schaltstücke (3. 5) im ausgeschalteten Zustand des Vakuumschalters hinter die durch die Kanten der Bleche gebildeten Elektrodenebenen zurückgezogen sind.

2. Kontaktanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche aus koaxialen Zylindern (15) bestehen und in mehreren radial gerichteten Elektrodenträgern (16) befestigt sind.

3. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (9, 10) um die den beiden Schclistücken (3, 7) gemeinsame Achse (17) radial angeordnet sind mit ihren von der Achse (17) abgewendeten Endtn in ^nem zur Achse (17) koaxial angeordneten zylindrischen Elektrodenträger (4,8) befestigt sind.

4. Kontaktanordnung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (18, 19) um die den beiden Schaltsuicken (3, 7) gemeinsame Achse (17) in radialer Richtung gebogen und mit ihren von der Achse (17) abgewendeten Enden in einem zur Achse (17) koaxial angeordneten zylindrischen Elektrodenträger (4) befestigt sind.

5. Kontaktanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (17) in zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind.