DE2226628B2 - Electric contact in protective gas atmos - contg carbon dioxide to prevent formation of electroconductive products during arcing - Google Patents

Electric contact in protective gas atmos - contg carbon dioxide to prevent formation of electroconductive products during arcing

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DE2226628B2 DE19722226628 DE2226628A DE2226628B2 DE 2226628 B2 DE2226628 B2 DE 2226628B2 DE 19722226628 DE19722226628 DE 19722226628 DE 2226628 A DE2226628 A DE 2226628A DE 2226628 B2 DE2226628 B2 DE 2226628B2
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Abstract

Electric contact working in a protective CO2 atmos. is made from such a material that the products of its combustion with oxygen derived from CO2 at the arcing temp. (>=1200 degrees C) are practically non-conducting or have very high electric resistance. Thus, gradual formation of a conductivity bridge is prevented. The non-conducting combustion products are rejected from the gap by the action of static charges so that no insulation or mechanical obstacles are formed. The breakthrough potential is higher than in the case of other gases because CO2 has no ion-forming tendency. Used of CO2 as a protective gas is technically simple and cheap.

Description

spielen möglich ist. Hierzu offenbart die vorliegende d. h. mit den im gekapselten Kontaktraum vorhande-Erfindung eine technische Lehre, durch deren An- neu Werkstoffen und insbesondere mit dem Werkwendung" Defekte der genannten Art vermeiden und stoff der Kontaktglieder keine schädliche chemische line möglichst lange und wartungsfreie Lebensdauer Reaktion eingeht, und daß es andererseits bei Temvun Schalteinrichtungen der eingangs genannten Art 5 peraturen über 1200° C, d. h. also in jedem Falle bei erzielt werden. durch Lichtbogeneffekte erzeugten Temperaturenplay is possible. To this end, the present d. H. with the invention present in the encapsulated contact space a technical teaching, through the use of which new materials and in particular with the application of the work " Avoid defects of the type mentioned and the contact elements do not contain harmful chemicals line reacts as long as possible and maintenance-free service life, and that on the other hand it is at Temvun Switching devices of the type mentioned 5 temperatures above 1200 ° C, d. H. so in any case with be achieved. temperatures generated by arc effects

Erreicht wird dies gemäß der Erfindung dadurch, Sauerstoff abspaltet, welcher sich mit den Abbranddaß für die Kontaktglieder ein Kontaktwerkstoff ver- produkten des Kontaktwerkstoffes zu elektrisch nicht wendet ist, dessen unter dec Einwirkung elektrischer leitenden oder nur sehr hochohmig leitenden Parti-L.iditbogeneffekte erzeugte Abbrandpodukte zumin- io kein verbindet. Auf diese Weise ist al<=o innerhalb dest und bevorzugt in dem durch die genannten des normalerweise auftretenden Temperaturbereiches Lichtbogeneffekte erzeugte Abbrandprodukte zumin- der Schalteinrichtung zwischen — 25° C bis reich (Ξ> 1200° C) mit dem Sauerstoff des als + 100° C beispielsweise für Tropenbetrieb die abso-Schutzgas verwendeten Kohlendioxyds (CO.,) in der lute Gewähr dafür gegeben, daß die eingestellten Weise chemisch reagieren, daß die Abbrandproduku. 15 Werte der Schalteinrichtung hinsichtlich des Kondektrisch nicht oder nur sehr hochohmig leitend taktabstandes und vor allem hinsichtlich des elektn- -verden. sehen Übergangswiderstandes nicht verändert wer-This is achieved according to the invention by splitting off oxygen, which dissolves with the burnup for the contact members a contact material does not produce the contact material too electrical is applied, whose under the influence of electrically conductive or only very high-resistance conductive parti-L.iditbogenffekte generated burn-off products at least none connects. In this way al <= o is within least and preferably in the temperature range normally occurring through the specified Arcing products generated at least the switching device between - 25 ° C and rich (Ξ> 1200 ° C) with the oxygen of the + 100 ° C for example for tropical operation the abso protective gas carbon dioxide (CO.,) used in the lute guarantee that the set React chemically in a way that the burn-off product. 15 values of the switching device with regard to the conduction not conductive or only with very high resistance. -verden. see transition resistance are not changed

Diese Maßnahme bringt mehrere bedeutsame Vor- den. Andererseits bewirkt die Bildung von elektrisch u-ile. So werden fürs erste die Vorteile des zur Ver- nicht leitenden oder nur hochohmig leitenden Abv.ciidung als Schutzgas für gekapselte Kontakte an 2° brandprodukten, daß unter der Einwirkung von sich bereits bekannten Kohlendioxyds ausgenützt. Temperaturen über 1200- C, d.h. also bereits bei Diese Vorteile bestehen erstens in einer bevorzugten der Zündung von Glimmentladungen und in jedem Eignung für die Fabrikation von Großserien, weil Falle bei der Entstehung von Bogenentladungen oder das Schutzgas im Gegensatz zu anderen Schutzgasen, sogenannten Plasmasäulen mit ihrer erheblich hoheinsbesondere mit überwiegendem Anteil an Edelgas, 25 ren Temperatur keine galvanische Überbrückung zwi-■.erhältnismäßig billig ist. Weiterhin sind die bei den sehen den Kontaktglieder^ möglich ist. Darüber hmbereits erwähnten bekannten Schutzgasen auftreten- aus zeigt sich infolge der Umwandlung der Abbrandden Dosierungsschwierigkeiten nicht existent, weil produkte in elektrisch nicht leitende bzw. nur sehr das Schutzgas nur eine einzige Gaskomponente hat. hochohmig leitende Partikel der überaus vorteilhafte Ferner kann auch die Herstellung des Schutzgases und 30 Effekt, daß die Abbrandprodukte sich unter elektroseine Einfü"une in den Kontaktraum der Schaltein- statischer Wirkung gegenseitig abstoßen und letztlich richtung von ungeschultem Personal durchgeführt aus dem Arbeitsluftspalt zwischen den KontaktgüewerdeiTund dabei dennoch Jne konstante Basis für dem eliminiert werden. Damit scheidet auch em Dedas Schaltverhalten geoährle:stet werden. Weiterhin fekt der Schalteinrichtung durch Aufbau einer zwar besitzt die Schalteinrichtung mit Kohlendioxyd als 35 elektrisch nicht leitenden, jedoch mechanisch storen-Schutzgas eine im Vergleich zu bekannten Schaltein- den oder isolierenden Schicht zwischen den Kontaktrichtuneen mit sonstigen Schutzgasmischungen spür- gliedern automatisch aus.This measure brings several important advantages. On the other hand, it causes the formation of electrical u-ile. First of all, the advantages of the non-conductive or only high-resistance conductive shielding as a protective gas for encapsulated contacts on 2 ° fire products that are exploited under the influence of already known carbon dioxide. Temperatures above 1200 C, ie already at These advantages consist firstly in a preferred ignition of glow discharges and in each suitability for the production of large series, because the case when arc discharges arise or the protective gas in contrast to other protective gases, so-called plasma columns Their considerably high temperature, in particular with a predominant proportion of noble gas, does not require galvanic bridging between ■. is relatively cheap. Furthermore, the see at the contact members ^ is possible. In addition, the already mentioned known protective gases appear - because of the conversion of the burnup, the dosing difficulties do not exist because products in electrically non-conductive or only very protective gas only have a single gas component. High-resistance conductive particles can also produce the protective gas and the effect that the burn-off products mutually repel each other with electrical insertion into the contact space of the switching static effect and ultimately carried out by untrained personnel from the working air gap between the contact elements and thereby nevertheless Jne constant base are for the eliminated thus also separates em DEDAS switching behavior geoährle:.. are stet Furthermore, the switching device fect by establishing a namely, the switching device has to carbon dioxide than 35 electrically non-conductive but mechanically interfere protective gas in comparison to known switching input - the or isolating layer between the contact directions with other protective gas mixtures automatically separate out.

bare höhere Spannungsfestigkeit (Durchschlagsspan- Daß die Verwendung von reinem Kohlendioxydbare higher dielectric strength (breakdown voltage - That the use of pure carbon dioxide

nung), weil das Schutzgas keinen Anteil eines als als Schutzgas in Kombination mit Kontaktwerkstot-Ioniesierungshilfe wirksamen Edelgases enthält. 40 fen, welche bei den genannten Temperaturen mit Automatisch mit dieser Erhöhung der Spannungsfe- dem Sauerstoff des Schutzgases chemisch reagieren stinkeit ergibt sich der weitere Vorteil, daß auch die nur eine begrenzte Auswahl an Werkstoffen zulaßt, Zahl der wegen der sogenannten Materialwandc- liegt zwar auf der Hand. Die aufgezahlten zahlreirunnseffekte überaus schädlichen Bogenentladungen chen und bedeutsamen Vorteile der verwendeten zwischen den Kontaktgliedern spürbar abnimmt, weil 45 Kombination von Kohlendioxid und Kontaktwerkdie Initiierung solcher Bogenentladungen in ursächli- stoffen der genannten Eigenschaften überwiegen jechem Zusammenhang mit der Zündspannung steht doch diese Einschränkung in der Materialauswahl und diese analog der gesteigerten Spannungsfestig- bei weitem, so daß durch die vorliegende Erfindung keil ebenfalls höher liegt. Als dominierender Vorteil insgesamt ein Weg zur Schaffung einer Schalteinrichdes als Schutzgas verwendeten Kohlendioxyds im 50 tung mit gekapselt arbeitenden Kontaktglieder!! ot-Zusammenhang mit der Zielsetzung der vorliegenden fenbart ist, der sich unter Vermeidung der im VorErfindung ist jedoch die Verhaltenscharakteristik hergehenden geschilderten diversen Nachteile bedieses Schutzgases zu werten, daß es bei Temperatu- kannter Schutzgaskontakte fur eine Vielzahl von ren unterhalb 1200° C chemisch etwa stabil bleibt, Schaltaufgaben bestens eignet.tion), because the protective gas does not contain any proportion of a protective gas in combination with contact tool dead ionization aid contains effective noble gas. 40 fen, which at the temperatures mentioned with Automatically react chemically with this increase in the tension spring oxygen in the protective gas stinkeit results in the further advantage that only a limited selection of materials is possible, The number of because of the so-called material wall is obvious. The number of effects listed above extremely harmful arc discharges and significant advantages of the used noticeably decreases between the contact members, because 45 the combination of carbon dioxide and contact mechanism Initiation of such arc discharges in causative substances of the properties mentioned predominate This restriction in the choice of material is related to the ignition voltage and this analogous to the increased tension strength by far, so that by the present invention wedge is also higher. The overall dominant advantage is a way of creating a switching device Carbon dioxide used as a protective gas in the 50 ment with encapsulated working contact elements !! ot context with the aim of the present disclosed is, avoiding the in the VorErfindung however, the behavioral characteristics of the various disadvantages described above Inert gas to evaluate that it is at a temperature of inert gas contacts for a large number of ren remains chemically stable below 1200 ° C, switching tasks are ideally suited.

Claims (1)

ι 2 ι 2 Weiterhin ist es bekannt, als Schutzgas eine Mi-Patentanspruch · schling aus edlem und unedlJem Gas zu verwenden, raten nsprucn. beispielsweise eine Mischung von Helium mn Siick-Schutzgaskontakt mit in einer Schutzgasatmo- stoff im Bereich zwischen 50: M) bis 70:30 Gesphäre aus Kohlendioxyd (CO.,), dadurch s wichtsprozentcn. Bei derartigen Mischungen bewirkt gekennzeichnet, daß tür die Kontaktglie- das Edelgas infolge seines Beitrages as Ladungstrader ein Kontaktwerkstoff verwendet ist, dessen ger bei der Ionisierung der Gasentladungsstrecke unter der Einwirkung elektrischer Lichtbogenef- zwischen den schaltenden kontaktglieder^ eine weifekte erzeugte Abbrandprodukte zumindest und testgehende Überführung der stark zerstörend »virbevorzugt in dem durch die genannten Lichtbo- io kenden Bogenentladungen in weniger schädliche geneffekte hervorgerufenen Temperaturbereich Glimmentladungen. Außerdem sorgt der Anteil von (;> 1200° C) mit dem Sauerstoff des als Schutz- unedlem Gas für die Gewährleistung einer vorgegas verwendeten Kohlendioxyds (CO11) in der schriebenen Spannungsfestigkeit zwischen derι staüo-Weise chemisch reagieren, daß die Abbrandpro- när geöffneten Kontaktghedern, weil das unedle Gas dukte elektrisch nicht leitend oder nur sehr hoch- 15 bezüglich einer Ionisierung bekanntlich »bremsend« ohmig leitend werden. wirkt. Als nachteilig erweist es sich allerdings auchFurthermore, it is known to use a loop made of noble and non-noble gas as protective gas. for example a mixture of helium with Siick protective gas contact with a protective gas atmosphere in the range between 50: M) to 70:30 sphere of carbon dioxide (CO.,), thereby weight percent. In such mixtures, the noble gas, due to its contribution as the charge trader, is characterized by the fact that a contact material is used for the contact members, the effect of which during the ionization of the gas discharge path under the action of electrical arcing between the switching contact members ^ is at least a white burn-off product and at least a test transfer of the highly destructive »preferably glow discharges in the temperature range caused by the said arc discharges in less harmful gene effects. In addition, ensures the proportion of (> 1200 ° C) with the oxygen of the protective base gas for ensuring a pre-gas used carbon dioxide (CO 11 ) in the written dielectric strength between the staüo-way chemically react that the Abbrandpro- när open Contact gaiters, because the base gas is not electrically conductive or is only very highly conductive with respect to ionization, as is well known, "braking" it. works. However, it also proves to be disadvantageous bei diesen Gasmischungen wiederum, daß eine sorgfältige Dosierung in Anpassung an die jeweils verwendeten Kontaktwerkstoffe und an die gestelltenwith these gas mixtures, in turn, that a careful dosage in adaptation to the particular used Contact materials and to the provided 20 Bedingungen betreffend Spannungsfestigkeit, Schaltverhalten und Lebensdauer der Schalteinrichtung notwendig ist. Diese notwendige exakte Dosierung20 Conditions relating to dielectric strength, switching behavior and service life of the switching device necessary is. This necessary exact dosage Schon bei elektrischen Schakeinrichtungen kon- setzt umfangreiche und kostspielige empirische Verventioneller Bauweise, d. Ii. Schakeinrichtunaen mit suchsreihen voraus, welche den Herstellungsprozeß luftoffenen Kontaktgliedern, stellt die durch Gasen!- 25 der Schalteinrichtung verteuern und, wie schon erladungen (Glimm- oder Bogenen'tladungen) zwischen wähnt, geschultes Personal voraussetzen,
den Schaltelektroden verursachte Materialwanderung Um die geschilderten Schwierigkeiten bei der Hermit mehr oder weniger starker Zerstörung des Kon- stellung und beim Betrieb von Schalteinnchtungen taktwerks'ioffes ein echtes und sattsam bekanntes Pro- mit Schutzgasen der vorgenannten Art weitestgehend blem dar. Diese Problematik gewinnt noch an Ak- 30 zu vermeiden, ist in der einschlägigen Fachliteratur tualitöt und wird differenzierter, wenn es sich um auch die Verwendung von Kohlendioxyd (CO2) vor-Schalteinrichtungen handelt, deren Kontaktglieder in geschlagen worden, wobei nach den in dieser Literaeiner Schutzgasatmosphäre gekapselt arbeiten, weil turstelle zitierten Untersuchungsergebnissen eine ausdort außer der Wirkung der"genannten elektrischen reichende Spannungsfestigkeit, eine relativ einfache Lichtbogericffekte auf den Kontaktwerkstoff auch 35 Handhabung bei der Herstellung und beim Einfüllen noch die Wechselwirkung zwischen dem Schutzgas des Schutzgases in den gekapselten Schaltraum der und dem Kontaktwerkstoff berücksichtigt werden Schalteinrichtung und eine verbesserte Resistenz des muß. Kontaktwerkstoffes gegenüber Lichtbogeneffekten Dabei ist man in Übereinstimmung mit dem erzielt wird. Diese zum Stand der Technik gehörende Zweck der Kapselung der Kontaktglieder in einer 40 Lehre beschäftigt sich allerdings ausschließlich mit Schutzgasatmosphäre generell bestrebt, einerseits der Sicherstellung einer geforderten bestimmten eine möglichst hohe Spannungsfestigkeit der offenen Spannungsfestigkeit und mit der Dämpfung der Schaltstrecke und andererseits eine möglichst große durch Lichtbogeneffekte ausgelösten Materialwande-Resistenz der Kontaktglieder gegenüber der einlei- rung. Dabei wird jedoch in Übereinstimmung mit der tend erwähnten Materialwanderung zu erzielen. 45 vorerwähnten Zielsetzung ausdrücklich davor ge-Hierzu ist es bekannt und bislang sogar vorrangig warnt, Kohlendioxyd als Schutzgas in Verbindung üblich, an Stelle eines Schutzgases mit nur einer Gas- mit oxydierfähigen Kontaktmaterialien zu verwenkomponente, d.h. also an Stelle beispielsweise eines de11.Even in the case of electrical switching devices, extensive and costly empirical conventional construction methods, i. Ii. Schakeinrichtunaen with search series ahead, which make the manufacturing process air-open contact elements, make the switching device more expensive due to gases!
material migration caused by the switching electrodes. To the described difficulties with the Hermit more or less severe destruction of the constellation and with the operation of switching devices taktwerks'ioffes a real and well-known problem with shielding gases of the aforementioned type is largely problematic - Avoiding 30 is tualitöt in the relevant specialist literature and is more differentiated when it comes to the use of carbon dioxide (CO 2 ) upstream switching devices, the contact elements of which have been knocked in, whereby according to the in this literature a protective gas atmosphere is encapsulated because turstelle cited research results from there besides the effect of the "mentioned electrical dielectric strength, a relatively simple arc-eric effects on the contact material also 35 handling during manufacture and when filling nor the interaction between the protective gas of the protective gas in the encapsulated n switch room and the contact material are taken into account switching device and an improved resistance of the must. Contact material against arcing effects Here one is in agreement with the one achieved. This prior art purpose of encapsulating the contact elements in a teaching deals exclusively with inert gas atmospheres, generally striving, on the one hand, to ensure the highest possible dielectric strength of the open dielectric strength and with the attenuation of the switching path and, on the other hand, as large as possible due to arcing effects triggered material wall resistance of the contact elements to the introduction. However, this is achieved in accordance with the material migration mentioned. 45 of the above-mentioned objective is known and so far has given priority to using carbon dioxide as a protective gas in conjunction with oxidizable contact materials instead of a protective gas, i.e. instead of, for example, a de 11 . Edelgases wie Argon, Neon od. dgl. eine Mischung Die vorliegende Erfindung geht nun von dem aus mehreren Gasen zu verwenden, welche bei Tem- 50 durch die vorgenannte Veröffentlichung repräsentierperaturen unterhalb der bei Gasentladungen heir- ten Stand der Technik aus und verwendet Kohlenschenden Temperaturen insgesamt chemisch weitest- dioxyd als Schutzgas für die gekapselt arbeitenden gehend inaktiv sind. Kontaktglieder. Die Erfindung beschäftigt sich je-Hierzu zählt beispielsweise eine Mischung von doch mit einem gänzlich anderen Problem als die Stickstoff und Wasserstoff meist im Verhältnis etwa 55 durch die genannte Literaturstelle offenbarte Lehre, 97 : 3. Derartige Gasmischungen beinhalten zwar den nämlich mit dem Problem des Defektes von Schalt-Vorteil, daß zwischen den stationär geöffneten Kon- einrichtungen der eingangs genannten Art infolge taktgliedern eine relativ hohe Spannungsfestigkeit e,r- galvanischer Überbrückung der Schaltstrecke durch zielbar ist und daß außerdem auch Kompromisse, ins- allmählichen Aufbau einer elektrisch leitenden besondere im Zusammenhang mit spezifischen Schalt- 60 Brücke aus Abbrandprodukten zwischen den Koneigenschaften und dominierenden Anfordemngen an taktgliedern. Dieses Problem ist gerade in jüngerer das Schaltverhalten, möglich sind. Nachteilig ist aller- Zeit überaus aktuell geworden, weil der Kontaktabdings eine zeitraubende und deshalb kostspielige und stand zwischen den Kontaktgliedern im Zuge der außerdem nur durch geschultes Personal durchführ- fortschreitenden Miniaturisierung der Bauelemente bare Dosierung der miteinander zu mischenden Gase, 65 relativ winzig in der Größenordnung bis herab zu damit störende Effekte wie beispielsweise die BiI- etwa 0,05 mm betragen kann und infolgedessen ein dung von schädlichen Anhydriden od. dgl. vermieden vorerwähnter Effekt der Schalteinrichtung schon werden. nach einer unbefriedigend geringen Zahl von Schalt-Noble gases such as argon, neon or the like. A mixture. The present invention is based on the use of several gases which are below the prior art for gas discharges at temperatures representative of the above-mentioned publication and uses coal-consuming temperatures as a whole chemically as far as possible, dioxide as a protective gas for those who work in an encapsulated manner are inactive. Contact members. The invention is concerned with, for example, a mixture of but with a completely different problem than nitrogen and hydrogen, usually in a ratio of about 55, the teaching disclosed by the cited literature reference, 97: 3 The switching advantage is that between the stationary open contact devices of the type mentioned at the beginning a relatively high dielectric strength e, r- galvanic bridging of the switching path can be achieved due to clock elements and that also compromises, in particular the gradual construction of an electrically conductive special in connection with specific switching 60 bridge made of burn-up products between the conical properties and the dominant requirements on clock links. This problem is particularly recently the switching behavior that are possible. Disadvantage has always become very topical because the contact decay is a time-consuming and therefore costly and was relatively tiny in the order of magnitude between the contact members in the course of the miniaturization of the components, which was also only carried out by trained personnel down to so that disturbing effects such as the BiI- can amount to about 0.05 mm and as a result a manure of harmful anhydrides or the like. The aforementioned effect of the switching device can already be avoided. after an unsatisfactorily low number of switching
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