DE2226628C3

DE2226628C3 - Inert gas contact

Info

Publication number: DE2226628C3
Application number: DE19722226628
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Phys. Broekmate; Alfred Dipl.Phys. Dr. Murr; Karl-Joerg Stenzel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-05-31
Filing date: 1972-05-31
Publication date: 1974-10-24
Also published as: DE2226628A1; DE2226628B2

Description

noch die Wechselwirkung /uischen dem Schulzgas des Schutzgases m ^d^nor the interaction / uischen the Schulzgas of the protective gas m ^d ^

und dem Kontaktwerkstoff berücksichtigt werden ^^^^^^^ and the contact material must be taken into account ^^^^^^^

^mDabei ist man in Übereinstimmung mit dem erziel, wird Diese zum Stand da; Zweck der Kapselung der Kontaktglieder in einer 40 Lehre bescha t.gt sich allerd.ngs au so Schutzgasatmosphäre generell bestrebt, einerseits der Sicherste lung einer _n^^ford;^rK" f eine möglichst hohe Spannungsfestigkeit der offenen Spannungsfcsi.gkat und mit der Dan^ ^^ Schaltstrecke und andererseits eine möglichst große durch L..chtbogeneffekte ausgeIo en NJatcnaluanu Resistenz der Kontaktglieder gegenüber der cinlci- rung. Dabei wird jedoch ,n Lbcreir^ m mung ηit d.r tend erwähnten Materialwanderung zu erzielen.« voit-rMähntcn Z.elsezung ^^¹ ^¹ ^Sd₁S; Hierzu ist es bekannt und bislang sogar vorrangig warnt. Kohicnd.oxydI als Schu s ^™'"J^un8 üblich, an Stelle eines Schutzgases mit nur einer Gas- mit i.xxdicrfähigen koiitaktmatenal.tn zu vcnvuikomponente, d. h. also an Stelle beispielsweise eines den. _d ^m In doing so, one is in agreement with the achieved, this becomes the state there; However, the purpose of encapsulating the contact members in a teaching is concerned with a protective gas atmosphere generally, on the one hand, to ensure a _n ^ ^ford ; ^rK "f the highest possible dielectric strength of the open voltage fcsi.gkat and with the Dan ^ ^^ switching distance and on the other hand the greatest possible resistance of the contact elements to the interference caused by arc effects . mung ηit dr tend to get mentioned material migration "voit-rMähntcn Z.elsezung ^^ ¹ ^ ¹ ^ Sd ₁ S; purpose it is known and so far even warns primarily Kohicnd.oxydI common than Schu s ^ ™ '" J ^un 8th , instead of a protective gas with only one gas component with i.xxdicrbaren koiitaktmatenal.tn to vcnvuikomponente, ie instead of, for example, one. _d

Edelgases wie Argon, Neon od. dgl. eine Mischung Die vorliegende Erfindung geh nun ^" JemNoble gases such as argon, neon or the like. A mixture The present invention now goes ^ "Jem

aus mehreren Gasen zu verwenden, welche bei Tem- ₅o durch die ^genannte Veroff^^ peraturen unterhalb der bei Gasentladungen hcrr- ten Stand ^d« Technik aus und vcrouidaKohkn sehenden Temperaturen insgesamt chemisch weitest- d.ox\d als Schutzgas fur Je ^kapselt arbeuendcn gehend inaktiv sind. Kontaktglieder. Die Erfindung beschaft g^ SKh jea plurality of gases to be used, which at tem- ₅ o by ^ ^^ said Veroff temperatures below the hcrr- for gas discharges th stand ^d "technique and total vcrouidaKohkn sighted temperatures chemically weitest- d.ox \ d as a protective gas for Je ^ encapsulates work going inactive. Contact members. The invention employs g ^ SKh each

Hierzu zählt beispielsweise eine Mischung von doch m.t einem ganz «h anderen ^Piob^^{m a}.^{s d}'^e Stickstoff und Wasserstoff meist im Verhältnis etwa „ durch die genannte ^^erat^^te"« °"^e _cf "J ^f"' 97 : 3. Derartige Gasmischungen beinhalten zwar den nämlich m.t dem Problem des Defektes von Schalt-Vorteil, daß zwischen den stationär geöffneten Kon einrichtungen der eingangs Spannt™ Art infoUje taktgliedern eine relativ hohe Spannungsfestigkeit er- galvanischer überbrückung der Scha trecke durch zielbar ist und daß außerdem auch Kompromisse, ins- allmählichen Aufbau einer elektrisch leitenden besondere im Zusammenhang mit spezifischen Schalt- 60 Brücke aus Abbrandprodukten ^chen ^den Koneigenschaften und dominierenden Anforderungen an taktghedern. Dieses Problem ist gerade m jüngerer das Schaltverhalten, möglich sind. Nachteilig ist aller- Zeit überaus aktuell geworfen*- ^{der K}°"^lakt *" dings eine zeitraubende und deshalb kostspielige und stand zwischen den Kon aktgliedcrn im Zuge der außerdem nur durch geschultes Personal durchführ- fortschreitenden M.n,atuns,erung der Baue emente bare Dosierung der miteinander zu mischenden Gase. 6₅ relativ w.nz.g in der Größenordnung bis herab zu damit störende Effekte wie beispielsweise die BiI- etwa 0,05 mm betragen kann und mfolgeoessen ein dung von schädlichen Anhydriden od. dgl. vermieden vorerwähnter Effekt der Schalteinrichtung schon ""rderi ^{nach einer} unbefriedigend geringen Zahl von Schalt-This includes for example a mixture of mt but a very "h other ^PIOB ^ ^ma. ^sd ^'e nitrogen and hydrogen, usually in a ratio of about "by said ^ ^erat ^ ^te", "°" ^e _c f "J ^ f"' 97: 3. Such gas mixtures include Although the Namely mt the problem of malfunction of switching advantage that between the stationary open contact devices of the initially Spannt ™ type infoUje clock elements a relatively high dielectric strength can be achieved by electroplating the circuit and that compromises, in particular the gradual construction of an electrically conductive special in connection with specific switching 60 Bridge made of burn-up products ^ chen ^ the properties and dominant requirements on clock belts. This problem is just more recent when the switching behavior is possible. Disadvantage is always extremely topical * - ^{the K} ° " ^lakt *" thing a time-consuming and therefore costly and stood between the contacts in the course of the furthermore only by trained staff to carry out progressive maneuvering of the building elements of the gases to be mixed with one another. 6 ₅ relative w.nz.g in the order of magnitude down to avoid disturbing effects such as the BiI- about 0.05 mm and may be an extension of harmful mfolgeoessen anhydrides od. Like. Avoided the said effect of the switching device already "" rderi ^{by an} unsatisfactorily low number of switching

spielen möglich ist. Hierzu offenbart die vorliegende Erfindung eine technische Lehre, durch deren Anwendung Defekte der genannten Art vermeiden und eine möglichst lange und wartungsfreie Lebensdauer vcn Schalteinrichtungen der eingangs genannten Art erzielt werden.play is possible. To this end, the present disclosure discloses Invention a technical teaching, through the application of which defects of the type mentioned can be avoided and the longest possible and maintenance-free service life of switching devices of the type mentioned above be achieved.

Erreicht wird dies gemäß der Erfindung dadurch, daß für die Kontaktglieder ein Kontaktwerkstoff verwendet ist, dessen unter der Einwirkung elektrischer Lichtbogeneffekte erzeugte Abbrandpodukfe zumindest und bevorzugt in dem durch die genannten Lichtbogeneffekte erzeugte Abbrandprodukte zuminreich (> 1200 C) mit dem Sauerstoff des als Schutzgas verwendeten Kohlendioxyds (CO;,) in der Weise chemisch reagieren, daß die Abbrandprodukte elektrisch nicht oder nur sehr hochohmig leitend werden.This is achieved according to the invention in that a contact material is used for the contact members is, whose burn-off products generated under the action of electrical arc effects at least and preferably at least enough in the burn-off products generated by the said arc effects (> 1200 C) with the oxygen of als Protective gas used carbon dioxide (CO ;,) in the React chemically in a way that the burn-up products are not electrically conductive or only conductive with a high resistance will.

Diese Maßnahme bringt mehrere bedeutsame Vorteile. So werden fürs erste die Vorteile des zur Verwendung als Schutzgas für gekapselte Kontakte an sich bereits bekannten Kohlendioxyds ausgenützt. Diese Vorteile bestehen erstens in einer bevorzugten Eignung für die Fabrikation von Großserien, weil das Schutzgas im Gegensatz zu anderen Schutzgasen, insbesondere mit überwiegendem Anteil an Edelgas, verhältnismäßig billig ist. Weiterhin sind die bei den bereits erwähnten bekannten Schutzgasen auftretenden Dosierungsschwierigkeiten nicht existent, weil das Schutzgas nur eine einzige Gaskomponenle hat. Ferner kann auch die Herstellung des Schutzgases und seine Einfüllung in den Kontaktraum der Schalteinrichtung von ungeschultem Personal durchgeführt werden und dabei dennoch eine konstante Basis für das Schaltverhalten gewährleistet werden. Weiterhin besitzt die Schalteinrichtung mit Kohlendioxyd als Schutzgas eine im Vergleich /u bekannten Schaltcinrichtungen mit sonstigen Schutzgasniischungen spürbare höhere Spannungsfestigkeit (Durchschlagsspannung), weil das Schutzgas keinen Anteil eines als loniesierungshüfe wirksamen Edelgases enthält. Automatisch mit dieser Erhöhung der Spannungsfestigkeit ergibt sich der weitere Vorteil, daß auch die Zahl der wegen der sogenannten Material« anderungscffekte überaus schädlichen Bogenentladungen zwischen den Kontaktgliedern spürbar abnimmt, weil die Initiierung solcher Bogenentladungen in ursächlichem Zusammenhang mit der Zündspannung steht und diese analog der gesteigerten Spannungsfestigkeit ebenfalls höher liegt. Als dominierender Vorteil des als Schutzgas verwendeten Kohlendioxvds im Zusammenhang mit der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist jedoch die Verhaltenscharakteristik dieses Schutzgases zu werten, daß es bei Temperaturen unterhalb 1200" C chemisch etwa stabil bleibt,This measure brings several significant advantages. So for now the benefits of using the used as a protective gas for encapsulated contacts per se known carbon dioxide. These advantages consist first of all in a preferred suitability for the manufacture of large series, because the protective gas in contrast to other protective gases, in particular with a predominant proportion of noble gas, is relatively cheap. Furthermore, those occurring with the already mentioned known protective gases Dosing difficulties do not exist because the protective gas only has a single gas component. Furthermore, the production of the protective gas and its filling into the contact space of the switching device can be carried out by untrained personnel while still providing a constant basis for the switching behavior can be guaranteed. Furthermore, the switching device has carbon dioxide as Inert gas a switching devices known in comparison / u with other inert gas mixtures noticeable higher dielectric strength (breakdown voltage), because the shielding gas does not have a proportion of one than Ioniesierungshüfe contains effective noble gas. Automatically with this increase in dielectric strength there is the further advantage that the number of effects due to the so-called material changes extremely harmful arc discharges between the contact members noticeably decreases because the initiation of such arc discharges is causally related to the ignition voltage and this, analogous to the increased dielectric strength, is also higher. As a dominant advantage of the carbon dioxide used as protective gas in However, the behavioral characteristic is related to the objective of the present invention to evaluate this protective gas that it remains chemically stable at temperatures below 1200 "C,

d. h. mit den im gekapselten Kontaktraum vorhandenen Werkstoffen und insbesondere mit dem Werkstoff der Kontaktglieder keine schädliche chemische Reaktion eingeht, und daß es andererseits bei Temperaturen über 1200" C, d. h. also in jedem Falle bei durch Lichtbogeneffekte erzeugten Temperaturen Sauerstoff abspaltet, welcher sich mit den Abbrandprodukten des Kontakrwerkstoffes zu elektrisch nicht leitenden oder nur sehr hochohmig leitenden Partikein verbindet. Auf diese Weise ist also innerhalb des normalerweise auftretenden Temperaturbereiches der Schalteinrichtung zwischen — 25 C bis - 100 C beispielsweise für Tropenbetrieb die absolute Gewähr dafür gegeben, daß die eingestellten Werte der Schalteinrichtung hinsichtlich des Kontaktabstandes und vor allem hinsichtlich des elektrischen Übergangswiderstandes nicht verändert werden. Andererseits bewirkt die Bildung von elektrisch nicht leitenden oder nur hochohmig leitenden Abbrandprodukten, daß unter der Einwirkung von Temperaturen über 1200 C, d. h. also bereits bei der Zündung von Glimmentladungen und in jedem Falle bei der Entstehung von Bogenentladungen oder sogenannten Plasmasäulen mit ihrer erheblich höhe-d. H. with the materials present in the encapsulated contact space and in particular with the material the contact members does not enter into any harmful chemical reaction, and that on the other hand it is at temperatures above 1200 "C, i.e. in every case at Temperatures generated by arc effects split off oxygen, which dissolves with the combustion products of the contact material to electrically non-conductive or only very high-resistance conductive particles connects. In this way, it is within the normally occurring temperature range the switching device between - 25 C to - 100 C, for example for tropical operation the absolute Guaranteed that the set values of the switching device with regard to the contact distance and above all with regard to the electrical contact resistance cannot be changed. On the other hand, the formation of electrically non-conductive or only highly resistive conductive burn-off products that under the action of temperatures above 1200 C, d. H. so already at the ignition of glow discharges and in any case with the formation of arc discharges or so-called plasma columns with their considerably higher

ren Temperatur keine galvanische überbrückung zwischen den Kontaktglicdern möglich ist. Darüber hinaus zeigt sich infolge der Umwandlung der Abbrandprodukte in elektrisch nicht leitende bzw. nur sehr hochohmig leitende Partikel der überaus vorteilhafte Effekt, daß die Abbrandprodukte sich unter elektrostatischer Wirkung gegenseitig abstoßen und letztlich aus dem Arbeitsluftspalt zwischen den Kontaktgliedern eliminiert werden. Damit scheidet auch ein Defekt der Schalteinrichtung durch Aufbau einer zwar elektrisch nicht leitenden, jedoch mechanisch störenden oder isolierenden Schicht zwischen den Kontaktgliedern automatisch aus.At higher temperatures, no galvanic bridging between the contact links is possible. Furthermore shows up as a result of the conversion of the burn-up products into electrically non-conductive or only very much High-resistance conductive particles have the extremely advantageous effect that the burn-off products are electrostatic Effect repel each other and ultimately from the working air gap between the contact members be eliminated. This also eliminates a defect in the switching device due to the construction of a electrically non-conductive, but mechanically disruptive or insulating layer between the contact members automatically off.

Daß die Verwendung von reinem Kohlendioxyd als Schutzgas in Kombination mit Kontaktwerkst often, weiche bei den genannten Temperaturen mit dem Sauerstoff des Schutzgases chemisch reagieren, nur line begrenzte Auswahl an Werkstoffen zuläßt, liegt zwar auf der Hand. Die aufgezählten zahlreichen und bedeutsamen Vorteile der verwendeten Kombination von Kohlendioxyd und Kontaktwerkstoffen der genannten Eigenschaften überwiegen jedoch diese Einschränkung in der Materialauswahl bei weitem, so daß durch die vorliegende Erfindung insgesamt ein Weg zur Schaffung einer Schalteinrich-That the use of pure carbon dioxide as a protective gas in combination with contact which react chemically with the oxygen in the protective gas at the specified temperatures, Only line allows a limited selection of materials, although it is obvious. The numerous listed and significant advantages of the combination of carbon dioxide and contact materials used of the properties mentioned, however, outweigh this limitation in the choice of material by far, so that by the present invention overall a way to create a switching device

tung mit gekapselt arbeitenden Kontaktgliedern offenbart ist, der sich unter Vermeidung der im Vorhergehenden geschilderten diversen Nachteile bekannter Schutzgaskontakte für eine Vielzahl von Schaltaufgaben bestens eignet.device is disclosed with encapsulated working contact members, avoiding the above described various disadvantages of known inert gas contacts for a variety of Ideally suited for switching tasks.

Claims

¹ Hamlet is known as Schul / gas a Mi

schung »to use noble and base gas.

Patent claim: for example, a mixture of helium with Sucker in the range between dO:> 0 to 70.30 GeSchutzgaskontakt mil in a Sehutzgasatmo-, L _nKnrozenten In such mixtures sphere effected from Kohlendiox> d (CO,), characterized 5 vucht ^ ™ _nfo, _{of his} contribution as charge carrier characterizes that for the contact links ω _s Gldk

Sphere made of carbon dioxide> d (CO,), d ^ _nfo , of _his contribution as a charge carrier

characterized that a contact material is used for the Kontaktglie- aas ω _s ^{ionization of the gas discharge path whose = cr} . . _{dn sc} haltcndcn contact members a weiunter the action of electric l.ichtbügenef- f * ~ rV transfer of the highly destructive wirfekte generated combustion products at least and ^it * 'f', _B i _a _encnt compounds into less harmful preferably in said through Licntbo- io kctuwi 5 _In addition, the proportion of

gene effects caused temperature range ^G ^'imm ™ _as f _or ensuring superiors (2> 1200 C) with the oxygen of the debris ^uned ^m ^ _ne 7s _oltage sfestigkeit between the static, carbon dioxide gas used (CO), ".the ⁵ ^ Se _n Kontaktgl.edern because the non-noble gas react chemically manner that the Abbrandpro- ™ γ f ~ onne j ^^ known "braking"-products not electrically conductive or only very high 15 ° ^ js "^ iii _Nachle _g _{sen Gasn1} i _S chüngen again that a _sorg; it proves however, is resistive conductive be ζ \ _dji.

Wrong dosage in adaptation to the one used in each case Contact materials and to the provided

₂₀ conditions regarding voltage proof. Switching behavior and service life of the switching device is necessary. This necessary exact dosage is costly »g -PJ- ^

necessary is. This g

Even electrical switchgear consists of extensive and costly conventional construction, ie switchgear with f ^^ 'Jj "^^' expensive and," ie already softened contact elements, represents the gas release, 5 of the UunrJHu "^] ^ ^ charges (glow or arc discharge ^) between ^ - ^ ^C ^ _dtnen difficulties in the herds switching electrodes caused Matcnalwandcruug Lm the _t escn ^iaer switching device with more or less severe destruction of the Kon- ^" ^ e ^ 'J ^ Said kind of tact material as far as possible a real and well-known pro with ^ hat / usei the u_ specialist literature blem. This problem becomes more ac- 30 to ^ "^ Sijd (CO. ,, pruality and becomes more differentiated when it this is also the V stepped dung \ on iv _"L switching devices whose contact members in closed ^""^" ^^ ™ Z ™ n "ccording to an inert gas atmosphere enclosed work because ^ / '^ SS'eine relatively simple