DE2321753A1 - VACUUM BREAKER - Google Patents
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- H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
- H01H33/6642—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having cup-shaped contacts, the cylindrical wall of which being provided with inclined slits to form a coil
Description
DIPL-ING. KLAUS NEUBECKERDIPL-ING. KLAUS NEUBECKER
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 94 Düsseldorf 1 Schadowplatz 9
42,454 Düsseldorf, 27. April 197342,454 Düsseldorf, April 27, 1973
Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.
Vakuum-Unte rbre ehe rVacuum lower breaker
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Vakuum-Unterbrecher, insbesondere auf die Ausgestaltung von Kontaktkörpern, wie sie in solchen Vakuum-Unterbrechern Verwendung finden.The present invention relates to a vacuum interrupter, in particular on the design of contact bodies as they are used in such vacuum interrupter Find.
In Vakuum-Unterbrechern fließt der Strom normalerweise durch zwei in einem evakuierten Gehäuse oder Kolben angeordnete Kontakte. Diese Kontakte sind im Verhältnis zueinander beweglich und werden, wenn der Strom unterbrochen werden soll, von einander entfernt. Bei dieser Entfernung der Kontakte wird dazwischen ein Lichtbogen gebildet, über den der Strom weiterhin fließen kann, bis der Lichtbogen erlischt, was bei Wechselstrom normalerweise in Verbindung mit dem ersten Nulldurchgang erfolgt, Die Kontaktfläche muß den Lichtbogen von seiner Entstehung bei der Trennung der Kontaktkörper bis zu seinem Erlöschen, wennIn vacuum interrupter, the current normally flows through two contacts arranged in an evacuated housing or piston. These contacts can move in relation to one another and are separated from each other when the power is to be interrupted. At this distance the contacts will be in between an arc is formed through which the current can continue to flow until the arc extinguishes, which is the case with alternating current normally occurs in connection with the first zero crossing, the contact surface must prevent the arc from occurring the separation of the contact body until its extinction, if
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der fließende Strom etwa den Wert Null hat, führen können. Solange der Lichtbogen bestehen bleibt, sind die Kontakte einer sehr intensiven Erhitzung ausgesetzt. Die dabei frei werdende Lichtbogenenergie führt zu einem Schmelzen, einer Erosion und allgemein zu einer Beschädigung der Kontaktflächen. Um diese Beschädigung der Kontaktflächen zu verringern, hat es sich eingebürgert, den Lichtbogen um die Kontaktflächen herumwändem zu lassen. Durch eine solche Wanderbewegung des Lichtbogens wird dafür gesorgt, daß die Menge an Metalldämpfen oder Partikeln, die durch den Lichtbogen im Rahmen des ünterbrechungsvorgangs von den Kontaktflächen her erzeugt werden, auf ein Minimum zurückgeführt wird. Eine solche Lichtbogen-Wanderbewegung wird normalerweise durch selbstinduzierte Magnetfelder hervorgerufen, wie das in den USA-Patentschriften 3 089 936 und 3 417 216 beschrieben wird.the flowing current has approximately the value zero. As long as the arc persists, the contacts are one exposed to very intense heating. The arc energy released in the process leads to melting, erosion and general damage to the contact surfaces. In order to reduce this damage to the contact surfaces, it has become common practice to to let the arc wander around the contact surfaces. Such a wandering movement of the arc will ensured that the amount of metal vapors or particles generated by the arc during the interruption process generated by the contact surfaces is reduced to a minimum. Such arc wandering will normally caused by self-induced magnetic fields as described in U.S. Patents 3,089,936 and 3,417,216 will.
einen Erfindungsgemäß ist ein Vakuum-Unterbrecher, mit einenhersten und einen zweiten Kontaktkörper, der über eine Antriebsstange im Verhältnis zu dem ersten Kontaktkörper beweglich ist, umschließenden evakuierten Isoliergehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontaktkörper einen scheibenförmigen Bereich aufweist, an den sich ein Ringabschnitt mit einer Mehrzahl Kontakt-Teilflachen anschließt, daß die Kontakt-Teilflächen an dem scheibenförmigen Bereich in einer Richtung abgestützt sind, bei der der Stromverlauf durch die Kontaktflächen senkrecht zu einem Lichtbogen zwischen den beiden Kontaktkörpern erfolgt, und daß der zweite Kontaktkörper ein Spiegelbild des ersten Kontakt-According to the invention is a vacuum interrupter, with a herst and a second contact body which is movable relative to the first contact body via a drive rod evacuated insulating housing, characterized in that the first contact body has a disk-shaped area, to which a ring section with a plurality of partial contact surfaces is attached adjoins that the contact partial surfaces are supported on the disk-shaped area in one direction, at which is the flow of current through the contact surfaces perpendicular to one Arc takes place between the two contact bodies, and that the second contact body is a mirror image of the first contact
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körpers ist.body is.
Vorzugsweise sind die Kontaktkörper des Vakuum-Unterbrechers so gestaltet, daß das maximale Selbstinduktions-Magnetfeld entsteht, um eine wirksame Lichtbogen-Wanderbewegung hervorzurufen. Wird ein Magnetfeld vorgesehen,' das sich über den Lichtbogen erstreckt, und verläuft eine Komponente dieses Magnetfelds in einer Richtung senkrecht zur Richtung des in den Lichtbogen fließenden Stroms, so wandert der Lichtbogen in einer dritten Richtung weiter. Die Richtung, in der der Lichtbogen wandert, verläuft senkrecht zur Richtung des Stromflusses in dem Lichtbogen und senkrecht zu der Magnetfeldkomponente, die mit dem Stromfluß in dem Lichtbogen einen rechten Winkel einschließt. In einem Selbstinduktions-Magnetfeld rufen gerade parallele Schienen, in die der Strom am einen Ende eintritt, um sie durch das gegenüberliegende Ende wieder zu verlassen, die stärkste Asymmetrie in der Verteilung des Magnetfeldes und damit das größte Magnetfeld hervor, um einen Lichtbogen in einer speziellen vorgegebenen Richtung anzutreiben. Der Kontaktaufbau gemäß der vorliegenden Erfindung ist so ausgelegt, daß die Stromführungsbahn durch die Kontakte annährend geraden parallelen Schienen entspricht, um die wirksamste Lichtbogen-Verschiebung zu erhalten.The contact bodies of the vacuum interrupter are preferably designed in such a way that the maximum self-induction magnetic field is created, to produce effective arc migration. A magnetic field is provided, which is spread over the arc extends, and a component of this magnetic field is in a direction perpendicular to the direction of the in the arc When the current flows, the arc travels in a third Direction further. The direction in which the arc travels is perpendicular to the direction in which the current flows in the arc and perpendicular to the magnetic field component which forms a right angle with the flow of current in the arc. In a self-induced magnetic field, straight parallel rails, into which the current enters at one end, call through them to leave the opposite end again, the strongest asymmetry in the distribution of the magnetic field and thus that largest magnetic field to drive an arc in a specific predetermined direction. Establishing contact according to the present invention is designed so that the current conducting path through the contacts is approximately straight parallel rails to obtain the most effective arc displacement.
Einer der Vorzüge der vorliegenden Erfindung geht auf den Verlauf des Stroms durch die Kontakte, der annährfend wie bei geraden parallelen Schienen erfolgt, zurück. Die beschriebenenOne of the advantages of the present invention relates to the flow of current through the contacts, which is similar to that in straight parallel rails done, back. The described
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Ausführungsformen der Erfindung machen in sehr effektiver Weise von dem Selbstinduktions-Magnetfeld Gebrauch, in-dem der Lichtbogen über die Kontaktfläche hinwegbewegt und dadurch die Lichtbogenenergie über die gesamte Kontaktfläche verteilt wird.Embodiments of the invention make very effective use of the self-induction magnetic field in which the Arc moves over the contact surface and thereby the arc energy is distributed over the entire contact surface.
Zweckmäßigerweise können entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung zwei im Verhältnis zueinander bewegliche tassen-Appropriately, according to one embodiment the invention two in relation to each other movable cup
sein förmige Kontaktkörper in einem Vakuum-Unterbrecher angeordnet«^ wobei die Kontaktkörper aufeinander abgestimmte ringförmige rückenartige Erhebungen haben, die in eine Mehrzahl Kontakt-Teilflächen unterteilt sind. Die Kontakt-Teilflächen sind so ausgebildet, daß sie parallelen Schienen nahekommen und damit eine maximale Asymmetrie in der Magnetfeld-Verteilung und dementsprechend eine rasche Lichtbogen-Weiterbewegung erzeugen. Der Lichtbogen verläuft axial zu den Kontakten, und die Strombahn in den Kontaktflächen verläuft im wesentlichen senkrecht zu dem Lichtbogen, so daß es zu einer besonders intensiven Lichtbogenverschiebung kommt. Strom, -der in den Kontaktflächen senkrecht zum Lichtbogen fließt, erzeugt ein intensives Magnetfeld auf einer Seite des Lichtbogens, das den Lichtbogen rasch um die ringförmige rückenartige Kontakterhebung herum zu bewegen sucht.its shaped contact body arranged in a vacuum interrupter «^ wherein the contact bodies have mutually coordinated annular back-like elevations, which in a plurality of contact partial surfaces are divided. The contact sub-surfaces are designed so that they come close to parallel rails and thus generate a maximum asymmetry in the magnetic field distribution and accordingly a rapid arc advancement. The arc runs axially to the contacts and the current path in the contact surfaces runs essentially perpendicularly to the arc, so that there is a particularly intense arc displacement. Current in the contact areas Flowing perpendicular to the arc, creates an intense magnetic field on one side of the arc that causes the arc to move rapidly seeks to move around the annular back-like contact bump.
Entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung sind die Kontaktkörper geeigneterweise tassenförmig ausgebildet, wobei eine nach innen zeigende Lippe einen Ring bildet, der die Kontaktfläche darstellt. Der Ring ist eingeschlitzt, soAccording to a second embodiment of the invention the contact bodies are suitably cup-shaped, with an inwardly pointing lip forming a ring which represents the contact area. The ring is slit like that
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daß er in eine Mehrzahl Kontaktflächen unterteilt wird. Die Schlitze sind geneigt, so daß der Lichtbogen in einer kombinierten azimuthalen und tradial einwärtigen Richtung angetrieben wird. Die Neigungswinkel der in den Ring eingeschnittenen Schlitze und das Maß, um das die Lippe des Tassenkörpers radial einwärts vorspringt, sind Faktoren, die dazu verwendet werden können, die Winkelgeschwindigkeit des Lichtbogens und seine radiale Lage zu bestimmen. Der Lichtbogen wird so einwärts getrieben und dreht sich rasch um den inneren Umfang der ringförmigen Kontaktfläche, bis er erlischt. Das Drängen des Lichtbogens in einwärtiger Richtung bildet ein sehr wichtiges Merkmal, da sich experimentell finden ließ, daß üblicherweise Grenzen bezüglich der Stromflußunterbrechung erreicht werden, wenn der Lichtbogen mit der Abschirmung zusammenwirkt. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung neigt dazu, den Lichtbogen zum inneren Elektrodenraum hin zu begrenzen und damit den Lichtbogen daran zu hindern, mit der Lichtbogen-Abschirmung zusammenzuwirken. Durch diese Eingrenzung des Lichtbogens können das Volumen des Unterbrechers wirksamer ausgenutzt und der radiale Abstand, der die Kontakte und die Hauptabschirmung voneinander trennt, verringert werden.that it is divided into a plurality of contact areas. The slots are inclined so that the arc is in one combined azimuthal and tradial inward direction is driven. The angle of inclination of the slots cut in the ring and the amount by which the lip of the cup body Projecting radially inward are factors that can be used to adjust the angular velocity of the arc and to determine its radial position. The arc is thus driven inwards and rapidly rotates around the inner one Circumference of the annular contact surface until it goes out. Forcing the arc inward forms a very important feature, since it has been found experimentally that there are usually limits with regard to the interruption of the current flow can be achieved when the arc interacts with the shield. This embodiment of the present invention tends to direct the arc towards the inner electrode space limit and thus prevent the arc from interacting with the arc shield. Through this limitation of the arc, the volume of the interrupter and the radial distance between the contacts can be used more effectively and separates the main shield from each other.
Entsprechend einer bevorzugten dritten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Kontaktflächen in Abständen um eine scheibenförmige Elektrode herum angeordnet, wobei jede dieser Kontaktflächen einwärts und in Umfangsrichtung der scheibenförmigen Elektrode ausgerichtet ist. Ein Teil jeder Kontakt-According to a preferred third embodiment of the In accordance with the invention, a plurality of contact surfaces are arranged at intervals around a disk-shaped electrode, each of these Contact surfaces is aligned inward and in the circumferential direction of the disk-shaped electrode. Part of every contact
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fläche ist starr an die scheibenförmige Elektrode angeschlossen, während der Teil jeder Kontaktfläche, der nicht an die scheibenförmige Elektrode angeschlossen ist, von der scheibenförmigen Elektrode um einen kleinen Betrag getrennt ist. Die Kontakte sind in dem Vakuum-Unterbrecher so angeordnet, daß sie einander "ansehen" , so daß bei Trennung der Elektroden die Kontaktflächen geraden parallelen.Schienen nahekommen. Wenn die Kontakte bei einer Stromkreisunterbrechung voneinander getrennt werden, so wird zwischen ihnen ein Lichtbogen gebildet, und durch die Kontaktflächen fließender Strom verläuft senkrecht zu dem Lichtbogen, so daß der Lichtbogen rasch in Einwärtsrichtung und um den inneren Umfang des von den Kontaktflächen gebildeten Ringes bewegt wird.surface is rigidly connected to the disk-shaped electrode, while the part of each contact surface that does not adhere to the disk-shaped Electrode is connected, is separated from the disk-shaped electrode by a small amount. The contacts are arranged in the vacuum interrupter so that they "look" at each other so that when the electrodes are separated, the contact surfaces straight parallel rails. If the contacts are separated from each other in the event of an interruption in the circuit, so an arc is formed between them, and current flowing through the contact surfaces is perpendicular to the arc, so that the arc rapidly moves inward and around the inner circumference of the ring formed by the contact surfaces is moved.
Alle Ausftyhrungsformen der Erfindung können so ausgelegt werden r daß eine kleine Relativ-Verschiebung zwischen den Kontaktflächen erfolgt, wenn die Kontakte geschlossen sind, um so die Anzahl der Kontaktstellen zu erhöhen und dadurch den Kontaktwiderstand zu verringern. Die Festigkeit der Kontaktflächen kann durch Veränderung der Wandstärke, der Neigungswinkel, der Schlitze oder aber der Schlitzabstände bestimmt werden.All Ausftyhrungsformen of the invention can be designed so that a small r relative displacement occurs between the contact surfaces when the contacts are closed, so as to increase the number of contact points, thereby reducing the contact resistance. The strength of the contact surfaces can be determined by changing the wall thickness, the angle of inclination, the slots or the slot spacing.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is explained below on the basis of exemplary embodiments explained in connection with the accompanying drawing. In the drawing show:
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Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Vakuum-Unterbrecher mit einem Kontaktaufbau entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung;Fig. 1 shows a longitudinal section through a vacuum interrupter with a contact structure accordingly an embodiment of the invention;
Fig. 2 in vergrößertem Maßstab eine Draufsicht auf den Kontaktaufbau der Fig. 1;FIG. 2, on an enlarged scale, a plan view of the contact structure of FIG. 1;
Fig. 3 eine Seitenansicht des Kontaktaufbaues nach Fig. 2;Fig. 3 is a side view of the contact structure of Fig. 2;
Fig. 4 einen Querschnitt durch Fig. 2 längs der Linie IV - IV;FIG. 4 shows a cross section through FIG. 2 along the line IV - IV; FIG.
Fig. 5 ein Paar Kontakte gemäß Fig. 2, die einander wie bei der Anordnung in dem Vakuum-Unterbrecher gegenüber „,liegen, siehe Fig. 1;Fig. 5 shows a pair of contacts according to FIG. 2, which are mutually like in the arrangement in the vacuum interrupter opposite ", lie, see Fig. 1;
Fig. 6 eine Seitenansicht eines Kontaktaufbaues entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;6 is a side view of a contact structure according to a second embodiment of FIG Invention;
Fig. 7 eine Draufsicht auf den Kontaktaufbau nach Fig. 6;Fig. 7 is a plan view of the contact structure of Fig. 6;
Fig, 8 einen Querschnitt durch Fig, 7 längs der Linie VIII - VIII;FIG. 8 shows a cross section through FIG. 7 along the line VIII - VIII;
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-s--s-
Fig. 9 ein Paar Kontakte mit Fig. 6 entsprechendem Aufbau, die einander wie bei der Anordnung in dem Vakuum-Unterbrecher gegenüber liegen;FIG. 9 shows a pair of contacts with a structure corresponding to FIG. 6, which are mutually similar to the arrangement face in the vacuum interrupter;
Fig. 10 eine Seitenansicht eines Kontaktaufbaues entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung;10 is a side view of a contact structure according to a third embodiment of FIG Invention;
Fig. 11 eine Draufsicht auf den Kontaktaufbau der Fig. 10;Fig. 11 is a plan view of the contact structure of Fig. 10;
Fig. 12 einen Horizontalschnitt durch Fig. 10 längs der Linie XII - XII; undFIG. 12 shows a horizontal section through FIG. 10 along the line XII-XII; and
Fig. 13 eine Seitenansicht eines Paares Kontakte mit Fig, 10 entsprechendem Aufbau, die einander wie bei der Anordnung in einem Vakuum-Unterbrecher gegenüberliegen.13 is a side view of a pair of contacts with a structure corresponding to FIG as in the case of the arrangement in a vacuum interrupter.
Im einzelnen zeigt Fig, 1 einen Vakuum-Unterbrecher 16 mit einem evakuierten röhrenförmigen Mantel 18 aus Glas oder Keramik und zwei metallischen Endkappen 20 und 22, die die Enden des isolierenden Mantels 18 abschließen. Zwischen den Endkappen 20 und einerseits und dem isolierenden Mantel 18 andererseits sind Dichtungen 24 vorgesehen, um das Innere des isolierenden MantelsIn detail, Fig, 1 shows a vacuum interrupter 16 with a evacuated tubular jacket 18 made of glass or ceramic and two metal end caps 20 and 22 which cover the ends of the insulating Complete jacket 18. Between the end caps 20 and on the one hand and the insulating jacket 18 on the other hand there are seals 24 provided to the inside of the insulating jacket
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vakuumdicht zu machen. Der Druck innerhalb des Mantels 18 istto make vacuum-tight. The pressure inside the jacket 18 is
-4 unter normalen Arbeitsbedingungen niedriger als 10 Torr, um sicherzustellen, daß die mittlere freie Weglänge der Elektronen größer als der Potential-Durchbruchsweg innerhalb des Mantels ist.-4 under normal working conditions lower than 10 Torr to ensure that the mean free path of the electrons is greater than the potential breakdown path within the jacket.
In dem isolierenden Mantel 18 sind zwei im Verhältnis zueinander bewegliche Kontaktkörper 26 und 28 angeordnet, die in Fig. 1 in ihrer geöffneten Stellung wiedergegeben sind. Wenn die Kontaktkörper 26 und 28 getrennt werden, schließen sie zwischen sich einen Lichtbogenspalt 30 ein. Der obere Kontaktkörper 26 ist stationär an einer leitenden Stange 32, beispielsweise durch Schweißung oder Hartlötung, befestigt. Die leitende Stange 32 ist starr mit der stationären Endkappe 20, beispielsweise durch Schweißung oder Hartlötung, verbunden. Der untere Kontaktkörper 28 ist beweglich ausgebildet und mit einer leitenden Antriebsstange 34, beispielsweise durch Schweißung oder Hartlötung, verbunden. Die Antriebsstange 34 ist in Richtung der Längsachse des Mantels 18 längsverschieblich gelagert. Die Antriebsstange 34 ragt durch eine öffnung 36 in der Endkappe 22, wie das in Fig. 1 gezeigt ist. Zwischen die gegenüberliegenden Enden der Antriebsstaiige 34 einerseits und der öffnung 36 der Endkappe 22 andererseits ist ein metallener Faltenbalg 38 geschaltet. Der flexible metallische Faltenbalg 38 sorgt für eine Dichtung um die Antriebs.-stange 34, so daß die Antriebsstange 34 verschoben werden kann,In the insulating jacket 18 are two in relation to each other movable contact bodies 26 and 28 arranged, which are shown in Fig. 1 in their open position. When the contact body 26 and 28 are separated, they include an arc gap 30 between them. The upper contact body 26 is stationarily attached to a conductive rod 32, such as by welding or brazing. The conductive rod 32 is rigidly connected to the stationary end cap 20, for example by welding or brazing. The lower contact body 28 is designed to be movable and is connected to a conductive drive rod 34, for example by welding or brazing. The drive rod 34 is in the direction of the longitudinal axis of the Shell 18 mounted longitudinally displaceable. The drive rod 34 protrudes through an opening 36 in the end cap 22, like that in FIG. 1 is shown. Between the opposite ends of the drive rods 34 on the one hand and the opening 36 of the end cap 22 on the other hand, a metal bellows 38 is connected. The flexible one metallic bellows 38 provides a seal around the drive rod 34 so that the drive rod 34 can be moved
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ohne daß das Vakuum innerhalb des evakuierten Mantels 18 beeinträchtigt wird.without affecting the vacuum within the evacuated jacket 18 will.
Mit dem unteren Ende der Antriebsstange 34 ist eine geeignete Betätigungseinrichtung (nicht dargestellt) gekoppelt, um den beweglichen Kontaktkörper 28 in Aufwärtsrichtung in Eingriff mit dem stationären Kontaktkörper 26 zu bringen und den Unterbrecher 16 so zu schließen. Die geschlossene Stellung des beweglichen Kontaktkörpers 28 ist mit der gestrichelten Linie 29 angedeutet. Die Betätigungseinrichtung ist gleichfalls in der Lage, den beweglichen Kontaktkörper 28 bei der öffnung des Unterbrechers in seine geöffnete Stellung zu ziehen. Bei öffnung des Unterbrechers wird der vorerwähnte Lichtbogenspalt 30 zwischen den beiden Kontaktkörpern 26 und 28 gebildet, der bei voller öffnung eine Breite von etwa 12 mm hat.With the lower end of the drive rod 34 is a suitable actuator (not shown) coupled to the movable contact body 28 in the upward direction in engagement with the Bring stationary contact body 26 and the interrupter 16 to close. The closed position of the movable contact body 28 is indicated by the dashed line 29. The actuator is also able to move the To pull the contact body 28 into its open position when the interrupter is opened. When the breaker is opened the aforementioned arc gap 30 is formed between the two contact bodies 26 and 28, which when fully opened is one width of about 12 mm.
Werden die Kontaktkörper 26 und 28 bei der Stromunterbrechung voneinander getrennt, so wird in dem Lichtbogenspalt 30 zwischen den Kontaktkörpern 26 und 28 ein Lichtbogen gebildet. Dieser Lichtbogen führt zu einer Verdampfung eines Teils des Kontaktkörpermaterials, und die dabei entstehenden Dämpfe bzw. freigesetzten Partikel gelangen von dem Lichtbogenspalt 30 aus zu dem isolierenden Mantel 18, Die inneren Isolierflächen des Mantels werden gegenüber einer Kondensation dieser durch Lichtbogenbildung ausgelösten Metalldämpfe und Partikel mittels einer rohrförmigen metallischen Abschirmung 40 geschützt, die in geeigneterIf the contact bodies 26 and 28 are separated from one another when the current is interrupted, in the arc gap 30 between the contact bodies 26 and 28 formed an arc. This arc leads to an evaporation of part of the contact body material, and the resulting vapors or released particles get from the arc gap 30 to the insulating jacket 18, The inner insulating surfaces of the jacket against condensation of these metal vapors and particles caused by arcing by means of a tubular metallic shield 40 protected in the appropriate
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Weise an dem Mantel 18 abgestützt ist und vorzugsweise gegenüber den beiden Endkappen 20 und 22 elektrisch isoliert ist. Die Abschirmung 40 dient dazu, durch Lichtbogenbildung ausgelöste Me-. talldämpfe und Partikel abzufangen und zur Kondensation zu bringen, ehe diese den isolierenden Mantel 13 erreichen können. Um die Wahrscheinlichkeit, daß der Dampf bzw. die Partikel den Mantel 18 durch Umgehung der Abschirmung 40 erreichen, weiter zu verringern, sind zwei Endabschirmungen 42 und 44 an den gegenüberliegenden Enden der zentralen Haupt-Ab schirmung 40 angeordnet. Die Geschwindigkeit, mit der die bei der Lichtbogenbildung hervorgerufenen Dämpfe abgeleitet werden, bestimmt den eingeschwungenen, stetigen Betriebszustand bei der Lichtbogenbildung sowie die Regenerierfähigkeit des Unterbrechers. Wird der Dampf nicht rasch abgeleitet, so können hohe Spannungsüberschwingungen eine erneute Zündung des Lichtbogens auslösen, nachdem dieser zum Erlöschen gebracht wurde, so daß es zu .einem Ausfall oder einer Störung des Unterbrechers 16 kommt. Der mit der Haupt-Abschirmung 40 zusammenwirkende Lichtbogen, durch dessen Anwesenheit ein Loch durch die Abschirmung 40 geschmolzen werden kann, bildet die Ursache vieler Störungen, wie sie in Vakuum-Unterbrechern entsprechend dem Vakuum-Unterbrecher 16 nach Fig. 1 beobachtet werden können.Way is supported on the jacket 18 and is preferably electrically isolated from the two end caps 20 and 22. The shield 40 is used to measure triggered by arcing. intercept tall vapors and particles and condense them before they can reach the insulating jacket 13. The likelihood that the vapor or the particles reach the jacket 18 by bypassing the shield 40, to further reduce, two end shields 42 and 44 at the opposite ends of the central main-Ab shielding 40 is arranged. The speed at which the vapors caused by the arc formation are discharged determines the steady, steady operating state during the arc formation and the ability of the interrupter to regenerate. If the vapor is not discharged quickly, high voltage overshoots can trigger a renewed ignition of the arc after it has been extinguished, so that the breaker 16 fails or malfunctions. The arc cooperating with the main shield 40, the presence of which can melt a hole through the shield 40, forms the cause of many faults as can be observed in vacuum interrupter according to the vacuum interrupter 16 of FIG.
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Mit Fig. 2, 3 und 4 ist ein Kontaktkörper 28 wiedergegeben, der einen im wesentlichen napf- oder tassenförmigen Aufbau hat, wobei eine nach innen gerichtete Lippe 47 einen Kontaktring 46 bildet. Der Kontaktring 46 liegt in einer Ebene, die senkrecht zu den Seiten oder der Außenwandung 48 des tassenförmigen Kontaktkörpers 28 ausgerichtet ist. Der Kontaktring 46 ist in mehrere Kontakt-Teilflächen 50 unterteilt. Die Kontakt-Teilflächen 5o werden gebildet, indem Schlitze 52 durch die nach innen gerichtete Lippe 47 und die Außenwandung 48 des tassenförmigen Kontaktkörpers 28 geschnitten werden. Die Schlitze 52 können auch vollständig durch den napfförmigen Kontaktkörper 28 geschnitten sein. Das heißt, die Schlitze 52 können auch bis zum Bodenbereich des tassenförmigen Kontaktkörpers 28 durchgehen (Fig. 4).With Fig. 2, 3 and 4, a contact body 28 is shown, which has a substantially cup-shaped or cup-shaped structure, wherein an inwardly directed lip 47 forms a contact ring 46. The contact ring 46 lies in a plane that is perpendicular to the Sides or the outer wall 48 of the cup-shaped contact body 28 is aligned. The contact ring 46 is in several contact surfaces 50 divided. The contact patches 5o are formed by having slots 52 through the inwardly facing lip 47 and the outer wall 48 of the cup-shaped contact body 28 are cut. The slots 52 can also go all the way through the cup-shaped contact body 28 be cut. This means, the slots 52 can also extend to the bottom area of the cup-shaped contact body 28 (FIG. 4).
Der Kontaktkörper 28 weist so eine Mehrzahl Kontakt-Teilflächen auf, die senkrecht zu der Außenwandung 48 des Kontaktkörpers 28 ausgerichtet sind. Die in dem Kontaktkörper 28 vorgesehenen Schlitze 52 sind so geneigt, daß die Kontakt-Teilflächen 50 teilweise in Umfangs- oder Azimutrichtung zeigen. Dadurch wird jeder Lichtbogen 54, wie er in Fig. 5 angedeutet ist, der sich zwischen den Kontaktkörpern 26 und 28 ausbildet, wenn diese bei Stromabschaltung voneinander getrennt werden r sowohl in Azimut(Umfangs)-Richtung und in einer Richtung nach radial innen getrieben. Das führt dazu, daß der Lichtbogen 54 zu dem inneren Lichtbogenspalt 30 hin eingegrenzt und dadurch daran gehindert wird, mit der Abschirmung zusammenzuwirken,The contact body 28 thus has a plurality of partial contact surfaces which are oriented perpendicular to the outer wall 48 of the contact body 28. The slots 52 provided in the contact body 28 are inclined in such a way that the partial contact surfaces 50 partially point in the circumferential or azimuth direction. As a result, each arc 54, as indicated in Fig. 5, which is formed between the contact bodies 26 and 28 when they are separated from each other during a power shutdown driven r both in azimuth (circumferential) direction and in a direction radially inward. This results in the arc 54 being confined to the inner arc gap 30 and thereby prevented from interacting with the shield,
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Der Neigungswinkel der Schlitze 52 und der Grad, in dem der Kontaktring 46 nach radial innen vorspringt, sind Faktoren, die dazu ausgewertet v/erden können, die Winkelgeschwindigkeit und die radiale Lage des Lichtbogens 54 zu bestimmen«, Es sei darauf hingev/iesen, daß die Schlitze 52 im Kontaktkörper 26 entgegengesetzt zu den Schlitzen im Kontaktkörper 28 verlaufen, so daß bei Anordnung der Kontaktkörper 26 und 28 in einem Vakuum-Unterbrecher 16 in gegenüberliegender Zuordnung entsprechend Fig. 5 die Schlitze 52 den Lichtbogen in der gleichen Richtung zu verschieben suchen.The angle of inclination of the slots 52 and the degree to which the contact ring 46 protruding radially inward are factors that can be evaluated for this purpose, the angular velocity and the radial To determine the position of the arc 54 that the slots 52 in the contact body 26 run opposite the slots in the contact body 28, so that when arranged the contact bodies 26 and 28 in a vacuum interrupter 16 in the opposite assignment as shown in FIG. 5, the slots 52 seek to move the arc in the same direction.
Die Kontaktkörper 26 und 28 sind so angeordnet, daß die Kontakt-Teilflächen 50 einander gegenüberliegen und geraden parallelen Schienen nahekommen, so daß die größte Asymmetrie in der Magnetfeldverteilung und damit die größte Magnetkraft erzeugt wird, um den Bogen in einer bestimmten vorgegebenen Richtung zu treiben. Der Strompfad in dem Kontaktkörper 28 verläuft in Aufwärtsrichtung über die Kontakt-Außenwandung 48 und durch eine der Kontakt-Teilflächen 50 zu dem Lichtbogen 54, so daß der Strompfad in der Kontakt-Teilfläche 50 im wesentlichen einen rechten Winkel mit der Längsachse des Lichtbogens 54 bildet. Wenn bei Stromunterbrechung ein Lichtbogen zwischen den Kontaktkörpern 26 und 23 gebildet wird, so wird der Lichtbogen einwärts getrieben und rasch längs der inneren ümfangskante 58 des Kontaktrings 46 gedreht, bis er erlischt, was bei einem Wechselstromkreis annähernd bei dem ersten Strom-Nulldurchgang erfolgt.The contact bodies 26 and 28 are arranged so that the contact partial surfaces 50 are opposite to each other and come close to straight parallel rails, so that the greatest asymmetry in the magnetic field distribution and so that the greatest magnetic force is generated to drive the sheet in a certain predetermined direction. The current path in the contact body 28 runs in the upward direction Via the contact outer wall 48 and through one of the contact sub-surfaces 50 to the arc 54, so that the current path in the Contact partial surface 50 essentially forms a right angle with the longitudinal axis of the arc 54. If in the event of a power failure an arc is formed between the contact bodies 26 and 23, the arc is driven inward and rotated rapidly along the inner circumferential edge 58 of the contact ring 46, until it goes out, which in an AC circuit occurs approximately at the first current zero crossing.
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Mit Fig. 6,7,8 und 9 ist ein Kontaktkörper 60 wiedergegeben, der eine zweite Ausfuhrungsform der Erfindung veranschaulicht. Der Kontaktkörper 60 ist im wesentlichen wiederum napf- oder tassenförmig ausgebildet und mit einer ringförmigen KontaktflacheA contact body 60 is shown with FIGS. 6, 7, 8 and 9, which illustrates a second embodiment of the invention. The contact body 60 is again essentially cup-shaped or cup-shaped and has an annular contact surface
63 versehen, die in mehrere Kontakt-Teilflächen 64 unterteilt ist. Die Wandungen 66 des Kontaktkörpers 60 sind so ausgebildet, daß bei der Stromkreisunterbrechung zu dem Lichtbogen 54 hin fließender Strom durch die Kontakt-Flächen 64 senkrecht zur Achse des Lichtbogens" 54 verlaufen muß. Der Strom zu den Kontakt-Teilflächen63 is provided, which is divided into several contact sub-areas 64. The walls 66 of the contact body 60 are designed in such a way that, when the circuit is interrupted, more fluid flows towards the arc 54 Current through the contact surfaces 64 must run perpendicular to the axis of the arc "54. The current to the contact sub-surfaces
64 verläuft durch einen Abschnitt 63 mit verringertem Querschnitt, so daß der in den Kontakt-Teilflächen 64 fließende Strom im wesentlichen unter einem rechten Winkel zu dem Lichtbogen 54 verläuft. Wie mit Fig. 9 gezeigt, ist der Gegen-Kontaktkörper 62 ein Spiegelbild des Kontaktkörpers 60. Die Kontaktkörper 60 und 62 sind in einem Vakuum-Unterbrecher 16 so angeordnet, daß die Kontäkt-Teilflachen 64 parallelen Schienen nahekommen, und bei der Stromunterbrechung wird der Lichtbogen 54 rasch längs der ringförmigen Kontaktfläche 63 in der mit dem Pfeil 65 angedeuteten Richtung getrieben, bis er erloschen ist. Strom zu dem Lichtbogen 54 muß während des Hauptteils der Lichtbogen-Verschiebung durch die Kontakt-TeilfKchen 64 unter einem im wesentlichen rechten Winkel zur Achse des Lichtbogens 54 fließen, um eine größere Asymmetrie in der Magnetfeldverteilung und daher ein größeres Magnetfeld zu erzeugen, mit dessen Hilfe der Lichtbogen in einer definierteren oder einer bestimmteren Richtung als bei Kontaktkörperausführungen nach dem Stand der Technik getrieben werden kann.64 runs through a section 63 with a reduced cross-section, so that the current flowing in the contact sub-surfaces 64 is substantially at a right angle to the arc 54. As shown in FIG. 9, the counter contact body 62 is a mirror image of the contact body 60. The contact bodies 60 and 62 are arranged in a vacuum interrupter 16 so that the contact partial surfaces 64 come close to parallel rails, and when the power is interrupted, the arc 54 quickly becomes along the annular Contact surface 63 driven in the direction indicated by arrow 65 until it has gone out. Power to the arc 54 must be during most of the arc displacement through the contact particles 64 at a substantially right angle to the axis of the arc 54 to provide greater asymmetry in the magnetic field distribution and therefore to generate a larger magnetic field, with the help of which the arc in a more defined or a more specific direction than with contact body designs can be driven according to the state of the art.
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Mit Fig. 10, 11, 12 und 13 ist ein Kontaktkörper 72 als dritte Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben. Der KontaktkörperWith Figs. 10, 11, 12 and 13, a contact body 72 is the third Embodiment of the invention reproduced. The contact body
72 weist einen scheibenförmigen Bereich 73 mit Kontaktflächen 76 auf, die an Stellen 78 längs des äußeren ümfangs des schein benförmigen Bereichs 73 angeschlossen sind. Die Kontakt-Teilflächen 76 können integral mit dem scheibenförmigen Bereich 73 ausgebildet oder in geeigneter Weise an den scheibenförmigen Bereich 72 has a disk-shaped area 73 with contact surfaces 76 at points 78 along the outer circumference of the bill ben-shaped area 73 are connected. The contact faces 76 can be formed integrally with the disk-shaped region 73 or in a suitable manner on the disk-shaped region
73 angesetzt sein, beispielsweise durch Schweißung oder Hartlötung. Außerhalb der Stellen 78 sind die Kontakt-Teilflächen 76 von der angrenzenden Oberfläche des scheibenförmigen Bereiches 73 durch einen schmalen Spalt getrennt. Die Kontakt-Teilflächen 76 zeigen etwa nach radial innen und in Umfangsrichtung.73 be attached, for example by welding or brazing. Outside the locations 78 are the contact sub-surfaces 76 of the adjacent surface of the disk-shaped area 73 separated by a narrow gap. The contact sub-surfaces 76 point approximately radially inward and in the circumferential direction.
Der mit Fig. 13 gezeigte Gegen-Kontaktkörper 74 ist ein Spiegelbil-. des Kontaktkörpers 72 in bezug auf eine senkrecht zur Längsachse der Antriebsstange 34 und der stationären Stange 32 mittig zwischen den Kontaktkörpern 72 und 74 verlaufende Ebene. Bei der Stromkreisunterbrechung bildet sich wieder ein Lichtbogen 54, der rasch nach innen und längs der Innenkante 80 der Kontakt-Teilflächen 76 getrieben wird. Die Kontaktflächen 76 verlaufen in einer zu der Oberseite des scheibenförmigen Bereiches 73 parallelen Ebene. Wie mit Fig, 13 gezeigt, "sehen" die Kontakt-Teilflächen der Kontaktkörper 72 und 74 "einander an", so daß sie geraden parallelen Schienen nahekommen. Durch die Kontakt-Teilflächen 76 zu dem Lichtbogen 54 fließender Strom fließt unter rechten Winkeln zu dem Lichtbogen 54, so daß die größteThe counter-contact body 74 shown with FIG. 13 is a mirror image. of the contact body 72 with respect to a center perpendicular to the longitudinal axis of the drive rod 34 and the stationary rod 32 between the contact bodies 72 and 74 running plane. When the circuit is interrupted, an arc 54 is formed again, which is rapidly driven inward and along the inner edge 80 of the contact patches 76. The contact surfaces 76 run in a plane parallel to the top of the disk-shaped area 73. As shown in Figure 13, the contact patches "see" the contact bodies 72 and 74 "touch" each other so that they approximate straight parallel rails. Through the contact patches 76 current flowing to the arc 54 flows at right angles to the arc 54 so that the largest
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~ 16 -~ 16 -
Asymmetrie oder Ungleichmäßigkeit in der Selbstinduktions- ?lagnetf eldverteilung erzeugt und daher der Lichtbogen in besonders wirksamer Weise in einer bestimmten Richtung weiterbewegt wird. Der Lichtbogen 54 wird so um die Kontaktkörper 72 und 74 herum in der mit dem Pfeil 65 angedeuteten Richtung verschoben. Der Aufbau des Kontaktkörpers 72 führt dazu, daß der Lichtbogen resultierend in einer Azimut(Umfangs)-Richtung und einer Richtung nach radial innen angetrieben wird. Der Lichtbogen 54 wird allgemein auf den inneren Lichtbogenspalt 30 begrenzt und so daran gehindert, mit der Haupt-Abschirmung 40 zusammenzuwirken; das ist sehr wichtig, v/eil sich experimentell bestimmen ließ, daß Grenzen hinsichtlich der Möglichkeit, den Strom zu unterbrechen, erreicht werden, wenn der Lichtbogen 54 mit der Abschirmung 40 zusammenwirkt. In den meisten Fällen wird dabei ein Loch in die Abschirmung 40 geschmolzen, so daß der Unterbrecher 16 ausfällt. Durch eine teilweise Eingrenzung des Lichtbogens, wie sie die vorliegende Ausfuhrungsform mit sich bringt, kann das Volumen des Unterbrechers wirkungsvoller ausgenutzt werden. Der radiale Abstand, der die Kontaktkörper 72 und 74 von der Lichtbogen-Abschirmung trennt, kann so eine Verringerung erfahren. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind die Kontakt-Teilflächen 76 untereinander durch Schlitze S4 und von dem scheibenförmigen Bereich 73 des Kontaktkörpers 72 durch die schmalen Spalte 86 getrennt. Die Ausgestaltung der Schlitze 84 bzw. Spalte 86 und das Maß, in den die Kontakt-Teilflächen 76 zum Zentrum desAsymmetry or unevenness in self-induction ? magnetic field generated and therefore the arc is moved in a particular direction in a particularly effective manner. The arc 54 is thus shifted around the contact bodies 72 and 74 in the direction indicated by the arrow 65. The structure of the contact body 72 results in the arc being driven in an azimuth (circumferential) direction and a radially inward direction. The arc 54 is generally confined to the internal arc gap 30 and thus prevented from interacting with the main shield 40; this is very important because it has been determined experimentally that limits on the ability to interrupt the current will be reached when the arc 54 interacts with the shield 40. In most cases, a hole will be melted in the shield 40 so that the breaker 16 fails. By partially delimiting the arc, as brought about by the present embodiment, the volume of the interrupter can be used more effectively. The radial distance separating the contact bodies 72 and 74 from the arc shield can thus be reduced. In this embodiment of the invention, the partial contact surfaces 76 are separated from one another by slots S4 and from the disk-shaped area 73 of the contact body 72 by the narrow gaps 86. The design of the slots 84 or column 86 and the extent to which the contact sub-surfaces 76 to the center of the
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scheibenförmigen Bereiches 73hin über die Anschluß-Stellen 78 hinausragen, sind Faktoren, mit deren Hilfe die Winkelgeschwindigkeit des Lichtbogens 54 und seine radial innere Lage bestimmt werden können.disk-shaped area 73 over the connection points 78 protrude are factors that help the angular velocity of the arc 54 and its radially inner position can be determined.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kontaktkörper führt zu nehreren Vorteilen, u. a. dazu, daß die Kontakt-Teilflächen 50, 64 bzw. 76 so abgestützt werden können, daß eine leichte Relativbewegung möglich ist und so die Anzahl der Kontaktpunkte erhöht bzw. der Kontaktwiderstand verringert werden kann, wenn der Unterbrecher 16 sich im geschlossenen Zustand befindet. Ein weiterer Vorteil der Kontaktkörper 2 3 und 72 besteht darin, daß der Lichtbogen 54 nach radial innen gedrängt und daran gehindert wird, mit der Haupt-Abschirmung 40 zusammenzuwirken. Alle drei Kontaktkörper 28, 60 und 72 machen wirksam von einer Beanspruchungskonzentration Gebrauch, um dazu beizutragen, Schweißbrücken aufzutrennen, die sich zwischen den Kontakten gebildet haben könnten. Ein weiterer wichtiger Vorteil aller drei Ausführungsformen besteht darin, daß der Strom durch die Kontaktkörper 28, 60 und 72 und den Lichtbogen 54 über die Kontakt-Teilflächen 50, 64 bzw. 76 senkrecht zur Achse des Lichtbogens 54 fließen muß, was zu einer größeren Ungleichmäßigkeit oder Asymmetrie in der Selbstinduktionsilagnetfeldverteilung und damit zu einem größeren Magnetfeld führt, um den Lichtbogen in eine spezielle Richtung zu drängen.The design of the contact body according to the invention leads to several advantages, including: to the fact that the contact sub-surfaces 50, 64 and 76 can be supported so that a slight relative movement is possible and so the number of contact points can be increased or the contact resistance can be reduced if the interrupter 16 is in the closed state. Another advantage of the contact body 2 3 and 72 is that the arc 54 is urged radially inward and prevented from interacting with the main shield 40. All three contact bodies 28, 60 and 72 make effective use of a stress concentration to help open weld bridges, that could have formed between the contacts. There is another important advantage of all three embodiments in that the current through the contact bodies 28, 60 and 72 and the arc 54 via the contact partial surfaces 50, 64 and 76, respectively must flow perpendicular to the axis of the arc 54, resulting in greater non-uniformity or asymmetry in the self-induction magnetic field distribution and thus leads to a larger magnetic field to force the arc in a specific direction.
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Claims (5)
als auch in einer RichtungSradial innen zeigen, so daß ein bei Stroxnunterbrechung gebildeter Lichtbogen von dem Umfang der Kontaktkörper aus nach radial innen gedrängt und längs der inneren Unfangskante der Ringabschnitte gedreht wird.^ after
as well as in a direction radially inward, so that an arc formed when the strox is interrupted is pushed radially inward from the circumference of the contact body and rotated along the inner circumferential edge of the ring sections.
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