DE2336944A1

DE2336944A1 - Vakuum-unterbrecher mit einer dampf kondensierenden abschirmung

Info

Publication number: DE2336944A1
Application number: DE19732336944
Authority: DE
Inventors: Sidney J Cherry
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1972-07-24
Filing date: 1973-07-20
Publication date: 1974-02-07
Also published as: CH567795A5; DE2336944C2; CA1015806A; JPS54172277U; JPS4958364A; GB1438594A

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz

Düsseldorf, 18. Juli 1973

Westinghouse Electric Corporation Pittsburgh, Pa;, V. St. A.

Vakuum-Unterbrecher mit einer Dampf kondensierenden Abschirmung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Vakuum-Unterbrecher, insbesondere einen Vakuum-Unterbrecher mit einer Dampf kondensierenden Abschirmung.

Bei der Konstruktion von Vakuum-Unterbrechern ist es bisher üblich gewesen, eine Dampf- oder Kondensat-Abschirmung vorzusehen, um ein Nachaußentreten der Metallpartikel bei der Lichtbogenbildung und damit die Ablagerung dieser Metallpartikel an der Innenwand des äußeren Isoliergehäuses, das beispielsweise aus Glas oder keramischem Material bestehen kann, zu verhindern. Infolgedessen haben praktisch alle Vakuum-Unterbrecher solche Kondensat-Abschirmungen.

Einige dieser Abschirmungen können auf dem Potential eines der trennbaren Kontaktkörper gehalten werden, wie etwa entsprechend

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Telefon (O211) 32 08 58 Telegramme Custopat

den üS-PSen 2 975 256 bzw. 3 244 842. Weitere Kondensat-Abschirmungen können sich beispielsweise auf einem freien Potential befinden, wie das etwa in der üS-PS 3 592 9 87 beschrieben * wird.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist die Schaffung eines Vakuum-Unterbrechers mit verbesserter Dampf kondensierender Abschirmung.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Vakuum-Unterbrecher mit einem evakuierten Gehäuse, innerhalb dessen sich zwei voneinander trennbare und dabei einen Lichtbogen bildende Kontaktkörper sowie eine Dampf kondensierende Abschirmung zur Verhinderung der Ablagerung von dem Lichtbogenbereich aus zum Gehäuse hin emittierter Metallpartikel befinden, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Dampf kondensierende Abschirmung in ihrem dem Lichtbogen ausgesetzten Bereich aus einem ersten Material hoher Leitfähigkeit und in ihren Endbereichen aus einem sich von dem ersten Material unterscheidenden zweiten Material überragender Hochspannungsfestigkeit hergestellt ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

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Fig. 1 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Vakuum-Unterbrecher, dessen Kontakte^sich in der voll geöffneten Stellring befinden;

Fig. 2 eine Unteransicht der Fig. 1 entsprechend der dort angegebenen Linie II - II, in Richtung der angesetzten Pfeile gesehen;

Fig. 3 einen Teil-Längsschnitt durch eine Dampf-Abschirmung mit der Erfindung entsprechendem Aufbau;

Fig. 4 eine ähnliche Ansicht einer Dampf-Abschirmung entsprechend einem etwas abgewandelten Ausführungsbeirspiel der Erfindung;

Fig. 5 eine Ansicht ähnlich Fig. 3 bzw. 4 für eine weiter abgewandelte Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 6 einen Teilschnitt durch den unteren Bereich eines Vakuum-Unterbrechers mit einer noch weiter abgewandelten Ausführungsform einer Dampf-Abschirmung nach der Erfindung.

,Im einzelnen läßt Fig. 1 einen Vakuum-Unterbrecher mit einem hochevakuierten Gehäuse 2 erkennen, das einen Mantel 3 aus Isoliermaterial sowie zwei die Enden des Gehäuses 2 abschließende

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Metall-Endkappen 4 und 5 aufweist. Zwischen den Endkappen und dem Gehäuse 2 sind Abdichtungen 6 angeordnet, um so das Gehäuse vakuumdicht zu machen. Der normale Druck innerhalb des Gehäuses 2 beträgt unter statischen Bedingungen weniger als 10 Torr, so daß in ausreichender Weise sichergestellt ist, daß die mittlere freie vieglänge der Elektronen größer als die Potentialdurchforuchsstrecken innerhalb des Gehäuses 2 ist.

-zwei
Im Gehäuse 2 befinden siclv· Im Verhältnis zueinander bewegliche Kontaktkörper 8 und 9, die in Fig. 1 mit ausgezogenen Linien in ihrer voneinander getrennten Zuordnung wiedergegeben sind. Befinden sich die Kontaktkörper 8 und 9 so im voneinander getrennten Zustand, dann begrenzen sie zwischen sich einen Lichtbogenspalt 10. Der obere Kontakt 8 ist stationär ausgebildet und in geeigneter Meise an einer leitenden Stange 12 befestigt, die an ihrem oberen Ende mit der oberen Endkappe 4 verbunden ist. Der untere Kontaktkörper 9 ist beweglich ausgebildet und mit einer leitenden Äntriebsstange 14 verbunden, die in geeigneter Weise beweglich geführt ist. Die Äntriebsstange 14 ragt durch eine Öffnung 16 in der unteren Endkappe 5, und ein flexibler Metall-Faltenbalg 18 bildet für die Äntriebsstange 14 eine Dichtung, so daß diese hin- und herbewegt v/erden kann, ohne da§ Vakuum im Inneren des Gehäuses 2 zu beeinträchtigen, //ie mit Fig. 1 gezeigt, ist.der Faltenbalg 18 an seinen beiden gegenüberliegenden Enden dicht an die Antriebsstange 14 einerseits sowie die Endekappe 5 andererseits angeschlossen.

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ilit dem unteren Ende der Antriebsstange 14 ist eine geeignete Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt) gekoppelt, um den Kontaktkörper 9 in Aufwärtsrichtung in Eingriff mit dem stationären Kontaktkörper S bringen zu können, so daß der Stromkreis sich über den Unterbrecher 1 schließen kann. Die geschlossene Stellung des beweglichen Kontakts ist mit einer gestrichelten Linie 20 angedeutet. Die Betätigungsvorrichtung ist zugleich in der Lage, den Kontaktkörper 9 in seine mit ausgezogenen Linien wiedergegebene geöffnete Stellung zurückzuholen, so daß der den Vakuum-Unterbrecher 1 enthaltende Stromkreis wieder geöffnet wird. Bei Öffnung des Vakuum-Unterbrechers stellt sich eine ganz bestimmte, typische Länge des Lichtbogenspaltes in der Größenordnung von etwa 12,5 mm ein.

Der Lichtbogen 24 bildet* sich über den Lichtbogenspalt 10 hinweg zwischen den Kontaktkörpern 8 und 9, wenn die Kontaktkörper geöffnet bzw. anschließend wieder geschickten werden, so daß ein Teil des Kontaktkörpermaterials verdampft wird, wobei die dabei entstehenden Dämpfe von dem Lichtbogenspalt 10 aus zu dem Gehäuse 2 hinzuwandern suchen. Bei dem wiedergebenen Vakuum-Unterürecher 1 sind die inneren Isolierflächen 3a des Mantels 3 gegen Kondensation lichtbogen-erzeugter Metalldämpfe und Partikel auch innen durch eine rohrförmige Metall-Abschirmung 28 geschützt, die in geeigneter Weise an dem Mantel 3 abgestützt und gegenüber den beiden Endkappen 4 und 5 isoliert ist. Die Abschirmung 28 dienet dazu, liehtbogen-erzeugte Metalldämpfe abzufangen und zu

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kondensieren, ehe sie den Mantel 3 erreichen können. Um die Wahrscheinlichkeit einer Umgehung der Abschirmung 28 durch die Dämpfe zu verringern, sind an den beiden gegenüberliegenden Enden der mittleren Abschirmung 28 zwei Endabschirmungen 30 bzw. 32 vorgesehen.

Das Leistungsvermögen der Abschirmung 28 für einen Vakuum-Unterbrecher 1 läßt sich erhöhen, indem die Dampf-Abschirmung aus zwei verschiedenen Materialien aufgebaut wird, wobei ein Material hoherjblektrischer Leitfähigkeit wie Kupfer zur Bildung des Bereiches der Abschirmung dient, der der Einwirkung des Lichtbogens ausgesetzt ist, während ein Material mit überragender Hochspannungsfestigkeit wie Edelstahl zur Bildung der Endbereiche der Dampf-Abschirmung dient.

Die Enden der Dampf-Abschirmung können Quellen einer hohen elektrischen Feldstärke sein, die dann zu einer Lichtbogenbildung im Vakuum führt. Um dies zu vermeiden, könnte für die gesamte Abschirmung ein Material überragender Hochspannungsfestigkeit wie Edelstahl, dessen Durchbruchsspannung etwa dreimal so groß wie die für Kupfer ist, für die Herstellung der gesamten Abschirmung verwendet werden, jedoch können diese Materialien keinen so hohen zu unterbrechenden Strom wie Kupfer führen. Daher wird Kupfer vorzugsweise verwendet, wenn die Enden mit einem vergleichsweise großen Krümmungsradius ausgebildet werden, jedoch läßt sich ein solcher größerer Krümmungsradius wegen der

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beengten Raumverhältnisse nicht immer verwirklichen. Erfindungsgemäß wird dalier vorgeschlagen, mit einer aus zwei unterschiedlichen Liaterialkomponenten aufgebauten Abschirmung zu arbeiten, die dabei den Anforderungen sowohl an die Hochspannungsfestigkeit als auch an das Vermögen, hohe Ströme führen zu können, im Hinblick auf Vakuum-Unterbrecher genügt.

Fig. 1 zeigt einen Aufbau nach dem Stand der Technik, bei dem die gesamte Dampf-Abschirmung 23 aus Kupfer besteht, Fig. 3 zeigt, daß das elektrische Feld an den Enden der Dampf-Abschirmung 28a durch den Einsatz einer Dampf-Abschirmung aus zwei water ialkoraponen ten verbessert werden kann, wobei an den Enden Abschnitte 36 aus Edelstahl vorgesehen sind, während ein Abschnitt 37 aus Kupfer mit dem aus Edelstahl bestehenden Abschnitt 36 etwa inittig verbunden ist.

. 4 zeigt eine abgewandelte Ausfuhrungsform der Erfindung mit einer hier mit 28b bezeichneten Abschirmung. Dort ist Kupfer für den mittleren Bereich vorgesehen, während die Endbereiche der abgewandelten Abschirmung 28b von Abschnitten 40, 41 aus Edelstahl gebildet sind.

Fig. 5 gibt eine weitere Abwandlungsmöglichkeit der Erfindung wieder. Die hier mit 28c bezeichnete Abschirmung läuft an ihren beiden gegenüberliegenden Enden jeweils in einen Bund 43 bzw. 44 mit großem Krümmungsradius aus. Vorzugsweise ist im Mittelbereich

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46 der Abschirmung 28c Kupfer vorgesehen, im den Enden befindet sich der Bund 43 bzw. 44, der aus Edelstahl besteht und einen etwas größeren Krümmungsradius hat, so daß die Feldintensität im Endbereich herabgesetzt wird.

Mit der nachstehenden Tabelle I sind die durch die verschiedenen Materialien bewältigten Spannungen zusammengestellt:

Tabelle I - Spannung isoliert über

11Ω

1mm Lichtbogenspalt (nachfeRUMP )

Polierte und funkenfest ausgebildete Elektroden

^{über 1 1}^ Lichtbogenspalt isolierte Spannung (kV)

Stahl . 122

Edelstahl 120

Wickel 96

60

Aluminium 41

Kupfer 37

Wie aus der vorstehenden Erläuterung ersichtlich, stellt die Erfindung eine verbesserte, den Dampf kondensierende Abschirmung 28, 28a, 28b, 28c mit zwei Materialkomponenten zur Verfügung, um die Bereiche starker Hochspannungs-Beanspruchung an den Enden der Abschirmung weniger kritisch zu machen. So sind beispielsweise

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in Fig.6 die Randzonen der Abschirmung 28 einerseits s.owie der Endabschirmung 32 andererseits jeweils als umlaufender Wulst ausgebildet.

Patentansprüche:

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Claims

7336944

P a tentansprüche ;

Vakuum-Unterbrecher mit einem evakuierten Gehäuse, innerhalb dessen sich zwei voneinander trennbare und dabei einen Lichtbogen bildende Kontaktkörper sowie eine Dampf kondensierende Abschirmung zur Verhinderung der Ablagerung von dem Lichtbogenbereich aus zum Gehäuse hin emittierter Metallpartikel befinden, dadurch gekennzeichnet, daß etete die Dampf kondensierende Abschirmung (28, 28a - 28c) in ihrem dem Lichtbogen (24) ausgesetzten Bereich aus einem ersten Material hoher Leitfähigkeit und in ihren Endbereichen aus einem sich von dem ersten Material unterscheidenden zweiten Material hervorragender Hochspannungsfestigkeit hergestellt ist.
2. Vakuum-Unterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material hoher Leitfähigkeit Kupfer ist.
3. Vakuum-Unterbrecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Material hervorragender Hochspannungsfestigkeit Edelstahl ist.
4. Vakuum-Unterbrecher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden der Dampf kondensierenden Abschirmung (28c) ein großer Krümmungsradius vorgesehen ist.

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5. Vakuum-Unterbrecher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Dampf-Abschirmung mit verhältnismäßig großen Radien ausgestattet sind.

KN/sw 5

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