DE2352540C3

DE2352540C3 - Vakuumschaltgefäß mit zentralen Kontaktflächen und Lichtbogenlaufflächen

Info

Publication number: DE2352540C3
Application number: DE2352540A
Authority: DE
Inventors: Horst Dr.-Ing. 1000 Berlin Kopplin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-10-18
Filing date: 1973-10-18
Publication date: 1979-09-06
Also published as: DE2352540A1; DE2352540B2; CH570693A5; JPS5082565A; GB1490353A; JPS5532175B2; US3941961A

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Vakuumschaltgefäß mit relativ zueinander bewegbaren Schaltstücken, die zentrale Kontaktflächen und diese umgebende sowie starr mit ihnen verbundene Lichtbogenlaufflächen besitzen.

Ein Vakuumsch?lti;efäß dieser Art ist durch die US-PS 30 89 936 bekanntgeworden. Die zentrale Kontaktflächc der Schaltstückc ist dabei ringförmig ausgebildet, ebenso wie di«. Lichtbogenlauffläche, welche die zentrale Kontaktfläche umgibt. Beim Schalten durchfließt der Strom die Kontaktanordnung mit einem solchen Verlauf, daß auf den Lichtbogen eine radial nach außen wirkende Kraft ausgeübt wird. Dadurch gelangen die Lichtbogenfußpunkte auf die Lichtbogenlauffläche, auf der sie durch eine Schlitzung zur Rotation gebracht werden.

Sehr hohe Ströme können jedoch bei der vorstehend beschriebenen bekannten Kontaktanordnung der Anlaß sein, daß der Lichtbogen zwischen den geöffneten .Schaltstücken befindlichen Raum verläßt und Schaden verursacht, z. B. an dem die Kontaktanordnung umgebenden Dampfschirm, den Gehäusewandungen oder anderen Teilen der Schaltgefäße.

Bei einer anderen bekannten Bauform von Vakuumschaltgefäßen (GB-PS 10 95 638) ist die Gefahr einer unkontrollierten Ausweitung der Schaltlichtbögcn nach außen dadurch vermindert, daß auf den Lichtbogen eine radial nach innen gerichtete Kraft ausgeübt wird. Hierzu sind die hohlen und eine ringförmige Kontaktfläche aufweisenden Schaltstücke derart verjüngt ausgebildet, daß eine nach innen weisende Stromschleife entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltstücke des Vakuumschaltgefäßes so auszubilden, daß der Schaltlichtbogen auf den zwischen den geöffneten Schaltstücken befindlichen Raum beschränkt bleibt, andererseits aber in diesem Raum eine ι möglichst gleichmäßige Bewegung ausführt, damit ein ungleichmäßiger Abbrand vermieden wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die zentralen Kontaktflächen und die diese umgebenden Lichtbogenlaufflächen jedes Schaltstückes ' durch eine sich zu den Rändern verjüngende Scheibe mit einem inneren ringförmigen Hohlraum gebildet sind. Der ringförmige Hohlraum bewirkt eine Beeinflussung der Stromverteilung innerhalb der Schaltstücke in Abhängigkeit vom jeweiligen Standort der Lichtbogenrußpunkte. Befindet sich der Lichtbogen auf der zentralen Kontaktfläche, so wird auf ihn aufgrund der Stromkräfte eine nach außen gerichtete Triebwirkung ausgeübt, sobald er außerhalb der geometrischen Achse der Kontaktanordnung steht. Nähert sich dagegen der Lichtbogen dem äußeren Rand der Lichtbogenlaufflächen, so kehrt sich die TYiebwirkung um und ist bestrebt, den Lichtbogen wieder zum Zentrum zu bewegen. Auf diese Weise kommt es zu einem Wechselspiel zentraler und zentrifugaler Kräfte, das die Bewegung des Lichtbogens fördert, sein Heraustreten aus der Kontaktanordnung jedoch verhindert.

Die wechselnden Triebwirkungen auf den Lichtbogen können im Rahmen der Erfindung noch dadurch gesteigert werden, daß die Kontaktflächen von d.-n sie umgebenden Lichtbogenlaufflächen durch einen ringförmigen Spalt getrennt sind. Der Spalt hat zur Folge, daß der Strom dem Lichtbogen nur über den Rand der Lichtbogenlaufflächen zugeführt wird, wenn die Lichtbogenfußpunkte von den zentralen Kontaktflächen auf die Lichtbogenlaufflächen übergetreten sind. Bei dieser Anordnung ist es nicht erforderlich, daß sich der ringförmige Spalt unmittelbar an die zentrale Kontaktfläche anschließt. Vielmehr kann es günstig sein, den ringförmigen Spalt in geringerer oder größerer Entfernung von der zentralen Konaktfläche vorzusehen.

Ferner können die Lichtbogenlaufflächen mit spiraligen, in den ringförmigen Spalt mündenden Einschnitten versehen sein. Dadurch werden Führungskasten für die Lichtbogenfußpunkte gebildet, die eine Bewegung des Lichtbogens in Umfangsrichtung begünstigen. Außerdem wird die Lichtbogenlauffläche in mehrere Felder unterteilt, so daß der Strom dem Lichtbogen nur über den Randbereich des Feldes zugeführt wird, auf dem sich der Fußpunkt befindet.

Die Erfindung wird im folgenden ar'-wnd des in der Zeichnung dargestellten Alisführungsbeispiels näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt ein Vakuumschaltgefäß mit Schaltstücken gemäß der Erfindung im Querschnitt. Die Schaltstücke sind gesondert in größerem Maßstab in Fi g. 2 dargestellt.

In F i g. 3 ist eine Draufsicht auf eines der Schaltstükke dargestellt.

Das Vakuumschallgefäß I in F i g. 1 weist ein hohlzylindrisches Gehäuse 2 aus einem geeigneten Isolierstoff, /.. B. Glas oder Porzellan, auf, das an seinem oberen Ende durch eine metallische Endkappe 3 und an seinem unteren Ende durch eine weitere metallische Endkappe 9 verschlossen ist. In der Längsachse des Schaltgefäßes sind ein bewegliches Schaltstück 4 mit einem Trägerbolzcn 5 und ein fcsisiehendes Schaltstück 6 mit einem weiteren Trägerbolzen 7 angeordnet. Der Trägerbolzcn 5 des beweglichen Schaltstückes 4 ist in einer Öffnung 10 der oberen Endkappe 3 verschiebbar geführt. Zur Abdichtung dient ein Faltenbalg 11, der an dem Trägerbolzen 5 und an der Endkappe 3 befestigt ist. Der Trägerbolzen 7 des feststehenden Schaltstückes 6 ist mit der Endkappe 4 starr und vakuumdicht verbunden. Die Schaltstücke 4 und 6 sind von einem konzentrisch zu ihnen angeordneten Dampfschirm 8 umgeben. Die Darstellung ist schematisch und soll nur die funktionswesentlichen Teile veranschaulichen.

Die in der F i g. 2 gesondert dargestellten Schaltstükkc 4 und 6 besitzen zentrale Kontaktflächen 12 bzw. 13 die im geschlossenen Zustand der Schaltstückanord-

nung in Berührung miteinander stehen und den Dauerstrom führen. Die sich nach außen anschließenden, einem Kegelmantel entsprechenden Lichtbogenlaufflächen 14 bzw. 15 übernehmen den Lichtbogen, nachdem dessen Fußpunkte die zentralen Kontaktflächen 12 und 13 verlassen hahen. Die Stromzuführung erfolgt einerseits mit dem vollen Querschnitt der Trägerbolzen 5 und 7 zu den zentralen Kontaktflächen 12 und 13 und andererseits über Nebenwege mit kreisringförmigem Querschnitt zu den Rändern der Lichtbogenlaufflächen 14 und 15. Hierzu dienen glockenförmige Teile 16 und 17, die mit den Trägerbolzen 5 und 7 verbunden sind. Jedes Schaltstück besitzt daher die Gestalt einer sich zu den Rändern verjüngenden Scheibe mit einem inneren ringförmigen Hohlraum.

Wie die Fi g. 2 und 3 zeigen, sind die Kontaktflächen 12 und 13 von den sie umgebenden Lichtbogenlaufflächen 14 und 15 durch einen ringförmigen Spalt 23 getrennt, in diesen Spalt münden spiraiige Einschtiitie 22, die in einem gewissen Abstand vom Rand der Schaltstücke enden.

Wie in der Fig. 2 durch gestrichelte Linien angedeutet ist, verläuft der Strom bei der Zündung des Lichtbogens zunächst in der Achse der Schaltstückanordnung in gerader Linie durch die Trägerbolzen 5 und 7. Der Lichtbogen 20 befindet sich hierbei im Bereich der zentralen Kontaktflächen 12 und 13. Verläßt jedoch der Lichtbogen diese Bereiche und wandert seitwärts bis zu der Stelle 21, so fließt der Strom von dem Trägerbolzen 5 über das Teil 16 zum Rand der Lichtbogenlauffläche 14 durch den Lichtbogen an der Stelle 21 und von dort wiederum über den Rand der Lichtbogenlauffläche 15 und das Teil 17 zu dem Trägerbolzen 7. Der Strom fließt hierbei in einer Schleife, die auf den Lichtbogen nach innen, d. h. zum Zentrum der Schaltstückanordnung weisende Kräfte ausübt. Dadurch wird verhindert, daß der Lichtbogen den Raum zwischen den Schaltstücken verlassen kann. Sobald der Lichtbogen den Spalt 23 überspringt und auf die zentralen Kontaktflächen 12 und 13 übertritt, unterbleibt die weitere Stromzufuhr über die Ränder der Lichtbogenlaufflächen 14 und 15, so daß der Strom wieder über die Kontaktflächen 12 und 13 fließt und somit die Stromschleife zur Wirkung kommen kann, die radial nach außen wirkende Kräfte auf den Lichtbogen ausübt. Durch den Wechsel zwischen nach außen und nach innen gerichteten Stromkräften wird der Lichtbogen in Bewegung gehalten.

Die beschriebene Wirkungsweise wird besonders dadurch gefördert, daß der ringförmige Spalt 23 eine zwangsläufige Umleitung der Stromzufuhr zu dem Lichtbogen bewirkt, wenn dieser von den Kontaktflächen 12 und 13 auf die Lichtbogenlaufflächen 14 und 15 übertritt. An den weiteren Vorgängen s^; ·; die spiraligen Einschnitte 22 in zweifacher Weise bete^:iigt, da sie einerseits Führungskanten für die Lichtbogenfußpunkte bilden und andererseits die Lichtbogenlauffläche in Felder unterteilen, wie besonders die Fig. 3 erkennen läßt. Der R'.rom kann deshalb zu dem Lichtbogen nur jeweils über den Randbereich desjenigen Feldes fließen, auf dem sich der Fußpunkt des Lichtbogens befindet.

Während in den Fig. I und 2 die Schaltstücke 4 und 5 als einstückig mit den Trägerbolzen 5 und 7 dargestellt sind, kann auch eine mehrteilige Bauweise gewählt werden, bei der beispielsweise die Kontaktfläche 12 mit der umgebenden Lichtbogenlauffläche und das glockenförmige Teil 16 gesonderte Teile bilden, die miteinander und mit dem Trägerbolzen 5 verbunden sind. Hierbei besteht die Möglichkeit, durch Wahl geeigneter Materialien und Bemessung der Querschnitte die auf den Lichtbogen wirkenden Kräfte zu beeinflussen.

Hierzu 1 Matt Zeichnuimeii

Claims

Patentansprüche:

1. Vakuumschaltgefäß mit relativ zueinander bewegbaren Schaltstücken, die zentrale Kontaktflächen und diese umgebende sowie starr mit ihnen verbundene Lichtbogenlaufflächen besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Kontaktflächen (12, 13) und die diese umgebenden Lichtbogenlaufflächen (14, 15) jedes Schaltstückes (4, 6) durch eine sich zu den Rändern verjüngende Scheibe mit einem inneren ringförmigen Hohlraum gebildet sind.

2. Vakuumschaltgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen (12, 13) von den sie umgebenden Lichtbogenlaufflächen (14, 15) durch einen ringförmigen Spalt (23) getrennt sind.

3. Vakuumschaltgefäß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenlaufflächen (14, 15) mit spiraJ.^en, in den ringförmigen Spalt (23) mündenden Einschnitten (22) versehen sind