DE2416747A1 - Leistungsschalter, insbesondere vakuumschalter, mit einer lichtbogenumhuellung - Google Patents

Description

Patentanwälte Liedl, Dr, Pontani, Nöth, Zaitler

80D0 München 22, Steinsdorfstraße 21-22, Telefon 089/29 84

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KABUSHIKI KAISHA MEEDENSHA No. 2-l-17j Ohsaki, Shmagawa-ku, TOKYO, Japan

Leistungsschalter, insbesondere Vakuumschalter, mit einer Lichtbogenumhüllung

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter und insbesondere einen Vakuumschalter.

N/ma ·. 409841/0854

Leistungsschalter, insbesondere Vakuumschalter, verwendet man grundsätzlich bei der Leistungsverteilung, insbesondere bei mehrphasigen Verteilern im mittleren Spannungsbereich. Sie enthalten im wesentlichen Vakiramkolben-Uhterbrechereinrichturigen, welche den einzelnen Phasen des Stromes, der abgeschaltet werden soll, entsprechen. Jeder der Vakuumkolben-Unterbrechereinrichtungen besitzt einen Vakuumkolben, der im wesentlichen aus einer zylindrischen Isolierumhüllung besteht. Diese Isolierumhüllung besteht gewöhnlich aus Glas oder Keramik und hat ein Paar Metallendplatten, welche in den Längsenden mit Isolierumhüllung über Metall-zu- Isolations-Abdichtungselemente verbunden sind. Ein stationärer und ein beweglicher Elektrodenstab erstrecken sich in axialer Richtung in den Vakuumkolben durch die Metallendplatten. Die Elektrodenstäbe tragen elektrische Kontaktelemente an ihren vorderen Enden, weiche in der Nähe des axialen Mittelteiles des Vakuumkolbens angeordnet sind. Wenn der bewegliche Elektrodenstab in axialer Richtung auf aen stationären Elektrodenstab zubewegt wird, werden die elektrischen Köntaktelemente an den beiden Elektrodenstabenden in Kontakt miteinander gebracht, so daß eine elektrische Verbindung zwischen den Elektrodenstäben hergestellt ist. Wenn andererseits der bewegliche Elektrodenstab in axialer Richtung von dem stationären Elektrodenstab wegbewegt wird, sind die elektrischen Kontaktelemente an den beiden Elektrodenstäben im Abstand voneinander angeordnet, und zwischen den Kontaktelementen wird ein Lichtbogenbereich ausgebildet. Demzufolge wird im Lichtbogenbereich ein Lichtbogenplasma gebildet, wobei Metalldampf von der Kathode ausgesendet wird. Die Ionen und die Metallpartikel, weiche das Lichtbogenplasma bilden, werden rasch um den Lichtbogenbereich verteilt und verschwinden, wenn das Lichtbogenplasma in der Nachbarschaft eines Stromnullpunktes geschwächt ist. Es wird dann ein hohes Vakuum in dem Lichtbogenbereich zurückgewonnen, und demgemäß wird der Stromfluß durch den Lichtbogenbereich unterbrochen.

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Um die Eigenschaften der Isolationsrückgewinnung im Vakuumschalter insgesamt zu verbessern und um die Isolierumhüllung vor einem Belegen mit den Metallpartikeln, welche das Plasma bilden, zu schützen, werden bei Leistungsschaltern, · insbesondere Vakuumschaltern, gewöhnlich Lichtbogenabschirmungseinrichtungen bzw. Lichtbogenumhüllungseinrichtungen verwendet. Diese bestehen im wesentlich aus einem oder mehreren zylindrischen oder ringförmigen Lichtbogenumhüllungselementen, welche dazu geeignet sind, die Metallpartikel, welche um den Lichtbogenbereich zwischen den im Abstand angeordneten Kontaktelementen des stationären und beweglichen Elektrodenstabes verteilt sind, aal kühlen und zu kondensieren und demgemäß einzufangen.

Wenn lediglich ein einziges Lichtbogenumhüllungselement in der Unterbrechereinrichtung verwendet wird, ist dieses Lichtbogenumhüllungselement gewöhnlich so angeordnet, daß es konzentrisch den Lichtbogen-. bereieh umgibt. Auf diese Weise wird ein ringförmiger Spalt zwischen jedem der Kontaktelemente und dem Teil des Lichtbogenumhüllungselementes, das axial die Kontaktelemente überlappt, jedoch von diesen in radialer Richtung einen Abstand aufweist, gebildet. Da bei diesem Ausführungsbeispiel lediglich ein einziger ringförmiger Spalt zwischen dem Lichtbogenelement und jedem der Kontaktelemente gebildet wird, zeigt sich ein merkliches Bestreben, daß das elektrische Potential an den Lichtbogenumhüllungselementen' von dem Potential in der Mitte des Lichtbogenbereiches abweicht und näher dem Potential an einem der beiden Kontaktelemente kommt. Da darüberhinaus der versprühte Metalldampf bestrebt ist, in Richtung auf einem der beiden Kontaktelemente lokalisiert zu werden, unmittelbar nachdem der Dampf zwischen den Kontaktelementen hergestellt wurde, unterliegt das elektrische Potential an dem LichtbogenumhtiUungselement Schwankungen in einem großen Bereich. Hieraus resultiert eine unstabile Stehspannungscharakteristik im Leistungsschalter, und es besteht die Gefahr der Wieder entzündung des Lichtbogens zwischen den Kontakt-

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elementen, welche voneinander im Abstand gehalten sind,

Um nun diese Schwierigkeiten zu überwinden, welche aus der Verwendung eines einzelnen Lichtbogenumhüllungselementes resultiert, ist es bekannt, eine Lichtbogenumhüllungseinrichtung mit verbesserten Eigenschaften zu verwenden, wobei im Vakuumkolben des Leistungsschalters mehrere, insbesondere zwei Arten von Lichtbogenelementen, zur Anwendung kommen. Insbesondere werden hierbei drei Stücke von Lichtbogenumhüllungselementen verwendet. Die Lichtbogenumhüllungselemente dieser Einrichtung enthalten im wesentlichen ein zylindrisches Hauptlichtbogenumhüllungselement, das konzentrisch zum Lichtbogenbereich zwischen den Kontaktelementen angeordnet ist und dieses umgibt. Ferner ist ein Paar im wesentlichen ringförmiger Hilfslichtbogenumhüllungselemente vorgesehen, welche sich axial nach innen von den Endplatten des Vakuumkolbens weg erstrecken. Die beiden Hilfslichtbogenumhüllungselemente besitzen innere Endteile, welche in axialer Richtung die äußeren Enteile des Hauptlichtbogenelementes überlappen und radial von diesen einen Abstand aufweisen, so daß ein ringförmiger Spalt zwischen jedem der Hilfslichtbogenumhüllungselemente und den überlappten äußeren Endteilen des Hauptlichtbogenumhüllungselementes entsteht. Die Ionen und Metallpartikel des Lichtbogenplasmas, welche aufgrund des Außerkontaktbringens der Kontaktelemente zwischen diesen entstehen, werden demgemäß in der Hauptsache von dem Hauptlichtbogenumhüllungselement abgefangen. Teile des Lichtbogenplasmas können jedoch aus der Umhüllung des Hauptlichtbogenumhüllungselementes entweichen, und zwar in Richtung auf die inneren Flächen der Endplatten des Vakuumkolbens. Das Lichtbogenplasma, welches außerhalb des Hauptlichtbogenumhüllungselementes gelangen kann, prallt gegen die Innenflächen der Endplatten und wird von dort gegen die inneren Umfangsflächen der Hilfslichtbogenumhüllungselemente gesprüht, welche nahe den Endplatten angeordnet sind. Damit nun der Dampf der Ionen und der Metallpartikel, welche so

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von den Endplatten des Vakuumkolbens weggesprüht werden, von den Lichtbogenelementen in geeigneter Weise und wirkungsvoll abgefangen werden, ist es wichtig, daß jedes der Hilf slichtbogenumhüllungselemente in axialer Richtung eine ausreichende Fläche der äußeren 'Endteile des Hauptlichtbogenumhüllungselementes überlappt und von diesen im radialen Abstand angeordnet ist. Hierdurch bildet sich ein ringförmiger Spalt zwischen dem Hauptlichtbogenumhüllungselement und jedem der Hilfslichtbogenumhüllungselemente, welche einen geeigneten Abstand voneinander aufweisen. Die Anordnung eines derartigen Spaltes benötigt jedoch eine vergrößerte axiale Längsausdehnung und einen vergrößerten Durchmesser des Vakuumkolbens. Demgemäß vergrößert sich die Gesamtkonstruktion und der Gesamtaufbau, wodurch der Herstellungsaufwand des Leistungsschalters insgesamt erheblich steigt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, diese Nachteile bei den bekannten Leistungsschaltern zu vermeiden und einen verbesserten Leistungsschalter, insbesondere Vakuumschalter, zu bauen, bei dem die Lichtbogenumhüllungseinrichtung so aufgebaut ist, daß sowohl der Durchmesser als auch die Längsausdehnung des Vakuumkolbens bzw. Vakuumbehälters verringert werden kann und demgemäß der Aufwand bei der Herstellung des Leistungsschalters sich ebenfalls verringert.

Ferner soll durch die Erfindung ein Leistungsschalter, insbesondere Vakuumschalter, gezeigt werden, der hervorragende Stehspannungscharakteristiken aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeigt die Erfindung einen Leistungsschalter, insbesondere Vakuumschalter, enthaltend eine Vakuum -Unterbrechereinrichtung mit einer im wesentlichen zylindrischen Isolierumhüllung, einem Paar von Endplatten, die mit den axialen Enden der Isolierumhül-

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lung über Abdichtungen verbunden sind, einen stationären Elektrodenstab, der durch eine der Endplatten sich axial in den Vakuumkolben erstreckt, einen beweglichen Elektrodenstab, der in axialer Richtung durch die andere Endplatte sich erstreckt und in Richtung auf die stationäre Elektrode und von dieser weg bewegbar ist, wobei die Elektroden miteinander ausgerichtet sind und an ihren vorderen Enden elektrische Kontaktelemente tragen zwischen denen ein Lichtbogenbereich entsteht, wenn die bewegliche Elektrode von der stationären Elektrode weg bewegt wird und mit einer Lichtbogenabschirmeinrichtung bzw. Lichtbogenumhüllungseinriehtung, welche ein Hauptumhüllungselement mit einem axialen mittleren Teil, der den Lichtbogenbereich konzentrisch umgibt und zu diesem einen radialen Abstand hat sowie mit axialen äußeren Endteilen, die sich in axialer Richtung vom mittleren Teil nach außen erstrecken und konzentrisch die Endteile des stationären und beweglichen Elektrodenstabes umgeben und ein Paar von Hilf sumhüllungselementen aufweist, die sich von den Innenflächen der Endplatten axial erstrecken und je einen im wesentlichen zylindrischen in nahem radialen Abstand zu jeweils einem der Hauptabdichtelemente befindlichen Teil besitzen, der eine im wesentlichen größere axiale Ausdehnung hat als das jeweilige Abdichtelement. Dieser Leistungsschalter, insbesondere Vakuumschalter, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsumhüllungselemente ferner je einen ringförmigen Teil aufweisen, der sich von einem axialen inneren Endteil des zylindrischen Teiles radial nach innen und in axialer Richtung sich merklich nach außen erstreckt, eine innere Umfangskante, welche konzentrisch und mit Abstand jeweils einen der Elektrodenstäbe umgibt sowie eine konkave einem benachbarten Endteil des Hauptumhüllungselementes gegenüberliegende von diesem Endteil einen axialen Abstand aufweisende Fläche besitzt, so daß ein axial sich erstreckender Spalt jeweils zwischen den axial äußeren Endteilen des Hauptumhüllungselementes

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und jedem der HiHsumhüllungselemente. entsteht. Die axialen äußeren Endteile des HauptlichtbogenumhÜllungselementes können wesentlich geringere !Durchmesser aufweisen, als der axiale mittlere Bereich des Hauptlichtbogenumhüllungselementes. Um die Funkenbildung um die axialen äußeren Endteile des Hauptlichtbogenumhüllungselementes zu unterbinden, kann jeder der axialen äußeren Endteile des Hauptlichtbogenumhüllungselementes eine umlaufende Kante aufweisen, welche zu einer Eeifenf orm abgerundet ist.

Die Erfindung und Vorteile des Leistungsschalters, insbesondere Vakuumschalters, gemäß der Erfindung sollen im einzelnen noch in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Ih diesen Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein· Beispiel einer bekannten Vakuum kolben-Unterbrechereinheit eines Vakuum schalters, bei dem mehrere Lichtbogenumhüllungselemente verwendet werden,

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht wie in Figur 1, jedoch ein anderes Ausführungsbeispiel der Vakuumkolben-Unterbrechereinrichtung, bei der ebenfalls mehrere Lichtbogenumhüllungselemente verwendet werden und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel durch eine Vakuumkolben-Unterbrechereinrichtung in einem Leistungsschalter gemäß der Erfindung.

Im einzelnen sollen anhand der Figur. 1 die Nachteile, welche einem Leistungsschalter gemäß dem Stand der Technik anhaften, aufgezeigt werden.

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Dieser Leistungsschalter besitzt eine Vakuumkolben-Unterbrechereinrichtung mit einer Lichtbogenumhüllungseinrichtung, die aus zwei Arten von Lichtbogenumhüllungselementen besteht. Diese Einrichtung besitzt drei Stücke der Lichtbogenumhüllungselemente.

lh der Figur 1 weist die Vakuumkolben-Unterbrechereinrichtung des Vakuum schalters einen Vakuumkolben auf, der im wesentlichen aus der Isolierumhüllung 10 und einem Paar oberer und unterer Metallendplatten 12 und 14 zusammengesetzt ist. Diese Endplatten sind fest und hermetisch dicht mit der Isolierumhüllung 10 verbunden. Hierzu dienen an den axialen Enden Metallzuisolations-Abdicbtelemente 16 und 18, welche Teile der Isolierumhüllung 10 bilden. Diese Isolierumhüllung 10 enthält ein Paar zylindrischer Bauteil 20 und 22, welche gewöhnlich aus Glas oder Keramik bestehen. Die beiden zylindrischen Bauteile 20 und 22 sind an ihren axialen äußeren Enden mit der oberen und unteren Endplatte 12 und 14 über die Abdichtelemente 16 und 18 verbunden. Ihre axialen inneren Enden sind miteinander über ein ringförmiges Verbindungsteil 24 verbunden. Ein stationärer Elektroden stab 26 erstreckt sich axial in den Vakuumkolben durch die obere Endplatte 12 und trägt an seinem vorderen Ende ein elektrisches Kontaktelement 28. Der stationäre Elektrodenstab 26 ist am Vakuumkolben oder an einem stationären Aufbau, der unabhängig von den Vakuumkolben ist, befestigt. Die stationäre Elektrode ist mit einer Zuleitung zum Vakuumschalter elektrisch verbunden. Die untere Endplatte 14 des Vakuumkolbens ist mit einer mittleren Öffnung 14a versehen. Durch diese Öffnung erstreckt sich ein beweglicher Elektrodenstab 30 axial in den Vakuumkolben. Der bewegliche Elektrodenstab 30 verläuft ausgerichtet mit dem stationären Elektrodenstab 26 und trägt an seinem vorderen Ende ein elektrisches Kontaktelement 32, das dem an dem stationären Elektrodenstab 26 gleicht. Der bewegliche

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Elektrodenstab 30 verläuft ausgerichtet mit dem stationären Elektrodenstab 26 und trägt an seinem vorderen Ende ein elektrisches Kontaktelement 32, das dem an dem stationären Elektrodenstab 26 gleicht. Der bewegliche Elektrodenstab 30 ist elektrisch mit einer Ausgangsleitung des Vakuum schalters verbunden. Mechanisch ist er mit einem Betätigungselement eines Steuermechanismus, der gewöhnlich unterhalb der Unterbrechereinrichtung angeordnet ist, verbunden. Dieser Steuermechanismus und das Betätigungselement sind jedoch nicht näher dargestellt. Der bewegliche Elektrodenstab 30 wird demgemäß mittels des Steuermechanismus so bewegt, daß er in axialer Richtung auf den stationären Elektrodenstab 26 zu und von diesem weg bewegt werden kann, so daß eine elektrische Verbindung oder ein Unterbrechen des Kontaktes zwischen den Kontaktelementen 28 und 32 hergestellt wird. Die Kontaktelemente befinden sich auf den stationären und beweglichen Elektrodenstab 26 und 28. Die mittlere Öffnung 14a in der unteren Endplatte 14 des Vakuumkolbens ist mittels eines Balges 34 abgedichtet. Dieser verbindet die Endplatte 14 mit dem beweglichen Elektrodenstab und ist zwischen diese beiden Bauteile geschaltet.

Wenn der bewegliche Elektrodenstab 30 in axialer Richtung auf den stationären Elektrodenstab 26 zu bewegt wird, wird das Kontaktelement auf dem beweglichen Elektrodenstab 30 mit dem Kontaktelement 32 auf dem stationären Elektrodenstab 26 in Kontakt gebracht, so daß eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Elektrodenstäben 26 und 30 hergestellt wird. Wenn andererseits der bewegliche Elektrodenstab in axialer Richtung von dem stationären Elektrodenstab 26 weg bewegt wird, ist das Kontaktelement 32 vom Kontaktelement 28 in einem Abstand angeordnet, so daß ein Lichtbogenbereich 36 zwischen den im Abstand angeordneten Kontaktelementen 28 und 32 entsteht. Um die Isolierumhüllung von dem Metalldampf des Lichtbogens, der hierbei erzeugt wird, zu schützen, ist in den Vakuumkolben der Vakuumkolben-Unterbrechereinrichtung

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eine Lichtbogenumhüllungseinrichtung "eingebaut, welche ein Hauptlichtbogenumhüllungselement 38 aufweist. Dieses wird vom ringförmigen Verbindungsteil 24 über einen Ringträger 39 gehalten. Ferner ist ein.Paar von zylindrischen Hilfslichtbogenumhüllungselementen 42 und 44 vorgesehen. Diese, werden von den oberen und unteren Endplatten 12 und 14 des Vakuumkolbens getragen. Das Hauptlichtbögenumhüllungselement 38 besitzt einen axialen Zwischenteil 38a, welcher konzentrisch . in einem bestimmten Abstand den Lichtbogenbereich 36 bzw. in anderen Worten die Kontaktelemente 28 und 32 umgibt. Ferner enthalt das Hauptlichtbogenumhüllungselement obere und untere Endteile 38b und 38c, welche sich axial nach außen von dem Zwischenteil 38a erstrecken. Diese umgeben konzentrisch die inneren bzw. vorderen Endteile der stationären und beweglichen Elektrodenstäbe 26 und 30 und sind von diesen in einem bestimmten radialen Abstand angeordnet. Der Zwischenteil 38a des Hauptlichtbogemimhüilungselementes 38 befindet sich nahe an der Isolierumhüllung 10, während die oberen und unteren Endteile 38b und 38 c des HauptlichtbogenumhÜlIungselementes 38 verringerte Durchmesser aufweisen und demgemäß radial nach innen verlaufen und weiter von der IsolierumhüHung ID entfernt sind. Andererseits erstrecken sich die oberen und unteren Hilfslichtbogenumhüllungselemente 40 und 42 axial von den Innenflächen der oberen und unteren Endplatten 12 und 14 und besitzen axiale innere Endteile, welche konzentrisch und im Abstand hiervon die oberen und unteren Endteile 38b und 38c, welche verringerte Durchmesser aufweisen, ein Ringspalt 44 wird demgemäß zwischen dem oberen Endteil 38b des Hauptlichtbogenumhüllungselementes 38 und dem unteren Endteil des oberen HilfslichtbogenumhÜllungselementes 40 gebildet, lh gleicher Weise wird auch ein Ringspalt 46 zwischen dem unteren Ende 38c des Hauptlichtbogenumhüllungselementes 38 und dem oberen Ende des unteren Hilfslichtbogenumhüilungselementes 42, wie dargestellt, gebildet. Mit dem Bezugszeichen 48 ist ein im wesentlichen kappenförniiges Balgumhüllungselement 48 bezeichnet, das von dem beweglichen

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Elektrodenstab 30 getragen wird. Dieses Umhüllungselement dient zum Schutz des Balges 34 gegenüber dem Lichtbogenplasma.

Mit den so angeordneten Lichtbogenumhüllungselementen wird ein Hauptteil des Lichtbogenplasmas, das zwischen den Kontaktelementen 28 und 32 bei der Auseinanderbewegung der beweglichen Elektrode von der stationären Elektrode 26 erzeugt wird, von dem Hauptlichtbogenumhüllungselement 38 abgefangen, so daß die Metallpartikel des Plasmas hauptsächlich von dem Hauptlichtbogenumhüllungselement 38 eingefangen werden. Die restlichen Teile des Lichtbogenplasmas werden jedoch vom Hauptlichtbogenumhüllungselement 38 nicht eingefangen und können daher durch die offenen axialen Enden des Hauptlichtbogenelementes 38 in Richtung zu den oberen und unteren Endplatten 12 und 14 aus dem Hauptlichtbogenumhüllungselement 38 hinausgelangen. Die Metallpartikel des Lichtbogenplasmas, welche somit außerhalb der Umfassung des Hauptlichtbogenumhüllungselementes 38 gelangen, prallen auf die inneren Oberflächen der oberen und unteren Endplatten 12 und 14 auf und werden von dort zurückgeleitet in Richtung auf die Ringspalte 44 und 46 zwischen, den oberen und unteren Endteilen 38b und 38c des Hauptlichtbogenumhüllungselementes 38 und den axialen überlappenden Teilen der oberen und unteren Hilfslichtbogenumhüllungselemente 40 und 42. Die Isolierumhüllung 10 wird auf diese Weise hauptsächlich vom Hauptlichtbogenumhüllungselement 38 gegenüber dem Lichtbogenplasma abgeschirmt.Erstin zweiter Linie erfolgt eine Abschirmung mittels der Hilfslichtbogenumhüllungselemente 40 und Damit die Isolierumhüllung 10 in ausreichendem Maße vom Lichtbogenplasma isoliert ist, ist es wichtig, daß die Ringspalte 44 und 46 eine genügend große axiale Längsausdehnung besitzen, woraus jedoch eine Vergrößerung der axialen Länge des Vakuumkolbens resultiert. Da darüberhinaus die Ringspalte 44 und 46 ringförmig um die Achse des Vakuumkolbens gebildet sind, muß die Isolierumhüllung 10 einen Durch-

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messer aufweisen, der groß genug ist, um genügend radiale Zwischenräume zwischen dem Hauptlichtbogenumhüllungselement 38 und den Hilfslichtbogenumhüllungselementen 40 und 42 zu erhalten. Hieraus resultiert eine Vergrößerung der axialen Längsausdehnung und des Durchmessers des Vakuumkolbens. Dies bedeutet, daß der Gesamtaufbau ebenfalls vergrößert wird, woraus die Herstellungskosten und der Herstellungsaufwand der Vakuumkolben-Unterbrechereinheit, wie im vorstehenden schon erwähnt, sich erhöhen.

Diese Nachteile werden zum Teil durch die Lichtbogenumhüllungseinrichtung, welche in der Vakuumkolben-Unterbrechereinrichtung der

behoben.
Figur 2 eingebaut ist, /Die verbesserte Ausführungsform der bekannten Lichtbogenumhüllungseini'ichtung gemäß Figur 2 besitzt zusätzlich zum Balgumhüllungselenient 48 ein Hauptiiclitbogemimhüllungselement 50, das vom Verbindungsteil 24 der Isolierumhüllung 10 über einen ringförmigen Träger 52 gehalten wird., Ferner sind ein Paar von Hilfslichtbogenumhüllungselemente 54 und 56 vorgesehen, welche von den oberen und unterea Sadplatten 12 und 14 des Vakuumkolbens gehalten werden. Das HanptlieMbogenumhüllungselement 50 besitzt einen axialen Zwischenteil 50a, der konzentrisch den Lichtbogenbereich 36 umgibt und einen radialen Abstand zu diesem aufweist, d. h. er umgibt auch die elektrischen Kontaktelemente 28 und 32 und weist auch zu diesen einen Abstand auf. Das Hauptlichtbogenumhüilungseiement besitzt ferner obere und untere Endteile 50b sindööe, welche sich in axialer Richtung nach außen und in radialer Richtung nach innen vom Zwischenteil 50a erstrecken. Diese Endteile sind konzentrisch bezüglich der inneren bzw. vorderen Endteile des stationären und beweglichen Elektrodenstabes 26 und 30 angeordnet und umgeben diese und weisen in radialer Richtung einen Abstand zu diesen auf. Um die Erzeugung von Funken an den offenen Enden der Hauptlichtbogenumhüllung 50 zu unterdrücken, besitzen die

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oberen und unteren Endteile 50b und 50c der Hauptlichtbogenumhüllung 50 umlaufende Kanten 50d und 5Oe, von denen jede in Schleifenform abgerundet ist, wie es in der Figur dargestellt ist. Andererseits besitzen die Hilfslichtbogenumhüllungselemente 54 und 56 im allgemeinen einen gebogenen Querschnitt und sind an ihren Spitzen bzw. an ihrem Bodenteil an die Innenflächen der oberen und unteren Endplatten 12 und 14 befestigt. Die oberen und unteren Hilfslichtbogenumhüllungselemente 54 und 56 besitzen somit konkave innere Flächen, welche den benachbarten axialen Enden des Hauptlichtbogenumhüllungselementes 50 gegenüber liegen. Die Hilfslichtbogenumhüllungselemente 54 und 56 besitzen Randteile 54a und 56b, welche ebenfalls in Schleifenformen abgerundet sind, so daß die Bildung von Funken hier verhindert wird. Diese abgerundeten Randteile 54a und 56b der oberen und unteren Ήilfslichtbogenumhüllungselemente 54 und 56 umgeben konzentrisch die abgerundeten Endteile 50b und 5Oe des Hauptlichtbogenumhüllungselementes 50 und weisen nach außen hin radial einen Abstand zu diesen auf. Auf diese Weise wird ein Ringspalt 58 zwischen den abgerundeten Endteilen 5Od des Hauptlichtbogenumhüllungselementes 50 und dem abgerundeten Randteil 54a des oberen Hilfslicht bogenumhüllungselementes 54 gebildet. Ferner wird ein Ringspalt 60 zwischen dem abgerundeten unteren Randteil 50e des Hauptlichtbogen-Umhüllungselementes 50 und dem abgerundeten Randteil 56a des unteren Hilfslichtbogenumhüllungselementes 56 gebildet, wie das im einzelnen dargestellt ist. Da auf diese Weise die Ringspalte 58 und 60 ringförmig um die Achse des Vakuumkolbens geformt werden, ist es notwendig, daß die Haupt- und Hilfslichtbogenumhüllungselemente eine ausreichende axiale Länge aufweisen und außerdem die HilfslichtbogenumhÜllungselemente genügend große Durchmesser besitzen, damit geeignete Zwischenräume zur Bildung der Ringspalte 58 und 60 vorhanden sind. Die Nachteile, welche bei der Unterbrechereinheit in der Figur 1 auftreten, sind daher auch bei dieser Unterbrechereinheit, welche in der Figur 2 dargestellt ist, gegeben, obgleich letztere eine axiale Längsausdehnung

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aufweist, welche relativ zum Durchmesser kurzer ist als die bei der vorher beschriebenen Ausführungsform. Das Wesentliche bei der Erfindung besteht darin, daß anstelle eines Ringspaltes zwischen dem Hauptlichtbogenumhüilungselement und jedem der Hilfsliehibogenumhfülungselemente ein sich in axialer Richtung erstreckender Spalt, vorgesehen wird, so daß eine wesentliche Verringerung des Durchmessers und auch der axialen Längsausdehnung der Unterbrechereißheit erzielt wird.

Die Ifichtbogenumhüllungseinrichtungj welche in der Figur 3 gezeigt wird, ist in einem Vakuumkolben eingebaut., dessen Konstruktion ähnlich denen der Vorrichtungen in den Figuren I und 2 ist. Die Beschreibung des Aufbaues der Vakuumkolben-Unterbrechereinrichtung, welche in der Figisr 1 dargestellt ist, kann zum Teil daher auch auf die Ausführangsform gemäß der Figur 3 zutreffen, ausgenommen die Lichtbogenumhülliingseinrichtung. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Liehtbogemnahüllungseinrichtung der erflndungsgemäßen Art auch in einem Vakksmkolben-Unterbrecher, der einen anderen Aufbau hat, zur Anwendung kommen kann.

Die liehtbogenumhüllungseinrichtung gemäß der Figur 3, welche einen Teil der Vakuumkolben-Unterbrechereinrichtung des Vakuumschalters gemäß der Erfindung bildet, enthält ein Hauptlichtbogenumhüllungselement 32, das vom ringförmigen Verbindungsteil 24 der Isolierumhüilung 10 über einen Ringträger 64 getragen wird. Ferner ist ein Paar von oberen und unteren Hilfslichtbogenumhüllungselementen 66 und 68 vorgesehen. Diese werden direkt von den oberen und unteren Metallendplatten 12 und 14 des Vakuumkolbens getragen. Das Hauptlichtbogemimhüllimgselement 62 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und. besitzt ein axiales Zwischenteil 62a und obere und untere Endteile 62b

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und 62c, welche sich axial nach außen hin und radial nach innen vom Zwischenteil 62a erstrecken. Das zylindrische Zwischenteil 62a des Hauptlichtbogenumhüllungselementes 62 umgibt konzentrisch den Lichtbogenspalt bzw. Lichtbogenbereich 36. Das bedeutet, daß dieser Zwischenteil auch die elektrischen Kontaktelemente 28 und 32 umgibt und von diesen in axialer Richtung nach außen hin gesehen einen Abstand aufweist. Das gleiche trifft auch für die stationären und beweglichen Elektrodenstäbe 26 und 30 zu. Andererseits umgeben die oberen und unteren Endteile 62b und 62c des Häuptlichtbogenumhüllungselementes 62 konzentrisch die inneren bzw. die vorderen Endteile des stationären und des beweglichen Elektrodenstabes 26 und 30 und weisen von diesen in radialer Richtung gesehen einen Abstand auf. Der untere Endteil 62c umgibt gleichfalls konzentrisch das Balgumhüllungselement 48, das m seinem Inneren einen Teil des Balges 34 enthält. Das Zwischenteil 62a des Hauptlichtbogenumhtillungselementes ist in radialer Richtung in der Nähe der Isolierumhüllung 10 angeordnet. Die oberen und unteren Endteile 62b und 62c des Lichtbogenumhüllungselementes 62 besitzen verringerte Durchmesser und sind daher in radialer Richtung weiter von der Isolierumhüllung 10 entfernt, wie das im einzelnen dargestellt ist. Die oberen und unteren Endteile 62b und 62c des Hauptlichtbogenumhüllungselementes 62 besitzen, wie dargestellt, darüber hinaus umlaufende Ränder 62d und 62e, welche in Form eines Reifens abgerundet sind, so daß die Entstehung von Funken an diesen Rändern verhindert wird. Das obere Hilfslichtbogenumhüllungselement 66 besitzt einen zylindrischen Teil 66a, der sich axial nach innen von der inneren Fläche der oberen Endplatte 12 des Vakuumkolbens erstreckt. Ih radialer Richtung befindet er sich nahe an der Metarf-zu Isolation-Abdichtung 16, welche zwischen der oberen Endplatte 12 und der Isolierumhüllung 10 vorgesehen ist. Dieses obere Hilfslicht-

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bogenumhüllungselement besitzt eine axiale Längsausdehnung, die wesentlich größer ist als die Längsausdelinung des Abdichtungselementes 16. Das obere Hilfslichtbogenumhüllungselement 66 besitzt ferner einen Ringteil 66b, der sich radial nach innen und axial nach außen vom zylindrischen Teil 66a erstreckt. Dieser ringförmige Teil besitzt eine innere μπι^υίende Kante, welche konzentrisch den stationären Elektrodenstab 26 umgibt und von diesem einen radialen Abst and aufweist. Der ringförmige Teil 66b des oberen Hilfslichtbogenumhüllungselementes 66 besitzt demnach eine innere umlauf ende Kante 66c, welche den stationären Elektrodenstab 26 umgibt. Ferner besitzt das HUfslichtbogenumhüllungselement eine konkave innere Oberfläche, welche dem oberen Ende des Hauptlichtbogenumhüllungselementes 62 gegenüber liegt. Ein Spalt 70 wird somit geformt, der sich in axialer Richtung zwischen dem oberen Ende des Hauptlichtbogenumhüllungselementes 62 und dem oberen Hilfslichtbogenumhüllungselemeiit 66 erstreckt. Das untere Hilfslichtbogenumhüllungselement 68 ist ähnlich geformt wie das obere Hilf slichtbogenumhüllungselem ent 66. Es hat ebenfalls einen im wesentlichen zylindrischen Teil 68a, der sich axial nach innen von der unteren Endplatte 14 aus erstreckt. Außerdem liegt er nahe am Abdichtungselement 18 und ist wesentlich langer als dieses Abdichtelement. Außerdem weist das untere Hilf slichtbogenumhüllungselement einen Ringteil 68b, der sich radial nach innen und axial nach außen vom zylindrischen Teil 68a erstreckt. Dieser besitzt eine innere umlaufende Kante 68c, welche den beweglichen Elektrodenstab 30 umfaßt und demgemäß auch den Balg 34. Außerdem weist das untere Hilfslichtbogenumhüllungselement eine konkave innere Oberfläche auf, welche dem unteren Ende des Hauptlichtbogenumhüllungselementes gegenüberliegt. Es wird somit ein Spalt 72 gebildet, der sich axial zwischen dem unteren Ende des Hauptlichtbogenumhüllungselementes und dem unteren Hilf slichtbogenumhüllungselem ent 68 erstreckt.

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Die Ionen und Metallteilchen des Lichtbogenplasmas, welche in dem Lichtbogenbereich 36 gebildet werden, wenn der bewegliche Elektrodenstab 30 von dem stationären Elektrodenstab 26 weg bewegt wird, v/erden zum größten Teil von dem Hauptlichtbogenumhüllungselement abgefangen. Teile des Lichtbogenplasmas, welche durch die oberen und unteren offenen Enden außerhalb des Hauptlichtbogenumhüilungselementes 62 gelangen können, erreichen somit die ringförmigen Zwischenräume zwischen den oberen und unteren Endplatten 12 und und den ringförmigen Teilen 66b und 68b der oberen und unteren Hilfslichtbogenumhüllungselemente 66 und 68. Sie gelangen hierbei durch die mittleren Öffnungen, welche von den inneren umlaufenden Kanten 66c und 68c gebildet werden. Außerdem treffen sie teilweise auf die konkave innere Oberfläche der ringförmigen Teile 66b und 68b, so daß sie teilweise von den Hilfslichtbogenumhüllungselementen 66 und 63. aufgefangen werden. Auch werden sie zum Teil von der konkaven Oberfläche der Hilfselemente rückwärts zum Hauptlichtbogenumhüllungselement 62 zurückgeleitet, während die ringförmigen Teile 66b und 68b der Hilfslichtbogenumhüllungselemente 66 und 68 wirkungsvoll sind im Auffangen und Zurückleiten des Lichtbogenplasmas dienen die zylindrischen Teile 66 a und 68a der Hilfslichtbogenumhüllungselemente und 68 zur Erniedrigung der elektrischen Feldstärken, welche bestrebt sind, um die Metallzuisolation-Abdichtelemente 16 und 18 sich zu konzentrieren. Wenn es erwünscht ist, können die zylindrischen Teile 66a und 68a der Hilfslichtbogenumhüllungselemente in die ringförmigen Teile 66b und 66c über Randbereiche, welche abgebogen sind tibergehen, so daß eine weitere Erniedrigung der elektrischen Feldstärke um die Abdichtelemente 16 und 18 herum erzielt wird. Hierdurch wird die Entstehung von Funken um die Abdichtelemente 16 und 18 herum verhindert. Die axiale Längsausdehnung eines jeden der Spalte 70 und wird in der Weise ausgewählt, um eine ausreichende Stehspannung

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zwischen dem Hauptlichtbogenumhüllungselement 62 und jedem der oberen und unteren Hilfslichtbogenumhüllungselemente 66 und 68 zu gewährleisten. Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß die folgenden Vorteile beim Leistungsschalter, insbesondere Vakuumschalter, gemäß der Erfindung durch die spezielle Ausgestaltung der Lichtbogenumhüllungseinrichtung erzielt werden können:

a) Dadurch, daß das Hauptlichtbogenumhüllungselement 62 in axialer Richtung von den Hilf slichtbogenumhüllungselementen 66 und 68 nicht überlappt wird, können die Längsausdehnungen der Haupt- und Hilfslichtbogenumhüllungselemente sowie die Durchmesser der Hilfslichtbogenumhüllungselemente wesentlich verringert werden, so daß der Gesamtaufbau des Vakuumkolbens eine wesentlich kleinere Gestalt aufweist. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel hat sich herausgestellt, daß der Durchmesser des Vakuumkolbens der Vorrichtung in der Figur 3 um etwa 20 % gegenüber dem des Vakuumkolbens mit der Lichtbogenumhüllungseinrichtung beispielsweise in den Figur 1 oder in der Figur 2 verringert werden kann.

b) Dadurch, daß die Spalte, welche die notwendige Stehspannung zwischen dem Hauptlichtbogenabschirmungselement und dem Hilfslichtbogenabschirmungselementjherstellen, sich in axialer Richtung des Vakuumkolbens erstrecten,muß die Längsausdehnung des Vakuumkolbens nicht vergrößert werden, sondern kann wesentlich verringert werden. Dies beruht darauf, daß jedes der Hilfslichtbogemimhüllungselemente einen Teil aufweist, der nahe dem Abdichtelement gelegen ist und ferner einen Teil aufweist, der dae Lichtbogenplasma in das Hauptlichtbogenumhüllungselement zurückleitet, so daß die elektrische Feldstärke, welche auf die Abdichtelemente einwirkt, wesentlich verringert werden kann.

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c) Aufgrund der wesentlichen Verringerung der axialen Längsausdehnung der Haupt- und Hilfslichtbogenumhtillungselemente und des . Durchmessers der Hilfslichtbogenumhüllungselemente und des Durchmessers der Hilfslichtbogenumhüllungselemente kann der Aufwand für die Herstellung und Installation des Vakuum schalters beträchtlich verringert werden.

In der vorstehenden Beschreibung ist im Zusammenhang mit den Figuren ein bevorzugtes Ausftihrungsbeispiel eines Vakuum schalters dargestellt worden. Die vorstehende Beschreibung dient jedoch lediglich zur weiteren Erläuterung der Erfindung und wesentlicher Merkmale derselben. Verschiedene Ausführungsformen und Modifikationen der Erfindung sind möglich.

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   Leistungsschalter, insbesondere Vakuumschalter, enthaltend eine Vakuumkolben-Unterbrechereinrichtung mit einer im wesentlichen zylindrischen Isolierumhüllung, einem Paar von Endplatten, die mit den axialen Enden der Isolierumhüllung über Abdichtungen verbunden sind, einem stationären Elektrodenstab, der durch eine der Endplatten sich axial in den Vakuumkolben erstreckt, einem beweglichen Elektrodenstab, der in axialer Richtung durch die andere Endplatte sich erstreckt und in Richtung auf die stationäre Elektrode und von dieser weg bewegbar ist, wobei die Elektroden miteinander ausgerichtet sind und an ihren vorderen Enden elektrische Kontaktelemente tragen, zwischen denen ein Lichtbogenbereich entsteht, wenn die bewegliche Elektrode von der stationären Elektrode weg bewegt wird und mit einer Lichtbogenabschirmeinrichtung bzw. Lichtbogenumhüllungseinrichtung, welche ein Hauptumhüllungselement mit einem axialen mittleren Teil, der den Lichtbogenbereich konzentrisch umgibt und zu diesem einen radialen Abstand hat, sowie mit axialen äußeren Endteüen, die sich in axialer Richtung vom mittleren Teil nach außen erstrecken und konzentrisch die Endteile des stationären und beweglichen Elektrodenstabes umgeben und ein Paar von hilfsumhüllungselementen aufweist, die sich von den Innenflächen der Endplatten axial erstrecken und je einen im wesentlichen zylindrischen in nahem radialen Abstand zu jeweils einem der Abdichtelemente befindlichen Teil besitzen, der eine im wesentlichen größere axiale Ausdehnung hat als das jeweilige Abdichtelement, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsumhüllungselemente (66, 68)ferner je einen ringförmigen Teil(66b, 68b)aufweisen, der sich von einem axialen inneren Endteil des zylindrischen Teiles (66a, 68a) nach innen

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   und in axialer Richtung nach außen erstreckt und eine konkave einen benachbarten Endteil (62b, 62e)des Hauptlichtbogenumhüllungselementes (62) gegenüberliegende von diesen Endteilen (52d und 62e) einen axialen Abstand aufweisende Fläche aufweist, so daß ein axial sich erstreckender Spalt (70, 72)jeweils zwischen den axialen äußeren Endteilen des Hauptlichtbogenumhüllungselementes(62)und jedem der Hilfslichtbogenumhüllungselemente(66, 68 Entsteht.
2. 2. Leistungsschalter, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der axialen äußeren Endteile (62d, 62e)des Hauptlichtbogenumhüllungselementes (62) einen umlaufenden Rand aufweist, der in Reifenform abgerundet ist.
3. 3. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Teil (66a, 68a) eines jeden der Hilfslichtbogenumhüllungselemente(66, 68)über einen kurvenförmigen bzw. abgebogenen Teiljder in axialer Richtung nach innen in den Vakuumkolben gerichtet ist, in den ringförmigen Teil(66b, 68^ übergeht.
4. 4. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen äußeren Endteile (62d, 62e)des Hauptlichtbogenumhüllungselementes(62) einen geringeren Durchmesser aufweisen als der mittlere Teil(62a) des Hauptlichtbogenumhüllungselementes.
5. 5. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Teil (66b bzw. 68b)eine innere umlaufende Kante (66c bzw. 68c) aufweist, welche den zugeordneten Elektrodenstab 06 bzw. 3p)umgibt.
6. 6. Leistungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Teil (36b bzw, 68 b)eine Öffnung aufweist, welche von dem umlaufenden Rand (66c bzw. 68c) gebildet wird.

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