DE2452075A1

DE2452075A1 - Vakuumschaltkammer fuer niederspannungsschuetze

Info

Publication number: DE2452075A1
Application number: DE19742452075
Authority: DE
Inventors: Eckehard Dipl Ing Gebauer
Original assignee: Elektro Apparate Werke VEB
Current assignee: Elektro Apparate Werke VEB
Priority date: 1973-12-20
Filing date: 1974-11-02
Publication date: 1975-07-03
Also published as: SU570120A1; GB1458600A; DD108407A1

Description

Vakuumschaltkainmer für tfiederspannungsschütz·

Di· Erfindung betrifft ein· Vakuumschaltkammer für Niederspannungsschütze mit einen Jfennstrombereich bis 630 A.

Vakuumsohaltkammern, insbesondere für Mittel- und Hochspannung, sind seit längerem bekannt und werden vor allein für Leistung·-, Last- und Motürschalter eingesetzt. Hierbei werden neben anderen technischen Parametern ein großes Schaltvermögen, eine hohe Spannungefestigkeit und die Fähigkeit, auch kleinere Ströme ohne Oberspannung abzuschalten, verlangt·

Die Eigenschaften dieser Vakuumschaltanordnungen für Hoch- und Mittelspannung, insbesondere das kleinere Volumen, die vollkommene Trennung der Kontaktanordnung und des Lichtbogens von der umgebenden Atmosphäre, die hohe wiederkehrende elektrische festigkeit, ein hohes Schaltvermögen u.a. sind für den Einsatz dieser Vakuumschaltanordixangen für Sohütse in ffiederspannungsnetsen allein nicht ausreichend. Tür Schütze wird neben einer hohen meohanisohen Lebensdauer vor allem eine große Schaltstüoklebensdauer benötigt· Hier besteht bei den in Luft schaltenden elektromagnetischen

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Schützen nach den konventionellen Konatruktionsprinzipien ein großer Widerspruch. Während eine mechanische Lebensdauer von 10 - 20 χ 10 Schaltepielen erreichbar ist, liegt die Sehaltstücklebensdauer um mehr als eine Größenordnung niedriger. Mit dem konventionellen Konstruktionsprinzip ist dieser Widerspruch jedoch nicht zu lösen.

Unter normalen atmosphärischen Bedingungen wird durch den Katoden- und Anodenfußpunkt eines Lichtbogens ein hoher Materialabbrand verursacht. Gegenüber dieser Lichtbogenkonfiguration sind im spezifischen Vakuumlichtbogen viele parallele KatodenfuBpunkte und kein ausgeprägter Inodenfußpunkt bei Stromstärken unterhalb etwa 5 χ 10-* A (abhängig von Kontaktmaterial und konstruktiver Ausbildung) vorhanden.

Mit dieser Ausbildung paralleler Teillichtbögen in Vakuum ist eine Verringerung des Materialabbrandes verbunden. Eine weitere wesentlich vorteilhaftere Eigenschaft dieser Lichtbogenform mit vielen parallelen Teilbögen und keinem ausgeprägten Anodenfußpunkt ist, daß das von der Katode abgetragene Material an der Anode wieder zum großen Teil niedergeschlagen wird und für weitere Schaltungen zur Verfugung steht.

Die Vorteile des Vakuumlichtbogens werden bereits in bekannten Vakuumschaltkammern für Mittelspannung und zum Teil auch für Niederspannung ausgenutzt. Diese Vakuumschaltkammern weisen alle ein Vakuum < 10"^ Torr auf.

Nachteilig ist jedoch der große und für Niederspannungsschütze nicht vertretbar hohe Aufwand, der zur Erreichung und zum Halten eines Vakuums mit Drücken niedriger als 10"^ Torr notwendig ist. So steigen mit sinkendem Druck die Anforderungen an Reinheit und Gasfreihcit der verwendeten Werkstoffe; der technologische Aufwand zur Herstellung des

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gewünschten Hochvakuums wird wesentlich erhöht. Zusätzlich muß der Druck im Neuzustand um einige Größenordnungen niedriger gelegt werden, damit durch die nicht zu vermeidend· Gasabgabe der Innenteile, Gasdiffusion u.a. der für dl· Funktion entscheidende größtmögliche Betriebsdruck von 10 -^ Torr nicht überschritten wird.

Es sind bereite Vakuumschaltkammern für hohe Spannungen bekannt geworden (DR-FS 628 539)« die zur Erreichung der notwendigen Spannungsfestigkeit bis zu einem Druck von 1 Torr und zur Vermeidung selbständiger Entladungen derart ausgebildet sind, daß die mittlere freie Weglänge der Ladungsträger hol dem im Innern der Schaltkammer herrschenden Druck größer ist als der in Richtung des elektrischen Feldes gegebene Abstand der spannungsführenden Teile voneinander. Bei Einhaltung dieser Bed!ηgungen ergeben sich jedoch bei höheren Drücken Schaltkammern mit einem sehr kleinen Volumen, die für jede technische Anwendung unbrauchbar sind und z.B. das für Niederspannungsschütze erforderliche Schaltvermögen bei weitem nicht erreichen können und somit auch für eine technische Anwendung bei Niederspannungsschützen nicht geeignet sind.

Es ist weiterhin eine Vakuumschaltkammer bekannt geworden

(DR-FS 616 270), bei der die durch das Abreißen des Licht-

—4 bogens bei Drücken innerhalb der Kammer unterhalb 10 Torr entstehenden Überspannungen dadurch vermieden werden, daß dem Restgas Spuren von Edelgasen zugefügt werden und ein Restdruck von 10 bis 10 ^J Torr herrscht. Dieses Abreißen des Lichtbogens tritt insbesondere bei kleinen Strömen und induktiver Last auf. Bedingungen, die nur bei einem Hochoder Mittelspannungslastschalter vorkommen. Der technologische Aufwand dazu ist sehr hoch, da vor Einfüllen der Sdelgaee eine extrem hohe Reinheit und Drücke unter 10 Torr erreicht werden müssen, da sonst durch andere Restgase die gewünschte Wirkung der Edelgase verloren geht. Allein schon wegen dieses hohen Aufwandes wäre diese Lösung nicht anwendbar. 50 9 8 27/0176

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumschaltkammer für Niederspannungsechütze mit einem Nennstroabereloh bis 63O A zu schaffen, bei der der Materialabbrand an den Schaltstücken so gering wie möglich gehalten wird und außerdem der Aufwand zur Erreichung und Haltung des Vakuums in der Vakuumecha3.tkammer gegenüber den bekannten Anordnungen verringert ist·

Srfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der Innendruck der Schaltlcammer zwischen 10 ^J und 10 Torr liegt und 10"² Torr nicht übersteigt.

Eingehende Untersuchungen haben ergeben, daß die günstige

1 2 Form des Vakuumbogens bis zu Drücken von 10 - 10 Torr existent ist· Zusätzlich wird mit steigendem Druck die Anzahl der parallelen Katodenfußpunkte bei gleichem Strom größer und damit der Katodenabbrand geringer·

Mit steigendem Druck wird weiterhin ein größerer Anteil des an der Katode abgetragenen Elektrodenmaterials an der Anode niedergeschlagen· Der für eine praktische Anwendung einer Vakuuaschaltkammer für Schütze interessierende resultierende Materialverlust, Katodenmaterialabbrand minus Anodenmaterialgewinn, wird damit mit steigendem Druck wesentlich niedriger und läßt damit eine wesentlich höhere elektrische Lebensdauer von Niederspannungsschützen mit solchen Vakuumachaltkammern erreichen.

Die für Niederspannung (bis 1000 V Nennspannung) notwendige Spannungsfestigkeit einer Vakuumschaltkammer ist nun weiter noch bei Drücken, die oberhalb der in bekannten Anordnungen vorhandenen bzw· vorgesehenen von 10 bis 1O^-^ Torr liegen, in ausreichendem Maße bis etwa 5 . 10~² Torr gegeben.

Ebenso kann auch das für Niederspannungsschütze mit einem maximalen Nennstrom von 630 A geforderte Sehaltvermögen

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▼on 5 · 1O³ A (nach VDu, IEG, TGL, 6 . I_n) mit einer Vakuumschaltkammer mit einem wesentlich größeren Volumen als es die bekanntgewordenen Anordnungen nach DR-FS 628 voraussetzen, mit einem Innendruck von 10 Torr erreicht werden.

Der Aufbau einer solchen Vakuumschaltanordnung ist bekannt und nicht Gegenstand dieser Erfindung« Sie besteht im allgemeinen aus einer Kapsel aas Glas oder Keramik oder auch Metall, die voneinander isolierte Elektrodenzuführungen besitzen, an deren Enden in der Kapsel die Schaltstücke befestigt sind· Eine Elektrode ist über einen Balg beweglich angeordnet und dient zum Schließen und Offnen dieser Anordnung·

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Claims

Patentanspruch:

Vakuumschaltkaiimer für Niederapannungsschütze mit einem Nennstrombereich biß 63O A₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Innendruck der Schaltkammer zwischen 10 ^J und 10 Torr liegt und 10~² Torr nicht übersteigt.

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