DE2459270C2

DE2459270C2 - Vakuumunterbrecher

Info

Publication number: DE2459270C2
Application number: DE2459270A
Authority: DE
Inventors: Werner S. Pittsburgh Pa. Emmerich; Francis A. Monroeville Pa. Holmes
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1973-12-19
Filing date: 1974-12-14
Publication date: 1984-11-29
Also published as: ZA747375B; CA1019371A; GB1492577A; YU37036B; JPS5566350U; JPS5749884Y2; CH589934A5; JPS5094480A; US3889080A; DE2459270A1; AU7556874A; IT1024063B; YU334274A

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuumunlerbrccher mit einem evakuierten rohrförmigen isolierenden Ge- 5^r> hause, das an seinen beiden Enden jeweils durch eine erste bzw. zweite metallische Endkappe abgeschlossen ist und koaxial zu ihm einen festen Kontakt und einen beweglichen Kontakt sowie eine ebenfalls rohrförmige, die beiden Kontakte umgebende und mit dem Gehäuse mi ebenfalls koaxiale, aus Metall bestehende Hauptabschirmung aufnimmt, mit einer ersten und einer /weilen rohrförmigen, zum Gehäuse koaxialen metallischen Endabschirmung. die jeweils mit der ersten bzw. zweiten Endkappe elektrisch und mechanisch verbunden ist, (,<; wobei die Hauptabschirmung unler elektrischer Isolierung von der ersten und der /weiten Endkappe an dem isolierenden Gehäuse abgestützt ist und eine ersle und eine zweite metallische Hilfsabschirmung vorgesehen sind, die jeweils im Raum zwischen der Hauptabschirmung und einer der EndabschiriTiungen angeordnet sind und die den Endkappen zugewandte Endbereiche der Hauplabschirmung koaxial zumindest teilweise umgeben.

Ein derartiger Vakuumunterbrecher ist aus der US-PS 37 92 214 bereits bekannt Dieser von der Anmelderin stammende Stand der Technik ist bereits von der Betriebsweise her recht vorteilhaft, doch ist der Aufbau für viele Anwendungsfälle noch zu aufwendig und zu teuer, außerdem kann es unter Umständen wegen des aus den vielen Einzelteilen bestehenden Gehäuses zu Schwierigkeiten bei der Abdichtung kommen. Ein weiteres Problem der bekannten Anordnung liegt darin, daß die Gefahr besteht, daß der Lichtbogen nicht nur auf die Hauptabschir:,iung überspringt, um sich dort einen zusätzlichen Leitweg zu schaffen, es besteht auch die Gefahr, daß der Austrittspunkt des Lichtbogens auf der Abschirmung von der inneren Oberfläche der Abschirmung um die Kante hcrumwandert und zur Außenfläche gelangt. Dies ist insofern nachteilig, als dann die dabei auftretenden Dämpfe sich wiederum auf die Innenfläche des Isoliergehäuses ablagern können. Dieses Problem wurde auch in der US-PS 37 92 214 erkannt, siehe den die Spalten 1 und 2 verbindenden Absatz. Gemäß diesem Stand der Technik wird durch eine zwischen der Hauptabschirmung und der Endabschirmung vorgesehene dritte Abschirmung (Bezugszahl 72) das Auftreten von Endladungspunkten an der Außenfläche der Hauptabschirmung vermieden. Doch führt dies zu dem bereits erwähnten komplizierten mechanischen Aufbau, der zum einen die Herstellung verteuert und zum anderen den erforderlichen Durchmesser und die notwendige Länge des Vakuumunterbrechers für eine bestimmte Leistung vergrößert. Andere Druckschriften, die sich ebenfalls mit Vakuumunterbrechern beschäftigen, so die US-PS 31 85 800, aber auch die US-PS 36 83 IW sowie die US-PS 31 85 799 liegen dem Erfindungsgegenstand ferner, insbesondere fehlt ihnen das Merkmal der metallischen Hilfsabschirmungen, die jeweils im Raum zwischen der Hauptabschirmung und einer der Endabschirmungen angeordnet sind und die den Endkappen zugewandten Endbereichc der Hauptabschirmung koaxial zumindest teilweise umgeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Vakuumunterbrechcr der eingangs genannten Art dahingehend noch weiter zu verbessern, daß unler Aufrechterhaltung der günstigen elektrischen Eigenschaften, insbesondere eines sicheren Schutzes gegenüber Lichtbogenentladungcn an der Außenfläche der Hauptabschirmung, die Konstruktion vereinfacht und kompakter gemacht wird.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß auch die erste und die zweite Endabschirmung die ihnen benachbarten Enden der Hauptabschirmung teilweise umgeben, daß die Hilfsabschirmung jeweils mittels zylindrischer Flächen an den Endbereichen der Hauptabschirmung befestigt sind und daß die Hauptabschirmung in ihren Endbereichen auf ihrer dem Gehäuse zugewandten Oberfläche mit einer Schicht aus isolierendem Material versehen ist.

Diese Maßnahmen erlauben es. unter Beibehaltung der gegenüber früheren Konstruktionen beim Stand der Technik bereits günstigen elektrischen Eigenschaften, also insbesondere eines sicheren Schutzes gegenüber Lichtbogcncntladungcn auf der Außenfläche der llauptabschirmung, den Aufbau des Vakuumunierbrcchcrs wesentlich zu vereinfachen und — bei gleichen

Leistungseigenschaften — kompakter zu gestalten. Der erfindungsgemäße Aufbau läßt trotz der größeren Kompaktheit und des dadurch weiter eingegrenzten Raumes innerhalb des Vakuumunterbrechers dem Lichtbogen keine Möglichkeit, auf solche Teile der Abschirmung zu gelangen, von denen aus infolge des Aufcreffens des Lichtbogenfleckes entstehende Metalldämpfe zu schädlichen Ablagerungen auf Isohergeht useoberflächen führen. Wegen der nur geringen Anzahl von abzudichtenden Stoßflächen verschiedener Bauteile vereinfacht sich auch das Problem der Abdichtung.

Sind die Hilfsabschirmungen kege'stumpfförmig ausgebildet und mit dem Ende kleineren Durchmessers an der Abschirmung befestigt, führt dies zu einer zusätzlichen Sicherheit gegenüber einem Herumwandern des Lichtbogens. Ähnliches gilt für die Ausführungsform gemäß Anspruch 3, gemäß der an den Enden der Hauptabschirmung die Hilfsabschirmungen jeweils über Isolierringe befestigt sind.

Auch die Merkmaie der im Anspruch 4 genannten Ausführungsform, bei der die erste und zweite Hilfsabschirmung über das Ende der Hauptabschirmung hinausragen, stellen vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Vakuumschalters dar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigt

F i g. 1 eine Axialschnittansicht durch einen Vakuumunterbrecher gemäß einer ersten Ausführungsform;

F i g. 2 in einer analogen Ansicht einen Vakuumuntei brecher gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Die Figuren lassen einen allgemein mit 10 bezeichneten Vakuumunterbrecher mit einem hochevakuierlen rohrförmigen isolierenden Gehäuse 12 aus insbesondere Glas- oder Keramikmaterial erkennen, das an seinen beiden Enden jeweils durch eine erste bzw. zweite metallische Endkappe 14, 16 abgeschlossen ist. Zwischen den Endkappen 14 und 16 einerseits sowie dem isolierenden Gehäuse 12 andererseits sind Dichtungen 24 angeordnet, um das Innere des Gehäuses 12 vakuumdicht zu machen. Der Druck im Inneren des isolierenden Gehäuses 12 beträgt unter normalen Bedingungen weniger als 133 nbar, um so zu gewährleisten, daß die mittlere freie Weglänge für Elektronen länger ist als der potentielle Durchbruchweg innerhalb des Gehäuses 12.

In dem Gehäuse 12 sind zwei zueinander bewegliche Kontakte 18 und 20 angeordnet. Bei Trennung der Kontakte 18 und 20 voneinander entsteht zwischen ihnen ein Lichtbogenspalt. Der obere Kontakt 18 ist ortsfest an einer Stange 32 befestigt, etwa durch Schweißen oder Hartlöten. Die leitende Stange 32 ist starr mit der ortsfesten Endkappe 14 verbunden, ebenfalls durch Schweißen oder Hartlötung. Der untere Kontakt 20 ist beweglich und mit einer leitenden Antriebsstange 34 verbunden. Die Antriebsstange 34 ist längs der Längsachse des isolierenden Gehäuses 12 längsverschieblich gelagert. Die Antriebsstange 34 ragt durch eine öffnung 36 in die Endkappe 16. Ein Metaflbalg 38 ist mit seinen beiden gegenüberliegenden Enden dicht an die Antriebsstange 34 bzw. die Endkappe 16 angeschlossen. Der nachgiebige Metallbalg 38 bildet eine Dichtung um die Antriebsstange 34, so daß diese ohne Beeinträchtigung des Vakuums im Inneren des Gehäuses 12 hin und her bewegt werden kann.

Mit dem unteren Ende der Antriebsstange 34 ist ein Betätigungsorgan (nicht dargestellt) gekoppelt, um den beweglichen Kontakt 20 in Aufwärtsrichtung zum Angriff an den ortsfesten Kontakt 18 bringen zu können und damit den Vakuumunterbrecher 10 zu schließen. Das Betätigungsorgan ist ebenfalls in der Lage, den beweglichen Kontakt 20 bei der Stromkreisunterbrechung wieder in seine geöffnete Stellung zu ziehen.
Wenn die Kontakte 18 und 20 bei der Stromkreisunterbrechung voneinander getrennt werden, wird in dem Lichtbogenspalt zwischen den Kontakten ein Lichtbogen gebildet Der so zwischen den Kontakten 18 und 20 gebildete Lichtbogen verdampft einen Teil des Kontaktmaterials. Die dabei entstehenden Dämpfe und Partikel werden von dem Lichtbogenspalt weg zu dem isolierenden Gehäuse 12 hin dispergiert. Die innere Isolierfläche des isolierenden Gehäuses 12 ist gegen die Kondensation der durch den Lichtbogen erzeugten Metalldämpfe und Partikel mittels einer die Kontakte 18, 20 umgebenden und mit dem Gehäuse koaxialen, aus Metall bestehenden Hauptabschirmung 40 geschützt. Die Hauptabschirmung 40 dient zum Abfangen und Kondensieren von durch den Lichtbogen erzeugten Metalldämpfen und Partikeln, ehe diese das Gehäuse 12 erreichen können. Zur weiteren Verringerung der Wahrscheinlichkeit, daß der Dampf oder die Partikel das Gehäuse 12 unter Umgehung der Hauptabschirmung 40 erreichen, sind rohrförmige, zum Gehäuse koaxiale metallischc Endabschirtnungen 42 bzw. 44 vorgesehen, die der Hauptabschirmung 40 zugewandt sind. An die bewegliche Antriebsstange 34 ist ein Topfkörper 43 angeschlossen, der den nachgiebigen Metallbalg 38 teilweise umgibt, um diesen vor einem Bombardement mit von dem Lichtbogen erzeugten Metalldämpfen oder Partikeln zu schützen.

Die Geschwindigkeit, mit der die bei der Lichtbogenbildung erzeugten Dämpfe entfernt werden, bestimmt die Betriebsbedingungen für den eingeschwungenen Zustand bei der Lichtbogenbildung ebenso wie die Festigkeit gegenüber Neuzündung des Unterbrechers. Wird der Dampf nicht rasch genug abgeführt, so können hohe Spannungsüberschwingungen eine Neuzündung des Lichtbogens bewirken, nachdem dieser bereits bei Nulldurchgang der Spannung an den Kontakten gelöscht worden ist, was zu einer Störung bzw zu einem Ausfall des Vakuumunterbrechers 10 führen kann.

Gemäß den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Hauptabschirmurtg 40 unter elektrischer Isolierung von der ersten und der zweiten Endkappe an dem isolierenden Gehäuse abgestützt.

Bei der Stromkreisuntcrbrechung wird der bewegliche Kontakt 20 von dem beweglichen Kontakt 18 getrennt, so daß sich ein Lichtbogen in dem Lichtbogenspalt bildet. Der Lichtbogen verdampft einen Teil des Materials der Kontakte 18 und 20, und der resultierende Metalldampf und die resultierenden Metallpartikel werden geradlinig radial auswärts aus dem Lichtbogenspalt herausgeschleudert. Zuweilen kann der Lichtbogen bei der Stromkreisunterbrechung die Hauptabschirmung 40 berühren. Wenn dies eintritt, soll der Lichtbogen auf die Innenseite der Hauptabschirmung 40 begrenzt bleiben. Das heißt, es soll kein Teil des Lichtbogens auf die Außenseite der Hauptabschirmung 40 gelangen können,

to die dem Gehäuse 12 zugewandt ist.

Fig. I zeigt Hilfsabschirmungen 50, 52, die mit der Haup'.".bschirmung 40 jeweils im Raum zwischen der Hauptabschirmung und einer der Endabschirmungen angeordnet sind und die den Endkappen zugewandte

μ Randbereiche der Hauptabschirmung koaxial zumindest teilweise umgeben. Die Hilfsabschirmungen 50, 52 sind jeweils mittels zylindrischer Flächen 54, 64 an den Endbereichen der Hauotabschirmunii 40 befestist. pe-

maß der Fig. 1 insbesondere mit Hilfe von Isolierringen, die die Bezugszahl 54 bzw. 56 tragen, so daß die Hilfsabschirmungen 50 und 52 zwar mechanisch mit der Abschirmung 40 verbunden sind, jedoch elektrisch von dieser isoliert sind. Die Hilfsabschirmungen 50 und 52 ■; umgeben die Enden der Abschirmung 40 und ragen in die Endabschirmungen 42 bzw. 44 hinein. Die Hilfsabschirmungen 50,52 können jede gewünschte Rohrform besitzen. Ihre Funktion simuliert den Aufbau der dreifachen freischwebenden Abschirmung, wie sie beim Stand der Technik vorhanden ist.

F i g. 2 zeigt einen Vakuumunterbrecher 10, an dessen Hauptabschirmung 40 metallische Endabschirmungcn 60, 62 unmittelbar angeschlossen sind. Die Endabschirmungen 60 und 62 sind elektrisch und mechanisch mit der Hauptabschirmung 40 verbunden. Die Endabschirmungen 60,62 sind schematisch als gerade Kcgelstümpfe wiedergegeben, wobei sie mit dem Ende kleineren Durchmessers an die Abschirmung 40 angeschlossen sind, siehe die Bezugszahl 64. Das Ende größeren Durchmessers ragt innerhalb der Endabschirmungen 42,44 über die Enden der Hauptabschirmung 40 hinaus. Die Endabschirmungen umgeben die Enden der Hauptabschirmung 40 und schützen die Innenflächen des Gehäuses 12 zusätzlich gegenüber dem Fall, dall aus irgendwelchen Gründen der Kathodcnflcck des Lichtbogens doch zur Außenseite der Hauptabschirmiing 40 zwischen den Endabschirmungcn 60,62 wandert.

Erfindungsgemäß ist die Hauptabschirmung 40 mit einer Schicht aus isolierendem Material versehen. Diese w Schicht ist gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform auf der Hauptabschirmung 40 auf deren Außenseite angebracht, wobei sich diese Isolierbeschichtung bis zu den Enden der Abschirmung 40 erstreckt und zumindest die Endbereiche der Hauptabschirmung κ 40 umgibt. Diese Schicht aus isolierendem Material kann durch Aufsprühen auf die Außenfläche der Abschirmung 40 aufgebracht sein. Die Isolierbeschichlung verhindert, daß der Kathodenflcck der Lichtbogenentladung zur Außenfläche der Hauptabschirmung 40 wanden.

Gegenüber einem an der Hauptabschirmung angeschlossenen äußeren Isolierkörper ist eine mit der Hauptabschirmung 40 verbundene dünne Isolierbeschichtung günstiger, weil sie bessere Wärmeübergangseigenschaften zeigt und auch wesentlich einfacher angebracht werden kann.

Wie aus der F i g. 1 hervorgeht, kann das Wandern eines Lichtbogens zur Außenseite der Hauptabschirmung auch noch durch besondere Formgebung der Enden der Hauptabschirmung erschwert werden, so zum Beispiel dadurch, dab die Hauptabschirmung 40 im Bereich ihrer Enden mit einer lippenartigen Umbiegung versehen ist, die von der Mittelachse des Vakuumunterbrechers weg bzw. zum Gehäuse 12 hinzeigt.

Statt dessen könnten auch in Umfangsrichtung verlaufende Rinnen oder nutartige Vertiefungen ein Umwandern der Hauptabschirmung durch den Lichtbogen erschweren. Auch könnte die Lippe im Gegensatz zur Darstellung der Fig. 1 nicht nach außen, sondern in Richtung auf die Mittelachse des Vakuumunterbrechers 10 gerichtet sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vakuumunterbrecher (10) mit einem evakuierten rohrförmigen isolierenden Gehäuse (12), das an seinen beiden Enden jeweils durch eine erste (14) bzw. zweite metallische Endkappe (16) abgeschlossen ist und koaxial zu ihm einen festen Kontakt (18) und einen beweglichen Kontakt (20) sowie eine ebenfalls rohrförmige, die beiden Kontakte (18, 20) umgebende und mit dem Gehäuse (12) ebenfalls koaxiale, aus Metall bestehende Hauptabschirmung (40) aufnimmt, mit einer ersten und einer zweiten rohrförmigen, zum Gehäuse koaxialen metallischen Endabschirmung (42,44). die jeweils mit der ersten (14) bzw. zweiten Endkappe (16) elektrisch und mechanisch verbunden ist, wobei die Haup'.abschirmung (40) unter elektrischer Isolierung von der ersten und der zweiten Endkappe (14,16) an dem isolierenden Gehäuse (12) abgestützt ist und eine erste und eine zweite metallische Hilfsabschirmung (50, 52; 60, 62) vorgesehen sind, die jeweils im Raum zwischen der Hauptabschirmung (40) und einer der Endabschirmungen (42,44) angeordnet sind und die den Endkappen (14, 16) zugewandte Endbcrcichc 2^r> der Hauptabschirmung (40) koaxial zumindest teilweise umgeben, dadurch gekennzeichnet, daß auch die erste und die zweite Endabschirmung (42,44) die ihnen benachbarten Enden der Hauptabschirmung (40) teilweise umgeben, daß die Hilfsabschirmungen (50, 52; 60,62) jeweils mittels zylindrischer Flächen (54, 64) an den Endbereichen der Hauptabschirmung (40) befestigt sind und daß die Hauptabschirmung (40) in ihren Endbereichen auf ihrer dem Gehäuse zugewandten Oberfläche mit einer Schicht aus isolierendem Material versehen ist.

2. Vakuumunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsabschirmungcn (60,62) kegelslumpfförmig ausgebildet und mit dem Ende kleineren Durchmessers an der.! lauptabschirmung (40) befestigt sind.

3. Vakuumunterbrecher nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet.daß an den Enden der Hauptabschirmung (40) die Hilfsabschinnungen (50,52) jeweils über Isolierringe (50,56) befestigt sind. 4-,

4. Vakuumuntcrbrechcr nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Hilfsabschirmung (50,52; 60,62) über das linde der Hauptabschirmung (40) hinausragt.

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