DE2546376A1

DE2546376A1 - Cct breaker - has contact for vacuum current less zones behind main current-carrying zones to speed arc extinction

Info

Publication number: DE2546376A1
Application number: DE19752546376
Authority: DE
Inventors: Alfred Goetsch; Dieter Schumann; Michael Wehrsig
Original assignee: INST PRUEFFELD ELEKT
Current assignee: INST PRUEFFELD ELEKT
Priority date: 1974-12-20
Filing date: 1975-10-16
Publication date: 1976-06-24
Also published as: DD117140A1

Abstract

The contact is intended for a vacuum circuit breaker and has special almost currentless zones (2) behind the main current-carrying regions (12). The currentless zones have a resistivity that is higher than that of the surrounding contact material and have Slater coefficients below 3 or above 7.7 and/or insulating material and/or surrounded by a vacuum. These currentless zones extend at least as far as the edges of main current-carrying regions. The currentless zones ensure that the light arc produced between the main current regions migrates as quickly as possible under the arcing regions of the switch, where it then circulates and is extinguished.

Description

Kontakt für Vakuumschalter Die Erfindung betrifft einen Kontakt fär Vakuumschalter, der zentrisch an einem Stromzuführungsbolzen angebracht ist und an der dem Stromzuführungsbolzen gegenüberliegenden kontaktgebenden Stirnseite mindestens einen Nennstrombereich und mindestens einen diesen umgebenden Abbrandbereich aufweist, die aus einem oder mehreren Materialien bestehen und der mit Mitteln zur eigenmagnetischen Beeinflussung des Lichtbogens versehen ist.Contact for vacuum switch The invention relates to a contact for Vacuum switch, which is attached centrally to a power supply bolt and at least on the contact-making end face opposite the power supply bolt has a rated current range and at least one burn-up area surrounding it, which consist of one or more materials and which have means for self-magnetic Influencing the arc is provided.

Kontakte für Vakuumschalter müssen zahlreichen, sich teilweise widersprechenden Anforderungen genügen, insbesondere wenn sie für die Mitteispannungsebene und hohe Schalt leistungen bestimmt sind. Der Abreißstrom muß klein sein, damit beim Schalten kleiner induktiver Ströme nur geringe Uberspannungen auftreten können.Contacts for vacuum switches have to be numerous, sometimes contradicting each other Requirements are sufficient, especially if they are for the medium voltage level and high Switching powers are determined. The chopping current must be small so when switching small inductive currents only small overvoltages can occur.

Auch der Kontaktübergangswiderstand ist klein zu halten, um eine unzulässige Erwärmung bei Nennstrom zu vermeiden. Gefordert werden ferner gute Verschweißeigenschaften der Kontaktmaterialien.The contact resistance must also be kept small in order to avoid an impermissible Avoid heating up at nominal current. Good welding properties are also required of contact materials.

Die Kontaktmaterialien sind so auszuwählen, daß die Schweißhaftkräfte kleiner als die Antriebskraft sind. Die Kontakte müssen außerdem mechanisch stabil und weitgehend gasfrei sein und sollen eine zufriedenstellende Spannungsfestigkeit und ein hohes Abschaltvermögen gewährleisten.The contact materials are to be selected in such a way that the weld adhesion forces are smaller than the driving force. The contacts must also be mechanically stable and be largely gas-free and should have a satisfactory dielectric strength and ensure a high disconnection capacity.

Es ist eine grundlegende Lösung bekannt, die Kontakte durchgehend aus einem einzigen Material, z. B. aus Kupfer, herzustellen.A basic solution is known, the contacts continuously from a single material, e.g. B. made of copper.

Bei solchen Elektroden treten jedoch so hohe Schweißhaftkräfte und darüber hinaus ein so hoher Abreißstrom auf, daß ein Einsatz der allein aus Kupfer bestehenden Elektroden nicht möglich ist.With such electrodes, however, there are such high weld adhesion forces and In addition, such a high chopping current that a use of the copper alone existing electrodes is not possible.

Auch mit anderen Werkstoffen können mit Elektroden dieser Art nicht alle oben genannten Anforderungen gleichzeitig erfüllt werden.Electrodes of this type cannot be used with other materials either all of the above requirements are met at the same time.

Besser werden den Anforderungen Kontakte gerecht, bei denen der Lichtbogen so beeinflußt wird, daß er zielgerichtet den Nennstrombereich verläßt und auf dem Abbrandbereich, der den Nennstrombereich urgibt, rotiert.The requirements are better met contacts where the arc is influenced so that it specifically leaves the rated current range and on the Burn-off area, which is the nominal current range urgibt, rotates.

Es sind Kontakte bekannt, auf deren Kontakt oberfläche der Nennstrombereich ringförmig ausgebildet ist. Der Nennstromring bewirkt die Bildung von Stromschleifen im Kontaktmaterial, die im Augenblick der Öffnung der Kontakte eine radiale Kraftkomponente hervorrufen, die den Lichtbogen vom Nennstrombereich auf den Abbrandbereich treibt. Die Wirksamkeit dieser Kraftkomponente wird bekannterweise durch eine Querschnittsverringerung des leitermaterials des Kontaktbolzens unmittelbar vor dem Kontaktstück erhöht, weil dadurch eine Stromenge entsteht, die die Stromschleife vergrößert.There are known contacts on whose contact surface the rated current range is ring-shaped. The nominal current ring causes the formation of current loops in the contact material, which is a radial force component at the moment the contacts open cause that drives the arc from the rated current range to the burn-up range. The effectiveness of this force component is known to be due to a reduction in cross section the conductor material of the contact bolt is increased immediately in front of the contact piece, because this creates an amount of current that increases the current loop.

Es ist weiterhin bekannt, scheibenförmige Kontaktstücke mit spralförmig oder anders geformten von innen nach außen verlaufenden Schlitzen zu versehen. Dabei sind die Schlitze durchgehend oder nutförmig ausgeführt bzw. mit Widerstandematerial ausgefüllt. Mit dieser konstruktiven Maßnahme wird eine tangentiale Kraftkomponente hervorgerufen, die den Lichtbogen auf dem Abbrandbereich um den Nennstrombereich herum in Rotation versetzt. Auf diese Weise wird eine Verteilung der beim Schaltvorgang durch den Lichtbogen verursachten Belastung und Erwärmung der verfügbaren Abbrandfläche erreicht und die Aufschmelzung der Elektrodenoberflächen vermindert, so daß eine Erhöhung des Abschaltvermögens und der Schalthäufigkeit eintritt. Die Schweißhaftkräfte und der Abreißstrom z. B. bleiben jedoch bei Verwendung von Kupfer nach wie vor zu groß. Zur Vermeidung dieser Nachteile ist man dazu übergegangen, das Kupfer mit anderen Werkstofen, z. 3. Magnesium und Antimon, zu legieren. Derartige Legierungen können wiederum andere Forderungen nicht erfüllen.It is also known to have disc-shaped contact pieces with a spiral shape or to provide differently shaped slots running from the inside to the outside. Included the slots are continuous or groove-shaped or with resistance material filled out. This constructive measure creates a tangential force component caused the arc on the burn-up area around the rated current range rotated around. In this way there is a distribution of the switching process load caused by the arc and heating of the available burn-up area achieved and the melting of the electrode surfaces reduced, so that a Increase in the disconnection capacity and the switching frequency occurs. The weld adhesion forces and the chopping current z. B. remain however when using copper as before too large. In order to avoid these disadvantages, the copper was used other materials, e.g. 3. Magnesium and Antimony, to alloy. Such alloys in turn cannot meet other requirements.

Im Falle des ougg5b tritt z. B. ein zu hoher Kontaktübergangswiderstand auf.In the case of the ougg5b z. B. too high a contact resistance on.

Es ist auch bekannt, Kontakte mit unterschiedlichen Materialien für den Nennstrombereich und den Abbrandbereich herzustellen.It is also known to use different materials for contacts to establish the nominal current range and the burn-up range.

Auf diese Weise können die für den jeweiligen Bereich vWrteilhaftesten Materialien eingesetzt werden, z. 3. Molybdän-Kupfer für den Nennstrombereich und Kupfer für den Abbrandbereich.In this way, the most beneficial for each area can be found Materials are used, e.g. 3. Molybdenum copper for the rated current range and Copper for the burn area.

Das Ausschaltvermögen derartiger Kontakte wird wesentlich von dem Material des Nennstrombereiches beeinflußt. Bei Verwendung von MoCu ist zum Beispiel eine beträchtliche Verringerung des Ausschaltvermögens festzustellen.The breaking capacity of such contacts is essentially dependent on the Material of the nominal current range influenced. When using MoCu, for example detect a considerable reduction in the breaking capacity.

Aus der Patentliteratur (OS 2 207 242) ist weiterhin bekannt, in den Kontaktkörper eine hochpermeable Eisen- oder Nickelscheibe mit sich anschließenden spiralförmigen Blechen zur erzeugung einer tangentialen Kraftkomponente einzubetten.From the patent literature (OS 2 207 242) is also known in the Contact body a highly permeable iron or nickel disc with adjoining embed spiral-shaped sheets to generate a tangential force component.

Die unter dem Nennstrombereich liegende Scheibe soll darüber hinaus Stromechleifen erzwingen, die den Bogen in radialer Richtung bewegen. Dieser Eadialantrieb tritt jedoch aus zwei Griinden bei dem bekannten Kontakt nicht ein. Erstens wird bei dieser Lösung durch den ferromagnetischen Einsatz die Beldverteilung so gesteuert, daß der Bogen nicht nach außen auf den Abbrandbereich, sondern im Gegenteil in den Nennstrombereich hineingetrieben wird und zweitens nehmen infolge der zu geringen Leitfähigkeitsunterschiede der Stoffe Cu, Pe und Ni und des ungünstigen Verhältnisses von Stromweg durch die Scheibe zu Stromweg um die Scheibe herum nur ca. 15 - 30 % des Stromes den gewünschten Weg. Das ist genau der entgegengesetzte Effekt; zu dem, der beabsichtigt ist.The disk below the rated current range should also be Force current loops that move the arc in a radial direction. This radial drive However, this does not occur with the known contact for two reasons. First will In this solution, the field distribution is controlled by the ferromagnetic insert in such a way that that the arch does not point outward to the burned area, but on the contrary in the Nominal current range is driven in and, secondly, take due to the too low Differences in conductivity of the materials Cu, Pe and Ni and the unfavorable ratio from current path through the pane to current path around the pane only approx. 15 - 30 % of the current the desired path. This is exactly the opposite effect; to the one that is intended.

Die bekannten technischen Lösungen erfüllen somit die an Vakuum schalter der Mittelspannungsebene gestellten Anforderungen nicht oder nur teilweise und sind technologisch und damit auch Ökonomisch sehr aufwendig.The known technical solutions thus meet the requirements of vacuum switches the medium-voltage level are not or only partially and are Technologically and therefore also economically very complex.

Zweck der Erfindung ist es, die Mängel der bekannten Kontakte zu beseitigen.The purpose of the invention is to eliminate the shortcomings of the known contacts.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Kontakt so:n gestaaten, daß der sich auf den Nennstrombereich ausbildende lichtbogen in extrem kurzer Zeit auf den Abbrandbereich wandert> dort umläuft und verlöscht.The invention is based on the object of the contact so: n gestaaten, that the arc forming in the nominal current range in an extremely short time moves to the burn-up area> circulates there and goes out.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Kontaktkörper unter dem(n) Nennstriombereich(en) eine aus Werkstoffen mit im, Vergleich zum umgebenden Kontaktkörper hohen spezifischen Widerstand und mit unter 3 oder über 7,7 liegendem Slaterkoeffizienten ) oder/und Isolierstoff oder/und Vakuum bzw. Niederdruck gebildete nahezu stromlose Zone vorgesehen ist und daß diese Zone in ihrer geometrischen Ausdehnung mindestens den Umfang des Nennstrombereiches hat. Zweckmäßigerweise erstreckt sich die nahezu stromlose Zone in radialer wichtung bis unter den Abbrandbereich. Eine bevorzugte Variante sieht vor, die nahezu stromlose Zone näher am Stromzuführungsbolzen als am Nennstrombereich anzuordnen. Dadurch werden Stromschleifen erzwungen die eine besonders große radiale Kraftkoponente hervorrufen, die den Lichtbogen in extrem kurzer Zeit auf den Abbrandbereich ablenkt. Der Kontakt ist so geschlitzt, daß eine tangentiale Kraftkomponente entsteht, die den Lichtbogen bis zum Erlöschen rotieren läßt.According to the invention the object is achieved in that in the contact body below the nominal current range (s) one made of materials with compared to the surrounding Contact body high specific Resistance and with under 3 or above 7.7 Slater coefficient) and / or insulating material and / or vacuum or Low pressure formed almost currentless zone is provided and that this zone in their geometric extent has at least the scope of the nominal current range. The nearly currentless zone expediently extends in radial weighting to below the burn-up area. A preferred variant provides for the almost currentless one Zone closer to the power supply bolt than to the rated current area. Through this current loops are forced which have a particularly large radial force component cause that deflects the arc in an extremely short time on the burn-up area. The contact is slotted in such a way that a tangential force component arises, the lets the arc rotate until it is extinguished.

Die erfindungsgemäse Lösung führt zu einer wesentlichen Erhöhung der Schaltleistung, da der Lichtbogen den Nennstrombereich so schnell verläßt, daß es nicht zum Aufschmelzen dieses Bereiches kommt. Dadurch bleibt der Zustand der Kontakte auch bei hohen Strombelastungen erhalten und seine Eigenschaften, wie kleiner Abreißstrom, kleiner Übergangswiderstand und niedrige Schweißhaftkräfte, ändern sich nicht im Vergleich zu denen nicht belasteter Kontakte. Auch bei eventuellen Kontaktabhebungen infolge von Stoßströmen, die gewöhnlich eine Dauer von wenigen MLflisekunden haben, wird der Lichtbogen sofort aus dem Nennstrombereich getrieben. Die aufprellenden Kontakte bleiben damit nahezu kalt und es tritt keine Flitterbildung aus breitgequetschten Kontaktwerkstoffperlen beim Aufeinanderprellen der Kontakte ein. Die Spannungsfestigkeit der belasteten Schaltstrecke ist wesentlich erhöht.The inventive solution leads to a substantial increase in the Switching capacity, since the arc leaves the rated current range so quickly that it this area does not melt. This means that the state of the contacts remains preserved even with high current loads and its properties, such as small chopping current, small contact resistance and low weld adhesion forces do not change in Compared to those of uncontaminated contacts. Even with any contact withdrawals as a result of surge currents, which usually have a duration of a few MLfliseconds, the arc is immediately driven out of the rated current range. The bouncing ones Contacts remain almost cold and there is no tinsel formation from broadly squeezed Contact material beads when the contacts bounce into one another. The dielectric strength the loaded switching path is significantly increased.

Die Erfindung soll nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert rden. In der zugehörigen Zeichzning zeigen: pig. 1 s die Vorderansicht eines erfindungsgemäßen scheibenf'.öriigen Kontaktes im Schnitt, Pig. 2s die Vorderansicht einer erfindungsgemäßen topfförmigen Kontaktanordnung im Schnitts Pig. 3 S die nahezu stromlose Zone eines erfindungsgemäßen Kontaktes.The invention is to be described in more detail below using several exemplary embodiments explained rden. In the corresponding drawing show: pig. 1 s the front view of a disk-shaped contact according to the invention in section, Pig. 2s the front view a cup-shaped contact arrangement according to the invention in section Pig. 3 S the nearly currentless zone of a contact according to the invention.

1) Fhillipow Taschenbuch Elektrotechnik Bd. I, VEB Verlag Technik. 1963. S.339 Die in Fig. 1 und Fig. 2 mit 1 bezeichneten Kontakte sind mit einem Stromzuführungsbolzen 11 verbunden und weisen einen Nenastrombersich 12 und einen Abbrandbereich 13 auf. Im Innern des Kontaktes 1 befindet sich unterhalb des Nennstrombereiches 12 eine nahezu stromlose Zone 2, die einen extrem schleifenförmigen Verlauf der Stromlinien 3 hervorruft. Auf den sich während des Schaltvorganges bildenden Lichtbogen 4 wirkt dadurch eine derart starke Kraftkomponente 5, daß dieser in äußerst kurzer Zeit vom Neanstrombereich 12 auf den Abbrandbereich 13 treibt. Die nahezu stromlose Zone des in Fig. 1 dargestellten Kontaktes besteht aus Widerstandsmaterial der Zusammensetzung 78 % Ni, 20 % Cr und 2 46 Mn. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Kontakt bildet ein glasierter Setallkörper aus scheibenförmigen Edelstahlblechen die nahezu stromlose Zone.1) Fhillipow Taschenbuch Elektrotechnik Bd. I, VEB Verlag Technik. 1963. p.339 The contacts denoted by 1 in FIGS. 1 and 2 are connected to a power supply bolt 11 and have a Nenastrombersich 12 and a burn-off area 13. Inside the contact 1 is located below of the rated current range 12 an almost currentless zone 2, which has an extremely loop-shaped The course of the streamlines 3 causes. On those that are formed during the switching process Arc 4 thus acts such a strong force component 5 that it is extremely a short time from the Neanstrombereich 12 to the burn area 13 drives. The almost currentless zone of the contact shown in Fig. 1 consists of resistance material of composition 78% Ni, 20% Cr and 2,46 Mn. In the case of the contact shown in FIG forms a glazed body made of disc-shaped stainless steel sheets that almost currentless zone.

Eine dritte Eöglichkeit für den Aufbau und die Zusammensetzung der nahezu stromlosen Zone geht aus Fig. 3 hervor. Bei dieser Variante ist die nahezu stromlose Zone aus einem sternförmigen Stützkörper 21, bestehend aus 54 % Cu, 45 ffi Ni und 1 zu % , und mehreren dazwischenliegenden Vakuumkammern 22 aufgebaut.A third possibility for the structure and composition of the virtually currentless zone is shown in FIG. 3. In this variant, it is almost Electroless zone made of a star-shaped support body 21, consisting of 54% Cu, 45 ffi Ni and 1 to%, and several vacuum chambers 22 in between.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e:

1. Contact for vacuum switch, @@ centrally on a power supply bolt is attached and to the zen the Stronsuführungsbol opposite contact-making Front face at least one nominal current range and at least one surrounding it Has burn-up area, which consist of one or more materials and the is provided with means for the intrinsic magnetic influence of the arc, thereby characterized that in the contact body under the (n! nominal current range (s) (12)) a made of materials with high specific values compared to the surrounding contact body Resistance and with Slater coefficients below 3 or above 7.7 or and Insulating material and / or vacuum formed almost currentless zone (2) is provided and that this zone (2) in its geometric extent at least the circumference of the Nominal current range (12) has.

2. Contact according to claim 1, characterized in that the virtually currentless zone (2) in the radial direction down to below the flash-off area (13) extends.

3. Contact according to claim 1 and 2, characterized in that the almost currentless zone (2) closer to the power supply bolt (11) than to the rated current area (12) is arranged.