DE2856515A1

DE2856515A1 - Elektrodenanordnung fuer vakuumlastschalter

Info

Publication number: DE2856515A1
Application number: DE19782856515
Authority: DE
Inventors: Shinzo Sakuma; Hifumi Yanagisawa
Original assignee: Gemvac KK; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Gemvac KK; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1977-12-28
Filing date: 1978-12-28
Publication date: 1979-07-12
Also published as: FR2413771B1; BE873064A; ES476381A1; GB2011720B; SE7813284L; GB2011720A; JPS5816731B2; CA1124290A; FR2413771A1; JPS5491773A; US4293748A; DE2856515C2; SE440569B; CH634441A5

Description

Elektrodenanordnung; für Vakuumlastschalter

Die Erfindung betriilt eine Elektrodenanordnung für elektrische Lastschalter, bei denen zwei trennbare Elektroden in einer Vakuumkammer angeordnet sind, insbesondere eine Elektrodenanordnung, die wenigstens eine Elektrode mit einem ringförmigen Kontaktteil sowie einem das Kontaktteil umgebenden geschlitzten Lichtbogenführungsteil aufweist, wobei das Lichtbogenführungsteil zum Führen einer zwischen den Elektroden während der Schaltkreisunterbi echung erzeugten Lichtbogensäule entlang des Umfanges des LichtbogenfülirungsteiLs dient.

Im folgenden wird zuerst ein typischer konventioneller Vakuumlastschalter mit Bezug auf Fig. 1, die eine Ansicht im Längsschnitt zeigt, beschrieben. Der Lastschalter umfaßt ein evakuiertes Hüllgehäuse 10, Zylinderflansche 11 und 12, die* an den gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 10 befestigt sind, obere und untere Endkappen 13 und 14, die mit den Enden der Zylinderflansche 11 bzw. 12 luftdicht verbunden sind, und ein an dem Gehäuse 10.festgelegtes Zwischenschild 15. Innerhalb des Zwischenschildes 15 sind zwei trennbare scheibenförmige Elektroden 20 und 30 vorgesehen, auf denen jeweils ein ringförmiger Kontaktteil 21 bzw. 32 angeordnet ist. Die untere Elektrode 20 stellt eine bewegbare Elektrode dar, die am unteren Elektrodenstab 18, der sich durch einen Balg bzw. Dehnungsausgleicher 16 und die untere Endkappe 14 hindurch erstreckt, befestigt und zur senkrechten Bewegung des unteren Elektrodenkontaktteils 21 - um in oder außer Eingriff mit dem oberen Elektrodenkontaktteil 31 zu gelangen - geeignet montiert ist, ohne das Vakuum im Inneren des Hüllgehäuses 10 zu beeinträchtigen. Die obere Elektrode 30 stellt eine feststehende Elektrode dar, die an einem oberen Elektrodenstab 17 befestigt ist. Der sich durch die obere Endkappe 13 erstrecken-

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de obere Elektrodenstab 17 ist mit der oberen Endkappe 13 luftdicht verbunden.

Stehen die obere und die untere Elektrode 30 und 20 zum Schließen des Lastschalters, wie ^n Fig. 1 gezeigt, miteinander in Eingriff, so fließt ein Strom I durch die ringförmigen Kontaktteile 21 und 31. Wird die untere Elektrode 20 zum Öffnen des Lastschalters von der oberen Elektrode

30 weg bewegt, so entsteht zwischen den getrennten Kontaktteilen 21 und

31 eine Lichtbogensäule. Die Lichtbogensäule ist infolge der Einwirkung der durch die Lichtbogensäule selb ;t sowie durch den mit dem Lastschalter verbundenen Schaltkreis hervoi gerufenen Magnetfelder äußerst unstabil, wobei, unter dem Einfluß eiies Magnetfeldes, das durch einen entlang eines umgekehrt C-f">rmige ι Weges in den Kontaktteilen 21 und fließenden Strom erzeugt wird, die Lichtbogensäule entlang den Elektrodenoberflächen in radialer Richtung nach außen zu einem an der Außenseite der Elektrode befindlichen Bereich geführt wird. Aufgrund dessen wird dieser Bereich lokal erhitzt,und es kommt zu einem beträchtlichen Verdampfen des Metalls an der Eleictrodenoberfläche. Dadurch verschlechtert sich jedoch die Güte det. Vakuums im Inneren des Hüllgehäuses, und die Schaltleistung nimmt ab.

Um die während der Schaltunterbrechung auftretende Lichtbogensäule zur Beseitigung der oben erwähntei. Nachteile bekannter Elektroden anordnungen wirksam regeln zu können, wurde der Versuch unternommen, ein Lichtbogenführungsteil um wenigstens eines der Elektrodenkontaktteile vorzusehen. Dieses Lichtbogenführungsteil ist mittels einer Vielzahl von Schlitzen in Segmente unterteil· und dient entlang des Umfanges zum Führen der Lichtbogensäile, ohne daß die Lichtbogensäule an einem an der Außenseite des Kontaktteiles b ;findlichen Bereich anhält und diesen örtlich erhitzt. Dieser Versuch isi bestimmt, um die Kühlleistung der Lichtbogensäule zu vergrößern, se daß die Schaltunterbrechung bei einem Strom von Null eintreten kann.

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In den Fig. 2 bis 5 sind übliche Elektrodenanordnungen dargestellt, die ein derartiges Lichtbogenführungsteil aufweisen. Die Fig. 2 und 3 verdeutlichen eine sogenannte spiralförmige Elektrodenanordnung in Drauf bzw. in Seitenansicht. Diener E lek tr öden aufbau weist eine Elektrode 20 auf, die aus einem ringförmigen Kontaktteil 21 und einem Lichtbogenführungsteil 24 besteht. Das Lichtbogenführungsteil 24 ist mit einer Vielzahl gebogener, sich vom Außenumfang einwärts erstreckender Schlitze versehen, wodurch winkelförmig um das Kontaktteil 21 verteilte Lichtbogenführungssegmente/in i.ewöhnlich spiralförmiger Anordnung entstehen. Jedoch stehen bei solch einer spiralförmigen Elektrodenanordnung die Seitenflächen der Lichtbogenfülirungssegmente 22 senkrecht zur Richtung der Umlaufbewegung der L chtbogensäule, wodurch das Überwechseln der sich entlang der Oberf äche der Lichtbogenführungssegmente22 bewegenden Lichtbogensäule übt r einen Schlitz 23 zum nächsten Lichtbogenführungssegment 22 erschwert wird. Aus diesem Grund bleibt die Lichtbogensäule an den spitzen J .ndbereichen der Lichtbogenführungssegmente stehen und erhitzt örtlich diese Bereiche. Infolge dieser Erhitzung steigen metallische Dämpfe von den Elektrodenoberflächen auf, wodurch die Güte des Vakuums im Inneren des Hüllgehäuses/und somit die Schaltleistung des Lastschalters verringert wird.

Die Fig. 4 und 5 verdeutlichen eine sogenannte sonnenradförmige Elektrodenanordnung in Drauf- bzw. in Seitenansicht. Diese Elektrodenanordnung weist eine Elektrode 40 auf, die aus einem ringförmigen Kontaktteil 41 und einem Lichtbogenführungsteil 44 besteht. Dieses Lichtbogenführungsteil 44 ist zur Ausbildung von vier Lichtbogenführungssegmenten 42 in gewöhnlich sonn enr adf örmiger Anordnung mit vier sich vom Außenrand nach innen erstreckenden Schlitzen 43 versehen. Da die Seitenflächen der Lichtbogenführungssegmente 42 senkrecht zur Richtung der Umlaufbewegung der Lichtbogens i ule stehen, weist die sonnenradförmige Elektrodenanordnung die gleichen Nachteile auf, die in Verbindung mit der spiralförmigen Elektroden;oiordnung gemäß Fig. 2 und 3 beschrieben wurde.

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Es ist somit Aufgabe di-i E. findung, einen Elektroden aufbau für einen Lastschalter vorzuseht a, el >r obige Nachteile ausschließt, d. h. der die Umlaufbewegung der wahrei d der Schaltunterbrechung erzeugten Lichtbogensäule fördert, unci ein : hohe Schaltleistung ermöglicht.

Die Merkmale der zur Lösi ng dieser Aufgabe geschaffenen Erfindung ergeben sich aus Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren An; prüchen enthalten.

Die Erfindung wird im folgt iden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen typisch in Vakuumlastschalter schematisch im Längs

schnitt;

Fig. 2 u. 3 eine bekannIt spiralförmige Elektrodenanordnung in Draufsicht bi w. Seitenansicht;

Fig. 4 u. 5 eine bekannte sonnenradförmige Elektrodenanordnung in Draufsicht bi w. in Seitenansicht;

Fig. 6 u. 7 ein Ausführ.ingsbeispiel einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung in Draufsicht bzw. Seitenansicht;

Fig. 8 die Elektrode lanordnung gemäß den Fig. 6 und 7 in perspektivische! Ansicht und

Fig. 9 bis 11 abgewandelte Ausführungsbeispiele in perspektivischer Ansicht.

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Im folgenden wird mit Dezu ζ auf die Fig. 6 bis 8 ein Ausführungsbeispiel einer Elektrodenanordnung verdeutlicht. Die Elektrodenanordnung weist zur Ausbildung einer schaltireisunterbrechenden Lichtbogensäule zwischen den Elektroden ein E.ektrodenpaar auf, wobei eine der Elektroden relativ bezüglich der anderen zwischen einer geschlossenen Stellung, bei der beide Elektroden in Eingriff stehen, und einer geöffneten Stellung, bei der beide Elektroden voneinander getrennt sind, bewegt werden kann. Wenigstens eine der Elektroden 50 weist ein ringförmiges Kontaktteil 51 und ein scheibenförmiges, das Kontaktteil 51 umgebendes Lichtbogenführungsteil 54 auf. Das Lichtbogenführungsteil 54 ist mit einer Vielzahl von Schlitzen 53 versehen, lie zur Ausbildung von Lichtbogen! ührungssegmenten 52 vom Außenraiid des Lichtbogenführungsteils 54 nach innen verlaufen. Die Schlitze 53 sind in gleicher Richtung in einem Winkel bezüglich des Radius des Licl.tbogenführungsteils 54, wie durch den Buchstaben a der Fig. 6 verdeutlicht, und ebenso in gleicher Richtung in einem Winkel bezüglich der Achse des Lichtbogenführungsteils 54, wie durch den Buchstaben b der Fig. 7 verdeutlicht, abgeschrägt. Auf diese Weise können die Lichtboge lführungssegmente 52 die benachbarten Segmente 52 im Bereich der Schlitze 53 überlagern. Die Neigungsrichtungen der Schlitze 53 sind bezügli ;h dem Radius und der Achse des Lichtbogenführungsteils 54 gleich.

Mit der oben erwähnten Elektrodenanordnung wird unter dem Einfluß eines Magnetfeldes, das durch einen durch einen umgekehrt C-förmigen Weg in den ringförmigen Kontaktteil 54 fließenden Strom erzeugt wird, eine während der Schaltkreisunterbrechung erzeigte Lichtbogensäule mit einer Geschwindigkeit von dam ringförmigen Kontaktteil 51 radial nach außen zu dem Lichtbogen? üh nmgsteil 54 oder den Lichtbogenführungs Segmenten 52 und anschließend entlang den Oberflächen der Lichtbogenführungssegmente 52 im Kr us geführt. Die Lichtbogensäule bewegt sich Ober die geneigte Seitenfläche des Lichtbogenführungssegments 52 nach unten, um über die Schlitze 53 zu den nächsten Lichtbogensegmenten 52

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überzuwechseln. Zu diesem Zeitpunkt fördert eine Kraftkomponente F3 die Kreisbewegung der Lichtbogensäule. Die Kraftkomponente F3 wird durch eine Kraft Fl der sicli in radialer Richtung nach außen bewegenden Lichtbogensäule und eine Kraft F 2 der sich über die abgeschrägte Seitenfläche des Lichtbogenführungssegnientes 52 nach unten bewegenden Lichtbogensäule erzeugt. Hat die Lichtbogensäule die Außenrandbereiche der Lichtbogenführungssegmente 52 erreicht, so wird diese, wie in Fig. anhand des Pfeiles A dargestellt, entlang den abgeschrägten Seitenflächen der Lichtbogenführungssegmente 52 zu deren Endbereichen und dann zu den nächsten LichtbogenführungsSegmenten 52 geführt, ohne daß die Lichtbogens.«nie an den Endbereichen anhält.

Die Fig. 9 bis 11 verdeutlichen abgewandelte Formen der Elektrodenanordnung, bei denen die den Fig. 6 bis 8 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen und nicht weiter beschrieben sind. Die Fig. zeigt in perspektivischer Ansicht eine erste abgewandelte Ausführungsform einer Elektrodenanordnung. Bei dieser Ausführungsform sind die in dem Lichtbogenführungsteil 54 ausgebildeten Schlitze 53 in einem Winkel bezüglich dem Radius des Lichtbogenführungs teils 54 abgeneigt und, wie durch den Buchstaben c der Fig. 9 angedeutet, gebogen. Dadurch verläuft jeder Schlitz 53 bezüglich der Achse des Lichtbogenführungsteils 54 im Querschnitt gebogen und im Längsschnitt geradlinig. Dieser Aufbau kann somit die Lichtbogens imle wirksam um den Lichtbogenführungs teil herumführen. Es ist zu bemerken, daß die konkaven Seitenflächen der Lichtbogenführungssegmente 52 in jeder Richtung bezüglich der Richtung

sich
der Kreisbewegung der Lichtbogensäule/gegenüberstehen können.

Fig. 10 zeigt ein zweites abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Elektrodenanordnung in perspektivischer Ansicht. Bei dieser Ausführungsform sind die in dem Lichtbogenführungsteil 54 ausgebildeten Schlitze 53 in einem Winkel bezüglich der Achse des Lichtbogenführungsteils 54

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geneigt und, wie durch don Buchstaben d der Fig. 10 angedeutet, gebogen. Dadurch verläuft jeder Schlitz 53 bezüglich der Achse des Lichtbogenführungsteils 54 im Quersciinitt geradlinig und im Längsschnitt gebogen. Diese Anordnung kann die Lichtbogensäule wirksam um den Lichtbogenführungsteil 54 herumführe,!. Es ist zu bemerken, daß die konkaven Seitenflächen der Lichtbogenführungssegmente 52 in jeder Richtung bezüglich

sich der Richtung der Kreisbewc gung der Lichtbogensäule/gegenüberstehen können. Obwohl jeder in dem Lichtbogenführungsteil 54 vorgesehene Schlitz 53 in Verbindung mit den Fig. 6 bis 10 als in gleicher Richtung bezüglich dem Radius und der Achse des Lichtbogenführungsteils 54 abgeneigt beschrieben wurde, so ist zu bemerken, daß die Schlitze 53 auch in Gegenrichtung oder mit λ erschiedenen Winkeln abgeneigt sein können.

Fig. 11 zeigt ein drittes abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Elektrodenanordnung in perspektivischer Ansicht. Bei dieser Ausführungsform sind die Lichtbogenfül. rungs Segmente 52 in Art von Schraubenflügeln angeordnet, so daß dieLichι bogenführungsSegmente 52 die benachbarten Segmente 52 im Bereich der Schlitze 53 überlappen können. Jeder Schlitz 53 verlauft bezüglich der Achse des Lichtbogenführungsteils 54 im Querschnitt und im Längsschnitt gebogen. Auch diese Anordnung kann die Lichtbogensäule wirksam um dei. Lichtbogenführungsteil 54 herumführen.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung können die folgenden wesentlichen Vorteile (rzielt werden. Da eine Vielzahl von Lichtbogenführungssegmenten 52 uiη das ringförmige Kontaktteil 52 winkelförmig angeordnet ist und sich die oenachbarten Segmente 52 gegenüber den in einem Winkel gleicher Richtung abgeschrägten Schlitzen 53 überlappen, kann die während der Schaltkreisunterbrechung erzeugte Lichtbogensäule unter dem Einfluß eines Magnetfeldes, das durch einen entlang eines umgekehrt C-förmigen Weges in dem Kontaktteil 51 fließendenStrom erzeugt wird, mit einer Geschwindigkeit von dem Kontaktteil 51 in radialer Rieh-

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tung nach außen zu den Lichtbogenführungs Segmenten 52 und anschließend entlang den Oberflächen der Lichtbogenführungssegmente 52 um den Lichtbogenführungsteil 54 herumgeführt werden. Durch eine Kraft Fl der sich in radialer Richtung nach außen bewegenden Lichtbogensäule und eine Kraft F2 der sich entlang der abgeschrägten Seitenflächen der Lichtbogenführungssegmente 52 abwärts bewegenden Lichtbogensäule wird eine Kraftkomponente F3 erzeugt, die die Kreisbewegung der Lichtbogensäule weiter unterstützt bzw. fördert. Die abgeschrägten Seitenflächen benachbarter Lichtbogenführungssegmente 52 überlappen sich. Somit kann die Lichtbogensäule sich entlang jedes Elements bis zu seinem Ende bewegen und dabei über die Schlitze 53 zum jeweiligen nächsten Lichtbogenführungssegment weich hinüber wechseln, ohne an den Enden stehen zu bleiben. Hierdurch wird die Drehbewegung der Lichtbogensäule gefördert. Da die Schlitze 53 weiterhin sowohl bezüglich des Radius als auch der Achse des Lichtbogenführungs te ils 54 geneigt sind, können die äußeren Kreisflächen und Seitenflächen der Lichtbogenführungssegmente wirksam herangezogen werden, um die Lichtbogensäule um den Lichtbogenführungsteil herumzuführen, ohne daß die Lichtbogensäule an dessen äußerem Umfangsbereich anhält. Dadurch werden die Nachteile bekannter Elektrodenanordnungen beseitigt, und zwar das lokale Erhitzen der Elektroden, aufgrund dessen ein Verdampfen des Metalls der Elektrodenoberfläche stattfindet, was letztlich die Güte des Vakuums im Inneren des Hüllgehäuses und somit die Schaltleistung verschlechtert.

Obwohl bei den bekannten spiral- und sonnenradförmigen Elektrodenanordnungen ein Lichtbogenansatzpunkt, der den äußeren Randbereich des Kontaktteils zwischen benachbarten Lichtbogenführungs Segmenten erreicht, auf die Lichtbogenführungs segmente verteilt und nach außen entlang den Oberflächen der Segmente geführt wird, wird der Lichtbogen bei der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung jedoch entlang der abgeschrägten bzw, geneigten Oberflächen der Lichtbogenführungssegmente nach außen geführt.

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Da die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung, wie von ihrer Ober- seite her zu ersehen ist, eine ebene scheibenförmige Gestalt aufweist, ist, falls die Elektrodenanordnung in einem Lastschalter für Schaltkreise mit hohen Spannungen oder geringen Strömen Verwendung findet, eine gesteigerte Schaltleistung zu erwarten. Durch die wirkungsvolle Ausnutzung der Seitenflächen der Elektroden und der Lichtbogenführungssegmente bei der kreisförmigen Führung der Lichtbogensäule kann die Elektrodengröße und somit der Abstand zwischen der Elektrode und dem Zwischenschild verkleinert werden. Demzufolge kann der Lastschalter in seinen Abmessungen reduziert werden.

Da weiterhin die Schlitze 53 des in den Figuren 6 bis 8 dargestellten Elektrodenaufbaus leicht durch geradliniges Fräsen eines Elektrodensatzes in einer Schräglage hergestellt werden können, ist es möglich, relativ kleine Elektroden mit geringem Aufwand und somit kompakte Lastschalter mit hoher Schaltleistung zu erzeugen.

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Claims

PATENTANWÄl TE L IEDL NÖTH MÜNCHEN Tel. 089/229441 Telex OS/ '<?208 Z E I T L E R KABUSKKI KAISHA MEIDENSIIA Nr. 2-1-17, Ohsaki, Shinagawa-ku, Toi.yo, Japan KAB USIHKI KAISHA GEMVAC Nr. 2-1-17, Ohsaki, Shinagawa-ku, Tokyo, Japan Elektrodenanordnung für Vakuiin.lastschalter Patentansprüche:

1. ) Elektrodenanordnung für Lastschalter mit zwei Elektroden, von denen eine bezüglich der anderen zwischen einer geschlossenen Stellung, bei der beide Elektroden in Eingriff miteinander stehen, und einer geöffneten Stellung, bei der beide Elektroden voneinander getrennt sind, zur Ausbildung einer leitungsunterbrochenden Lichlbogensäule zwischen den Elektroden bewegbar ist, wobei wenigstens eine der Elektroden ein ringförmiges Kontaktteil und ein das Kontaktteil umgebendes Lichtbogenführungsteil aufweist und das Lichtbogen^'.rungsteil durch eine Vielzahl von Schlitzen, die sich vom Außenumfang her einwärts erstrecken, in Lichtbogenführungssegmente unterteilt ist, d adu rch gekennzeichnet, daß die Schlitze (53) bezüglich des Radius und auch bezüglich r'er Achse des Lichtbogenführungsteils (54) in einem Winkel geneigt sind, so daß sich jeweils

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benachbarte Lichtbogenführungssegmente (52) im Bereich der abgeschrägten Schlitze (53) überlappen.

2. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlitz (53) bezüglich der Achse des Lichtbogenführungsteils (54) im Querschnitt und im Längsschnitt geradlinig verläuft.

3. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlitz (53) bezüglich der Achse des Lichtbogenführungs teils (54) im Querschnitt gebogen und im Längsschnitt geradlinig verläuft.

4. Elektrodenanordnung nach Ansprui α 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlitz (53) bezüglich der Achse des Lichtbogenführungs teils (54) im Querschnitt geradlinig und im Längsschnitt gebogen verläuft.

5. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlitz (53) bezüglich der Achse des Lichtbogenführungs teils (54) im Querschnitt und im Längsschnitt gebogen verläuft.

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