DE2925189A1 - Vakuumschalter - Google Patents

Vakuumschalter

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DE2925189A1
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poles
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Calor Emag AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66Vacuum switches
    • H01H33/664Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02Details
    • H01H33/022Details particular to three-phase circuit breakers

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  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Description

  • Vakuumschalter
  • Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter, insbesondere für Hochspannungj mit mindestens einem Schalterpol, in dessen evakuierter Schaltkammer ein in axialer Richtung beweglicher sowie ein feststehender Schaltkontakt angeordnet ist und bei dem Maßnahmen getroffen sind, im Bereich der Schaltkontakte ein axial (in Pollängsrichtung) gerichtetes Magnetfeld zu erzeugen.
  • Ein solcher Schalter geht aus der DE-AS 2 707 148 als bekannthervor. Hier hat man versucht, ein axiales Magnetfeld durch eine Spule zu erzeugen, die konzentrisch zu den Schaltkontakten angeordnet ist und vom Ausschaltstrom durchflossen wird. Diese Einrichtung ist aufwendig.
  • Ein axiales Magnetfeld wird bei Vakuumleistungsschaltern allgemein angestrebt. Es führt dazu, daß der Lichtbogen bis zu großen Stromaugenblickswerten aus zahlreichen parallelen Lichtbögen in Form einer diffusen Entladung mit geringer Lichtbogenspannung besteht. Dadurch bleibt die Kontakterosion gering, und der Schaltlichtbogen ist nicht gehindert, die gesamte Schaltkontaktoberfläche auszunutzen.
  • Radiale Anteile des Lichtbogens werden außerdem in eine Rotationsbewegung um die Pollängsachse gezwungen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln ein solches axiales Magnetfeld zu erzeugen und störende Magnetfelder benachbarter Leiter weitestgehend zu vermeiden sowie eine gleichmäßige Abnutzung der Schaltkontaktoberfläche sicherzustellen.
  • Erfindungsgemäß wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Die bisher als störend empfundenen Magnetfelder der benachbarten Leiter und/oder der Stromzuleitungen werden nunmehr in vorteilhafter Weise dafür eingesetzt, das gewünschte axiale Magnetfeld zu erzeugen.
  • Bei einem Schalter mit einem einzigen Pol gelingt dies dadurch1 daß dessen Stromzuleitungen annähernd quer zur Pollängsachse an gegenüberliegenden Seiten des Poles vorbeigeführt sind.
  • Bei Schaltern mit mehreren Schalterpolen werden deren Pole in parallelen Ebenen ausgeschwenkt, so daß zwischen benachbarten Längsachsen ein Winkel gebildet ist. Der beste Erfolg stellt sich hierbei bei einem Winkel von 90 ein, aber auch schon bei geringeren Anstellwinkeln ist ein axiales Magnetfeld wirksam.
  • Es ist zweckmäßig durch besondere Maßnahmen dafür zu sorgen, daß der Schaltlichtbogen auf der Schaltkontaktoberfläche rotiert. Eine einfache Methode dies zu erreichen, wird darin gesehen, die Schaltkontakte mit konischen ineinandergreifenden Flanken, welche in einem Winkel zur Pollängsachse nach außen weggeführt sind, auszustatten. Hierdurch wird der zwischen den Flanken sich ausbildende Lichtbogen in eine radiale Ebene getrieben, und die Stromkräfte des axial gerichteten Magnetfeldes bewirken dann die gewünschte Rotation.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung werden nachfolgend bei der Erläuterung einiger Ausführungsbeispiele wiedergegeben.
  • In der Fig. 1 ist die Anordnung der Schalterpole eines Drehstromschalters in Seitenansicht dargestellt. Der Einfachheit halber ist die Darstellung nur auf die Polanordnung beschränkt; andere Teile des Schalters sind fortgelassen worden.
  • Die Fig. 2 zeigt eine Draufsicht der Anordnung nach Fig. 1.
  • Es ist zu erkennen, daß die Schalterpole nicht wie üblich achsparallel nebeneinander angeordnet sind, sondern die Längsachsen der jeweils benachbarten Pole in einem Winkel zueinander geneigt angebracht sind. So ist der Winkel OC zwischen den Polen T, S sowie S, R jeweils 900. Die beiden äußeren Pole T und R eines dreiphasigen Schalters können ihre parallelen Längsachsen beibehalten, wenn nur der mittlere Pol S ausgeschwenkt ist.
  • Das magnetische Feld, das in der geschilderten Anordnung bei 0 einem Polwinkel von 90° auf den jeweiligen Nachbarpol einwirkt, ist in Fig. 3 gezeigt. Man erkennt, daß im Zwischen raum zwischen den geöffneten Schalterkontakten des Poles R ein annähernd homogenes axiales Magnetfeld entsteht.
  • Die gegenseitige Beeinflussung der außenliegenden Pole R und T kann vernachlässigt werden.
  • Bei der gezeigten Anordnung besteht auch bei kleinen Polabständen nicht die Gefahr einer einseitigen starken Schaltkontakterosion, die ein vermindertes Ausschaltvermögen bewirkt, da der Lichtbogen nicht an der Rotation gehindert wird.
  • Im Gegensatz dazu zeigt Fig. 4 eine schädliche Kraftwirkung K auf den Lichtbogen L bei bekannter achsparalleler Anordnung der Schalterpole. Hier wird der Lichtbogen nach außen gedrängt und an einer Rotation gehindert. Mit I ist die Richtung des Stromes angedeutet.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung hat auch dielektrische Vorteile. Die Entfernung zwischen den metallischen Deckeln an beiden Enden.einer Vakuumröhre wird, wie Figur 1 zeigt wesentlich größer als bei achsparalleler Anordnung. Dadurch wird die Überschlagspannung zwischen zwei Polen größer, und es sind deshalb engere Polabstände möglich. An der engsten Stelle zwischen zwei benachbarten Polen wird die im allgemeinen benutzte Luftisolation verstärkt durch die beiden Gehäuse, die meist aus Porzellan hergestellt sind, und die Vakuumräume der beiden Vakuumröhren selbst.
  • Die Erfindung ermöglicht es also, aus Gründen des größeren Ausschaltvermögens und der größeren Spannungsfestigkeit wesentlich kleinere Polaittenabstände zu wählen als bei achsparalleler Anordnung der Polteile.
  • Beim dreipoligen Kurzschluß im Drehstromnetz ist das axiale Magnetfeld gemäß der Erfindung um 1200 elektrisch gegenüber dem zu beeinflussenden Lichtbogenstrom phasenverschoben.
  • Dies gilt für die erstlöschende Phase. Der dreipolige Kurzschluß geht dann kurzfristig über in einen zweipoligen Kurzschluß, bei dem dann kein Phasenunterschied mehr vorhanden ist und deshalb die Wirkung des axialen Magnetfeldes maximal ist. Für die beiden letztlöschenden Phasen ist deshalb die Erosionswirkung besonders gering, und die Löschbedingungen sind besonders günstig. Dies ist vorteilhaft, weil für die beiden letztlöschenden Phasen die Lichtbogenarbeit größer und deshalb eine ausbleibende Lichtbogenlöschung, d.h. ein Versagen des Schalters bei zu hohem Ausschaltstrom, eher möglich ist als bei der erstlöschenden Phase.
  • Bei einpoligen Vakuumschaltern kann erfindungsgemäß ein axiales Magnetfeld dadurch erzeugt werden, daß die Stromzu führungen in einem Winkel zur Längsachse der Vakuumröhre in der Nähe dieser Röhre vorbeigeführt werden. Optimal ist auch hier ein Winkel von 900. Figur 5 zeigt als Beispiel eine solche Anordnung. Der Pol ist hier in Richtung der Längsachse gezeichnet. Die beiden Stromzuführungsleiter 1, 2 zu beiden Seiten der Röhre sind so angeordnet, daß sie etwa in der gleichen Ebene wie der Zwischenraum zwischen den geöffneten Kontakten liegen.
  • Allgemein ist zu empfehlen,Stromzuführungen bei ein- und mehrpoligen Vakuumschaltern zweckmäßigerweise so zu verlegen, daß ein störender Einfluß des Magnetfeldes der Zuführungen möglichst vermieden wird. Dazu ist es beispielsweise erforderlich, bei vertikaler Anordnung der Vakuumröhren den Abstand horizontal verlaufender Zuführungen von den Elektroden ausreichend groß zu wählen.
  • Um die Rotation des Lichtbogens in einem axialen Magnetfeld hervorzurufen oder zu verstärken, ist es möglich, an Stelle der üblichen gleichartig geformten Kontaktpaare einer Vakuumröhre unterschiedlich geformte Kontakte zu verwenden. Günstig ist es, wenn das eine Kontaktstück einen kleinen und das zweite Kontaktstück einen größeren Durchmesser hat und so geformt ist, daß der Lichtbogen teilweise in radialer Richtung verläuft.
  • Dies läßt sich dadurch erreichen, daß der Zwischenraum zwischen den geöffneten Kontakten konisch ausgebildet ist und nicht, wie bei Vakuumschaltern sonst üblich, in einer senkrecht zur Längsachse verlaufenden Ebene liegt. Die Formgebung der beiden Elektrodenoberflächen ist entweder so möglich, daß sich im geschlossenen Zustand die Konusflächen berühren (Figur 6) oder daß sie sich nicht berühren und dafür der Stromübergang an zwei Flächen im Zentrum der beiden Elektroden erfolgt (Figur 7). Im ersten Fall erfolgt die Materialerosion durch den Lichtbogen L an den gleichen Stellen, an denen der Stromübergang im geschlossenen Zustand der Kontakte vor sich geht. Im zweiten Fall fließt der Strom über zwei Kontaktflächen, die durch den Lichtbogen L praktisch nicht erodiert werden, da hier nach dem Öffnen der Abstand größer ist als im Konusbereich.
  • Bei den beiden neuartigen Elektrodenformen liegt der Fußpunkt des Lichtbogens an der kleineren Elektrode näher an der Mittelachse als der Fußpunkt dieses Lichtbogens an der größeren Elektrode. Die Stromkräfte eines axial gerichteten Magnetfeldes bewirken dann, daß der teilweise radial verlaufende Lichtbogen L wie die Speichen eines Rades um die Mittelachse rotiert. Dadurch wird die Erosion der Elektrodenoberflächen vergleichmäßigt und insgesamt vermindert.
  • Leistungsschalter werden vor allem aus Wartungsgründen häufig fahrbar auf Schaltwagen verwendet. Durch das Herausfahren wird an den Einfahrkontakten eine sichtbare Trennstrecke geschaffen. Dadurch ist in den Anlagen dann kein zusätzlicher Trennschalter erforderlich. Bei Vakuum-Leistungsschaltern ist die Ausfahrbarkeit nicht unbedingt notwendig, da die Vakuumröhren praktisch wartungsfrei sind.
  • In der erfindungsgemäßen Anordnung kann eine Trennstrecke auch dadurch gebildet werden, daß die Vakuumröhren an einem Ende drehgelenkig gelagert sind und ein am anderen Ende angebrachtes Kontaktstück aus einem feststehenden Gegenkontakt herausgezogen wird. Figur 8 zeigt eine solche Lösung mit Messerkontakten 3, 4. Die Isolierstützer und der Antrieb sind hier der Übersichtlichkeit halber nicht gezeichnet.
  • Die Drehbewegung könnte von dem feststehenden Antrieb des Vakuumschalters durch entsprechende Zusatzeinrichtungen ausgeführt und mechanisch so verriegelt werden, daß die Trennbewegung nur bei vorher geöffneten Leistungsschalterkontakten ausführbar ist und bei eingeschaltetem Leistungsschalter der Trenner nicht eingeschaltet werden kann. In der Trennstellung läßt sich einfach der Elektrodenabbrand der Vakuumröhren kontrollieren und verbrauchte Röhren könnten durch neue ersetzt werden. In der Figur 7 ist das Drehlager der Schalterpole mit D bezeichnet.
  • Die zur Herstellung einer Trennstrecke drehgelenkig angeordneten Vakuumröhren können nach der Trennbewegung durch eine weitere Drehung auch in einen geerdeten Gegenkontakt 5, 6 einfahren und dadurch einen Erdungsschalter bilden. Diese Möglichkeit ist als Beispiel ebenfalls in Figur 8 mit Messerkontakten angedeutet. Je nach der Anordnung der Stromzuführungen und der Kontakte kann dadurch die Sammelschienenseite oder der Kabelabgang des Schaltfeldes geerdet werden.

Claims (9)

  1. Ansprüche 1.) Vakuumschalter, insbesondere für Hochspannung, mit mindestens einem Schalterpol, in dessen evakuierter Schaltkammer ein in axialer Richtung beweglicher sowie ein feststehender Schaltkontakt angeordnet ist und bei dem Maßnahmen getroffen sind, km Bereich der Schaltkontakte ein axial (in Pollängsrichtung) gerichtetes Magnetfeld zu erzeugen, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung von Stromzuleitungen und/oder Schalterpolen, daß die Feldlinien deren Magnetfelder im Bereich der Schaltkontakte des jeweils benachbarten Schaltern poles axial verlaufen.
  2. 2.) Vakuumschalter nach Anspruch 1 mit einem Schalterpol, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Stromzuleitungen annähernd quer zur Pollängsachse an gegenüberliegenden Seiten des Poles vorbeigeführt sind.
  3. 3.) Vakuumschalter nach Anspruch 1 mit mehreren Schalter polen, dadurch gekennzeichnet, daß deren Längsachsen in parallelen Ebenen angeordnet und in einem Winkel zu der jeweils benachbarten Längsachse ausgestellt sind.
  4. 4.) Vakuumschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Längsachsen 900 beträgt.
  5. 5.) Vakuumschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole um eine gemeinsame Achse ausgeschwenkt sind.
  6. 6.) Vakuumschalter nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalterpole drehgelenkig gelagert sind und mindestens ein äußerer Anschluß eines Poles als beweglicher Kontakt ausgebildet ist, der mit einem entsprechenden stationären Gegenkontakt zusammenarbeitet.
  7. 7.) Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Schaltkontakte mit ineinandergreifenden konischen Flanken ausgestattet sind, die in einem Winkel zur Pollängsachse nach außen weggeführt sind.
  8. 8.) Vakuumschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schaltkontakte an den Flanken berühren und die eigentliche Kontaktfläche bilden.
  9. 9.) Vakuumschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die geöffneten Schaltkontakte einen größeren Abstand zueinander aufweisen, als deren nach außen weisende Flanken.
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