DE3033632C2 - Vakuumschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter nach dem Oberbegriff des Anspruches I.

Vakuum-Lichtbögen werden durch Magnetfelder stark beeinflußt. Durch ein axiales Magnetfeld wird der Vakuum-Lichtbogen auch bei größeren Stromaugenblickswerten in einem diffusen Zustand gehalten — die Ladungsträger winden sich schraubenförmig um die axialen Magnetfeldlinien infolge der auftretenden Stromkräfte (Cyklotroneffekt). Die Anziehungskräfte paralleler Lichtbogen (gleiche Stromflußrichtung) werden dadurch geschwächt und deshalb der diffuse Lichtbogen auch bei größeren Stromaugenblickswerten aufrechterhalten. Dadurch ist die Lichtbogenspannung und die entstehende Verlustwärme gering. Der Kontaktabbrand ist klein, da keine stromstarken Lichtbögen auftreten.

Durch ein radiales Magnetfeld werden axial gerichtete Lichtbogen zur Rotation um die Achse gezwungen (geringer und gleichmäßiger Kontaktabbrand).

Ein radiales Magnetfeld entsteht zum Beispiel durch spiralförmig oder schraubenförmig geschlitzte Kontaktstücke.

ίο Ein Schalter nach dem Oberbegriff des Anspruches I geht aus DE-OS 29 47 090 als bekannt hervor. Die Magnetspule seines Schaltstückes ist aus zwei spiralförmig verlaufenden Windungsarmen gebildet. Diese werden mechanisch von der Scheibe sowie Stützpfosten überbrückt. Letztere tragen eine unmittelbar mit dem Schaltstück verbundene Platte. Diese sowie Scheibe und Stützpfosten sind aus rostfreiem Stahl gebildet. Die Platte ist als rotationssymmetrisches Teil im Durchmesser kleiner als die Windungsarme, an deren Enden das scheibenförmige Schaltstück kontaktgebend aufliegt.

In der DE-OS 25 27 319 ist bereits angeregt worden, die Feldkonzentration zwischen den Schaitstücken zur Aufrechterhaltung eines axialen Magnetfeldes durch Einsatz von ferromagnetischem Material zu erhöhen. Dieses Material soll in der Nähe der Kontaktstückoberfläche einerseits sowie innerhalb der Stromzuleitungen andererseits angeordnet sein.

Einen konkreten Hinweis zur Anordnung des ferromagnetischen Materials gibt die DC-OS 28 52 414. Dort sollen den Schaitstücken Joche aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität hinterbaut werden. Damit entsteht jedoch kein gleichgerichtetes, die gesamte Kontaktfläche ausfüllendes axiales Magnetfeld.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Vakuum-J5 Schalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 so auszubilden, daß bei geringer Windungszahl der Spule beim .Stromdurchgang ein stärkeres magnetisches Feld zwischen den Schaltstücken auftritt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches I.

Durch den Einsatz des ferromagnetischen Materials, das als eine Art Pclschuh wirkt und zur Richtungsbeeinflussung des Magnetfeldes dient, wird das magnetische Feld in Richtung auf das bewegliche Schaltstück gestreckt. Im Späh zwischen den Schaltstücken ist das Magnetfeld dann vornehmlich axial ausgerichtet.

Die den Schaltstücken hinterlegte Scheibe aus ferromagnetischem Material bewirkt eine Verbreiterung des Magnetfeldes über die gesamte Kontaktfläche.
5c Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Mit den Merkmalen des Anspruches 2 wird eine zweckmäßige Lösung aufgezeigt, wie der Kern mit der Scheibe verbunden werden kann, ohne den Anschlußbolzenquerschnitt mehr als notwendig zu schwächen.

Durch die Einbeziehung des Kondensationsschirmes (Anspruch 3), des ringtopfförmigen Schutzschirms (Anspruch 4) sowie der den Schalter stirnseitig verschließenden Platte in den magnetischen Kreis wird dessen bo Widerstand verringert. Das Magnetfeld wird gestärkt und entsprechend ausgeformt.

Durch die Verbindung des ringtopfförmigen Schutzschirms mit der Scheibe gemäß Anspruch 5 wird eine Verbreiterung des Magnetfeldes im Bereich des Schaltkontaktes angestrebt.

An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Schaltkammer

eines Vakuum-Schalters.

In Fig.2 ist eine Einzelheit gemäß Schnittlinie nach Fig. 1 gezeigt.

Die Schaltkammer wird von einem zylindrischen Isolator 1 gebildet, der von einer oberen 2 sowie unteren Platte 3 aus ferromagnetischem Material abgeschlossen ist. Durch die untere Platte ist die Stromzuleitung 4 für das bewegliche Schaltstück 5 verschiebbar geführt. Abgedichtet wird die bewegliche Stromzuleitung 4 von einem Metallbaigen 6, der zur Schaltstelle hin von einem ringtopfförmigen Schutzschirm 7 abgedeckt ist. Die Stromzuleitung 8 des feststehenden Schaltstückes ist im Schaltkammerinneren als schraubenförmig gewundene Spule 9 ausgeführt und mit dem feststehenden Schaltstück 10 verbunden.

Die Spule kann dadurch herigestellt werden, daß ein Kupferrohr mit einem schraubenförmigen Schlitz versehen wird; es können auch mehrere parallel verlaufende Schlitze hergestellt werden., wodurch der Strom in mehreren parallelen schraubenförmigen Leitern fließt.

Im Bereich der Schaltstelle ist der Kondensationsschirm 11 angeordnet und an der innenseite des Isolators 1 befestigt. Die einzelnen Windungen ujr Spule 9 sind mit einem die Spule konzentrisch durchsetzenden und diese mechanisch stabilisierenden Bolzen 12 aus ferromagnetischem Material verbunden.

Die Stromzuleitung 4 des beweglichen Schaltstückes enthält ebenfalls einen Kern aus ferromagnetischem Material. Dieser steht mit einer, dem beweglichen Schaltstück hinterlegten Scheibe 14 aus ferromagneti- jo schem Material in Verbindung. Dafür ist die Scheibe 14 ringförmig ausgebildet und bedeckt die konzentrische Fläche zwischen dem Schaltstück und der im Durchmesser kleineren Stromzuleitung 4. Zu dem Kern 13 sind Stege 15 (siehe F i g. 2) der Scheibe 14 geführt. Zwischen J5 den Stegen 15 sind segmentartige Durchtritte für die Stromzuleitung 4 gelassen.

Wesentlich bei der Erfindung ist die Längung des magnetischen Feldes der Spule 9 über die Schaltstelle hinaus. Maßgeblich dafür ist die Anordnung der Scheibe und/oder der Kern 13 aus ferromagnetischem Material. Die außerhalb der Spule 9 verlaufenden Feldlinien werden vornehmlich in den Teilen 2, 3, 11 und 7 verlaufen, die ebenfalls aus ferromagnetischem Material bestehen.

Dadurch wird ebenfalls das Magnetfeld in die Riehtung des beweglichen Schaltstückes gestreckt, so daß an der Schaitstelle ein überwiegend axiales Magnetfeld herrscht.

Durch das überwiegend axiale Magnetfeld gernäß der Erfindung wird der Vakuum-Lichtbogen auch bei gro-Ben Stromaugenblickswerten in einem diffusen Zustand gehalten. Die Schaltkammerabmessungen müssen nicht größer als ohne die Spule sein, da diese nur auf der Seite des feststehenden Schaltstückes angeordnet ist. Der entsprechende Raum im Bereich des beweglichen Schaltstückes wird durch den sowieso erforderlichen Metallbalgen ausgefüllt, durch den die Außenabmessungen der Schaltkammer wesentlich beeinfluß; werden.

Das bei der beschriebenen Anordnung in einem geringen Maße entstehende radiale Magnetfeld im Be- bo reich der Schaltstelle wirkt nicht nachteilig, sondern vorteilhaft, da dadurch eine Rotation des Lichtbogens zustande kommt und der Kontaktabbrand verringert und vergleichmäßigt wird. Es genügen deshalb einfache, scheibenförmige Schaltstücke, ohne sichelförmige b5 Schlitze oder andcc Maßnahmen zur Erzielung einer Rotation des Lichtbogens. Die Schaltstücke können außerdem aus Kupfer hergestellt werden, an Stelle aus teueren Sinterlegierungen (z. B. Kupfer/Chrom), solange durch geeignete Dimensionierung der erfindungsgemäßen Anordnung der Lichtbogen auch bei den größten auftretenden Stromaugenblickswerten diffus bleibt und deshalb keine hohen Fußpunkttemperaturen auftreten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vakuum-Schalter für Hochspannung, insbesondere Leistungsschalter, mit mindestens einem Schalterpol, in dessen evakuierter von zwei Platten verschlossene Schaltkammer ein dazu axialer Kondensationsschirm sowie ein bewegliches und ein feststehendes Schaltstück angeordnet sind, denen jeweils eine Scheibe aus rostfreiem Stahl hinterlegt ist und die jeweils auf einem Anschlußbolzen befestigt sind, koaxial zu denen ein die Stromverteilung im jeweiligen Schaltstück und Anschlußbolzen bestimmendes rotationssymmetrisches Teil aus rostfreiem Stahl angeordnet ist und die Stromzuleitung des feststehenden Schaltstückes mindestens teilweise als Spule ausgebildet ist, deren magnetische Feldlinien als axiales Magnetfeld im wesentlichen senkrecht zu den Kontaktflächen der Schaltstücke verlaufen, d a durch gekennzeichnet, daß die Spule (9) von einem mit schraubenlinienförmigen Schlitzen versehenen Kupferrohr gebildet ist und die den Schaltstücken (5,10) jeweils hinterlegte Scheibe (14), die im Innern der Anschlußbolzen angeordneten, als Kerne (12, 13) ausgebildeten rotationssymmetrischen Teile aus ferromagnetischem Material gebildet sind und die Scheiben (14) mit den jeweiligen Kernen (12,13) großflächig aneinanderliegen.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (14) jeweils als Ring ausgebildet sind und über radial verlaufende Stege (15) mit dem Kern (i3) verbunden sind.

3. Schalter nach Anspruch ' oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der d.4 Schaltsfelle radial umgebende Kondensationsschirm (I) mindestens zum Teil aus ferromagnetischem Material gebildet ist.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem ringtopfförmigcn Schutzschirm für den dehnbaren Metallbalgen des beweglichen Schaltstücks, wobei der Schutzschirm in axialer Richtung mit seitlichem Abstand in den Kondensationsschirm eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß auch der ringtopfförmige Schutzschirm (7) aus ferromagnetischem Material gebildet ist.

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ringtopfförmige Schutzschirm (7) mit der Scheibe (14) unmittelbar verbunden ist.

6. Schalter nach einem der Ansprüche I bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die eine, den Spulen (9) am nächsten liegende Platte (2) aus ferromagnetischem Material hergestellt ist.