DE3150973A1 - Vakuum-leistungsschalter - Google Patents

Description

• Vakuum-Leistungsschalter
• Die Erfindung betrifft einen Vakuum-Leistungsschalter nach den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
• Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein leistungsfähiges Kontaktsystem in einer Vakuum-Schaltkammer mit kleinem Durchmesser anzuordnen.
• Die Lösung wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.
• Um hohe Ausschaltleistungen bewältigen zu können, muß der Vakuumlichtbogen in einem diffusen Zustand und/oder in Bewegung gehalten werden. Dies erreicht man u.a. durch ElagnetfeSder. Günstig ist ferner die Zurverfügungstellung einer großen Kontaktfläche, die der Lichtbogen aufsuchen kann.
• Die Verwirklichung dieser Maßnahmen - einzeln oder gemeinsam -ist bei einem Leistungsschalter nach der Erfindung auf kleinstem Raum möglich. Durch die Verwendung eines Teiles des Schaltkammergehäuses als feststehenden Kontakt läßt sich eine Magnetspule unmittelbar an der Außenseite dieses Gehäuseteiles wirksam installieren. Das Gehäuseteil selbst kann vorteilhaft unmittelbar als Magnetspule ausgebildet sein.
• Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn das den Schaltkontakt bildende Gehäuseteil glockenförmig den beweglichen Schaltkontakt umgibt. Hierbei entstehen neben den eigentlichen stirnseitigen Kontaktflächen noch große seitliche, einen Längsringspalt einschließende Kontaktflächen, die der Lichtbogen bei entsprechender Dimensionierung rasch aufsucht. Eine weitere Vergrößerung der Lichtbogenkontaktfläche ist noch dadurch möglich, daß der bewegliche Schaltkontakt und/oder die innere Oberfläche des feststehenden Schaltkontaktes entlang seines Umfanges lamellenartig - z.B. durch Aufschichten von Stahlblechringscheiben - aufgebaut ist. Für die Lamellen ist eine axiale oder eine radiale Erstreckung möglich. Lediglich die Kontaktflächen, die sich im geschlossenen Zustand berühren, bleiben nicht lamelliert, um einen guten Stromübergang sicherzustellen.
• Eine Magnetspule verwirklichtman zum Beispiel durch schraubenförmig verlaufende Rillen, die in den des yloWenförmigen feststehenden Schaltkontaktes angebracht sind. Ein Teil des Stromes fließt durch die hierdurch entstehenden Windungen. Die Rillen verbessern außerdem die Warmeabfuhr aus dem Festkontakt.
• Die Kontakte bestehen zweckmäßig, wie üblich, aus Kupfer. Um das Schaltverhalten zu verbessern, können die sich berührenden und die den Lichtbogen tragenden Oberflächen andere Kontaktwerkstoffe, z.B. Kupfer-Chrom, enthalten, die durch verschiedenartige Beschichtungsverfahren aufgebracht werden können.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung werden im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Vakuum-Schaltkammer. Das Schaltkammergehäuse wird von einem glockenförmig ausgebildeten feststehenden Schaltkontakt 1, einem zylindrischen Isolator 2, einem diese Teile'verbindenden Stahlblechmantel 3 sowie einer metallischen Endkappe 4 gebildet. In den glockenförmig gestalteten Schaltkontakt 1 taucht mit seitlichem Abstand der bewegliche Schaltkontakt 5 ein. Er geht in eine Kontaktstange 6 über, die sich in axialer Richtung zur Ausführung einer Schalthandlung verschieben läßt und mittels eines Balges 7 vakuumdicht durch die Endkappe 4 geführt ist. Ein umlauf ender wulstförmiger Stahlschirm 3a ist am mittleren Stahlschirmmantel 3 befestigt. Der Schirm schützt den Isolator und den Balg vor den HetaZldampfstrahlen aus dem Lichtbogenbereich.
• Über ein oberes Anschlußteil 8 wird dem feststehenden Schaltkontakt 1 der Strom zugeführt. Der zylinderförmige bewegliche Schaltkontakt 5 ist mit das elektrische Feld vergleichmäßigenden gerundeten Übergängen ausgeführt. Er besitzt in diesem Beispiel eine rotationssymmetrische zurückspringende Seitenwandung 5a.
• Wird die Kontaktstange in axialer Richtung bewegt, gelangt der bewegliche Schaltkontakt 5 von oder gezeigten Ausschaltstellung in die Einschaltstellung. In dieser fließt der Strom durch die Kontaktstange 6 über die Kontakt stirn 9 in die ihr gegenüberliegende Basis des glockenförmigen Kontaktes 1 und von dort in den Anschlußteil 8.
• Der beim Ausschalken zwischen der Kontakt stirn 9 und der Basis des Kontakt es 1 ich bildende Lichtbogen wird in den seitlichen Ringspalt 12 zwischen den Kontakten getrieben. Dies begünstigt eine zentrale Ausnehmung 13 in den sich berührenden Kontakten, so daß der Lichtbogen immer nur außerhalb des Zentrums entstehen und durch die Kraftwirkung des Eigenmagnetfeldes in diesen Ringspalt abwandern kann. Begünstigt wird dieser Vorgang außerdem durch die gewählten Abstandsverhältnisse. Im seitlichen Ringspalt 12 herrscht in der Ausschaltstellung nämlich eine geringere Schlagweite als in axialer Richtung zwischen der Kontaktstirn 9 und dem gegenüberliegenden feststehenden Schaltkontakt 1.
• Der im Ringspalt 12 brennende Lichtbogen wird auch bei großen Stromaugenblickswerten in diffuser Form bis zu seinem Verlöschen aufrecht erhalten. Dies wird einmal durch die Magnetfelder erreicht, deren Feldlinien den Schaltkontaktzwischenraum teilweise parallel zum Lichtbogenstrom durchdringen, und zum anderen durch die Topfform der Kontakte und die durch die Lamellierung bedingte relativ große Oberfläche der Kontakte. Die zum Teil auch quer zum Lichtbogenstrom gerichteten Magnetfelder führen zu einer Bewegung der Lichtbögen, wodurch die Erosionswirkung an den Kontakten verringert wird.
• Der Übergang der Kontakt stange zum beweglichen Schaltkontakt 5 und die Schaltkontakte selbst sind feldgünstig verrundet. Dadurch wird die dielektrische Festigkeit des Vakuumraumes erhöht, und störende Polaritätseffekte beim Schalten können vermieden werden. Der Abstand zwischen dem Stahlschirm 3a und dem beweglichen Schaltkontakt 5 bzw. dessen Kontakt stange 6 ist größer als die Breite des Ringspaltes 12, um einen Übertritt des Lichtbogens auf den Schirm zu vermeiden.
• Die Ausbildung einer Spule zur Erzeugung eines magnetischen Feldes zur günstigen Beeinflussung des Abschaltlichtbogens ist in Fig. 2 dargestellt.
• Gezeigt ist die Draufsicht auf die Schaltkammer von der Seite des feststehenden Anschlußteiles 8. Hierbei ist die seitlich herangeführte schellenförmige Stromzuleitung 14 als Windung um das Anschlußtei n selbst. tJiii eine friihzeitige Kontaktierung mit dem Anschlußteil 8 zu verhindern, ist die Stromzuleitung i4 auf der Innenseite mit einer Isolierfolie 15 belegt, die nur an der gewollten Kontaktierungsstelle 16 weggelassen ist. Dadurch wirkt die Stromzuleitung wie eine Spule, mit fast einer vollen Windung.
• Fig. 3 zeigt eine besondere Ausbildung des glockenförmigen Schaltkontaktes 1. In dessen Wandung sind Querschnittsverminderungen in Form von Einschnitten vorgenommen. Diese verlaufen spiralförmig umfänglich über die gesamte Außenseite des Schaltkontaktes 1. Dabei verbleibt für die entstehenden Stege 11 ein größerer Querschnitt als für die sie verbindenden Wandungsteile. Der Strom wird daher mindestens zum Teil durch diese Stege 11 geführt werden, die dann die Wirkung von Spulenwindungen haben.
• Fig. 4 zeigt die Kontaktstange 6 mit dem beweglichen Schaltkontakt 5. Dieser ist von einer stirnseitigen Kon+aktscheibe gebildet, der in axialer Richtung Ringscheiben aus Eisen hinterlegt sind. Die die Lamellen bildenden Ringscheiben halten einen Abstand zueinander ein und können auch abwechselnd von Blechringscheiben 10 sowie Kupferringscheiben lOa aufgeschichtet -sein. An der lamellenartigen Oberfläche kann sich der diffuse Abschaltlichtbogen mit vielen Fußpunkten festsetzen.
• Das von der oder den Spulen erzeugte Magnetfeld wirkt in dem benachbarten Bereich zwischen den Kontakten 1 und 5, in dem der Vakuumlichtbogen brennt. Diese Wirkung wird verstärkt durch die Lamellen aus Stahlblech in den Kontakten, wodurch das Magnetfeld stärker in den Lichtbogenbereich gelenkt wird. Die gleiche Wirkung kann auch dadurch erzielt werden1 daß im Zentrum der Kontaktstange 6 eine Stange aus ferromagnetischem Material 17a (siehe Fig. 5) angebracht wird. Dadurch wird die Kontaktstange auch mechanisch verstärkt. Außerdem kann ein Ringkern aus ferromagnetischem Material 17 in dem beweglichen Kontaktteil angebracht werden, um ebenfalls die Magnetfeldlinien anzuziehen.
• Die spulenförmige Stromzuleitung 14 kann außer am festen Anschlußteil 8 auch am unteren Teil der beweglichen Kontakt stange 6 angebracht werden. Diese Lösung wird besonders in Verbindung mit der zentralen Stange aus ferromagnetischem Material 17a vorteilhaft sein, da hierdurch die Magnetfeldlinien, die von den beideii Endspulen erzeugt werden, in den Kontaktzwiscenraum gelenkt werden.

Claims (12)

1. A n s p r ü c h e 1. Vakuumschalter, in dessen Schaltkammer ein feststehender sowie ein in axialer Richtung beweglicher Schaltkontakt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Schaltkontakt (i) von einem Teil des Schaltkammergehäuses gebildet ist.
2. 2, Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den feststehenden Schaltkontakt (1) bildende Teil des Schaltkammergehäuses glockenförmig gestaltet ist, in das der bewegliche Schaltkontakt (5) mit eibm zylindrischen Kontaktstück eintaucht und in der Ausschaltstellung der Abstand zwischen dem beweglichen Schaltlcolltakt (5) und dem feststehendell Schaltkontakt (1) in der axialen kontaktgehenden Richtung größer ist als in radialer Richtung.
3. 3. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 oder :', dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die vom Abschaltlichtbogen beanspruchte Fläche des beweglichen (5) und/oder des feststehenden Schaltkontaktes (1) lamelliert ist.
4. 4 Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellierung durch Aufschichten von weichmagnetischen Blechringscheiben (10) gebildet ist.
5. 5. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Schaltkontakt (5) mit einer in axialer Richtung zurückspringenden rotationssymmetrischen Seitenwandung (5a) ausgebildet ist.
6. 6. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem von der Seitenwandung (5a) eingeschlossenen Hohlraum und/oder in einer zentralen Bohrung der Kontaktstange (6) ferromagnetisches Material (17, 17a) eingesetzt ist.
7. 7. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schaltkontakt (5) tragende Kontaktstange (6) im Schaltkammerinneren im Querschnitt verjüngt ist und -im Bereich dieser Verjüngung ein an einem Stahlblechmantel (3) des Schaltkammergehäuses befestigter ringwulstförmiger Stahlschirm (3a) angeordnet ist.
8. 8. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Anschlußteiles (8) des feststehenden Schaltkontaktes (t) eine vom Schalterstroin durchflossene Magnetspule angeordnet ist.
9. ¢). VakuurnscIlalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Teile des den feststehenden Schaltkontakt bildenden glockenförmigen Schaltkammergehäuses selbst als Magnetspule ausgebildet sind.
10. 10. Vakuumschalter nach Anspruch 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel des glockenföriigen Schaltkammergehäuses schraubenförmig umfänglich mit Querschnittsverminderungen versehen ist.
11. 11. Vakuumschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuleitung (14) an den feststehenden Schaltkontakt in Form einer oder mehrerer Spulenwindungn vorgenommen ist und diese bis auf die Anschlußstelle isoliert sind.
12. 12. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltkammergehäuse einen zylinderförmigen Isolator (2) enthält, zwischen dem sowie dem feststehenden Schaltkontakt (i) ein Stahlblechmantel (3) eingefügt ist.