DE3302201A1

DE3302201A1 - Kontaktanordnung fuer vakuumschalter

Info

Publication number: DE3302201A1
Application number: DE19833302201
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr. Häßler; Wilfried 8501 Wendelstein Kuhl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-01-24
Filing date: 1983-01-24
Publication date: 1984-07-26
Also published as: JPH0137821B2; DE3461965D1; EP0116837A1; JPS59141126A; EP0116837B1; US4542266A

Description

Kontaktanordnung für Vakuumachalter

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit in ihrer Achsrichtung relativ zueinander beweglichen Kontakten, von denen einer als Topfkontakt gestaltet ist, dessen Seitenwand, deren innere Höhe größer ist als der Öffnungshub der Kontakte, den anderen Kontakt teilweise umgibt.

Beim öffnen der Kontakte unter Strombelastung wird nach der galvanischen Trennung der Kontakte ein Lichtbogen gezündet, der zunächst an der letzten metallischen Berührungsstelle entsteht und sich dann im Spalt zwischen den Kontakten ausbreitet. Der zum Stromtransport notwendige Metalldampf wird in einer Vielzahl von Kathodenflecken erzeugt, die auf der negativen Elektrode entstehen. Um einen Niederschlag der Erosionsprodukte, nämlich Metalldampf und Metallpartikel, am Isolationskörper des Schaltergehäuses zu verhindern, ist die Löschkammer von größeren Vakuumschaltern im allgemeinen mit wenigstens einem sogenannten Dampfschirm versehen, der jedoch den Schalter verteuert und die Löschkammer entsprechend vergrößert.

Bis zu Strömen von etwa 10 kA erhält man einen diffusen Metalldampflichtbogen, dessen Brennspannung wegen der niedrigen Feldstärke im Plasma nur etwa 20 bis 50 V beträgt. Die Lichtbogenbelastung derartiger Kontakte, zwischen denen ein diffuser Lichtbogen brennt, ist deshalb beim Löschvorgang verhältnismäßig gering. Die Schaltaufgaben der Schaltröhren für verhältnismäßig

Kin 2 Koe / 17.1.1982

-a- VPA 83 P 3 0 1 5 DE

geringe Schaltleistung lassen sich deshalb durch Scheibenkontakte mit flacher oder geringfügig gewölbter Kontaktauflagefläche erfüllen. Da Metallpartikel und bei engem Kontaktspalt auch der Metalldampf vorwiegend radial zur Kontaktauflagefläche emittiert werden, erreichen die Erosionsprodukte auf dem kürzesten Wege das Gehäuse der Löschkammer. Biese Erosionsprodukte lagern sich zum Teil in einer verhältnismäßig schmalen, ringförmigen Wandzone ab, die den Spalt zwischen den geöffneten Kontakten konzentrisch umgibt. Die thermische Belastung dieser Zone ist somit entsprechend hoch. Bei steigender Dicke der Ablagerungsschicht besteht die Gefahr, daß sich Teile der Schicht infolge thermischer Spannungen ablösen und den Vakuumschalter unbrauchbar machen. Ein weiterer Teil des aus dem Kontaktspalt austretenden Metalldampfes wird mindestens einmal an der Gehäusewand reflektiert und kann damit auch Schalterteile erreichen, die nicht am direkten Wege des Metalldampfes liegen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einem Vakuumschalter für hohe Schaltzahlen und verhältnismäßig geringe Schaltleistung eine ungünstige Wirkung der Erosionsprodukte auf die Schaltereigenschaften zu verhindern. Zugleich soll das Abbrandverhalten des Schalters verbessert werden und außerdem soll der Schalter einen einfachen Aufbau und eine geringe Größe haben.

Es ist nun bereits bekannt, bei Vakuumschaltern mit sogenannten Axialfeldkontakten einen der beiden koaxial zueinander angeordneten Kontakte als Topfkontakt zu gestalten, dessen zum Rand sich konisch erweiternde Innenseite seiner Seitenwand über den anderen Kontakt, dessen Außenseite sich ebenfalls konisch erweitert,

-S- VPA 83 P 3 0 1 5 DE

übergreift. Der öffnungswinkel des Topfkontaktes ist kleiner gewählt als der öffnungswinkel des anderen Kontakts, so daß sich bei geschlossenen Kontakten eine ringförmige Kontaktauflagefläche zwischen den konischen 5 Oberflächenteilen ergibt und dort beim öffnen der Kontakte ein Lichtbogen gezogen wird. Durch diese Gestaltung soll der Lichtbogen durch magnetische Kraftwirkung zwischen den konischen Oberflächen in einer radialen Ebene rotieren (deutsche Offenlegungsschrift 29 25 189).

Demgegenüber werden in einer Kontaktanordnung der eingangs genannten Art mit sogenannten Flachkontakten die Kontaktauflageflächen in einem ebenen zentralen Bereich am Boden des Topfkontaktes und an der freien Stirnseite ' des anderen Kontaktes gebildet.

Eine derartige bekannte Kontaktanordnung für Vakuumschalter enthält Topfkontakte, bei denen die Seitenwand des einen Kontaktes, dessen Kontaktboden als Kontaktauflagefläche dient, den anderen Kontakt wenigstens teilweise umschließt, dessen Stirnfläche die Kontaktauflagefläche bildet. Durch magnetische Kräfte soll der Lichtbogen radial nach außen zwischen die konzentrischen Seitenwände der Kontakte getrieben werden, deren einander zugewandte Oberflächen als Abbrandbereiche dienen (deutsche Offenlegungsschrift 25 46 376). Bei diesen bekannten Ausführungsformen können somit die Erosionsprodukte des Lichtbogens sich nahezu ungehindert ins Gehäuse des Schalters ausbreiten.

Die genannte Aufgabe wird nun bei dieser Kontaktanordnung erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. In dieser Ausführungsform der Kontaktanordnung bildet die Seitenwand des Topf-

VPA 83 P 3 0 1 5 DE kontaktes einen Metalldampfleitring, der wenigstens einen wesentlichen Teil des Metalldampfes dem freien Teil der Flachseite der Kondensationsplatte zuleitet und dort kondensieren läßt und dessen dem anderen Kontakt zugewandte Stirnfläche vorzugsweise so gestaltet sein kann, daß sie mit dem zugewandten Teil der freien Oberfläche des anderen Kontakts und der Kondensationsplatte einen strömungsgünstigen Metalldampfleitspalt bildet. Der Dampfaustrittswinkel wird vorzugsweise so gewählt, daß selbst bei einmaliger Reflexion einer gewissen Zahl von Metallatomen an der Kondensationsplatte vom Metalldampf keine Isolationsteile erreicht werden.

In einer besonderen Ausführungsform der Kontaktanordnung kann die Kondensationsplatte auch mit einer Rillenstruktur versehen sein.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel einer Kontaktanordnung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist. Figur 1 zeigt einen Teil eines Vakuumschalters mit einer Kontaktanordnung nach der Erfindung als Schnittbild und in Figur 2 ist eine besondere Gestaltungsform der Kontakte veranschaulicht.

In Figur 1 ist ein Topfkontakt mit 2 bezeichnet, dessen Seitenwand 4 einen Metalldampfleitring bildet und dessen freie Stirnfläche seines Bodens 6 als Kontaktauflagefläche dient. Der Topfkontakt 2 ist mit Hilfe einer Stromzuführung 8 relativ beweglich zu einem weiteren Kontakt 12, der als scheibenförmiger Flachkontakt gestaltet ist und dessen freie Stirnfläche die Kontaktauflagefläche bildet. Zwischen diesem Kontakt und einem vorzugsweise metallischen Teil eines

-V VPA 83 P 3 0 1 5 DE

Gehäuses 14 ist eine scheibenförmige Kondensationsplatte 16 vorgesehen, die aus einem gut wärmeleitenden Material, vorzugsweise Kupfer oder auch einer Chrom-Kupfer-Legierung, besteht und deren Durchmesser D vorzugsweise wesentlich größer ist als der innere Durchmesser d des Topfkontakts 2. Eine Stromzuführung 18 für den Kontakt 12 ist an der Kondensationsplatte 16 befestigt. Sie kann jedoch auch mit dem Gehäuse 14 verbunden sein.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Kontaktanordnung erhält man dadurch, daß die Kondensationsplatte 16 an ihrer über den Kontakt 12 hinausragenden freien Oberfläche mit Rillen 22 versehen ist, deren Breite b kleiner als ihr Abstand a und auch kleiner als ihre Tiefe t gewählt werden kann. Diese Rillen 22 vergrößern die Kondensationsfläche. Sie vermindern außerdem den Teil des in die Löschkammer reflektierten Materials, weil das innerhalb einer Rille reflektierte Material auf der gegenüberliegenden Rillenwand auftrifft. Die Rillenstruktur kann insbesondere so gestaltet sein, daß das Verhältnis von Rillenbreite b zum Rillenabstand a etwa 0,2 bis 0,8 beträgt.

Eine besonders günstige Wirkung auf die Metalldampfströmung beim Löschvorgang erhält man mit einer Seitenwand 4 des im wesentlichen flachen Topfkontaktes 2, deren Höhe s größer ist als der Kontakthub h der Kontaktanordnung. Diese Höhe s der Seitenwand 4 kann vorzugsweise wenigstens das 1,5fache des Kontakthubs h betragen und wird im allgemeinen den zweifachen Kontakthub nicht wesentlich überschreiten, damit die Strömung des Metalldampfes nicht wesentlich behindert wird. Durch die umlenkende Wirkung der Seitenwand 4 als Metalldampfleitring werden die beim Löschvorgang entstehenden Plasma-

-6,- VPA 83 P 3 0 1 5 OE

strahlen und Metalldämpfe der Kondensationsplatte 16 zugeführt und können somit in Kontaktnähe kondensieren. Der Durchmesser D der Kondensationsplatte 16 kann vorzugsweise so gewählt werden, daß in der durch eine strichpunktierte Linie 23 angedeuteten Richtung abgestrahlter Metalldampf noch auf den freien Teil der Flachseite der Kondensationsplatte 16 auftrifft. Diese Richtung ergibt sich aus der Verbindungslinie zwischen dem äußeren Rand des Kontakts 12 und dem inneren Rand der Seitenwand 4 des Topfkontakts 2. Ein zusätzlicher Dampfschirm zum Schütze eines in der Figur nicht dargestellten Isolators des Gehäuses 14 ist somit nicht erforderlich.

In einer besonderen Ausführungsform der Kontaktanordnung nach Figur 2 enthält die Kontaktanordnung einen flachen Topfkontakt 3» dessen innere Oberfläche am übergang zwischen der zentralen und nicht näher bezeichneten Kontaktauflagefläche und dem Rand der Seitenwand 5 abgerundet ist. Die Schmalfläche eines flachen Kontakts 13 ist derart geneigt, daß zwischen der Seitenwand 5 des Topfkontakts 3 und dem flachen Kontakt 13 ein Metalldampfleitspalt 24 mit einem abströmgünstigen Düsenprofil entsteht. In dieser AusfUhrungsform der Kontaktanordnung ist die Behinderung der Metalldampfströmung durch den Metalldampfleitring des Topfkontaktes 3 entsprechend gering.

7 Patentansprüche
2 Figuren

Claims

Patentansprüche

-\j- VPA 83 P 3 0 1 5 OE

(1.) Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit in ihrer Achsrichtung relativ zueinander beweglichen Kontakten, von denen einer als Topfkontakt (2) gestaltet ist, dessen Seitenwand (4), deren innere Höhe (s) größer ist als der Kontakthub (h) der Kontakte, den anderen Kontakt (12) teilweise umgibt, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem anderen Kontakt (12) und dessen Stromzuführung (18) eine Kondensationsplatte (16) vorgesehen ist, deren Durchmesser (D) größer ist als der Innendurchmesser (d) am Rand des Topfkontaktes (2) (Fig. 1).
2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kondensationsplatte (16) einen Teil des Gehäuses (14) des Vakuumschalters bildet.
3. Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Topfkontakt (2) zugewandte freie Teil der Flachseite der Kondensationsplatte (16) mit Rillen (22) versehen ist.
4. Kontaktanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Breite (b) der Rillen (22) kleiner ist als ihre Tiefe (t).
5. Kontaktanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Rillenbreite (b) kleiner ist als der Abstand (a) der Rillen 22.

-"υ- VPA 83 P 3 0 1 5 DE
6. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Höhe (s) der Seitenwand (4) des Topfkontaktes (2) wenigstens das 1,5fache des Kontakthubs (h) der Kontaktanordnung beträgt.
7. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem anderen Kontakt (13) zugewandte Oberfläche der Seitenwand (5) des Topfkontakte (3) und die Schmalseite des anderen Kontakts (13) derart gestaltet sind, daß der entstehende Metalldampfleitspalt (24) ein Düsenprofil hat (Fig. 2).