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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der hochspannungs-Leistungsschalttechnik
und betrifft insbesondere Kontakt systeme für Vakuumbogenlöschkammern.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung soll in der Elektroenergetik, im
Hüttenwesen zum Schalten von Elektroöfen, im Bergbau für leistungsstarke Baggerschalter
sowie zum Schalten von induktiven Speichern Verwendung finden.
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Bekaiint ist ein Kontaktsystem eines Vakuumschalters (s. beispielsweise
GB-Bo Nr. 1098862), bei dem der Kontakt ein Kontaktgabeelement, das einen Ringansatz
darstellt, und eine Bogenlöschelektrode enthält, die durch einen Periperieflansch,
der sich radial vom Rand des Kontaktgabeelementes erstreckt, gebildet wird, In a
Kontaktgabeelement ist eine Reihe von Nuten, die radial verlaufen und zu seiner
Achse geneigt sind, vorgesehen. In der Lichbogenlöschelektrode ist auch eine Reihe
von Nuten, die spiralförmig zur Achse derselben verlaufen, ausgeführt. Bei dem erwähnten
Kontaktsystem dreht sich der bei der Abschaltung des Stromes entstehende Lichtbogen
wegen der Nutenneigung sowohl um den Kontaktgabeteil als auch um den Bogenlöschteil
des Kontaktes. Infolgedessen wird er für längere Zeit auf dem Kontaktgabeelement
zurückgehalten. Dies vergrö-Bert die Erwärmung des Kontaktgabeteils der Kontakte,
besonders derjenigen Stellen, an welchen die Nutfläche einen scharfen Winkel mit
der Kontaktgabafläche bildet. Die verstärkte Erwärmung hat eine erhöhte Erosion
des Kontaktgabeelementes der Kontakte und eine Senkung der Abschaltsionerhe.
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des elektrischen Kreises zur Folge.
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Die Neigung der Nuten vermindert auch die mechanische Festigkeit
des Kontaktgabeelementes der Kontakte.
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Beim Einschalten des Stromes, besonders bei Kurzschuß strömen und
bei automatischer Wiedereinschaltung, bei/die Tem peratur der Kontakte hoch ist,
werden die zwischen den Schrä nuten liegenden Abschnitte des Kontaktgabeelementes
abgeplattet, was zu einer Veringerung der Höhe des Kontaktgabeelementes und zu einer
Vereinigung der Nutenwände untereinander führt. Letzteres hebt deren Effektivität
völlig auf.
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Bekannt ist auch ein Kontakt system für einen Vakuumschalter (s.
beispielsweise US-PS Nr. 3462572), der bewegliche Kontakte enthält, die sich von
der geschlossenen zur offenen Stellung bewegen können, wodurch zwischen diesen ein
Lichtbogen entsteht. Der eine dieser Kontakte enthält ein scheibenförmiges Glied
- eine Bogenlöschelektrode, die dem anderen Kontakt gegenübersteht, an welchem der
Lichtbogen beim Abschalten lokalisiert werden soll. An der Lichtbogenlöschelektrode
ist eine Vielzahl von tangential gekrümmten Nuten ausgeführt.
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Einer der Kontakte nat ein Kontaktgabeelement - einen an der Oberfläche
der Boganlöschelektrode befestigten Kontaktgabeknopf, der zum Schlieren mit dem
anderen Kontakt bestimmt ist, wenn beide Kontakte geschlossen sind. Das Kontaktgabeelement
ist in der mitte der Bogenlöschelektrode angeordnet und seine äußere Peripherie
hat einen kleineren Halbmeser als die äußere Peripherie der Lichtbogenlöschelek
trode. Die Nuten der Lichtbogenlöschelektrode erstrecken sich von ihrem äußeren
Ende, das außerhalb des Kontaktgabeelementes liegt, zu ihrem inneren Ende, das innerhalb
der äußeren Peripherie des Kontaktgabeelementes liegt, und verlaufen unter dem Kontaktgabeelement.
Das Kontaktgabeelement schließt diese Nuten kurz.
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Dadurch, daß die unter dem Kontaktgabeelement verlaufenden Nuten
der LIichtbogenlöschelektrode von diesem überbrückt sind, wird die Erosion der Kontakte
vergrößert, das Äbschaltvermögen und die Abschaltsicherheit vermindert.
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Darüber hinaus kann an Stellen des Peripherieteils des Kontaktgabeelementes,
die mit den Nuten oder mit den Nutengrenzen der Bogenlöschelektroden zusammenfallen,
zwischen dem Kontaktgabeelement und der Bogenlöschelektrode ein Spalt gebildet werden,
wodurch der Übergang des Lichtbogens von dem Kontaktgabeelement sur Bogenlöschelc-ktrode
erschwart wird, was zu einer Fixierung des Lichtbogens und folglich zu einer Vergrößerung
der Erosion der Iontakte, einer Senkung des Abschaltvermögens und der Abschaltsichtheit
führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches
Kontaktsystem
für eine Vakuumlichtbogenlöschkammer zu schaf fen, deren konstruktive Ausführung
es gestattet, das Abschaltvermögen und die Abschaltsicherheit des elektrischen Kreises
zu erhöhen sowie die Erosion der Kontakte des Kontaktsystems für eine Vakuumbogenlöschkammer
zu vermindern.
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Dies wird dadurch erreicht, daß bei dem Kontaktsystem für eine Lichtbogenlöschkammer,
die zwei scheibenförmige Kontakte enthält, zumindest einer eine Lichtbogenlöschelektrode
hat, die das Kontaktgabeelement uagibt, welches über die Oberfläche der Lichtbogenlöschelektr
de hinausragt, wobei der Halbmesser des Kontaktgabeelementes kleiner ist als der
Halbmesser der Lichtbogenlöschelektrode, die mit tangential in dem Peripheriebereich
gekrümmten und unter dem Kontaktgabeelement verlaufenden lauten ausgeführt ist,
gemaß der Erfindung das Kontaktgabeelemen.t 2 ten hat, deren äußere Enden mit den
Enden des Teils der Nuten der Lichtbogenlöschelektroden, die unter dem Kontak.tgabeelement
verlaufen, zusammenfallen, und die Länge jees ungenuteten Abschnitts der Seitenfläche
des Kontaktgabe elementes, der mit den Nuten und Nutengrenzen der Lichtboge löschelektrode
zusammenfällt, kleiner als der 1,5-fache der Nutenbreite ist.
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Es ist zur Erhöhung der Stromdichte in den Kontakten und zur weiteren
Verminderung der Erosion der Kontakte in dem Kontaktsystem der Vakuumlichtbogenlöschkaiiimer
vorteilhaft daß die Nuten des Kontaktgabeelementes und der Teil der Nuten der Lichtboenelektrode,
die unter dem Kontaktgabeelement verlaufen, zueinander unter einem Winkel liegen
und im Bereich dieser Nuten zwischen der Lichtbogenelektrodes und dem Kontaktgabeelement
ein Spalt ausgeführt ist, wobei die ungenuteten Abschnitte der Seitenfläche des
Kontaktgabeelementes an der Lichtbogenlöschelektrode befestigt sind.
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Auch ist es zur Verminderung der Erosion der Kontakte vorteilhaft,
daß die Richtungen der Nuten des Kontaktgabeelementes und des Teils der Nuten der
Lichtbogenelektrode, die unter dem Kontaktgabeelement verlaufen, miteinander übereinstimmen.
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Berner ist es zur Sicherung hinreichend großer elektro-
dynamischer
Krzfrte in jedem beliebigen Lichtbogenentstehungspunkt und zur Verminderung der
Wahrscheinlichkeit einer Lichbogenfixierung in der lilitte des Kontaktsystems von
Vorteil, daß in der Mitte des Kontaktgabeelementes an der dem anderen Kontakt zugewandten
Fläche eine Aussparung vorhanden ist, in welche die inneren Enden der Nuten des
Xontaktgabeelementea auf eine Entfernung, die größer als deren halbe Breite ist,
einlaufen und unter dem Zentralteil des Kontaktgabeelementes ein Hohlraum vorhanden
ist, der die inneren Enden der Nuten des Kontaktgabeelements überbrückt.
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Die Anwendung der vorliegenden Erfindung; bietet die Möglichkeit,
die Erosion der Kontaktgabeelemente und der Lichtbogenlöschelektroden des Kontaktsystems
zu vermindern, die Wahrscheinlichkeit einer Fixierung des Lichtbogens an der Kontaktfläche
zu vermindern und damit die Lebensdauer, das Abschaltvermögen und die Gtromabs ciialt
s icherhe it der Vakuumlichtbogenlöschkammer zu erhöhen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 die Gesamtansicht eines Kontaktsystems (Längsschnitt),
gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen der Kontakte des Kontaktsystem (Ansicht von der
Seite der Kontaktierungsfläche), gemäß der Erfindung; Fig. 3 eine andere Ausfühfungsform
des Kontaktes des Kontaktsystems (Ansicht von der weite der Kontaktierungsfläche),
gemäß der Erfindung; Fig. 4 eine dritte Ausführungsform des Kontaktsystems (Längsschnitt),
gemäß der Erfindung; Fig. 5 eine dritte Ausführungsform eines oer Kontakte des Kontaktsystems
(Ansicht von der Seite der Kontaktisrungsfläche), gemäß der Erfindung; Fig. 6 eine
vierte Ausführungsform des Kontaktsystems (Längsschnitt), gemäß der Erfindung.
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Das Kontaktsystem für eine Lichtbogenlöschkammer enthält zwei scheibenförmige
Kontakte 1,2 (Fig. 1), t'-on denen
einer beweglich ist. Jeder der
Kontakte 1,2 hat eine Lichtbogenlöschelektrode 3, die das Sontaktgabeelement 4 umfaßt.
Das Kontaktgabeelement 4 ragt über die dem anderen Kontakt zugewandte Fläche 5 der
Lichtboenlöschelektrode hinaus und hat einen Halbesser bzw. Radius, der kleiner
als der Halbmesser der Lichtbogenlöschelektrode 3 ist. Die Kontaktgabe elemente
4 sind an den Lichtbogenlöschelektroden 3 angelötet, welche ihrarseits an den stromführenden
Stäben 6 angelötet sind. Die gegenseitige Kontaktierung, der Elemente 4 erfolgt
mit den Flächen 7. Die Kontaktgabeelemente 4 sincmit Nuten 8 versehen. Die Nuten
8 (Fig. 2) sind unter einem Winkel zum Halbmesser des Kontaktgabeelementes 4 angeordnet,
wobei sie auch längs des Halbmessers des Kontaktgabeelementes 4 gerichtet werden
können. Die Lichtbozenlöschelektroden 3 sind mit Nuten 9 versehen. Die Nuten 9 haben
die Form von gebrochenen Linien, deren äußerer Teil unter einem größeren Winkel
zum Halbmesser der Lichtbogenlöschelektrode gereichtet ist als der innere Teil.
Ein Teil 10 jeder Nut 9 verläuft; untsr dem Kontaktgabeelement 4. Das äußere Ende
11 Jeder Nut 8 und das Ende 12 des Teils 10 jeder Nut 9 stimmen überein. Die Nuten
9 können auch geradlinig und krummlinig sein.
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Bei jeder dieser Formen enthält der Teil jeder Nut 9, der außerhalb
des Kontaktgabeelementes 4 liegt eine Tangen-.
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tialkomponente, die unter einem geraden Winkel zum Halbmessser der
Lichtbogenlöschelektrode gerichtet ist. Jede der Nuten 9 enthält in dem Teil, der
außerhalb der Kontaktgabeelemente 4 liegt, eine konvexe Grenze 17 und eine konkave
Grenze 14. Die konkave Grenze 14 liegt näher zum Kontakgabeelement 4 als die konvexe
Grenze 13.
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Bei der in Fig. 1,2 gezeigten Ausführungsform des Kontaktsystems
fallen die Grenzen 14 auf ihrer gesamten Länge nicht mit den benachbarten Abschnitten
15 der Seitenfläche der Kontaktgabeelemente 4 zusammen.
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Bei dar Ausführungsform des sontaktsystems gemäß Fig. 3 fallen die
konvexen Grenzen 14 der Nuten 9 auf der Strecke 16 mit den Abschnitten 15 der Seitenfläche
der Kontaktgabeelemente 4 zusammen. Die Läage der Strecke 16 muß kleiner als
das
1,5-fache der Breite der Nut 9 ein.
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Die Ausführungsform des Kontaktsystems gemäß Fig. 1,2 ist bevorzugt.
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Bei den Ausführungsformen der Kontaktsysteme gemäß Fig. 1, 2 und
3fallen die Nuten 8 in den Kontaktgabeelementen 4 und Teile 10 der Nuten 9 in den
Lichtbegenlöschelektroden 3 zusammen.
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Denkbar ist auch eine dritte Ausführungsform des Kontaktsystems,
bei welcher die Nuten 8 in den Kontaktgabeelementen 4 (Fig. 4, 5) und die Teile
10 der Nuten 9 in den Lichtbogenlöschelektroden 3 unter einem Winkel zueinander
liegen und im Bereich dieser Nuten 8, 9 zwischen den Bogenlöschelektroden 3 und
den Kontaktgabeelementen 4 Spalte l,' vorhanden sind. Dabei sind die ungenuteten
Abschnitte 15 der Seitenfläche der Kontaktgabeelemente 4 an den Lichtbogenlöschelektroden
3 angelötet. Der Spalt 17 (Fig. 4) ist in Form eines Zylinders ausgebildet. Er kann
auch die Form eines abgestumpften Kegels haben.
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Es ist auch eine vierte Ausführungsform des Kontaktsystems möglich,
bei der in dem mittleren Bereich jedes Kontaktgabeelementes 4 (Fig. 6) an der dem
anderen Kontakt zugewandten Fläche eine Aussparung 18 vorhanden ist. In das Innere
der Aussparung 18 laufen die inneren Enden 19 der Nuten 8 auf eine Entfernung, die
größer als die halbe Breite der Nuten 8 ist, ein.
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Unter dem mittleren Teil jedes Kontaktgabeelementes 4 ist ein Hohlraum
20 vorhanden, der die inneren Enden 19 (Fig. 1) der Nuten 8 des Kontaktgabeelementes
4 überbrückt.
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Gemäß Fig. 1,2,3,4,5,6 kann nur einer oder beide Kontakte 1, 2 ausgeführt
werden. Im letzteren Fall sind die Nuten 9 der Bogenlöschelektroden 3 beider Kontakte
1,2 seitens der einander zugewandten Flächen entgegen gerichtet.
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Das Kontaktsystem funktioniert wie folgt.
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Bei der Stromabschaltung zehen die Kontakte 1, 2 (Fig.i) auseinander
und zwischen den Flächen 7 der Kontaktgabeelemente 4 an der Abrißstelle der letzten
Metallbrücke entsteht ein Lichtbogen. In dem Lichtbogen ist in der Regel die Verteilung
der Stromdichte unsymmetrisch zur Achse des Lontaktsystems
(die
Wahrscheinlichkeit einer symmetrischen Verteilung der Stromdichte ist vernachlässigbar
klein). Desnalb bildet der Strommeg über die Kontaktgabeelemente 4 und den Lichtbogen
eine Schleife mit einem Bogen am Ende. , Infolgedessen wirkt auf den Lichtbogen
eine elektrodynamische Kraft, die diesen zur Peripherie des Kontaktsystems hin verschiebt.
Die an den Kontaktgabeelementen 4 vorhandenen Nuten d vergrößern die Dichte des
in diesen fließenden Stromes, da die Nuten 8 ein Zerfließen des Stromes über den
Körper der Kontaktgabeelemente 4 verhindern. Dadurch nimmt die elektrodynamische
Kraft zu, die den Lichtbogen zur Peripherie des Kontaktsystems hin verschiebt. Infolgedessen
wird die Bewegungs-;eschwindigkeit des Lichtbogens über die Flächen 7 erhöht und
die Aufenthaltzeit des Lichtbogens auf diesen Flächen vermindert. Dadurch wird die
Erosion der Kontaktgabeelemente 4 vermindert und die Lebensdauer des Kontaktsystems
vergrößert.
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In seiner Bewegung zur Peripherie des Kontaktsystems hin gelangt der
Lichtbogen auf die Flächen 5 der Lichtbogenlöschelektroden 3. Die an den Lichtbogenloschelektroden
3 vorhandenen tangenital gekrümmten Nuten 9 rufen eine elektrodynamische Kraft hervor,
die den Lichtbogen auf den Blächen 5 dreht. Bei seiner Drehung schneidet der Lichtbogen
nacheinander die Nuten 9 der Lichtbogenlöschelektroden 3, bis er beim Nulldurchgang
des Bogenstromes erlischt. Dadurch, daß die Enden 11 der Nuten 8 des Kontaktgabeelementes
4 und die Enden 12 der Teile 10 der Nuten 9 der Lichtbogenlöschelektrode 7 zusammenfallen,
wird die elektrodynamische Kraft, die auf den Lichtbogen bei dessen Übergang von
den Kontaktgabeelementen 4 auf die Lichtbogenlöschelektroden 3 wirkt, nicht geschwächt
und der Lichtbogen wird nicht an den Kontaktgabeelementen 4 und den Lichtbogenlöschelektroden
3 in der Nähe der Grenze zwischen diesen zurückgehalten, was eine lokale Überhitzung
verhindert und die Stromabschaltsicherheit erhöht.
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Eine Begrenzung der Länge der Teile 16 (Fig. 2) der ungenuteten Abschnitte
15 der Seitenfläche der Kontaktgabeelemente 4 auf eine Größe, die das 1,5-£ache
der Breite jeder Nut 9 beträgt, vermindert auch die Wahrscheinlichkeit der
Lichtbogenfixierung
an der Seitenfläche der Kontaktgabeelemente 4, was auch zur Steigerung der Abschaltsicherheit
beiträgt. Das beste Ergebnis wird erreicht, wenn die konkaven Grenzen 14 der Nuten
9 der Lichtbogenlöschelektroden nicht mit den ungenuteten Abschnitten 15 der Seitenfläche
der Kontaktgabeelemente 4 in Berührung stehen.
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Bei der Drehung des Licntbogens auf den Flächen 5 der Lichtbogenlöschelektroden
3 fließt der Strom von den Flächen 5 zu den stromleitenden Stäben 6 auf kürzestem
Wege.
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Somit fließt der größere Teil des Stromes zu den Lichtbogenlöschelektroden
3 an den Kontaktgabeelementen 4 vorbei. Um ausreichende elektrodynamische Kräfte
zu erzeugen, die den Lichtbogen an den Lichtbogenlöschelektroden 3 in der Nähe der
Kontaktgabeelemente 4 verschieben, und da-:it die erosion der Lichtbogenlöschelektroden
3 zu vermindern und das Abschaltvermögen zu erhöhen, fallen bei der ersten und zweiten
Ausführungsform der Kontaktsystems gemäß Fig. 1, 2, 3 die Nuten d mit dem unter
dem Kontaktgabeelement 4 verlaufenden Teil 10 der Nuten 9 zusammen.
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Eine zusätzliche Vergrößerung der Stromdichte in aen Kontaktgabeelementen
4 und folglich eine Verminderung deren Erosion wird bei der dritten Ausführungsform
durch Bildung eines Spaltes 17 (Fig. 4) zwischen dem Kontaktgabeelement 4 und der
Lichtbogenlöschelektrode im Bereich der Nuten 8 und der Teile 10 der Nuten 9 erreicht.
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In diesem Falle schließen die Kontaktgabeelemente jeden Teil 10 der
Nuten 9 der Lichtboenlöscnelektroden auch dann nicht kurz, wenn dieser Teil unter
einem Winkel zur Nut 8 liegt. Um eine Lichtbegenfixierung an der Grenze zwischen
den Lichtbogenlöschelektroden 3 und den Kontaktgabeelementen 4 auszuschließen, sind
deren ungenutete Abschnitte 15 an uen Lichtbogenlöschelektroden 3 angelötet.
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Die Aussparung 18 (Fig. 6) in der Mitte der Kontaktgabeelemente 4
bei der vierten Ausführungsform des Kontaktsystems und das Einlaufen der Noten 8
in das Innere der Aussparrung ld aul eine Entfernung, die größer als deren halbe
Breite ist, siechert eins hinreicnend große elektrodynamische Kraft in jedem Punkt,
in dem ein Lichtbogen nach dem Abriß der Letzten
Metallbrücke zwischen
den Kontaktgabeelementen 4 beim Offnen der Kontakte 1, 2 entstehen kahn. Dies trägt
zu einer zusätzlichen Verminderung der Erosion der Kontaktgabeelemente 4, einer
Vergrößerung des Abschaltvermögens und einer Erhöhung der Abschaltsicherheit der
Kontakte des Kontaktsystets bei. Der Hohlraum 19 unter dem mittleren Teil der Kontaktgabeelemente
4 vermindert die Wahrscheinlichkeit der Lichtbogenfixierung in der Mitte derselben,
da der Widestand des Stromkreises zwischen den Kontaktierungsflächen 7 und den stromleitenden
Stäben 6 kleiner als zwischen den Aussparungen 18 in der Mitte der Kontaktgabeelemente
4 und den Stäben 6 ist. Dies erhöht auch die Stromabschaltsicherheit des Kontaktsystems.
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Die Anwendung der erfindungsgemäßen Kontaktsysteme in Vakuumlichtbogenloschkammern
gestattet es, deren spezifisches Abschaltvermögen (bezogen auf eine Volumen- und
Masseeinheit) um ca. 20% zu vergrößern, deren Lebensdauer um das Eineinhalbfache
zu erhöhen und die Stromabschaltsicherheit mehrfach zu steigern. Dies bietet die
Möglichkeit, einer einer Senkung der Kosten der Liohtbogenkarnniern1Verderen minderung
der Betriebskosten derselben dank Verkleinerung/ deren Lebensdauer und Erhöhung
der Abschaltsicherheit.