DE3407858C2

DE3407858C2 -

Info

Publication number: DE3407858C2
Application number: DE19843407858
Authority: DE
Inventors: Ernst Prof. Dr.Techn.Habil. 1000 Berlin De Slamecka
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-02-29
Filing date: 1984-02-29
Publication date: 1988-08-25
Also published as: DE3407858A1

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Vakuumschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Vakuumschalter ist aus der DE 25 18 948 A1 bekannt.The invention relates to electrical vacuum switches according to the preamble Such a vacuum switch is known from DE 25 18 948 A1.

Schaltstücke von Vakuumschaltern führt man wegen des Partikel-Problems als Stumpfkontakte aus. Auf Kontakte solcher Form wirken im stromdurch flossenen Zustand abstoßende Kräfte ein. Bei großen Kurzschlußströmen er reichen diese Kräfte Werte bis zu einigen Tausend N. Um trotzdem ein schäd liches Abheben des bewegbaren Kontakts zu vermeiden, muß eine Gegenkraft mechanisch erzeugt werden. Damit verbinden sich jedoch verschiedene Prob leme: Einmal vergrößert sich dadurch die Antriebsenergie für Vakuumschal ter mit großen Kurzschluß-Schaltströmen erheblich, und ihr großer Vorteil, nur eine kleine Antriebsenergie zu benötigen, verkleinert sich.Switching parts of vacuum switches are used because of the particle problem as butt contacts. On contacts of this shape act through-current repulsive forces. With large short-circuit currents These forces reach values of up to a few thousand N. In order to cause damage anyway To avoid lifting the movable contact must be a counterforce are generated mechanically. However, various prob leme: This increases the drive energy for vacuum scarf ter with large short-circuit switching currents, and their great advantage, only a small amount of drive energy is required.

Dann stehen die Kontakte dauernd unter dem hohen mechanischen Anpreßdruck, auch wenn er während der Führung von Betriebsströmen, das heißt während der längsten Betriebszeit, gar nicht gebraucht wird. Unter diesem hohen Druck kann es zu einem Kaltverschweißen der Kontakte kommen; be günstigt wird das durch die Kontakterwärmung. Beim Ausschalten bricht die Verschweißung auf. Partikel können entstehen und die Spannungsfes tigkeit der Vakuumschaltstrecke herabsetzen: CIGRE 1982, Report 13-08.Then the contacts are constantly under the high mechanical contact pressure, even if it is during the management of operating flows, i.e. during the longest operating time, is not needed at all. Under this high pressure can lead to cold welding of the contacts; be This is favored by the contact heating. When you turn it off the welding on. Particles can arise and the tension fix Reduce the vacuum switching distance: CIGRE 1982, Report 13-08.

Hohen Flächenpressungen sind besonders die Kontakte der Vakuumschalter mit kontrahiertem und daher zu bewegendem Lichtbogen ausgesetzt. Solche Kontaktflächen müssen dem Lichtbogen als Laufschienen dienen, und diese unverzichtbare Nebenfunktion verbietet eine großflächige Konstruktion.The contacts of the vacuum switches are particularly high surface pressures exposed with a contracted and therefore moving arc. Such Contact surfaces must serve as running tracks for the arc, and these an indispensable secondary function is prohibited by a large-scale construction.

Vakuumschalter mit diffuser Entladung sind dank ihrer großflächigen Elektroden etwas besser gestellt. Vacuum switches with diffuse discharge are thanks to their large area Electrodes a little better.

Außerdem gehen von ihren Schaltstückanordnungen zur Erregung eines axialen Magnetfeldes anziehende Kräfte aus. Dagegen stoßen sich die Schaltstückanordnungen zur Erregung eines radialen magnetischen Feldes, wie es zur Rotation eines kontrahierten Lichtbogens benötigt wird, ab.They also go from their switch assemblies to excitation axial magnetic field. They are against this Contact arrangement for the excitation of a radial magnetic field, as is required to rotate a contracted arc.

Hinzugefügt sei noch, daß zur Verschweißung die Kontakte besonders nei gen beim Einschalten großer Kurzschlußströme unter hohem Kontaktdruck. Wenn anschließend stromlos ausgeschaltet wird, erhöht sich die Wahr scheinlichkeit der Partikelbildung.It should be added that the contacts are particularly prone to welding conditions when switching on large short-circuit currents under high contact pressure. If the device is then switched off without current, the truth increases Probability of particle formation.

Um den hohen permanenten Kontaktdruck mit seinen nachteiligen Folgen auf die Vakuumschalter zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, die elektrodynamische Kontakt-Abhebekraft elektrodynamisch zu kom pensieren: US-Patent 40 25 886.The high permanent contact pressure with its adverse consequences to avoid the vacuum switch has already been suggested the electrodynamic contact lifting force is electrodynamically too com pensieren: US patent 40 25 886.

Solche Kompensationssysteme sind jedoch kompliziert, und wohl hauptsäch lich aus diesem Grund praktisch nicht angewendet worden.However, such compensation systems are complex, and probably the main one Lich practically not used for this reason.

Damit läßt sich also das Kontakt-Abstoßproblem bei den bisher bekannten Vakuumschaltern zufriedenstellend nicht lösen.Thus, the contact repelling problem with the previously known can Do not loosen vacuum switches satisfactorily.

Der hohe Kontaktdruck wirft jedoch noch ein Problem ganz anderer Art auf:
Kontaktabstoßung und hoher Gegendruck wirken sich auf das Schaltgehäuse als Zugkraft aus; dagegen muß es verstärkt werden oder man kann es durch Zugstäbe aus Isolierstoff entlasten: ältere Anmeldung DE-OS 33 15 378. Mit diesen zusätz lichen Konstruktionselementen gibt es dann Probleme elektrischer Natur.However, the high contact pressure poses a completely different problem:
Contact repulsion and high back pressure have a tensile force on the switch housing; on the other hand, it must be reinforced or it can be relieved by tension rods made of insulating material: older application DE-OS 33 15 378. With these additional construction elements, there are then problems of an electrical nature.

Stumpfkontakte sind Fingerkontakten auch hinsichtlich der Stromtragfähig keit unterlegen, denn man hat nicht soviel Spielraum für eine Vergrö ßerung von Kontakt-Druck und Fläche. Die Folge ist eine starke Erwär mung der Stumpfkontakte. Das Vakuum läßt aber Wärme nur als Strahlung durch. Doch dieser Wärmetransport durch Strahlung ist auch bei einer relativ hohen Kontakttemperatur von z. B. 100 Grad C wegen seiner T⁴- Abhängigkeit noch nicht sehr groß. Daher muß bei Vakuumschaltern der größte Teil der Stromwärme über den Stromleiterbolzen und Schaltstück träger aus dem Schaltgehäuse herausgebracht werden.Butt contacts are also inferior to finger contacts in terms of current carrying capacity, because there is not so much scope for increasing the contact pressure and area. The result is strong heating of the butt contacts. The vacuum only lets heat through as radiation. But this heat transfer by radiation is also at a relatively high contact temperature of z. B. 100 degrees C because of its T ⁴ dependence is not yet very large. Therefore, with vacuum switches, the largest part of the current heat must be brought out of the switch housing via the conductor pin and contact piece carrier.

Bei großen Dauerströmen von z. B. 2500 A bedingt dieser Umstand schon sehr kräftige Stromleiterbolzen und außerdem muß das Temperaturgefälle groß sein zwischen den Kontakten und den Schalteranschlußklemmen. Zu die sem Zweck müssen große aufwendige Kühlkörper angebaut werden (siehe z. B. DE-OS 33 15 378). With large continuous currents of z. B. 2500 A already requires this fact very strong conductor pins and also the temperature gradient be large between the contacts and the switch terminals. To the For this purpose, large, elaborate heat sinks have to be installed (see e.g. DE-OS 33 15 378).

Aus den Druckschriften DE-OS 25 18 948 und DE-OS 26 18 167 ist es jeweils bekannt, im Innenraum des Vakuumschaltgehäuses dem Schaltleistungskontaktpaar ein weiteres Kontaktpaar zur Führung des Dauerstroms parallelzuschalten; dabei öffnet das Dauerstromkontakt paar beim Ausschalten zuerst, und es schließt zuerst beim Einschalten.From the pamphlets DE-OS 25 18 948 and DE-OS 26 18 167 it is known in the interior of the Vacuum switch housing the Switching power contact pair another pair of contacts to manage the To connect continuous current in parallel; the permanent current contact opens couple when turning off first, and it closes first when switched on.

Aus der EP 00 92 205 A2 ist es bekannt, einem Vakuumschalter einen kompletten SF₆-Schalter zur Führung des Dauerstroms parallelzuschalten; in diesem Fall öffnet der SF₆-Schalter beim Ausschalten gegenüber dem Vakuumschalter verzögert. From EP 00 92 205 A2 it is known to connect a complete SF ₆ switch in parallel with a vacuum switch for guiding the continuous current; in this case the SF ₆ switch opens with a delay compared to the vacuum switch when switched off.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den gattungsge mäßen Vakuumschalter derart zu verbessern, daß der Kontaktwiderstand verkleinert wird, das Stromwärmeableitvermögen der Kontaktanordnung vergrößert wird und ein herkömmlicher Vakuumschalter einfach nachrüstbar wird.The object of the invention consists of the genus according to vacuum switches improve that the contact resistance is reduced becomes, the current heat dissipation capacity of the Contact arrangement is enlarged and a conventional one Vacuum switch simple can be retrofitted.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebnen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is specified in the characterizing part of claim 1 Features resolved. Advantageous further developments are described in the subclaims.

Ein Ausführungs beispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert.An execution example of the invention is explained below with reference to the drawing.

Für das Ausführungsbeispiel ist ein Vakuumschalter mit metallischem Schaltgefäß und Einfach-Isolierdurchführung gewählt worden. Das Schalt stücksystem kann beliebig sein, das heißt, entweder ein radiales oder ein axiales Magnetfelt erzeugen; sicherlich vorteilhafter ist das axiale Magnetfeld. Bestimmt ist der Vakuumschalter für den Einbau in eine metall gekapselte gasisolierte Schaltanlage; die Abmessungen seiner Isolier-Durch führung sind daher reduziert gemäß DE-PS 33 47 741.For the exemplary embodiment is a vacuum switch with a metallic Switching vessel and single insulation bushing have been selected. The switching piece system can be any, that is, either a radial or a generate axial magnetic field; the axial is certainly more advantageous Magnetic field. The vacuum switch is intended for installation in a metal encapsulated gas-insulated switchgear; the dimensions of its insulation-through leadership are therefore reduced according to DE-PS 33 47 741.

Das Bild zeigt den Schalter im Längsschnitt; rechts von der Mittellinie be findet er sich im ausgeschalteten, links davon im eingeschalteten Zustand. Das Schaltgefäß (15) nimmt das feststehende (6) und das bewegbare (7) Schaltstück auf. Stromleiterbolzen (4, 5) tragen diese Schaltstücke. Der Stromleiterbolzen (5) geht in das Anschlußstück (11) über. An den beweg baren Stromleiterbolzen (4) schließt sich das Verbindungsstück (29) an; an seiner Stirnseite ist ein Federteller (30) befestigt als Widerlager für die Druckfeder (31). Die vakuumdichte Einführung des bewegbaren Stromleiterbolzen ermöglicht der Faltenbalg (8), der sich partiell in dem Stutzen (18) befindet und an seiner Stirnseite befestigt ist. Den Abschluß des Schaltgefäßes auf der anderen Seite bildet eine Scheibe auf der Isolierdurchführung (16), die mit dem äußeren Stromleiter (22) kombiniert ist. Den Scheibenrand besetzen Kontaktfinger (25). Im einge schalteten Zustand des Schalters stehen sie mit den bewegbaren Kontakt fingern (27) im Eingriff. Die feststehenden Kontaktfinger sind gerundet, um im ausgeschalteten Zustand keine hohe elektrische Feldstärke entstehen zu lassen. Zu demselben Zweck weisen auch die bewegbaren Kontaktfinger an den Enden Rundungen (26) auf. Diese Kontaktfinger sind an einem Trag zylinder befestigt und stehen an seinem Umfang einander in zwei Gruppen symmetrisch gegenüber. Der große Tragzylinder setzt sich in einen klei neren gehäuseartigen Zylinder (32) fort, dessen Abschlußplatte (33) das zweite Widerlager für die Feder (31) bildet. Dauer- und Kurzschlußstrom fließen jedoch nicht mehr durch dieses bereits dem speziellen Antrieb system zugehörige Bauelement. Die Ströme werden schon vorher durch das Stromband (34) den hier nur symbolisch angedeuteten Anschlußklemmen (35) zugeleitet.The picture shows the switch in longitudinal section; it is to the right of the center line when it is switched off and to the left of it when it is switched on. The switching vessel ( 15 ) receives the fixed ( 6 ) and the movable ( 7 ) contact piece. Current conductor bolts ( 4, 5 ) carry these contact pieces. The current conductor bolt ( 5 ) merges into the connector ( 11 ). The connector ( 29 ) connects to the movable conductor pin ( 4 ); a spring plate ( 30 ) is attached to its end face as an abutment for the compression spring ( 31 ). The bellows ( 8 ), which is partially located in the socket ( 18 ) and is attached to its end face, enables the vacuum-tight insertion of the movable current conductor bolt. The end of the switching vessel on the other side forms a disc on the insulating bushing ( 16 ), which is combined with the outer current conductor ( 22 ). Contact fingers ( 25 ) occupy the edge of the pane. When the switch is switched on, they are in contact with the movable contact fingers ( 27 ). The fixed contact fingers are rounded so that no high electrical field strength is generated when switched off. For the same purpose, the movable contact fingers have curves ( 26 ) at the ends. These contact fingers are attached to a support cylinder and are symmetrically opposed to each other in two groups on its circumference. The large support cylinder continues in a smaller housing-like cylinder ( 32 ), the end plate ( 33 ) of which forms the second abutment for the spring ( 31 ). However, continuous and short-circuit current no longer flow through this component, which is already associated with the special drive system. The currents are already fed through the current band ( 34 ) to the connection terminals ( 35 ), which are only symbolically indicated here.

Die zu schaltenden Betriebs- und Kurzschlußströme fließen nach dem Pas sieren des Schaltraumes zwischen den Unterbrecherkontakten von dem bewegbaren Stromleiterbolzen über den Gleitkontakt (28) der Anschluß klemme (35) zu.The operating and short-circuit currents to be switched flow after passing the switching space between the interrupter contacts from the movable conductor pin via the sliding contact ( 28 ) to the connecting terminal ( 35 ).

Das Aus- und Einschalten spielt sich folgendermaßen ab:
Im eingeschalteten Zustand ist die Feder (31) gespannt und drückt über Federteller (30) und bewegbaren Stromleiterbolzen (4) das daran befes tigte Schaltstück (7) an das feststehende Schaltstück (6). Dabei kann der Kontaktdruck sehr klein sein, so daß keine schädlichen Warm- oder Kaltverschweißungen eintreten, denn das innere Stromleitungs- und Kon taktsystem ist praktisch stromlos. Den Strom führt erfindungsgemäß das äußere Stromleitungs- und Kontaktsystem. Die Kontaktdruckfeder wird durch den Druck des Isoliergases auf die ihm ausgesetzte Außenfläche des bewegbaren Schaltstücks unterstützt; gegebenenfalls kann auf die Feder ganz verzichtet werden, was zur Vereinfachung der Konstruktion beiträgt.Switching off and on takes place as follows:
In the switched-on state, the spring ( 31 ) is tensioned and presses via the spring plate ( 30 ) and movable current conductor bolt ( 4 ) the attached switching piece ( 7 ) to the fixed switching piece ( 6 ). The contact pressure can be very low, so that no harmful hot or cold welding occurs, because the inner power line and contact system is practically de-energized. According to the invention, the current is carried by the external power line and contact system. The contact pressure spring is supported by the pressure of the insulating gas on the exposed outer surface of the movable contact; if necessary, the spring can be dispensed with entirely, which contributes to simplifying the construction.

Im Verlauf einer Ausschaltung öffnen sich bei zunächst noch geschlossenen Unterbrecherschaltstücken (6, 7) die Dauerstromschaltstücke (25, 27). Dabei kommutiert der Strom auf das innere Kontakt- und Stromleitungssystem. In the course of a switch-off, when the interrupter switching elements ( 6, 7 ) are initially still closed , the continuous current switching elements ( 25, 27 ) open. The current commutates to the internal contact and power line system.

Nachdem der äußere Kontaktabstand ausreichend groß geworden ist, trifft die Mitnehmerscheibe (36) auf den Federteller (30), nimmt den bewegbaren Kontakt mit und öffnet so den Schaltraum.After the external contact distance has become sufficiently large, the drive plate ( 36 ) hits the spring plate ( 30 ), takes the movable contact with it and thus opens the switch compartment.

In dieser Schaltphase findet die Stromunterbrechung statt. Die Einschwingspannung wird sowohl von dem inneren als auch von dem äußeren Schaltraum gehalten.The power interruption takes place in this switching phase. The transient voltage is both from the inner and from the outer control room kept.

Anschließend öffnen sich die inneren und äußeren Schalträume bis zu ihrer vollen Isolierfähigkeit auch gegen Prüfspannungen.Then the inner and outer control rooms open up to theirs full insulation ability even against test voltages.

Die stromunterbrechende Ausschaltung ist damit beendet. Das Einschalten vollzieht sich in der umgekehrten Reihenfolge: Zuerst schließen sich unter Feder- und/oder Gasdruck die Schaltkontakte im Vakuum und übernehmen zunächst den Einschaltstrom.The power cut-off is now complete. Switching on takes place in the reverse order: First the switch contacts close under spring and / or gas pressure in a vacuum and initially take over the inrush current.

Die Dauerstromkontakte folgen nach und überbrücken, praktisch ohne Vorüberschlag, das innere Kontaktsystem. Die den Strom einleitende Einschaltung ist damit beendet.The permanent current contacts follow and bridge, practically without Rollover, the inner contact system. The activation that initiates the current is thus ended.

Claims

1. Vacuum switch

- With a switch housing ( 15 ) made of electrically insulating or electrically conductive material,
- With two spatially parallel pairs of contact pieces ( 6, 7; 25, 27 ) each consisting of a fixed ( 6, 25 ) and a movable ( 8, 27 ) contact piece,
- Wherein when the first switching element pair ( 6, 7 ) closes and in the closed state the second switching element pair ( 25, 27 ) is electrically short-circuited and when switching off the second switching element pair ( 25, 27 ) first opens and
- wherein between the second switching pieces ( 25, 27 ) in the open state there is at least the same dielectric strength as between the opened first switching pieces ( 6, 7 ),
- With one or two insulating bushings for one or two current and voltage supply lines to the switch pieces in switch housings made of electrically conductive material,
- With a bellows ( 8 ) for gas-tight supply of the switching force to a switching piece to be moved,
with a device for generating the switching force and its supply to the switch housing,

dadurch gekennzeichnet,characterized,

- That the second pair of contact pieces ( 25, 27 ) is arranged outside of the switch housing ( 15 ), and
- That the movable outer contact piece ( 27 ) consists of individual, arranged on the circumference of a contact finger carrier in at least two groups of contact fingers.

2. Vacuum switch according to claim 1, characterized in that the movable inner contact ( 7 ) is mechanically actuated by the movable outer contact ( 27 ).

3. Vacuum switch according to claim 1, 2, characterized in that the actuation of the movable inner contact piece ( 7 ) takes place as a function of the switching stroke.

4. Vacuum switch according to claim 1, 2, 3, characterized in that a coupling device is used for the mechanical actuation of the movable inner switching piece, and that the coupling device from drivers ( 33, 36 ) Federge housing ( 30 ) and spring ( 31 ) consists.

5. Vacuum switch according to claim 1, characterized in that the switch housing ( 15 ) is made of metal, and that two electrically insulating hollow bodies are available for the introduction of current and voltage.

6. Vacuum switch according to claim 1, characterized, that the switch housing is made of metal, and that an electrically insulating hollow body for the current and voltage introduction is present.