DE3416368C2 - Vakuumschalter-Kontaktanordnung - Google Patents

Abstract

Für die Erzeugung von Mehrfach-Magnetfeldern wechselnder Richtung parallel zur Achse der Schaltstücke in einem evakuierten Schaltgefäß sind als Grundkörper je eine kreiszylindrische Scheibe (4 und 13) an dem feststehenden und an dem bewegbaren Schaltstück angeordnet. Diese Scheiben weisen einen konzentrischen Ringspalt auf. Außerhalb des Ringspalts liegen die Windungskörper (7, 16). Innerhalb des Ringspalts befinden sich die zentralen Kontaktkörper (8, 14). Beide Teilkörper sind miteinander verbunden durch Stege (9, 15), die den Ringspalt überbrücken. Zwischen den Windungskörpern und dem zentralen Trag- und Stromzuführungsbolzen (1) stellt ein Stütz- und Stromleitkörper (2) die Verbindung her. Die Erreger- und Kontaktscheiben (4, 13) liegen in Umfangrichtung um 90 Grad versetzt übereinander.

Description

gekennzeichnetdurch folgende Merkmale:

d) an einem ersten und zweiten Trag- und Stromzuführungsbolzen (1) ist je ein erster (4) und zweiter (13) mindestens annähernd kreiszylindrischer Scheibenkörper angeordnet;

e) die Scheibenkörper weisen mindestens annähernd konzentrische und durch mindestens je einen Steg (9) unterbrochene Ringspalte (6) auf;

f) durch die Ringspalte werden kreisringförmige äußere Teilkörper (7,16) und kreisscheibenförmige innere Teilkörper (8,14) wenigstens in Annäherung gebildet;

g) sowohl die Stromanschlußbereiche (12, 17) an den äußeren Teilkörpern (7, 16) als auch die Stege (9,15) zweier Scheibenkörper (4,13) sind in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt.

2. Kontaktanordnung nach Pa: mtanspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal:

die äußeren Teilleiter (7,16) sind durch mindestens je einen Stütz- und Stromleitkörper (2) mit je einem Trag- und Stromzuführungsbolzen (1) elektrisch und mechanisch verbunden. -to

3. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal:

die inneren Teilkörper (8,14) weisen mindestens an einer Seite der Stege (9,15) spaltförmige Unterbrechungen auf.

4. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal:

die Kontaktfläche der inneren Teilkörper (8, 14) ist gegenüber der entsprechenden Oberfläche der äußeren Teilkörper (7,16) erhöht liegend angeordnet.

5. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal:

die inneren Teilkörper (8, 14) liegen auf je einem Stützkörper (5) auf, wobei diese Stützkörper aus elektrisch isolierendem oder schlecht leitendem Material bestehen.

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Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für einen elektrischen Vakuumschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Diese Schalter dienen dazu, elektrische Stromkreise in Hochspannungsnetzen zu schließen und geschlossen zu halten und gegebenenfalls zu öffnen und cffen zu halten.

Eine Kontaktanordnung für einen Vakuumschalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist durch die Druckschrift DE-OS 29 46 800 bekanntgeworden. In dieser Ausführungsform weist der auf einem Windungskörper lagernde Kontaktkörper zahlreiche größere Unterbrechungen auf. Damit sollen Stromflüsse vermieden werden, deren Magnetfeld das vom Windungskörper erzeugte primäre Magnetfeld schwächen würde.

Als unvorteilhafte Nebenwirkung wird jedoch der für die Stromleitung vorgesehene Bereich des Kontaktkörpers verkleinert und der elektrische Widerstand wächst Damit wachsen auch Stromwärmeentwicklung und Kontakttemperatur. Eine etwas variierte aber diesbezüglich nicht verbesserte Ausführungsform findet man unter der Oberschrift: »Vacuum Circuit-Breaker Electrode Generating Multiple-Pole Axial Magnetic Field« in der Druckschrift: IEEE Trans. Vol. PAS-99 No. 6, NovyDec. 1980.

Eine der Ausführung nach der Druckschrift DE-OS 29 46 800 in wesentlichen Merkmalen sehr ähnliche Erregerkontaktanordnung enthält die Europäische Patentanmeldung 88 040. Es handelt sich dabei um die Ausbildung und Anordnung der Windungselemente in einer ersten Ebene und um die Anordnung der über zwei Ansätze damit verbundenen Kontaktscheibe in einer zweiten Ebene; ein Vergleich der Figuren 5 bzw. 1 hier mit der F i g. 2 dort zeigt deutlich diese Ähnlichkeit Bemerkenswert ist ferner eine relativ aufwendig ausgebildete an sich schon aus der Druckschrift DE-OS 29 46 800 bekannte aus elektrisch schlecht leitendem Werkstoff angefertigte Stützkonstruktion für die Kontaktscheibe. Durch einen Erregerkontakt gemäß der European Patent Application 52 371 wird eine konstruktive Verbesserung versucht Allerdings stellt sich dabei als neuer Nachteil ein gegenüber früheren Ausführungsformen noch komplizierterer und vor allem höherer Kontaktkörper ein.

Die Europäische Patentanmeldung 1 04 134 strebt eine einfach herstellbare Erregerkontaktform an und faßt zu diesem Zweck alle Funktionsträger zu einem einzigen Baukörper zusammen. Das Resultat ist eine relativ zwar einfachere aber absolut doch noch komplizierte und vor allem schwere Konstruktion. Nachteilig dürfte auch die mechanische Starrheit dieses Multifunktionskörpers sein, die z. B. zu einer einseitigen Kontaktgabe mit den bekannten Folgen führen kann.

Allen vorstehend kritisch gewürdigten Erregerkontaktbauformen haftet jedoch insbesondere ein der gemeinsamen Konstruktionsidee entspringender grundsätzlicher und erheblicher Nachteil an. Er liegt darin, daß die Windungskörper für die Magnetfelderregung vom Schaltraum zwischen den Kontakten aus betrachtet den Kontaktkörpern nachfolgend angeordnet sind. Besonders deutlich erkennbar wird dieser Sachverhalt in den Europäischen Patentanmeldungen mit den Veröffentlichungsnummern 52 371 und 1 04 134.

Bei einer solchen Konfiguration entsteht der magnetische Fluß relativ weit entfernt vom Schaltraum, wo er auf die Vakuumentladung einwirken soll.

Die Konsequenz aus der ungünstigen Anordnung von Windungs- und Kontaktkörpern in zwei verschiedenen Ebenen ist eine verringerte magnetische Kraftliniendichte im Schaltraum, und die wirkt sich nachteilig auf die Stromunterbrechungsfähigkeit aus.

Allgemeiner betrachtet ist eine Kontaktscheibe mit konzentrisch angeformten in der Scheibenebene liegen-

den Windungen auch durch die Druckschrift DE-OS 32 45 609 bekanntgeworden. Dabei geht es jedoch darum, ein unipolares Magnetfeld im wesentlichen parallel zur Schaltstückachse zu erzeugen. Dieses Magnetfeld ruft in der Kontaktscheibe Wirbelströme hervor, deren sekundäres Magnetfeld nach der Lenzschen Regel das primäre Magnetfeld schwächt

Um diese unerwünschte Feldschwächung nach Möglichkeit zu verkleinern, wird die Kontaktscheibe radial geschlitzt Aus Gründen der mechanischen Konsistenz to muß jedoch ein zentraler Kompaktbereich übrig bleiben, und darin können die Wirbelströme weiterfließen und das primäre Magnetfeld schwächen.

Gegenüber diesen unverrückbaren physikalischen Gegebenheiten bei der vorstehend erläuterten unvorteilhaften unipolaren Erregerkontaktanordnung unterscheiden sich multipolare Erregerkontaktanordnungen vorteilhaft dadurch, daß bei ihnen der Zentralbereich der Kontaktscheibe praktisch axialfeldfrei und dadurch auch wirbelstromfrei bleibt Der zentrale Kontaktscheibenbereich, der aus Konsistenzgründen nicht mehr geschlitzt werden kann, braucht also diese Schlitzung gar nicht aus elektromagnetischen Gründen.

Problemstellung

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Die Erfindung hat die Aufgabe, für die Erregung von in der Richtung alternierenden Mehrfach-Magnetfeldern parallel zur Schaltstückachse eine besonders einfaehe Bauform zu entwickeln und dabei die Wirkung des Magnetfeldes auf die Stromunterbrechung erheblich zu verstärken.

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Problemlösung

Die gestellte Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Grundkörper für das Erregungs- und Kontaktsystem ist eine einfache kreiszylindrische Scheibe. Ein konzentrischer Ringspalt unterteilt sie in einen Erregungs- und in einen Kontaktbereich. Die Stromzuführung von einem Trag- und Stromleiterbolzen zu dem Erregungsbereich der Scheibe erfolgt durch eine Traverse; sie ist einfach in eine stirnseitige Nut des Tragbolzens eingefügt

Die Stromzuführung vom Erregungsbereich zu dem zentralen Kontaktbereich erfolgt durch Stege, die den Ringspalt überbrücken.

Vorteilhafte Weiterbilaungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung erläutert.

Ausführungsbeispiel

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Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 bewegbare Erreger- und Kontaktanordnung im Längsschnitt;

Fig.2 bewegbare Erreger- und Kontaktanordnung nach F i g. 1 in der Draufsicht mit Einsicht in Tragscheibe und Tragkörper; '

Fig.3 bewegbare Erreger- und Kontaktanordnung nach F i g. 2 in nicht unterbrochener Draufsicht, eingezeichnet sind Stromverteilung und magnetischer Fluß;

F i g. 4 feststehende Er.wger- und Kontaktanordnung in nicht unterbrochener Draufsicht vom Trag- und Stromzuführungsbolzen aus betrachtet, eingezeichnet sind Stromverteilung und magnetischer Fluß.

Zu F i g. 1: in einem nicht dargestellten evakuierten Schaltgefäß befindet sich ein erster bewegbarer Trag- und Stromzuführungsbolzen (1). In seine Stirnnut ist der Stütz- und Stromverteilungskörper (2) eingefügt Dieser Körper geht beidseitig in die Endansätze (3) über. Auf ihnen lagert durch Lötung elektrisch leitend verbunden die kreiszylindrische Scheibe (4). Zu ihrer weiteren jedoch elektrisch schlecht leitenden Abstützung dient die Stahlscheibe (5). Ein konzentrischer Ringspalt (6) unterteilt die Scheibe (4) in zwei Bereiche. So entstehen außerhalb ein kreisringförmiger Windungskörper (7) und innerhalb eine kreiszylindrische zentrale Kontaktscheibe (8). Windungskörper und Kontaktscheibe verbinden zwei diametral angeordnete in dieser Darstellung jedoch nicht sichtbare Stege.

Zu F i g. 2: im linken unteren Sektor ist die kreiszylindrische Scheibe (4) zu sehen. Von ihrer innerhalb des Ringspakes (6) gelegenen Kontaktscheibe (8) führt ein Steg (9) zu dem Windungskörper (7), äw sich nach links oben windet bis zu seiner Auflage auf dem Endansatz (3) des Stütz- und Stromverteilungskörpers (2). Rechts im Bild erkennt man vollständig wie dieser Körper mil dem Trag- und Stromzuführungsbolzen (1) verbunden ist Im linken oberen Sektor blickt man auf die Stahlscheibe (5) zur Stützung der Kontaktscheibe (8). Zu bemerken ist noch, daß in dem Ausführungsbeispiel die Oberfläche deF Kontaktscheibe (8) gegenüber der Oberfläche des Kreisringkörpers (7) etwas erhöht ist Diese Erhöhung läßt sich z. B. durch Auflage einer dünnen Scheibe (10) erreichen aus einem Material, das sich besonders für diffuse Entladungen im Vakuum eignet und ein günstiges Verhalten beim Schalten kleiner induktiver Ströme zeigt Jedoch, auch die umgekehrte Anordnung dieser Oberflächen kann vorteilhaft sein.

Die Kontaktscheibe (8) ist mit radialen Spalten (11) versehen. Damit sollen Stromflüsse vermieden werden, die sonst das magnetische Primärfeld schwächen würden. Von besonderer Bedeutung sind die Spalte zu beiden "eiten der Stege, die sich als Stegverlängerung auswirken.

Zu Fig.3: diese Figur zeigt nochmals dis Erregerund Kontaktscheibe (4), und zwar nun vollständig. Man erkennt den Bereich (12), wo sie auf dem Ansatz (3) durch Lötung elektrisch verbunden aufliegt. Davon gehen nach beiden Seiten die Windungskörper (7) aus und münden über die den Ringspalt (6) überbrückenden Stege (9) in die zentrale Kontaktscheibe (8). Wesentlich für eine günstige Stromverteilung darin ist, daß diese Stege von spaltförnligen Unterbrechungen flankiert und dadurch verlängert werden.

In dieser Erreger- und Kontaktanordnung sind die Stromflüsse insbesondere bei einer Schaltung durch Pfeile angedeutet Der Strom kommt aus dem hier nicht sichtbaren Trag- und Stromzuführungsboizen (1), strömt je zur Hälfte in die Arme des im Bild durch die Stützscheibe (5) verdeckten Stütz- und Stromverteilungskörpers (2) unJ durchfließt nach erneuter Teilung mit je einem Viertel die Windungskörper (7). Nach dem Passieren der Stege (9) verteilen sich diese Viertelstrome auf je einen der vier Sektoren der Kontaktscheibe (8). Die darin angebrachten radialen Spalte (11) verhindern u. a. Randströme mit entgegengesetzter Flußrichtung relativ zu den äußeren Kreisringströmen und damit eine Schwächung der Magnetfelderregung. Vorteilhaft können sich auch, hier nicht dargestellte, spaltför-

mige Unterbrechungen auswirken, die kreuzweise entlang der horizontalen und vertikalen Mittellinien der Kontaktkörper (8) und (14), Fig. 4, angeordnet sind und diese Körper in vier Sektoren unterteilen.

Zu Fig.4: das zweite, feststehende Schaltstück mit dem hier nicht sichtbaren zweiten Stromzuführungsbolzen sowie der an seinen Tragarmen elektrisch leitend befestigten zweiten Erreger- und Kontaktscheibe (13) liegt dem ersten, bewegbaren Schaltstück mit der Erreger- und Kontaktscheibe (4) axial gegenüber. Die Erreger- und Kontaktscheiben (4) und (13) sind identisch ausgeführt. Eine erneute Beschreibung erübrigt sich daher. Anzumerken ist jedoch, daß beide Scheiben gegeneinander um 9ö Grad versetzt angeordnet sind.

Wirkungsweise: man blickt von oben, aus der Riehtung ihres Trag- und Stromzuführungsbolzens kommend, bei fortgelassener Stützscheibe auf die zweite Erreger- und Kontaktscheibe (13). Nun wird gedanklich diese £wefic Scheibe iViii ciVväS Abäiänd Über die ersic geschoben, m. a. W. F i g. 4 über F i g. 3, und dazwischen liegt dann der Schaltraum.

Aus der ersten, unteren Kontaktscheibe (8), F i g. 3, austretend fließt der zu unterbrechende Strom als diffuse Entladung durch den Schaltraum und tritt anschließend in die zweite, obere Kontaktscheibe (14) ein. Den weiteren Stromverlauf deuten wieder Pfeile an.

Die Teilströme aus den vier Sektoren der Kontaktscheibe (14) sammeln sich entlang der Strecke zwischen den Stegen (15), streben diesen zu, fließen darin als Halbströme und verlassen sie als Viertelströme in den Windungskörpern (16).

In den gestrichelt angedeuteten Ansätzen (17) vereinigen sich die Viertelströme wieder zum halben Strom, der dann durch je einen der beiden Arme des Stütz- und Stromverteilungskörpers fließt. Von dort gelangen beide Stromhälften zu dem Stromzuführungsbolzen und vereinigen sich darin zum vollen Strom.

Wie erkennbar geworden ist, bilden immer zwei übereinander liegende Sektoren der Scheibenkörper (4, 13) mit den zugehörigen Windungskörpern (7, 16) und den damit über die Stege (9, 15) verbundenen Sektoren der Kontaktscheiben (8, 14) gemeinsam mit den Armen der Stütz- und Stromverteilungskörper je eine Spulenwindung. Beide Windungen werden vom Strom gleichsinnig durchflossen und daher ergänzen sie sich in ihrer magnetisierenden Wirkung.

Entsprechend den gestellten erfinderischen Aufgaben ist jede Einzelspule optimal flach und so als Erregerzentrum des magnetischen Feldes dem Schaltraum optimal nahe. In kontruktiver Hinsicht ist die Gesamtanordnung sowohl relativ als auth absolut sehr einfach geworden.

Jede der vier Spulen erregt ein magnetisches Feld. Die Feldrichtungen wechseln im Kreisumlauf von Spule zu Spule entsprechend der wechselnden Stromdurchflutung. Diese dem Betrag nach gleichen aber in der Riehtung unterschiedlichen, den Schaftraum zwischen den Kontaktscheiben des bewegbaren und feststehenden Schaltstücks durchsetzenden magnetischen Felder deuten kleine Kreise an. Nach internationaler Vereinbarung bezeichnen darin die Punkte aus der Zeichenebene eo austretende und die Kreuze in die Zeichenebene eintretende Feldlinien. Die Feldlinien parallel zur Schaltstückachse zwingen die Elektronen der Gasentladung im Schaltraum auf spiralförmige Bahnen von Kontaktscheibe zu Kontaktscheibe, Durch diese Konzentration des Ladungsflusses bleibt die Entladungsspannung und damit die aus der Entladung frei werdende Wärme klein, was nach dem Stromnulldurchgang die elektrische Wiederverfestigung des Entladungsraumes begünstigt. Gegenüber dem Stand der Technik wird mit der erfindungsgemäßen Erreger- und Kontaktscheibenanordnung ein höherer Wirkungsgrad erreicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Stand der Technik Patentansprüche:

1. Kontaktanordnung für einen Vakuumschalter mit:

a) in einem evakuierten Schaltgehäuse befindlichen relativ zueinander bewegbaren Schaltstücken;

b) elektrischen Durchführungen und Stromzuleihingen zu den Schaltstücken;

c) in unterschiedlichen Ebenen angeordneten Windungs- und fContaktkörpern zur Erzeugung von Mehrfach-Magnetfeldern unterschiedlicher Richtung prallel zur Schaltstückachse;