DE3502945A1 - Elektrische vakuumschaltkammer - Google Patents

Description

• Elektrische Vakuumschaltkammer
• Gegenstand und Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft elektrische Vakuumschaltkammern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Demnach gilt diese Erfindung insbesondere solchen Vakuumschaltkammern, bei denen der Schaltlichtbogen bis hin zum Nenn-Kurzschluß- Ausschalt- und Einschaltstrom durch ein lichtbogenparalleles Magnetfeld im diffusen Zustand gehalten wird.
• Der Anwendungsbereich erstreckt sich auf das Offnen und Schließen von Stromkreisen in Netzen der elektrischen Energieversorgung.
• Stand der Technik und Kritik Vakuumschaltkammern mit den oben genannten M-erkmalen sind bekannt geworden aus den Druckschriften DE-OS 28 52 414 und DE-OS 34 47 903. Bei diesen Konstruktionen umgeben j--ochförmige bzw. ringförmige Körper aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität die Stromleiterbolzen zu einem feststehenden und -einem bewegbaren Kontaktkörper.
• Mit solchen magnetisch hochpermeablen Körpern lassen sich bei entsprechender Ausführung und Anordnung Magnetfelder erzeugen, deren Feldlinien parallel verlaufen zu einem Schaltlichtbogen zwischen den Kontaktkörpern. Dieses Magnetfeld hält auch stromstarke Schaltlichtbögen im diffusen Zustand.
• Die Abhängigkeit der dielektrischen Festigkeit zwischen den Kontakten von Vakuumschaltkammern läßt sich allgemein beschreiben durch eine Exponentialfunktion mit gebrochenem reellem Exponenten. Das bedeutet praktisch, daß beim Obergang auf Schalternennspannungen von 72,5 kV und höher, beim Ubergang also von der Mittelspannung zur Hochspannung,diesen Nennspannungen unproportional größere Kontaktabstände notwendig werden. Größere Kontaktabstände wirken sich aber in verschiedener Hinsicht ungünstig aus: z.B. vergrößern sie die Gesamtabmessungen des Schalters, sie vermindern das Ausschaltvermögen und sie erhöhen die Wahrscheinlichkeit von Durchschlägen der offenen Schaltstrecke.
• Naheliegend wäre es, zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit bei einer vorgegebenen verhältnismäßig hohen Nennspannung des Schalters zwei Vakuumschaltkammern des unter dem Stand der Technik beschriebenen Typs einfach in Reihe zu schalten. Eine derartige Lösung würde jedoch eine etwas komplizierte und unwirtschaftliche Konstruktion ergeben, wie es etwa das Ausführungsbeispiel in der Druckschrift DE-OS 33 OO 979 zeigt.
• Aufgabe der Erfindung Das vorteilhafte Verfahren, mit Hilfe von magnetisch hochpermeablen die Stromleiterbolzen umgebenden Körpern ein Magnetfeld zu erzeugen parallel zu einem Schaltlichtbogen über eine einzige Schaltstrecke in einer Schaltkammer soll angewendet werden auf weiterhin nur eine Schaltkammer, die aber nun zwei Lichtbogenschaltstrecken in Reihe führt.
• Lösung der Aufgabe und erzielbare Vorteile Ein kurzer Stromleiterbolzen ist von mindestens einem Körper aus magnetisch hochpermeablem Material mindestens teilweise umgeben und an beiden Stirnseiten mit Kontaktkörpern ausgerüstet.
• Diese Baueinheit wird mindestens ungefähr in der dielektrischen Mitte einer Vakuumschaltkammer fixiert.
• Mit den beiden feststehenden Kontaktkörpern arbeiten gleichachsig zwei bewegbare Kontaktkörper kontaktgebend und lichtbogenziehend synchron zusammen.
• Die mit diesen Gegenkontaktkörpern ausgerüsteten bewegbaren Stromleiterbolzen sind ebenfalls von Körpern aus magnetisch hochpermeablem Material mindestens teilweise umgeben.
• In einer derart mit zwei Schaltstrecken ausgestatteten Vakuumschaltkammer setzt sich der resultierende Kontaktabstand s aus zwei Hälften zu je s/2 zusammen.
• Nimmt man für den Exponenten der die dielektrische Festigkeit beschreibenden Exponentialfunktion 1/2 an, so ergibt sich folgende Abhängigkeit vom resultierenden Kontaktabstand: U2 = 2 k (s/2)1/2 Eine Vakuumschaltkammer mit nur einer Schaltstrecke aber dafür einem zweimal s/2 großen Kontaktabstand ergäbe eine Längenabhängigkeit der dielektrischen Festigkeit zu 1 =ks s1/2 Im Vergleich dazu besitzt die erfindungsgemäß ausgestattete Vakuumschaltkammer eine um den Faktor 21/2 größere dielektrische Festigkeit.
• Mit dieser vorteilhaften dielektrischen Qualität der Doppelkontaktanordnung in einer Schaltkammer verbindet sich die z.B. durch ihren relativ geringen elektrischen Widerstand vorteilhafte Magnetisierungsvorrichtung zu einem Leistungsoptimum.
• Ausführungsbeispiel Das Ausführungsbeispiel ist durch die nachfolgend vorgestellten Figuren illustriert: Fig.1 : Ansicht des unteren bewegbaren Schaltstücks mit Stromleiterbolzen sowie Kontakt- und Jochkörper; Fig.2 : Ansicht des mittleren feststehenden Doppelschaltstücks mit einem Stromleiterbolzen sowie zwei Kontakt- und Jochkörpern.
• Fig.3 : Ansicht des oberen bewegbaren Schaltstücks mit Stromleiterbolzen sowie Kontakt- und Jochkörper; Fig.4 : Draufsicht auf einen der beiden jochförmigen Körper, die den feststehenden Stromleiterbolzen des mittleren Schaltstücks in derselben Lage umgeben; Fig.5 : Draufsicht auf den jochförmigen Körper, der jeden Stromleiterbolzen des unteren und oberen bewegbaren Schaltstücks in derselben Lage umgibt.
• In einer nicht dargestellten evakuierten Schaltkammer ist das Doppelschaltstück 1, Fig.2, mittels der für die physikalische Funktion unwesentlichen und daher auch nicht näher beschriebenen Tragkörpers 2 fixiert. Dieses Doppelschaltstück besteht aus einem zentralen Stromleiterbolzen 3, der an beiden Stirnseiten die Kontaktkörper 4 und 5 trägt.
• Zwischen den Kontaktkörpern umgibt den Stromleiterbolzen ein Jochkörper; dieser Körper setzt sich vorteilhaft aus den untereinander gleichen Teil-Jochkörpern 6 und 7 zusammen; das Material, aus dem sie hergestellt sind weist eine hohe magnetische Permeabilität auf. In der Fig. 2 sind die Jochkörper im Querschnitt zu sehen.
• Mit dem feststehenden Doppelschaltstück arbeiten gleichachsig zwei bewegbare Schaltstücke 8 und 9 zusammen; im eingeschalteten Zustand führen sie den Dauerstrom und gelegentlich den Kurzzeitstrom; während.des Ausschaltens ziehen sie einen Lichtbogen und führen ihn bis zu seinem Erlöschen im Nulldurchgang des Stromes.
• Das bewegbare Schaltstüc-k 8 ein der Fig.i besteht aus dem Stromleiterbolzen 10 mit dem Kontaktkörper 11 an seiner Stirnseite. Umgeben ist der Stromleiterbolze-n von dem Jochkörper 12 aus einem Material hoher magne-tischer- Permeanbilität.
• Das Schaltstück 9 in der Fig.3 ist kons-truktiv identisch mit dem Schaltstück 8; de-mnach. sind seine Komponenten der Stromleiterbolzen 13, der Kontaktkörper 14 und der Jochkörper 15 aus magnetisch hochpe-rmeablem Material.
• Zu ergänzen ist, daß die elektrische Isolation der bewegbaren Stromleiterbolzen gegen die nicht dargestellte metallische Vakuumschaltkammer ebenfalls nicht dargestellte Isoli-erstoffdurchführungen besorgen. Für die vakuumdichte bewegbare Einführung der Stromleiterbolzen in die Vakuumschaltkammer sind nicht dargestellte Faltenb-älg-e- vorhand-en.
• Der nicht dargestellte Schalterantrieb greift nur an dem unteren bewegbaren Sch.altstück 8 an. In vorteilhafter -Weise Uberträgt das Schaltstü-ck 8- über ein äußeres nicht d-argestelltes elektrisch isolierendes Schal-tgestä-nge synchron eine entgegengesetzt wirkend-e Antriebskraft auf das Schaltstück 9.
• Die Jochkörper umgeben die festste-henden und bewegbaren Stromleiterbolzen so, daß Jochöffnungen 19, 16 und Jochbögen 17, 18 ich überdecken.
• Um dies zu verdeutlichen, zeigt die Fig.4 eine Draufsicht auf den Jochkörper 6, 7, der den S-tromleiterbolzen des feststehenden Schaltstücks 1 umgibt.
• Die Fig.5 zeigt eine Draufsicht auf den Jochkörper 15 um den Stromleiterbolzen 13 des bewegbaren Schaltstücks 9. Der Jochkörper 12, der den Stromleiterbolzen 10 des bewegbaren Schaltstücks 8 umgibt, hat dieselbe Lage wie der Jochkörper 15 und wird von diesem mitrepräsentiert.
• Ein elektrischer Strom i, der in der eingezeichneten Pfeilrichtung Schaltstücke und Schaltstrecken durchfließt, erregt in den Jochkörpern magnetische Flüsse, die darin im Urzeigersinn kreisen. Si-nd die Joc-höffnungen 19, 16 deutlich weiter als der Abstand zwischen den Schaltstücken 1 und 8, dann verläßt ein großer Teil des magnetischen Flusses den Jochkörper 12 im Bereich vor seiner Uffnùng 16, durchquert als Streufluß die zugehörige Vakuumschaltstrecke, mündet in den gegenüberliegenden Jochkörper 7 im Bereich vor seinem Bogen 17, verläßt ihn wieder im Bereich vor seiner oeffnung 19, durchquert ein zweites Mal als Streufluß die Vakuumschaltstrecke und kehrt in den ursprünglichen Jochkörper 12 zurück.
• Von hier nimmt der magnetische Fluß von neuem seinen Weg in und zwischen den Jochkörpern 12 und 7.
• Aus Symmetriegründen hat der magnetische Fluß in und der magnetische Streufluß zwischen den Jochen 15 und 6 denselben Verlauf. Zur Verdeutlichung sind die magnetischen Feldlinien der Streuflüsse zwischen den Kontaktkörpern durch Pfeile angedeutet.
• Aus dem vorstehend dargelegten Sachverhalt folgt, daß der Jochkörper 6, 7 um den feststehenden Stromleiterbolzen einen Querschnitt besitzt, der etwa doppelt so groß ist wie der Querschnitt eines Jochkörpers um die bewegbaren Stromleiterbolzen. Nimmt man - wie geschehen - für den mittleren feststehenden Jochkörper zwei der für die bewegbaren Schaltstücke hergestellten Jochkörper, dann ergibt sich der fertigungstechnische Vorteil identischer Jochausführungen für alle Schaltstücke.
• Der schädliche magnetische Streufluß in der Uffnung der Jochkörper läßt sich durch diese oeffnungen ausfüllende - hier nicht dargestellte -Körper aus elektrisch gut leitendem Material dämpfen.
• - Leerse-ite -- Leerse-ite -

Claims (9)

1. Patentansprüche 1. Elektrische Vakuumschaltkammer: mit zwei Kontaktkörpern, die an zwei gleichachsigen relativ. zueinander bewegbaren Stromleiterbolzen angeordnet sind; mit ferromagnetischen Körpern, die auf der dem Kontaktbereich entgegengesetzten Seite der Kontaktkörper die Stromleiterbolzen teilweise oder ganz umgeben und ein durch den Bolzenstrom erzeugtes Magnetfeld parallel zu einem Schaltlichtbogen ausrichten; dadurch gekennzeichnet, daß ein feststehender Stromleiterbolzen 3 an den Stirnseiten Kontaktkörper 4, 5 trägt, daß der feststehende Stromleiterbolzen von mindestens einem Körper aus magnetisch hochpermeablem Material mindestens teilweise umgeben ist, und daß die axial bewegbaren Stromleiterbolzen 10, 13 anschließend an stirnseitige Kontaktkörper 11, 14 von Körpern aus magnetisch hochpermeablem Material mindestens teilweise umgeben sind.
2. 2. Vakuumschaltkammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, r daß die feststehenden und bewegbaren Stromleiterbolzen 3 bzw. 10 und 13 von jochförmigen Körpern 6, 7 bzw. 12 und 15 aus magnetisch hochpermeablem Material umgeben sind, und daß die Bereiche der Jochöffnungen 16 an den jochförmigen Körpern 12 und 15 um die bewegbaren Stromleiterbolzen 10 und 13 dem Bereich des Jochbogens 17 an dem jochförmigen Körper 6, 7 um den feststehenden Stromleiterbolzen 3 gegenüber liegen.
3. 3. Vakuumschaltkammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Stromleiterbolzen 3 und die bewegbaren Stromleiterbolzen 10, 13 von ringförmigen Körpern aus magnetisch hochpermeablem Material umgeben sind, daß die Ausdehnung der Ringkörper in axialer Richtung sich entlang zumindest eines Teils des Umfangs ändert, und daß Bereichen abnehmender ax-ialer Ausdehnung der die bewegbaren Stromleiterbolzen umgebenden Ringkörper Bereiche zunehmender axialer Ausdehnung der den feststehenden Stromleiterbolzen umgebenden Ringkörper zugeordnet sind.
4. 4. Vakuumschaltkammer nach Patentanspruch 1, 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Ausdehnungen der den feststehenden Stromleiterbolzen umgebenden Ringkörper und der die bewegbaren Stromleiterbolzen umgebenden Ringkörper Maxima und Minima aufweisen, und daß den Bereichen der maximalen axialen Ausdehnung der die bewegbaren Stromleiterbolzen umgebenden Ringkörper die Bereiche der minimalen axialen Ausdehnung der den feststehenden Stromleiterbolzen umgebenden Ringkörper gegenüberliegen.
5. 5. Vakuumschaltkammer nach Patentanspruch 1, 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Ausdehnungen der den feststehenden Stromleiterbolzen umgebenden Ringkörper und der die bewegbaren Stromleiterbolzen umgebenden Ringkörper entlang des Ringkörperumfangs auf Maximalwerte ansteigen, und daß den Bereichen der maximalen axialen Ausdehnung der die bewegbaren Stromleiterbolzen umgebenden Ringkörper die Bereiche der minimalen axialen Ausdehnung der den feststehenden Stromleiterbolzen umgebenden Ringkörper gegenüberliegen.
6. 6. Vakuumschaltkammer nach Patentanspruch 1, 3, 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkörperbereiche mit den maximalen axialen Ausdehnungen einen Teil des Ringkörperumfangs einnehmen.
7. 7. Vakuumschaltkammer nach Patentanspruch 1, 3, 5, 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkörperbereiche mit den maximalen axialen Ausdehnungen die Kontaktkörper an dem feststehenden Stromleiterbolzen und an den bewegbaren Stromleiterbolzen durchdringen und einen Teil der Kontaktfläche bilden.
8. 8. Vakuumschaltkammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den feststehenden Stromleiterbolzen und die bewegbaren Stromleiterbolzen umgebenden Körper aus gepreßtem oder gesintertem Metallpulver hoher magnetischer Permeabilität hergestellt sind.
9. 9. Vakuumschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein bewegbares Schaltstück vom Schaltkammerantrieb direkt angetrieben wird, und daß das direkt angetriebene Schaltstück das andere bewegbare Schaltstuck durch ein teilweise aus elektrisch isolierenden Bauteilen bestehendes Getriebe antreibt.