DE3535066A1

DE3535066A1 - Erregerkontaktstueckanordnung fuer vakuumschalter

Info

Publication number: DE3535066A1
Application number: DE19853535066
Authority: DE
Inventors: Ernst Prof. Dr.techn.habil. 1000 Berlin Slamecka
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-09-27
Filing date: 1985-09-27
Publication date: 1986-02-27
Also published as: DE3535066C2

Description

Erregerkontaktstückanordnung für Vakuumschalter
Gegenstand und Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft Erregerkontaktstückanordnungen für Vakuumschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 für das offenen und Schließen von Stromkreisen in elektrischen Hochspannungsnetzen.
Das heißt, die Erfindung gilt solchen Erregerkontaktstückanordnungen, die im stromdurchflossenen Zustand ein Magnetfeld erregen, das im wesentlichen parallel zum Schaltlichtbogen verläuft und ihn dadurch bis hin zum Scheitelwert des Nenn-Kurzschluß- Ausschalt- und Einschaltstroms im diffusen Zustand hält.
Stand der Technik Kontaktstückanordnungen wie obenstehend genannt sind bekannt geworden durch die Druckschriften DE-OS 28 52 414 und DE-OS 34 47 903. Die dort geoffenbarten Kontaktstückanordnungen zeichnen sich im Vergleich zu solchen konventioneller Art dadurch aus, daß für die Erregung des axialen Magnetfeldes eine Windungsanordnung nicht mehr benötigt wird. So ist eine wesentliche Quelle der Stromwärmeverluste in den Erregerkontaktstücken eliminiert worden.
Außerdem ermöglicht die Erzeugung des axialen Magnetfeldes in der Schaltstrecke durch die axiale Umleitung eines magnetischen Ringflusses mit Hilfe magnetischer Leitkörper wesentlich einfachere Kontakt- und Elektrodenkörper.
Die feste Verbindung der Magnetleitkörper auch mit dem bewegbaren Schaltstück ergibt jedoch eine groBe Gesamtmasse die beim Schalten beschleunigt und abgebremst werden muß. Dafür sind Antrieb und Dämpfung des bewegbaren Kontaktstücks des Vakuumschalters zu bemessen.
Aufgabe der Erfindung Die Erfindung hat die Aufgabe, die Masse des bewegbaren Kontaktstücks des Vakuumschalters erheblich zu verkleinern.
Lösung der Aufgabe Die gestellte Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand von Zeichnungen erläutert.
Bei dem erfindungsgemäßen Vakuumschalter ist ein Körper aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität im Bereich der Innenwand der Schaltkammer befestigt. der Stromleiterbolzen des bewegbaren Kontaktstücks bewegt sich beim Ein- und Ausschalten koaxial durch eine zentrale Öffnung in diesem joch- oder ringförmig ausgebildeten Magnetfiubleitkörper. Dieser Körper nimmt zu dem ebenso gefo-rmten Magnetfiuß-lei tkörper an dem feststehenden Kontaktstück eine derartige Lage ein, daß der magnetische Fluß aus der Ringbahn im Eisen in eine axiale Bahn durch das Vakuum zwischen den Kontaktkörpern umgeleitet wird. Die axiale Lage des im Bereich der Schaltkammerinnenwand befestigten Magnetflußleitkörpers kann so festgelegt sein, daß ihn der Kontaktkörper des bewegbaren Kontaktstücks erts am Ende seines Ausschalthubes berührt.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann zur Verstärkung des axialen Magnetfeldes in einer Zwischenstellung des bewegbaren Kontaktstücks der Magnetflußleitkörper in einem Abstand zum Kontaktkörper angeordnet sein, der kleiner ist als der Ausschalthub. In diesem Abstand ist der Magnetflußleitkörper an der Schal tkammeri nnenwand axial verschiebbar angebracht. Der Kontaktkörper des ausschaltenden Kontaktstücks nimmt den bewegbaren Magnetflußleitkörper im Verlauf seines Ausschalthubs in die Ausschaltstellung mit. Beim Wiedereinschalten wird der Magnetflußleitkörper durch seine elastische Halterung in die Ausgangslage zurückgeführt.
Erreichbare Vorteile Die erheblich verkleinerte zu beschleunigende Masse des bewegbaren Kontaktstücks erfordert entsprechend weniger Antriebsenergie und man kommt daher mit einem kleineren Schal terantrieb aus. Auch der Aufwand zur Abbremsung der reduzierten bewegten Masse ist kleiner.
Umgekehrt, erhöht sich mit einem gegenüber konventioneu lein Vakuumschaltern unveränderten Antrieb die Trenngeschwindigkeit des masseärmeren Kontaktstücks. Dadurch verkleinert sich beim Ausschalten großer Kurzschlußströme die Gesamtausschaltzeit. Beim Ausschalten kleiner induktive Ströme kann eine erhöhte Trenngeschindigkeit des Kontaktstücks die Zahl der Rückzündungen verkleinern und damit die maximale Ausschaltüberspannung.
Ausführungsbei spiel Fig. 1: Ansicht des feststehenden Kontaktstücks und Schnitt durch den daran befestigten Magnetflußleitkörper.
Fig. 2: Ansicht des bewegbaren Kontaktstücks in Einschaltstellung und Schnitte durch den am Schaltkammerboden befestigten Magnetflußleitkörper sowie durch den Faltenbalg mit Einbaugehäuse.
Fig. 3: Ansicht des feststehenden Kontaktstücks und Schnitt durch den daran befestigten Magnetflußleitkörper.
Fig. 4: Ansicht des bewegbaren Kontaktstücks in Ausschaltstellung und Schnitte durch den am Schaltkammerboden befestigten Magnetflußleitkörper sowie durch den Faltenbalg mit Einbaugehäuse.
Fig. 5: Draufsicht von der Durchführungsseite auf den feststehenden Stromleiterbolzen und den ihn umschließenden jochförmigen Magnetflußleitkörper sowie partiell auf den Kontaktkörper.
Fig. 6: Draufsicht auf den bewegbaren Stromleiterbolzen und den ihn lose umgebenden am partiell erkennbaren Schaltkammerboden befestigten jochförmigen Magnetflußleitkörper.
Entsprechend der Einschaltstellung berühren sich die kreisförmigen Kontaktkörper (2) und (5) des feststehenden und bewegbaren Kontaktstücks (3) bzw. (7) in den Figuren 1 und 2. Von der Vakuumschaltkammer, in der sich diese beiden Kontaktstücke befinden, ist in der Figur 2 nur der für das Verständnis wesentliche Teil des in der Mitte zylindrisch etwas angehobenen Schaltkammerbodens (10) dargestellt. Auf diesem zentralen Ansatz lagert der zweite und starr daran befestigte jochförmige Magnetflußleitkörper (8).
In Fortsetzung des Ansatzes an dem Schaltkammerboden ist koaxial ein zylindrisches Gehäuse (11) angefügt,das den Faltenbalg (12) aufnimmt. Mit seinem antriebsseitigen Ende ist der Faltenbalg an der Abdeckung des Gehäuses vakuumdicht befestigt und ebenso mit seinem schaltkammerseitigen Ende an dem bewegbaren Stromleiterbolzen (6).
Für den Durchtritt des bewegbaren Stromleiterbolzens weist die Abdeckung des Gehäuses (11) eine entsprechende öffnung auf. Am Umfang dieser kreisförmigen Oeffnung ist das hier nicht dargestellte Gleitlager angeordnet zur axialen Führung des Stromleiterbolzens.
Der erste jochförmige Magnetflußleitkörper (4) ist unmittelbar hinter dem Kontaktkörper (2) des feststehenden Kontaktstücks (3) angeordnet und mit dem zugehörigen Stromleiterbolzen (1) mechanisch fest verbunden.
In dem gewählten Beispiel haben der erste und zweite Magnetflußleitkörper (4) bzw. (8) wie schon angeführt die Form von Jochen. Die Figuren 5 und 6 zeigen diese Form; sie zeigen außerdem, daß die Jochöffnung auf der einen Seite der Schaltstrecke (1) über dem Jochbogen auf der anderen Seite liegt. Die Offnungen beider Joche können durch Körhoher elektrischer Leitfähigkeit ausgefüllt sein.
Bei der losen Durchdringung des zweiten Joches (8) durch den bewegbaren Stromleiterbolzen verhindert ein Ringspalt (9), daß sich die beiden Körper gelegentlich berühren. In den Figuren 2, 4 und 9 ist diese konstruktive Einzelheit zu sehen, die verhindert, daß sich dielektrisch schädlicher Metallabrieb bildet.
Im eingeschalteten Zustand, Figur 1, hält das zweite Joch (8) den Abstand (d) zu dem Kontaktkörper (5) ein.
Dieser Abstand gleicht hier der Kontaktweglänge (1), Figur 3, 4.
Im ausgeschalteten Zustand hat sich der bewegbare Kontaktkörper (5) durch die Wirkung des hier nicht dargestellten Schalterantriebes um die Länge (1) vom feststehenden Kontaktkörper (2) entfernt, wie das die Figuren 3 und 4 illustrieren.
Es sei angenommen, daß in dieser Stellung der Augenblickswert des zu unterbrechenden Lichtbogenstromes kurz vor dem Nulldurchgang stehe. Diesen Strom i verdeutlichen die Strompfeile an dem feststehenden und bewegbaren Stromleiterbolzen in den Figuren 3 und 4. Der magnetische Fluß, den dieser Bolzenstrom in den Jochquerschnitten errregt, symbolisieren ein Punkt (Pfeilspitze) und ein Kreuz (Pfeilende) für den Stromeintritt aus dem bzw. den Flußeintritt in die Schnittflächen links und rechts der Mittellinie in den Figuren 3 und 4.
Durch ihre Anordnung gemäß den Figuren 5 und 6 bewirken die Joche die Umleitung des in ihnen erregten magnetischen Flusses durch den Schaltraum zwischen den Kontaktkörpern (2) und (5). Diesen, den Schaltlichtbogen diffus haltenden Verlauf des magnetischen Flusses veranschaulichen Pfeile. Ihre beim überschreiten der Mittellinie des Schal traumes sich ändernde Richtung sagt aus, daß ein bipolarer Magnetfluß vorliegt.

Claims

Patentansprüche 1. Erregerkontaktstückanordnung für Vakuumschalter mit: a) zwei koaxialen, sich aus Stromleiterbolzen (1,6) und Kontaktkörpern (2,5) zusammensetzenden Kontaktstücken (3,7), die in einer evakuierten Schaltkammer in axialer Richtung relativ zueinander bewegbar angeordnet sind und einen elektrischen Kontakt oder einen elektrischen Isolierraum herstellen; b) zwei Körpern (4,8) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität, die auf der dem Kontaktbereich entgegengesetzten Seite der Kontaktkörper um jeden der beiden Stromleiterbolzen herum angeordnet sind und einen durch den Bolzenstrom erregten magnetischen Fluß parallel zu einem Schaltlichtbogen umleiten; gekennzeichnet durch die Merkmale: c) ein erster Körper (4) aus einem Material hoher magnetische Permeabilität umschließt ohne oder höchstens in geringem Abstand zu der dem Kontaktbereich des Kontaktkörpers (2) abgewandten Seite den feststehenden Stromleiterbolzen (1); d) ein zweiter Körper (8) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität ist mit der Schaltkammer mechanisch verbunden, während er den bewegbaren Stromleiterbolzen (6) mechanisch lose umgibt und zu dem daran befestigten Kontaktkörper (5) in eingeschalteter Stellung einen Abstand (d) einhält.
2. Erregerkontaktstückanordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: der Abstand (d) des mit der Schaltkammer mechanisch verbundenen und vom bewegbaren Stromleiterbolzen (6) ohne Haftung durchdrungenen Körpers (8) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität zum Kontaktkörper (5) des bewegbaren Schaltstücks (7) in Einschaltstellung ist gleich dem Abstand (1) der Kontaktkörper (2,5) in Ausschaltstellung.
3. Erregerkontaktstückanordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: der Abstand (d) des mit der Schaltkammer mechanisch verbundenen und vom bewegbaren Stromleiterbolzen (6) ohne Haftung durchdrungenen Körpers (8) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität zum Kontaktkörper (5) des bewegbaren Schaltstücks (7) ist kleiner als der Abstand (1) der Kontaktkörper (2,5) in Ausschaltstellung.
4. Erregerkontaktstückanordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: der Körper (8) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität ist mit der Schaltkammer mechanisch starr verbunden.
5. Erregerkontaktstückanordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: der Körper (8) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität ist mit der Schaltkammer mechanisch verbunden und läßt sich dabei in axialer Richtung bewegen.
6. Erregerkontaktstückanordnung nach Patentanspruch 1, 5, gekennzeichnet durch das Merkmal: für die axiale Bew-egbarkeit des mit der Schaltkammer verbundenen Körpers (8) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität ist eine elastische Kreisringscheibe vorgesehen, die mit ihrem äußeren Umfang an dem inneren Umfang eines Schaltkammerwandbereichs und mit ihrem inneren Umfang an dem äußeren Umfang des Körpers (8) befestigt ist.
7. Erregerkontaktstückanordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: zwischen dem mit der Schaltkammer mechanisch verbundenen Körper (8) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität und dem bewegbaren Stromleiterbolzen (6) ist ein Ringspalt (9) angeordnet.
8. Erregerkontaktstückanordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: die Körper (4,8) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität sind als Joche ausgebildet, wobei der Raum zwischen den Schenkeln des einen Joches (4) mindestens angenähert dem Bogen des anderen Joches (8) gegenüberliegt.
9. Erregerkontaktstückanordnung nach Patentanordnung 1, 8, gekennzeichnet durch das Merkmal: im Raum zwischen den Schenkeln der Joche (4,8) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität sind Körper aus einem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit angeordnet.
10. Erregerkontaktstückanordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: die Körper (4,8) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität sind als Ringe ausgebildet, deren Ausdehnung in axialer Richtung sich entlang zumindest eines Teiles ihres Umfanges ändert, wobei dem Bereich zunehmender axialer Ausdehnung des einen Ringkörpers der Bereich abnehmender axialer Ausdehnung des anderen Ringkörpers gegenüberliegt.
11. Erregerkontak tstückanordnung nach Patentanspruch 1, 10, gekennzeichnet durch das Merkmal: die axialen Ausdehnungen der Ringkörper weisen entlang des Ringkörperumfangs mindestens je ein Maximum und Minimum auf, wobei dem Bereich des Maximums an dem einen Ringkörper der Bereich des Minimums an dem anderen Ringkörper gegenüberliegt.
12. Erregerkontaktstückanordnung nach Patentanspruch 1, 10, gekennzeichnet durch das Merkmal: die axialen Ausdehnungen der Ringkörper steigen in entgegengesetzter Richtung entlang des Ringkörperumfanges auf je einen Bereich maximaler Ausdehnung an, wobei die Bereiche der maximalen axialen Ausdehnungen mindestens ungefähr einander gegenüberliegen.
13. Erregerkontaktstückanordnung nach Patentanspruch 1, 10, 11, 12, gekennzeichnet durch das Merkmal: zumindest in den Bereichen der minimalen axialen Ausdehnungen der Ringkörper aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität sind Ringkörperabschnitte aus einem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit angeordnet.