DE3535066C2

DE3535066C2 - Erregerkontaktstückanordnung für Vakuumschalter

Info

Publication number: DE3535066C2
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: 1986-12-11
Also published as: DE3535066A1

Abstract

Die Masse des bewegbaren Erregerkontaktstücks eines Vakuumschalters mit einem axialen bipolaren und durch die Stromleiterbolzen erregten Magnetfeld soll erheblich verkleinert werden. Zu diesem Zweck umschließt ein erster Körper (4) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität den feststehenden Stromleiterbolzen (1) während ein zweiter Körper (8) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität mit der Schaltkammer mechanisch verbunden den bewegbaren Stromleiterbolzen (6) lose umgibt. Dabei hält der Magnetflußleitkörper (8) zum Kontaktkörper (5) in Einschaltstellung den Schalthubabstand (1) ein.

Description

Gegenstand und Anwendungsgebiet der
Erfindung

Die Erfindung betrifft Erregerkontaktstückanordnungen für Vakuumschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 für das öffnen 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 SchaKlichtbogen verläuft und ihn dadurch bis hin zum Scheitelwert des Nenn-Kurzschluß-Ausschalt- und Einschaltstroms im diffusen Zustand hält.

Stand der Technik

Eine Koniaktstückanordlnung wie obenstehend genannt ist bekanntgeworden durch die Druckschrift DE-PS 28 52 414. Die dort offenbarte Kontaktstückanordnung zeichnet 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.

Für die axiale Umleitung des durch den Strom in den Stromleiterbolzen erregten zunächst zirkulären Magnetfelds werden jochförmige ferromagnetische Körper verwendet; sie sind an den beiden Schaltstücken gegeneinander um etwa 180 Grade versetzt angeordnet.

Die Jochform bedingt jedoch eine noch ungleichmäßige zirkuläre Verteilung des axialen Magnetfelds über Kontaktflächen und Schaltraum.

Eine Kontakutückanordnung, mit der es gelingt, das axiale Magnetfeld über die Kontaktflächen der Schaltstücke und den dazwischenliegenden Schaltraum in zirkularer Richtung gleichmäßig zu verteilen, wird in der Druckschrift DE-PS 34 47 903 beschrieben.

Für die Vergleichmäßigung des Magnetfelds werden ferromagnetische Ringkörper eingesetzt; ihre Erstrekkung in axialer Richtung verändert sich entlang des Ringumfangs. Dabei ist dem Bereich abnehmender axialer Erstreckung des Ringkörpers an dem einen Schaltstück der Bereich zunehmender axialer Erstrekkung an dem anderen Ringkörper zugeordnet.

Die mechanisch starre Verbindung der Magnetfeldleitkörper auch mit dem bewegbaren Schaltstück, wie in den beiden vorstehend zitierten und skizzierten Druckschriften dargelegt, ergibt jedoch eine große Gesamtmasse, die beim Schalten beschleunigt und abgebremst werden muß. Dafür sind Antrieb und Dämpfung des bewegbaren Schaltstücks zu bemessen.

Schon bei der Erregung des axialen Magnetfelds durch eine Spule war man bestrebt, durch konstruktive Maßnahmen die Masse des bewegbaren Schaltstücks klein zn halten und hat zu diesem Zweck z. B. gemäß der Druckschrift DE-OS 30 33 632 die Felderregerspule nur an dem feststehenden Schaltstück angeordnet.

Doch unabhängig von der so erreichten Massenentlaslung des bewegbaren Schaltstücks bleiben die zusätzliche Erzeugung von Stromwärme in der Erregerspule und auch deren Empfindlichkeit gegen Stromkräfte als Nachteile bestehen.

Diese Nachteile sind auch dann vorhanden, wenn gemäß der Druckschrift CH-6 38 926 zur Massenentlastung des bewegbaren Schaltstücks die Magnetfeld-Erregerspule außerhalb der Schaltkammer angeordnet ist. In diesem Fall treten noch weitere Nachteile hinzu, näir.lich der zusätzliche Raumbedarf für die außen angebrachte und zu isolierende Erregerspule sowie der Aufwand für den verhältnismäßig komplizierten Anschluß an den Schalterstromkreis.

Aufgabe der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, die Masse des bewegbaren Schaltstücks des Vakuumschalters erheblich zu verkleinern unter Wahrung des prinzipiellen Vorteils einer Kontaktanordnung zur Erregung eines axialen Magnetfelds ohne Windungen oder Windungsabschnitte.

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.

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 dem joch- oder ringförmig ausgebildeten Magnetflußleitkörper. Dieser Körper nimmt zu dem ebenso geformten Magnetflußleitkörper 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 Schaltkaminerinnenwand befestigten Magnetflußleitkörpers kann so festgelegt sein, daß ihn der Kontaktkörper des bewegbaren Kontaktstücks erst am Ende seines Ausschalthubes berührt.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann zur Ver-Stärkung 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 Schaltkammerinnenwand 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 Schalterantrieb aus. Auch der Aufwand zur Abbremsung der reduzierten bewegten Masse ist kleiner.

Umgekehrt, erhöht sich mit einem gegenüber konventionellen Vakuumschaltern unveränderten Antrieb die Trenngeschwindigkeit des masseärmeren Kontakt-

Stücks. Dadurch verkleinert sich beim Ausschalten großer Kurzschlußströme die Gesamtausschaltzeit. Beim Ausschalten kleiner induktiver Ströme kann eine erhöhte Trenngeschwindigkeit des Kontaktstücks die Zahl der Rückzündungen verkleinern und damit die maximale Ausschaltüberspannung.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 Ansicht des feststehenden Kontaktstücks und Schnitt durch den daran befestigten Magnetflußleitkörper sowie Ansicht des bewegbaren Kontaktstücks in Einschaltstellung mit Schnitten durch den am Schaltkammerboden befestigten Magnetflußleitkörper und den Faltenbalgsamt Einbaugehäuse,

F i g. 2 Ansicht des feststehenden Kontaktstücks und Schnitt durch den daran befestigten Magnetflußleitkörper sowie Ansicht des bewegbaren Kontaktstücks in Ausschaltstellung mit Schnitten durch den am Schaltkammerboden befestigten Magnetflußleitkörper sowie durch den Faltenbalg samt Einbaugehäuse,

F i g. 3 Draufsicht von der Durchführungsseite auf den feststehenden Stromleiterbolzen und den ihn umschließenden jochförmigen Magnetflußleitkörper sowie partiell auf den Kontaktkörper,

F i g. 4 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 der F i g. 1.

Von der Vakuumschaltkammer, in der sich diese beiden Kontaktstücke befinden, ist in der F i g. 1 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 Er.de 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 Öffnung 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 Beispie! haben der erste und zweite Magnetflußleitkörper 4 bzw. 8 wie schon angeführt die Form von Jochen. Die F i g. 3 und 4 zeigen diese Form; sie zeigen außerdem, daß die Jochführung auf der einen Seite der Schaltstrecke / über dem Jochbogen auf der anderen Seite liegt Die Öffnungen beider Joche können durch Körper hoher 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 Fig. 1, 2 und 4 ist diese konstruktive Einzelheit zu sehen, die verhindert, daß sich dielektrisch schädlicher Metallabrieb bildet.

Im eingeschalteten Zustand, Fig. 1, hält das zweite Joch 8 den Abstand d zu dem Kontaktkörper 5 ein. Dieser Abstand gleicht hier der Kontaktweglänge /, Fig. 2.

Im ausgeschalteten Zustand hat sich der bewegbare Kontaktkörper 5 durch die Wirkung des hier nicht dargestellten Schalterantriebes um die Länge /vom feststehenden Kontaktkörper 2 entfernt, wie das die F i g. 2 illustriert.

Es sei angenommen, daß in dieser Stellung der Augenblickswert des zu unterbrechenden Lichtbogenstroms kurz vor dem Nulldurchgang stehe. Diesen Strom i verdeutlichen die Strompfeile an dem feststehenden und bewegbaren Stromleiterbolzen in der F i g. 2. Der magnetische Fluß, den dieser Bolzenstrom in den Jochquerschnitten erregt, 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 der Fig. 2.

Durch ihre Anordnung gemäß den F i g. 3 und 4 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 in der F i g. 2.

Das magnetische Feld nimmt bei Annäherung an die Mittellinie des Schaltraumes ab, weist entlang dieser Linie den Wert Nuil auf und steigt auf der anderen Seite wieder an, jedoch mit entgegengesetzter Richtung, wie es einem bipolaren Magnetfeld entspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Erregerkontaktstückanordnung für Vakuumschalter mit:

a) aus einem ersten (1) und einem dazu koaxialen zweiten (6) Stromleiterbolzen sowie daran angebrachten ersten (2) und zweiten (5) Kontaktkörpern bestehenden ersten (3) und zweiten (7) Kontaktstücken, die in einer evakuierten Schaltkammer in axialer Richtung relativ zueinander bewegbar angeordnet sind;

b) einem ersten (4) und einem zweiten (8) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilitat bestehenden Körper, die auf der dem Kontaktbereich entgegengesetzten Seite des ersten und zweiten Kontaktkörpers um den ersten und zweiten Stromleiterbolzen herum angeordnet sind und einen durch den Bolzenstrom erregten magnetischen Fluß parallel zu einem Schaltlichtbogen umleiten;

gekennzeichnet durch die Merkmale:

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c) der erste Körper (4) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität umschließt auf der dem Kontaktbereich des ersten Kontaktkörpers (2) abgewandten Seite den feststehenden Stromleiterbolzen (1);

d) der zweite 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 zweiten Kontaktkörper (5) in eingeschalteter Stellung einen Abstand (d)e\nhä\l.

2. Erregerkontaktstückanordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch das M erkmal: der Abstand (d) des mit der Schaltkammer mechanisch verbundenen und vom bewegbaren Stromleiterbolzen (6) ohne Haftung durchdrungenen zweiten Körpers (8) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität zum zweiten Kontaktkörper (5) des bewegbaren Schaltstücks (7) ist in dessen Einschaltstellung gleich dem Abstand (1) der ersten und zweiten 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 zweiten Körpers (8) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität zum Kontaktkörper (5) des bewegbaren Schaltstücks (7) ist kleiner als der Abstand (1) der ersten und zweiten Kontaktkörper (2, 5) in Ausschaltstellung.

4. Erregerkontaktstückanordnung nach Patentanspruch !,gekennzeichnet durch das Merkmai: t>u der zweite Körper (8) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität ist mit der Schaltkammer mechanisch starr verbunden.

5. Erregerkontaktstückanordnung nach Patentanspruch !,gekennzeichnet durch das Merkmal: der zweite 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 oder 5, gekennzeichnet durch das Merkmal: für die axiale Bewegbarkeit des mit der Schaltkammer verbundenen zweiten 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 zweiten Körpers (8) befestigt ist

7. Erregerkontaktstückanordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal:
zwischen dem mit der Schaltkammer mechanisch verbundenen zweiten 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) etwa dem Bogen des anderen Joches (8) gegenüberliegt

9. Erregerkontaktstückanordnung nach Patentanspruch 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 Ausnehmung des anderen Ringkörpers gegenüberliegt.

11. Erregerkontaktstückanordnung nach Patentanspruch 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 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 etwa einander gegenüberliegen.

13. Erregerkontaktstückanordnung nach Patentanspruch 10, 11 oder 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.