DE3686911T2

DE3686911T2 - Vakuumschalter.

Info

Publication number: DE3686911T2
Application number: DE8686109114T
Authority: DE
Inventors: Syunkichi Endo; Kiyoji Iwashita; Takanao Kurasawa; Yukio Kurosawa; Morihisa Matumoto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-07-12
Filing date: 1986-07-03
Publication date: 1993-04-01
Anticipated expiration: 2006-07-04
Also published as: JPS62103928A; EP0208271A2; DE3686911D1; EP0208271B1; JPH0731966B2; EP0208271A3; US4704506A

Description

Diese Erfindung betrifft einen Vakuumunterbrecher mit einer verbesserten, zylindrischen Spulenelektrode.
Ein Vakuumunterbrecher zum Unterbrechen eines großen Stromes umfaßt im allgemeinen ein Paar Hauptelektroden, die in einem Vakuumbehälter so angeordnet sind, daß sie aufeinander zu und voneinander weg beweglich sind, Spulenelektroden, die an den rückwärtigen Oberflächen der Hauptelektroden angebracht sind, und Stangen, die sich zur Außenseite des Vakuumbehälters von den Rückseiten der Spulenelektroden her erstrecken. Strom fließt von einer der Stangen zur anderen durch die Spulenelektroden und die Hauptelektroden. Wenn eine der Stangen durch eine Betätigungseinrichtung zum Unterbrechen des Stromes belastet wird, dann bewegt sich eine der Hauptelektroden von der anderen Hauptelektrode weg, und ein Bogenstrom wird so erzeugt, daß er über die beiden Hauptelektroden hinweg strömt. Dieser Bogenstrom wird in fadenartige Bogenströme zerteilt und erlischt schließlich, wenn ein axiales Magnetfeld, das durch den Strom erzeugt wird, das durch die Spulenelektroden strömt, am Bogenstrom angelegt wird.
Eine solche Spulenelektrode ist beispielsweise im Dokument US-A-3 946 179 offenbart. In der in diesem US-Patent offenbarten Spulenelektrode erstrecken sich Arme, die an ihrem einen Ende mit einer Stange verbunden sind, in radialer Richtung, um mit ihrem anderen Ende jeweils an einem Ende von bogenförmigen Abschnitten angeschlossen zu werden, und die bogenförmigen Abschnitte erstrecken sich in Umfangsrichtung, um mit ihrem anderen Ende elektrisch an eine Hauptelektrode angeschlossen zu werden. Somit bilden ein Arm und ein zugeordneter bogenförmiger Abschnitt ein sogenanntes L-förmiges leitendes Teil. Vier L-förmige leitende Teile sind an der Stange angebracht, und ein Spiel ist zwischen den benachbarten der vier bogenförmigen Abschnitte gebildet, die in einem kreisförmigen Muster angeordnet sind.
Strom fließt durch die Spulenelektrode über den Pfad Stange- Arme-bogenförmige Abschnitte zur Hauptelektrode. Wegen der Anwesenheit der Spielräume fließt der Strom durch die vier bogenförmigen Abschnitte in derselben Richtung, d. h., der Strom fließt im wesentlichen durch eine imaginäre Spule mit einer einzigen Windung. Dieser Strom der einzigen Windung erzeugt ein gleichförmiges axiales Magnetfeld, welches bewirkt, einen Bogenstrom auszulöschen, der über die Hauptelektroden hinwegfließt.
Somit spielen die Spielräume, die in der bekannten Spulenelektrode vorgesehen sind, eine wesentliche Rolle zur Erzeugung eines gleichförmigen axialen Magnetfelds in den bogenartigen Abschnitten. Trotz einer solchen großen Wirkung, die durch die Spielräume aufgewiesen wird, ist die bekannte Spulenelektrode dahingehend nachteilig, daß das axiale Magnetfeld in der Nähe der Spielräume schwach ist. Im allgemeinen hat ein Bogenstrom die Neigung, daß er von einem Abschnitt niedriger Intensität zu einem Abschnitt hoher Intensität eines axialen Magnetfeldes wandert. Deshalb wandert der Bogenstrom, der durch die Abschnitte der Hauptelektrode nahe den Spielräumen fließt, zum Mittelbereich der Hauptelektrode, wo die Intensität des axialen Magnetfeldes hoch ist, und die Konzentration des Bogenstromes auf den mittleren Bereich der Hauptelektrode, der die hohe Feldintensität aufweist, führt zum örtlichen Überhitzen der Hauptelektrode, wodurch die Fähigkeit der Stromunterbrechung verschlechtert wird. Da auch die gesamte Fläche der Hauptelektrode nicht wirksam für die Stromunterbrechung benutzt werden kann, wird es notwendig, die Größe der Hauptelektrode zu erhöhen.
Ein Vakuumunterbrecher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise in der DE-A-3 231 593 offenbart.
Es ist ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, einen Vakuumunterbrecher mit geringer Größe vorzusehen, der mit einer hohen Stromunterbrechungsleistung arbeiten kann.
Eine Spulenelektrode, die in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Vakuumunterbrechers gemäß der vorliegenden Erfindung verkörpert wird, weist auf:
ein Paar in einer Vakuumkammer (3) angeordneter Hauptelektroden (11), die zu- und voneinanderweg bewegbar sind,
einen tassenförmigen Körper (10), der auf der Rückseite mindestens einer der genannten Hauptelektroden (11) vorgesehen ist und der Schlitze (20, 21) aufweist, die ein Spulenelement (12) bildende Strompfade (22, 23) definieren,
einen mit dem Boden (13) des tassenförmigen Körpers (10) verbundenen Stab (6, 7), und
einen zwischen dem Boden (13) des tassenförmigen Körpers (10) und der Rückseite der genannten Hauptelektroden (11) vorgesehenen Abstandshalter (14) aus einem Material hohen Widerstands zur Erzeugung eines axialen magnetischen Feldes (M),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kante (15) des tassenförmigen Körpers (10) Vorsprünge (16, 17) aufweist, die den tassenförmigen Körper (10) mit der genannten Hauptelektrode (11) verbinden,
daß sich die Schlitze (20, 21) in Umfangsrichtung erstrecken, und
daß der tassenförmige Körper (10) Strom-Blockiereinrichtungen (26) aufweist, die sich von der Kante (15) an einer Seite jeder der Vorsprünge (16, 17) in Richtung des Bodens (13) des tassenförmigen Körpers (10) erstrecken und eine Überlappung der Strompfade (22, 23) miteinander bei den Vorsprüngen (16, 17) festlegen, um den Strompfaden (22, 23) eine Gesamtlänge zu geben, die einer Windung entspricht.
Wegen des obigen Aufbaus fließt ein Strom einer Windung durch die Strompfade, so daß ein gleichförmiges axiales Magnetfeld an der Hauptelektrode angelegt werden kann, und ein Bogenstrom gleichförmig über die gesamte Oberfläche der Hauptelektrode verteilt werden kann, wobei die Stromunterbrechungsleistung des Vakuumunterbrechers verbessert wird.
Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene, schematische Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Vakuumunterbrechers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 und 3 sind schematische Perspektivansichten der Elektroden, die in den Vakuumunterbrecher aufgenommen sind, der in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 4 ist eine schematische Perspektivansicht eines Teils einer anderen Form einer Spulenelektrode, die in Fig. 2 und 3 gezeigt ist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Vakuumunterbrechers gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.
Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen; ein Vakuumbehälter 3 ist dadurch gebildet, daß man ein Paar Endplatten 2 an beiden Enden eines zylindrischen Teils 1 aus elektrisch isolierendem Material anbringt. Ein Paar aus einer ortsfesten Elektrode 4 und einer beweglichen Elektrode 5 sind einander gegenüberliegend im Vakuumbehälter 3 angeordnet, und ein Paar Stangen 6 und 7 erstrecken sich zur Außenseite des Vakuumbehälters 3 jeweils von den rückwärtigen Oberflächen dieser Elektroden 4 und 5. Ein Balgen 8 ist zwischen einer der Stangen oder der Stange 7 und der zugeordneten Endplatte 2 angebracht. Der Balgen 8 dient dazu, eine Betätigungseinrichtung (nicht gezeigt) anzutreiben, die an der Stange 7 angebracht ist, um die Bewegung der Stange 7 in ihrer axialen Richtung zu ermöglichen. Wenn die Stange 7 in ihrer axialen Richtung belastet wird, dann wird die bewegliche Elektrode 5 elektrisch von der ortsfesten Elektrode 4 wegbewegt, und ein Bogenstrom 9, der zwischen diesen beiden Elektroden 4 und 5 erzeugt wird, erzeugt Metalldampf.
Der Metalldampf haftet an einem Zwischenschild 1A, das im isolierenden zylindrischen Teil 1 getragen ist, und der Bogen wird dadurch ausgelöscht, daß er von einem Magnetfeld H zerstreut wird, das in der axialen Richtung einer zylindrischen Spulenelektrode 10 erzeugt wird. Diese zylindrische Spulenelektrode 10 ist in jeder der ortsfesten und beweglichen Elektroden 4 und 5 vorgesehen. Hierin wird die zylindrische Spulenelektrode 10, die in der beweglichen Elektrode 5 vorgesehen ist, unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 erläutert. Die zylindrische Spulenelektrode 10 kann in mindestens einer der Elektroden 4 und 5 vorgesehen sein.
Es wird auf Fig. 2 und 3 Bezug genommen; die zylindrische Spulenelektrode 10 ist an der rückwärtigen Fläche einer Hauptelektrode 11 angebracht und umfaßt einen zylindrischen Körper 12 mit einer Öffnung am einen Ende und einem geschlossenen Boden 13 am anderen Ende. Ein Distanzstück 14 aus Material mit hohem Widerstand, beispielsweise einem rostfreien Stahl, ist zwischen der Hauptelektrode 11 und dem Boden 13 des zylindrischen Körpers 12 angeordnet. Ein Paar Vorsprünge 16 und 17 sind an der Endkantenfläche 15 der Öffnung des zylindrischen Körpers 12 ausgebildet, und die Hauptelektrode 11 ist elektrisch mit den Vorsprüngen 16 und 17 verbunden. Diese Vorsprünge können an der Hauptelektrode 11 ausgebildet sein. Bogenförmige Schlitze 20 und 21 sind in dem halbkreisförmigen zylindrischen Abschnitt des zylindrischen Körpers 12 jeweils zwischen den Vorsprüngen 16 und 17 eingeschnitten, um zwei bogenförmige Strompfade 22 und 23 zu bilden.
Die Strompfade 22 und 23 sind mit ihrem einen Ende, beispielsweise ihren Eingangsenden 24, mit den Vorsprüngen 16 und 17 und mit ihrem anderen Ende, beispielsweise ihren Ausgangsenden 25, mit der Stange 7 durch den Boden 13 des zylindrischen Körpers 12 verbunden. Geneigte Schlitze 26 sind an Stellen des zylindrischen Körpers 12 ausgebildet, wo die Eingangsenden 24 und die zugeordneten Ausgangsenden 25 der Strompfade 22 und 23 einander überlappen. Ein Ende eines jeden der geneigten Schlitze 26 steht mit einem Ende 27 der zugeordneten bogenförmigen Schlitze 21 oder 22 in Verbindung, und sein anderes Ende erstreckt sich vom anderen Schlitzende 27 zu dem und in den zugeordneten Abschnitt der Endkantenfläche 15 der Öffnung des zylindrischen Körpers 12. Deshalb sind die Eingangs- und Ausgangsenden 24 und 25 des Strompfades 22 elektrisch von den Ausgangs- und Eingangsenden 25 bzw. 24 des Strompfades 23 getrennt. Wie in Fig. 3 gezeigt, erstrecken sich an Stellen nahe den Ausgangsenden 25 der Strompfade 22 und 23 Schlitze 28 von den Schlitzen 26 längs des Bodens 13, um an Stellen nahe der Stange 7 zu enden, wobei sie die Induktion eines Wirbelstroms infolge des axialen Magnetfeldes H verhindern, das durch die zylindrische Spulenelektrode 10 erzeugt wird.
Der geneigte Schlitz 26 kann ersetzt werden durch einen abgesetzten Schlitz 29, wie in Fig. 4 gezeigt. Ferner können der geneigte Schlitz 26 oder der abgesetzte Schlitz 29 ersetzt werden durch ein Teil aus Material mit hohem Widerstand, beispielsweise einem rostfreien Stahl. Es ist das Erfordernis, daß Strom, der vom Eingangsende zum Ausgangsende eines der Strompfade fließt, getrennt werden kann vom Strom, der vom Eingangsende zum Ausgangsende des anderen Strompfades fließt, so daß der Strom einer einzigen Windung einer imaginären Spule durch die Strompfade fließen kann.
Wenn die bewegliche Elektrode 5 von der ortsfesten Elektrode 4 getrennt wird, um den Stromfluß zu unterbrechen, dann strömt ein Bogenstrom 9 über die beiden Elektroden 4 und 5 hinweg. Wie durch die Pfeile gezeigt, strömt der Bogenstrom 9 durch die Vorsprünge 16 und 17 in die Stromwege 22 und 23 von den Eingangsenden 24 her und fließt dann in die Stange 7 von den Ausgangsenden 25 durch den Boden 13 des zylindrischen Körpers 12.
Aus der obigen Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird ersichtlich, daß Strom, der in die überlappenden Eingangsenden 24 und Ausgangsenden 25 der Strompfade 22 und 23 hinein- und herausfließt, äquivalent dem Strom ist, der durch eine einzige Windung einer imaginären Spule strömt. Somit wird ein axiales Magnetfeld H, das von einem solchen Strom erzeugt wird, gleichförmig über die gesamte Oberfläche der Hauptelektrode 11 angelegt, und der Bogenstrom 9 wird gleichförmig über die gesamte Oberfläche der Hauptelektrode 11 verteilt. Deshalb kann die Stromunterbrechungsleistung verbessert werden, und der Vakuumunterbrecher kann wegen der Fähigkeit der effektiven Nutzung der gesamten Oberfläche der Hauptelektrode für die Stromunterbrechung in seiner Gesamtgröße verringert werden.
In den oben erwähnten Ausführungsbeispielen sind nur zwei Vorsprünge 16 und 17 am zylindrischen Körper 12 vorgesehen. Es können jedoch auch mehr als zwei Vorsprünge, beispielsweise vier, sechs oder mehr Vorsprünge, noch weiter die Gesamtgröße des Vakuumunterbrechers verringern, weil der Strom noch weiter verteilt wird, um die örtliche Überhitzung an den Vorsprüngen zu verhindern. In einem solchen Fall ist es bevorzugt, die bogenförmigen Schlitze und die Strompfade in einer Anzahl vorzusehen, welche dieselbe ist wie die Anzahl der Vorsprünge.
Ferner ist die Intensität eines Wirbelstromes, der durch ein Magnetfeld erzeugt wird, das von einem Strom erzeugt wird, der durch den Boden 13 des zylindrischen Körpers 12 fließt, durch die Anwesenheit der Schlitze 28 begrenzt, und der resultierende Magnetfluß ist nicht kräftig genug, um das axiale Magnetfeld H aufzuheben. Deshalb kann eine unerwünschte Intensitätsverringerung des axialen Magnetfelds H verhindert werden. In diesem Zusammenhang kann die Anordnung von mehr Schlitzen 28 noch weiter eine unerwünschte Verringerung der Intensität des axialen Magnetfelds H verhindern. Wenn eine Vielzahl von Schlitzen in der Hauptelektrode 11 gebildet ist, kann somit nicht nur eine Intensitätsverringerung des axialen Magnetfelds H gemindert werden, sondern es kann auch eine bessere Kühlwirkung ausgewiesen wird.
Es wird anhand der vorangehenden Beschreibungen darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung einen Vakuumunterbrecher mit kleiner Größe vorsehen kann, der mit einer verbesserten Stromunterbrechungsleistung betreibbar ist.

Claims

1. Vakuum-Unterbrecher, umfassend:

ein Paar in einer Vakuum-Kammer (3) angeordneter Hauptelektroden (11), die zu- und voneinander weg bewegbar sind,

einen tassenförmigen Körper (10), der auf der Rückseite mindestens einer der genannten Hauptelektroden (11) vorgesehen ist und der Schlitze (20, 21) aufweist, die ein Spulenelement (12) bildende Strompfade (22, 23) definieren,

einen mit dem Boden (13) des tassenförmigen Körpers (10) verbundenen Stab (6, 7), und

einen zwischen dem Boden (13) des tassenförmigen Körpers (10) und der Rückseite der genannten Hauptelektrode (11) vorgesehenen Abstandshalter (14) aus einem Material hohen Widerstands zur Erzeugung eines axialen magnetischen Felds (M),

dadurch gekennzeichnet,

daß die Kante (15) des tassenförmigen Körpers (10) Vorsprünge (16, 17) aufweist, die den tassenförmigen Körper (10) mit der genannten Hauptelektrode (11) verbinden,

daß sich die Schlitze (20, 21) in Umfangsrichtung erstrecken, und

daß der tassenförmige Körper (10) Strom-Blockiereinrichtungen (26) aufweist, die sich von der Kante (15) an einer Seite jeder der Vorsprünge (16, 17) in Richtung des Bodens (13) des tassenförmigen Körpers (10) erstrecken und eine Überlappung der Stromfade (22, 23) miteinander bei den Vorsprüngen (16, 17) festlegen, um den Stromfaden (22, 23) eine Gesamtlänge zu geben, die einer Windung entspricht.

2. Vakuum-Unterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Strom-Blockiereinrichtungen ein geneigter Schlitz (26) ist, der an seinem einen Ende mit einem Ende eines der Umfangsschlitze (20) in Verbindung steht und sich mit seinem anderen Ende zu einem dem anderen Ende eines weiteren Umfangsschlitzes (21) entsprechenden Abschnitt der Kante (15) des tassenförmigen Körpers (10) erstreckt.

3. Vakuum-Unterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Strom-Blockiereinrichtungen ein stufenförmiger Schlitz (29) ist, der an seinem einen Ende mit einem der Umfangsschlitze (20) in Verbindung steht und sich mit seinem anderen Ende zu einem dem anderen Ende eines weiteren Umfangsschlitzes (21) entsprechenden Bereich der Kante (15) des tassenförmigen Körpers (10) erstreckt.

4. Vakuum-Unterbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom-Blockiereinrichtung ein Element aus einem Material hohen Widerstands ist, das zwischen einem Ende eines der Umfangsschlitze (20) und einem dem anderen Ende eines weiteren Umfangsschlitzes (21) entsprechenden Bereich der Kante (15) des tassenförmigen Körpers (10) angeordnet ist.

5. Vakuum-Unterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich jede der Strom-Blockiereinrichtungen weiter entlang des genannten Bodens in im allgemeinen radiale Richtung erstreckt, um an einem Ort nahe des Stabes zu enden.