DE3901823C2

DE3901823C2 -

Info

Publication number: DE3901823C2
Application number: DE19893901823
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. 6326 Romrod De Peche
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-01-21
Filing date: 1989-01-21
Publication date: 1992-09-03
Also published as: DE3901823A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.The invention relates to a vacuum interrupter with in the preamble of claim 1 specified features.

Eine solche Vakuumschaltröhre ist aus der DE-PS 5 49 244 bekannt. Sie hat einen festen und einen durch einen Federbalg beweglichen Kontakt in einer evakuierten Schaltkammer, wobei die Zuleitungen beider Kontakte auf derselben Seite der Schaltkammer parallel verlaufend angeordnet sind und der feste Kontakt innerhalb der Schaltkammer zweimal in derselben Richtung gekröpft ist. Aus der DE-PS 6 46 917 ist eine Vakuumschaltröhre bekannt, deren in einer Membran als Teil des Vakuumgehäuses befestigter beweglicher Kontakt durch Schwenken um einen Drehpunkt in oder in der Nähe der Membran den Kontakt schaltet. Aus der DE-PS 11 43 567 sind Leiteranordnungen in einem Leistungsschalter bekannt, die eine geschlossene Schleife bilden, so daß die abstoßende Kraft, welche die Leiter aufeinander ausüben, eine Vergrößerung des Kontaktdruckes zur Folge hat.Such a vacuum interrupter is known from DE-PS 5 49 244. they has a fixed contact and a contact that can be moved by a bellows in an evacuated switching chamber, the leads of both Contacts running in parallel on the same side of the switching chamber are arranged and the fixed contact within the switching chamber is cranked twice in the same direction. From DE-PS 6 46 917 a vacuum interrupter is known, part of which in a membrane of the vacuum housing attached movable contact by swiveling around a pivot point in or near the membrane switches. DE-PS 11 43 567 are conductor arrangements in one Circuit breakers known to form a closed loop so that the repulsive force that the conductors exert on each other results in an increase in contact pressure.

Die DE-PAN 17 27 259 beschreibt in Leistungs- oder Trennschaltern gekreuzte Kontakthebel, so daß zwei Stromschleifen entstehen, deren Stomkräfte sich ganz oder teilweise aufheben.DE-PAN 17 27 259 describes in circuit breakers or disconnectors crossed contact levers so that two current loops are created, whose current forces cancel out in whole or in part.

In Leistungsschaltern für Mittelspannungen bis 10 kV werden axial symmetrische Vakuumschaltröhren eingesetzt, wie sie z. B. in der Zeit schrift "Siemens Energie und Automation" April 1985 Seite 27-28 in verschiedenen Ausführungen gezeigt werden. Die einander gegenüber stehenden Kontakte, von denen mindestens einer zum Schalten des Stromes axial bewegt wird, werden von einem Schirm umgeben, der den umhüllenden Isolator vor Bedampfung durch das Kontaktmaterial schützt. Dabei kann der Schirm elektrisch mit einem Kontakt verbunden sein. Ein prinzipielles Schnittbild solcher Vakuumschalt röhre findet man in der Europäischen Patentschrift 01 72 912.In circuit breakers for medium voltages up to 10 kV are axial symmetrical vacuum interrupters used, as z. B. in time script "Siemens Energy and Automation" April 1985 page 27-28 in different versions are shown. The opposite of each other standing contacts, of which at least one for switching the Current is moved axially, are surrounded by a screen that the enveloping insulator before vaporization by the contact material protects. The shield can be electrically connected to a contact be connected. A basic sectional view of such vacuum switching tubes can be found in European patent specification 01 72 912.

Durch die konzentrische Anordnung von Kontakten, Schirm und Isolator haben die Vakuumschaltröhren einen großen Durchmesser, der die Kosten für den Isolator erhöht. Die Aufteilung eines großen Isolators auf zwei kleine Isolatoren, die die Kontaktbolzen mit und ohne Federbalg umgeben, führt zu schlankeren aber längeren Vakuumschaltröhren mit kleinerem Polabstand, die aber wegen der größeren Teilezahl stets teurer sind. Zur Beherrschung des Kurzschlußeinschaltstromes, bei dem sich die Kontakte nicht öffnen dürfen, um Verschweißungen der Kontaktoberfläche zu vermeiden, müssen die Kontakte mit ausreichendem Kontaktdruck zusammengepreßt werden. Bei langen Vakuumschaltröhren beobachtet man nach häufigen Schaltvorgängen eine unangenehme Kontaktbolzenverkürzung durch den großen Kontaktdruck, der permanent vom Antrieb der Vakuumschalt röhre im geschlossenen Zustand aufgebracht wird aber nur selten für große Kurzschlußeinschaltströme gebraucht wird. Bei den bekannten Vakuumschaltröhren ist die Festigkeit des Gehäuses nicht ausreichend, um die Gegenkräfte des großen Kontaktdrucks aufzunehmen, so daß die Vakuumleistungsschalter Isolierspannbänder zwischen den Anschlüssen der Vakuumschaltröhre für die Gegenkräfte brauchen.Due to the concentric arrangement of contacts, shield and Isolator, the vacuum interrupters have a large diameter, which increases the cost of the isolator. The division of a large insulator on two small insulators that hold the contact bolts surrounded with and without bellows, leads to slimmer but longer ones Vacuum interrupters with smaller pole spacing, but because of the larger parts are always more expensive. To master the Short circuit inrush current at which the contacts do not open to avoid welding the contact surface, the contacts must be pressed together with sufficient contact pressure will. Long vacuum interrupters are observed after frequent Switching operations an unpleasant shortening of the contact pin due to the large contact pressure that is permanently driven by the vacuum switch tube is only rarely applied when closed is required for large short-circuit inrush currents. Both known vacuum interrupters, the strength of the housing is not sufficient to absorb the opposing forces of the large contact pressure, so that the vacuum circuit breaker insulating straps between the connections of the vacuum interrupter for the opposing forces.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Konstruktion für Vakuumschaltröhren für Mittel spannungen bis 10 kV mit gleichseitigen Kontaktanschlüssen vorzuschlagen, die ohne einen erhöhten permanenten Kontaktdruck durch den Antrieb des Vakuumleistungsschalters die geforderten Kurzschlußeinschaltströme beherrscht, ohne daß die Kontaktober flächen verschweißen. Dadurch ergibt sich ein kraftsparender und kostengünstiger Vakuumschalterantrieb.The present invention has for its object a Cost-effective construction for vacuum interrupters for medium voltages up to 10 kV with equilateral contact connections propose that without increased permanent contact pressure through the drive of the vacuum circuit breaker Short-circuit inrush currents mastered without the contact upper weld surfaces. This results in an energy-saving and cost-effective vacuum switch drive.

Bei einer Vakuumschaltröhre der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.In a vacuum interrupter of the type described above this object is achieved by the features specified in the characterizing part of patent claim 1.

Durch die gleichseitige Anordnung der beiden Kontakte wird eine Stromschleife in der Schaltkammer gebildet. Der bewegliche Kontakt ist außerhalb der Schaltkammer in einer Lagerhülse drehbar gelagert und kontaktiert in der Schaltkammer den festen auf der Innenseite der doppelten Kröpfung. Der in der Nähe des Drehpunktes angeordnete Federbalg wird daher nur schwach beansprucht, so daß seine Lebensdauer auch bei sehr großer Schaltzahl nicht erreicht wird. Bei sehr großen Kurzschlußeinschaltströmen bildet sich der notwendige Kontaktdruck durch die magnetische Kraft des Stromes, so daß die geschlossenen Kontakte nicht abheben können und eine Verschweißung der Kontaktoberfläche verhindert wird. Nach dem Ampereschen Gesetz nimmt die Kontaktkraft quadratisch mit dem Strom zu. Da bei Leistungsschaltern der Kurzschlußausschaltstrom kleiner als der Kurzschlußeinschaltstrom ist, sind, wegen der quadratischen Abhängigkeit vom Strom, sehr viel kleinere Kräfte für den Ausschalt vorgang nötig, die vom Schalterantrieb aufgebracht werden.Due to the equilateral arrangement of the two contacts one Current loop formed in the switching chamber. The moving contact is rotatably mounted in a bearing sleeve outside the switching chamber and contacts the fixed one on the inside in the switching chamber the double crank. The one near the fulcrum arranged bellows is therefore only slightly stressed, so that its service life is not reached even with a very large number of operations becomes. With very large short-circuit inrush currents, the necessary contact pressure by the magnetic force of the current, see above that the closed contacts can not take off and a Welding of the contact surface is prevented. After this Ampere's law takes the contact force squared with the current to. Since the short-circuit breaking current is smaller in circuit breakers than the short circuit inrush current is, because of the quadratic Dependence on the current, much smaller forces for switching off operation required, which are applied by the switch drive.

Die Kontaktflächen sind mit einer Auflage ausgerüstet, wie sie in modernen Vakuumschaltröhren verwendet werden, um die geforderten Schalteigenschaften zu erreichen und das Vakuum zu halten. Am einfachsten sind diese Forderungen, durch aufgelötete Scheiben oder eindiffundierte Schichten aus CrCu, WCu, MoCu gegebenenfalls mit Zusätzen von Zr, Al, Be, B oder deren Legierungen zu erreichen. Um die Vakuumschaltröhre möglichst kostengünstig herzustellen, ist die Zahl der Teile so gering wie möglich gehalten. Für Nennspannungen bis 10 kV genügt es, einen Isolator zu verwenden, so daß entweder der bewegliche Kontakt isoliert und der feste Kontakt mit der Schalt kammer leitend verbunden ist, oder der feste Kontakt isoliert und der bewegliche Kontakt mit der Schaltkammer leitend verbunden ist. Natürlich können mit 2 Isolatoren auch beide Kontakte gegen die Schaltkammer isoliert sein.The contact surfaces are equipped with a support as in Modern vacuum interrupters are used to meet the required Achieve switching properties and maintain the vacuum. At the the simplest are these requirements, through soldered-on panes or Diffused layers of CrCu, WCu, MoCu, if necessary Addition of Zr, Al, Be, B or their alloys. In order to manufacture the vacuum interrupter as cost-effectively as possible the number of parts kept as low as possible. For nominal voltages up to 10 kV it is sufficient to use an isolator so that either the Movable contact insulated and the fixed contact with the switching chamber is conductively connected, or the fixed contact insulates and the movable contact with the switching chamber is conductively connected. Of course, with 2 isolators, both contacts can be against the Switch chamber be insulated.

Ist der bewegliche Kontakt isoliert, so ist es zweckmäßig, den Federbalg direkt hart auf den Isolator zu löten, da der geringe thermische Ausdehnungsunterschied zwischen dem Chromstahl des Federbalges und dem Hartporzellan des Isolators wegen der geringen Wandstärke des Federbalges bedeutungslos ist.If the movable contact is isolated, it is advisable to use the Bellow directly solder hard to the insulator because of the small thermal expansion difference between the chrome steel of the Bellows and the hard porcelain of the insulator because of the low Wall thickness of the bellows is meaningless.

Isolatoren und Federbalg sind gegen Teilchen und Dampf der im Schaltvorgang beanspruchten Kontaktoberflächen durch Schirme zu schützen, die direkt an die Kontakte gelötet werden.Insulators and bellows are against particles and steam Switching action to contact surfaces by screens protect that are soldered directly to the contacts.

Um den Abstand der Leiter im dreiphasigen Vakuumleistungsschalter möglichst klein zu halten, sind der Schaltkammertopf und die Montageplatte elliptisch geformt.The distance between the conductors in the three-phase vacuum circuit breaker The switch chamber pot and the are to be kept as small as possible Mounting plate shaped elliptically.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigtTwo embodiments of the invention are based on the Drawing will be explained in more detail. It shows

Fig. 1 die Vakuum schaltröhre mit einem festen Kontakt und einem durch einen Federbalg beweglichen Kontakt, wobei beide Kontakte gleichseitig in der Schaltkammer angeordnet sind, im Längsschnitt. Fig. 1 shows the vacuum interrupter with a fixed contact and a movable by a bellows contact, both contacts being arranged equidistant in the switching chamber, in longitudinal section.

Fig. 2 den Schnitt durch den Schaltkammertopf in Höhe der Kontakte. Fig. 2 shows the section through the control chamber pot at the level of the contacts.

Fig. 3 die zweite Ausführung der Vakuumschaltröhre, bei der der feste Kontakt isoliert ist. Fig. 3 shows the second embodiment of the vacuum interrupter, in which the fixed contact is insulated.

Gemäß Fig. 1 aus 2 werden auf der Montageplatte 10 aus CrNi-Stahl Basisring 5, Isolator 4 und Federbalg 14 übereinander und in einem Durchzug der Montageplatte 10 der feste Kontakt 2 in einem Arbeitsgang hart gelötet. Der mit dem Zwischenring 11 und dem Schirm 13 versehene bewegliche Kontakt 3 wird in den Federbalg 14 eingesetzt. Der Federbalg 14 wird an seiner Stirnseite mit dem Zwischenring 11 verschweißt. Nach der für Vakuumschaltröhren üblichen Reinigung, wird die fertig vormontierte Montageplatte 10 in den elliptischen Topf 9 der Schaltkammer 8 eingesetzt, wobei der dazwischen liegende Lötring gewellt ist. Viele Vakuumschaltröhren werden gemeinsam in einem großen Hoch vakuumofen über den Spalt zwischen Montageplatte und Schaltkammertopf entgast und durch Temperaturerhöhung verschlossen indem Schaltkammer topf 9 mit Montageplatte 10 verlötet werden. Nach dem Belüften des Hochvakuumofens wird durch den Luftdruck der Federbalg 14 zusammengedrückt bis der bewegliche Kontakt 3 auf den festen Kontakt 2 aufsetzt. Die Betriebsfähigkeit der Vakuumschaltröhre wird durch Einsetzen des Lagerstiftes 6 erreicht. Dazu wird zunächst die Lagerhülse 7 aus Kunststoff über den Basisring 5 auf die Montage platte 10 aufgeklebt und der bewegliche Kontakt 3 gegen den Luft druck gehoben, so daß der Lagerstift 6 im Lager der Lagerhülse 7 fixiert werden kann. Mit den Randbohrungen der Montageplatte 10 wird die Vakuumschaltröhre 1 im Vakuumleistungsschalter befestigt. Der Spalt zwischen Lagerhülse 7 und beweglichen Kontakt 3 wird durch einen weichelastischen Stopfen 15 verschlossen, um Verschmut zungen des Isolators 4 zu vermeiden. Geschaltet wird die Vakuum schaltröhre durch Schankung des beweglichen Kontaktes 3, der im Vakuumleistungsschalter über ein flexibles Stromband angeschlossen ist. Durch die Isolatorlänge ist eine Anpassung der Konstruktion an unterschiedliche Nennspannungen möglich. Bei kostengünstiger Massenfertigung kann die vorgeschlagene Vakuumschaltröhre auch als Lasttrenner eingesetzt werden, da sie kurzschlußfest ist. Die gezeigte Vakuumschaltröhre ist für Nennströme bis 630 A und Nennspannungen bis 6 kV brauchbar.According to FIG. 1 from FIG. 2, the base ring 5 , insulator 4 and bellows 14 are brazed on top of one another on the mounting plate 10 made of CrNi steel and the solid contact 2 is brazed in one pass in one pass of the mounting plate 10 . The movable contact 3 provided with the intermediate ring 11 and the screen 13 is inserted into the bellows 14 . The bellows 14 is welded to the intermediate ring 11 on its end face. After cleaning, which is customary for vacuum interrupters, the pre-assembled mounting plate 10 is inserted into the elliptical pot 9 of the interrupter 8 , the soldering ring lying between them being corrugated. Many vacuum interrupters are degassed together in a large high vacuum oven over the gap between the mounting plate and the switching chamber pot and closed by increasing the temperature by soldering the switching chamber pot 9 to the mounting plate 10 . After venting the high vacuum furnace, the bellows 14 is compressed by the air pressure until the movable contact 3 touches the fixed contact 2 . The operability of the vacuum interrupter is achieved by inserting the bearing pin 6 . For this purpose, the bearing sleeve 7 made of plastic is glued to the mounting plate 10 via the base ring 5 and the movable contact 3 is raised against the air pressure, so that the bearing pin 6 can be fixed in the bearing of the bearing sleeve 7 . The vacuum interrupter 1 is fastened in the vacuum circuit breaker with the edge bores of the mounting plate 10 . The gap between the bearing sleeve 7 and the movable contact 3 is closed by a flexible stopper 15 in order to avoid contamination of the insulator 4 . The vacuum interrupter is switched by filling the movable contact 3 , which is connected in the vacuum circuit breaker via a flexible current band. Thanks to the insulator length, the design can be adapted to different nominal voltages. In the case of inexpensive mass production, the proposed vacuum interrupter can also be used as a load disconnector, since it is short-circuit proof. The vacuum interrupter shown can be used for nominal currents up to 630 A and nominal voltages up to 6 kV.

Gegen die innere Bedampfung des Isolators 4 ist gemäß Fig. 3 ein zusätzlicher Schutzschirm 16 notwendig. Der Schirm 13 schützt den Federbalg 14 vor Teilchen, die bei Kurzschluß strömen von den Kontaktoberflächen 12 versprüht werden können. Die zweite Ausführung der Vakuumschaltröhre unterscheidet sich im Schnitt durch den Schaltkammertopf in Höhe der Kontakte nicht von der ersten Ausführung.Against the internal vapor deposition of the insulator 4, an additional protective shield 16 is shown in FIG. 3 necessary. The shield 13 protects the bellows 14 from particles that can flow from the contact surfaces 12 in the event of a short circuit. The second version of the vacuum interrupter does not differ from the first version in the section through the switching chamber pot at the level of the contacts.

Die Überlagerung der in den Fig. 1 und 3 gezeigten Vakuumschalt röhren ergibt eine Vakuumschaltröhre mit 2 Isolatoren für beide Kontakte mit potentialfreier Schaltkammer.The superposition of the vacuum switching tubes shown in FIGS. 1 and 3 results in a vacuum switching tube with 2 insulators for both contacts with a floating switching chamber.

Claims

1. Vacuum interrupter ( 1 ) with a fixed contact ( 2 ) and a contact ( 3 ) movable by a bellows ( 14 ) in an evacuated switching chamber (8), the leads of both contacts ( 2, 3 ) on the same side of the switching chamber in parallel are arranged to extend so that repulsive forces on the current supply lines of both contacts (2, 3) act and the fixed contact (2) in the switching chamber (8) bent twice in the same direction characterized by
that the straight movable contact ( 3 ) is pivoted for switching about an axis ( 6 ) in the vicinity of the bellows ( 14 ),
that this axis ( 6 ) runs perpendicular to and through the axis of the feeder of the movable contact ( 3 ),
that the movable contact ( 3 ) contacts on the inside of the fixed contact ( 2 ).

2. Vacuum interrupter ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the movable contact ( 3 ) outside the switching chamber ( 8 ) in a with the vacuum interrupter ( 1 ) connected bearing ( 7 ) is rotatably mounted.

3. Vacuum interrupter ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the contacts on the contact surfaces ( 12 ) have diffused layers of CrCu, WCu, MoCu with additions of Zr, Al, Be, B or their alloys.

4. Vacuum interrupter ( 1 ) according to claim 1 or one of the other claims, characterized in that the contact surfaces ( 12 ) have soldered disks made of CrCu, WCu, MoCu with additives of Zr, Al, Be, B or their alloys.

5. vacuum interrupter ( 1 ) according to claim 1 or one of the other claims, characterized in that the movable contact ( 3 ) is insulated and the fixed contact ( 2 ) with the switching chamber ( 8 ) is conductively connected.

6. Vacuum switching tube ( 1 ) according to claim 1 or one of the other claims, characterized in that the fixed contact ( 2 ) is insulated and the movable contact ( 3 ) with the switching chamber ( 8 ) is conductively connected.

7. vacuum interrupter ( 1 ) according to claim 1 or one of the other claims, characterized in that both contacts ( 2, 3 ) are insulated from the switching chamber ( 8 ).

8. vacuum interrupter ( 1 ) according to claim 1 or one of the other claims, characterized in that the bellows ( 14 ) is connected directly to the insulator ( 4 ).

9. vacuum interrupter ( 1 ) according to claim 1 or one of the other claims, characterized in that the insulator ( 4 ) is protected against evaporation by a screen ( 13 ) on the contacts.

10. Vacuum switching tube ( 1 ) according to claim 1 or one of the other claims, characterized in that the switching chamber pot ( 9 ) and the mounting plate ( 10 ) are elliptically shaped.

11. Vacuum interrupter ( 1 ) according to claim 1 or one of the other claims, characterized in that the vacuum interrupter ( 1 ) is closed without a pump in high vacuum.

12. Vacuum interrupter ( 1 ) according to claim 1 or one of the other claims, characterized in that the bearing opening for the movable contact ( 3 ) is closed with a flexible plug ( 15 ).