DE3914967C2 - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
- H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
- H01H33/66—Vacuum switches
- H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
- H01H33/6641—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings making use of a separate coil
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- High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter mit äußerer
Axialmagnetfeld-Erzeugungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Das Anwendungsgebiet der damit ausgerüsteten
Vakuumschalter liegt im Gebiet der Mittel- und
Hochspannung.
Eine äußere Windungsanordnung, die im stromdurchflossenen
Zustand ein axiales Magnetfeld erzeugt, ist durch die DE 31 50 974 C3
bekannt. Wie dort gezeigt wird, ist die Stromzuleitung
zum feststehenden Schaltstück als einzelne den Stromleiterbolzen
umschlingende Windung ausgebildet. Würde eine solche
offene Windung im Durchmesser und in der Höhe vergrößert
und auf das Schaltgehäuse geschoben werden, wo sie dann die
Schaltstrecke zwischen feststehendem und bewegbarem Kontakt
überdeckt, und würde das eine Ende der offenen Windung weiter
mit dem Stromleiterbolzen verbunden bleiben und das andere
Ende an die Stromzuleitung angeschlossen werden wäre folgendes
zu erwarten:
Bei großen Kurzschlußströmen wirken auf die offene Windung
Öffnungskräfte ein. Wegen mangelnder Kompensation wirken sich
diese Stromkräfte auch auf den mit dem Windungsende verbundenen
Stromleiterbolzen aus und somit auch auf das Schaltgehäuse.
Bei großen Dauerströmen müssen für die Abfuhr der Stromwärme
besondere Maßnahmen getroffen werden.
Bei einer einzelnen offenen Windung wird das von ihr im stromdurchflossenen
Zustand erzeugte axiale Magnetfeld im Bereich
der Öffnung verzerrt sein.
Die Herstellung einer offenen Windung, die den Beanspruchungen
durch große Kurzschluß- und Dauerströme gewachsen
sein soll, kann aufwendig sein.
Bei einer einlagigen Außenspule hoher Stromtragfähigkeit um
das Vakuumschaltgehäuse schwächt die dadurch bedingte Schräglage
der Spulenwindungen das axiale Magnetfeld. Es ist aus
der DE 29 11 706 C2 bekannt, diese Feldschwächung durch eine
doppellagige Spule auszugleichen; dabei sind die Windungen
der inneren und der äußeren Lage schraubenförmig hin- und
rückläufig bei gleich großer, entgegengesetzter Neigung zur
Spulenachse ausgeführt. Eine solche Spulenanordnung muß immer
aus zwei oder vielfachen von zwei Lagen aufgebaut sein,
was nur eine Grobanpassung ermöglicht. Die Reihenschaltung
der Spulenlagen erhöht den elektrischen Widerstand. Die
Windungen werden durch Schlitzung von Rohren oder durch Guß
hergestellt, was relativ aufwendig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, den gattungsgemäßen Vakuumschalter
derart zu verbessern, daß bei einer Anordnung
offener Windungskörper um das Schaltgehäuse die Stromkräfte
weitgehend neutralisiert werden, die Kühlungsverhältnisse
bei offenen Windungskörpern verbessert werden, das im Öffnungsbereich
offener Windungskörper verzerrte axiale Magnetfeld
vergleichmäßigt wird und die industrielle Herstellung
offener Windungskörper vereinfacht wird.
Die gestellte Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Vakuumschalter
durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
Es ergeben sich mit der Erfindung folgende Vorteile:
Durch die bei zwei oder mehr offenen Windungskörpern mögliche
rotationssymmetrische Anordnung der Verbindungsstücke
zu Schaltstück und Stromanschlußstück lassen sich die Stromkräfte
weitgehend neutralisieren.
Im Ringspalt zwischen den offenen Windungskörpern entsteht
durch eine Art Kaminwirkung eine Strömung des umgebenden
Mediums (Luft oder SF6), welche die Stromwärme von den Oberflächen
abführt und dadurch die Kühlung verbessert.
Durch das Überdecken der gestörten Axialmagnetfelderregung
im Öffnungsbereich des einen Windungskörpers mit der ungestörten
Axialmagnetfelderregung im Vollwandbereich des anderen
Windungskörpers ergibt sich ein vergleichmäßigtes axiales
Magnetfeld.
Als Halbzeug für die offenen Windungskörper kann handelsübliches
Kupferblech verwendet werden.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen
erläutert; es zeigen:
Fig. 1 Vakuumschaltrohr in Ansicht mit Schaltgehäuseboden in
Draufsicht; Zylindermantel-Windungen von der Drauf
sicht in die Schnitt-Ansicht übergehend.
Fig. 2 Schraubenmantel-Windungen um Schaltgehäuse, Ansicht.
Fig. 3 Schraubenmantel-Windungen, Abwicklung.
Aus dem Durchführungsisolator (1) an dem Schaltgehäuse (2) des Schalt
rohres (1) schaut in Fig. 1 der Stromanschlußbereich des bewegbaren
Stromleiterbolzen (4) hervor. Durch den Boden (5) des Schaltgehäuses
ist der feststehende Stromleiterbolzen (6) durchgeführt. Im Schaltge
häuse stehen sich der feststehende (7) und der bewegbare (8) Kontakt
im ausgeschalteten Zustand axial gegenüber; beide Kontakte sind mit
einem Teil des zugehörenden Stromleiterbolzens gestrichelt skizziert.
Das Schaltgehäuse ist von zwei offenen Zylindermantel-Windungen, einer
inneren (9) und einer äußeren (10), umgeben. Die offenen Mantelenden
sind an der einen Seite durch je ein inneres rotationssymmetrisch
angeordnetes Verbindungsstück (11, 12) mit dem feststehenden Stromlei
terbolzen (6) verbunden. An der gegenüberliegenden Seite verbindet die
offenen Mantelenden jeweils ein gleichfalls rotationssymmetrisch ange
ordnetes Verbindungsstück (15, 16) mit dem U-förmigen Bügel (17). An
diesem Bügel kann ein Stromanschlußstück entweder seitlich oder zen
tral angeordnet sein; dargestellt ist ein zentral angebrachtes (40).
Alle Verbindungsstücke und das Stromanschlußstück sind nur durch ihre
Mittellinien repräsentiert, was die angestrebte und erreichte Symme
trie besonders deutlich macht.
Durch die rotationssymmetrische Anordnung der inneren Verbindungsstücke
heben sich die auf den feststehenden Stromleiterbolzen einwirkenden
Stromkräfte auf. Außerdem halten sie die Mantelenden fest, so daß sie
sich nicht aufbiegen.
Die Mantelenden auf der gegenüberliegenden Seite werden durch die
Verbindungsstücke (15, 16) im Verbund mit dem Anschlußbügel (17) in
ihrer Position gehalten.
Der Längsspalt (14) im inneren Zylindermantel (9) wird durch den Voll
wandbereich des äußeren Zylindermantels (10) überdeckt und beim Längs
spalt (13) im äußeren Zylindermantel verhält es sich umgekehrt.
Im Bereich des Längsspaltes eines offenen Windungskörpers ist das axi
ale Magnetfeld wegen des nicht mehr kreisförmigen Stromverlaufes ver
zerrt. Diese Verzerrung wird in Richtung auf den gegenüberliegenden
Vollwandbereich abnehmen. Wenn sich nun , wie bei dem dargestellten
offenen Zwei-Zylindermantel-Windungssystem zutreffend, Spalt- und
Wandbereiche rotationssymmetrisch überdecken, werden die örtlichen
Verzerrungen nahezu vollständig ausgeglichen.
Den Stromverlauf im Zwei-Zylindermantel-System deuten Strompfeile an.
In der offenen, vom Lichtbogenstrom durchflossenen Schaltstrecke ist
zusätzlich zu den (kürzeren) Strompfeilen das erzeugte axiale Magnet
feld durch (längere) Feldpfeile ebenfalls symbolhaft dargestellt.
Die Zylindermäntel (9, 10) schließen den äußeren Ringspalt (18) ein.
Den inneren Ringspalt (19) bildet der innere Zylindermantel (9) mit
der zylindrischen Wand des Schaltgehäuses (2). Durch eine Art Kamin
wirkung entsteht im stromdurchflossenen Zustand in beiden Ringspal
ten eine Gasströmung (Luft oder SF6). Diese Strömung nimmt die Strom
wärme aus den Wänden auf und führt sie in den Außenraum ab. Dadurch
lassen sich Kühlrippen an der Außenoberfläche des äußeren Zylinder
mantels einsparen.
Halbzeug für die offene Zylindermantelwindung ist Kupferblech, das in
passender Wandstärke zugeschnitten und dann eingerollt wird. Die Aus
gangsform, das bereits zugeschnittene Kupferband, zeigt in Fig. 3 die
Abwicklung des an späterer Stelle noch zu erläuternden Schraubenman
tels als Weiterbildung des Zylindermantels.
Bei der offenen Zylindermantelwindung befinden sich die Stromanschluß
stellen etwa auf gleicher Höhe an den sich gegenüberliegenden Enden
des Zylindermantels. Es muß demnach dafür gesorgt werden, daß sich
der Strom von der Eintrittstelle aus möglicht gleichmäßig über die
Länge des Zylindermantels verteilt. Zu diesem Zweck kann der Zylin
dermantel im anschluß-seitigen Randbereich z.B. mit nicht dargestell
ten Stromleit-Längsspalten versehen sein. Eine andere Möglichkeit,
den Stromfluß im Zylindermantel über seine Länge zu vergleichmäßigen,
besteht darin, den Mantel das Schaltgehäuse mit einer anderen Form
veränderlicher axialer Erstreckung umgeben zu lassen.
Zum Beispiel kann der Zylindermantel so gestaltet werden, daß er das Schalt
gehäuse in Form eines Schraubenbandes umgibt. Und zwar derart, daß die
Schraubenbänder (9a, 10a) von den Anschlußstellen (15, 16) beginnend
eine halbe Ganghöhe lang abfallen bis der isolatorseitige Rand des
Schaltgehäuses etwa erreicht ist - dabei werden die Kontakte (7, 8)
überdeckt - und anschließend im Verlauf der zweiten Hälfte der Schrau
benganghöhe wieder auf die Stromanschlußstelle ansteigen, Fig. 2.
Man kann eine solche Anordnung auch als zwei fortschreitende Halb
schraubengänge mit jeweils entgegengesetztem Windungssinn auffassen;
an ihren Enden werden sie verbunden, so daß eine Vollwindung mit wech
selndem Windungssinn entsteht.
Die inneren Verbindungsstücke (11, 12) sind an einer Buchse (6a) um das
dafür abgefaste Ende des feststehenden Stromleiterbolzens (6) befestigt.
Somit läßt sich das Axialfeld-Erzeugungssystem der offenen Windungen
einfach an einem Schaltrohr anbringen - auch nachträglich, zur Erhö
hung der Ausschaltleistung eines schon vorhandenen Rohr-Typs.
Hinzuweisen ist noch darauf, daß im Bereich der Stromanschlußstellen
das eine Schraubenband das Anbringen von Stromanschlüssen am anderen
Band nicht behindert.
Offener Zylindermantel oder gegebenenfalls Schraubenband sind so zu
bemessen, daß ein jedes den Dauerstrom führt, ohne daß eine bestimmte
Temperatur überschritten wird und weiter, daß die Stromkraft diese
Formkörper nicht aufweitet. Dafür sind für ein und dasselbe Objekt
zwei Berechnungsverfahren anzuwenden, die zwei verschiedenen physi
kalischen Bereichen entstammen. Von den errechneten unterschiedlichen
Wandstärken ist die größte zu nehmen; hier ergibt sie sich aus der
elektrodynamischen Beanspruchung. Ein solches Verfahren würde eine
große Wandstärke von Zylindermantel oder Schraubenband ergeben.
Die Abhilfe besteht darin, allgemein ausgedrückt, die Verkettung
eines Objektes mit zwei physikalisch verschiedenen Beanspruchungen
aufzuheben. Im vorliegenden Fall bedeutet das, Zylindermantel oder
Schraubenband nur hinsichtlich der zulässigen Stromerwärmung auszu
legen, was die kleinere Wandstärke ergibt, und zur Aufnahme der Strom
kraftbeanspruchung ein dafür besser geeignetes Bauteil vorzusehen,
nämlich ein Band oder eine Hülse aus rostfreiem Stahl. Das Band (23)
umfaßt in Fig. 1 den äußeren Zylindermantel und eine nicht dargestell
te Hülse umfaßt das Schraubenband in Fig. 2. Solche Bänder oder Hülsen
shunten den jeweils umgebenen offenen Windungskörper nur wenig und
auch das läßt sich vermeiden, wenn die inneren Oberflächen elektrisch
nicht-leitend beschichtet sind.
Wie aus der Zeichnung in Fig. 1 weiter ersichtlich ist, stützt sich der
innere Zylindermantel am äußeren ab über einzelne elektrisch schlecht-
oder nicht-leitende Distanzstücke (24), die im Ringspalt (18) entlang
des Umfanges verteilt sind.
Die Spezialisierung des offenen Windungskörpers auf die Führung des
Dauerstromes und das Vorsehen eines getrennten Bauteils für die Auf
nahme der Stromkraft eignet sich nicht allein für Zwei- oder Mehrfach-
Windungskörper, sondern auch für offene Einzel-Windungskörper.
Claims (10)
1. Vakuumschalter mit äußerer Axialmagnetfeld-Erzeugungseinrichtung
mit:
- a) einem evakuierten Schaltgehäuse (2) aus elektrisch leitendem Material, in dem ein feststehendes Schaltstück (6, 7) und ein bewegbares Schaltstück (4, 8) angeordnet sind;
- b) einer außerhalb des Schaltgehäuses angeordneten offenen Windungsanordnung zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes;
- c) Windungsenden der Windungsanordnung, von denen das eine Ende mit dem feststehenden Schaltstück (6, 7) und das andere Ende mit einem Stromanschlußstück verbunden ist;
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- d) die Windungsanordnung wird durch mindestens zwei offene Windungskörper gebildet, die das Schaltgehäuse mindestens auf einem Teil seiner Längenerstreckung umgeben;
- e) die Öffnungsbereiche und die Vollwandbereiche der jeweiligen Windungskörper überdecken sich;
- f) die Verbindung der einen Windungsenden der jeweiligen Windungskörper mit dem feststehenden Schaltstück (6, 7) erfolgt durch rotationssymmetrisch angeordnete innere Verbindungsstücke (11, 12) und die Verbindung der anderen gegenüberliegenden Windungsenden der jeweiligen Windungskörper mit dem Stromanschlußstück erfolgt durch rotationssymmetrisch angeordnete äußere Verbindungsstücke (15, 16).
2. Vakuumschalter nach Patentanspruch 1,
gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
zumindest die Endbereiche des jeweils einen offenen Windungskörpers
sind mit dem überdeckenden Vollwandbereich
des jeweils anderen offenen Windungskörpers durch elektrisch schlecht
leitende oder isolierende Abstandskörper (24) verbunden.
3. Vakuumschalter nach Patentanspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
die offenen Windungskörper sind als seitlich offene Hohlzylinder
(9, 10) mit entlang des Umfanges nicht veränderlicher Mantellänge
ausgebildet.
4. Vakuumschalter nach Patentanspruch 1 oder 3,
gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
an dem einen Ende sind die jeweiligen seitlich offenen Hohlzylinder
(9, 10) durch die inneren Verbindungsstücke (11, 12) mit dem
feststehenden Schaltstück (6, 7) rotationssymmetrisch verbunden
und an dem anderen gegenüberliegenden Ende durch die äußeren
Verbindungsstücke (15, 16) rotationssymmetrisch mit dem Stromanschlußstück
(17, 40).
5. Vakuumschalter nach Patentanspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
die offenen Windungskörper sind als seitlich offene Hohlzylinder
ausgebildet, deren Ausdehnung in axialer Richtung sich entlang
zumindest eines Teiles ihres Umfanges verändert.
6. Vakuumschalter nach Patentanspruch 1 oder 5,
gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
die Stirnränder jeweils eines Hohlzylinders (9a, 10a) verändern
sich um die und entlang der Achse nach jeweils einer Schraubenlinie,
die von der jeweils ersten Stromanschlußstelle (15, 16)
über der ersten Hälfte des Umfanges abfällt und anschließend
über der zweiten Hälfte des Umfanges wieder ansteigt bis zur jeweils
zweiten Stromanschlußstelle an den Verbindungsstücken
(11, 12).
7. Vakuumschalter nach Patentanspruch 1, 5 oder 6,
gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
an dem einen Ende sind die jeweiligen seitlich offenen Hohlzylinder
mit in axialer Richtung zumindest entlang eines Teiles ihres
Umfanges veränderlicher Ausdehnung durch die inneren Verbindungsstücke
(11, 12) mit dem feststehenden Schaltstück (6, 7) rotationssymmetrisch
verbunden und an dem anderen gegenüberliegenden Ende
durch die äußeren Verbindungsstücke (15, 16) rotationssymmetrisch
mit einem Stromanschlußstück.
8. Vakuumschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 7,
gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
der Öffnungsbereich und der Vollwandbereich der
jeweiligen Windungskörper überdecken sich
rotationssymmetrisch.
9. Vakuumschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 8,
gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
der äußere Windungskörper (10) ist von einem hohlzylindrischen
Körper (23) zumindest teilweise umgeben, der
aus einem Material besteht, das mechanisch fester
und elektrisch weniger leitfähig ist als das Material
des Windungskörpers.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893914967 DE3914967A1 (de) | 1989-05-03 | 1989-05-03 | Vakuumschalter mit aeusserer axialmagnetfeld-erzeugungseinrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893914967 DE3914967A1 (de) | 1989-05-03 | 1989-05-03 | Vakuumschalter mit aeusserer axialmagnetfeld-erzeugungseinrichtung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3914967A1 DE3914967A1 (de) | 1989-10-05 |
DE3914967C2 true DE3914967C2 (de) | 1991-04-04 |
Family
ID=6380232
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19893914967 Granted DE3914967A1 (de) | 1989-05-03 | 1989-05-03 | Vakuumschalter mit aeusserer axialmagnetfeld-erzeugungseinrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3914967A1 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2745946B1 (fr) * | 1996-03-08 | 1998-04-17 | Schneider Electric Sa | Interrupteur ou disjoncteur electrique sous vide |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL162238C (nl) * | 1976-02-19 | 1980-04-15 | Hazemeijer Bv | Vacuumschakelaar met coaxiale magneetspoel. |
DE2911706A1 (de) * | 1979-03-24 | 1980-10-02 | Sachsenwerk Licht & Kraft Ag | Vakuumschalter |
DE3150974A1 (de) * | 1980-09-06 | 1983-06-30 | Calor-Emag Elektrizitäts-Aktiengesellschaft, 4030 Ratingen | Vakuumschalter |
-
1989
- 1989-05-03 DE DE19893914967 patent/DE3914967A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3914967A1 (de) | 1989-10-05 |
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