DE69209966T2

DE69209966T2 - Hybridschalter mit Axialblasspule

Info

Publication number: DE69209966T2
Application number: DE69209966T
Authority: DE
Inventors: Roger Bolongeat-Mobleu; Olivier Cardoletti; Peter Malkin
Original assignee: Schneider Electric SE
Current assignee: Schneider Electric SE
Priority date: 1991-10-17
Filing date: 1992-10-14
Publication date: 1996-09-26
Anticipated expiration: 2012-10-15
Also published as: ES2087494T3; EP0538157A1; DE69209966D1; US5280144A; EP0538157B1; JPH05250965A; CN1071782A; FR2682808B1; FR2682808A1; KR100267896B1; CN1043547C; ATE137056T1; KR930008893A; CA2080518A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Mittelspannungs-Leistungsschalter in einem dichtgekapselten, mit einem Gas hoher dielektrischer Festigkeit wie z.B. Schwefelhexafluorid gefüllten Gehäuse mit zwei, in dem genannten Gehäuse angeordneten Hauptkontakten, einem im genannten Gehäuse angeordneten Vakuumeinsatz mit einer durch zwei Böden verschlossenen zylindrischen Umhüllung und zwei fluchtend darin angeordneten, zu den genannten Hauptkontakten parallelgeschalteten Lichtbogenkontakten, einem Schaltmechanismus zur Betätigung der genannten Kontakte, um die Lichtbogenkontakte nach den Hauptkontakten auszuschalten und vor den Hauptkontakten einzuschalten, sowie einer Spule zur Erzeugung eines axialen Magnetfelds in der Abbrennzone des bei der Trennung der Lichtbogenkontakte im Innern des Vakuumeinsatzes gezogenen Lichtbogens.
Ein bekannter Leistungsschalter der beschriebenen Bauart (Druckschrift FR-A-2.655.766 & EP-A-0 433 184) enthält eine Spule zur Erzeugung eines axialen Blasmagnetfelds, die im Innern des Einsatzes angeordnet und in Form von im Boden dieses Einsatzes ausgebildeten Nuten ausgeführt ist. Die Herstellung dieses Teils ist schwierig, und nur ein Teil des Stroms durchfließt die die Spule bildende spiralförmige Bahn. Der Verlauf der Feldlinien des von der Spule erzeugten Magnetfelds ist nicht ideal, so daß der Bedarf nach einer vereinfachten Anordnung mit verbesserten Leistungsmerkmalen besteht.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die Kontaktstücke so auszuführen, daß der Strom über eine spiralförmige Bahn zwangsgeführt wird, um das Magnetfeld in der Lichtbogenzone zu erzeugen. Diese Lösung bringt die oben beschriebenen Nachteile durch schwierig herzustellende Teile sowie einen nicht idealen Verlauf der magnetischen Feldlinien mit sich.
Der erfindungsgemäße Leistungsschalter ist im Patentanspruch 1 beschrieben.
Durch Anordnung der Spule außerhalb des Vakuumeinsatzes können die im Innern dieses Einsatzes befindlichen Teile erheblich vereinfacht und die Spule in Höhe der Trennstrecke zwischen den Kontakten plaziert werden, um in der Unterbrechungszone ein Magnetfeld mit idealem Verlauf zu erzeugen. Vakuumeinsätze mit außen angebrachten Spulen sind bereits bekannt, wobei die Spule jedoch stets um die zylindrische Isolierstoff-Umhüllung geführt ist. Diese Anordnung der Spule um die Isolierstoff-Umhüllung führt zu dielektrischen Problemen, da die Isolierstoff-Umhüllung durch die Spule kapazitiv kurzgeschlossen wird. Darüber hinaus ist es sehr schwierig, diese Spule biegesteif zu befestigen, da sie erheblichen elektromagnetischen Kräften ausgesetzt ist, wobei die herkömmliche Lösung einer Ummantelung insofern nachteilig ist, als sie die Ableitung der vom Vakuumeinsatz erzeugten Wärme begrenzt und die Abmessungen dieses Einsatzes vergrößert.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Spule in einer im Boden des Vakuumeinsatzes ausgebildeten Aufnahme können die Probleme bezüglich der mechanischen Befestigung und des dielektrischen Verhaltens gelöst werden. Die Lichtbogenlöschkontakte des Vakuumeinsatzes sind mittig in der Spule angeordnet, und das von dieser Spule erzeugte Magnetfeld verläuft über die gesamte Ausdehnung der Kontakte axial. Der die Spule aufnehmende Boden ist vorteilhaft der auf der Seite des feststehenden Kontakts angeordnete Boden des Vakuumeinsatzes, und dieser aus einem Metall oder Isolierstoff bestehende Boden ist in Form einer Kappe ausgeführt, die den feststehenden Lichtbogenkontakt mit Spiel umgibt. Der Querschnitt der im Boden ausgebildeten Aufnahme ist selbstverständlich an die Form der Spule angepaßt und zum feststehenden Lichtbogenkontakt hin geöffnet, um den Einsatz der Spule in die Aufnahme zu ermöglichen. Die gesamte Einheit weist eine zylindrische Form auf, und die Außenwand der Aufnahme ist bis in die Nähe des Rands des Vakuumeinsatzes verlängert, wo diese Außenwand an der zylindrischen Isolierstoff-Umhüllung des Vakuumeinsatzes befestigt ist. Auf diese Weise bleibt die an das dielektrische Verhalten in Schwefelhexafluorid angepaßte Isolierlänge des Vakuumeinsatzes unverändert. Die Spule besteht vorteilhaft aus einer einzigen Windung, die unter Einhaltung eines leichten Spiels in die im Boden ausgebildete Aufnahme eingesetzt ist und zwei Enden aufweist, die an den feststehenden Lichtbogenkontakt bzw. an die Stromzuführung, bei der hier dargestellten Ausführungsform an einen der Hauptkontakte, angeschlossen sind. Die Windungsenden unterstützen die mechanische Befestigung der Windung und verlaufen parallel zum kappenförmigen Boden in Richtung zur Mittelachse des Vakuumeinsatzes, um mechanisch am feststehenden Lichtbogenkontakt befestigt zu werden. Die elektrische Isolation des Stromzuführungsendes wird durch einfache Isolierstoff-Unterlegscheiben gewährleistet, und die beiden Spulenenden sind um einen kleinen Winkel versetzt zueinander angeordnet, um jeglichen elektrischen Kontakt zu verhindern.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen:
- Figur 1 einen schematischen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Leistungsschalter;
- Figur 2 eine vergrößerte Ansicht des Vakuumeinsatzes aus Figur 1;
- Figur 3 eine schematische Draufsicht des Vakuumeinsatzes aus Figur 2;
- Figur 4 eine Teilansicht zu Figur 2 mit Darstellung einer Ausführungsvariante.
Die annähernd dem oben genannten französischen Patent entsprechende Figur 1 zeigt den allgemeinen Aufbau eines Hybridleistungsschalters in einem dichtgekapselten, mit einem Gas hoher dielektrischer Festigkeit wie z.B. Schwefelhexafluorid gefüllten Gehäuse 10. Im Gehäuse 10 sind Hauptkontakte 11, 12 sowie ein zu den Hauptkontakten 11, 12 parallelgeschalteter Vakuumeinsatz 13 angeordnet. Die gesamte Anordnung wird über einen Schaltmechanismus 14 betätigt, der die Ausschaltung der Hauptkontakte 11, 12 vor der Ausschaltung der Lichtbogenkontakte 15, 16 des Vakuumeinsatzes 13 bewirkt. Weitere Einzelheiten bezüglich des Aufbaus und der Funktionsweise solcher Hybridleistungsschalter können aus dem oben genannten französischen Patent entnommen werden.
Aus Figur 2 geht insbesondere hervor, daß der Vakuumeinsatz 13 eine zylindrische Umhüllung 17 aus Glas oder einem keramischen Werkstoff aufweist, die durch zwei Böden 18, 19 verschlossen ist. Im Innern des Vakuumeinsatzes 13 sind auf der Seite des Bodens 19 der feststehende Kontakt 15, und auf der Seite des Bodens 18 der bewegliche Kontakt 16 angeordnet, der von der den Boden 18 gasdicht durchragenden Schubstange 20 getragen wird. Die Lichtbogenkontakte 15 und 16 sind als Scheiben ausgeführt, die aus einem Material mit hohem spezifischen Widerstand bestehen. Der Boden 19 weist eine ringförmige Nut 21 auf, die sich bis zum unteren Endpunkt der in der Ausschaltstellung zwischen den Lichtbogenkontakten 15, 16 vorhandenen Trennstrecke erstreckt. Diese entsprechend Figur 2 nach oben offene Nut 21 ermöglicht das Einsetzen einer ringförmigen Spule 22, die auf dem Grund der Nut 21 aufliegt und so die Trennstrecke zwischen den Kontakten 15, 16 koaxial umgibt. Die Lichtbogenkontakte 15, 16 sind mittig in der Spule 22 angeordnet, und es ist leicht erkennbar, daß das durch den diese Spule 22 durchfließenden Strom erzeugte Magnetfeld über die gesamte Ausdehnung der Lichtbogenkontakte 15, 16 axial verläuft. Die Spule 22 ist unter Einhaltung eines leichten Spiels in die Nut 21 eingesetzt und wird mechanisch durch diese gehalten. Der Boden 19 ist in Form einer Kappe ausgebildet, die den feststehenden Lichtbogenkontakt 15 umgibt und die Innenseite der Spule 22 abdeckt, wobei der untere Rand 23 dieser Kappe nach oben gezogen ist, um eine zylindrische Wand 24 zur äußeren Abdeckung der Spule 22 zu bilden. Diese Außenwand 24 kann entsprechend der Darstellung in Figur 2 bis in Höhe des Bodens 19 verlängert und dort mit der zylindrischen Isolierstoff-Umhüllung 17 verbunden werden. Bei ausreichender dielektrischer Festigkeit kann diese Außenwand 24 kann auch verkürzt werden. Die gesamte Anordnung ist axialsymmetrisch ausgeführt, und der dem beweglichen Kontakt zugeordnete Boden 18 weist nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung eine zur Form des dem feststehenden Kontakt zugeordneten Bodens 19 analoge Form auf, wobei die entsprechende zweite Nut ungenutzt bleibt. Bei dem in Figur 2 gezeigten Beispiel sind die Böden 18, 19 metallisch ausgeführt, und die Isolation wird durch die zylindrische Umhüllung 17 gewährleistet. Selbstverständlich können die Böden 18, 19 auch aus Isolierstoff bestehen und das dielektrische Verhalten des Vakuumeinsatzes 13 in Schwefelhexafluorid unterstützen oder gewährleisten.
Die Spule 22 ist als Einzelwindung mit rechteckigem Querschnitt und zwei Enden 25, 26 ausgeführt, die annähernd parallel zum Boden 19 verlaufen, so daß sie aus der Aufnahme herausragen und sich radial in Richtung der Mittelachse des Vakuumeinsatzes 13 erstrecken. Das Ende 25 ist am feststehenden Kontakt 15 befestigt und weist eine Bohrung 27 zur Durchführung einer Befestigungsschraube 28 auf. Das andere, als Stromzuführungsleiter ausgebildete Ende 26 ist über das Ende 25 geführt und mit Hilfe von Isolierstoff-Unterlegscheiben 29 gegen dieses isoliert. Die Schraube 28 durchragt eine erweiterte Öffnung 30, um durch Eindrehen in eine Gewindebohrung des feststehenden Lichtbogenkontakts 15 die beiden Enden 25, 26 auf dem feststehenden Lichtbogenkontakt 15 zu befestigen. Dadurch wird auf besonders einfache Weise das Halten der Windung 22 in der Aufnahme 21 durch die Enden 25, 26 unterstützt. Es ist erkennbar, daß der über das Ende 26 zugeführte Strom die Windung 22 durchfließt, bevor er den feststehenden Lichtbogenkontakt 15 erreicht, und so das axiale Magnetfeld in der Trennzone der Lichtbogenkontakte 15, 16 erzeugt.
Figur 4 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der die Spule 22 in bezug auf die Trennstrecke zwischen den Lichtbogenkontakten 15, 16 leicht nach oben versetzt in Höhe des Bodens 19 angeordnet ist. Der Feldlinienverlauf des von der Spule 22 erzeugten Magnetfelds ist dabei nicht mehr vollkommen ideal, da er eine kleine radiale Komponente aufweist, allerdings erleichtert die Verminderung der Tiefe der Nut 21 die Herstellung des Bodens 19. Die Vorteile der mechanischen Umschließung der Spule 22 bleiben hingegen ohne Einschränkung erhalten.
Der Aufbau des Vakuumeinsatzes 13 ist außerordentlich einfach.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebene besondere Ausführungsform beschränkt, sondern erstreckt sich vielmehr auf sämtliche Varianten im Rahmen der Patentansprüche, insbesondere auf solche, bei denen die Spule mehrere Windungen aufweist oder in eine, werksseitig hergestellte oder durch spätere Umhüllung erzeugte, verschlossene Nut, eingesetzt ist.

Claims

1. Mittelspannungs-Leistungsschalter in einem dichtgekapselten, mit einem Gas hoher dielektrischer Festigkeit wie z.B. Schwefelhexafluorid gefüllten Gehäuse (10) mit zwei, in dem genannten Gehäuse (10) angeordneten Hauptkontakten (11, 12), einem im genannten Gehäuse (10) angeordneten Vakuumeinsatz (13) mit einer durch zwei Böden verschlossenen zylindrischen Umhüllung (17) und zwei fluchtend darin angeordneten, zu den genannten Hauptkontakten (11, 12) parallelgeschalteten Lichtbogenkontakten (15, 16), einem Schaltmechanismus (14) zur Betätigung der genannten Kontakte (11, 12, 15, 16), um die Lichtbogenkontakte (15, 16) nach den Hauptkontakten (11, 12) auszuschalten und vor den Hauptkontakten (11, 12) einzuschalten, sowie einer Spule (22) zur Erzeugung eines axialen Magnetfelds in der Abbrennzone des bei der Trennung der Lichtbogenkontakte (15, 16) im Innern des Vakuumeinsatzes (13) gezogenen Lichtbogens, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte ringförmige Spule (22) im Innern des genannten Gehäuses (10), außerhalb des Vakuumeinsatzes (13) etwa in Höhe der in der Ausschaltstellung zwischen den Lichtbogenkontakten (15, 16) vorhandenen Trennstrecke koaxial angeordnet ist, daß der Durchmesser der Spule (22) geringer ist als der Durchmesser der genannten Umhüllung (17) und daß der an die Spule (22) angrenzende Boden (19) an die Form der Spule (22) angepaßt und dieser Spule zugeordnet ist, um ihre Innenseite abzudecken.

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (22) und der zugeordnete Boden (19) auf der Seite des feststehenden Lichtbogenkontakts (15) angeordnet sind.

3. Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der der Spule (22) zugeordnete genannte Boden (19) eine ringförmige Aufnahme (21) umfaßt, die zur Seite des genannten Bodens (19) hin offen ist und einen geeigneten Querschnitt zum Einsetzen der Spule (22) in diese Aufnahme (21) aufweist, und daß die Innenwand der genannten Aufnahme (21) den genannten feststehenden Lichtbogenkontakt (15) unter Einhaltung eines für die elektrische Isolation ausreichenden Abstands koaxial umgibt.

4. Leistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (24) der genannten Aufnahme (21) mit der zylindrischen Umhüllung (17) des Vakuumeinsatzes (13) verbunden ist, die aus einem Isolierstoff besteht und eine für die dielektrische Festigkeit in Schwefelhexafluorid geeignete Länge aufweist.

5. Leistungsschalter nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (22) als Einzelwindung ausgeführt ist und ein erstes sowie ein zweites Ende (25, 26) aufweist, die um einen bestimmten Winkel versetzt parallel zu dem der Spule (22) zugeordneten genannten Boden (19) verlaufen, wobei das erste Ende (25) mechanisch und elektrisch mit dem feststehenden Lichtbogenkontakt (15) verbunden ist.

6. Leistungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende (26) an einen der Hauptkontakte (11, 12) angeschlossen ist und dabei gleichzeitig mechanisch mit dem feststehenden Lichtbogenkontakt (15) verbunden und elektrisch gegen diesen isoliert ist.

7. Leistungsschalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden (25, 26) der Spule (22) in Höhe des feststehenden Lichtbogenkontakts (15) übereinander angeordnet sind und fluchtende Bohrungen zur Durchführung einer Schraube (28) aufweisen, die in den feststehenden Lichtbogenkontakt (15) eingedreht wird, wobei das erste Ende (25) mit dem Lichtbogenkontakt in Berührung steht, während das zweite Ende (26) durch Isolierstoffscheiben (29) elektrisch gegen das erste Ende (25) sowie gegen die Schraube (28) isoliert ist.