DE69524363T2

DE69524363T2 - Elektrischer Vakuumschalter

Info

Publication number: DE69524363T2
Application number: DE69524363T
Authority: DE
Inventors: Roger Bolongeat-Mobleu; Frederic Burnaz; Hans Schellekens
Original assignee: Schneider Electric Industries SAS
Current assignee: Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1995-10-26
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2015-10-27
Also published as: ES2167397T3; JPH08212881A; CN1130797A; EP0709867A1; US5861597A; FR2726396A1; DE69524363D1; FR2726396B1; CN1075663C; EP0709867B1

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter, der dazu dient, die Abschaltung eines Stromkreises zu gewährleisten und gattungsgemäß eine längliche Vakuumschaltröhre mit einer durch zwei Böden verschlossenen zylindrischen Umhüllung und zwei darin angeordneten Lichtbogenkontakten, von denen einer als Festkontakt ausgeführt und an einem der genannten Böden befestigt ist, während der andere als bewegbarer Kontakt ausgeführt und in der Röhre axial verschiebbar gelagert ist, sowie mindestens eine Spule zur Erzeugung eines axialen Magnetfelds in der Lichtbogenzone umfaßt, welche Spule ein elektrisch mit einem der genannten Lichtbogenkontakte verbundenes erstes Ende sowie ein als Stromzuführungsanschluß ausgebildetes zweites Ende umfaßt.
Ein aus der Druckschrift FR-2.682.808 bekannter Leistungsschalter der genannten Art umfaßt eine ringförmige Spule, die in einer, durch den der Spule zugeordneten Boden gebildeten, ringförmigen Aufnahme gelagert ist, derart daß diese Spule eine koaxiale Lage außerhalb der Schaltröhre, in Höhe der Trennstrecke der Lichtbogenkontakte aufweist. Eines der Spulenenden ist mechanisch und elektrisch mit dem feststehenden Lichtbogenkontakt verbunden, während das andere Spulenende elektrisch mit einem Stromzuführungsanschluß verbunden und gegenüber dem feststehenden Lichtbogenkontakt elektrisch isoliert ist. Einer der Nachteile dieser Art von Leistungsschalter liegt darin, daß die Spule vom gesamten Hauptstrom durchflossen wird, da sie in Reihe zu den Lichtbogenkontakten liegt. Es muß daher eine Spule mit großem Leiterquerschnitt und entsprechenden Abmessungen verwendet werden.
Des weiteren ist aus der Druckschrift EP 0 329 410 eine Anordnung bekannt, deren kennzeichnende Merkmale dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entsprechen. Die in dieser Druckschrift beschriebene Anordnung weist jedoch keine von den Kontakten getrennte Spule auf. Das axiale Magnetfeld wird durch den Strom erzeugt, der über einen als Teil des Lichtbogenkontakts ausgebildeten Ringabschnitt fließt.
Die vorliegende Erfindung löst die genannten Probleme und schlägt einen Schalter, insbesondere einen Vakuumschalter vor, in dem eine Spule mit einfachem Aufbau und kleinen Abmessungen zur Erzeugung eines axialen Magnetfeld eingesetzt wird. Zu diesem Zweck liegt der Erfindung ein Schalter der genannten Art gemäß dem Patentanspruch 1 zugrunde.
Es ist unmittelbar ersichtlich, daß die Spule dank der Erimdung aus einer oder mehreren Windungen mit kleinem Querschnitt bestehen kann.
Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das Nebenschlußmittel ein Widerstandselement.
Nach einem besonderen kennzeichnenden Merkmal umfaßt dieses Widerstandselement eine Widerstandsscheibe, die die beiden genannten Enden der Spule elektrisch miteinander verbindet.
Nach einer anderen Ausgestaltung umfaßt das genannte Nebenschlußmittel einen Magnetkreis.
Nach einem besonderen kennzeichnenden Merkmal ist der Magnetkreis um einen Leiter herum angeordnet, der die beiden genannten Enden der Spule elektrisch miteinander verbindet.
Nach einem weiteren kennzeichnenden Merkmal umfaßt der Magnetkreis einen Luftspalt, der dazu dient, die Verzweigung des Stroms so lange zu verzögern, bis der Hauptstrom einen bestimmten Wert erreicht hat.
Die Verzweigung des Stroms in die Windung erfolgt vorteilhaft ab 8000 A.
Nach einem weiteren kennzeichnenden Merkmal besteht die Spule aus einer Windung, deren zwei Enden um ein bestimmtes Winkelmaß zueinander versetzt, parallel zu den Böden der Schaltröhre angeordnet sind.
Nach einem weiteren kennzeichnenden Merkmal ist das erste Ende der Spule mechanisch und elektrisch mit dem feststehenden Lichtbogenkontakt verbunden.
Das genannte Nebenschlußmittel leitet vorteilhaft zwischen 10 und 60% des Stroms in die Spule um.
Die Spule und das Nebenschlußmittel sind innerhalb oder außerhalb der Vakuumschaltröhre angeordnet.
Nach einer besonderen Ausgestaltung sind die Spule und das Nebenschlußmittel im Innern des Lichtbogenkontakts, zwischen einer Leiterstange und einer Elektrode des genannten Kontakts angeordnet.
Vorteilhaft sind jedem der Kontakte eine Spule und ein Nebenschlußmittel zugeordnet, die im Inneren der Vakuumschaltröhre angeordnet sind.
Zum besseren Verständnis ist die Erfindung beispielhaft in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schalters;
Fig. 2 eine axiale Schnittansicht zu Fig. 1 mit Darstellung einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
Fig. 3 eine axiale Schnittansicht zu Fig. 1 mit Darstellung einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung;
Fig. 4 eine axiale Schnittansicht mit Darstellung einer dritten Ausgestaltung der Erfindung und
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines der Lichtbogenkontakte gemäß der Ausgestaltung nach Fig. 4.
Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen einen Vakuumschalter I, der im wesentlichen eine Vakuumschaltröhre 1 sowie eine Spule 2 umfaßt, die gemäß nachstehender Beschreibung koaxial um die genannte Schaltröhre herum angeordnet ist. Diese Schaltröhre 1 umfaßt eine Umhüllung 3 in Form eines Rohrzylinders 3a, der durch zwei einander gegenüberliegende Böden 3b und 3c verschlossen ist. Im Innern der Umhüllung 3 sind ein feststehender Lichtbogenkontakt 4, der mit einem 3b der genannten Böden verbunden ist, sowie ein beweglicher Lichtbogenkontakt 5 (nicht dargestellt) angeordnet, der auf einer gasdicht durch den anderen 3c der beiden Böden geführten Antriebsstange montiert ist. Die Lichtbogenkontakte 4, 5 sind scheibenförmig ausgebildet und bestehen aus einem niederohmigen Material. Die Spule 2 ist in Form eines außerhalb der Schaltröhre 1, in Höhe der Trennstrecke zwischen den Lichtbogenkontakten 4, 5 koaxial angeordneten Rings ausgebildet. Diese Spule 2 besteht aus einer Windung und weist ein erstes und ein zweites Ende 2a, 2b auf, die um ein bestimmtes Winkelmaß zueinander versetzt, parallel zum genannten, der Spule 2 zugeordneten Boden 3b angeordnet sind. Das erste Ende 2a der Spule ist mechanisch und elektrisch mit dem feststehenden Kontakt 4 verbunden. Das zweite Ende 2b bildet einen Stromzuführungsanschluß, der mit dem entsprechenden Anschluß des Leistungsschalters elektrisch verbunden und über ein geeignetes Mittel jeder Art mechanisch am feststehenden Kontakt 4 befestigt ist, wobei als Befestigungsmittel beispielsweise eine Schraube dienen kann, die durch miteinander fluchtende, in den beiden genannten Enden 2a, 2b der Spule 2 ausgebildete Bohrungen geführt und in den feststehenden Lichtbogenkontakt 4 eingedreht wird.
Des weiteren umfaßt der Schalter I erfindungsgemäß ein, zwischen die beiden genannten Enden 2a, 2b der Spule 2 eingesetztes Mittel M, um einen Teil des über den Stromzuführungsanschluß 2b eingespeisten Stroms in die Windung 2 zu verzweigen, während der übrige Teil des Stroms bis zum Augenblick der Abschaltung über die beiden Enden 2a, 2b sowie die beiden Lichtbogenkontakte 4, 5 fließt.
Nach einer in Fig. 2 gezeigten besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist dieses Mittel M ein als Unterlegscheibe ausgebildetes Widerstandselement 6, das zwischen die beiden Enden 2a, 2b der Windung 2 eingesetzt ist.
Nach einer anderen, in Fig. 3 gezeigten besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist dieses Mittel M als Magnetkreis 7 ausgebildet, der um einen, die beiden genannten Enden 2a, 2b elektrisch miteinander verbindenden Leiter 8 geführt ist. Dieser Magnetkreis 7 umfaßt vorteilhaft einen oder mehrere Luftspalte in Abhängigkeit vom gewünschten Betriebsverhalten.
Bei diesen drei unterschiedlichen Ausgestaltungen wird vorteilhaft zwischen 10 und 60% des Gesamtstroms in die Windung 2 verzweigt, da eine Ableitung von weniger als 10% für die Abschaltung nicht ausreicht und eine Ableitung von mehr als 60% eine unerwünschte Erwärmung zur Folge haben kann.
Nachstehend wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Schalters für die beiden Ausgestaltungen gemäß Fig. 2 und 3 nacheinander in Kürze beschrieben.
Dieser Vakuumschalter I dient insbesondere dazu, bei einem Dauerstrom von 630 bis 3150 A die Abschaltung im Vakuum durch ein axiales Magnetfeld zu gewährleisten.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung erfolgt die Ableitung des Stroms während der Abschaltung linear von Beginn des Stromflusses an. Dieser Teilstrom erzeugt ein für die Abschaltung erforderliches axiales Magnetfeld in der Trennzone der Lichtbogenkontakte.
Es sei darauf hingewiesen, daß dieses Element 6 vorteilhaft als Unterlegscheibe aus einem hochohmigen Material (z. B. Nirostahl) ausgebildet ist.
Nach der in Fig. 3 gezeigten Ausgestaltung umfaßt der Magnetkreis 7 einen Luftspalt und bleibt daher bis zu einem bestimmten Wert des Stroms inaktiv. Unterhalb dieses Wertes fließt nur ein kleiner Teil des Stroms über die Windung 2. Bei Erreichen des Wertes wird der Magnetkreis 7 aktiv, so daß ein bestimmter Teil des Stroms in die Windung 2 geleitet wird und dieser abgeleitete Strom ein axiales Magnetfeld erzeugt, das stark genug ist, um die Abschaltung herbeizuführen.
Es sei ebenfalls darauf hingewiesen, daß dieser Aktivierungswert vorteilhaft 8000 A beträgt, da ab diesem Wert ein axiales Magnetfeld erforderlich ist, um die Abschaltung zu gewährleisten.
Einer der durch die Erfindung erzielten Vorteile liegt darin, daß im Gegensatz zu den Lösungen, bei denen die Spule 2 in Reihe zu den Lichtbogenkontakten 4, 5 geschaltet ist und praktisch den gesamten Dauerstrom führt, die Windung 2 im Vergleich zu dem vom Dauerstrom durchflossenen Leiter 9 einen kleinen Querschnitt aufweisen kann. Es kann also ein kleiner Querschnitt für die Windung 2 gewählt werden, zumal die Wirkdauer des Stroms beim Abschaltvorgang kurz ist.
In Fig. 4 ist eine dritte Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. Die Figur zeigt einen Schalter mit einer Vakuumschaltröhre 1, die im wesentlichen aus einer durch zwei Metallböden 3b, 3c verschlossenen, zylindrischen Isolierstoffumhüllung besteht und zwei Lichtbogenkontakte 4, 5 enthält, die als feststehender bzw. bewegbarer Kontakt ausgebildet und koaxial im Innern der genannten Umhüllung angeordnet sind. Die beiden Kontakte 4 und 5 sind gleich aufgebaut und bestehen wie aus Fig. 5 hervorgeht jeweils aus einer Leiterstange 10 und einer Leiterelektrode 13, zwischen die eine Spule 12 und ein Nebenschlußmittel 11 eingesetzt sind.
Nach der in Fig. 4 gezeigten Ausgestaltung ist dieses Nebenschlußmittel als Widerstandselement 11 ausgebildet. Allerdings ließe sich auch ein als Magnetkreis ausgebildetes Nebenschlußmittel einsetzen.
Hier sind sämtliche zur Erzeugung eines axialen Magnetfelds erforderlichen Bauteile im Innern der Vakuumschaltröhre angeordnet. Diese aus einem hochohmigen Material bestehenden bzw. als Magnetkreis ausgebildeten Nebenschlußmittel leiten zwischen 5 und 60% des Stroms in die Spule um. Eine solche Lösung ist bei Dauerströmen von 630 bis 3150 A vorteilhaft.
Darüber hinaus erlaubt sie zum einen, die Biegesteifigkeit der Anordnung bei Einsatz in einem Leistungsschalter beträchtlich zu verbessern, und zum anderen die Herstellungskosten aufgrund eines besonders einfachen Aufbaus der Kontakte zu senken.
Die Erfindung läßt sich vorteilhaft in elektrischen Schaltern vom Niederspannungs- bis zum Höchstspannungsbereich einsetzen.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beispielhaft beschriebenen und dargestellten Ausgestaltungen beschränkt. Vielmehr umfaßt die Erfindung sämtliche technisch gleichwertigen Ausführungen der beschriebenen Mittel sowie deren Kombinationen, wenn diese auf dem Grundgedanken der Erfindung beruhen.

Claims

1. Elektrischer Schalter, welcher dazu dient, die Abschaltung eines Stromkreises zu gewährleisten und gattungsgemäß eine längliche Vakuumschaltröhre mit einer durch zwei Böden verschlossenen zylindrischen Umhüllung und zwei darin angeordneten Lichtbogenkontakten, von denen einer als Festkontakt ausgeführt und an einem der genannten Böden befestigt ist, während der andere als bewegbarer Kontakt ausgeführt und in der Röhre axial verschiebbar gelagert ist, sowie mindestens eine Spule zur Erzeugung eines axialen Magnetfelds in der Lichtbogenzone umfaßt, welche Spule ein elektrisch mit einem der genannten Lichtbogenkontakte verbundenes erstes Ende sowie ein als Stromzuführungsanschluß ausgebildetes zweites Ende umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden genannten Enden (2a, 2b) der Spule (2) elektrisch miteinander verbunden sind und daß ein Nebenschlußmittel (M) zwischen die beiden genannten Enden (2a, 2b) eingesetzt ist, um bei der Abschaltung einen Teil des Hauptstroms zur Erzeugung des axialen Magnetfelds in die Spule (2) umzuleiten, während der übrige Teil des Stroms über die beiden Enden der Spule sowie die beiden Lichtbogenkontakte (4, 5) fließt.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden (2a, 2b) der Spule (2) übereinander angeordnet sind.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Nebenschlußmittel (M) ein Widerstandselement (6) umfaßt.

4. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Nebenschlußmittel (M) einen Magnetkreis (7) umfaßt.

5. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (6) eine Widerstandsscheibe umfaßt, die die beiden genannten Enden (2a, 2b) der Spule (2) elektrisch miteinander verbindet.

6. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreis (7) um einen Leiter (8) herum angeordnet ist, der die beiden genannten Enden (2a, 2b) der Spule (2) elektrisch miteinander verbindet.

7. Schalter nach irgendeinem der Ansprüche 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreis (7) mindestens einen Luftspalt umfaßt, der dazu dient, die Verzweigung des Stroms so lange zu verzögern, bis der Hauptstrom einen bestimmten Wert erreicht hat.

8. Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzweigung des Stroms in die Spule (2) ab 8000 A erfolgt.

9. Schalter nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (2) aus einer Windung besteht, deren zwei Enden (2a, 2b) um ein bestimmtes Winkelmaß zueinander versetzt, parallel zu den Böden (3a, 3b) der Schaltröhre (1) angeordnet sind.

10. Schalter nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ende (2a) der Spule (2) mechanisch und elektrisch mit dem feststehenden Lichtbogenkontakt (4) verbunden ist.

11. Schalter nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Nebenschlußmittel (M) zwischen 10 und 60% des Stroms in die Spule (2) ableitet.

12. Schalter nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (2) und das Nebenschlußmittel (M) außerhalb der Vakuumschaltröhre (1) angeordnet sind.

13. Schalter nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (12) und das Nebenschlußmittel (M) innerhalb der Vakuumschaltröhre (1) angeordnet sind.

14. Schalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (12) und das Nebenschlußmittel (11) im Innern des Lichtbogenkontakts (4, 5), zwischen einer Leiterstange (10) und einer Elektrode (13) des genannten Kontakts angeordnet sind.

15. Schalter nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Kontakt (4, 5) eine Spule (12) und ein Nebenschlußmittel (11) zugeordnet und diese innerhalb der Vakuumschaltröhre (1) angeordnet sind.