EP0104134A2 - Vacuum switch with an annular part and diametrical arm of the contact pieces - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a vacuum interrupter with two switching pieces that can be moved relative to one another, each having an annular part and a diametrical web connecting this with a power supply bolt, and a cylindrical disk-shaped contact plate which is mechanically and electrically conductively connected to the annular part by protrusions extending therefrom.
- a vacuum interrupter with these features has become known, for example, from DE-A-29 46 800.
- the mode of operation of this arrangement is based on the generation of a magnetic field which is axially directed with respect to the axis of the contact piece arrangement and which counteracts a contraction of the switching arcs at high currents. As a result, the arcs remain diffuse and cannot cause severe local erosion on the contact plates. Due to their multi-part construction, however, contact pieces of this type prove to be relatively difficult to manufacture.
- the invention has for its object to improve the manufacturability and at the same time the effectiveness of the contact pieces.
- this object is achieved in that the contact plate is unslotted on each of the switching pieces and has a smaller diameter than the ring part and in that the projections are designed as arms leading to the edge of the contact plate.
- the outer diameter of the contact plate corresponds approximately to the inner diameter of the ring part.
- the axial magnetic field is already present in full at the edge of the contact plate.
- the ring part and the contact plate as a single body, for. Example as casting, manufactured 'are up. It is already known per se to provide, in the case of vacuum interrupters with an annular part of each contact piece and a diametrical web, arms which extend at right angles to these and extend close to the diametrical web and to which the contact plate is attached (IEEE Trans.
- two switching pieces designed according to the invention can be arranged opposite one another and guided in such a way that the diametrical webs of the ring parts cross at right angles. It is achieved in this way that the contact pieces generated magnetic fields have the same direction everywhere and consequently attractive forces occur. This avoids undesirable lifting of the contact pieces under the influence of surge currents.
- Fig. 1 shows a vacuum interrupter in a simplified representation in section.
- FIG. 2 shows a perspective illustration of a quarter of one of the switching elements shown in FIG. 1.
- FIG 3 shows an exploded view of a top view of the ring part of a switching element and the associated contact plate and the directions of the magnetic field that occur.
- the vacuum interrupter 1 has a central metal cylinder 2 and insulating bodies 3 adjoining it on both sides. With a lower end plate 4, a power supply bolt 5 is connected, the outer end of which is to be connected to a connecting device for the circuit to be switched. At the inner end of the power supply pin 5 there is a fixed contact piece 6 with a ring part 13 and a diametrical web 14.
- the upper insulating body 3 is provided with a further end plate 7, in which a further power supply pin 10 is slidably guided in the axial direction.
- a bellows 11, one end of which is connected to the end plate 7 and the other end of which is connected to the power supply pin 10, is used to seal the vacuum interrupter 1 from the surroundings.
- the electrical connection to the end plate 7 or to the outer end of the power supply bolt 10 done.
- a movable contact piece 12 At the inner end of this power supply bolt there is a movable contact piece 12, which also has an annular part 18 and a diametrical web 19.
- the diametrical webs 14 and 19 are referred to below as cross webs.
- FIG. 2 shows a quarter of the switching element 6 shown in FIG. 1 in perspective.
- the switching piece 6 has a ring part 13 which is connected to the power supply pin 5 via a crosspiece 14.
- the crosspiece 14 is lower than the ring part 13 and has approximately half its height.
- the crosspiece 14 is bevelled to the power supply bolt 5 in order to achieve good strength properties of the arrangement.
- an angled arm 15 extends from the upper edge of the ring part 13 and forms the connection to a contact plate 16. It should be noted that a further arm 17 is present, which is not recognizable in FIG. 2 because of the perspective quarter representation, but the arrangement of which can be seen from FIG. 3.
- the contact plate 16 is dimensioned so that its outer diameter corresponds to the inner diameter of the ring member 13.
- the contact plate 16 is provided with a pad 20 which is particularly suitable for switching in a vacuum and which can preferably consist of a chromium-copper composite material.
- the offset of the interacting switching elements by 90 ° has the further advantageous consequence that currents flowing in the same direction are present in the respectively opposite quadrants of the ring parts of the switching elements.
- the contact pieces attract each other, avoiding contact lifting under the influence of surge currents.
- the desired axial magnetic field prevails in the entire contact gap. This is already fully effective on the outer edge of the contact plates 16 because the diameter of the contact plates corresponds approximately to the inner diameter of the ring parts.
- the relatively simple shape of the new switching elements enables economical production according to different the known methods.
- the contact pieces z. B. be produced as a one-piece cast body on which only the contact pads are to be applied.
- a two-part production is possible, in which, for. B. the ring part with the crossbar and the arms is produced as a cast body to which the contact plate is then attached.
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Abstract
Eine Vakuumschaltröhre besitzt Schaltstücke (6, 12), von denen jedes einen Ringteil (13, 19) und einen diametralen Steg (14, 18) besitzt, der mit einem Stromzuführungsbolzen (5, 6) verbunden ist. An jedem der Schaltstücke gehen in rechtwinkliger Stellung zu dem Quersteg (14) von dem Ringteil (13) Arme (15, 17) aus, an denen eine Kontaktplatte (16) angebracht ist. Diese besitzt einen Außendurchmesser, der etwa dem Innendurchmesser des Ringteiles (13) entspricht. Die Schaltstücke besitzen bei leichter Herstellbarkeit und guter mechanischer Festigkeit die Eigenschaft, daß auf der gesamten Kontaktfläche ein axiales Magnetfeld erzeugt wird, dessen Polarität von Quadrant zu Quadrant wechselt. Die Schaltstücke eignen sich besonders für Leistungsschalter im Bereich mittlerer Spannungen.A vacuum interrupter has switching elements (6, 12), each of which has a ring part (13, 19) and a diametrical web (14, 18) which is connected to a power supply bolt (5, 6). Arms (15, 17) on which a contact plate (16) is attached to each of the contact pieces extend in a right-angled position to the crosspiece (14) from the ring part (13). This has an outer diameter which corresponds approximately to the inner diameter of the ring part (13). With easy manufacture and good mechanical strength, the contact pieces have the property that an axial magnetic field is generated on the entire contact surface, the polarity of which changes from quadrant to quadrant. The contact pieces are particularly suitable for circuit breakers in the medium voltage range.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre mit zwei relativ zueinander bewegbaren Schaltstücken, die jeweils einen Ringteil und einen diesen mit einem Stromzuführungsbolzen verbindenden diametralen Steg sowie eine zylinderscheibenförmige Kontaktplatte aufweisen, die mit dem Ringteil durch von diesem ausgehende Vorsprünge mechanisch und elektrisch leitend verbunden ist.The invention relates to a vacuum interrupter with two switching pieces that can be moved relative to one another, each having an annular part and a diametrical web connecting this with a power supply bolt, and a cylindrical disk-shaped contact plate which is mechanically and electrically conductively connected to the annular part by protrusions extending therefrom.
Eine Vakuumschaltröhre mit diesen Merkmalen ist beispielsweise durch die DE-A-29 46 800 bekanntgeworden. Die Wirkungsweise dieser Anordnung beruht auf der Erzeugung eines bezüglich der Achse der Schaltstückanordnung axial gerichteten Magnetfeldes, das einer Kontraktion der Schaltlichtbögen bei hohen Stromstärken entgegenwirkt. Die Lichtbögen bleiben infolgedessen diffus und können keinen starken örtlichen Abbrand an den Kontaktplatten hervorrufen. Durch ihren mehrteiligen Aufbau erweisen sich jedoch Schaltstücke dieser Art als verhältnismäßig schwierig herstellbar. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellbarkeit und zugleich die Wirksamkeit der Schaltstücke zu verbessern.A vacuum interrupter with these features has become known, for example, from DE-A-29 46 800. The mode of operation of this arrangement is based on the generation of a magnetic field which is axially directed with respect to the axis of the contact piece arrangement and which counteracts a contraction of the switching arcs at high currents. As a result, the arcs remain diffuse and cannot cause severe local erosion on the contact plates. Due to their multi-part construction, however, contact pieces of this type prove to be relatively difficult to manufacture. The invention has for its object to improve the manufacturability and at the same time the effectiveness of the contact pieces.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an jedem der Schaltstücke die Kontaktplatte ungeschlitzt ausgeführt ist und einen geringeren Durchmesser als der Ringteil besitzt und daß die Vorsprünge als zum Rand der Kontaktplatte führende Arme ausgebildet sind. Durch den Wegfall der Schlitzung gewinnt die Kontaktplatte an mechanischer Stabilität; obwohl sich wegen des Fehlens der Schlitze eine weniger vorherbestimmbare Stromverteilung ergibt, ist dennoch eine verbesserte Wirkungsweise dadurch sichergestellt, daß ein größerer Teil der Fläche der Kontaktplatte von dem axialen Magnetfeld durchsetzt wird als bisher. Hier ist nämlich am äußeren Umfang der Kontaktplatte das Magnetfeld sehr schwach, weil dieses erst am inneren Umfang des Ringteiles in voller Höhe ansteht.According to the invention, this object is achieved in that the contact plate is unslotted on each of the switching pieces and has a smaller diameter than the ring part and in that the projections are designed as arms leading to the edge of the contact plate. By eliminating the slotting, the contact plate gains mechanical stability; although there is a less predictable current distribution due to the lack of slots results, an improved mode of operation is nevertheless ensured in that a larger part of the surface of the contact plate is penetrated by the axial magnetic field than before. This is because the magnetic field on the outer circumference of the contact plate is very weak, because this only occurs in full at the inner circumference of the ring part.
Es erweist sich als für die Wirksamkeit und für die Herstellbarkeit gleichermaßen zweckmäßig, wenn der Außendurchmesser der Kontaktplatte etwa dem Innendurchmesser des Ringteiles entspricht. Bei dieser Bemessung der Kontaktplatte und des Ringteiles ist das axiale Magnetfeld bereits am Rand der Kontaktplatte in voller Höhe vorhanden. Zugleich können bei dieser Gestaltung der Ringteil und die Kontaktplatte als einheitlicher Körper, z. B. als Gußstück, herge- 'stellt werden. An sich ist es bereits bekannt, bei Vakuumschaltröhren mit einem Ringteil jeden Schaltstückes und einem diametralen Steg zu diesen rechtwinklig verlaufende Arme vorzusehen, die bis nahe an den diametralen Steg reichen und an denen die Kontaktplatte angebracht ist (IEEE Trans. Power Apparatus and Systems , Vol. PAS 99, 6 (1980), Seiten 2079 bis 2085). Auch bei dieser Anordnung ist das axiale Magnetfeld in vier Quadranten einander entgegengesetzter Polarität unterteilt. Günstig ist hieran die Schwächung des Restmagnetfeldes in der Kontaktplatte zur Zeit des Stromnulldurchganges. Dies erleichtert die Löschung des Lichtbogens, da die restlichen Ladungsträger schneller wegdiffundieren können., wenn sie nicht mehr magnetisch abgelenkt werden. Andererseits ist der mechanische Aufbau dieses bekannten Schaltstückes komplizierter und mechanisch weniger belastbar.It proves to be equally expedient for the effectiveness and for the producibility if the outer diameter of the contact plate corresponds approximately to the inner diameter of the ring part. With this dimensioning of the contact plate and the ring part, the axial magnetic field is already present in full at the edge of the contact plate. At the same time in this design, the ring part and the contact plate as a single body, for. Example as casting, manufactured 'are up. It is already known per se to provide, in the case of vacuum interrupters with an annular part of each contact piece and a diametrical web, arms which extend at right angles to these and extend close to the diametrical web and to which the contact plate is attached (IEEE Trans. Power Apparatus and Systems, Vol PAS 99, 6 (1980), pages 2079 to 2085). In this arrangement, too, the axial magnetic field is divided into four quadrants of opposite polarity. The weakening of the residual magnetic field in the contact plate at the time of the zero current crossing is advantageous here. This makes it easier to extinguish the arc, since the remaining charge carriers can diffuse away more quickly if they are no longer magnetically deflected. On the other hand, the mechanical structure of this known contact piece is more complicated and less mechanically loadable.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung können zwei nach der Erfindung gestaltete Schaltstücke einander derart gegenüberstehend angeordnet und geführt werden, daß sich die diametralen Stege der Ringteile rechtwinklig kreuzen. Man erreicht auf diese Weise, daß die von den Schaltstücken erzeugten Magnetfelder überall die gleiche Richtung haben und infolgedessen anziehende Kräfte auftreten. Dadurch werden unerwünschte Abhebungen der Schaltstücke unter dem Einfluß von Stoßströmen vermieden.According to a development of the invention, two switching pieces designed according to the invention can be arranged opposite one another and guided in such a way that the diametrical webs of the ring parts cross at right angles. It is achieved in this way that the contact pieces generated magnetic fields have the same direction everywhere and consequently attractive forces occur. This avoids undesirable lifting of the contact pieces under the influence of surge currents.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention is explained below with reference to the embodiment shown in the figures.
Die Fig. 1 zeigt eine Vakuumschaltröhre in vereinfachter Darstellung im Schnitt.Fig. 1 shows a vacuum interrupter in a simplified representation in section.
Die Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Viertels eines der in der Fig. 1 gezeigten Schaltstücke.FIG. 2 shows a perspective illustration of a quarter of one of the switching elements shown in FIG. 1.
Die Fig.- 3 zeigt in einer auseinandergezogenen Darstellung eine Draufsicht auf den Ringteil eines Schaltstückes und die zugehörige Kontaktplatte sowie die auftretenden Richtungen des magnetischen Feldes.3 shows an exploded view of a top view of the ring part of a switching element and the associated contact plate and the directions of the magnetic field that occur.
Die Vakuumschaltröhre 1 gemäß der Fig. 1 weist einen mittleren Metallzylinder 2 und hieran beidseitig anschließend Isolierkörper 3 auf. Mit einer unteren Abschlußplatte 4 ist ein Stromzuführungsbolzen 5 verbunden, dessen äußeres Ende mit einer Anschlußvorrichtung für den zu schaltenden Stromkreis zu verbinden ist. An dem inneren Ende des Stromzuführungsbolzens 5 befindet sich ein feststehendes Schaltstück 6 mit einem Ringteil 13 und einem diametralen Steg 14. Der obere Isolierkörper 3 ist mit einer weiteren Abschlußplatte 7 versehen, in der ein weiterer Stromzuführungsbolzen 10 in axialer Richtung verschiebbar geführt ist. Zur Abdichtung der Vakuumschaltröhre 1 gegenüber der Umgebung dient ein Faltenbalg 11, dessen eines Ende mit der Abschlußplatte 7 und dessen anderes Ende mit dem Stromzuführungsbolzen 10 verbunden ist. In bekannter Weise kann je nach der gewählten Ausführung der Teile der elektrische Anschluß an der Abschlußplatte 7 oder an dem äußeren Ende des Stromzuführungsbolzens 10 erfolgen. An dem inneren Ende dieses Stromzuführungsbolzens befindet sich ein bewegbares Schaltstück 12, das gleichfalls einen Ringteil 18 und einen diametralen Steg 19 besitzt. Die diametralen Stege 14 und 19 werden im folgenden verkürzt als Querstege bezeichnet.The
In der Fig. 2 ist ein Viertel des in der Fig. 1 gezeigten Schaltstückes 6 perspektivisch dargestellt. Wie man erkennt weist das Schaltstück 6 einen Ringteil 13 auf, der mit dem Stromzuführungsbolzen 5 über einen Quersteg 14 in Verbindung steht. Der Quersteg 14 ist niedriger als der Ringteil 13 und besitzt etwa dessen halbe Höhe. An seiner Unterseite ist der Quersteg 14 zu dem Stromzuführungsbolzen 5 abgeschrägt ausgebildet, um gute Festigkeitseigenschaften .der Anordnung zu erzielen. In rechtwinkliger Erstreckung zu dem Quersteg 14 geht vom oberen Rand des Ringteiles 13 ein abgewinkelter Arm 15 aus, der die Verbindung zu einer Kontaktplatte 16 bildet. Es ist zu beachten, daß ein weiterer Arm 17 vorhanden ist, der in Fig. 2 wegen der perspektivischen Vierteldarstellung nicht erkennbar ist, dessen Anordnung jedoch aus der Fig. 3 hervorgeht. Sowohl die Fig. 2 als auch die Fig. 3 zeigt, daß die Kontaktplatte 16 so bemessen ist, daß ihr Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Ringteils 13 entspricht. In bekannter Weise ist die Kontaktplatte 16 mit einer für das Schalten im Vakuum besonders geeigneten Auflage 20 versehen, die vorzugsweise aus einem Chrom-Kupferverbundwerk stoff bestehen kann.FIG. 2 shows a quarter of the switching element 6 shown in FIG. 1 in perspective. As can be seen, the switching piece 6 has a
Zum Verständnis der Wirkungsweise der neuen Vakuumschaltröhre sei angenommen, daß ein Strom in den Stromzuführungsbolzen 5 von unten eintritt. Dieser Strom verteilt sich über den Quersteg 14 gemäß den in Fig. 3 eingetragenen Pfeilen. Wie man erkennt, gelangt der Strom über die als Einspeisestellen wirkenden Arme 15 und 17 zu der Kontaktplatte 16. Auf diese Weise wechselt die Stromrichtung innerhalb des Ringteiles 13 von Quadrant zu Quadrant, so daß axialgerichtete Magnetfelder erzeugt werden, deren Richtungen gleichfalls von Quadrant zu Quadrant wechseln. Die Richtungen der Ströme und der Magnetfelder sind praktisch unabhängig von der Stelle, an der beim Schalten der Lichtbogen zwischen den Kontaktplatten 16 bzw. der Kontaktauflage 20 der Schaltstücke 6 und 12 (Fig. 1) steht. Eine Ausnahme bildet der Fall, daß ein Schaltlichtbogen unmittelbar über einer der Einspeisestellen, d, h. an der Einmündung eines der Arme 15. oder 17 in die Kontaktplatte 16 entsteht. In diesem Fall fließt der gesamte Strom nur über die eine Hälfte des Ringteiles 13. Schädliche Folgen der Zündung des Lichtbogens an diesen Stellen werden jedoch dadurch vermieden, daß die zusammenwirkenden Schaltstücke 6 und 12 relativ zueinander um 90 gedreht montiert sind. Dies ist in der Fig. 1 an der Stellung des Quersteges 14 des Schaltstückes 6 und des Quersteges 19 des Schaltstückes 12 erkennbar. Hierdurch wird erreicht, daß der Lichtbogen der Wirkung des von dem Quersteg des gegenüberliegenden Schaltstückes erzeugten radialen Magnetfeldes ausgesetzt wird, das den Lichtbogen bewegt und verhindert, daß das Kontaktmaterial zu stark aufgeschmolzen wird.To understand the operation of the new vacuum interrupter, it is assumed that a current enters the
Die Versetzung der zusammenwirkenden Schaltstücke um 90° hat die weitere vorteilhafte Folge, daß in den sich jeweils gegenüberliegenden Quadranten der Ringteile der Schaltstücke in gleicher Richtung fließende Ströme vorhanden sind. Infolgedessen ziehen sich die Schaltstücke an, wodurch Kontaktabhebungen unter dem Einfluß von Stoßströmen vermieden werden. Ferner herrscht im ganzen Kontaktzwischenraum das erwünschte axiale Magnetfeld. Dieses ist im übrigen bereits am äußeren Rand der Kontaktplatten 16 voll wirksam, weil der Durchmesser der Kontaktplatten etwa dem Innendurchmesser der Ringteile entspricht.The offset of the interacting switching elements by 90 ° has the further advantageous consequence that currents flowing in the same direction are present in the respectively opposite quadrants of the ring parts of the switching elements. As a result, the contact pieces attract each other, avoiding contact lifting under the influence of surge currents. Furthermore, the desired axial magnetic field prevails in the entire contact gap. This is already fully effective on the outer edge of the
Die verhältnismäßig einfache Form der neuen Schaltstücke ermöglicht eine wirtschaftliche Herstellung nach verschie-denen bekannten Verfahren. Bei geeigneter Gestaltung einer Form können die Schaltstücke z. B. als einteilige Gußkörper hergestellt werden, auf die nur noch die Kontaktauflagen aufzubringen sind. Ferner ist eine zweiteilige Herstellung möglich, bei der z. B. der Ringteil mit dem Quersteg und dem Armen als Gußkörper hergestellt wird an dem anschließend die Kontaktplatte befestigt wird.The relatively simple shape of the new switching elements enables economical production according to different the known methods. With a suitable design of a shape, the contact pieces z. B. be produced as a one-piece cast body on which only the contact pads are to be applied. Furthermore, a two-part production is possible, in which, for. B. the ring part with the crossbar and the arms is produced as a cast body to which the contact plate is then attached.
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Inventor name: ZUECKLER, KARL, DR. RER. NAT. |