EP0116837A1 - Contact arrangement for vacuum switch - Google Patents

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EP0116837A1 EP84100246A EP84100246A EP0116837A1 EP 0116837 A1 EP0116837 A1 EP 0116837A1 EP 84100246 A EP84100246 A EP 84100246A EP 84100246 A EP84100246 A EP 84100246A EP 0116837 A1 EP0116837 A1 EP 0116837A1
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    • 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
    • H01H33/6646—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having non flat disc-like contact surface

Definitions

  • the opening angle of the pot contact is chosen smaller than the opening angle of the other contact, so that when the contacts are closed there is an annular contact contact surface between the conical surface parts and an arc is drawn there when the contacts are opened.
  • the arc is supposed to rotate in a radial plane between the conical surfaces by means of magnetic force (German Offenlegungsschrift 29 25 189).

Abstract

Von den in ihrer Achsrichtung relativ zueinander beweglichen Kontakten (2, 12) ist einer als Topfkontakt gestaltet. Erfindungsgemäß ist zwischen dem anderen Kontakt (12) und dessen Stromzuführung (18) eine Kondensationsplatte (16) vorgesehen, deren Durchmesser größer ist als der Innendurchmesser am Rand des Topfkontaktes (2). In dieser Ausführungsform bildet die Seitenband (4) des Topfkontaktes (2) einen Leiting für den Metalldampf, von dem ein wesentlicher Teil an der Kondensationsplatte (16) kondensiert.One of the contacts (2, 12) that is movable relative to one another in its axial direction is designed as a pot contact. According to the invention, a condensation plate (16) is provided between the other contact (12) and its power supply (18), the diameter of which is larger than the inside diameter at the edge of the pot contact (2). In this embodiment, the side band (4) of the pot contact (2) forms a guide for the metal vapor, a substantial part of which condenses on the condensation plate (16).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit in ihrer Achsrichtung relativ zueinander beweglichen Kontakten, von denen einer als Topfkontakt gestaltet ist, dessen Seitenwand, deren innere Höhe größer ist als der Öffnungshub der Kontakte, den anderen Kontakt teilweise umgibt.The invention relates to a contact arrangement for vacuum switches with axially movable contacts, one of which is designed as a pot contact, the side wall, the inner height of which is greater than the opening stroke of the contacts, partially surrounds the other contact.

Beim Öffnen der Kontakte unter Strombelastung wird nach der galvanischen Trennung der Kontakte ein Lichtbogen gezündet, der zunächst an der letzten metallischen Berührungsstelle entsteht und sich dann im Spalt zwischen den Kontakten ausbreitet. Der zum Stromtransport notwendige Metalldampf wird in einer Vielzahl von Kathodenflecken erzeugt, die auf der negativen Elektrode entstehen. Um einen Niederschlag der Erosionsprodukte, nämlich Metalldampf und Metallpartikel, am Isolationskörper des Schaltergehäuses zu verhindern, ist die Löschkammer von größeren Vakuumschaltern im allgemeinen mit wenigstens einem sogenannten Dampfschirm versehen, der jedoch den Schalter verteuert und die Löschkammer entsprechend vergrößert.When the contacts are opened under current load, an arc is ignited after the galvanic isolation of the contacts, which arises initially at the last metallic contact point and then spreads in the gap between the contacts. The metal vapor necessary for the transport of electricity is generated in a large number of cathode spots that form on the negative electrode. In order to prevent precipitation of the erosion products, namely metal vapor and metal particles, on the insulation body of the switch housing, the quenching chamber of larger vacuum switches is generally provided with at least one so-called steam shield, which, however, makes the switch more expensive and enlarges the quenching chamber accordingly.

Bis zu Strömen von etwa 10 kA erhält man einen diffusen Metalldampflichtbogen, dessen Brennspannung wegen der niedrigen Feldstärke im Plasma nur etwa 20 bis 50 V beträgt. Die Lichtbogenbelastung derartiger Kontakte, zwischen denen ein diffuser Lichtbogen brennt, ist deshalb beim Löschvorgang verhältnismäßig gering. Die Schaltaufgaben der Schaltröhren für verhältnismäßig geringe Schaltleistung lassen sich deshalb durch Scheibenkontakte mit flacher oder geringfügig gewölbter Kontaktauflagefläche erfüllen. Da Metallpartikel und bei engem Kontaktspalt auch der Metalldampf vorwiegend radial zur Kontaktauflagefläche emittiert werden, erreichen die Erosionsprodukte auf dem kürzesten Wege das Gehäuse der Löschkammer. Diese Erosionsprodukte lagern sich zum Teil in einer verhältnismäßig schmalen, ringförmigen Wandzone ab, die den Spalt zwischen den geöffneten Kontakten konzentrisch umgibt. Die thermische Belastung dieser Zone ist somit entsprechend hoch. Bei steigender Dicke der Ablagerungsschicht besteht die Gefahr, daß sich Teile der Schicht infolge thermischer Spannungen ablösen und den Vakuumschalter unbrauchbar machen. Ein weiterer Teil des aus dem Kontaktspalt austretenden Metalldampfes wird mindestens einmal an der Gehäusewand reflektiert und kann damit auch Schalterteile erreichen, die nicht am direkten Wege des Metalldampfes liegen.Up to currents of about 10 kA, a diffuse metal vapor arc is obtained, the operating voltage of which is only about 20 to 50 V due to the low field strength in the plasma. The arc load of such contacts, between which a diffuse arc burns, is therefore relatively low during the extinguishing process. The switching tasks of the switching tubes for proportionate Low switching capacity can therefore be achieved with disc contacts with a flat or slightly curved contact contact surface. Since metal particles and, in the case of a narrow contact gap, the metal vapor are predominantly emitted radially to the contact contact surface, the erosion products reach the housing of the arcing chamber in the shortest possible way. Some of these erosion products are deposited in a relatively narrow, annular wall zone that concentrically surrounds the gap between the open contacts. The thermal load in this zone is accordingly high. As the thickness of the deposit layer increases, there is a risk that parts of the layer become detached as a result of thermal stresses and render the vacuum switch unusable. Another part of the metal vapor emerging from the contact gap is reflected at least once on the housing wall and can thus also reach switch parts that are not directly connected to the metal vapor.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einem Vakuumschalter für hohe Schaltzahlen und verhältnismäßig geringe Schaltleistung eine ungünstige Wirkung der Erosionsprodukte auf die Schaltereigenschaften zu verhindern. Zugleich soll das Abbrandverhalten des Schalters verbessert werden und außerdem soll der Schalter einen einfachen Aufbau und eine geringe Größe haben.The invention is therefore based on the object to prevent an unfavorable effect of the erosion products on the switch properties in a vacuum switch for high switching numbers and relatively low switching power. At the same time, the erosion behavior of the switch should be improved and the switch should also have a simple structure and a small size.

Es ist nun bereits bekannt, bei Vakuumschaltern mit sogenannten Axialfeldkontakten einen der beiden koaxial zueinander angeordneten Kontakte als Topfkontakt zu gestalten, dessen zum Rand sich konisch erweiternde Innenseite seiner Seitenwand über den anderen Kontakt, dessen Außenseite sich ebenfalls konisch erweitert, übergreift. Der Öffnungswinkel des Topfkontaktes ist kleiner gewählt als der Öffnungswinkel des anderen Kontakts, so daß sich bei geschlossenen Kontakten eine ringförmige Kontaktauflagefläche zwischen den konischen Oberflächenteilen ergibt und dort beim Öffnen der Kontakte ein Lichtbogen gezogen wird. Durch diese Gestaltung soll der Lichtbogen durch magnetische Kraftwirkung zwischen den konischen Oberflächen in einer radialen Ebene rotieren (deutsche Offenlegungsschrift 29 25 189).It is already known to design one of the two contacts arranged coaxially to one another as a pot contact in vacuum switches with so-called axial field contacts, the inside of its side wall that widens conically towards the edge over the other contact, the outside of which also widens conically. spreads. The opening angle of the pot contact is chosen smaller than the opening angle of the other contact, so that when the contacts are closed there is an annular contact contact surface between the conical surface parts and an arc is drawn there when the contacts are opened. With this design, the arc is supposed to rotate in a radial plane between the conical surfaces by means of magnetic force (German Offenlegungsschrift 29 25 189).

Demgegenüber werden in einer Kontaktanordnung der eingangs genannten Art mit sogenannten Flachkontakten die Kontaktauflageflächen in einem ebenen zentralen Bereich am Boden des Topfkontaktes und an der freien Stirnseite des anderen Kontaktes gebildet.In contrast, in a contact arrangement of the type mentioned at the beginning with so-called flat contacts, the contact contact surfaces are formed in a flat central area at the bottom of the pot contact and on the free end face of the other contact.

Eine derartige bekannte Kontaktanordnung für Vakuumschalter enthält Topfkontakte, bei denen die Seitenwand des einen Kontaktes, dessen Kontaktboden als Kontaktauflagefläche dient, den anderen Kontakt wenigstens teilweise umschließt, dessen Stirnfläche die Kontaktauflagefläche bildet. Durch magnetische Kräfte soll der Lichtbogen radial nach außen zwischen die konzentrischen Seitenwände der Kontakte getrieben werden, deren einander zugewandte Oberflächen als Abbrandbereiche dienen (deutsche Offenlegungsschrift 25 46 376). Bei diesen bekannten Ausführungsformen können somit die Erosionsprodukte des Lichtbogens sich nahezu ungehindert ins Gehäuse des Schalters ausbreiten.Such a known contact arrangement for vacuum switches contains pot contacts in which the side wall of one contact, the contact base of which serves as a contact support surface, at least partially encloses the other contact, the end face of which forms the contact support surface. The arc is to be driven radially outward by magnetic forces between the concentric side walls of the contacts, whose mutually facing surfaces serve as areas of erosion (German Offenlegungsschrift 25 46 376). In these known embodiments, the erosion products of the arc can thus spread almost unhindered into the housing of the switch.

Die genannte Aufgabe wird nun bei dieser Kontaktanordnung erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. In dieser Ausführungsform der Kontaktanordnung bildet die Seitenwand des Topfkontaktes einen Metalldampfleitring, der wenigstens einen wesentlichen Teil des Metalldampfes dem freien Teil der Flachseite der Kondensationsplatte zuleitet und dort kondensieren läßt und dessen dem anderen Kontakt zugewandte Stirnfläche vorzugsweise so gestaltet sein kann, daß sie mit dem zugewandten Teil der freien Oberfläche des anderen Kontakts und der Kondensationsplatte einen strömungsgünstigen Metalldampfleitspalt bildet. Der Dampfaustrittswinkel wird vorzugsweise so gewählt, daß selbst bei einmaliger Reflexion einer gewissen Zahl von Metallatomen an der Kondensationsplatte vom Metalldampf keine Isolationsteile erreicht werden.The stated object is now achieved in this contact arrangement according to the invention with the characterizing features of claim 1. In this embodiment of the contact arrangement, the side wall of the pot forms Contact a metal vapor guide ring, which feeds at least a substantial part of the metal vapor to the free part of the flat side of the condensation plate and can condense there and whose end face facing the other contact can preferably be designed such that it faces the facing part of the free surface of the other contact and the Condensation plate forms a streamlined metal vapor conducting gap. The vapor exit angle is preferably selected so that even with a single reflection of a certain number of metal atoms on the condensation plate, no insulation parts are reached from the metal vapor.

In einer besonderen Ausführungsform der Kontaktanordnung kann die Kondensationsplatte auch mit einer Rillenstruktur versehen sein.In a special embodiment of the contact arrangement, the condensation plate can also be provided with a groove structure.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel einer Kontaktanordnung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist. Figur 1 zeigt einen Teil eines Vakuumschalters mit einer Kontaktanordnung nach der Erfindung als Schnittbild und in Figur 2 ist eine besondere Gestaltungsform der Kontakte veranschaulicht.To further explain the invention, reference is made to the drawing, in which an embodiment of a contact arrangement according to the invention is illustrated schematically. Figure 1 shows part of a vacuum switch with a contact arrangement according to the invention as a sectional view and in Figure 2, a special design form of the contacts is illustrated.

In Figur 1 ist ein Topfkontakt mit 2 bezeichnet, dessen Seitenwand 4 einen Metalldampfleitring bildet und dessen freie Stirnfläche seines Bodens 6 als Kontaktauflagefläche dient. Der Topfkontakt 2 ist mit Hilfe einer Stromzuführung 8 relativ beweglich zu einem weiteren Kontakt 12, der als scheibenförmiger Flachkontakt gestaltet ist und dessen freie Stirnfläche die Kontaktauflagefläche bildet. Zwischen diesem Kontakt 12 und einem vorzugsweise metallischen Teil eines Gehäuses 14 ist eine scheibenförmige Kondensationsplatte 16 vorgesehen, die aus einem gut wärmeleitenden Material, vorzugsweise Kupfer oder auch einer Chrom-Kupfer-Legierung, besteht und deren Durchmesser D vorzugsweise wesentlich größer ist als der innere Durchmesser d des Topfkontakts 2. Eine Stromzuführung 18 für den Kontakt 12 ist an der Kondensationsplatte 16 befestigt. Sie kann jedoch auch mit dem Gehäuse 14 verbunden sein.In Figure 1, a pot contact is designated 2, the side wall 4 forms a metal vapor guide ring and the free end face of its bottom 6 serves as a contact support surface. The pot contact 2 is relatively movable by means of a power supply 8 to a further contact 12, which is designed as a disc-shaped flat contact and the free end face of which forms the contact contact surface. Between this contact 12 and a preferably metallic part of a Housing 14 is a disc-shaped condensation plate 16 is provided, which consists of a good heat-conducting material, preferably copper or a chrome-copper alloy, and whose diameter D is preferably much larger than the inner diameter d of the pot contact 2. A power supply 18 for the Contact 12 is attached to the condensing plate 16. However, it can also be connected to the housing 14.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Kontaktanordnung erhält man dadurch, daß die Kondensationsplatte 16 an ihrer über den Kontakt 12 hinausragenden freien Oberfläche mit Rillen 22 versehen ist, deren Breite b kleiner als ihr Abstand a und auch kleiner als ihre Tiefe t gewählt werden kann. Diese Rillen 22 vergrößern die Kondensationsfläche. Sie vermindern außerdem den Teil des in die Löschkammer reflektierten Materials, weil das innerhalb einer Rille reflektierte Material auf der gegenüberliegenden Rillenwand auftrifft. Die Rillenstruktur kann insbesondere so gestaltet sein, daß das Verhältnis von Rillenbreite b zum Rillenabstand a etwa 0,2 bis 0,8 beträgt.A particularly advantageous embodiment of the contact arrangement is obtained in that the condensation plate 16 is provided with grooves 22 on its free surface projecting beyond the contact 12, the width b of which can be chosen to be smaller than its distance a and also smaller than its depth t. These grooves 22 enlarge the condensation area. They also reduce the amount of material reflected in the quenching chamber because the material reflected within a groove hits the opposite groove wall. The groove structure can in particular be designed such that the ratio of groove width b to groove distance a is approximately 0.2 to 0.8.

Eine besonders günstige Wirkung auf die Metalldampfströmung beim Löschvorgang erhält man mit einer Seitenwand 4 des im wesentlichen flachen Topfkontaktes 2, deren Höhe s größer ist als der Kontakthub h der Kontaktanordnung. Diese Höhe s der Seitenwand 4 kann vorzugsweise wenigstens das 1,5fache des Kontakthubs h betragen und wird im allgemeinen den zweifachen Kontakthub nicht wesentlich überschreiten, damit die Strömung des Metalldampfes nicht wesentlich behindert wird. Durch die umlenkende Wirkung der Seitenwand 4 als Metalldampfleitring werden die beim Löschvorgang entstehenden Plasmastrahlen und Metalldämpfe der Kondensationsplatte 16 zugeführt und können somit in Kontaktnähe kondensieren. Der Durchmesser D der Kondensationsplatte 16 kann vorzugsweise so gewählt werden, daß in der durch eine strichpunktierte Linie 23 angedeuteten Richtung abgestrahlter Metalldampf noch auf den freien Teil der Flachseite der Kondensationsplatte 16 auftrifft. Diese Richtung ergibt sich aus der Verbindungslinie zwischen dem äußeren Rand des Kontakts 12 und dem inneren Rand der Seitenwand 4 des Topfkontakts 2. Ein zusätzlicher Dampfschirm zum Schutze eines in der Figur nicht dargestellten Isolators des Gehäuses 14 ist somit nicht erforderlich.A particularly favorable effect on the metal vapor flow during the extinguishing process is obtained with a side wall 4 of the essentially flat pot contact 2, the height s of which is greater than the contact stroke h of the contact arrangement. This height s of the side wall 4 can preferably be at least 1.5 times the contact stroke h and will generally not substantially exceed twice the contact stroke so that the flow of the metal vapor is not significantly impeded. Due to the deflecting effect of the side wall 4 as a metal vapor guide ring, the plasma generated during the extinguishing process radiate and metal vapors supplied to the condensation plate 16 and can thus condense in the vicinity of the contact. The diameter D of the condensation plate 16 can preferably be selected such that metal vapor emitted in the direction indicated by a dash-dotted line 23 still strikes the free part of the flat side of the condensation plate 16. This direction results from the connecting line between the outer edge of the contact 12 and the inner edge of the side wall 4 of the pot contact 2. An additional steam shield to protect an insulator of the housing 14, not shown in the figure, is therefore not necessary.

In einer besonderen Ausführungsform der Kontaktanordnung nach Figur 2 enthält die Kontaktanordnung einen flachen Topfkontakt 3, dessen innere Oberfläche am Übergang zwischen der zentralen und nicht näher bezeichneten Kontaktauflagefläche und dem Rand der Seitenwand 5 abgerundet ist. Die Schmalfläche eines flachen Kontakts 13 ist derart geneigt, daß zwischen der Seitenwand 5 des Topfkontakts 3 und dem flachen Kontakt 13 ein Metalldampfleitspalt 24 mit einem abströmgünstigen Düsenprofil entsteht. In dieser Ausführungsform der Kontaktanordnung ist die Behinderung der Metalldampfströmung durch den Metalldampfleitring des Topfkontaktes 3 entsprechend gering.In a special embodiment of the contact arrangement according to FIG. 2, the contact arrangement contains a flat pot contact 3, the inner surface of which is rounded at the transition between the central and unspecified contact contact surface and the edge of the side wall 5. The narrow surface of a flat contact 13 is inclined in such a way that between the side wall 5 of the pot contact 3 and the flat contact 13 there is a metal vapor conducting gap 24 with an outflow-favorable nozzle profile. In this embodiment of the contact arrangement, the impediment to the metal vapor flow through the metal vapor guide ring of the pot contact 3 is correspondingly low.

Claims (7)

1. Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit in ihrer Achsrichtung relativ zueinander beweglichen Kontakten, von denen einer als Topfkontakt (2) gestaltet ist, dessen Seitenwand (4), deren innere Höhe (s) größer ist als der Kontakthub (h) der Kontakte, den anderen Kontakt (12) teilweise umgibt, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem anderen Kontakt (12) und dessen Stromzuführung (18) eine Kondensationsplatte (16) vorgesehen ist, deren Durchmesser (D) größer ist als der Innendurchmesser (d) am Rand des Topfkontaktes (2) (Fig. 1).1. Contact arrangement for vacuum switches with axially movable contacts, one of which is designed as a pot contact (2), the side wall (4), the inner height (s) of which is greater than the contact stroke (h) of the contacts, the other Partially surrounds contact (12), characterized in that a condensation plate (16) is provided between the other contact (12) and its power supply (18), the diameter (D) of which is larger than the inside diameter (d) at the edge of the pot contact ( 2) (Fig. 1). 2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kondensationsplatte (16) einen Teil des Gehäuses (14) des Vakuumschalters bildet.2. Contact arrangement according to claim 1, characterized in that the condensation plate (16) forms part of the housing (14) of the vacuum switch. 3. Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der dem Topfkontakt (2) zugewandte freie Teil der Flachseite der Kondensationsplatte (16) mit Rillen (22) versehen ist.3. Contact arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the pot contact (2) facing free part of the flat side of the condensation plate (16) is provided with grooves (22). 4. Kontaktanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Breite (b) der Rillen (22) kleiner ist als ihre Tiefe (t).4. Contact arrangement according to claim 3, characterized in that the width (b) of the grooves (22) is smaller than their depth (t). 5. Kontaktanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Rillenbreite (b) kleiner ist als der Abstand (a) der Rillen 22.5. Contact arrangement according to claim 3, characterized in that the groove width (b) is smaller than the distance (a) of the grooves 22nd 6. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die innere Höhe (s) der Seitenwand (4) des Topfkontaktes (2) wenigstens das 1,5fache des Kontakthubs (h) der Kontaktanordnung beträgt.6. Contact arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the inner height (s) of the side wall (4) of the pot contact (2) is at least 1.5 times the contact stroke (h) of the contact arrangement. 7. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die dem anderen Kontakt (13) zugewandte Oberfläche der Seitenwand (5) des Topfkontakts (3) und die Schmalseite des anderen Kontakts (13) derart gestaltet sind, daß der entstehende Metalldampfleitspalt (24) ein Düsenprofil hat (Fig. 2).7. Contact arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the other contact (13) facing surface of the side wall (5) of the pot contact (3) and the narrow side of the other contact (13) are designed such that the resulting Metalldampfleitspalt (24) has a nozzle profile (Fig. 2).
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