EP0149061A1 - Vakuumschalter für den Niederspannungsbereich, insbesondere Niederspannungsschütz - Google Patents

Vakuumschalter für den Niederspannungsbereich, insbesondere Niederspannungsschütz Download PDF

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EP0149061A1 EP84114144A EP84114144A EP0149061A1 EP 0149061 A1 EP0149061 A1 EP 0149061A1 EP 84114144 A EP84114144 A EP 84114144A EP 84114144 A EP84114144 A EP 84114144A EP 0149061 A1 EP0149061 A1 EP 0149061A1
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    • 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
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H01H33/66261—Specific screen details, e.g. mounting, materials, multiple screens or specific electrical field considerations

Definitions

  • the invention relates to a vacuum switch for the low-voltage range, in particular a low-voltage contactor, consisting of a vacuum switching tube with a switching chamber and a first contact piece fixed therein, and a power supply bolt that is movable relative thereto and a second contact piece, the vacuum switching tube having an insulator section that is at least partially shielded on the vacuum side is surrounded.
  • a low-voltage contactor consisting of a vacuum switching tube with a switching chamber and a first contact piece fixed therein, and a power supply bolt that is movable relative thereto and a second contact piece, the vacuum switching tube having an insulator section that is at least partially shielded on the vacuum side is surrounded.
  • Each switch contains a high-resistance insulating section, which should not change as far as possible during the entire life of the switch.
  • dust and water vapor and the like can deposit on the insulator on the atmospheric side, while metal vapor from the evaporating contact material can deposit on the vacuum-side surface and thus impair the insulating ability of the insulator.
  • Shields are therefore required on the vacuum side of the insulators to prevent metal vapor condensation; Depending on the applied voltage, such shields can sometimes be structurally complex.
  • DE-AS 19 57 829 describes a low-voltage vacuum switch in which a base plate of the switching tube is designed as an insulator, which is provided on the vacuum side with a lid-shaped, conically extending shield.
  • a vacuum switch is known from DE-AS 26 12 129, in which the insulator forms the entire hollow cylinder as part of the switching chamber and the shield is formed by a concentric ring located therein.
  • the inner ring which is shorter in length than the insulator length, essentially encloses the contact area with rigid and, in contrast, movable contact bolts.
  • Other vacuum switches also have shields made up of several individual parts.
  • the aim is to make the isolator section as short as possible.
  • the switching tube is made of ceramic, for which purpose essentially annular elements can be used.
  • individual metal vapor molecules can still reflect on the iso through several reflections lator, condense there and thus form an electrically conductive coating.
  • the object of the invention is therefore to provide a simple shield in vacuum switches with short insulator distances, which has sufficient effectiveness over the entire life of the switch.
  • the problem is solved according to the invention in that the shield is arranged as a concentric hollow cylinder within the insulator section designed as a ceramic ring, the axial length of which is at least 1.5 times the ceramic ring.
  • the shielding cylinder can preferably have approximately three times the length of the insulator ring.
  • the shielding cylinder is as close as possible to the isolator and associated bellows within the vacuum switching tube arranged, but the outer circumference of the shielding cylinder should be at a sufficient distance from the inner circumference of the insulator ring.
  • a gap between 0.5 and 3 mm is preferably formed between the inside of the insulator and the outside of the shielding cylinder. This gap ensures that, even when taking into account the manufacturing tolerances, no contact can occur and that, on the other hand, the gap length is less than the expected free path lengths of the evaporation particles from the switching path between the contact pieces.
  • a vacuum switch for low-voltage systems with the shielding according to the invention can be constructed comparatively easily, so that production is inexpensive.
  • the figure shows a sectional view of a vacuum switch constructed according to the invention.
  • 1 denotes the entire vacuum switching tube. It consists in particular of a pot-like part 2 as a switching chamber, to which a first power supply bolt 3 with a contact piece 4 lying in the switching chamber 2 is fixedly attached. Opposite, a metallic bellows 6, which can be moved in the axial direction, is attached to a base plate 5 in a vacuum-tight manner Switching chamber 2 is connected via an insulator ring 8. In order to produce the vacuum-tight connection between metal and insulator parts, extension rings 7 made of such material are used, which have thermal expansion properties that they can be vacuum-tightly connected on the one hand to metal and on the other hand to ceramic. In the base plate 5, a contact pin 9 is inserted, which carries a switching piece 10 at its upper end.
  • the hollow cylinder 11 Concentric to the insulator ring 8 with the length s J there is a hollow cylinder 11 in the switching chamber, with which the ceramic is shielded from the switching contacts.
  • the hollow cylinder 11 has a tubular extension at its upper end, ie the end facing the switching contacts in the figure, so that a cap 12 is formed, which enables attachment to the switching chamber 2.
  • the cap 12 is soldered to parts 2 and 7.
  • the shielding cylinder 11 has s compared to the insulator length . for example three times the length. However, it must have at least 1.5 times the length of the insulator ring 8, the upper limit of the length being such that the distance s to the base plate 5 of the switching tube is at least as great as that to be expected during the entire service life of the contact pieces axial burnup is in mm, for example.
  • a gap d As narrow a gap d as possible, which is smaller than the free path lengths of the evaporating particles.
  • the manufacturing tolerances have to be taken into account, so that due to the expected rounding, e.g. in the case of the insulator rings, no electrically conductive connection can arise through the shielding cylinder.
  • a gap width d in the range of 0.5 to 3 mm has proven to be practical and suitable.

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  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vakuumschalter für den Niederspannungsbereich insbesondere Niederspannungsschütz, bestehend aus einem Vakuumschaltrohr mit Schaltkammer und einem darin fest angeordneten ersten Kontaktstück sowie einem demgegenüber beweglichen Stromzuführungsbolzen mit zweitem Kontaktstück, wobei das Vakuumschaltrohr eine Isolatorstrecke aufweist, die vakuumseitig zumindest teilweise von einer Abschirmung umgeben ist. Gemäß der Erfindung ist die Abschirmung als konzentrischer Hohlzylinder (11) innerhalb der als Keramikring (8) ausgebildeten Isolatorstrecke angeordnet, wobei die axiale Länge des Abschirmzylinders (11) wenigstens das 1,5-fache des Keramikringes (8) beträgt. Es läßt sich so kostengünstig ein Vakuumschalter mit kurzer Isolatorstrecke für hohe Schaltspielzahlen aufbauen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Vakuumschalter für den Niederspannungsbereich, insbesondere Niederspannungsschütz, bestehend aus einem Vakuumschaltrohr mit Schaltkammer und einem darin fest angeordneten ersten Kontaktstück sowie einem demgegenüber beweglichen Stromzuführungsbolzen mit zweitem Kontaktstück, wobei das Vakuumschaltrohr eine Isolatorstrecke aufweist, die vakuumseitig zumindest teilweise von einer Abschirmung umgeben ist.
  • Jeder Schalter enthält eine hochohmige Isolierstrecke, die sich während der gesamten Lebensdauer des Schalters nach Möglichkeit nicht verändern darf. Bei Vakuumschaltern kann sich am Isolator auf der atmosphärischen Seite Staub und Wasserdampf und dergleichen, dagegen auf der vakuumseitigen Oberfläche Metalldampf aus dem verdampfenden Kontaktmaterial niederschlagen und somit die Isolierfähigkeit des Isolators beeinträchtigen. Es werden deshalb Abschirmungen auf der Vakuumseite der Isolatoren benötigt, um die Metalldampfkondensation zu verhindern; solche Abschirmungen können je nach angewendeter Spannung teilweise konstruktiv recht aufwendig sein.
  • Bei Niederspannungsschaltern werden wegen der niedrigen Nennspannung nur vergleichsweise kleine Isolierwege für die Potentialtrennung benötigt; in der Praxis werden daher neben koaxialen Isolatoren auch solche Isolatorformen verwendet, die eine radiale Isolierstrecke aufweisen. Beispielsweise wird in der DE-AS 19 57 829 ein Niederspannungs-Vakuumschalter beschrieben, bei dem eine Grundplatte des Schaltrohres als Isolator ausgebildet ist, welche vakuumseitig mit einer deckelförmigen, konisch verlaufenden Abschirmung versehen ist. Weiterhin ist aus der DE-AS 26 12 129 ein Vakuumschalter bekannt, bei dem der Isolator als Teil der Schaltkammer den gesamten Hohlzylinder bildet und die Abschirmung durch einen darin liegenden konzentrischen Ring gebildet wird. Durch den in seiner Länge kleiner als die Isolatorlänge realisierten Innenring wird im wesentlichen der Kontaktbereich mit starrem und demgegenüber beweglichen Kontaktbolzen umschlossen. Weitere Vakuumschalter weisen auch aus mehreren Einzelteilen aufgebaute Abschirmungen auf.
  • Aus Kostengründen wird angestrebt, die Isolatorstrecke möglichst kurz auszubilden. In Abweichung zum beschriebenen Stand der Technik wird dazu nur ein Teilbereich des Schaltrohres als Keramik ausgebildet, wozu sich im wesentlichen ringförmige Elemente verwenden lassen. Wenn auch kurze Isolatoren elektrisch für den Niederspannungsbereich ausreichen, so sind trotzdem bestimmte Anforderungen bezüglich der Abschirmungen zu erfüllen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß insbesondere bei Anwendung von SChaltröhren als Schütz für den Niederspannungsbereich besonders hohe Schaltzahlen von beispielsweise einigen Millionen Schaltspielen gefordert werden. Dabei können bei den bisher üblichen Abschirmungen im Laufender Zeit immer noch einzelne Metalldampf-Moleküle durch mehrere Reflexionen zum Isolator gelangen, dort kondensieren und somit einen elektrisch leitenden Belag bilden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei Vakuumschaltern mit kurzen Isolatorstrecken eine einfache Abschirmung zu schaffen, die über die gesamte Lebensdauer des Schalters eine hinreichende Wirksamkeit hat.
  • Die.Äufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abschirmung als konzentrischer Hohlzylinder innerhalb der als Keramikring ausgebildeten Isolatorstrecke angeordnet ist, dessen axiale Länge wenigstens das 1,5-fache des Keramikringes beträgt.
  • Bei der Erfindung wird also ein anderer Weg als beim Stand der Technik eingeschlagen. Es kann also ein für die Niederspannungsanwendung vergleichsweise kurzer Isolator verwendet werden, wobei durch die axiale Länge der Abschirmung sichergestellt ist, daß innerhalb der gesamten Lebensdauer des Schalters die Keramik nicht bedampft und damit das Schaltvermögen nicht beeinträchtigt wird. Die Länge des Abschirmhohlzylinders ist dabei vorzugsweise so bemessen, daß der Abstand zur Grundplatte des Schaltrohres bzw. zum elektrischen Gegenpotential wenigstens so groß ist, wie der während der gesamten Lebensdauer der Kontaktstücke zu erwartende Abbrand beträgt, der eine axiale Längenverkürzung der Schaltrohre bewirkt; vorzugsweise kann der Abschirmzylinder etwa die dreifache Länge des Isolatorringes haben.
  • Der Abschirmzylinder ist innerhalb des Vakuumschaltrohres möglichst nah am Isolator und zugehörigem Federbalg angeordnet, wobei aber der äußere Umfang des Abschirmzylinders einen ausreichenden Abstand vom inneren Umfang des Isolatorringes aufweisen soll. Vorzugsweise wird zwischen Innenseite des Isolators und Außenseite des Abschirmzylinders ein Spalt zwischen 0,5 und 3mm gebildet. Dieser Spalt gewährleistet, daß auch bei Berücksichtigung der Fertigungstoleranzen kein Berührungsschluß entstehen kann und daß andererseits die Spaltlänge geringer als die zu erwartenden freien Wegelängen der Verdampfungsteilchen aus der Schaltstrecke zwischen den Kontaktstücken ist.
  • Insgesamt läßt sich ein Vakuumschalter für Niederspannungsanlagen mit der erfindungsgemäßen Abschirmung vergleichsweise einfach aufbauen, so daß die Herstellung kostengünstig ist.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Ansprüchen.
  • Die Figur zeigt in Schnittdarstellung einen gemäß der Erfindung aufgebauten Vakuumschalter.
  • In der Figur bezeichnet 1 das gesamte Vakuumschaltrohr. Es besteht im einzelnen aus einem topfartigen Teil 2 als Schaltkammer, an dem ein erster Stromzuführungsbolzen 3 mit in der Schaltkammer 2 liegenden Kontaktstück 4 fest angebracht ist. Gegenüberliegend ist an einer Grundplatte 5 ein in axialer Richtung bewegbarer metallischer Federbalg 6 vakuumdicht angebracht, welcher mit der Schaltkammer 2 über einen Isolatorring 8 verbunden ist. Zur Herstellung der vakuumdichten Verbindung zwischen Metall- und Isolatorteilen werden dabei jeweils Ansatzringe 7 aus solchem Werkstoff verwendet, welche thermische Ausdehnungseigenschaften haben, daß sie sich einerseits mit Metall und andererseits mit Keramik vakuumdicht verbinden lassen. In der Grundplatte 5 ist ein Kontaktbolzen 9 eingefügt, der an seinem oberen Ende ein Schaltstück 10 trägt.
  • In der Figur ist der Schalter im geschlossenen Zustand dargestellt. Auf die Ausbildung der Schaltkontakte wird im einzelnen nicht eingegangen.
  • Konzentrisch zum Isolatorring 8 mit der Länge sJ befindet sich in der Schaltkammer ein Hohlzylinder 11, mit dem die Keramik gegenüber den Schaltkontakten abgeschirmt ist. Dabei weist der Hohlzylinder 11 an seinem oberen, d.h. in der Figur den Schaltkontakten zugewandten Ende,eine rohrförmige Erweiterung auf, so daß eine Kappe 12 gebildet wird, welche die Befestigung an der Schaltkammer 2 ermöglicht. Die Kappe 12 ist mit den Teilen 2 und 7 verlötet.
  • Der Abschirmzylinder 11 hat gegenüber der Isolatorlänge s. beispielsweise die dreifache Länge. Er muß jedoch wenigstens die 1,5-fache Länge des Isolatorringes 8 haben, wobei der obere Grenzwert der Länge so bemessen ist, daß der Abstand s zur Grundplatte 5 des Schaltrohres wenigstens so groß ist, wie der während der gesamten Lebensdauer der Kontaktstücke zu erwartende axiale Abbrand z.B. in mm beträgt.
  • Zwischen der Außenwandung des Abschirmzylinders 11 und der Innenwandung des Isolatorringes 8 bzw. des Metallbalges 6 soll ein möglichst enger Spalt d bestehen, der kleiner ist als die freien Weglängen der verdampfenden Teilchen. Allerdings sind die Fertigungstoleranzen zu berücksichtigen, so daß durch die zu erwartenden Unrundungen, z.B. bei den Isolatorringen keine elektrische leitende Verbindung durch den Abschirmzylinder entstehen kann. Eine Spaltbreite d im Bereich von 0,5 bis 3 mm hat sich als praktikabel und geeignet erwiesen.
  • Dauerversuche haben ergeben, daß mit dem vergleichsweise einfachen Aufbau der Abschirmung bereits alle Anforderungen der Praxis erfüllt sind. Auch bei Schaltspielen von mehreren Millionen war die Keramik nicht bedampft und das Schaltvermögen noch voll gewährleistet. Es läßt sich somit ein kostengünstiger Vakuumschalter für Niederspannung aufbauen.

Claims (7)

1. Vakuumschalter für den Niederspannungsbereich, insbesondere Niederspannungsschütz, bestehend aus einem Vakuumschaltrohr mit Schaltkammer und einem darin fest angeordneten ersten Kontaktstück sowie einem demgegenüber beweglichen Stromzuführungsbolzen mit zweitem Kontaktstück, wobei das Vakuumschaltrohr eine Isolatorstrecke aufweist, die vakuumseitig zumindest teilweise von einer Abschirmung umgeben ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Abschirmung als konzentrischer Hohlzylinder (11) innerhalb der als Keramikring (8) ausgebildeten Isolatorstrecke angeordnet ist, wobei die axiale Länge des Abschirmzylinders (11) wenigstens das 1,5-fache des Keramikringes (8) beträgt.
2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Länge des Abschirmzylinders (11) so bemessen ist, daß der Abstand zur Grundplatte (5) des Vakuumschaltrohres (1) wenigstens so groß ist, wie der während der gesamten Lebensdauer der Kontaktstücke (4, 10) zu erwartende Abbrand beträgt.
3. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Abschirmzylinder (11) etwa die dreifache Länge des Isolatorringes (8) hat.
4. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der äußere Umfang des Abschirmzylinders (11) einen ausreichenden radialen Abstand vom inneren Umfang des Isolatorringes (8) bzw. des Federbalges (6) aufweist.
5. Vakuumschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen Innenseite des Isolatorringes (8) und Außenseite des Abschirmzylinders (11) ein radialer Spalt zwischen 0,5 und 3 mm besteht.
6. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Abschirmzylinder (11) in der- Schaltkammer (2) an derjenigen Seite des Keramikringes (8) angebracht ist, die direkt mit dem feststehenden Kontaktstück verbunden ist.
7. Vakuumschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Abschirmzylinder (11) an seiner Befestigungsseite eine rohrförmige Erweiterung (12) aufweist.
EP84114144A 1983-12-05 1984-11-22 Vakuumschalter für den Niederspannungsbereich, insbesondere Niederspannungsschütz Expired EP0149061B1 (de)

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