EP1292959B1 - Vakuumschaltröhre mit zwei kontaktsystemen - Google Patents

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EP1292959B1
EP1292959B1 EP01944973A EP01944973A EP1292959B1 EP 1292959 B1 EP1292959 B1 EP 1292959B1 EP 01944973 A EP01944973 A EP 01944973A EP 01944973 A EP01944973 A EP 01944973A EP 1292959 B1 EP1292959 B1 EP 1292959B1
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contact system
piece
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Norbert Steinemer
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    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6642—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having cup-shaped contacts, the cylindrical wall of which being provided with inclined slits to form a coil

Definitions

  • the invention is in the field of electrical switches and is to be applied in the structural design of a vacuum interrupter, in which for the performance of the functions "switching", “separating” and “grounding” the housing contains three contacts and has a ground terminal serving as a metal Area of the housing is formed.
  • the metal part of the housing consists of a cylinder, are used in the end-hung annular disk-shaped insulators. Both insulators are axially penetrated by in each case one power supply bolt of a first, arranged concentrically to the axis of the housing contact system, wherein the power supply pin of the fixed contact of the first contact system is soldered vacuum-tight with the one insulator.
  • the power supply pin of the movable contact of the first contact system is movably passed through a bore of the other insulator.
  • the rear part of the movable contact of the first contact system also forms the movable contact of a coaxial with the first contact system arranged second contact system whose fixed contact is annular disc-shaped and connected in the edge region with the metal part of the housing. At one end of this housing, a ground contact is arranged.
  • the first contact system is still associated with a shield, which consists of a cylinder which is supported via an annular insulating piece on the metal cylinder ( DE 20 37 234 A1 ).
  • a load-break switch in which at least two pairs of contacts are arranged in a common vacuum vessel and in which the contact pairs are separated by special shields plasma-physically.
  • two coaxial shielding cylinders may be used per contact pair, the cylinder walls of which overlap in the axial direction.
  • the shielding cylinders are electrically conductively connected to one of the contacts of the associated contact pair.
  • Each contact pair may continue to be assigned a ground contact to which the movable switching contact is switchable.
  • the movable switching contact can be fixed in three switching positions ( DE 33 04 803 A1 ).
  • the invention has for its object to provide a practical needs such as simple construction and cost-effective production sufficient structural design.
  • the first contact system comprises radial or axial magnetic field contact pieces and the second contact system each have annular disk-shaped contact pieces arranged by means of a contact carrier, wherein the contact carrier of one annular disk-shaped contact piece is located on the bottom side of the movable radial contact piece.
  • the contact carrier of the other ring-shaped contact piece forms the ground terminal;
  • the two insulators are tubular and connected to each other with the interposition of the ground terminal frontally, wherein the one insulator, the first contact system and essentially also the movable contact of the second contact system surrounds;
  • the shield for the purpose of plasma physical separation of the first contact system of the second contact system is formed as a labyrinthine shielding system, which consists of a first contact system surrounding tube which forms a cap with the disposed on the movable contact contact carrier of the annular disk-shaped contact.
  • the vacuum interrupter can be used for the construction and manufacture of the interrupter mainly conventional components and conventional manufacturing measures, so that the vacuum interrupter can be produced economically.
  • the use of magnetic contact pieces and the proposed design of the shield thereby ensure the electrical performance of the interrupter.
  • tubular insulators in particular ceramic insulators, is customary for vacuum interrupters, as is the design of the contact pieces as radial or axial magnetic field contacts ( EP 0 155 376 C1, DE 25 27 319 A1 ).
  • the second contact system only has to be designed for the necessary switch-on resistance, a simple plate or annular disk geometry is sufficient for the corresponding contact pieces; as a contact-resistant contact material is preferably a material based on copper / chromium used.
  • the contact carrier of the movable contact piece may be formed integrally with the tube surrounding the first contact system.
  • the contact carrier - with appropriate shaping - at the same time forms the movable, ring-shaped contact piece.
  • the distance of the tube from the insulator surrounding the contact system be less than the distance of the tube from the first contact system.
  • FIG. 1 shows a vacuum interrupter, which has a housing 10, a first contact system 22, a second contact system 25 and a shield 30 substantially.
  • the housing 10 is made of insulating and metal parts.
  • Two tubular ceramic insulators 11 and 12 are arranged coaxially with each other and connected to each other with the interposition of a metal part 13.
  • the metal part 13 forms the ground contact of the vacuum interrupter and is designed for this purpose as a concentric with the axis A of the housing arranged short, thick-walled pipe section 14 with radially extending connecting flange 15.
  • the pipe section 14 forms an annular contact carrier for a ring-shaped contact piece 16.
  • the housing 10 furthermore has a metal upper cover plate 17 and a metal lower cover plate 18 which are soldered to the ceramic insulator 11 and the ceramic insulator 12, respectively, by means of cutting soldering.
  • a metal upper cover plate 17 and a metal lower cover plate 18 which are soldered to the ceramic insulator 11 and the ceramic insulator 12, respectively, by means of cutting soldering.
  • To the lower cover plate 18 is still one end of a bellows 19 soldered, which is soldered at its other end to a power supply pin 20.
  • a flat, pot-like, thick-walled contact carrier 26 is arranged on the back of the movable contact 21, which is an annular disc-shaped contact plate 27th wearing.
  • the arrangement of the contact carrier 26 makes it possible to assign a shield to the first contact system, which consists of a tube piece 31 connected to the contact carrier 26. As a result, a shield system is formed which covers the first contact system 22 in the manner of a cap.
  • the distance S1 of the pipe section 31 from the ceramic contactor 11 surrounding the first contact system 22 and the second contact system 25 is greater than the distance S2 of the pipe 31 from the contact system 22, thereby forming a labyrinth-like shield system is that separates the first contact system 22 from the second contact system 25 plasma-physically.
  • the contacts 21 and 23 are formed as axial magnetic field contacts; the contacts of the second contact system are formed as simple annular discs 16 and 27 and consist of a Cu-Cr material.
  • FIG. 2 shows a detail of a vacuum interrupter, the opposite FIG. 1 with respect to the configuration of the second contact system and the shield is varied.
  • the fixed, the ground terminal 34 forming contact of the second contact system is formed as provided with a connection flange 35 annular disc on which an annular disc-shaped contact piece 36 is placed.
  • a cap surrounding the first contact system 37 is arranged, the bottom portion 38 is formed so that an annular shoulder 39 is formed.
  • This shoulder may itself form the movable contact of the second contact system or be covered in a similar manner as the grounding contact 34 with a circular contact piece.
  • the bottom portion 38 of the cap 37 at the same time forms the contact carrier for the movable contact of the second contact system.
  • the side wall 40 of the cap is cylindrical and forms, together with the bottom portion 38, the shield.

Abstract

Die neue Vakuumschaltröhre soll die Funktionen 'Schalten', 'Trennen' und 'Erden' ausüben können und kostengünstig herstellbar sein. Hierzu dient ein aus Radial- oder Axil-MF-Kontakten (21, 23) aufgebautes erstes Kontaktsystem, dessen bewegbarer Kontakt (21) mit dem bewegbaren Kontakt (26, 27) eines zweiten, aus Ringscheiben(16, 27) bestehenden Kontaktsystems (25) verbunden ist. Der feststehende Kontakt (13) des zweiten Kontkaktsystems bildet ein ringartiges Teil des Gehäuses (10), an das sich zwei rohrförmige Isolatoren (11, 12) anschließen. Einer (11) der Isolatoren umgibt beide Kontaktsysteme (22, 25) und ist durch eine am bewegbaren Kontaktstück (21, 26) befestigte Abschirmung (31) geschützt, die die beiden Kontaktsysteme plasmaphysikalisch trennt.

Description

  • Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalter und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung einer Vakuumschaltröhre anzuwenden, bei der zur Ausübung der Funktionen "Schalten", "Trennen" und "Erden" das Gehäuse drei Kontakte enthält und einen Erdungsanschluss aufweist, der als ein metallener Bereich des Gehäuses ausgebildet ist.
  • Bei einer bekannten Vakuumschaltröhre dieser Art besteht der metallene Teil des Gehäuses aus einem Zylinder, in den stirnendig ringscheibenförmige Isolatoren eingesetzt sind. Beide Isolatoren werden von jeweils einem Stromzuführungsbolzen eines ersten, konzentrisch zur Achse des Gehäuses angeordneten Kontaktsystems axial durchdrungen, wobei der Stromzuführungsbolzen des feststehenden Kontaktes des ersten Kontaktsystems mit dem einen Isolator vakuumdicht verlötet ist. Der Stromzuführungsbolzen des bewegbaren Kontaktes des ersten Kontaktsystems ist bewegbar durch eine Bohrung des anderen Isolators hindurchgeführt. Der rückwärtige Teil des bewegbaren Kontaktes des ersten Kontaktsystem bildet zugleich den bewegbaren Kontakt eines koaxial zum ersten Kontaktsystem angeordneten zweiten Kontaktsystems, dessen feststehender Kontakt ringscheibenförmig ausgebildet und im Randbereich mit dem metallenen Teil des Gehäuses verbunden ist. An dem einen Ende dieses Gehäuses ist ein Erdungskontakt angeordnet. - Dem ersten Kontaktsystem ist noch eine Abschirmung zugeordnet, die aus einem Zylinder besteht, welcher sich über ein ringförmiges Isolierstück am metallenen Zylinder abstützt ( DE 20 37 234 A1 ).
  • Für Mittelspannungsschaltanlagen ist weiterhin ein Lasttrennschalter bekannt, bei dem wenigstens zwei Kontaktpaare in einem gemeinsamen Vakuumgefäß angeordnet sind und bei dem die Kontaktpaare durch spezielle Abschirmungen plasmaphysikalisch voneinander getrennt sind. Hierzu können je Kontaktpaar zwei koaxiale Abschirmzylinder eingesetzt sein, deren Zylinderwände sich in axialer Richtung überlappen. Die Abschirmzylinder sind dabei mit je einem der Kontakte des zugehörigen Kontaktpaares elektrisch leitend verbunden. - Jedem Kontaktpaar kann weiterhin ein Masse-Kontakt zugeordnet sein, auf den der bewegliche Schaltkontakt schaltbar ist. Hierbei ist der beweg-liche Schaltkontakt in drei Schaltstellungen fixierbar ( DE 33 04 803 A1 ).
  • Ausgehend von einer Vakuumschaltröhre mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 ( DE 20 37 234 ) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine den praktischen Bedürfnissen wie einfacher Aufbau und kostengünstige Herstellung genügende konstruktive Ausgestaltung zu schaffen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung zunächst vorgesehen, dass das erste Kontaktsystem Radial- oder Axial-Magnetfeld-Kontaktstücke und das zweite Kontaktsystem jeweils mittels eines Kontaktträgers angeordnete ringscheibenförmige Kontaktstücke aufweist, wobei der Kontaktträger des einen ringscheibenförmigen Kontaktstückes an der Bodenseite des bewegbaren Radial- oder Axial-Magnetfeld-Kontaktes angeordnet ist und der Kontaktträger des anderen ringscheibenförmigen Kontaktstückes den Erdanschluss bildet; weiterhin sind die beiden Isolatoren rohrförmig ausgebildet und unter Zwischenschaltung des Erdungsanschlusses stirnseitig miteinander verbunden, wobei der eine Isolator das erste Kontaktsystem und im wesentlichen auch den bewegbaren Kontakt des zweiten Kontaktsystems umgibt; schließlich ist die Abschirmung zwecks plasmaphysikalischer Trennung des ersten Kontaktsystems von dem zweiten Kontaktsystem als labyrinthartiges Schirmsystem ausgebildet, welches aus einem das erste Kontaktsystem umgebenden Rohr besteht, das mit dem an dem beweglichen Kontakt angeordneten Kontaktträger des ringscheibenförmigen Kontaktes eine Kappe bildet.
  • Bei einer derartigen Ausgestaltung der Vakuumschaltröhre können für den Aufbau und die Herstellung der Schaltröhre überwiegend übliche Bauteile sowie übliche Fertigungsmaßnahmen eingesetzt werden, so dass sich die Vakuumschaltröhre wirtschaftlich herstellen lässt. Die Verwendung von Magnetfeld-Kontaktstücken und die vorgesehene Ausgestaltung der Abschirmung gewährleisten dabei die elektrische Leistungsfähigkeit der Schaltröhre.
  • Die Verwendung von rohrförmig ausgebildeten Isolatoren, insbesondere Keramikisolatoren, ist für Vakuumschaltröhren an sich gebräuchlich, ebenso die Ausgestaltung der Kontaktstücke als Radial- oder Axial-Magnetfeld-Kontakte ( EP 0 155 376 C1, DE 25 27 319 A1 ).
  • Da das zweite Kontaktsystem nur für die notwendige Einschaltfestigkeit ausgelegt sein muss, genügt für die entsprechenden Kontaktstücke eine einfache Platten- oder Ringscheibengeometrie; als einschaltfestes Kontaktmaterial kommt vorzugsweise ein Werkstoff auf der Basis Kupfer/Chrom zur Anwendung. - Gegebenenfalls kann - zur weiteren konstruktiven Vereinfachung - der Kontaktträger des bewegbaren Kontaktstückes einstückig mit dem das erste Kontaktsystem umgebenden Rohr ausgebildet sein. Hierbei besteht auch die Möglichkeit, dass der Kontaktträger - bei entsprechender Formgebung - zugleich das bewegbare, ringscheibenförmige Kontaktstück bildet.
  • Um den labyrinthartigen Charakter der Abschirmung zu betonen, empfiehlt es sich, den Abstand des Rohres von dem das Kontaktsystem umgebenden Isolator kleiner als den Abstand des Rohres von dem ersten Kontaktsystem zu wählen.
  • Zwei Ausführungsbeispiele der neuen Vakuumschaltröhre sind in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Dabei zeigt
    • Figur 1
    eine Vakuumschaltröhre mit zweistückig ausgebildeter Abschirmung und
    Figur 2
    eine Vakuumschaltröhre mit einstückig ausgebildeter Abschirmung.
  • Figur 1 zeigt eine Vakuumschaltröhre, die im wesentlichen ein Gehäuse 10, ein erstes Kontaktsystem 22, ein zweites Kontaktsystem 25 und eine Abschirmung 30 aufweist.
  • Das Gehäuse 10 besteht aus Isolier-und Metall-Teilen. Zwei rohrförmige Keramikisolatoren 11 und 12 sind koaxial zueinander angeordnet und unter Zwischenschaltung eines metallenen Teiles 13 miteinander verbunden. Das metallene Teil 13 bildet den Erdungskontakt der Vakuumschaltröhre und ist hierzu als konzentrisch zur Achse A des Gehäuses angeordnetes kurzes, dickwandiges Rohrstück 14 mit radial verlaufendem Anschlussflansch 15 ausgestaltet. Das Rohrstück 14 bildet einen ringförmigen Kontaktträger für ein ringscheibenförmiges Kontaktstück 16. - An den Anschlussflansch 15 sind beidseitig nicht näher bezeichnete ringförmige Winkelstücke angelötet, die als Verbindungsteile zur Verbindung des metallenen Teiles 13 mit den Keramik-Isolatoren 11 und 12 mittels einer Schneidenlötung dienen.
  • Das Gehäuse 10 weist weiterhin eine metallene obere Deckplatte 17 und eine metallene untere Deckplatte 18 auf, die jeweils mittels einer Schneidenlötung mit dem Keramik-Isolator 11 bzw. dem Keramik-Isolator 12 verlötet sind. An die untere Deckplatte 18 ist noch das eine Ende eines Faltenbalges 19 angelötet, der mit seinem anderen Ende mit einem Stromzuführungsbolzen 20 verlötet ist.
  • Der Stromzuführungsbolzen 20, der bewegbar durch die untere Deckplatte 18 hindurchgeführt ist, trägt an seinem obere Ende das bewegbare Kontaktstück 21 des ersten Kontaktsystems, welches zum Schalten von Strom und Spannung vorgesehen ist. Koaxial zum bewegbaren Kontaktstück 21 ist ein feststehendes Kontaktstück 23 angeordnet, das mittels eines Stromzuführungsbolzens 24 an der oberen Deckplatte 17 befestigt ist.
  • Der Stromzuführungsbolzen 20, der durch das den Erdungskontakt bildende metallene Teil 13 hindurchgeführt ist, trägt auch den bewegbaren Kontakt des zweiten Kontaktsystems 25. Hierzu ist auf der Rückseite des bewegbaren Kontaktes 21 ein flacher, topfartiger, dickwandiger Kontaktträger 26 angeordnet, der eine ringscheibenförmige Kontaktscheibe 27 trägt. Die Anordnung des Kontaktträgers 26 ermöglicht es, dem ersten Kontaktsystem eine Abschirmung zuzuordnen, die aus einem mit dem Kontaktträger 26 verbundenen Rohrstück 31 besteht. Dadurch wird ein Schirmsystem gebildet, das kappenartig das erste Kontaktsystem 22 überdeckt. Dabei ist der Abstand S1 des Rohrstückes 31 von dem das erste Kontaktsystem 22 und das zweite Kontaktsystem 25 umgebenden Keramik-Isolator 11 größer als der Abstand S2 des Rohres 31 von dem Kontaktsystem 22 gewählt, wodurch ein labyrinthartiges Schirmsystem gebildet ist, welches das erste Kontaktsystem 22 vom zweiten Kontaktsystem 25 plasmaphysikalisch trennt.
  • Bei dem ersten Kontaktsystem 22 sind die Kontakte 21 und 23 als Axial-Magnetfeld-Kontakte ausgebildet; die Kontakte des zweiten Kontaktsystems sind als einfache Ringscheiben 16 und 27 ausgebildet und bestehen aus einem Cu-Cr-Werkstoff.
  • Figur 2 zeigt ausschnittsweise eine Vakuumschaltröhre, die gegenüber Figur 1 bezüglich der Ausgestaltung des zweiten Kontaktsystems und der Abschirmung variiert ist. Dabei ist der feststehende, den Erdungsanschluss 34 bildende Kontakt des zweiten Kontaktsystems als mit einem Anschlussflansch 35 versehene Ringscheibe ausgebildet, auf die ein ringscheibenförmiges Kontaktstück 36 aufgesetzt ist. - An der Rückseite des bewegbaren Kontaktstückes 21 des ersten Kontaktsystems ist eine das erste Kontaktsystem umgebende Kappe 37 angeordnet, deren Bodenbereich 38 so geformt ist, dass eine ringförmige Schulter 39 gebildet ist. Diese Schulter kann selbst den bewegbaren Kontakt des zweiten Kontaktsystems bilden oder in ähnlicher Weise wie der Erdungskontakt 34 mit einem kreisringförmigen Kontaktstück belegt sein. - Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet der Bodenbereich 38 der Kappe 37 zugleich den Kontaktträger für den bewegbaren Kontakt des zweiten Kontaktsystems. Die Seitenwand 40 der Kappe ist zylindrisch ausgebildet und bildet zusammen mit dem Bodenbereich 38 die Abschirmung.

Claims (8)

  1. Vakuumschaltröhre mit drei in einem zylindrischen Gehäuse angeordneten Kontakten zur Ausübung der Funktionen "Schalten", "Trennen" und "Erden",
    wobei das Gehäuse (10) einen als Erdungsanschluss ausgebildeten metallenen Bereich (13) sowie zwei aus Isolatoren (11, 12) bestehende Bereiche aufweist,
    bei der ein bewegbarer (21) und ein erster feststehender (23) Kontakt ein erstes Kontaktsystem (22) und der bewegbare (21) und ein zweiter feststehender, mit dem Erdungskontakt (14, 15) verbundener Kontakt (16) ein zweites Kontaktsystem (25) bilden,
    bei der beide Kontaktsysteme koaxial zueinander sowie konzentrisch zur Achse (A) des Gehäuses (10) angeordnet sind und bei der das erste Kontaktsystem von einer Abschirmung umgeben ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das erste Kontaktsystem Radial- oder Axial-Magnetfeld-Kontaktstücke (21, 22) und das zweite Kontaktsystem jeweils mittels eines Kontaktträgers (14, 26) angeordnete, ringscheibenförmige Kontaktstücke (16, 27) aufweist,
    wobei der Kontaktträger (26) des einen ringförmigen Kontaktstückes (27) an der Rückseite des bewegbaren Radial- oder Axial-Magnetfeld-Kontaktes (21) angeordnet ist und der Kontaktträger (14)des anderen ringscheibenförmigen Kontaktstückes (16) den Erdungsanschluss bildet,
    dass die beiden Isolatoren (11, 12) rohrförmig ausgebildet und unter Zwischenschaltung des Erdungsanschlusses (13) stirnseitig miteinander verbunden sind,
    wobei der eine Isolator (11) das erste (22) Kontaktsystem und im wesentlichen auch den bewegbaren Kontakt (26, 27) des zweiten Kontaktsystems (25) umgibt,
    und dass die Abschirmung zwecks plasmaphysikalischer Trennung des ersten Kontaktsystems (22) von dem zweiten Kontaktsystem (25) als labyrinthartiges Schirmsystem (30) ausgebildet ist, welches aus einem das erste Kontaktsystem (22) umgebenden Rohr (31) besteht, das mit dem an dem bewegbaren Kontakt angeordneten Kontaktträger (26) des ringscheibenförmigen Kontaktstückes (27) eine Kappe bildet.
  2. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Kontaktträger des bewegbaren, ringscheibenförmigen Kontaktstückes (16) als flacher, dickwandiger Topf (26) ausgebildet ist.
  3. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Kontaktträger des bewegbaren, ringscheibenförmigen Kontaktstückes einstückig mit dem das erste Kontaktsystem (22) umgebenden Rohr (31) ausgebildet ist.
  4. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 3
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Kontaktträger zugleich das ringscheibenförmige Kontaktstück bildet.
  5. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Abstand (S1) des Rohres (31) von dem Isolator (11) kleiner als der Abstand (S2) des Rohres (31) von dem ersten (22) Kontaktsystem ist.
  6. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der den Erdungsanschluss (13) bildende Kontaktträger (14) des zweiten Kontaktsystems als dickwandiges Rohrstück mit radial verlaufendem Flansch (15) ausgebildet ist.
  7. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der den Erdungsanschluss (34) bildende Kontaktträger als Ringscheibe ausgebildet ist.
  8. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 7
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die ringscheibenförmigen Kontaktstücke (16, 27)des zweiten Kontaktsystems (25) aus einem Kupfer-Chrom-Werkstoff bestehen.
EP01944973A 2000-06-23 2001-06-06 Vakuumschaltröhre mit zwei kontaktsystemen Expired - Lifetime EP1292959B1 (de)

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