EP1766646A1 - Vakuumschaltkammer und kontaktanordnung für einen vakuumschalter - Google Patents

Vakuumschaltkammer und kontaktanordnung für einen vakuumschalter

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EP1766646A1
EP1766646A1 EP05750585A EP05750585A EP1766646A1 EP 1766646 A1 EP1766646 A1 EP 1766646A1 EP 05750585 A EP05750585 A EP 05750585A EP 05750585 A EP05750585 A EP 05750585A EP 1766646 A1 EP1766646 A1 EP 1766646A1
Authority
EP
European Patent Office
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contact pieces
contact
pieces
vacuum interrupter
arrangement according
Prior art date
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Application number
EP05750585A
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English (en)
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EP1766646B1 (de
Inventor
Alexander Steffens
Dietmar Gentsch
Kaveh Niayesh
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ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
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Publication date
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Publication of EP1766646A1 publication Critical patent/EP1766646A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1766646B1 publication Critical patent/EP1766646B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01H33/664—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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/12—Auxiliary contacts on to which the arc is transferred from the main contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6643—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having disc-shaped contacts subdivided in petal-like segments, e.g. by helical grooves

Definitions

  • the invention relates to the field of switch technology, in particular the high and medium voltage switch technology. It relates to a contact arrangement for a vacuum interrupter chamber according to the preamble of claim 1 and to a vacuum interrupter chamber and a. Switching device.
  • Such a contact arrangement and such a vacuum switching chamber are known for example from the published patent application DE 1 97 05 1 58 and from the patent US 4,847,456.
  • the outer contact pieces are electrically connected in parallel and spatially arranged closely adjacent to the inner contact pieces.
  • One of the inner contacts is movably supported while the others Contact pieces are stationary.
  • the outer contact pieces are designed as AMF contact pieces.
  • a further increase in the switching capacity at comparable switch size is desirable.
  • a high short-circuit breaking capacity is desirable.
  • a contact arrangement for a vacuum switch is disclosed with a pair of slotted pot-shaped contact pieces, wherein the pot bottom of the inner pot-shaped contact piece is formed as a part of the pot bottom of the outer pot-shaped contact piece.
  • the inner and outer contact pieces are (at their upper pot edges) spatially widely spaced from each other.
  • a contact arrangement for a vacuum interrupter chamber is known in which slotted pipe sections are provided as inner contact pieces and outer contact pieces.
  • the inner tubular contact piece is slotted so that thereby resilient contact tongues are formed. This is intended to create a plurality of separate mechanical contact points with a defined spring constant become.
  • an additional contact piece is arranged within the inner resilient contact piece, which is provided for carrying operating currents and through which low contact resistance can be realized. When opening the switch, the additional contact piece is first lifted. As a result of the associated increase in resistance at the additional contact piece, the current then flows through the inner resilient contact piece. After lifting the inner resilient contact piece then forms an arc.
  • CB l 145 451 a contact arrangement for a vacuum interrupter chamber is disclosed with three pairs of slotted pot-shaped contact pieces arranged one inside the other.
  • the pairs of contact pieces should be designed so that when a contact separation of the two contact pieces of each of the three pairs of contact pieces ever an arc is ignited and then rotate these three arcs between the two contact pieces of each pair of contact pieces and respectively form a substantially cylindrical arc curtain.
  • a contact arrangement and a vacuum interrupter chamber of the type mentioned which allow an increased switching capacity.
  • Short-circuit current breaking capacity can be achieved at a high arc burning voltage.
  • the contact arrangement should have a low resistance and can carry large currents.
  • An inventive contact arrangement for a vacuum interrupter chamber has a pair of inner contacts formed as RMF contacts and a pair of outer contacts.
  • the outer contact pieces are electrically connected in parallel to the inner contact pieces and spatially arranged closely adjacent to the inner contact pieces. At least one of the inner contact pieces is movably mounted.
  • the outer contact pieces are designed as RMF contact pieces.
  • the inner contact pieces are formed substantially disc-shaped. The inner and the outer contact pieces are arranged and formed such that a resulting in a Ausschaltvorgang between the inner contact pieces arc can commute completely or partially between the outer contact pieces.
  • An RMF contact has the significant advantage over an AMF contact that the current path resistance of the vacuum interrupter chamber at a high contact pressure (up to several thousand Newtons) is at a lower level.
  • the axial magnetic field of the AMF contact is generated by the flowing current, there is a large inductance;
  • the axial magnetic field of the AMF contact is generated by permanent magnets 5, there are large eddy current losses.
  • RMF contacts can be more than 100 V and up to 1 50 V W, while the arc voltage at AMF contacts is typically only 30 V to 50 V and in any case significantly less than 100 V.
  • the switching chamber can carry at least the same current and switch as a switching chamber with only one RMF contact piece pair.
  • outer contact pieces are not formed as a rated current contact pieces, so do not touch when the switch is closed, 0 results in an improved switching performance, since the arc then after the Commutation on the outer contact pieces on a mechanically and thermally unstressed surface of low roughness rotated.
  • each of an inner and an outer contact piece ensures that an arc formed between the inner contact pieces forms an arc between the outer ones
  • the inner contact pieces (substantially) are disc-shaped, a small resistance of the contact arrangement can be achieved, and large currents can be worn.
  • the contact pieces are advantageously formed substantially rotationally symmetrical and provided for generating the radial magnetic field generally with slots. From the literature various possibilities for the formation of such slots and corresponding contact pins are known.
  • slots are advantageously provided only in the radially outer region.
  • the outer contact pieces are advantageously provided with a non-slotted coating of erosion-resistant material.
  • the contact pieces are arranged coaxially with each other.
  • the outer contact pieces are advantageously formed R Kunststoff- or cup-shaped.
  • an inner contact piece is ever arranged within each of an outer contact piece.
  • the second, fixed inner contact piece is advantageously fixed to a fixed contact stem.
  • the two outer contact pieces can be arranged fixed or movable. Either both outer contacts are particularly advantageous fixed, or one is fixed, while the other is movable. In the latter case, the movement of the movable outer contact piece is advantageously coupled to the movement of the movable inner contact piece, advantageously by a rigid connection of the two movable contact pieces.
  • each an inner and outer contact piece is arranged to be movable and they are rigidly connected to each other, advantageously the movable inner contact piece projects beyond the movable outer contact piece in the axial direction. It can also serve both the inner and the outer contacts as rated current contacts.
  • the contact arrangement is designed as a firmly soldered contact system.
  • a high switching capacity can be achieved with a contact arrangement according to the invention and a vacuum interrupter chamber according to the invention.
  • Very high short-circuit currents can be reliably interrupted and high rated currents can be carried.
  • a vacuum switching chamber according to the invention can be provided in a switching device;
  • a vacuum interrupter chamber according to the invention over conventional vacuum interrupters with a comparable
  • Breaking capacity may have smaller dimensions.
  • a switching device can of course be a vacuum switch.
  • the switching device but also be a circuit breaker or a high-power switch and in particular a generator switch, wherein the switching device includes at least one vacuum interrupter chamber, which is typically part of a vacuum switch.
  • Fig. 1 is a partial section through an inventive
  • FIG. 2 is a partial section through an inventive
  • Fig. 3 is a plan view of an inner and an outer contact piece.
  • Fig. 1 shows schematically in partial section an inventive vacuum switching chamber 1 in the open state.
  • inventive vacuum switching chamber 1 in the open state.
  • the vacuum switching chamber 1 is formed substantially rotationally symmetrical with an axis A and includes an inner pair of contact pieces 1 1, 1 2 and an outer contact piece pair 21, 22nd
  • the two contact pieces 1 1 and 21 are movably mounted, while the two contact pieces 1 2 and 22 are fixed.
  • the outer contact pieces 21, 22 are with
  • Slots 26 are provided so that they form an RMF contact piece pair. In the case of a current flowing through the contact pieces 21, 22, therefore, a radially extending magnetic field is generated.
  • the inner contact pieces 1 1, 1 2 are formed as RMF contact pieces and provided with slots, but which are not shown in Fig. 1.
  • the substantially disc-shaped movable contact pieces 1 1 and 21 are attached to a movable contact stem 41.
  • the fixed contact pieces 1 2 and 22 are fixed to a fixed contact stem 42.
  • the described metallic contact arrangement is part of the vacuum interrupter chamber 1, which has an insulating body 50, typically made of ceramic, which is formed as a hollow cylinder and closed at its ends by a cover 71, 72.
  • the movable contact stem 41 is guided by the lid 71 and secured thereto with the interposition of a bellows, not shown in Fig. 1.
  • the fixed contact stem 42 is attached to the lid 72.
  • a shield 60 prevents the insulating body 50 by evaporation, especially with metal vapor from the arc zone between the contact piece pairs 1 1, 21 and 1 2.22 loses its insulating properties and becomes electrically conductive.
  • the inner contact pieces 1 1, 1 2 are on their mutually facing side of a erosion-resistant material, such as Cu / Cr.
  • the outer contact pieces 21, 22 are provided on its side facing each other with a coating 24 made of a erosion-resistant material. This coating 24 is not provided with slots, but forms an unslotted ring.
  • the outer contact pieces 21, 22 are pot-shaped or cup-shaped and each include one of the inner contact pieces 1 1, 1 2.
  • the pot or cup bottom is penetrated by the respective pin 31, 32 and is advantageously not slotted.
  • the movable inner contact piece 1 1 projects beyond the ring formed by the coating of the contact piece 21 in the axial direction by a distance ⁇ . When closed, therefore, the outer contact pieces 21, 22 do not touch each other, but only the inner ones.
  • Contact pieces 1 1, 1 2 serve the vacuum interrupter chamber 1 of FIG. 1 thus as rated current contacts.
  • the inner contact piece 1 2 may project beyond the ring formed by the coating 24 in the axial direction by a distance.
  • Fig. 2 are both outer contacts 21, 22 of the vacuum interrupter chamber 1 ' fixed contact pieces.
  • the outer contact piece 22 is formed predominantly tubular, with a connection 28 to the lid 71 which serves as a contact carrier 28 at the same time. During a switching operation, the distance between the two outer contact pieces 21, 22 does not change from each other. Again, the inner contact pieces 1 1, 1 2 the
  • the mass to be moved during a switching operation is lower in the case of a vacuum interrupter chamber 1 ' according to FIG. 2 than in the case of a vacuum interrupter chamber 1 according to FIG. 1.
  • the two in Figs. 1 and 2 illustrated vacuum switching chambers 1, 1 ' are designed such that they can be soldered in a final soldering. This creates a firmly soldered contact arrangement.
  • Fig. 3 shows a plan view of an inner contact piece 1 2 and an outer contact piece 22 along the in Figs. 1 and 2 designated III level. Concentric about the inner, provided with slots 1 6 contact piece 1 2, the outer contact piece 22 is arranged. Through the slots 1 6 creates a plurality of contact sockets 1 5 of the inner contact piece 1 2. Since the outer contact piece 22 is provided with the annular, non-slotted coating 24, the underlying slots in the contact piece 22 in Fig. 3 are not visible. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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

Abstract

Die Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltkammer (1) weist ein Paar innerer Kontaktstücke (11,12) auf, die als RMF-Kontaktstücke ausgebildet sind, und ein Paar äussere Kontaktstücke (21,22), welche elektrisch parallel geschaltet und räumlich eng benachbart zu den inneren Kontaktstücken (11,12) angeordnet sind. Mindestens eines der inneren Kontaktstücke (11) ist beweglich gelagert. Die äusseren Kontaktstücke (21,22) sind ebenfalls als RMF-Kontaktstücke ausgebildet. Bei einem Ausschaltvorgang kann der entstehende Lichtbogen ganz oder teilweise auf das äussere Kontaktstückpaar (21,22) kommutieren. Die inneren Kontaktstücke sind im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet. Vorteilhaft sind die Kontaktstücke (11,12,21,22) koaxial zueinander angeordnet. Die äusseren Kontaktstücke (21,22) sind vorteilhaft topf- oder rohrförmig ausgebildet.

Description

VAKUUMSCHALTKAMMER UND KONTAKTANORDNUNG FÜR EINEN VAKUUMSCHALTER
B E S C H R E I B U N G
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Schaltertechnik, insbesondere der Hoch- und Mittelspannungs-Schaltertechnik. Sie bezieht sich auf eine Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltkammer gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und auf eine Vakuumschaltkammer und ein . Schaltgerät.
Stand der Technik
Eine derartige Kontaktanordnung und eine solche Vakuumschaltkammer sind beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 1 97 05 1 58 sowie aus der Patentschrift US 4'847'456 bekannt. Dort ist jeweils eine Vakuumschaltkammer mit einem Paar innerer Kontaktstücke, die als RMF- Kontaktstücke ausgebildet sind, und einem Paar äusserer Kontaktstücke offenbart. Die äusseren Kontaktstücke sind elektrisch parallel geschaltet und räumlich eng benachbart zu den inneren Kontaktstücken angeordnet. Eines der inneren Kontaktstücke ist beweglich gelagert, während die anderen Kontaktstücke feststehend sind. Die äusseren Kontaktstücke sind als AMF- Kontaktstücke ausgebildet. Bei einem Ausschaltvorgang entsteht zwischen den inneren Kontaktstücken ein kontrahierter, rotierender Lichtbogen, der dann von den inneren auf die äusseren Kontaktstücke kommutiert. Dadurch wird aus dem zunächst kontrahierten Lichtbogen ein diffuser Lichtbogen, der bis zum Erlöschen zwischen den AMF-Kontaktstücken brennt.
Auf diese Weise wird eine, gegenüber einer Vakuumschaltkammer, die nur ein Paar RMF-Kontaktstücke aufweist, erhöhte Abschaltleistung der Vakuumschaltkammer erreicht.
Eine weitere Erhöhung der Schaltleistung bei vergleichbarer Schaltergrösse ist wünschenswert. Insbesondere ist ein hohes Kurzschlussstrom- Ausschaltvermögen wünschenswert.
Weiterer Stand der Technik:
Aus DE 1 1 96 751 ist eine Kontaktanordnung für einen Vakuumschalter offenbart mit je einem Paar geschlitzter topfförmiger Kontaktstücke, wobei der Topfboden des inneren topfförmigen Kontaktstücks als ein Teil des Topfbodens des äusseren topfförmigen Kontaktstücks ausgebildet ist. Die inneren und äusseren Kontaktstücke sind (an ihren oberen Topfrändern) räumlich weit voneinander beabstandet.
Aus DE 1 99 34 909 Cl (Figs. 6 und 7) ist ein Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltkammer bekannt, bei der geschlitzte Rohrstücke als innere Kontaktstücke und äussere Kontaktstücke vorgesehen sind. Das innere rohrförmige Kontaktstück ist derart geschlitzt, dass dadurch federnde Kontaktzungen gebildet werden. Dadurch soll eine Vielzahl separater mechanischer Kontaktstellen mit definierter Federkonstante geschaffen werden. In einer weiteren Ausführungsform (Figs.4 und 5) ist innerhalb des inneren federnden Kontaktstücks noch ein zusätzliches Kontaktstück angeordnet, welches zum Tragen von Betriebsströmen vorgesehen ist und durch welches geringe Kontaktwiderstände realisierbar sind. Bei einem Öffnen des Schalters wird zunächst das zusätzliche Kontaktstück abgehoben. Durch den damit verbundenen Widerstandsanstieg an dem zusätzlichen Kontaktstück fliesst daraufhin der Strom durch das innere federnde Kontaktstück. Nach dem Abheben des inneren federnden Kontaktstücks bildet sich dann ein Lichtbogen aus.
In CB l 145 451 ist eine Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltkammer offenbart mit drei Paaren von ineinander angeordneten geschlitzten topfförmigen Kontaktstücken. Die Kontaktstückpaare sollen so ausgelegt sein, dass bei einer Kontakttrennung der zwei Kontaktstücke jedes der drei Kontaktstückpaare je ein Lichtbogen gezündet wird und diese drei Lichtbögen dann zwischen den zwei Kontaktstücken des jeweiligen Kontaktstückpaars rotieren und entsprechend jeweils einen im wesentlichen zylindrischen Lichtbogenvorhang bilden.
Aus DE 30 09 925' ist eine Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltkammer bekannt mit zwei ineinander angeordneten topfförmigen geschlitzten Kontaktstücken. Zwischen den Topfwänden der topfförmigen Kontaktstücke ist ein nicht-geschlitzter Ring angeordnet. Dadurch wird eine grossere mechanische Festigkeit der Kontaktstücke erreicht. Die elektrische Leitfähigkeit des Ringmaterials (Edelstahl) ist deutlich niedriger als die des Kontaktstückmaterials (Kupfer). Die Lichtbogenrotation wird darum durch den nicht-geschlitzten Ring nicht geschwächt. Darstellung der Erfindung
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Kontaktanordnung und eine Vakuumschaltkammer der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ein erhöhte Schaltleistung ermöglichen. Insbesondere soll ein hohes
Kurzschlussstrom-Ausschaltvermögen erreicht werden bei einer hohen Lichtbogenbrennspannung.
Diese Aufgabe löst eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Vakuumschaltkammer gemäss Patentanspruch 9.
Die Kontaktanordnung soll einen geringen Widerstand aufweisen und grosse Ströme tragen können.
Eine erfindungsgemässe Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltkammer weist ein Paar innerer Kontaktstücke, die als RMF-Kontaktstücke ausgebildet sind, und ein Paar äusserer Kontaktstücke auf. Die äusseren Kontaktstücke sind zu den inneren Kontaktstücken elektrisch parallel geschaltet und räumlich eng benachbart zu den inneren Kontaktstücken angeordnet. Mindestens eines der inneren Kontaktstücke ist beweglich gelagert. Die äusseren Kontaktstücke sind als RMF-Kontaktstücke ausgebildet. Die inneren Kontaktstücke sind im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet. Die inneren und die äusseren Kontaktstücke sind derart angeordnet und ausgebildet, dass ein bei einem Ausschaltvorgang zwischen den inneren Kontaktstücken entstehender Lichtbogen ganz oder teilweise zwischen die äusseren Kontaktstücke kommutieren kann.
Ein RMF-Kontakt hat gegenüber einem AMF-Kontakt den wesentlichen Vorteil, dass der Strombahnwiderstand der Vakuumschaltkammer bei einer hohen Kontaktdruckkraft (bis zu mehreren tausend Newton) auf einem niedrigeren Niveau liegt. Wenn das axiale Magnetfeld des AMF-Kontaktes durch den fliessenden Strom erzeugt wird, liegt eine grosse Induktivität vor; wenn das axiale Magnetfeld des AMF-Kontaktes durch Permanentmagneten 5 erzeugt wird, gibt es grosse Wirbelstromverluste.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil von RMF-Kontakten gegenüber AMF- Kontakten liegt in seiner höheren Lichtbogenspannung. Die Lichtbogenspannung bei RMF-Kontakten kann mehr als 100 V und bis 1 50 V W betragen, während die Lichtbogenspannung bei AMF-Kontakten typischerweise bei nur 30 V bis 50 V liegt und jedenfalls deutlich kleiner als 100 V ist.
Bei einer erfindungsgemässen Vakuumschaltkammer kann der bei einem
/j Ausschaltvorgang entstehende Lichtbogen ganz oder teilweise auf das äussere Kontaktstückpaar kommutieren. Ob ein oder zwei Lichtbögen brennen, hängt von der Stromstärke ab. Nach dem Trennen der sich zunächst berührenden Kontaktstücke unter Last tritt zuerst ein konzentrierter Trennlichtbogen auf. Beim weiteren Öffnen der Kontaktstücke 0 bildet sich beim RMF-Kontakt eine kontrahierte Lichtbogensäule zwischen den Kontaktstücken auf. Wird der Kontaktabstand im Verlauf des Ausschaltvorganges weiter vergrößert, tritt eine Teil-Kommutierung oder, bei entsprechender Konstruktionsauslegung, eine Voll-Kommutierung auf. Kommutiert der (zwischen den inneren Kontaktstücken gezündete) 5 Lichtbogen voll auf die äusseren Kontaktstücke, so kann die erfindungsgemässe Schaltkammer mindestens den gleichen Strom tragen und schalten wie eine Schaltkammer mit nur einem RMF-Kontaktstückpaar. Wenn die äusseren Kontaktstücke nicht als Nennstromkontaktstücke ausgebildet sind, sich also bei geschlossenem Schalter nicht berühren, ergibt 0 sich eine verbesserte Schaltleistung, da der Lichtbogen dann nach dem Kommutieren auf die äusseren Kontaktstücke auf einer mechanisch und thermisch unbeanspruchten Oberfläche von geringer Rauhtiefe rotiert.
Anders bei einer Teil-Kommutierung: Gegenüber einer Vakuumschaltkammer mit nur einem Kontaktstückpaar und dementsprechend nur einem Lichtbogen hat die Existenz zweier Lichtbögen in der Schaltkammer den Vorteil, dass deutlich grossere Ströme getragen und ausgeschaltet werden können, denn es wird eine deutlich grossere Fläche als Abbrandfläche ausgenutzt. Eine Teil-Kummutierung findet vorwiegend bei hohen Strömen statt. Ein sicheres Abschalten hoher (Kurzschluss-)Ströme wird so ermöglicht.
Die eng benachbarte Anordnung jeweils eines inneren und eines äusseren Kontaktstückes stellt sicher, dass ein zwischen den inneren Kontaktstücken entstehender Lichtbogen einen Lichtbogen zwischen den äusseren
Kontaktstücken zünden kann, so dass die (Teil-)Kommutierung ermöglicht wird.
Dadurch, dass die inneren Kontaktstücke (im wesentlichen) scheibenförmig ausgebildet sind, kann ein kleiner Widerstand der Kontaktanordnung erreicht werden, und grosse Ströme können getragen werden.
Die Kontaktstücke sind vorteilhaft im wesentlichen rotationssymmetrisch geformt und zur Erzeugung des radialen Magnetfeldes im allgemeinen mit Schlitzen versehen. Aus der Literatur sind verschiedene Möglichkeiten zur Ausbildung solcher Schlitze und entsprechender Kontaktstücksicheln bekannt. Bei den inneren Kontaktstücken sind Schlitze mit Vorteil nur im radial äusseren Bereich vorgesehen. Die äusseren Kontaktstücke sind vorteilhaft mit einer nicht-geschlitzten Beschichtung aus abbrandfestem Material versehen. Mit Vorteil sind die Kontaktstücke koaxial zueinander angeordnet.
Die äusseren Kontaktstücke sind vorteilhaft röhr- oder topfförmig ausgebildet. Mit Vorteil ist je ein inneres Kontaktstück innerhalb je eines äusseren Kontaktstückes angeordnet.
Wenn nur eines der beiden inneren Kontaktstücke bewegbar ist, ist das zweite, feststehende innere Kontaktstück mit Vorteil an einem feststehenden Kontaktstengel befestigt.
Die beiden äusseren Kontaktstücke können feststehend oder beweglich angeordnet sein. Besonders vorteilhaft sind entweder beide äusseren Kontaktstücke feststehend, oder eines ist feststehend, während das andere beweglich ist. In letzterem Falle ist vorteilhaft die Bewegung des beweglichen äusseren Kontaktstücks an die Bewegung des beweglichen inneren Kontaktstücks gekoppelt, vorteilhaft durch eine starre Verbindung der beiden beweglichen Kontaktstücke.
Als Nennstromkontakte dienen vorteilhaft die inneren Kontaktstücke. Insbesondere in dem Fall, dass je ein inneres und äusseres Kontaktstück beweglich angeordnet ist und diese starr miteinander verbunden sind, überragt vorteilhaft das bewegliche innere Kontaktstück das bewegliche äussere Kontaktstück in axialer Richtung. Es können auch sowohl die inneren als auch die äusseren Kontaktstücke als Nennstromkontakte dienen.
Mit grossem Vorteil ist die Kontaktanordnung als ein fest verlötetes Kontaktsystem gestaltet. Bei geringen Abmessungen kann mit einer erfindungsgemässen Kontaktanordnung und einer erfindungsgemässen Vakuumschaltkammer eine hohe Schaltleistung erreicht werden. Sehr hohe Kurzschlussströme können sicher unterbrochen werden, und hohe Nennströme können getragen werden.
Mit Vorteil kann eine erfindungsgemässe Vakuumschaltkammer in einem Schaltgerät vorgesehen sein; insbesondere in einem Schaltgerät von geringen Abmessungen, da eine erfindungsgemässe Vakuumschaltkammer gegenüber herkömmlichen Vakummschaltkammern mit vergleichbarem
Ausschaltvermögen geringere Abmessungen aufweisen kann. Ein solches Schaltgerät kann natürlich ein Vakuumschalter sein. Vorteilhaft kann das Schaltgerät aber auch ein Leistungsschalter oder ein Hochleistungsschalter und insbesondere ein Generatorschalter sein, wobei das Schaltgerät mindestens eine Vakuumschaltkammer enthält, welche typischerweise Bestandteil eines Vakuumschalters ist.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Vorteile gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und den Figuren hervor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemässe
Vakuumschaltkammer mit einem bewegbaren äusseren Kontaktstück; Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemässe
Vakuumschaltkammer mit zwei feststehenden äusseren Kontaktstücken;
Fig. 3 eine Aufsicht auf ein inneres und ein äusseres Kontaktstück.
Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele stehen beispielhaft für den Erfindungsgegenstand und haben keine beschränkende Wirkung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt schematisch im Teilschnitt eine erfindungsgemässe Vakuumschaltkammer 1 in geöffnetem Zustand. Für die Erfindung unwesentliche Details werden nicht diskutiert und sind . weitgehend nicht dargestellt.
Die Vakuumschaltkammer 1 ist im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet mit einer Achse A und beinhaltet ein inneres Kontaktstückpaar 1 1 , 1 2 und ein äusseres Kontaktstückpaar 21 ,22. Die beiden Kontaktstücke 1 1 und 21 sind beweglich gelagert, während die beiden Kontaktstücke 1 2 und 22 feststehend sind. Die äusseren Kontaktstücke 21 ,22 sind mit
Schlitzen 26 versehen, so dass sie ein RMF-Kontaktstückpaar bilden. Im Falle eines durch die Kontaktstücke 21 ,22 fliessenden Stromes wird also ein radial verlaufendes Magnetfeld erzeugt. Auch die inneren Kontaktstücke 1 1 , 1 2 sind als RMF-Kontaktstücke ausgebildet und dafür mit Schlitzen versehen, welche aber in Fig. 1 nicht dargestellt sind. Mittels eines Zapfens 31 sind die im wesentlichen scheibenförmigen beweglichen Kontaktstücke 1 1 und 21 an einem beweglichen Kontaktstengel 41 befestigt. Mittels eines Zapfens 32 sind die feststehenden Kontaktstücke 1 2 und 22 an einem feststehenden Kontaktstengel 42 befestigt.
Die beschriebene, metallische Kontaktanordnung ist Teil der Vakuumschaltkammer 1 , die einen Isolierkörper 50, typischerweise aus Keramik, aufweist, welcher hohlzylindrisch ausgebildet und an seinen Enden durch je einen Deckel 71 ;72 verschlossen ist. Der bewegliche Kontaktstengel 41 ist durch den Deckel 71 geführt und unter Zwischenfügung eines in Fig. 1 nicht dargestellten Faltenbalges an diesem befestigt. Der feststehende Kontaktstengel 42 ist an dem Deckel 72 befestigt. Eine Abschirmung 60 verhindert, dass der Isolierkörper 50 durch Bedampfung, vor allem mit Metalldampf aus der Lichtbogenzone zwischen den Kontaktstückpaaren 1 1 ,21 beziehungsweise 1 2,22, seine Isoliereigenschaften verliert und elektrisch leitend wird.
Die inneren Kontaktstücke 1 1 ,1 2 sind auf ihrer einander zugewandten Seite aus einem abbrandfestem Material, beispielsweise Cu/Cr. Auch die äusseren Kontaktstücke 21 ,22 sind auf ihrer einander zugewandten Seite mit einer Beschichtung 24 aus einem abbrandfestem Material versehen. Diese Beschichtung 24 ist nicht mit Schlitzen versehen, sondern bildet einen ungeschlitzten Ring.
Die äusseren Kontaktstücke 21 ,22 sind topf- oder napfförmig ausgebildet und beinhalten je eines der inneren Kontaktstücke 1 1 ,1 2. Der Topf- oder Napfboden wird von dem jeweiligen Zapfen 31 ;32 durchgriffen und ist vorteilhaft nicht geschlitzt. Durch die Gestaltung der Zapfen 31 ,32 und des Topf- oder Napfbodens sowie der inneren Kontaktstücke 1 1 , 1 2 und des - n -
äusseren Bereichs der äusseren Kontaktstücke 21 ,22 und der Ankopplung an die Kontaktstengel 41 ,42 kann die Aufteilung des Stroms zwischen den beiden Kontaktstückpaaren 1 1 ,1 2;21 ,22 beeinflusst werden, so dass eine geeignete Teil- oder eine Voll-Kommutierung bei entsprechenden Schaltfällen auftritt.
Das bewegliche innere Kontaktstück 1 1 überragt den von der Beschichtung des Kontaktstückes 21 gebildeten Ring in axialer Richtung um einen Abstand δ. Im geschlossenen Zustand berühren sich darum die äusseren Kontaktstücke 21 ,22 nicht, sondern nur die inneren. Die inneren
Kontaktstücke 1 1 ,1 2 dienen der Vakuumschaltkammer 1 aus Fig. 1 somit als Nennstromkontakte. Alternativ oder zusätzlich kann auch das innere Kontaktstück 1 2 den von der Beschichtung 24 gebildeten Ring in axialer Richtung um einen Abstand überragen.
Bei einem Trennen der Kontakte der Vakuumschaltkammer 1 entsteht zwischen den inneren Kontaktstücken 1 1 und 1 2 ein Lichtbogen. Da die inneren Kontaktstücke 1 1 , 1 2 als RMF-Kontaktstücke ausgebildet sind, wird der Lichtbogen aufgrund des radialen Magnetfeldes zunächst im radial äusseren Bereich zwischen den inneren Kontaktstücken 1 1 ,1 2 als kontrahierter Lichtbogen rotieren. Je nach Grosse des fliessenden Stromes wird dann, ermöglicht durch die geringe radiale Beabstandung von inneren zu äusseren Kontaktstücken, eine Voll- oder eine Teil-Kommutierung des Lichtbogens von den inneren zu den äusseren Kontaktstücken stattfinden. Der dann zwischen den äusseren Kontaktstücken 21 ,22 brennende Lichtbogen wird ebenfalls als kontrahierter Lichtbogen rotieren, da die äusseren Kontaktstücke 21 ,22 als RMF-Kontaktstücke ein radiales Magnetfeld erzeugen. In Fig. 2 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Sie entspricht weitgehend der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform und wird ausgehend davon beschrieben.
In Fig. 2 sind beide äusseren Kontaktstücke 21 ,22 der Vakuumschaltkammer 1 ' feststehende Kontaktstücke. Das äussere Kontaktstück 22 ist vorwiegend rohrförmig ausgebildet, mit einer Verbindung 28 zum Deckel 71 die gleichzeitig als Kontaktträger 28 dient. Während eines Schaltvorganges ändert sich der Abstand der beiden äusseren Kontaktstücke 21 ,22 voneinander nicht. Auch hier sind die inneren Kontaktstücke 1 1 ,1 2 die
Nennstromkontakte. Ein Überragen des inneren Kontaktstücks 1 1 über das äussere Kontaktstück 21 im ausgeschalteten Zustand ist hier möglich, aber, wie dargestellt, nicht notwendig.
Die bei einem Schaltvorgang zu bewegende Masse ist im Falle einer Vakuumschaltkammer 1 ' gemäss Fig. 2 geringer als im Falle einer Vakuumschaltkammer 1 gemäss Fig. 1 .
Die beiden in den Figs. 1 und 2 dargestellten Vakuumschaltkammern 1 ,1 ' sind derart gestaltet, dass sie in einem abschliessenden Lötvorgang verlötbar sind. Es entsteht so eine fest verlötete Kontaktanordnung.
Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf ein inneres Kontaktstück 1 2 und ein äusseres Kontaktstück 22 entlang der in Figs. 1 und 2 mit III bezeichneten Ebene. Konzentrisch um das innere, mit Schlitzen 1 6 versehene Kontaktstück 1 2 ist das äussere Kontaktstück 22 angeordnet. Durch die Schlitze 1 6 entsteht eine Vielzahl von Kontaktsicheln 1 5 des inneren Kontaktstücks 1 2. Da das äussere Kontaktstück 22 mit der ringförmigen, nicht-geschlitzten Beschichtung 24 versehen ist, sind die darunterliegenden Schlitze in dem Kontaktstück 22 in Fig. 3 nicht sichtbar. Bezugszeichenliste
1 ,1 ' Vakuumschaltkammer 1 1 inneres Kontaktstück, bewegliches inneres Kontaktstück
1 2 inneres Kontaktstück, feststehendes inneres Kontaktstück
1 5 Kontaktsichel
1 6 Schlitz
21 äusseres Kontaktstück 22 äusseres Kontaktstück, feststehendes äusseres Kontaktstück
24 Beschichtung aus abbrandfestem Material
26 Schlitz
28 Verbindung, Rohrzuleitung, Kontaktträger
31 Zapfen 32 Zapfen
41 Kontaktstengel, beweglicher Kontaktstengel
42 Kontaktstengel, feststehender Kontaktstengel 50 Isolierkörper, Isolierrohr, Keramik
60 Abschirmung 71 Deckel
72 Deckel
A Achse, Rotationsachse δ Abstand

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1 . Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltkammer (1 ) mit einem Paar 5 innerer Kontaktstücke (1 1 ,1 2), die als RMF-Kontaktstücke ausgebildet sind, und einem Paar äusserer Kontaktstücke (21 ,22), welche räumlich eng benachbart zu den inneren Kontaktstücken (1 1 , 1 2) angeordnet und zu diesen elektrisch parallel geschaltet sind, wobei mindestens eines der inneren Kontaktstücke (1 1 ) beweglich gelagert ist, wobei die inneren
10 Kontaktstücke (1 1 , 1 2) im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet sind, wobei die äusseren Kontaktstücke (21 ,22) als RMF-Kontaktstücke ausgebildet sind, und wobei die inneren (1 1 , 1 2) und die äusseren (21 ,22) Kontaktstücke derart angeordnet und ausgebildet sind, dass ein bei einem Ausschaltvorgang zwischen den inneren Kontaktstücken (1 1 , 1 2)
/5 entstehender Lichtbogen ganz oder teilweise zwischen die äusseren
Kontaktstücke (21 ,22) kommutieren kann.
2. Kontaktanordnung gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Kontaktstücke (1 1 , 1 2) und die äusseren Kontaktstücke 0 (21 ,22) koaxial zueinander angeordnet sind.
3. Kontaktanordnung gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äusseren Kontaktstücke (21 ,22) topf- oder rohrförmig ausgebildet sind. 5
4. Kontaktanordnung gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je ein inneres Kontaktstück (1 1 ; 1 2) innerhalb je eines äusseren Kontaktstückes (21 ;22) angeordnet ist.
5. Kontaktanordnung gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der inneren Kontaktstücke (1 2) an einem feststehenden Kontaktstengel (42) befestigt ist.
s
6. Kontaktanordnung gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der äusseren Kontaktstücke (21 ) beweglich gelagert ist.
7. Kontäktanordnung gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche, W dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Kontaktstücke (1 1 , 1 2) und/oder die äusseren Kontaktstücke (21 ,22) zur Erzeugung eines radialen Magnetfeldes bei einem Stromfluss durch die inneren Kontaktstücke (1 1 ,1 2) und/oder äusseren Kontaktstücke (21 ,22) mit im wesentlichen radial und axial verlaufenden Schlitzen (26) versehen sind.
15
8. Kontaktanordnung gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äusseren Kontaktstücke (21 ,22) mit einer Beschichtung (24) aus abbrandfestem Material versehen sind, wobei die Beschichtung (24) keine Schlitze aufweist. 0
9. Vakuumschaltkammer (1 ;1 ' ), der eine Kontaktanordnung gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche enthält.
1 0. Schaltgerät, enthaltend mindestens eine Vakuumschaltkammer (1 ;1 ' ) 5 gemäss Anspruch 9.
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