NO783936L - Hoeyspennings-vakuumbryter. - Google Patents

Description

Høyspennings-vakuumbryter.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en høyspenningsvakuum-bryter omfattende to relativt aksielt bevegelige bryterkontakter, hvor det tilknyttet hver av disse er en ringformet skjermelektrode som er elektrisk koblet med dens respektive bryterkontakt og rager ut, i den åpnede tilstand for bryteren og i retningen av lukkebevegelsen, litt fra kontaktoverflaten for bryterkontakten.

I en lignende vakuumbryter, f.eks. den bryter som er omtalt i US-patent 3 914 568, tjener nevnte skjermelektrode det formål

å skape, i den åpnede tilstand av bryteren foran kontaktoverflaten av den respektive bryterkontakt, et elektrisk felt som minsker risikoen for ,en lysbueutladning mellom kontaktoverflåtene for begge bryterkontaktene forut for lukkingen av bryteren. Opp-rinnelig er disse kontaktoverflåter jevne og har en høy spenningsstyrke, men under drift vil de bli grovere på grunn av lysbueutladning som direkte går forut for lukkingen av bryteren, hvorved spenningsstyrken avtar.. Den økende grovhet av kontaktoverflåtene er ikke bare resultatet av brenning på grunn av lysbueutladningen, men også på grunn av det faktum at under lukking av bryteren sveises kontaktene til hverandre og under åpningen av bryteren blir de på ny trukket løs fra hverandre. Ved å anvende skjermelektroden oppnås det, etter starting av lukkeoperasjon for bryteren, at respektive bryterkontakter fremdeles forblir en viss tid utenfor det elektriske feltet som kommer fra den andre bryterkontakten og er tilstrekkelig sterk til å innføre en lysbueutladning, slik at bryteren holder en tilstrekkelig høy spenningsstyrke uansett det faktum at kontaktoverflåtene blir grovere.

For å hindre opptreden av en lysbueutladning mellom selve skjerm-I elektrodene ellerå unngå, under en lysbueutladning fra en bryter-• kontakt, at respektive skjermelektrode treffes av metallpartikler som rives fra nevnte kontakt, hvorved glattheten i dens over- ! flate kan påvirkes og risikoen for en lysbueutladning mellom selve de to skjermelektrodene øker igjen. Det er imidlertid nødvendig ved den kjente vakuumbryteren å montere skjermelektrodene relativt langt fra kontaktoverflåtene av bryterkontaktene.

Dette har det ufordelaktige resultat at de ytre dimensjoner av vakuumbryteren blir store, bryterslaget som må utføres av drivmekanismen for bryteren blir langt og massene som skal beveges blir større.

Oppfinnelsen har til formål å unngå disse ulemper og tilveiebringe en høyspenningsvakuumbryter av den beskrevne type, i hvilken den effekt som tilsiktes ved tilveiebringelsen av skjermelektrode fullt realiseres uten nødvendigheten av en uønsket utvidelse av dimensjonene for bryteren og drivmekanismen som tilhører denne.

I dette henseénde er det foreslått, ifølge oppfinnelsen, å koble

i en høyspenningsvakuumbryter av den type som er nevnt ovenfor idet minste en av skjermelektrodene kapasitivt med sine respektive bryterkontakt. I overensstemmmelse med oppfinnelsen kan en slik kobling realiseres på en enkel måte, når, sett i radiell retning;

et lag av isolerende materiale tilveiebringes mellom kontaktstangen som bærer bryterkontakten og den respektive skjermelektroden.

Et slikt isoleringslag skaper kun en liten potensialforskjell mellom bryterkontakten og den respektive skjermelektroden, slik at den elektriske last av isoleringslaget er liten. Som et resultat av det faktum at en slik kondensator har en relativt liten verdi, vil strømmen i lysbueutladningen gjennom skjermelektroden bli så liten at brenning av skjermelektrodene unngås.

På grunn av dette vil overflaten av skjermelektroden forbli relativt glatt, slik at spenningsstyrken for bryteren konstruert ifølge oppfinnelsen forblir stor.

Ifølge oppfinnelsen kan det være fordelaktig å gi laget av isolerende materiale formen av en hylse som tjener formålet med å bære i det minste en del av skjermelektroden. I det tilfellet tilveiebringer oppfinnelsen en meget enkel konstruksjon, når kondensatoren som er nødvendig for den elektriske koblingen !.mellom en bryterkontakt og den respektive skjermelektroden har:

formen av en sylinderkondensator som består av i det minste enj

del av skjermelektroden som danner den ytre platen, hylsen av isolerende materiale som ligger mot den indre siden av denne

. og danner dielektrikumet og en metallsylinder som ligger mot

den indre siden av hylsen, er galvanisk koblet med respektive bryterkontakt og danner den indre platen. En slik konstruksjon tillater dannelse av skjermelektroden som et vevet legeme som

er laget av tråder eller metalliserte fillamenter. Ettersom dette legemet har et stort antall åpninger, vil de fleste metallpartikler som under én lysbueutladning rives løs fra respektive bryterkontakt unnslippe gjennom nevnte åpninger, mens kun et meget lite antall av disse partikler vil treffe skjermelektroden. De sistnevnte metallpartikler vil imidlertid ikke i alvorlig grad påvirke spenningsstyrken for skjermelektroden, ettersom disse partikler vil bli deformert rundt materialet av fillamentene i skjermelektroden, hvorved en fast forbindelse med dette materialet frembringes og den relativt glatte overflaten av skjermelektroden bevares. En annen fordel ved dette trekk er at en skjermelektrode som er formet på denne måte kan være i en relativt liten avstand fra sin respektive bryterkontakt. Følgelig trenger bruken av en slik skjermelektrode ikke å føre til en økning i dimensjonene av vakuumbryteren. Dessuten gir den nettopp nevnte konstruksjon av en skjermelektrode, ifølge oppfinnelsen/muligheten for å gi de to skjermelektrodene slike for-skjellige diametre for således å sikre at den ene passer konsentrisk inn i den andre. I det tilfellet oppnås det en meget enkel konstruksjon når den ene bryterkontakten dannes, innenfor høy-spenningsvakuumbryteren, som en fast kontakt og forsynt med en også stasjonær skjermelektrode og den andre bryterkontakten dannes som en bevegelig kontakt og forsynes med en skjermelektrode montert for bevegelse langs med denne. Da trenger drivmekanismen for bryteren kun å drive sistnevnte bevegelige kontakt, slik at mekanismen kan ha en relativt enkel konstruksjon.

Oppfinnelsen vil nå bli belyst ved hjelp av vedlagte tegning

av noen utførelsesformer. Imidlertid er oppfinnelsen ikke begrenset til disse.

I Fig. l viser skjematisk et aksielt tverrsnitt av en del av en første utførelsesform av en høyspenningsvakuumbryter, hvor<I>j nevnte del er den mest viktige for oppfinnelsen. Fig. 2 er et tilsvarende tverrsnittriss av en andre utførelses-form ifølge oppfinnelsen. Fig. l viser av huset for den illustrerte høyspenningsvakuum-bryteren kun den sylindriske metalldelen 1, innenfor hvilken

et bryterkammer 2 som er evakuert på en måte som ikke er vist

i tegningen, er adskilt av to legemer 3 og 4 av isolerende materiale, hvilke også tjener formålet med å understøtte og føre kontaktstenger 5 og 6 som forløper begge i den langsgående akse av delen 1 og bærer ved sine ender som vender mot hverandre henholdsvis bryterkontaktene 7 og 8, med hvilke skjermelektrodene 9 og 10 konstruert ifølge oppfinnelsen er tilknyttet. Sistnevnte vil bli beskrevet i nærmere detalj.

De ovenfor nevnte deler 1 - 8 i høyspenningsvakuumbryteren som-vist i fig. 1 danner, hverken hva angår deres konstruksjon eller deres operasjon, .noen del av oppfinnelsen og de kan være av en hvilken som helst passende type,slik at en kortfattet beskrivelse av disse deler av deres operasjon er tilstrekkelig.

De allerede nevnte kontaktstenger 5 og 6, som er montert for glidebevegelse i legemene 3 og 4 ved hjelp av hylser 11, 12 av godtledende materiale, slik som metall, er, ved deres ender som ligger fjernt fra hverandre, på isolerende måte koblet på en måte som ikke er vist i tegningen henholdsvis med stempelstengene 13, 14 i stempelsylindersystemer 15, 16 anvendt for å drive nevnte stenger 5, 6. Konstruksjonen og operasjonen av de to

systemer 15 og 16, hvilke under operasjon kan drives synkront ved hjelp av et fluidum under trykk for styring av bryteren, vil ikke bli beskrevet i detalj. Hva angår den elektriske forbindelse av bryterkontaktene 7 og .8. skal det kun henvises til innførings-lederne 17 og 18 som rager ut fra hylsene 11 og 12.

Det samme som angår delene 1-8 angår delene 11 - 18. Alle passende konstruksjoner og operasjoner av disse er mulige.

i! Som det allerede er blitt sett, er det i tilknytning til bryter-

kontaktene 7 og 8 tilstede skjermelektroder 9 og 10 hvilke ■ ' må ha for det resultat som tilsiktes (beskyttelse mot for store lysbueutladningsfenomener mellom bryterkontaktene 7 og 8) i et hvert tilfellet minst stort sett det samme potensialet som deres respektive bryterkontakter 7,8, når bryterne er i sin åpne tilstand .

Slik det er stipulert ved oppfinnelsen og videre klart er angitt

i fig. 1, imøtekommes det ovenfor nevnte potensialkrav ved hjelp av den kapasitive kobling mellom bryterkontakten på den ene side og skjermelektroden tilknyttet denne på den annen side. Således kan den øvre delen av skjermelektroden 9 som vist i fig. 1 anses som den ytre platen av en sylinderkondensator, av hvilken dielektrikumet er dannet av en hylse 19 av isolerende materiale som ligger mot den indre siden av nevnte elektrodedel og den

indre platen dannes av en metållsylinder 21 som ligger mot den indre siden av hylsen19 og er forbundet galvanisk med kontakt-.stangen 5, og følgelig også med bryterkontakten 7 gjennom en ettergivende kontakt 23. På en tilsvarende måte betraktes en sylinderkondensator i den nedre halvdel av fig. 1,hvor nevnte kondensator består av den nedre delen av skjermelektroden 10 som danner den ytre platen, en hylse 20 av isolerende materiale som ligger mot den indre siden av denne og danner dielektrikumet og en metetallsylinder 22 som ligger mot den indre siden av denne hylsen og danner den indre platen, hvor sistnevnte er koblet galvanisk med kontaktstangen 6 og bryterkontakten 8 gjennom en ettergivende kontakt 24. Kondensatorene som består av de nettopp nevnte elementer 9, 19 og 21 samt 10, 20 og 22 har en relativt liten kapasitiv verdi, slik at strømmen i en lysbueutladning, hvis noen, hvilken ville strømme gjennom skjermelektrodene 9 og 10, også ville ha en slik liten verdi at bren-ningen av skjermelektrodene ikke ville skje.

Som det allerede er blitt observert, må det unngås at skjermelektrodene 9 og 10 under en lysbueutladning som skjer mellom deres respektive bryterkontakter 7 og 8 treffes således av metallpartikler som rives løs derfra, at overflateglattheten av elektrodene minsker og øker derved risikoen for en lysbueutladning mellom selve elektrodene. I den konstruksjon av en høyspennings-vakuumbryter som er omhandlet i det nevnte US-patent og som har ! faste skjermelektroder som er tilknyttet bryterkontaktene, fører også den betraktning til nødvendigheten av å montere skjermelektrodene relativt langt fra kontaktoverflaten for bryterkontaktene 7 og 8, idet nevnte overflate er indikert i fig. 1

med stiplede linjer.

Den ovenfor nevnte sylinderkondensator-konstruksjon av skjermelektrodene 9 oa 10, i hvilken sistnevnte understøttes over en vesentlig del av deres aks.ielle dimensjon ved hjelp av henholdsvis delene 19, 21 og 20, 22, gjør det også mulig å danne den ytre platen av sylinderkondensatoren, dvs. skjermelektroden selv som et vevet legeme av tråder eller metalliserte fillamenter og som følgelig har mellom trådene eller fillamentene et stort antall åpninger. Dette har til følge at metallpartikler som flyr fra en lysbueutladning mellom bryterkontaktene 7 og 8 for det -meste finner veien ut gjennom disse åpninger, mens det meget lavere antall av små metallpartikler som treffer trådene eller fillamentene vil påvirke profilen av skjermelektroden kun litt ettersom nevnte partikler blir deformert om trådene eller fillamentene.

Virkningen av de trekk som er beskrevet ovenfor, dvs. den kapasitive kobling av en skjermelektrode med dens respektive bryterkontakt og videre konstruksjonen av skjermelektroden som et legeme vevet av tråd, gjør det mulig å oppnå en konstruksjon med relativt små aksielle dimensjoner til tross for bruken av skjermelektroder tilknyttet bryterkontaktene.

Fig. 2 viser på en måte tilsvarende den i fig. 1 en andre ut-førelsesform av en høyspenningsvakuumbryter konstruert ifølge oppfinnelsen. Der gjøres det bruk av det faktum at de to sk"jermelektrodene 109 og 110 kan dannes som et legeme vevet av tråder eller metalliserte fillamenter og har, i den illustrerte utførelsesform i fig. 1, åpninger mellom tråd eller fillament-delene. I dette tilfellet har imidlertid de to skjermelektrodene diametre som avviker på eh' slik måte at det muliggjøres inn-føring av den nedre skjermelektroden 110 konsentrisk inn i den øvre skjermelektroden 109. Konstruksjonen er slik at den nedre bryterkontakt 108 er en fast kontakt som er forsynt med en stasjonær

skjermelektrode 110, mens den øvre bryterkontakten 7 er dannet

som en bevegelig kontakt og i dette tilfellet forsynt med en skjermelektrode 10 9 som er montert for bevegelse langs med denne.

i I dette tilfellet oppnås den kapasitive kobling mellom denI øvre skjermelektroden 109 og den øvre bryterkontakten 7 ved hjelp av sylinderkondensator, av hvilken den ytre platen dannes av den øvre delen av skjermelektroden 109, dielektrikumet ved hjelp av hylsen 119 av isolerende materiale og den indre platen ved hjelp av en metallsylinder 121, hvilken er forbundet med den øvre kontaktstangen 5 ved hjelp av en indre flens 123. Den nedre bryterkontakt .10 8 er anbragt ved den øvre enden av den stasjonære kontaktstang 106 som ved sin nedre ende er forbundet med eller danner del av et også stasjonært metallegeme 112 som er innbefattet i understøttelseslegeme 4 av isolerende materiale på en tilsvarende måte som hylsen 12 i utførelsesformen som er vist i fig. 1. Den nedre skjermelektroden 110 hvilken, slik det allerede er blitt observert, passer koaksialt inn i den øvre skjermelektroden 109, når bryteren er i den lukkede tilstand vist med stiplede linjer i fig. 2, kobles kapasitivt med den stasjonære kontaktstangen 106 gjennom en hylse 120

av isolerende materiale. Det er klart at det i dette tilfellet ikke er noen stempelstang og stempel-sylindersystem for be-vegelsesformålet, slik som stempelstangen 14 og stempel-sylinder-systemet i utførelsesformen vist i fig. 1, tilknyttet den nedre bryterkontakten 108 og den respektive kontaktstang 106. Ettersom de andre delene i utførelsesformen som er vist i fig. 2 prinsipielt korresponderer fullt med de i utførelsesformen som er vist i fig. 1, er de angitt med de samme henvisningstall.

Fig. 2 viser klart at i angjeldende utførelsesform oppnås det ikke bare en konstruksjon med mindre aksielle dimensjoner enn i utførelsesformen som vist i fig. 1, men at også hele drivmekanismen for den nedre bryterkontaken er borte, slik at de aksielle dimensjoner i høyspenningsvakuumbryteren blir ennu mer redusert og videre at drivmekanismen blir vesentlig forenklet. Dette er særlig resultate.t. av det faktum at under en lysbueutladning mellom bryterkontaktene 107 og 108 vil de flyvende metallpartiklene for det meste forsvinne gjennom åpningene i både skjermelektroden 110 og skjermelektroden 109 for således å etterlate de relativt glatte profiler av disse skjermelektroder upåvirket så langt som mulia.

Claims (6)

1. Høyspenningsvakuumbryter, karakterisert ved to relativt aksielt bevegelige bryterkontakter og to ringformede skjermelektroder, av hvilke hver er tilknyttet og elektrisk koblet til en respektiv kontakt av nevnte bryterkontakter og rager litt forbi kontaktoverflaten av nevnte kontakt i retningen mot den andre bryterkontakten, idet i det minste en av skjermelektrodene (9,10; 109,110) er kapasitivt koblet med dens respektive bryterkontakt.

2. Høyspenningsvakuumbryter som angitt i krav 1, karakterisert ved at i det minste en av bryterkontaktene (7,8, <*> 7, 108) understøttes av en kontaktstang ( <5,> 6; 5, 106) og at et lag av isolerende materiale (19, 20J 119, 120) er tilveiebragt, radielt sett, mellom nevnte kontaktstang og den respektive skjermelektrode (9, 10J 109, 110).

3. Høyspenningsvakuumbryter som angitt i krav 2, karakterisert ved at laget av isolerende materiale er et rørformet stykke (19,20; 119,120) som forløper over i det minste en del av skjermelektroden (9 ,10 ,' 109 ,110) for å understøtte sistnevnte.

4. Høyspenningsvakuumbryter som angitt i krav 3, karakterisert ved at det er tilveiebragt en sylinderkondensator som er sammensatt av en ytre elektrode dannet av i det minste en del av sk jermelektrodene (9 ,10 , '109 ,110) en sylindrisk innerelektrode (21,22)121,122) galvanisk forbundet med den respektive bryterkontakt (7, 8 ,'7,108) og det rørf ormede stykket av isolerende materiale (19 , 20,'119 ,120) anbragt mellom nevnte elektroder.

5. Høyspenningsvakuumbryter som angitt i krav 3 eller 4, karakterisert ved at skjermelektroden er et legeme (9,10)109,110) av vevet tråd eller metalliserte tråder.

6. Høyspenningsvakuumbryter som angitt i krav 5, ' karakterisert ved at de to skj ermelektrodene (109,110) er således formet og har slike dimensjoner at det sikres at i den lukkede tilstand av bryteren omgir en elektrode (109) den andre (110) mer klaring.

<7.> Høyspenningsvakuumbryter som angitt i krav 6, karakterisert ved at en bryterkontakt (10 8) er en fast kontakt og er forsynt med en fast skjermelektrode (110) og den andre bryterkontakten (7) er en bevegelig kontakt og bærer en skjermelektrode (109) som er tilpasset til å bli beveget sammen med denne.