DE1273661B - Vakuumschalter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4m?Wm> PATENTAMT Int. CL:

HOIh

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21c-35/09

Nummer: 1273 661

Aktenzeichen: P 12 73 661.7-34 (G 42189)

Anmeldetag: 4. Dezember 1964

Auslegetag: 25. Juli 1968

Die Erfindung geht aus von einem Vakuumschalter zum Abschalten von hohen Wechselströmen mit einem die Lichtbogenstrecke zwischen den Schalterkontakten durchsetzenden Magnetfeld.

Es ist bereits aus der französischen Patentschrift 1 257 305 ein Vakuumschalter bekannt, bei welchem in dem Zwischenraum zwischen den Schalterelektroden ein radiales Magnetfeld erzeugt wird, welches also senkrecht zur Längsrichtung des zwischen diesen Schalterelektroden brennenden Lichtbogens verläuft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vakuumschalter so auszubilden, daß sie größere Ströme als bisher zu unterbrechen vermögen.

Das Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß das Magnetfeld in axialer Richtung verläuft, seine Kraftlinien also parallel zur Längsachse des Kontaktöffnungslichtbogens orientiert sind und so gesteuert wird, daß es während des Zeitraums, in welchem der Lichtbogenstrom einen hohen Wert hat, stark ist, dagegen während und kurz vor dem Stromdurchgang sehr schwach ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird eine die Schalterröhre umschließende Spule mit den Schaltelektroden in Reihe geschaltet.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung soll die Spule einen sättigungsfähigen Magnetkern enthalten, der einen hohen Anteil des von der Spule entwickelten Magnetflusses bei niedrigen Lichtbogenstromwerten über einen von der Bogenstrecke entfernten Weg nebenschließt.

In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen Schnitt eines Vakuumschalters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines im Schalter nach Fig. 1 verwendeten Kontaktes;

Fig. 3 zeigt die Lichtbogenspannung (Spitzenwert) in Abhängigkeit vom Lichtbogenspitzenstrom mit der magnetischen Induktion als Parameter für einen Schalter nach F i g. 1 und 2,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 einen Schnitt des Schalters nach Fig. 4 entlang der Linie 5-5 in Fi g. 4 und

Fig. 6 ein Diagramm, das bestimmte, während eines Ausschaltvorganges im Schalter nach Fig. 4 auftretende elektrische und magnetische Beziehungen veranschaulicht.

Der in Fig. 1 gezeigte Schalter hat eine hochevakuierte Kammer 10, bestehend aus einem Gehäuse 11 aus geeignetem Isoliermaterial und zwei die Gehäuseenden abschließenden metallischen Stirnkappen 12 und 13. Zwischen den Stirnkappen und Vakuumschalter

Anmelder:

General Electric Company,

Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld und Dr. D. v. Bezold,

Patentanwälte, 8000 München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Thomas Henry Lee, Nether Providence, Pa.;

Allan Nunns Greenwood,

Joseph William Porter, Media, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 6. Dezember 1963
(328 656, 328 601)

dem Gehäuse sind geeignete Dichtungen 14 vorgesehen, die die Kammer vakuumdicht machen. Der Normaldruck in der Kammer 10 unter statischen Bedingungen ist niedriger als 10~⁴ mm Hg, so daß einigermaßen Gewähr dafür gegeben ist, daß die mittlere freie Weglänge für die Elektronen größer ist als die Länge des Elektrodenabstandes in der Kammer.

In der Kammer 10 befinden sich zwei gegeneinander bewegliche scheibenförmige Kontakte oder Elektroden 17 und 18, die in ihrer abgehobenen oder geöffneten Stellung gezeigt sind. Der obere, feststehende Kontakt ist in geeigneter Weise an einer stromleitenden Stange 17 a befestigt, die an ihrem oberen Ende mit der oberen Stirnkappe 12 verbunden ist. Der untere, bewegliche Kontakt 18 ist auf einer stromleitenden Betätigungsstange 18 a befestigt, die in geeigneter Weise vertikal beweglich gelagert ist. Die Betätigungsstange 18 a durchsetzt eine Öffnung in der unteren Stirnkappe 13, wobei ein elastischer Balg 20 aus Metall die Stange 18 a rundum abdichtet, so daß diese sich ohne Beeinträchtigung des in der Kammer 10 herrschenden Vakuums vertikal bewegen kann. Wie in Fi g. 1 gezeigt, ist der Balg 20 mit seinen beiden Enden abdichtend an der Betätigungsstange 18 a bzw. an der Stirnkappe 13 befestigt.

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Eine geeignete, mit dem unteren Ende der Betäti- ihrem Außenumfang aus radial nach innen mit allgungsstange 18 a gekuppelte Betätigungseinrichtung gemein spiraligem Verlauf durchsetzen, wie in (nicht gezeigt) führt den beweglichen Kontakt 18 F i g. 2 gezeigt. Diese Schlitze 32 zwingen den Strom, nach oben in Kontaktgabe mit dem feststehenden der in einen an irgendeiner Stelle längs des Umfangs-Kontakt 17, so daß der Schalter geschlossen wird. 5 bereiches der Scheibe aufsetzenden Lichtbogenkopf Die Kontaktschließstellung des beweglichen Kon- übergeht, auf einen Weg, der in der Nachbarschaft taktes ist durch die gestrichelte Linie 21 angedeutet. des Lichtbogens allgemein tangential zum Umfang Die Betätigungseinrichtung zieht den Kontakt 18 der Scheibe gerichtet ist. Diese Tangentialorientieauch in die in ausgezogenen Linien dargestellte Stel- rung ist in F i g. 2 durch den gestrichelt gezeichneten lung zurück, um den Schalter zu öffnen. Ein der- io Stromweg L, der von der Stange 18 a zum Lichtartiger Öffnungsvorgang wird nachstehend ausführ- bogenkopf 38 auf dem Außenumfang des Kontaktes licher erläutert werden. Die axiale Länge des Trenn- 18 führt, veranschaulicht. Durch diese Tangentialspaltes bei voll abgehobenen oder getrennten Kon- orientierung des Stromweges wird bewirkt, daß die takten beträgt typischerweise 1,27 cm. magnetische Schleife L eine Tagentialkraftkompo-

Durch den Lichtbogen (angedeutet bei 38), der 15 nente erzeugt, die den Lichtbogen in Umfangsrichbeim Abheben der Kontakte über den Trennspalt 22 tang um den Kontakt treibt oder drückt. Im Schalter zwischen diesen gezogen wird, wird etwas Kontakt- nach Fig. 1 ist das Vermögen des Schalters," die bei metall verdampft, und die dabei entstehenden der Starkstromabschaltung erzeugten Lichtbogen-Dämpfe verteilen sich von der Bogenstrecke 22 aus produkte zu kondensieren, dadurch erheblich ver-Ui Richtung zur Kammerwand. Bei dem gezeigten 20 bessert, daß an die Lichtbogenstrecke 22 zwischen Schalter sind die isolierenden Innenflächen des Ge- den Kontakten ein axiales Magnetfeld 50 gelegt wird, häuses 11 vor dem Niederschlag von durch den Dieses axiale Magnetfeld wird so gesteuert, daß es Lichtbogen erzeugten Metallteilchen durch eine rohr- während des Zeitraums, da der Lichtbogenstrom förmige Metallabschirmung 15 geschützt, die in ge- einen hohen Wert hat, stark ist, dagegen während und eigneter Weise am Gehäuse 11 gehaltert und vor- 25 kurz vor dem Stromnulldurchgang sehr schwach ist. zugsweise von den beiden Stirnkappen 12 und 13 Das axiale Magnetfeld wird durch eine Spule 52

isoliert ist. Diese Abschirmung 15 fängt die dem erzeugt, die das zylindrische Isoliergehäuse 11 umLichtbogen entstammenden Metalldämpfe auf und schließt und in Reihe mit dem Stromkreis des Schalkondensiert sie, bevor sie die Wand des Gehäuses 11 ters geschaltet ist, so daß der den Lichtbogen durcherreichen. Um die Möglichkeit, daß ein Teil der 30 fließende Strom auch die Spule 52 durchfließt. Wäh-Dämpfe an der Abschirmung 15 vorbeigelangt, zu rend des Vorhandenseins des Lichtbogens verläuft verringern, sind an den beiden Enden des mittleren der Stromkreis durch den Schalter und die Spule 52 Abschirmrohres zwei Stirnschirme 16 und 16 a vor- zwischen zwei Anschlüssen 54 und 56 über die gesehen. Stange 18 a, den Kontakt 18, den Lichtbogen 38, den

Sämtliche inneren Teile des Schalters sind prak- 35 Kontakt 17, die Stange 17 a, die Verbindungsleitung tisch frei von Oberflächenverunreinigungen. Zusatz- 57 und die Spule 52. Bei Stromfluß durch die Spule lieh sind die Kontakte 17 und 18 effektiv von im 52 wird das Magnetfeld 50 erzeugt, dessen Kraft-Kontaktinneren absorbierten Gasen befreit, so daß linien allgemein parallel zum Lichtbogen 38 in der eine Gasentwicklung aus den Kontaktstücken beim Bogenstrecke 22 verlaufen.

Abschalten von Starkströmen ausgeschlossen ist. 40 Es wurde gefunden, daß durch Beaufschlagung der Die beiden Kontakte haben Scheibenform und sind Lichtbogenstrecke eines Vakuumschalters mit einem mit ihrer einen Hauptfläche gegeneinandergerichtet. starken axialen Magnetfeld die während starker Im Mittelbereich jedes Kontaktes hat diese- Haupt- Momentanströme entwickelte Lichtbogenspannung fläche jeweils eine Ausnehmung 29, die von einer sehr stark erniedrigt werden kann. Die Energie, ringförmigen Kontaktgabefläche 30 eingefaßt ist. 45 welche die Abschirmung während der Lichtbogen-Diese ringförmigen Kontaktgabeflächen 30 die in der dauer aufnimmt, ist der Lichtbogenspannung direkt Schließstellung des unteren Kontaktes (gestrichelt proportional. Durch Verringerung dieser Lichtgezeichnete Stellung in Fig. 1) aneinanderliegen, bogenspannung bei hohen Stromwerten wird daher haben einen solchen Durchmesser, daß der die ge- die in die Abschirmung eintretende Energie entschlossenen Kontakte durchfließende Strom einem 50 sprechend herabgesetzt und dadurch der Temperadial nach außen gebogenen schleifenförmigen raturanstieg oder die Erwärmung der Abschirmung Weg L folgt, wie durch die gestrichelten Linien in entsprechend begrenzt, so daß die Abschirmung ihre Fig. 1 angedeutet. Dieser schleifenförmige Strom- Fähigkeit, die aus der Lichtbogenstrecke freigesetzten weg erzeugt einen magnetischen Effekt, der in be- Dämpfe zu kondensieren, beibehält, kannter Weise die Schleife in die Länge zieht. Dies 55 Bei einer Testserie, die mit einem Schalter in der hat zur Folge, daß beim Abheben der Kontakte unter Ausbildung nach F i g. 1, jedoch mit von einer geAusbildung eines_ Lichtbogens 38 zwischen den trennten Gleichstromquelle gespeister Spule 52 Flächen 30 der magnetische Effekt des dem schleifen- durchgeführt wurde, wurde gefunden, daß die Lichtförmigen Weg folgenden Stromes den Lichtbogen bogenspannungsspitze bereits mit Magnetfeldern radial nach außen drückt. 60 rechtmäßiger Stärke sehr stark herabgedrückt wer-

Wenn die Lichtbogenköpfe gegen den Außen- den kann. Die Resultate dieser Testserie sind in umfang der Scheiben in an sich bekannter Weise 17 F i g. 3 graphisch gezeigt. Man sieht aus diesem und 18 laufen, greift am Lichtbogen 38 eine in Um- Diagramm, daß bei einem Magnetfeld von 6000 Gauß fangsrichtung wirkende Magnetkraft an, die den und Stromspitzen um 50 000 bis 60 000 Ampere die Lichtbogen in Umfangsrichtung um die Mittelachsen 65 Lichtbogenspannung ganz erheblich, und zwar auf der Scheiben drückt/Diese Magnetkraft wird in an ungefähr ein Drittel des ohne das Magnetfeld aufsich bekannter Weise vorzugsweise durch eine Reihe tretenden Wertes herabgedrückt werden kann. Mit von Schlitzen 32 erzeugt, welche die Scheiben von geringeren magnetischen Induktionen und bei Strom-

spitzen im Bereich von 50 000 bis 60 000 Ampere wird die Lichtbogenspannung zwar nicht so stark herabgedrückt, jedoch ist sogar bei einer magnetischen Induktion von 1600 Gauß die Erniedrigung der Lichtbogenspannung immer noch fast so stark wie bei 6000 Gauß. Aus den Kurven in F i g. 3 sieht man, daß die für eine gegebene Erniedrigung der Lichtbogenspannung erforderliche magnetische Induktion mit zunehmendem Spitzenwort des Lichtbogenstromes ansteigt. Man sieht außerdem, daß für einen gegebenen Stromwert es einen Wert der magnetischen Induktion gibt, oberhalb dessen eine weitere Erhöhung der magnetischen Induktion sich nur wenig im Sinn einer weiteren Erniedrigung der Lichtbogenspannung auswirkt. Beispielsweise sieht man aus der Kurve in Fig. 3, daß zwischen 40 000 und 50 000 Ampere eine Erhöhung der magnetischen Induktion über 1600 Gauß hinaus die Lichtbogenspannung nur sehr wenig weiter herabdrückt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Er- ao findung macht man das Magnetfeld 50 so stark, daß die während der Stromspitzen auftretenden Lichtbogenspannungen auf weniger als die Hälfte derjenigen Bogenspannung, die ohne das axiale Magnetfeld auftreten würde, herabgedrückt wird. Die Erfindung im weiteren Sinn ist jedoch nicht auf eine derartige Ausführung beschränkt. Beispielsweise kann man in Fällen, wo höhere Lichtbogenspannungen zulässig sind, mit kleineren magnetischen Induktionen arbeiten. In jedem Fall sind jedoch die angewandten magnetischen Induktionen groß genug, um eine erhebliche Verringerung der Lichtbogenspannung für Momentanströme von mehr als 20 000 Ampere zu bewirken. Beispielsweise ist bei einer Ausführungsform der Erfindung eine felderzeugende Einrichtung vorgesehen, die in der Lichtbogenstrecke eine magnetische Induktion von 800 Gauß bei 20 000 Ampere, 1600 Gauß bei 40 000 Ampere und 2400 Gauß bei 60 00 Ampere Momentanstrom entwickelt.

Um das Ausschaltvermögen eines Vakuumschalters zu erhöhen, genügt es nicht, lediglich die Bogenstrecke mit einem starken axialen Magnetfeld, das die Bogenspannungsspitzen herabdrückt, zu beaufschlagen. Es wurde vielmehr gefunden, daß die Anwesenheit eines starken axialen Magnetfeldes während des Zeitraums, da der Wechselstrom sich dem Nulldurchgang nähert, das Ausschaltvermögen des Vakuumschalters selbst dann ernsthaft beeinträchtigen kann, wenn die Lichtbogenspannung während der Spitzen des Momentanstromes herabgedrückt worden ist. Es wird daher nach der Erfindung das axiale Magnetfeld so gesteuert, daß es während des Stromnulldurchgangs und unmittelbar davor weitgehend verschwindet. Es ist nicht notwendig, daß das axiale Magnetfeld während dieses kritischen Zeitraums vollständig verschwindet; jedoch sollte seine Feldstärke auf einen so niedrigen Wert absinken, daß die Fähigkeit der Lichtbogenstrecke, die wiederkehrende Spannung auszuhalten, nicht nennenswert geringer ist, als sie es wäre, wenn während dieses Intervalls um den Nulldurchgang herum überhaupt kein axiales Magnetfeld anwesend wäre.

Da die Spule 52 in F i g. 1 in Reihe mit den Kontakten 17, 18 des Schalters liegt, ist natürlich der Spulenstrom mit dem Lichtbogenstrom in Phase. Dadurch ist jedoch nicht automatisch gewährleistet, daß das durch die Spule 52 in der Lichtbogenstrecke erzeugte Magnetfeld bzw. der dazugehörige Magnetfluß gleichfalls in Phase mit dem Lichtbogenstronl ist. Vielmehr verursachen die durch das Magnetfeld induzierten Wirbelströme, außer wenn sie auf einem niedrigen Wert gehalten werden, ein beträchtliches Nacheilen des Magnetflusses hinter dem Strom, was zur Folge hat, daß ein verhältnismäßig starkes Magnetfeld an der Bogenstrecke verbleibt, wenn der Strom den Nulldurchgang erreicht. Um diese Wirbelströme auf einen solchen Wert herabzusetzen, daß der Magnetfluß und der Lichtbogenstrom annähernd in Phase sind, fertigt man die Stirnplatte aus einem niederpermeablen Werkstoff hohen spezifischen Widerstandes, wie z. B. korrosionsbeständigem Stahl, und benutzt außerdem die Schlitze 32 in den Kontakten 17 und 18 dazu, die Wirbelstromwege in den Kontakten aufzubrechen. Im Hinblick auf dieses letztgenannte Merkmal sind die Schlitze 32 radial soweit wie möglich nach innen geführt, um eine möglichst gute Aufbrechung oder Zertrennung der Wirbelstromwege zu erreichen. Zusätzlich ist jeder Kontakt in seinem Mittelbereich 29 mit Löchern oder Durchbrechungen 70 (Fig. 2) versehen, um die Wirbelströme noch weiter herabzusetzen. Bei derartig reduzierten Wirbelströmen kann der Magnetfluß ausreichend gut in Phase mit dem Lichtbogenstrom gehalten werden, um im und unmittelbar vor dem Stromnulldurchgang die magnetische Feldstärke so klein werden zu lassen, daß die Fähigkeit der Bogenstrecke, die wiederkehrende Spannung beim Nulldurchgang auszuhalten, nicht nennenswert beeinträchtigt wird.

Was seine physikalische Wirkung auf den Lichtbogen betrifft, so verhindert das axiale Magnetfeld, wenn seine Feldstärke groß ist, offenbar, daß der Lichtbogen sich verbiegt oder krümmt und daß die Lichtbogenprodukte aus dem Bereich um die Lichtbogensäule heraustreten. Durch diese Wirkungen kommt die oben beschriebene Erniedrigung der Lichtbogenspannung bei hohen Stromwerten zustande. Wenn andererseits die Feldstärke sehr niedrig ist, hat das Magnetfeld keine absperrende Wirkung auf die Lichtbogenprodukte, so daß diese ohne weiteres aus dem Bereich der Bogenstrecke heraustreten können. Indem man das axiale Magnetfeld weitgehend zum Verschwinden bringt, wenn der Lichtbogenstrom sich seinem Nulldurchgang nähert, erreicht man daher, daß die Lichtbogenprodukte so rechtzeitig den Bereich des Kontaktöffnungsspaltes verlassen können, daß die Durchschlag- oder Isolierfestigkeit der Bogenstrecke so weit wiederhergestellt wird, daß die Bogenstrecke der wiederkehrenden Spannung, die sich unmittelbar nach dem Stromnulldurchgang aufzuschwingen" beginnt, standhält.

Fig. 4 zeigt eine Vakuumschalterausführung mit zusätzlichen Einrichtungen für die Beeinflussung der Kraftliniendichte des axialen Magnetfeldes in der Lichtbogenstrecke.

In konstruktiver Hinsicht unterscheidet sich die Anordnung nach Fig. 4 von der nach Fig. 1 hauptsächlich darin, daß zwischen der Spule 52 und dem Isoliergehäuse 11 ein Eisenkern 60 vorgesehen ist. Dieser Eisenkern 60 besteht aus einem Werkstoff hoher Permeabilität, beispielsweise Siliziumstahl. Der Kern ist aus einzelnen Streifen kornorientierten Siliziumstahls, die in gleichmäßig über den Umfang verteilten Paketen 62 um das Schaltergehäuse herum angeordnet sind, aufgebaut, wie man am besten in

F i g. 5 sieht. Die einzelnen Pakete 62 werden durch hohen Spitzenwerten wie 65 000 Ampere abgeschalgeeignete Einrichtungen, wie z. B. einen Zylinder 63 tet. Dieser Spitzenstrom.von 65 000 Ampere war um aus Isoliermaterial, zusammengehalten. ungefähr 50Vo- höher als der maximale Spitzenstrom,

- Wenn der Stromnuß durch den Schalter und die der typischerweise durch Schalter der gleichen Konhiermit in Reihe geschaltete Spule 52 einen niedrigen 5 struktion, jedoch ohne axiales Magnetfeld und ohne Wert hat, ist der Eisenkern 60 ungesättigt, so daß er Eisenkern, abgeschaltet werden kann, als Kraftliniennebenschlußweg wirkt, dem der größte Bei der Schalterausführung nach F i g. 4 und 5

TeE des von der Spule 52 erzeugten Magnetflusses werden die Wirbelströme in der gleichen Weise wie folgt,; so daß nur ein sehr geringer Magnetflußanteil bei der Ausführung nach Fig. 1 und 2 verringert, in den Lichtbogenspalt gelangt. Wenn der Stromfluß io Durch diese Verringerung der Wirbelströme wird das durch die Spule 52 auf einen hohen Wert ansteigt, Nacheilen des Magnetflusses hinter dem Strom auf sättigt sich der Kern bei einem vorbestimmten Strom- ein so geringes Ausmaß beschränkt, daß beim pegel, so daß er nicht mehr als Nebenschluß für den- Stromnulldurchgang nur ein geringer Magnetfluß im jenigen Magnetfluß wirkt, der durch den vorbestimm- Lichtbogenspalt verbleibt, wie im Zusammenhang ten Wert übersteigende Stromwerte erzeugt wird. Ein 15 mit F i g. 1 und 2 ausführlich erläutert, hoher Anteil dieses durch den Überstrom erzeugten Ferner wird der in der Lichtbogenzone kurz vor

Magnetflusses tritt daher in den Lichtbogenspalt ein dem Stromnulldurchgang auftretende Magnetfluß in und durchsetzt diesen, so daß während der Perioden seinem Betrag selbst durch erhebliche Schwankungen hoher Momentanstromwerte im Lichtbogenspalt ein des Maximalflusses während der Hochstromperioden axiales Magnetfeld hoher Kraftliniendichte erzeugt ao praktisch kaum beeinflußt. Das heißt,, selbst wenn wird. das Flußmaximum infolge erhöhter Spitzenströme in

Diese Zusammenhänge sind in Fig. 6 veranschau- der Spule erheblich ansteigt, hat dies einen nur gelicht, wo die Kurve Φ den Magnetfluß in der Mitte ringen Anstieg des Flusses in der Kontaktzone wähder Kontaktzone während eines Intervalls, mit sehr rend des Intervalls kurz vor dem Stromnulldurchstarkem Stromfluß, beispielsweise Kurzschlußstrom, 25 gang zur Folge. Dies ist in F i g. 6 durch die gedarstellt. Dieser Strom ist durch die Kurve I dar- strichelte Kurve Φ_α angedeutet, die den Magnetfluß gestellt, die im gleichen Zeitmaßstab aufgetragen ist in der Lichtbogenzone bei solchen durch die Kurve I_a wie die Kurve Φ. Der der Kurve/ entsprechende angedeuteten erhöhten Strömen darstellt. Vergleicht Strom ist für die Dauer einer vollständigen Halb- man die Kurven Φ und Φ_α miteinander, so sieht man, welle von O bis C aufgetragen. Zwischen den Zeit- 30 daß zwischen den Zeitpunkten A und B ein stärkerer punkten O und A liegt die Momentankurve verhält- Magnetfluß in der Kontaktzone herrscht, wenn der nismäßig niedrig, und der Eisenkern 60 ist ungesät- erhöhte Strom /_a auftritt. Zu beachten ist jedoch, daß tigt. Der größte Teil der magnetischen Kraftlinien der kurz vor dem Stromnullpunkt C auftretende verläuft daher durch den Kern 60, und ein nur sehr Magnetfluß trotz dieses erhöhten Flußmaximums vergeringer Anteil der Kraftlinien gelangt in die Kon- 35 hältnismäßig unverändert bleibt. Dies ist deshalb der taktzone, wie durch den verhältnismäßig flachen Teil Fall, weil der Eisenkern 60 während des Intervalls der Magnetflußkurve Φ zwischen O und A angedeu- kurz vor dem Stromnulldurchgang ungesättigt ist und tet. Nach dem Zeitpunkt A beginnt der Kern 60 sich daher aus der Kontaktzone den Hauptteil des sich aus zu sättigen, so daß der durch den zusätzlichen Strom, den erhöhten Momentanströmen ergebenden zusätzd. h. den weiteren Stromanstieg, erzeugte Magnet- 40 liehen Magnetflusses abziehen kann, fluß im Kern nicht mehr einen Weg niedrigen magne- Man sieht aus F i g. 6, daß die Kraftliniendichte

tischen Widerstandes vorfindet. Ein hoher Prozent- während des kritischen Intervalls unmittelbar vor dem satz dieses Magnetflusses tritt daher in die Kontakt- Strpmnulldurchgang um so größer ist, je mehr der zone ein, was einem erheblich steileren Anstieg der Magnetfluß zeitlich hinter dem Strom nacheilt (bis zu Magnetflußkurve Φ entspricht. Kurz nachdem der 45 ungefähr 90°). Dieses Nacheilen des Magnetflusses Strom seinen Scheitelwert erreicht hat, erreicht auch hinter dem Strom ergibt sich, wie bereits oben erder Magnetfluß seinen Scheitelwert, um dann zusam- wähnt, hauptsächlich aus Wirbelströmen, die durch men mit dem Strom abzufallen. Zum Zeitpunkt B ist das Magnetfeld in den leitenden Bauteilen des Schalder Strom auf einen Wert abgefallen, bei dem der ters induziert werden. Um diese Wirbelströme auf Eisenkern wieder in den ungesättigten Zustand über- 50 ein erträgliches Maß zu reduzieren, sind die Schlitze geht, so daß der Kern den größten Teil des Magnet- 32 in den Kontakten radial soweit wie möglich nach flusses über einen von der Kontaktzone entfernten innen geführt und im mittleren Bereich der Kontakte Weg nebenschließen kann. Zwar erscheint auch nach die Löcher 70 vorgesehen, wie in F i g. 2 gezeigt, dem Zeitpunkts in der Kontaktzone ein gewisser _,.-Diese Schlitze unterbrechen oder zerstückeln die Streuflußanteil, der jedoch dem Betrag naeh'vefhärF 55 Stromwege für die durch das sich rasch ändernde nismäßig klein ist, wie durch den niedrigen, flachen Magnetfeld 50 in der Kontaktanordnung induzierten Teil der Magnetflußkurve Φ zwischen den Zeitpunk- Wirbelströme, während durch die Löcher zusätzten B und C angedeutet. liehe Widerstände in die noch verbleibenden Wirbel-

Bei einer praktisch erprobten Schalterkonstruktion Stromwege eingeführt werden. Außerdem sind, in der Ausführung nach F i g. 4 und 5 war der Eisen- 60 wie bereits oben erwähnt, die Stirnkappen 12 kern 60 so ausgebildet, daß er sich bei ungefähr und 13, um die dort induzierten Wirbelströme auf 23 000 Ampere sättigt. Bei Stömen über 23 000 Am- möglichst kleine Werte zu begrenzen, aus einem pere war das in der Kontaktzone auftretende axiale Werkstoff hohen spezifischen Widerstandes und nie-Magnetfeld stark genug, um die Lichtbogenspannung driger Permeabilität, wie z. B. korrosionsbeständigem auf weniger als die Hälfte desjenigen Wertes zu redu- 65 Stahl, gefertigt. Zu dem gleichen Zweck ist der Kern zieren, der typischerweise ohne axiales Magnetfeld 60 lamelliert. Indem man so die Wirbelströme auf auftritt. Bei einer Leitungsspannung von 15,5 Kilo- kleine Werte reduziert, wird die Nacheilung des volt eff. wurden mit diesem Schalter Ströme mit so Magnetflusses hinter dem Strom auf ein so geringes

Maß beschränkt, daß beim Stromnulldurchgang nur ein kleiner Magnetflußanteil in der Kontaktzone verbleibt.

Mit einem Schalter der hier beschriebenen Konstruktion vorgenommene Prüfungen haben ergeben, daß die Kraftliniendichte des beim Stromnulldurchgang im Lichtbogenspalt verbleibenden Magnetfeldes selbst nach Stromspitzen, die im Spalt 2000 und sogar 3000 Gauß hervorriefen, auf weniger als 100 Gauß begrenzt wurde. Ein derartig schwaches Magnetfeld bei und unmittelbar vor dem Stromnulldurchgang beeinträchtigt das Vermögen der Lichtbogenstrecke, der wiederkehrenden Spannung standzuhalten, nicht nennenswert.

Zu beachten ist, daß der magnetische Kreis für den i'S den Eisenkern 60 durchsetzenden Magnetfluß einen großen Luftspalt oder eine große Luftstrecke um den Außenumfang der Spule 52 herum einschließt. Durch diese große Luftstrecke wird der etwaige Restmagnetismus im Eisen so weit herabgesetzt, daß der steuernde Einfluß des Eisens auf die Kraftliniendichte in der Lichtbogenzone von der Polarität des in der Spule fließenden Stromes sowie auch von den vorherigen Magnetisierungszuständen des Kernes unabhängig ist.

Obwohl man den Kern 60 vorzugsweise außerhalb des Gehäuses 11 anordnet, kann der Kern auch im Gehäuseinneren angeordnet sein, und zwar in solcher Lage, daß der Magnetfluß bei niedrigen Stromwerten von der Lichtbogenstrecke 22 weggelenkt wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vakuumschalter zum Abschalten von hohen Wechselströmen mit einem die Lichtbogenstrecke zwischen den Schalterkontakten durchsetzenden Magnetfeld, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld in axialer Richtung verläuft, seine Kraftlinien also parallel zur Längsachse des Kontaktöffnungslichtbogens orientiert sind, und so gesteuert wird, daß es während des Zeitraums, in welchem der Lichtbogenstrom einen hohen Wert hat, stark ist, dagegen während und kurz vor dem Stromnulldurchgang sehr schwach ist.

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Schalterröhre umschließende Spule mit den Schalterelektroden in Reihe geschaltet ist.

3. Vakuumschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule einen sättigungsfähigen Magnetkern besitzt, der einen hohen Anteil des von der Spule entwickelten Magnetflusses bei niedrigen Lichtbogenstromwerten über einen von der Bogenstrecke entfernten Weg nebenschließt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 819 270, 474 379;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1203 349,1088 132; französische Patentschriften Nr. 1344 824,
305.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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