DE2709363C3 - Vakuumschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem aus der GB-PS 12 58 015 bekannten Vakuumschalter umgibt eine elektromagnetische Spule einen Kolben, und eine der Klemmen dieser Spule ist mit einem beweglichen Kontaktelemen,' des Vakuumschalters verbunden. Der Vakuumschalter wird mit einem anderen, stationären Kontaktelement und der anderen Klemme der Spule in einen zu schallenden oder zu schützenden Stromkreis eingeschaltet. Die Spule liegt mit den beiden Kontaktelementen in Reihe. Ein den Vakuumschalter durchfließender Strom fließt daher auch durch die Spule, welche ein axiales Magnetfeld erzeugt, das bei einem Abschaltvorgang parallel zur Trennstrecke zwischen den Kontaktelementen und parallel zu einem beim Abschalten zwischen den Kontaktelementen entstehenden und zu unterbrechenden Lichtbogen verläuft und an sich das Stromunterbrechungsvermögen des Vakuumschalters erhöht. Bei dem bekannten Vakuumschalter ist die Spule aber dauernd in den Stromkreis eingeschaltet, sie wird also auch im Schließzustand des Schalters, in dem kein Magnetfeld benötigt wird, vom Strom durchflossen. Hierbei entstehen in der Spule Joule'sche Wärmeverluste, die die Temperatur des Val.uumschalters erhöhen und die Strombelastbarkeit des Vakuumschalters dadurch verringern.

Aus der OK-AS 12 58 494 ist darüberhinaus ein Vakuumschalter der vorliegenden Art bekannt, bei dem zwei stationäre Kontaktelemente durch ein drittes, bewegliches Kontaktelement zum Schließen des Schalters überbrückbar sind und das magnetische Feld der Spule proportional dem Spannungsgefälle im Schalter ist. Die Spule besteht bei diesem bekannten Vakuumschalter aus bogen- oder wendeiförmigen Ansätzen der beiden stationären Kontaktelemente. Auch hier wird bei geschlossenem Schalter mindestens von einer halben Windung ein Magnetfeld erzeugt. Davon abgesehen müssen die die Kontaktelemente bildenden Spulenteile aus aufwendigem, vor allem schweißfestem Kontaktmaterial hergestellt sein. Außerdem läuft bei den wendeiförmigen Spulenteilen der Lichtbogen schnell zum Spulenende und bleibt dort stehen, so daß die

ίο Wirkung des Magnetfeldes relativ gering ist und am Spulenende Brennstellen entstehen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vakuumschalter der erläuterten Art anzugeben, bei dem die Spule nur während des Unterbrechungsvorgangs, also bei brennendem Lichtbogen erregt wird und bis zu dessen Erlöschen voll wirksam bleibt.

Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Vakuumschalter gelöst.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Spule (die aus zwei Wicklungen bestehen kann) bei geschlossenem Schalter keine Wärmeverluste verursacht, da sie ohne Lichtbogen stromlos ist, und beim Unterbrechungsvorgang den Fußpunkt des Lichtbogens bis zum Erlöschen verschieben kann. Auch werden für die Spule keine Teile aus speziellem Kontaktwerkstoff benötigt.

Ein weiterer Vorteil der in der Strecke zwischen den beiden Kontaktstücken vorgesehenen Anordnung aus den beiden Metallscheiben und der isolierenden Scheibe besteht darin, daß die maximale Bogenspannung

JO während des Abschaltvorganges abnimmt, was eine Erhöhung des Abschaltvermögens des Vakuumschalters zur Folge hat, siehe die Veröffentlichung von Mitchell »High-Current Vacuum Arcs«, Teil I »An Experimental Study«, Proceedings I.E.E., Band 117, No. 12, Dezember

J5 1970,Seiten2315bis2326.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 eine axiale Schnittansicht eines Vakuumschalters gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig.2 einen Querschnitt in einer Ebene H-II der Fig. 1;
Fig. 3 eine axiale Schnittansicht einer zweiten

■fs Ausführungsform des Vakuumschalter gemäß der Erfindung, und

Fig.4 eine Querschnittsansicht pesehen in einer Ebene IV-IVder Fig. 3.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vakuumschalter

W enthält einen evakuierten, luftdichten Kolben aus einem hohlen Metall/ylinder 6 und zwei Isolatorscheiben 7, 8. Im Kolben befinden sich zwei stationäre Kontaktelemente 1 und 2, welche an Leiterstäben 3 und 4 befestigt sind. Die Leitersläbe 3 und 4 sind durch die

^r>^r> Isolatorscheiben 7 bzw. 8 vakuumdicht nach außen herausgeführt. Der Vakuumschalter ist mit einer elektromagnetischen Spule versehen, welche zwei Wicklungen 18 und 19 enthält, die mit ihren einen Anschlüssen durch einen Leiter 24 verbunden sind,

hi) während die anderen Anschlüsse 14 und 15 der Spulenwicklungen durch einen in den Metallzylinder 6 eingesetzten Isolator 17 in den Kolben geführt und dort mit jeweils einer Metallscheibe 12 bzw. 13 verbunden sind, zwischen denen sich eine isolierende Scheibe 20

^hl> befindet. Die Anordnung aus den Metallscheiben 12 und 13 und der isolierenden Scheibe 20 ist in der Mitte der isolierenden Strecke zwischen den stationären Kontaktelementen 1 und 2 angeordnet und wird durch die die

Anschlüsse 14 und 15 bildenden Leiter sowie durch Metallstäbe 15' gehaltert, welche über Isolatoren 16 an der Innenwand des Melallzylinders 6 befestigt sind.

Die beiden stationären Kontaktelemente 1 und 2 können durch ein U-förmiges bewegliches Kontaktelement 5 überbrückt werden, dab am Ende eines Leiterstabes 5a befestigt ist, der mittels eines flexiblen Balgens 11 vakuumdicht aus dem Kolben herausgeführt ist Der Leiterstab 5a kann unter entsprechender Verformung des flexiblen Balgens nach oben und unten bewegt werden, um die stationären Kontaktelemente 1 und 2 zu überbrücken bzw. zu trennen. Der flexible Balgen 11 ist in einer Kammer 9 angeordnet, die mit dem Inneren des Metallzylinders 6 in Verbindung steht und durch eine ringförmige Platte 10 geschlossen ist, durch die der Leiterstab 5a führt.

In den F i g. 1 und 2 ist der Vakuumschalter in der Schließstellung dargestellt. Beim Öffnen des Vakuumschalters wird der Leiterstab 5a durjh eine (nicht dargestellte) Betätigungsvorrichtung nach unten gezogen, und beim Abschalten unter Strom treten dann zuerst zwei Lichtbogen zwischen dem beweglichen Kontaktelement und den Leiterstäben 3 und 4 auf. Wegen der U-förmigen Gestalt des beweglichen Kontaktelements 5 werden die beiden Lichtbogen (in Fi g. 1) nach oben getrieben und gelangen dabei in den Zwischenraum zwischen dem Kontaktelement 1 und der Metallscheibe 13 bzw. den Zwischenraum zwischen dem Kontaktelement 2 und der Metallscheibe 12. Der Strom fließt dann durch den Leiterstab 3, das Kontaktelement 1, den Lichtbogen zwischen dem Kontaktelement 1 und der Metallscheibe 13, die Metallscheibe 13, den Anschluß 15, die Wicklung 18, den Leiter 24, die Wicklung 19, den Anschluß 14, die Metallscheibe 12, den Lichtbogen zwischen der Metallscheibe 12 und dem Kontaktelement 2, das Kontaktelement 2 und den Leiterstab 4. Die beiden Wicklungen 18 und 19 werden gleichsinnig vom Strom durchflossen und liefern ein quer durch die isolierende Strecke verlaufendes, also senkrecht zu den Kontaktelementen 1 und 2 und parallel zu den Lichtbogen in den Zwischcnräunen zwischen dem Kontaktelement 1 und der Metallscheibe 13 sowie dem Kontaktelement 2 und der Metallscheibe 12 verlaufendes Magnetfeld. Die Bogenspannung wird dementsprechend erheblich herabgesetzt. Im Schließzustand des Vakuumschalters (Fig. 1) sind die beiden Wicklungen 18, 19 nicht erregt, so daß in ihnen keine Wärme entsteht.

Bei der in den F i g. 3 und 4 dargestellten alternativen Ausführungsform besteht der Kolben des Vakuumschallers wieder aus einem hohlen Metallzylinder 6, in den hier jedoch ein axial verlaufender streifenförmiger Isolator 23 eingesetzt ist. Die rohrförmige Anordnung aus dem Zylinder 6 und dem streifenförmigen Isolator 23 ist an ihren Enden durch zwei Isolatorscheiben 7 und 8 vakuumdicht verschlossen. Im Kolben befinden sich wieder zwei stationäre Kontaktelemente 1 und 2, die an einem Leiterstab 3 bzw. 4 angebracht sind. Die Leiterstäbe 3 und 4 sind vakuumdicht durch die Isolatorscheiben 7 bzw. 8 herausgeführt Die stationären

ίο Kontakte'eiiente 1 und 2 können durch ein U-förmiges bewegliches Koniaktelement 5 überbrückt werden, das an einem Leiterstab 5a angebracht ist, der mittels eines flexiblen Balgens 11 vakuumdicht aus dem Kolben herausgeführt ist Der Balgen 11 befindet sich in einer Kammer 9, die mit dem Inneren des Metallzylinders 6 in Verbindung steht und durch eine ringförmige Platte 10 abgeschlossen ist, durch die der Leiterstab 5a geführt ist. Bei dieser Ausführungsform wird die elektromagnetische Spule vorteilhaft durch einen Teil des Kolbens, nämlich durch den Metallzylinder 6 gebildet, der durch den streifenförmigen Isolator 23 unterbrochen ist Die Spule besteht also aus einer nahezu vollständigen Windung. Beidseits des streifenförmigen Isolators 23 sind an dem die Spule bildenden Zylinder 6 aus je einem Leiter bestehende Anschlüsse 21 und 22 angebracht die mit jeweils einer der Metallscheiben 12 und 13 verbunden sind. Die Metallscheiben 12 und 13 sind beidseits einer isolierenden Scheibe 20 angeordnet. Die Anordnung aus den Metallscheiben 12 und 13 und der isolierenden Scheibe 20 ist im Zwischenraum zwischen den stationären Kontaktelementen 1 und 2 aufgehängt und durch die beiden Anschlüsse 21 und 22 sowie zwei Stäben 15' aus Metall gehaltert. Die Stäbe 15' sind über Isolatoren 16 an der Innenwand des Metallzylinders 6 befestigt.

Die Arbeitsweise des Vakuumschalters gemäß F i g. 3 und 4 entspricht der des Vakuumschalters gemäß F i g. 1 und 2. Wenn das bewegliche Kontaktelement 5 während eines Abschaltvorganges unter Last um eine gewisse Strecke von den stationären Kontaktelementen 1 und 2 bzw. den Leiterstäben 3 und 4 wegbewegt wird, fließt der Strom durch den Leiterstab 3, das Kontaktelenient 1, den zwischen diesem und der Metallscheibe 13 brennenden Lichtbogen, den Anschluß 22, den Metallzylinder 6 (in Fig.4 in Uhrzeigerrichtung), den anderen Anschluß 21, die Metallscheibe 12, den zwischen dieser und dem Kontaktelement 2 brennenden zweiten Lichtbogen und schließlich durch den Leiterstab 4.

Auch bei dem Vakuumschalter gemäß Fig. 3 und 4 fließt im Schließzustand des Schalters kein Strom durch die Spule, d. h. durch den Metallzylinder 6.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vakuumschalter mit einem evakuierten Kolben, in dem sich zwei stationäre Kontaktelemente befinden, welche durch ein drittes, bewegliches Kontaktelement überbrückbar sind und zwischen denen sich eine elektrisch isolierende Strecke befindet, mit einer elektromagnetischen Spule, von der im Bereich der Strecke zwischen den Kontaktelementen ein magnetisches Feld erzeugbar ist, das im wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Strecke verläuft und proportional den» Spannungsabfall im Schalter ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (14, 15; 21, 22) der Spule (18,19; 6) mit zwei durch eine elektrisch isolierende Scheibe (20) getrennten Metallscheiben (12, 13) verbunden sind, daß die die isolierende Scheibe (20) und die auf deren beiden Seiten angeordneten Metallscheiben (12, 13) enthaltende Anordnung in der Strecke zwischen den beiden stationären Kontaktelementen (1, 2) in Richtung des Potentialgefälles hintereinander angeordnet ist, und daß das bewegliche Kontaktelement (5) des Schalters U-förmig ist.

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (14, 15) der an der Außenseite des Kolbens montierten Spulen (18, 19) durch einen Isolator (17), welcher einen Teil der Wand de* Kolbens bildet, dicht in den Kolben eingeführt sind.