DE3150973C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuum-Leistungsschalter, in dessen Schaltkammer ein feststehendes glockenförmiges Schalt­ kontaktstück sowie ein darin eintauchendes in axialer Rich­ tung bewegliches Kontaktstück angeordnet ist und die Schalt­ kontaktstücke vom Ausschaltlichtbogen aufzusuchende koaxiale Zylinderwände bilden, wobei Einrichtungen vorhanden sind, um zur Ausschaltlichtbogenbeeinflussung ein magnetisches Feld zu erzeugen bzw. zu verstärken.

Um hohe Ausschaltleistungen bewältigen zu können, muß der Vakuumlichtbogen in einem diffusen Zustand und/oder in Bewegung gehalten werden. Dieses erreicht man unter anderem durch Magnetfelder. Günstig ist ferner die zur Zurverfügung­ stellung einer großen Kontaktfläche, die der Lichtbogen aufsuchen kann.

Schaltkontaktanordnungen der eingangs genannten Art sind bekannt (DE-OS 29 25 189, 25 46 376, 22 54 807, US-PS 30 14 108). Dabei wird mit dem koaxialen Ringspalt zwischen den Schaltkontaktstücken, dem Ausschaltlichtbogen eine große Fläche zur Verfügung gestellt. Bei den Schaltern der US-PS 30 14 108 sowie der DE-OS 25 46 376 wird zusätzlich auf den Ausschaltlichtbogen mit Magnetfeldern eingewirkt und zu deren Beeinflussung, Verstärkung bzw. Erzeugung Spulen und/oder weichmagnetisches Material in bzw. an den Kontaktstücken angeordnet.

Bei einem anderen bekannten Schalter (DE-OS 20 09 895) ist das glockenförmige feststehende Schaltstück gleichzeitig ein Teil des Schaltkammergehäuses. Hier ist die Glockenform allerdings zu dem Zweck gewählt, den Strom in eine Schleife zur magnetischen Beeinflussung des Ausschaltlichtbogens zu zwingen.

Schließlich ist es aus der DE-OS 22 04 113 bekannt, den Schaltkontaktstücken Abbrandelektroden aus mehreren, mit den Schmalseiten zueinanderstehenden Blechen zuzuordnen. Die heißen Lichtbogengase sollen in die Blechzwischenräume abfließen, wodurch Kühl- und Entionisierungseffekte erwartet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vakuum­ schalter der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Schalt­ kammer trotz eines leistungsstarken Kontaktsystems im Durch­ messer klein bauen kann.

Erreicht wird dies dadurch, daß der feststehende Schaltkon­ takt ein Teil des Schaltkammergehäuses ist, das gleichzeitig als Magnetspule fungiert. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Somit ist sowohl die Magnetspule als auch das Festkontakt­ stück von einem, ohnehin notwendigen Teil, nämlich vom Schaltkammergehäuse, verwirklicht. Diese Elemente brauchen somit nicht mehr raumgreifend um das Kontaktsystem herum­ gruppiert werden.

Besonders günstige Verhältnisse hinsichtlich einer Ver­ größerung der Lichtbogenkontaktfläche ergeben sich noch, wenn der bewegliche Schaltkontakt und/oder die innere Oberfläche des feststehenden Schaltkontaktes entlang seines Umfanges lamellenartig - z.B. durch Aufschichten vom Stahlblechring­ scheiben - aufgebaut ist. Für die Lamellen ist eine axiale oder eine radiale Erstreckung möglich. Lediglich die Kontakt­ flächen, die sich im geschlossenen Zustand berühren, bleiben nicht lamelliert, um einen guten Stromübergang sicherzu­ stellen.

Eine Magnetspule verwirklicht man z.B. durch schraubenförmig verlaufende Rillen, die in den äußeren Mantel des glocken­ förmig feststehenden Schaltkontaktes eingebracht sind. Ein Teil des Stromes fließt durch die hierdurch entstehenden Windungen. Die Rillen verbessern außerdem die Wärmeabfuhr aus dem Festkontakt.

Die Schaltkontaktstücke bestehen zweckmäßig, wie üblich aus Kupfer. Um das Schaltverhalten zu verbessern, können die sich berührenden und die den Lichtbogen tragenden Oberflächen anderer Kontaktwerkstoffe, z.B. Kupfer-Chrom enthalten, die durch verschiedenartige Beschichtungsverfahren aufgebracht werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Einen Schnitt durch eine Vakuum-Schaltkammer eines Vakuum-Leistungsschalters,

Fig. 2 eine stirnseitige Ansicht der Schaltkammer mit teilweisem Schnitt des Stromanschlusses,

Fig. 3 eine besondere Ausbildung des feststehenden, glockenförmigen Schaltkontaktstückes,

Fig. 4+5 Ausbildungen der Kontaktstange mit dem beweglichen Schaltkontaktstück.

Gemäß Fig. 1 wird das Schaltkammergehäuse von einem glocken­ förmig ausgebildeten, feststehenden Schaltkontakt 1, einem zylindrischen Isolator 2, einem diese Teile verbindenden Stahlblechmantel 3 sowie einer metallischen Endkappe 4 gebildet. In den glockenförmig gestalteten Schaltkontakt 1 taucht mit seitlichem Abstand der bewegliche Schaltkontakt 5 ein. Er geht in eine Kontaktstange 6 über, die sich in axialer Richtung zur Ausführung einer Schalthandlung ver­ schieben läßt und mittels eines Balges 7 vakuumdicht durch die Endkappe 4 geführt ist. Ein umlaufemder wulstförmiger Stahlschirm 3 a ist am mittleren Stahlblechmantel 3 befestigt. Der Schirm schützt den Isolator und den Balg vor den Metall­ dampfstrahlen aus dem Lichtbogenbereich.

Über ein oberes Anschlußteil 8 wird dem feststehenden Schalt­ kontakt 1 der Strom zugeführt. Der zylinderförmige bewegliche Schaltkontakt 5 ist mit das elektrische Feld vergleichmäßigenden gerundeten Übergängen ausgeführt. Er besitzt in diesem Beispiel eine rotationssymmetrische zurückspringende Seitenwandung 5 a.

Wird die Kontaktstange in axialer Richtung bewegt, gelangt der bewegliche Schaltkontakt 5 von der gezeigten Ausschaltstellung in die Einschaltstellung. In dieser fließt der Strom durch die Kontaktstange 6 über die Kontaktstirn 9 in die ihr gegenüber­ liegende Basis des glockenförmigen Kontaktes 1 und von dort in den Anschlußteil 8.

Der beim Ausschalten zwischen der Kontaktstirn 9 und der Basis des Kontaktes 1 sich bildende Lichtbogen wird in den seitlichen Ringspalt 12 zwischen den Kontakten getrieben. Dies begün­ stigt eine zentrale Ausnehmung 13 in den sich berührenden Kon­ takten, so daß der Lichtbogen immer nur außerhalb des Zentrums entstehen und durch die Kraftwirkung des Eigenmagnetfeldes in diesen Ringspalt abwandern kann. Begünstigt wird dieser Vorgang außerdem durch die gewählten Abstandsverhältnisse. Im seit­ lichen Ringspalt 12 herrscht in der Ausschaltstellung nämlich eine geringere Schlagweite als in axialer Richtung zwischen der Kontaktstirn 9 und dem gegenüberliegenden feststehenden Schalt­ kontakt 1.

Der im Ringspalt 12 brennende Lichtbogen wird auch bei großen Stromaugenblickswerten in diffuser Form bis zu seinem Ver­ löschen aufrechterhalten. Dies wird einmal durch die Magnet­ felder erreicht, deren Feldlinien den Schaltkontaktzwischenraum teilweise parallel zum Lichtbogenstrom durchdringen, und zum anderen durch die Topfform der Kontakte und die durch die Lamellierung bedingte relativ große Oberfläche der Kontakte. Die zum Teil auch quer zum Lichtbogenstrom gerichteten Magnet­ felder führen zu einer Bewegung der Lichtbögen, wodurch die Erosionswirkung an den Kontakten verringert wird.

Der Übergang der Kontaktstange zum beweglichen Schaltkontakt 5 und die Schaltkontakte selbst sind feldgünstig verrundet. Da­ durch wird die dielektrische Festigkeit des Vakuumraumes er­ höht, und störende Polaritätseffekte beim Schalten können ver­ mieden werden. Der Abstand zwischen dem Stahlschirm 3 a und dem beweglichen Schaltkontakt 5 bzw. dessen Kontaktstange 6 ist größer als die Breite des Ringspaltes 12, um einen Übertritt des Lichtbogens auf den Schirm zu vermeiden.

Die Ausbildung einer Spule zur Erzeugung eines magnetischen Feldes zur günstigen Beeinflussung des Abschaltlichtbogens ist in Fig. 2 dargestellt.

Gezeigt ist die Draufsicht auf die Schaltkammer von der Seite des feststehenden Anschlußteiles 8. Hierbei ist die seitlich herangeführte schellenförmige Stromzuleitung 14 als Windung um das Anschlußteil 8 gelegt. Um eine frühzeitige Kontaktierung mit dem Anschlußteil 8 zu verhindern, ist die Stromzuleitung 14 auf der Innenseite mit einer lsolierfolie 15 belegt, die nur an der gewollten Kontaktierungsstelle 16 weggelassen ist. Dadurch wirkt die Stromzuleitung wie eine Spule, mit fast einer vollen Windung.

Fig. 3 zeigt eine besondere Ausbildung des glockenförmigen Schaltkontaktes 1. In dessen Wandung sind Querschnittsvermin­ derungen in Form von Einschnitten vorgenommen. Diese verlaufen spiralförmig umfänglich über die gesamte Außenseite des Schalt­ kontaktes 1. Dabei verbleibt für die entstehenden Stege 11 ein größerer Querschnitt als für die sie verbindenden Wandungs­ teile. Der Strom wird daher mindestens zum Teil durch diese Stege 11 geführt werden, die dann die Wirkung von Spulenwin­ dungen haben.

Fig. 4 zeigt die Kontaktstange 6 mit dem beweglichen Schalt­ kontakt 5. Dieser ist von einer stirnseitigen Kontaktscheibe gebildet, der in axialer Richtung Ringscheiben aus Eisen hin­ terlegt sind. Die die Lamellen bildenden Ringscheiben halten einen Abstand zueinander ein und können auch abwechselnd von Blechringscheiben 10 sowie Kupferringscheiben 10 a aufgeschich­ tet sein. An der lamellenartigen Oberfläche kann sich der dif­ fuse Abschaltlichtbogen mit vielen Fußpunkten festsetzen.

Das von der oder den Spulen erzeugte Magnetfeld wirkt in dem benachbarten Bereich zwischen den Kontakten 1 und 5, in dem der Vakuumlichtbogen brennt. Diese Wirkung wird verstärkt durch die Lamellen aus Stahlblech in den Kontakten, wodurch das Mag­ netfeld stärker in den Lichtbogenbereich gelenkt wird. Die gleiche Wirkung kann auch dadurch erzielt werden, daß im Zen­ trum der Kontaktstange 6 eine Stange aus ferromagnetischem Material 17 a (siehe Fig. 5) angebracht wird. Dadurch wird die Kontaktstange auch mechanisch verstärkt. Außerdem kann ein Ring­ kern aus ferromagnetischem Material 17 in dem beweglichen Kon­ taktteil angebracht werden, um ebenfalls die Magnetfeldlinien anzuziehen.

Die spulenförmige Stromzuleitung 14 kann außer am festen An­ schlußteil 8 auch am unteren Teil der beweglichen Kontaktstange 6 angebracht werden. Diese Lösung wird besonders in Verbindung mit der zentralen Stange aus ferromagnetischem Material 17 a vorteil­ haft sein, da hierdurch die Magnetfeldlinien, die von den bei­ den Endspulen erzeugt werden, in den Kontaktzwischenraum ge­ lenkt werden.

Claims (9)

1. Vakuumschalter, in dessen Schaltkammer ein fest­ stehendes glockenförmiges Schaltkontaktstück sowie ein darin eintauchendes in axialer Richtung bewegliches Kontaktstück angeordnet ist und die Schaltkontaktstücke vom Ausschalt­ lichtbogen aufzusuchende koaxiale Zylinderwände bilden, wobei Einrichtungen vorhanden sind, um zur Ausschaltlichtbogenbe­ einflussung ein magnetisches Feld zu erzeugen bzw. zu ver­ stärken, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Schalt­ kontakt (1) ein Teil des als Magnetspule ausgebildeten Schaltkammergehäuses ist.

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Mantel des glockenförmigen Schaltkammergehäuses schraubenförmig umfänglich mit Querschnittsverminderungen versehen ist.

3. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die vom Abschaltlicht­ bogen beanspruchte Fläche des beweglichen (5) und/oder des feststehenden Schaltkontaktes (1) lamelliert ist.

4. Vakuumschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lamellierung durch Aufschichten von weichmag­ netischen Blechringscheiben (10) gebildet ist.

5. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Schaltkontakt (5) mit einer in axialer Richtung zurückspringenden rotations­ symmetrischen Seitenwand (5 a) ausgebildet ist, innerhalb der - und/oder in einer zentralen Bohrung der Kontaktstange (6) - ferromagnetisches Material (17, 17 a) eingesetzt ist.

6. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schaltkontakt (5) tragende Kontaktstange (6) im Schaltkammerinneren im Quer­ schnitt verjüngt ist und im Bereich dieser Verjüngung ein an einem Stahlblechmantel (3) des Schaltkammergehäuses be­ festigter ringwulstförmiger Stahlschirm (3 a) angeordnet ist.

7. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Anschlußteiles (8) des feststehenden Schaltkontaktes (1) eine vom Schalterstrom durchflossene Magnetspule angeordnet ist.

8. Vakuumschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stromzuleitung (14) an den feststehenden Schalt­ kontakt in Form einer oder mehrerer Spulenwindungen vorge­ nommen ist und diese bis auf die Anschlußstelle isoliert sind.

9. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltkammergehäuse einen zylinderförmigen Isolator (2) enthält, zwischen dem sowie dem feststehenden Schaltkontakt (1) ein Stahlblechmantel (3) eingefügt ist.