DE3227482C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumschalter-Kontaktanordnung mit einem an relativ zueinander axial bewegbaren Stromlei­ terstäben angeordneten Paar von Schaltstücken, die je einen durch einen von den Stromleiterstäben getragenen Grundkör­ per und einen sich an den Grundkörper anschließenden Rand­ bereich gebildeten schalenförmigen Körper umfassen und auf ihren einander zugewandten Seiten Schaltkontaktflächen auf­ weisen, wobei die Randbereiche der Schaltstückkörper mit Spalten gleicher Neigung gegenüber den Schaltstückachsen versehen sind, so daß sich zwischen diesen jeweils Strom­ leiter als Elemente einer koaxialen Erregerspule bilden.

Vakuumschalter mit solchen Kontaktanordnungen dienen zum Öffnen und Schließen von Stromkreisen in Mittel- und Hoch­ spannungsnetzen. Dabei soll auch im Fall des Schaltens großer Kurzschlußströme der Stromfluß zwischen den Kontak­ ten durch ein axiales Magnetfeld im diffusen Zustand gehal­ ten werden.

Eine Kontaktordnung der vorausgesetzten Art ist durch die DE 25 27 319 A1 bekannt. Bei einer der dort beschriebenen Kontaktanordnungen sind die Schaltkontaktstücke durch napf- oder schalenförmige Körper gebildet, die mit ihren offenen Seiten einander zugewandt angeordnet sind, wobei die Schaltkontaktflächen zum Unterbrechen des fließenden Stroms durch die einander gegenüberliegenden Kreisringflächen der napfförmigen Kontaktkörper gebildet sind. In jeder der den Umfang der napfförmigen Kontaktkörper bildenden Seitenwände sind Schlitze ausgebildet, die bezüglich der Schaltkontakt­ flächen in einander entgegengesetzten Richtungen geneigt sind oder, anders ausgedrückt, in bezug auf die Längsachse der Kontaktanordnung gleiche Neigung haben, so daß die zwi­ schen jeweiligen Schlitzen gebildete Windungsabschnitte den gleichen Windungssinn haben, so daß sich durch die beim Un­ terbrechen in den einzelnen Windungsabschnitten fließenden Ströme ein axiales Magnetfeld ergibt. In der DE 25 27 319 A1 wird die Wirkungsweise dieser Kontaktanordnung darauf zurückgeführt, daß die in dem einen Kontakt erzeugte magne­ tische Kraft die Tendenz hat, den beim Unterbrechen erzeug­ ten Lichtbogen in einer Umfangsrichtung über die ringför­ mige Kontaktfläche zu bewegen, die der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist, in der die in dem anderen Kontakt er­ zeugte magnetische Kraft den Lichtbogen zu bewegen trach­ tet, im Gegensatz zu anderen bekannten napfförmigen Kontak­ ten, bei denen die Schlitze in den Seitenwänden in bezüg­ lich der Längsachse entgegengesetzten Richtungen geneigt sind, wodurch bewirkt wird, daß der Lichtbogen schnell in Umfangsrichtung um die ringförmige Kontaktfläche herumwan­ dert, wie es beispielsweise in etz, Band 102, 1981, Seite 1385 beschrieben ist.

Ein Vorteil der aus der DE 25 27 319 A1 bekannten Kontakt­ anordnung ist das hohe Maß an Symmetrie des von den scha­ lenförmigen Kontakten erzeugten Magnetfeldes, wodurch der Lichtbogen zwischen den kreisringförmigen Schaltkontaktflä­ chen gleichmäßig in einem diffusen Zustand gehalten wird.

Weiter ist in der DE 24 43 141 B2 eine Vakuumschalter-Kon­ taktanordnung beschrieben, bei der an den Stromleiterstäben scheibenförmige Kontakt- und Elektrodenkörper über eine zum Erzeugen eines senkrecht zur Oberfläche des Elektrodenkör­ pers verlaufenden, axialen Magnetfeldes dienende Einrich­ tung angebracht sind. Diese Einrichtung besteht aus an den Stromleiterstäben angeordneten radialen Speichen und sich an deren Enden jeweils anschließenden kreisringsektorförmi­ gen Abschnitten, die von dem auszuschaltenden Strom durch­ flossen werden und als Teil einer in Umfangsrichtung ver­ laufenden Windung wirken. An den freien Enden weisen die kreisringsektorförmigen Abschnitte Ansätze auf, an denen die Kontakt- und Elektrodenscheiben mit einem Abstand zu den kreisringsektorförmigen Abschnitten gelagert sind. Durch das senkrecht zur Oberfläche der Elektrode verlau­ fende Magnetfeld soll der Lichtbogen zwischen den Elektro­ den des Schalters eingeschlossen werden. Zwischen diesen Ansätzen und dem nächsten kreisringsektorförmigen Abschnitt besteht jeweils eine Lücke, durch die eine Überbrückung der durch die einzelnen kreisringsektorförmigen Abschnitte ge­ bildeten Windungsteile verhindert wird. Eine ähnliche An­ ordnung ist auch aus der DE-OS 28 12 987 bekannt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vakuumschalter-Kon­ taktanordnung zu schaffen, mit der größtmögliche Ströme ge­ schaltet werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Das wesentliche der erfindungsgemäßen Vakuumschalter-Kon­ taktanordnung besteht somit in der Kombination von schei­ benförmigen Kontakt- und Elektrodenkörpern mit schalenför­ migen, an ihren Randbereichen Spalte gleicher Neigung auf­ weisenden Schaltstückkörpern, durch die eine Vakuumschal­ ter-Kontaktanordnung geschaffen wird, die in ihrer Strom­ ausschaltfähigkeit die beiden bekannten Anordnungen weit übertrifft.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vakuumschal­ ter-Kontaktanordnung besteht in einem synergistischen Zu­ sammenwirken des schalenförmigen Schaltstückkörpers und der Kontakt- und Elektrodenscheibe. Wie nämlich der Erfindung zugrundeliegende Untersuchungen und Überlegungen gezeigt haben, besteht bei den bekannten schalenförmigen Schalt­ stücken eine Schwierigkeit darin, daß der unter dem Einfluß des axialen Magnetfeldes in diffusem Zustand gehaltene Lichtbogen bei höheren Strömen die Tendenz hat, der radial nach innen zunehmenden magnetischen Feldstärke folgend ein­ zelne Fußpunkte auf dem Boden des schalenförmigen Schalt­ stückkörpers zu bilden. Doch mit jedem neuen Fußpunkt auf dem Boden des Schaltstückkörpers werden die die koaxiale Erregerspule bildenden Stromleiter in dessen Randbereich einmal mehr überbrückt und dadurch die Erzeugung des Mag­ netfeldes laufend geschwächt, was schließlich eine Kontrak­ tion des Lichtbogens und damit einen Ausfall des Schalters zur Folge hat. Die oben genannte synergistische Wirkung besteht nun darin, daß einerseits durch die Kontakt- und Elektrodenscheibe die Bildung von Lichtbogenfußpunkten im Inneren des schalenförmigen Körpers und damit ein Kurz­ schließen der zwischen den geneigten Spalten gebildeten Stromleiter verhindert wird, und daß andererseits von den weiterhin vollständig von dem stromdurchflossenen Strom­ leitern ein über die Scheibenoberfläche praktisch gleich­ mäßig verteiltes axiales Magnetfeld hoher Intensität er­ zeugt wird, so daß die Funktionsfähigkeit des Schalters auch bei sehr hohen Strömen erhalten bleibt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der er­ findungsgemäßen Vakuumschalter-Kontaktanordnung ist zwi­ schen dem scheibenförmigen Kontakt- und Elektrodenkörper und dem Grundkörper des schalenförmigen Schaltstückes ein Stützkörper angeordnet. Ein solcher Stützkörper mag zwar zunächst als überflüssig erscheinen, da nur in den auf den Randbereichen der schalenförmigen Schaltstückkörper auflie­ genden Teilen der Kontakt- und Elektrodenkörper Kräfte zwi­ schen den beiden Schaltstücken wirksam werden, nicht aber im radial innen liegenden Teil der Kontakt- und Elektroden­ körper, wo diese hohl liegen. Der besondere Nutzen solcher Stützkörper liegt vielmehr darin, Schwingungen der Kontakt- und Elektrodenkörper zu verhindern, die ihre Ursache wahr­ scheinlich in einem Wechselwirken eines von Wirbelströmen in den Kontakt- und Elektrodenkörpern erzeugten sekundären Magnetfeldes mit dem in dem schalenförmigen Schaltstückkör­ per erzeugten primären axialen Magnetfeld haben und zu ei­ ner Veränderung des gegenseitigen Abstandes der Kontakt- und Elektrodenkörper der beiden einander gegenüberliegenden Schaltstücke und damit einem Spratzen und Verschweißen der­ selben führen können. Solche Schwingungserscheinungen wer­ den durch den Stützkörper zuverlässig verhindert.

Vorteilhafterweise ist der Stützkörper aus elektrisch schlecht leitendem Material oder aus elektrisch isolieren­ dem Material oder aber durch etwa radial angeordnete Bleche aus magnetisierbarem Material gebildet.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemä­ ßen Kontaktanordnung besteht darin, daß der scheibenförmige Kontakt- und Elektrodenkörper im Querschnitt einen stufen­ förmigen Verlauf hat, so daß radial innerhalb des Randbe­ reichs des schalenförmigen Schaltstückkörpers eine erhabene Fläche entsteht. Auf diese Weise wird der beim Schalten zu unterbrechende Lichtbogen auf einen Bereich begrenzt, in dem die Wirkung des axialen Magnetfeldes besonders groß ist.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausbildung der erfin­ dungsgemäßen Kontaktanordnung besteht darin, daß der schei­ benförmige Kontakt- und Elektrodenkörper mit vorzugsweise radial verlaufenden Schlitzen versehen ist, insbesondere daß der scheibenförmige Kontakt- und Elektrodenkörper in einzelne Segmente aufgelöst ist. Auf diese Weise wird die Erzeugung von einer maximalen Stromtragfähigkeit des Schal­ ters abträglichen Wirbelströmen wirksam unterdrückt.

Schließlich kann es noch vorgesehen sein, daß der Grundkör­ per des schalenförmigen Schaltstückkörpers mit vorzugsweise radial verlaufenden Schlitzen versehen ist, was ebenfalls der Unterdrückung von Wirbelströmen dienlich ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an­ hand der Zeichnung erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 Ansicht eines Schaltstück-Paares mit Vorrichtungen zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes.

Fig. 2 Draufsicht auf das untere der beiden Schaltstücke nach Fig. 1.

Zu Fig. 1: In einem weiter nicht dargestellten Vakuum- Schaltgefäß sind zwei Schaltstücke 1, 2 einander axial ge­ genübergestellt und im einzelnen wie folgt aufgebaut:
Der feststehende Rundstab und Stromleiter 3 trägt eine kreisförmige Grundplatte 4, die an ihrem Rand in einen of­ fenen flachen Hohlzylinder 5 übergeht. So entsteht ein schalenförmiger Körper, in dessen Wand in regelmäßigen Abständen Spalte 8 eingefräßt sind. Diese Spalte, zwölf an der Zahl, weisen gegenüber der Schaltstück-Längsachse eine Neigung von 25 Grad auf. Zwischen zwei Spalten entsteht jeweils ein Stromleiter 9 als Abschnitt einer koaxialen Erregerspule.

Auf den Windungsabschnitten liegt eine Kontakt- und Elek­ trodenscheibe 7 auf. An dem Schaltstück 2 ist diese Scheibe im Schnittbild zu sehen. Zu ihrer mechanischen Abstützung ist ein in die Fig. 1 nicht eingezeichneter zentraler Stützkörper vorgesehen aus einem elektrisch schlecht lei­ tenden oder isolierenden Material.

Die Stärke der Kontakt- und Elektrodenscheibe variiert: in­ nerhalb des von den Windungsabschnitten begrenzten Raumes ist sie größer als außerhalb, so daß eine zentrale erhabene Fläche entsteht.

Das gegenüberliegende Schaltstück 2 hat bis auf seine nicht dargestellte Bewegbarkeit den gleichen Aufbau wie das fest­ stehende Schaltstück 1; daher erübrigt sich eine nochmalige Beschreibung.

Im eingeschalteten Zustand der Schaltstücke berühren sich die erhabenen Flächen der Kontakt- und Elektrodenscheiben.

Während einer Stromunterbrechung - wie in der Fig. 1 darge­ stellt und durch Strompfeile angedeutet - fließt der Strom von dem bewegbaren unteren Stromleiterbolzen 8 in den unte­ ren Spulenkörper ein. Beim Verlassen wird er im Außenbe­ reich der unteren Kontakt- und Elektrodenscheibe gesammelt und dem inneren Bereich zugeführt. Von der schaltstrecken­ seitigen Oberfläche dieses Scheibenbereichs bewegen sich die Ladungsträger in Form einer diffusen Lichtbogenentla­ dung auf die gegenüberliegende Kontakt- und Elektroden­ scheibe zu.

Der weitere Strompfad führt über den zentralen Teil und den Randteil der oberen Kontaktscheibe zu den Windungsabschnit­ ten des oberen Spulenkörpers. Nach dem Durchfluß werden die Teilströme aus den Windungsabschnitten von der Grundplatte 4 des oberen Schaltstücks 1 radialsymmetrisch aufgenommen und münden dann in den oberen Stromleiterbolzen.

Diese relativ vollkommene Symmetrie von Stromzuführung und Stromableitung sowie die sich überlappenden Windungsab­ schnitte in der hohlzylindrischen Schalenwand ergeben eine optimale Ausbildung des axialen magnetischen Feldes im stromdurchflossenen Zustand.

Zu Fig. 2: Diese Figur zeigt in der Draufsicht auf die Kon­ takt- und Elektrodenfläche der Schaltstücke gemäß Fig. 1 unterhalb der horizontalen Mittellinie die Anordnung der in den Schalenmantel und teilweise in die Grundplatte 4 einge­ fräßten Spalte 8. Zu ihrer weiteren Verdeutlichung sind örtlich ein Windungsabschnitt und ein Teil der Grundplat­ te 4 herausgebrochen, damit der nachfolgende Windungsab­ schnitt 9 besser zu erkennen ist.

Oberhalb der horizontalen Mittellinie sieht man die Kon­ takt- und Elektrodenscheibe aufliegen. Zur Unterdrückung von Wirbelströmen ist sie in der Ausführung rechts von der vertikalen Mittellinie mit radialen Schlitzen versehen und nach der Ausführung links von der vertikalen Mittellinie in einzelne Sektoren 10 aufgelöst.

Innerhalb des schalenförmigen Windungskörpers ist unterhalb der horizontalen Mittellinie der in die Fig. 1 nicht einge­ zeichnete, zentral angeordnete Stützkörper 11 zu sehen.

Claims (9)

1. Vakuumschalter-Kontaktanordnung mit einem an relativ zu­ einander axial bewegbaren Stromleiterstäben (3, 8) angeord­ neten Paar von Schaltstücken (1, 2), die je einen durch einen von den Stromleiterstäben (3, 8) getragenen Grundkör­ per (4) und einen sich an den Grundkörper (4) anschließen­ den Randbereich (5) gebildeten schalenförmigen Körper (4, 5) umfassen und auf ihren einander zugewandten Seiten Schalt­ kontaktflächen aufweisen, wobei die Randbereiche der Schaltstückkörper mit Spalten (8) gleicher Neigung gegen­ über den Schaltstückachsen versehen sind, so daß sich zwi­ schen diesen jeweils Stromleiter (9) als Elemente einer ko­ axialen Erregerspule bilden, dadurch gekennzeichnet, daß an den schalenförmigen Schaltstückkörpern (4, 5) scheiben­ förmige, in den Innenraum hineinragende und diesen zumindest teilweise abdeckende, die Schaltkontaktflächen bildende Kontakt- und Elektrodenkörper (7) angeordnet sind.

2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen dem scheibenförmigen Kontakt- und Elek­ trodenkörper (7) und dem Grundkörper (4) des schalenförmi­ gen Schaltstückkörpers (4, 5) ein Stützkörper (11) angeord­ net ist.

3. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Stützkörper (11) aus elektrisch schlecht lei­ tendem Material besteht.

4. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Stützkörper (11) aus elektrisch isolierendem Material besteht.

5. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Stützkörper (11) durch etwa radial angeordnete Bleche aus magnetisierbarem Material gebildet ist.

6. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Kontakt- und Elektrodenkörper (7) im Querschnitt einen stufenförmigen Verlauf hat, so daß radial innerhalb des Randbereichs (5) des schalenförmigen Schaltstückkörpers eine erhabene Fläche entsteht.

7. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Kontakt- und Elektrodenkörper (7) mit vorzugsweise radial verlaufenden Schlitzen versehen ist.

8. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Kontakt- und Elektrodenkörper (7) in einzelne Segmente (10) aufgelöst ist.

9. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (4) des schalen­ förmigen Schaltstückkörpers (4, 5) mit vorzugsweise radial verlaufenden Schlitzen versehen ist.