DD131426B1 - Schaltstueckanordnung fuer niederspannungs-vakuumschuetze - Google Patents

Description

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So haltStückanordnung für Niederspannungs-Vakuumschütze

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltstückanordnung für Niederspannungs-Vakuums chüt ze mit einem Nennstrombereich bis etwa 630 Α, die eine sehr hohe Schaltstücklebensdauer aufweisen .soll. Derartige Vakuumschütze werden hauptsächlich zum Schalten von Motoren und ähnlichen Verbrauchern eingesetzt·

Im Gegensatz zu einem Vakuum-Leistungsschalter, der eine um Größenordnungen kleinere elektrische und mechanische Lebensdauer aufweist, aber um Größenordnungen höhere Ströme, d. h. Kurzschlußströme, zu beherrschen hat, besteht das Hauptkriteriuffi eines Niedgrspannungs-Vakuwnschützes im Erreichen einer sehr hohen Sohaltstücklebensdauer ohne Wartung und Auswechslung der Schaltstücke.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Niederspannungs-Vakuuraschütze erreichen diese hohe Schaltstücklebensdauer insbesondere durch AusnutzeJi der hierfür besonders günstigen Eigenschaften des spezifischen Vakuum-Liohtbogens (Typ A), der mit der Existenz von parallelen Katodenfußpunkten, ohne ausgeprägten Anodenfußpunkt und ohne Kontraktion des Anodenansatzes verbunden ist. Hierdurch tritt ein sehr niedriger Materialabbrand an der. Katode und ein Materialgewinn an der Anode auf, der die Schaltstücklebensdauer wesentlich beeinflußt. Der ExJLstenzbereich des spezifischen Vakuum-Lichtbogens Typ A wird dabei neben der Stromhöhe vor allem durch die Auswahl eines geeigneten Schaltstückmaterials, dem Ausnutzen dos maximal möglichen Karcmerinnen-

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druckes und der Schaltstückdiraensionierung bestimmt.

Nach, bekannten Untersuchungen sinkt der Abbrand an der Katode bzw· in den parallelen Katodenfußpunkten des spezifischen Vakuum-Lichtbogens Typ A mit steigendem Druck (DD-PS 108 407). Unter dem Gesichtspunkt einer höheren Lebensdauer wäre es sinnvoll, den Druck im Kontaktspalt während der Lichtbogendauer zu erhöhen. Hierfür sind aber die für Niederspannungs-Vakuumschütze bekannten scheibenförmigen Schaltstückanordnungen nicht geeignet,

Weiter kommt es darauf an, den Austritt vom Kontaktmaterialdampf aus dem Kontaktspalt vollkommen zu verhindern, zumindest aber auf ein ungefährliches Maß herabzusetzen, um einen großen Anteil des verdampften Kontaktmaterials für weitere Schaltungen zurückzugewinnen und die Isolierstrecke der Vakuumschal tkaps el vor einer Belegung durch Metalldampf zu schützen. Nach ausführlichen Untersuchungen tritt etwa 50 ^ak des an der Katode verdampften Kontaktmaterials aus dem Kontaktspalt der bekannten scheibenförmigen SehaltstückanOrdnung heraus, kondensiert an dem Schirm bzw. anderen Innenflächen der Schaltkammern und geht damit für weitere Schaltvorgänge verloren bzw. führt zu einer Belegung und damit Überbrückung der Isolierstrecke.

Für Hochspannungs-Vakuum-Leistungsschalter sind bereits Schaltstückanordnungen bekannt, die von der üblichen Scheibenform der Schaltstücke abweichen. Diese Schaltstücke sind jedoch ihrem spezifischen Verwendungszweck nach für Vakuumschaltkammern zum Schalten von Kurzschlußströmen (Strom^-5 kA, Vakuumlichtbogen Typ E) geeignet, bei denen der spezifische Vakuuralichtbogen Typ A nicht mehr existiert. Der sich dann einstellende und dem Hochdruckbogen ähnliche Vakuumlichtbogen Typ B mit ausgeprägtem Sinzelanoden- und Katodenfußpimkt verlangt eine andere Ausbildung und Dimensionierimg der Kontaktanordnung. Bei diesen Strömen und dieser Form des Vakuumlichtbogens ist es unbedingt erforderlich, ein Verharren des ausgaprägten Anoden- und Katodenfußpunktes bzw. der ausgeprägten Lichtbogensäule zu verhindern, eine schnelle Bewegung

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dieses Bogens zu erzwingen, ihn von der eigentlichen Kontaktstelle zu entfernen, um damit die Abschaltfähigkeit zu erhalten und einen zu großen Materialabbrand zu vermeiden, der wiederum zu einem Versagen der Abschaltung und zu einem Wiederzünden des Lichtbogens durch eine zu hohe Metalldampfdichte führen würde·

So sind Schaltstückanordnungen bekannt (z· B. DE-PS 1 195 026, SU-PS 19 659), bei denen der Lichtbogen von der eigentlichen Entstehungs- bzw. Kontaktstelle durch ein Magnetfeld aus einem konisch auseinanderlaufenden Zylinder in einen geschlossenen Zylinder getrieben und zur Rotation gezwungen wird·

Ähnliches bezweckt die bekannte Anordnung nach der US-PS 3 356 818, bei der der Lichtbogen besonders von der eigentlichen Kontaktstelle durch nicht näher beschriebene Mittel fortbewegt wird und zwischen den Wänden der erst zylinder- und dann kegelförmig ausgebildeten und ineinandergreifenden Kontaktstücke brennt·

Dies gilt ebenso für die Schaltstückanordnung nach der DD-PS 96 801, die zum Abschalten sehr großer Ströme geeignet ist und bei der ebenfalls durch verschiedene Maßnahmen die ausgeprägte Lichtbogensäule des Vakuumbogens Typ B zwischen den Wänden mit zwei koaxial ineinander geschachtelten Topfschaltstücken brennen sollen.

In v/eiterer Verbesserung dieser Anordnung sind durch die DD-PS 117 190 weitere Maßnahmen bekannt, mit denen der Lichtbogen von dem sogenannten Nennstrombereich, der den Boden des Kontakttopfes bildet, in die zwischen den Topfwänden liegenden Abbrandbereiche getrieben wird.

In einer weiteren Anordnung nach DD-PS 128 192 wird zum Zweck einer besseren und höheren statischen Spannungsfestigkeit vorgeschlagen, die üblicherweise vorhandene Schirmanordnung so auszubilden und zu erweitern, daß alle Abstände zwischen Teilen unterschiedlichen Potentials gleich bzw. gleich der Kontaktöffnung sind. Weiter soll durch eine geeignete Ausbildung des Schirmes dergestalt, daß er den Konturen der Außenhülle

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bzw. der des festen Kontaktstückes folgt, erreicht werden, daß der unbehindert aus dem Kontaktzwischenraum austretende Metalldampf von der Isolierstrecke ferngehalten wird.

Mit dieser Anordnung kann.jedoch die nach dem Erfindungsgedanken erwünschte Verringerung des Materialabbrandes und damit eine Verringerung des aus dem KontaktZwischenraum austretenden Metalldampfes von vornherein nicht erreicht werden. Die Schirmanordnung ist nach beiden Seiten hin offen und bewirkt keine entscheidende Drucksteigerung im Kontaktspalt zur Verringerung des Materialabbrandes.

Diese Anordnungen bringen noch keine dem Gedanken der Erfindung nützliche Lösung, da diese Anordnungen zum Schalten sehr großer Kurzschlußströme vorgesehen sind, in ihnen der Lichtbogen durch verschiedene Mittel aus dem Kontaktspalt herausgetrieben wird, der Kontakt-Materialdampf sich in der Kammer in einem für hohe Schaltzahlen unzulässigen Maße ausbreiten kann und für Kontaktanordnungen für Niederspannungs-Vakuuraschütze für den vorgesehenen Strombereich zu aufwendig sind und nicht die gewünschte Lebensdauererhöhung bringen können, oder nur Vorkehrungen für eine wesentlich höhere statische Spannungsfestigkeit aufweisen und den Metalldampf umlenken, damit er nicht auf die Isolierstrecke gelangen kann.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Schaltstücklebensdauer als bestimmender Faktor für die Lebensdauer des genannten Vakuumschützes·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltstücke derart auszubilden, daß der Austritt von Metalldampf aus dem Kontaktspalt weitestgehend verringert wird und das verdampfte Kontaktmaterial sich wieder an den Schaltstücken anlagert.

Erfindungsgemäß sind hierzu die beiden Schaltstücke in an sich bekannter V/eise als ineinandergreifende Töpfe ausgebildet. Die Stirnseiten der Töpfe bestehen aus dem eigentlichen Kontakt-

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material und die zylindrischen Wände bestehen aus einem Material, das für den spezifischen Vakuumbogen gegenüber dem eigentlichen Kontaktmaterial ungünstigere Existenzbedingungen, z, B. höhere Lichtbogenspannung, aufweist. Die Schaltstücke sind hierbei als ineinandergreifende Töpfe ausgebildet, wobei nur eine kreisringförmige schmale Öffnung in den Innenraum der Vakuumschaltkammer entsteht·

In Weiterführung des Erfindungsgedankens ist der obere Rand des inneren Schaltstückes über den Rand des äußeren Schaltstückes abgekröpft und die zylindrische Wand des äußeren Schaltstückes weist im Bereich des Kontaktspaltes eine Ausbuchtung zur Materialanlagerung auf«

Bei einer anderen Variante ist das innere Schaltstück scheibenförmig ausgebildet, und die zylindrische Wand umgreift das scheibenförmige Schaltstück topfförmig«

Weiterhin ist es vorteilhaft, die zylindrischen Wände dar Schaltstücke aus einem Material mit für den Kontaktmaterialdampf günstigen Kondensationsbedingungen herzustellen.

Ausführungsbeispiel

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: die Schaltstückanordnung im Schnitt Fig. 2: die Abkröpfung der inneren Schaltstückwandung Fig. 3 u. 4: Ausbildungen der äußeren Scha-ltstückwandung

^An den in einem Vakuumgehäuse angeordneten Elektroden 1; 2 sind das feste Schaltstück 3 und das bewegliche Schaltstück befestigt. Die Schaltstücke 3; 4 sind hierbei topfformig ausgebildet und greifen mit ihren zylindrischen Wänden 5; 6 ineinander. Die Stirnseiten der topfförmigen Schaltstücke 3; 4 bestehen aus dem eigentlichen Kontaktmaterial, z. B. Cu oder MoCu, und die Wände 5; 6 aus einem billigeren und für den Vakuuralichtbogen ungünstigere Existenzbedingungen aufweisenden Material, z. B. Fe, Fe-Ni. Weiterhin ist es vorteilhaft, für

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die zylindrischen Wände 5; 6 ein Material mit einem guten Kondensationsverhalten für den Kontaktmaterialdampf einzusetzen· Die zylindrischen Wände 5; 6 sind in einfachster Form durch Aufschrumpfen an den scheibenförmigen Stirnseiten der Schaltstücke befestigt und weisen einen sehr kleinen Abstand 7, der gleich oder kleiner der maximalen Kontaktöffnung ist, vorzugsweise 1-3 mm, auf.

Eine weitere Verringerung des Materialaustritts aus dem Kontaktspalt 8 wird erreicht, wenn der obere Rand des inneren Schaltstückes 6 nach außen über die Wand des äußeren Schaltstückes 5 abgekröpft 1st (Fig. 2) bzw» die Wand 5 des äußeren Schaltstückes 3 Ausbuchtungen 9 im Bereich des Kontaktspaltes 8 aufweist (Fig. 3). Das untere Schaltstück 4 kann auch scheibenförmig ausgebildet sein, und die Wand umgreift das scheibenförmige Schaltstück 3 topfförmig und bildet hierbei den Spalt 10. Die topfförmige Wand 5 ist hierbei an der Elektrode 2 befestigt (Fig. 4).

Mit der erfindungsgemäßen Schaltstückanordnung wird gegenüber den bekannten und für andere Einsatzzwecke und andere Lichtbogencharakteristika ausgebildete Schaltstückanordnungen erreicht, daß

- die parallelen Katodenfußpunkte und damit die Teillichtbögen in dem engen Kontaktspalt 8 bleiben und durch den entstehenden größeren Druck im Kontaktspalt während der Entladung ein geringerer Abbrand entsteht, ein wesentlich größerer Anteil von Kontaktmaterialdampf nicht mehr aus dem Kontaktspalt 8 heraustritt, an der je v/eiligen Anode (Schaltstück 3; 4) niedergeschlagen wird und damit für weitere Schaltungen wiedergewonnen werden kann;

- durch die größere Kondensationsfläche der Kontaktmaterialdampf insgesamt schneller kondensiert und damit eine Verbesserung der Wiederverfestigung der Schaltstrecke ermöglicht wird.

Insgesamt ist damit eine höhere Schaltstücklebensdauer und somit eine größere Gesamtlebeusdauer der Vakuumschaltkapsel mit einem geringen Aufwand erreichbar.

Claims (4)

199 549 Erflndungsanspruch

1. Schaltstückanordnung, für Niederspannungs-Vakuumschütze mit einem Nennstrombereich bis etwa 630 A, gekennzeichnet dadurch, daß ein oder beide Schaltstücke (3; 4) in an sich bekannter Weise topfförralg ausgebildet sind, wobei die topfförmigen Schaltstücke ineinandergreifen oder das innere Schaltstück scheibenförmig ausgebildet ist uod die zylindrische Wand das scheibenförmige Schaltstück topfförmig umgreift, daß die Stirnseiten der Töpfe aus dem eigentlichen Kontaktmaterial und die zylindrischen Wände (5; 6) aus einem Material bestehen, das für den spezifischen Vakuumlichtbogen gegenüber dem eigentlichen Kontaktmaterial ungünstigere Existenzbedingungen, z. B· höhere Lichtbogenspannung, aufweist und daß der Abstand (7) zwischen den beiden zylindrischen Wänden der Schaltstücke gleich oder kleiner der maximalen KontaktÖffnung ist.

2. Schaltstückanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der obere Rand des inneren Schaltstückes eine Abkröpfung nach außen aufweist·

3· Schaltstückanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die zylindrische Wand (5) des äußeren Schaltstückes im Bereich des Kontaktspaltes (8) eine Ausbuchtung (9) aufweist.

4. Schaltstückanordnung nach Punkt 1» gekennzeichnet dadurch, daß die zylindrischen Wände der Schaltstücke aus einem Material mit -für den Metalldampf günstigen Kondensationsbedingungen bestehen.

Hierzu A Seite Zeichnungan

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