DE19957228B4

DE19957228B4 - Contact arrangement for a vacuum interrupter chamber

Info

Publication number: DE19957228B4
Application number: DE1999157228
Authority: DE
Inventors: Thomas Daube; Holger Weinert
Original assignee: Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 1999-11-27
Filing date: 1999-11-27
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2019-11-28
Also published as: DE19957228A1; WO2001041173A1

Abstract

Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltkammer, aus einem feststehenden und einem beweglichen Kontaktstück (4; 6), wobei jedes Kontaktstück (4; 6) einen Kontaktträger (16) enthält, der von seinem zentralen Teil (20) mit einem vom jeweils anderen Kontaktstück (6; 4) wegweisenden axialen Strombolzen (8) verbunden ist und radiale Leiterstege (22) aufweist, die jeweils in ein bogenförmiges erstes Windungsstück (24) übergehen, das in Umfangsrichtung bis nahe zum benachbarten ersten Windungsstück (24) verläuft und in einem hochstehenden ersten Verbindungsstück (26) endet, das leitend mit einer gegebenenfalls geschlitzten Kontaktscheibe (18) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zentralen Teil (20) und den ersten Windungsstücken (24) von den Leiterstegen (22) bogenförmige zweite Windungsstücke (25) ausgehen, die gegenläufig zu den ersten Windungsstücken (24) bis nahe zum benachbarten Leitersteg (22) verlaufen und jeweils in einem hochstehenden zweiten Verbindungsstück (25) enden, das ebenfalls leitend mit der Kontaktscheibe (18) verbunden ist.Contact configuration for one Vacuum switching chamber, consisting of a fixed and a movable contact piece (4; 6), with each contact piece (4; 6) a contact carrier (16) contains that of its central part (20) with one from the other Contact piece (6; 4) groundbreaking axial current bolt (8) is connected and radial Conductor webs (22), each in an arcuate first Windungsstück (24) pass, in the circumferential direction to near the adjacent first winding piece (24) extends and terminating in an upstanding first connector (26), the conductive one is connected to an optionally slotted contact disc (18), characterized in that between the central part (20) and the first winding pieces (24) arcuate second winding pieces (25) from the conductor webs (22) go out in reverse to the first winding pieces (24) to close to the adjacent conductor bar (22) extend and respectively in an upstanding second connector (25) terminate, also is conductively connected to the contact disc (18).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltkammer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to a contact arrangement for a vacuum interrupter chamber the preamble of claim 1.

Derartige Kontaktanordnungen umfassen ein bezüglich der Schaltkammer feststehendes Kontaktstück und ein bewegliches Kontaktstück, das unter Zwischenfügung eines Faltenbalges aus der Schaltkammer herausgeführt wird und durch äußere Abtriebsmittel in und außer Verbindung mit dem feststehenden Kontaktstück bringbar ist. Jedes Kontaktstück umfasst im allgemeinen einen Kontaktträger aus gut leitendem Material, beispielsweise aus Kupfer, und eine dem anderen Kontaktstück zugewandte Kontaktscheibe aus abbrandfestem Material, beispielsweise aus einem Chrom-Kupfer-Sinterwerkstoff. Beim Trennen der Kontakte entsteht zwischen den beiden Kontaktscheiben ein Lichtbogen, der bei höheren Strömen, insbesondere bei Kurzschlussströmen in dem mit der Schaltkammer verbundenen äußeren Stromkreis, kontrahiert. Um die thermische Belastung der Kontaktscheiben auch bei großen Strömen niedrig zu halten, wird der Lichtbogen durch ein bezüglich der Kontaktanordnung axiales Magnetfeld diffus gehalten, wodurch die Bogenspannung erheblich niedriger wird und Aufschmelz- sowie Abtragungsvorgänge an den Kontaktoberflächen im Vergleich zum kontrahierten Lichtbogen erheblich verringert werden, was zu einer wesentlichen Erhöhung des Unterbrechungsvermögens der Vakuumschaltkammer führt.such Contact arrangements comprise a fixed with respect to the switching chamber contact piece and a movable contact piece, that under interposition a bellows is led out of the switching chamber and by external drive means in and out Connection can be brought with the fixed contact piece. Each contact piece includes in general, a contact carrier good conductive material, such as copper, and a the other contact piece facing contact disc made of erosion-resistant material, for example made of a chrome-copper sintered material. When disconnecting the contacts arises between the two contact discs an arc that at higher Stream, especially with short-circuit currents in the external circuit connected to the switching chamber. To the thermal load of the contact discs even at high currents low To hold, the arc is by a respect to the contact arrangement axial magnetic field kept diffused, causing the arc voltage considerably becomes lower and melting and Abtragungsvorgänge to the contact surfaces be significantly reduced compared to the contracted arc, resulting in a substantial increase in the interruption assets the vacuum switching chamber leads.

Aus der Druckschrift EP-A-0 597 434 ist eine derartige Kontaktanordnung bekannt, bei der jedes Kontaktstück einen Kontaktträger aufweist, der zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes des über einen zylindrischen Strombolzen zugeführten Stromes spulenartig ausgebildet ist. Der Kontaktträger ist vom jeweils anderen Kontaktstück abweisend zentral mit dem Strombolzen verbunden und enthält vier von seinem zentralen Teil ausgehende radiale Leiterste ge, die jeweils in ein kreisbogenförmiges Windungsstück übergehen, das in Umfangsrichtung verläuft und in einem hochstehenden Verbindungsstück endet, das leitend mit der kreisförmigen Kontaktscheibe verbunden ist. Zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten können die Kontaktscheiben in geeigneter Weise geschlitzt sein. Es hat sich gezeigt, dass bei derartigen Kontaktanordnungen die Kontraktion des Lichtbogens zu höheren Strömen hin verschoben wird, wenn zwischen den Kontaktoberflächen Bereiche mit einem möglichst hohen Betrag der Induktion des axialen Magnetfeldes gebildet werden. Hierzu wird nach Druckschrift DE-A-195 34 398 eine Kontaktanordnung vorgeschlagen, bei der jeder Kontaktträger einen zylindrischen Strombolzen und einen am kontaktstückseitigen Ende angeordneten kreisringförmigen Abschnitt aufweist. Der Strombolzen ist mit dem kreisringförmigen Abschnitt mittels zweier miteinander fluchtenden radialen Leiterstege verbunden und im Bereich der Leiterstege mittels eines schräg verlaufenden Schlitzes geteilt, so dass der Strom über einen der Leiterstege dem kreisringförmigen Abschnitt und von diesem zu einem die Leiterstege in Einschaltrichtung hochstehenden Vorsprung, auf dem die Kontaktscheibe befestigt ist, fließt.From the publication EP-A-0 597 434 Such a contact arrangement is known, in which each contact piece has a contact carrier, which is designed like a coil for generating an axial magnetic field of the current supplied via a cylindrical current bolt. The contact carrier is connected from the other contact piece repellent central to the power bolt and contains four emanating from its central part radial Leiterste ge, each of which transition into a circular arc winding piece which extends in the circumferential direction and ends in an upstanding connector, the conductive with the circular contact disc connected is. To avoid eddy current losses, the contact disks can be slit in a suitable manner. It has been found that in such contact arrangements, the contraction of the arc is shifted towards higher currents, if areas with the highest possible amount of induction of the axial magnetic field are formed between the contact surfaces. For this purpose, according to document DE-A-195 34 398 a contact arrangement proposed in which each contact carrier has a cylindrical flux pin and an arranged on the contact piece side end annular portion. The current bolt is connected to the annular portion by means of two aligned radial conductor bars and divided in the region of the conductor bars by means of an obliquely extending slot, so that the current through one of the conductor bars the annular portion and from this to a the conductor bars in the turn-on direction protruding projection on the contact disc is attached, flows.

Die Druckschrift JP 5-190062 A beschreibt eine Kontaktanordnung eines Vakkum-Leistungsschalters mit einer Hauptelektrode und einer Basiselektrode mit bogenförmigen ersten und zweiten gegenläufigen Windungsstücken.The publication JP 5-190062 A describes a contact arrangement of a vacuum circuit breaker having a main electrode and a base electrode with arcuate first and second opposing turns.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein in radialer Richtung ansteigendes axiales Magnetfeld zu erzeugen.Of the Invention is based on the object, a rising in the radial direction to generate axial magnetic field.

Ausgehend von einer Kontaktanordnung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.outgoing From a contact arrangement of the type mentioned is the object according to the invention solved the characterizing features of the independent claim, while the dependent claims advantageous developments of the invention can be seen.

Durch die Leiterstege, die ersten und die zweiten Windungsstücke jedes einzelnen Kontaktstückes werden Paare von Quasi-Stromschleifen gebildet, die im Bereich der gegenüberstehenden Windungsstücke gegensinnig vom Strom durchflossen werden. Das führt in radialer Richtung zu einem Anstieg des resultierenden axialen Magnetfeldes, wodurch der Strombereich, in dem ein Lichtbogen noch diffus brennt, erheblich vergrößert worden ist.By the conductor bars, the first and the second turns each individual contact piece pairs of quasi-current loops are formed in the area of opposing Windungsstücke flowing in opposite directions from the stream. This leads in the radial direction an increase of the resulting axial magnetic field, whereby the Current range in which an arc still burns diffuse significantly been enlarged is.

Die konzentrische Anordnung der ersten und der zweiten Windungsstücke sowie die Überdeckung von Kontaktscheibe und Kontaktträger haben sich in magnetischer sowie in fertigungstechnischer Hinsicht als zweckmäßig erwiesen. Der mittige Verlauf der zweiten Windungsstücke führt zu einer günstigen Aufteilung des axialen Magnetfeldes. Dabei kann der Kontaktträger in zwei, drei oder mehr magnetisch gleiche Sektoren aufgeteilt werden.The concentric arrangement of the first and second Windungsstücke as well the coverage of Contact disk and contact carrier have in magnetic as well as in manufacturing terms as proved appropriate. The central course of the second Windungsstücke leads to a favorable distribution of the axial magnetic field. In this case, the contact carrier in two, three or more magnetically equal sectors are divided.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigenFurther Details and advantages of the invention will become apparent from the following explained with reference to figures Embodiment. Show it

1: eine Schaltkammer im Längsschnitt mit einer erfindungsgemäßen Kontaktanordnung; 1 a switching chamber in longitudinal section with a contact arrangement according to the invention;

2: die perspektivische Darstellung der Kontaktanordnung aus 1; 2 : the perspective view of the contact arrangement 1 ;

3: die perspektivische, teilweise weggebrochene Darstellung des unteren Kontaktstückes nach 2. 3 : the perspective, partially broken away representation of the lower contact piece after 2 ,

Die in 1 gezeigte Vakuumschaltkammer 1 umfasst eine geöffnet dargestellte Kontaktanordnung 2, bestehend aus einem feststehenden Kontaktstück 4 und einem beweglichen Kontaktstück 6, die jeweils über zylindrische Strombolzen 8 mit einem äußeren Stromkreis verbindbar sind. Der in 1 nach oben weisende Strombolzen 8 des feststehenden Kontaktstückes 4 ist stationär hinsichtlich eines evakuierten Kammergehäuses 10 nach außen geführt, während der in 1 nach unten weisende Strombolzen 8 des beweglichen Kontaktstückes 6 unter Zwischenschaltung eines Faltenbalges 12 beweglich nach außen geführt ist. Um die Kontaktanordnung 2 ist eine vom Kammergehäuse 10 gehaltene, zylindrische metallische Abschirmung 14 angeordnet.In the 1 shown vacuum interrupter chamber 1 includes an open contact arrangement shown 2 , consisting of a fixed contact piece 4 and a movable contact piece 6 , each using cylindrical power bolts 8th can be connected to an external circuit. The in 1 upward-pointing power bolt 8th the fixed contact piece 4 is stationary with respect to an evacuated chamber housing 10 led to the outside, while the in 1 down-facing power bolt 8th of the movable contact piece 6 with the interposition of a bellows 12 movably guided to the outside. To the contact arrangement 2 is one from the chamber housing 10 held, cylindrical metallic shield 14 arranged.

Sowohl das feststehende Kontaktstück 4 als auch das bewegliche Kontaktstück 6 der in 2 näher gezeigten Kontaktanordnung 2 besteht aus einem mit dem Strombolzen 8 verbundenem Kontaktträger 16 und einer mit diesem elektrisch verbundenen Kontaktscheibe 18. Die Strombolzen 8 und die Kon taktträger 16 bestehen aus Kupfer, während die sich gegenüberstehenden Kontaktscheiben 18 aus einem Chrom-Kupfer-Sinterwerkstoff bestehen. Zwischen Strombolzen 8 und Kontaktscheibe 18 ist sowohl in geometrischer als auch in elektrischer Hinsicht der Kontaktträger 16 angeordnet. Bei einer Schalthandlung wird durch Bewegung des beweglichen Kontaktstückes 6 in axialer Richtung die Kontaktscheibe 18 des beweglichen Kontaktstückes 6 mit derjenigen des feststehenden Kontaktstückes 4 in bzw. außer Verbindung gebracht. Geometrisch sind die kreisförmigen Kontaktscheiben 18 und die Kontaktträger 16 so bemessen, dass sie sich gegenseitig überdecken.Both the fixed contact piece 4 as well as the movable contact piece 6 the in 2 closer contact arrangement shown 2 consists of one with the power bolt 8th connected contact carrier 16 and a contact disc electrically connected thereto 18 , The power bolts 8th and the contact bearer 16 are made of copper, while the opposing contact discs 18 consist of a chromium-copper sintered material. Between power bolts 8th and contact disc 18 is the contact carrier both in geometric and in electrical terms 16 arranged. In a switching operation is by movement of the movable contact piece 6 in the axial direction, the contact disc 18 of the movable contact piece 6 with that of the fixed contact piece 4 in or out of connection. Geometric are the circular contact discs 18 and the contact carriers 16 so that they cover each other.

Aus 2 und im Näheren für den beweglichen Kontakt 6 aus 3 ist der detaillierte Aufbau des Kontaktträgers 16 zu erkennen. Der Kontaktträger 16 enthält einen zentralen Teil 20, der einstückig oder über eine geeignete Fügeverbindung mit dem von der Kontaktscheibe 18 abweisenden Strombolzen 8 verbunden ist. Der zentrale Teil 20 ist weiterhin einstückig mit vier radial ausgerichteten Leiterstegen 22 verbunden, die jeweils untereinander einen rechten Winkel bilden. Jeder Leitersteg 22 geht endseitig in ein kreisbogenförmiges erstes Windungsstück 24 über, das vom Leitersteg 22 in Umfangsrichtung verlaufend eine Viertelwindung beschreibt. Von den Leiterstegen 22 verlaufen bezüglich der Darstellung in 2 die ersten Windungsstücke 24 des feststehenden Kontaktstückes 4 entgegen dem Uhrzeigersinn und die ersten Windungsstücke 24 des beweglichen Kontaktstückes 6 mit dem Uhrzeigersinn. Jedes erste Windungsstück 24 endet in einem in axialer Richtung hochstehenden ersten Verbindungsstück 26, das mit der Kontaktscheibe 18 in inniger elektrischer Verbindung steht. Annähernd in halber Länge geht von jedem Leitersteg 22 weiterhin ein kreisbogenförmiges zweites Windungsstück 25 aus, das gegenüber dem radial gegenüberstehenden ersten Windungsstück 24 unter Belassung eines Zwischenraumes konzentrisch nach innen abgesetzt ist. Von den Leiterstegen 22 verlaufen bezüglich der Darstellung in 3 die zweiten Windungsstücke 25 des feststehenden Kontaktstückes 4 mit dem Uhrzeigersinn und die zweiten Windungsstücke 25 des beweglichen Kontaktstückes 6 entgegen dem Uhrzeigersinn. Jedes zweite Windungsstück 25 endet in einem in axialer Richtung hochstehende zweiten Verbindungsstück 27, das gleichfalls mit der Kontaktscheibe 18 in inniger elektrischer Verbindung steht.Out 2 and in more detail for the moving contact 6 out 3 is the detailed structure of the contact carrier 16 to recognize. The contact carrier 16 contains a central part 20 , the one piece or via a suitable joint connection with that of the contact disc 18 repellent power bolt 8th connected is. The central part 20 is still integral with four radially aligned conductor bars 22 connected, each forming a right angle with each other. Each ladder 22 goes end into a circular arc-shaped first turn piece 24 over, from the ladder 22 in the circumferential direction describes a quarter turn. From the ladder bars 22 with respect to the representation in 2 the first winding pieces 24 the fixed contact piece 4 counterclockwise and the first turns 24 of the movable contact piece 6 in a clockwise direction. Every first winding piece 24 ends in an axially upstanding first connector 26 that with the contact disc 18 is in intimate electrical connection. Approximately half the length goes from each ladder 22 furthermore a circular arc-shaped second winding piece 25 from, opposite to the radially opposite first winding piece 24 is deposited concentrically inwards leaving a gap. From the ladder bars 22 with respect to the representation in 3 the second winding pieces 25 the fixed contact piece 4 in the clockwise direction and the second turns 25 of the movable contact piece 6 counterclockwise. Every second winding piece 25 ends in an axially upstanding second connector 27 the same with the contact disc 18 is in intimate electrical connection.

In der Kontaktanordnung 2 ergeben sich die in 2 und 3 durch Pfeile angedeuteten Verläufe der Teilströme i sowie das durch diese hervorgerufenen und in 1 mit Strichpunkt-Linien angedeutete axiale Magnetfeld M. Die Teilströme i in den zum zentralen Teil 20 näher gelegenen Abschnitten jeweils zweier benachbarter Leiterstege 22 verlaufen bezüglich des zentralen Teils 20 gleich gerichtet, was im Gebiet zwischen dem zentralen Teil 20 und den zweiten Windungsstücken 25 zu einer Abschwächung des axialen Magnetfeldes M führt. Dem gegenüber bewirken die in den radial gegenüberliegenden ersten und zweiten Windungsstücken 24 und 25 gegenläufigen Teilströme i einen Anstieg des axialen Magnetfeldes M im Gebiet zwischen den ersten und zweiten Windungsstücken 24 und 25. Die nach außen hin zunehmende Stärke des axialen Magnetfeldes M hat zur Folge, dass der in 1 angedeutete Lichtbogen B noch diffus brennt selbst bei Kurzschlussstromstärken, die bei Kontaktanordnungen nach dem Stand der Technik, d. h. ohne zweite Windungsstücke, in nachteiliger Weise bereits zu einer Kontraktion des Lichtbogens B führen.In the contact arrangement 2 arise in the 2 and 3 indicated by arrows gradients of the partial currents i and the caused by these and in 1 indicated by dashed lines axial magnetic field M. The partial flows i in the central part 20 closer sections each two adjacent conductor bars 22 run with respect to the central part 20 the same thing that is in the area between the central part 20 and the second winding pieces 25 leads to a weakening of the axial magnetic field M. In contrast, in the radially opposite first and second Windungsstücken cause 24 and 25 opposite partial currents i an increase of the axial magnetic field M in the area between the first and second Windungsstücken 24 and 25 , The outwardly increasing strength of the axial magnetic field M has the consequence that the in 1 Indicated arc B still diffuse burns even at short circuit currents, which in contact arrangements according to the prior art, ie without second turns, disadvantageously already lead to a contraction of the arc B.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen. So kann die Erfindung beispielsweise in der Weise ausgestaltet werden, dass die Kontaktscheiben 18 zur Vermeidung von Wirbelströmen in üblicher Weise mit vier radial verlaufenden Schlitzen versehen sind.The present invention is not limited to the embodiment described above, but also includes all the same in the context of the invention embodiments. Thus, the invention can be configured, for example, in such a way that the contact discs 18 To avoid eddy currents in the usual way are provided with four radially extending slots.

Claims

Contact arrangement for a vacuum switching chamber, consisting of a stationary and a movable contact piece ( 4 ; 6 ), each contact piece ( 4 ; 6 ) a contact carrier ( 16 ) from its central part ( 20 ) with one from the other contact piece ( 6 ; 4 ) groundbreaking axial current bolts ( 8th ) and radial conductor webs ( 22 ), each in an arcuate first winding piece ( 24 ), which in the circumferential direction to close to the adjacent first Winding piece ( 24 ) and in an upstanding first connector ( 26 ), the conductive with an optionally slotted contact disc ( 18 ), characterized in that between the central part ( 20 ) and the first turns ( 24 ) from the conductor bars ( 22 ) arcuate second winding pieces ( 25 ), which run in opposite directions to the first turnings ( 24 ) close to the neighboring ladder 22 ) and each in an upstanding second connector ( 25 ), which is also conductive with the contact disc ( 18 ) connected is.

Contact arrangement according to claim 1, characterized in that the second winding pieces ( 25 ) concentric with the first winding pieces ( 24 ) are arranged.

Contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that contact carrier ( 16 ) and contact disc ( 18 ) cover substantially circumferentially.

Contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second winding pieces ( 25 ) substantially centrally between the central part ( 20 ) and the first turns ( 24 ) are arranged.