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DE2902489A1 - Kontaktanordnung fuer vakuumschalter - Google Patents

Kontaktanordnung fuer vakuumschalter

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Publication number
DE2902489A1
DE2902489A1 DE19792902489 DE2902489A DE2902489A1 DE 2902489 A1 DE2902489 A1 DE 2902489A1 DE 19792902489 DE19792902489 DE 19792902489 DE 2902489 A DE2902489 A DE 2902489A DE 2902489 A1 DE2902489 A1 DE 2902489A1
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DE
Germany
Prior art keywords
contact
ring
arrangement according
contacts
carrier
Prior art date
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Ceased
Application number
DE19792902489
Other languages
English (en)
Inventor
Rudolf Dipl Ing Gebel
Guenter Dipl Phys Hahn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Priority to JP673780A priority patent/JPS5598426A/ja
Publication of DE2902489A1 publication Critical patent/DE2902489A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66Vacuum switches
    • H01H33/664Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6642Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having cup-shaped contacts, the cylindrical wall of which being provided with inclined slits to form a coil

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Contacts (AREA)

Description

  • Kontaktanordnung für Vakuumschalter
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit relativ zueinander beweglichen Topfkontakten, deren hohlzylindrischer, schräggeschlitzter Kontaktträger mit dem Kontaktboden verbunden ist. Die Kontaktauflagefläche bildet einen geschlossenen Kontaktring.
  • Als Schalter für Mittelspannungsanlagen von beispielsweise 7 bis 36 kV und hohen Stromstärken von vorzugsweise wenigstens einigen kA werden zunehmend sogenannte Vakuumschalter verwendet, bei denen nach der Trennung der Schaltkontakte ein Metalldampflichtbogen entsteht.
  • Die Gestaltung der relativ zueinander beweglichen Kontakte wird so gewählt, daß die eigenmagnetischen Kräfte des abzuschaltenden Stromes an den Kontaktauflageflächen eine Kraftkomponente in azimutaler Richtung bilden, die den Lichtbogen in eine rotierende Bewegung versetzt. Durch diese Rotation wird bekanntlich der Abbrand der Schaltstücke vermindert. Die Lichtbogenfußpunkte bewegen sich während der Rotation auf Lichtbogenlaufflächen, die zugleich die Auflageflächen der Kontakte bilden können.
  • Es sind Kontaktanordnungen für Vakuumschalter mit relativ zueinander beweglichen Kontakten bekannt, deren Kontaktträger als offener Rotationshohlkörper in der Form sogenannter Topfkontakte gestaltet sind. Der ringförmige Topfrand bildet die Auflagefläche der Kontakte.
  • Der Kontaktträger ist mit radialen und gegenüber der Rotationsachse geneigten Schlitzen versehen. Die dadurch entstehenden, etwa spiralförmig verlaufenden Wandteile ergeben eine Stromrichtung, deren Lorentzkraft den entstehenden Lichtbogen zwischen den Kontakten rotieren läßt. In einer besonderen Ausführungsform der Kontaktanordnung können die Kontaktträger auch aus konzentrischen Ringen bestehen (DE-PS 1 196 751).
  • Bei dieser bekannten Gestaltung des Kontaktes kann der Lichtbogen durch Ungleichmäßigkeiten des Abbrandes oder durch Stauchung der Kontakte auch am Innenrand des Kontaktringes entstehen. Durch die hierbei auftretende Stromverteilung erhält er eine Kraftkomponente, die radial nach innen gerichtet ist und den Bogen in die Mittenausdrehung laufen läßt. Somit besteht die Gefahr, daß durch den Wärmestau das verdampfte Kontaktträgermaterial zum Zeitpunkt des Stromnulldurchganges sich noch nicht wieder niedergeschlagen hat. Die Folge ist eine Wiederzündung des Lichtbogens. Bildet sich der Lichtbogen am Außenrand der Kontaktauflagefläche, so wirkt durch die Stromverteilung in den angrenzenden Bereichen des Kontaktträgers auf den Lichtbogenfußpunkt eine Lorentzkraft, die radial nach außen gerichtet ist und den Lichtbogenfußpunkt auf den Außenmantel des Kontaktträgers treiben kann. Die Folge ist eine erhöhte Einwirkung des Lichtbogens auf den Dampfschirm, der im allgemeinen in einem vorbestimmten Abstand um die Kontakte koaxial zur Rotationsachse angeordnet ist.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Vakuumschalter zu schaffen, bei dem diese ungünstigen Wirkungen vermieden werden. Insbesondere sollen die Lichtbogenfußpunkte nur auf den Kontaktauflageflächen rotieren können.
  • Es ist ferner ein Vakuum-Schaltkontakt bekannt, der als flacher Topf gestaltet ist, dessen Topfrand die Kontaktauflagefläche bildet. Der Topfrand ist geschlitzt und kann außen oder innen mit einem Flansch versehen sein, der radial nach außen bzw. nach innen mit einer Abschrägung versehen ist und Jeweils als Abbrandbereich dient (GB-PS 1 098 862).
  • Die genannte Aufgabe wird nun bei einer Kontaktanordnung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens eine der einander zugewandten Kontaktringoberflächen radial nach innen und/oder nach außen mit einer Abschrägung versehen sind. Im allgemeinen ist der Rand der Topfkontakte mit einem besonderen Kontaktring versehen, der aus einem Material mit hoher Temperaturbeständigkeit und hoher Abbrandfestigkeit sowie hoher mechanischer Festigkeit besteht.
  • Solche Eigenschaften haben beispielsweise Sinterwerkstoffe, die Chrom und Kupfer als wesentliche Bestandteile enthalten.
  • Wird dieser Kontaktring mit einer radial nach innen verlaufenden Abschrägung versehen, so kann der Lichtbogenfußpunkt nicht mehr am inneren Rand des Kontaktträgers entstehen, und eine radial nach innen gerichtete Komponente auf den Lichtbogen wird weitgehend vermieden.
  • Vorzugsweise erhält der Kontaktring eine Abschrägung sowohl nach innen als auch nach außen, damit beim Abheben der Kontakte bereits eine etwa symmetrische Stromverteilung in den angrenzenden Bereichen der Kontaktträger gebildet wird. Mit dieser Stromverteilung rotiert der Lichtbogen auf der Kontaktauflagefläche.
  • Außerdem erhält man mit dieser Ausfihrungsform einen erhöhten Kontaktdruck durch die gegenüber der Breite des Kontaktträgers entsprechend verminderte Auflagefläche.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Topfkontakte, deren Kontaktträger mit gegenüber der Achsrichtung der Kontakte geneigten Schlitzen versehen sind, ist die Neigung der Schlitze so gewählt, daß sich die axialen Segmentstirnflächen Jeweils des gleichen Segments nicht überlappen. Durch diese Gestaltung ist sichergestellt, daß eine Komponente des Stromes bei seinem Durchtritt durch das Segment vom Kontaktboden zum Kontaktring in axialer Richtung ausgeschlossen ist.
  • Der Kontaktring kann vorzugsweise aus einer metallgetränkten Metallmatrix bestehen. In Verbindung mit diesem Material des Kontaktringes wird dann ein Material für den Kontaktträger gewählt, das wenigstens im wesentlichen aus dem Tränkmetall des Kontaktringes besteht. In dieser Ausführungsform kann beispielsweise der Kontaktring aus einer Chrom-Kupfer-Matrix und der Kontaktträger aus Kupfer bestehen.
  • In einer besonderen Ausführungsform des Kontaktes ist die elektrische Leitfähigkeit des Kontaktringes wesentlich geringer, vorzugsweise um mindestens den Faktor 3, als die Leitfähigkeit des Kontaktträgers. Der Kontaktring kann auf dem Kontaktträger mit einem Hartlot befestigt werden, das beispielsweise aus einem Silber-Kupfer-Eutektikum bestehen kann.
  • Eine abweichende, einfach herzustellende AusfUhrungsform des Kontaktes mit den gleichen Eigenschaften erhält man dadurch, daß der Kontaktträger mit dem Kontaktring im gleichen Arbeitsgang durch sogenanntes Hintergießen hergestellt wird. Anschließend wird der Kontaktring mit dem Kontaktträger mit dem genannten Hartlot auf dem Kontaktboden befestigt. Die Hartlotschicht befindet sich dann zwischen dem Boden des Topfkontaktes und dem Kontaktträger. Der hohlzylindrische Kontaktträger entsteht dadurch, daß beim Tränken des Matrix-Metalls Chrom des Kontaktringes mit dem Tränkmetall Kupfer gleichzeitig wenigstens teilweise auch der Kontaktträger aus dem Tränkmetall Kupfer durch das Hintergießen hergestellt wird. Eine Widerstandserhöhung des Kontaktringes im Vergleich zum Kontaktträger erhält man auch durch einen erhöhten Gehalt des Kontaktringes an geeigneten Zusätzen, beispielsweise Eisen bis zu etwa 15 % oder Kobalt bis zu etwa 20 % oder auch einen Zusatz von Eisen und Kobalt.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur 1 eine Kontaktanordnung nach dem Stand der Technik schematisch veranschaulicht ist. Die Figuren 2 und 3 zeigen Jeweils einen Schnitt durch eine Ausführungsform der Kontaktanordnung nach der Erfindung.
  • In der bekannten Ausführungsform einer Kontaktanordnung für Vakuumschalter nach Figur 1 sind zwei Kontakte 2 und 4, die als Topfkontakte ausgeführt und jeweils mit einem ringförmigen Kontaktträger 6 bzw. 8 versehen sind, koaxial zueinander angeordnet. An dem Boden der Kontakte ist jeweils ein zylinderförmiger Leiter 10 bzw. 12 befestigt, die zur mechanischen Bewegung der Kontakte 6 und 8 und zur Zu- und Ableitung des zu schaltenden Stromes dienen. Die Kontaktauflageflächen der Kontakte 2 und 4 werden jeweils von einem geschlossenen Kontaktring 14 bzw. 16 gebildet, die aus einem Material mit hoher Temperaturbeständigkeit, hoher Abbrandfestigkeit und hoher mechanischer Festigkeit bestehen. Diese Eigenschaften hat beispielsweise ein Chrom-Kupfer-Sinterwerkstoff. Demgegenüber besteht der Kontaktträger 6 bzw. 8 mit dem Boden der Kontakte aus einem Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise Kupfer. Die Kontaktträger 6 und 8 sind mit Schlitzen 18 bzw. 20 versehen, die gegenüber der Rotationsachse 22 der Kontakte 2 und 4 geneigt sind und durch ihre Stromrichtung auf einen zwischen den Kontaktringen 14 und 16 entstehenden Lichtbogen eine azimutal gerichtete magnetische Kraft bewirken, die den Lichtbogen zwischen den Kontakten rotieren läßt.
  • In dieser bekannten Ausführungsform kann nach dem Abheben der Kontakte ein Lichtbogen 24 beispielsweise in der Nähe des Innenrandes der Kontaktringe 14 und 16 entstehen. Die Stromzuführung und Stromableitung zu dem Lichtbogen 24 ist in der Figur durch Pfeile 26 bis 28 bzw. 36 bis 38 angedeutet. Die Stromanteile 27 und 37, insbesondere aber die Stromanteile 28 und 38, bilden jeweils eine Stromschleife. Eine durch die Stromschleife entstehende Lorentzkraft ist bekanntlich so gerichtet, daß sie die Stromschleife aufzuweiten versucht. Es entsteht somit eine auf den Lichtbogen 24 wirkende Kraft K, die radial nach innen gerichtet ist und die nicht näher bezeichneten Fußpunkte des Lichtbogens in die Ausnehmung der Kontakte 2 und 4 treiben kann. Die Lichtbogenfußpunkte führen dort zu einem erhöhten Abbrand.
  • In einer Ausführungsform der Kontaktanordnung nach der Erfindung, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, kann deshalb wenigstens einer der Kontakte 2 und 4, beispielsweise der Kontakt 4, mit einer Abschrägung 40 am inneren Rand des Kontaktringes 16 versehen sein. Der abgeschrägte Oberflächenteil des Kontaktringes 16 ist dann nicht mehr als Kontaktauflagefläche wirksam. Nach dem Abheben der Kontakte 2 und 4 kann somit der Lichtbogen 24 nur noch in einem vorbestimmten Abstand vom inneren Rand der Kontaktträger 6 und 8 entstehen. Mit diesem Abstand des Lichtbogens 24 kann eine radial nach innen gerichtete Kraft auf den Lichtbogen nicht mehr ausgeübt werden.
  • Ein Einlaufen des Lichtbogens 24 in die Ausnehmung der Kontakte 2 und 4 ist somit nicht möglich.
  • Wesentlich ist für die Schlitze 20 in dieser AusfUhrungsform des Topfkontaktes das Merkmal, daß sich die in Richtung der Achse 22 bildenden Stirnflächen der Segmente, die in der Figur beispielsweise für eines der entstehenden Segmente mit S1 und S2 bezeichnet sind, in azimutaler Richtung nicht überlappen. Die Schrägung der Schlitze wird somit so gewählt, daß beispielsweise ein in der Figur mit 120 bezeichneter Schlitz an der oberen Stirnfläche des Kontaktträgers 8 unterhalb des Kontaktringes 16 an einer Stelle beginnt, an der, in Achsrichtung von oben nach unten gesehen, ein weiterer Schlitz 122 durch den Kontaktträger 8 hindurchgeführt ist. Der Schlitz 120 endet an der unteren Stirnfläche des Kontaktträgers 8, das heißt an der Grenzfläche zum Kontaktboden an einer Stelle, an welcher der Kontaktträger 8 in Achsrichtung nach oben gesehen mit einem weiteren Schlitz 124 versehen ist, wie es in der Figur durch einen gestrichelten Pfeil angedeutet ist. Durch diese Gestaltung des Kontaktträgers 8 ist sichergestellt, daß der vom Kontaktboden 9 beispielsweise durch die Stirnfläche S1 in das Segment 121 eintretende Strom im Segment eine azimutale Komponente erhält.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Kontaktanordnung nach Figur 3 wird sowohl der innere Rand der Kon- taktringe 14 und 16 jeweils mit einer Abschrägung 40 bzw. 42 als auch der äußere Rand mit einer etwa gleichen Abschrägung 44 bzw. 46 versehen. In dieser AusfUhrungsform der Kontakte kann der Lichtbogen 24 nur in dem durch die Auflageflächen gebildeten zentralen Teil des Topfrandes der Kontakte 2 und 4 entstehen und er erhält durch die mit den Pfeilen 51 bis 56 angedeutete, wenigstens annähernd symmetrische Stromverteilung in den an die Auflageflächen angrenzenden Teilen der Kontaktringe 14 und 16 sowie der Kontaktträger weder eine maßgebliche Kraftkomponente radial nach innen noch nach außen. Um den Einfluß einer radialen Stromkomponente im Boden 9 der Kontakte 4 und 6 auf den entstehenden Lichtbogen 24 zu vermindern, kann die Höhe H der Kontaktträger 6 und 8 wenigstens so groß wie ihre Breite B gewählt werden.
  • In einer besonderen Ausführungsform der Kontaktanordnung nach Figur 3 können die Kontaktträger mit koaxial zur Rotationsachse 22 verlaufenden Schlitzen 61 bis 64 bzw.
  • 65 bis 68 versehen sein, die auch mit einem Material mit geringer elektrischer Leitfähigkeit und hoher mechanischer Festigkeit gefüllt sein können. In dieser Ausführungsform bestehen somit die Kontaktträger aus koaxial zueinander angeordneten Hohlzylindern 71 bis 75 bzw. 76 bis 80. Der Verlauf der Stromanteile 51 bis 53 bzw. 54 bis 56 in den Kontaktträgern ist somit wenigstens annähernd parallel zur Rotationsachse 22. Durch den höheren elektrischen Widerstand des Materials der Kontaktringe 14 und 16 im Vergleich zum Widerstand des Kontaktträgers sind die Stromanteile 51 und 53 sowie 54 und 56 mit ihrem verhältnismäßig langen Stromweg innerhalb der Kontaktringe 14 und 16 wesentlich geringer als der Stromanteil 52 bzw. 55, der durch die Kontaktringe 14 und 16 im wesentlichen senkrecht hindachtritt. Der Lichtbogen 24 hat somit keine Veranlassung, den Raum zwischen den Kontaktauflageflächen zu verlassen.
  • Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, den Kontaktträger 8 mit dem Kontaktboden 9 aus dem gleichen Material herzustellen. Die Schlitze werden dann so geführt, daß sie nicht nur den Kontaktträger 8, sondern auch noch wenigstens einen Teil des Kontaktbodens 9 durchsetzen. In dieser Ausführungsform des Topfkontaktes ist gewährleistet, daß der Strom beim Durchtritt vom Anschlußleiter über den Kontaktboden und den Kontaktträger zum Kontaktring eine ausreichende Kraftkomponente in azimutaler Richtung erhält, die den zwischen den Kontakten beim Öffnen entstehenden Lichtbogen antreibt und rotieren läßt.
  • 10 Patentansprüche 3 Figuren Zusammenfassung Kontaktanordnung für Vakuumschalter Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit Topfkontakten, deren Kontaktträger mit Schlitzen versehen sind und deren Kontaktauflageflächen einen geschlossenen Ring bilden. Erfindungsgemäß ist wenigstens eine der einander zugewandten Oberflächen der Kontaktringe (14, 16) radial nach innen und/oder nach außen mit einer Abschrägung (40, 42, 44, 46) versehen. Diese Gestaltung hat den Vorteil, daß die Lichtbogenfußpunkte auf den Kontaktauflageflächen stabilisiert werden.
  • (Figur 3) Leerseite

Claims (10)

  1. Patentanspruche r Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit relativ-- zueinander beweglichen Topfkontakten, deren hohlzylindrischer, schräggeschlitzter Kontaktträger mit dem Kontaktboden verbunden und mit einem Kontaktring versehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens eine der einander zugewandten Oberflächen der Kontaktringe (14, 16) radial nach innen und/oder nach außen mit einer Abschrägung (40, 42, 44, 46) versehen ist.
  2. 2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kontaktträger (6, 8) aus konzentrischen Hohlzylindern (71 bis 75 bzw.
    76 bis 80) bestehen.
  3. 3. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zwischenräume (61 bis 64 und 65 bis 68) zwischen den Hohlzylindern (71 bis 75 bzw. 76 bis 80) mit einem Material geringer elektrischer Leitfähigkeit und hoher mechanischer Festigkeit gefüllt sind.
  4. 4. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Neigung der Schlitze gegenüber der Achse (22) des Topfkontaktes so gewählt ist, daß sich die axialen Segmentstirnflächen Jeweils des gleichen Segments in azimutaler Richtung nicht überlappen.
  5. 5. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kontaktring (14, 16) aus einer metallgetränkten Metallmatrix und der Kontaktträger (6, 8) aus dem Tränkmetall des Kontaktringes (14, 16) besteht.
  6. 6. Kontaktanordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kontaktring (14, 16) aus einer Chrom-Kupfer-Matrix und der Kontaktträger aus Kupfer besteht.
  7. 7. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t > daß die elektrische Leitfähigkeit des Kontaktringes (14, 16) wesentlich geringer ist als die Leitfähigkeit des Kontaktträgers (6, 8).
  8. 8. Kontaktanordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die elektrische Leitfähigkeit des Kontaktringes (14, 16) mindestens um den Faktor 3 geringer ist als die Leitfähigkeit des Kontaktträgers (6, 8).
  9. 9. Kontaktanordnung nach Anspruch 7 oder 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kontaktring (14, 16) bis zu 15 , Eisen oder bis zu 20 % Kobalt enthält oder Eisen und Kobalt enthält.
  10. 10. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , daß sich die schrägen Schlitze (18, 20) in den Kontaktboden (9) hinein fortsetzen.
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