DE3920784C2

DE3920784C2 - Contact arrangement for a vacuum switch

Info

Publication number: DE3920784C2
Application number: DE19893920784
Authority: DE
Inventors: Walter Egli; Bernd Dipl Phys Dr Gellert; Ekkehard Dr Schade
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1989-06-24
Filing date: 1989-06-24
Publication date: 1994-08-18
Anticipated expiration: 2009-06-25
Also published as: DE3920784A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für einen Vakuumschalter gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 2.The invention relates to a contact arrangement for a Vacuum switch according to the preamble of the claims 1 or 2.

Eine solche Kontaktanordnung ist aus der DE 37 01 759 A1 bekannt geworden. Das dort beschriebene Kontaktstück (siehe dort Fig. 3 und 4) besitzt ein topfförmiges Kon taktelement, welches an einem Kontaktträger befestigt ist. Aufgrund der Zuordnung des Kontaktträgers zu dem Kontaktelement fließt der Strom der Kontaktfläche radial zu, wodurch eine stabilisierende Wirkung auf den Schalt lichtbogen ausgeübt wird.Such a contact arrangement has become known from DE 37 01 759 A1. The contact piece described there (see there Fig. 3 and 4) has a cup-shaped contact element which is attached to a contact carrier. Due to the assignment of the contact carrier to the contact element, the current of the contact surface flows radially, as a result of which a stabilizing effect is exerted on the switching arc.

Aus der GB 1 145 151 ist eine Kontaktanordnung bekannt geworden, bei der mehrere topfförmige Kontaktelemente konzentrisch ineinandergesetzt sind, wobei bei einer Aus schalthandlung der Lichtbogen auf den Rändern der einzel nen topfförmigen Kontaktelemente brennt und aufgrund der Schlitzung umläuft. A contact arrangement is known from GB 1 145 151 become, in the case of several pot-shaped contact elements are concentrically nested, with an off switching action of the arcs on the edges of the individual NEN cup-shaped contact elements burns and due to the Slotting revolves.

Aus der DE-OS 24 54 157 ist ein Vakuumschaltrohr bekannt geworden, dessen Schaltkontakte in voneinander getrennte oder wenigstens durch Verengungen abgeteilte Segmente un terteilt sind, wobei jedes Segment über jeweils eine Drossel mit der gemeinsamen Stromzuführung verbunden ist. Durch die Unterteilung in Segmente und die Zuordnung von Drosseln werden alle Segmente gezwungen, den gleichen Strom zu führen, so daß eine Kontraktion des Lichtbogens vermieden wird. Insbesondere diese Ausgestaltung ist, ebenso wie die gemäß der GB 1 145 151, verhältnismäßig kompliziert.A vacuum switching tube is known from DE-OS 24 54 157 become, whose switch contacts in separate or at least segments separated by constrictions are divided, with each segment over one Choke is connected to the common power supply. By dividing it into segments and assigning Chokes are forced all segments the same Conduct electricity so that a contraction of the arc is avoided. In particular, this configuration is as well as that according to GB 1 145 151, proportionately complicated.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kontaktanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Bildung von Anodenflecken vermieden wird.The object of the invention is a contact arrangement of the to create the kind mentioned above, in which the education of anode spots is avoided.

Diese Aufgabe wird gemäß einer erste Ausführungsform der Erfindung gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.This object is achieved according to a first embodiment of the Invention solved by the characterizing features of Claim 1.

Die Aufgabe wird gemäß einer weiteren Lösung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 2 gelöst.According to a further solution, the task is performed by the characterizing features of claim 2 solved.

Diese beiden erfindungsgemäßen Kontaktanordnungen beruhen auf der Erkenntnis, daß bei einem als Anode geschalteten Kontaktstück eines Vakuumschalters eine Kontraktion des Schaltlichtbogens nahezu vollständig vermieden werden kann, wenn das elektrische Potential über das den Anoden fußpunkt des Schaltlichtbogens aufnehmende (anodische) Kontaktteil eines Kontaktstückes eines Vakuumschalters in geeigneter Weise radial inhomogen verteilt ist. Im Gegen satz zu einer herkömmlichen Kontaktanordnung wird so ver mieden, daß die Stromdichte mit zunehmendem Strom in der Achse des Schaltlichtbogens ansteigt und so zu uner wünschter Kontraktion und Anodenfleckbildung des Schalt lichtbogens führt. Eine Vorrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Feldes kann daher entfallen.These two contact arrangements according to the invention are based on the knowledge that one connected as an anode Contact piece of a vacuum switch a contraction of the Switching arc can be avoided almost completely can if the electrical potential is above that of the anodes base of the switching arc receiving (anodic) Contact part of a contact piece of a vacuum switch in is suitably distributed radially inhomogeneously. In the opposite set to a conventional contact arrangement is so ver avoided that the current density with increasing current in the Axis of the switching arc rises and is too unrelated desired contraction and anode spotting of the switch arc leads. A device for generating a magnetic field can therefore be omitted.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dem Anspruch 3 zu entnehmen.Another embodiment of the invention is the claim 3 can be seen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is based on in the drawing tion illustrated embodiments explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt auf eine erste Kontaktanordnung und Fig. 1 is a plan view of an axially guided section on a first contact arrangement and

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt auf eine zweite Ausführungsform der Kontaktanordnung nach der Erfindung. Fig. 2 is a plan view of an axially guided section of a second embodiment of the contact arrangement according to the invention.

In allen Figuren beziehen sich die Bezugszeichen 1 und 2 auf zwei koaxial zu einer Achse 3 angeordnete Kontakt stücke einer in einem nicht dargestellten evakuierten Ge häuse befindlichen Kontaktanordnung eines Vakuumschal ters. Die Kontaktstücke 1 bzw. 2 weisen jeweils Kontakt teile 4 bzw. 5 zur Aufnahme der Fußpunkte eines beim Aus schalten zwischen den Kontaktstücken 1, 2 gezogenen Schaltlichtbogens 6 bzw. 7 auf. Der durch Pfeile mar kierte, den Schaltlichtbogen 6 bzw. 7 speisende Strom wird über Stromanschlüsse 8, 9 geführt.In all figures, reference numerals 1 and 2 relate to two contact pieces arranged coaxially to an axis 3 of a contact arrangement of a vacuum switch located in an evacuated housing (not shown). The contact pieces 1 and 2 each have contact parts 4 and 5 for receiving the base points of a switching arc 6 or 7 drawn between the contact pieces 1 , 2 when off. The marked by arrows, the switching arc 6 and 7 feeding current is conducted via power connections 8 , 9 .

Bei der Kontaktanordnung gemäß Fig. 1 wird die radiale Potentialverteilung dadurch erreicht, daß das Kontaktteil 4 in koaxialer Anordnung einen zentralen, scheibenförmi gen Kontaktbereich 10 aufweist sowie einen davon mittels eines hochtemperaturbeständigen, etwa aus Keramik beste henden, Ringes 11 elektrisch isolierten ringförmigen Kon taktbereich 12, wobei der Kontaktbereich 10 über ohmsche Widerstände 13, 14 und der Kontaktbereich 12 unmittelbar mit dem Stromanschluß 8 verbunden sind.The contact arrangement according to FIG. 1, the radial distribution of potential is achieved in that the contact part 4 in a coaxial arrangement has a central scheibenförmi gen contact region 10 as well as one of them Henden by means of a high temperature resistant, as best ceramic, ring 11 electrically insulated annular Kon clock domain 12 , wherein the contact area 10 via ohmic resistors 13 , 14 and the contact area 12 are connected directly to the power connection 8 .

Anstelle eines zentralen Kontaktbereiches 10 und nur ei nes ringförmigen Kontaktbereiches 12 können zur Herstel lung einer feiner gestufen Potentialverteilung in konzen trischer Anordnung selbstverständlich auch zwei oder meh rere ringförmige Kontaktbereiche bei der Bildung des Kon taktteils 4 verwendet werden. Die an dem äußeren ringför migen Kontaktbereich nach innen anschließenden ringförmi gen Kontaktbereich und der zentrale Kontaktbereich werden dann der Reihe nach über einen, zwei, . . . bzw. alle Wi derstände an das Potential des Stromanschlusses 8 gelegt.Instead of a central contact area 10 and only egg nes annular contact area 12 , two or more annular contact areas can of course also be used in the formation of the contact part 4 to produce a finer graded potential distribution in a concentric arrangement. The ring-shaped contact area adjoining the outer ring-shaped contact area and the central contact area are then successively over one, two,. . . or all Wi resistors placed on the potential of the power connector 8 .

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontaktanord nung, welche im Gegensatz zu der Ausführungsform nach Fi gur 1 keine besonderen Anforderungen an das Material des Kontaktteils 4 stellt bzw. keine potentialsteuernden Ele mente, wie die Widerstände 13, 14, benötigt, ist in Fig. 2 dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel wird die ra diale Potentialverteilung durch Serienschaltung von Lichtbögen erreicht. Hierbei weist das Kontaktteil 4 des als Anode geschalteten Kontaktstückes 1 in koaxialer An ordnung einen zentralen, scheibenförmigen Kontaktbereich 15 auf, welcher mittels eines hochtemperaturbeständigen, etwa aus Keramik bestehenden Ringes 16 von einem ringför migen äußeren Kontaktbereich 17 elektrisch isoliert ist. Der Kontaktbereich 17 setzt sich an seinem äußeren Rand in axialer Richtung als Stromanschluß 8 fort. Der Kon taktbereich 15 befindet sich auf schwebendem Potential und ist gegenüber dem Stromanschluß 8 unter Bildung eines Hohlraumes 18 in axialer Richtung beabstandet. Der auf schwebendem Potential befindliche Kontaktbereich 15 weist in axialer Richtung geführte Öffnungen 19 auf, welche den Hohlraum 18 mit dem den Schaltlichtbogen 6 bzw. 7 aufneh menden Raum verbinden.An embodiment of the Kontaktanord inventive voltage, which, in contrast to the embodiment of Fi gur 1 no special requirements on the material of the contact part 4 or no potential controlling Ele elements such as the resistors 13, 14, required 2 is shown in Fig.. In the exemplary embodiment, the radial potential distribution is achieved by connecting arcs in series. Here, the contact part 4 of the contact piece 1 connected as an anode in a coaxial arrangement has a central, disk-shaped contact area 15 , which is electrically insulated from a ring-shaped outer contact area 17 by means of a high-temperature-resistant ring 16 , for example made of ceramic. The contact area 17 continues at its outer edge in the axial direction as a current connection 8 . The contact area 15 is at floating potential and is spaced from the power connection 8 to form a cavity 18 in the axial direction. The contact area 15 which is at floating potential has openings 19 which are guided in the axial direction and which connect the cavity 18 to the space which accommodates the switching arc 6 or 7 .

Bei der Trennung der beiden Kontaktstücke 1, 2 wird der Schaltlichtbogen 6 zunächst am Außenrand auf dem Kontakt bereich 17 als Anode fußend gebildet. Da die Stromzufüh rung 8 dort mit dem Kontaktbereich 17 eine Schleife bil det, wird der Schaltlichtbogen 6 durch elektromagnetische Kräfte radial nach innen getrieben. Lichtbogenplasma kann nun durch die Öffnungen 19 in den Hohlraum 18 eindringen. Ein wesentlicher Teil des Lichtbogenstromes kann so auf den Kontaktbereich 15 kommutieren und es kann so eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktbereich 15 und einem lichtbogenfest ausgebildeten Teil der Stromzufüh rung 8 durch Zündung eines Zusatzlichtbogens 20 im Hohl raum 18 zustande kommen. Durch geeignete Wahl der axialen Ausdehnung des Hohlraumes 18 wird erreicht, daß der Zu satzlichtbogen 20 diffus bleibt. Der Kontaktbereich 15 weist dann gegenüber dem übrigen Teil des Kontaktstückes 1 eine Potentialdifferenz von ca. 30 bis 40 V auf.When the two contact pieces 1 , 2 are separated , the switching arc 6 is initially formed on the outer edge on the contact area 17 as an anode. Since the Stromzufüh tion 8 there with the contact area 17 a loop bil det, the switching arc 6 is driven radially inward by electromagnetic forces. Arc plasma can now penetrate into the cavity 18 through the openings 19 . A substantial part of the arc current can commutate on the contact area 15 and it can thus an electrical connection between the contact area 15 and an arc-proof part of the Stromzufüh tion 8 by ignition of an additional arc 20 in the cavity 18 come about. A suitable choice of the axial extent of the cavity 18 ensures that the arc 20 remains diffuse. The contact area 15 then has a potential difference of approximately 30 to 40 V compared to the remaining part of the contact piece 1 .

Anstelle eines Zusatzlichtbogens 20 oder mehrerer paral lel geschalteter Zusatzlichtbögen ist es auch möglich, zwei oder mehr miteinander in Serie geschaltete Zusatz lichtbögen vorzusehen. Hierdurch läßt sich ein größeres Potentialgefälle zwischen dem schwebenden 15 und dem randseitigen Kontaktbereich 17 erreichen. Eine solche Reihenschaltung läßt sich - wie beim Kontaktstück 2 in Fig. 2 dargestellt ist - etwa dadurch erreichen, daß ne ben dem Kontaktbereich 15 mindestens eine weitere auf schwebendem Potential gehaltene Lichtbogenelektrode 21 vorgesehen ist. Diese Lichtbogenelektrode 21 ist entspre chend dem Kontaktbereich 15 scheibenförmig und durchlö chert ausgebildet. Sie ist im Hohlraum 18 angeordnet und vom ringförmigen 17 und vom zentralen Kontaktbereich 15 elektrisch isoliert. In axialer Richtung ist sie unter Bildung zweier Teilhohlräume 22, 23 vom zentralen Kon taktbereich 15 und vom Stromanschluß 8 beabstandet. In den beiden Teilhohlräumen 22 bzw. 23 können sich bei ei nem Schaltvorgang auf dem zentralen Kontaktbereich 15 und der Lichtbogenelektrode 21 bzw. der Lichtbogenelektrode 21 und dem Stromanschluß 8 fußende Zusatzlichtbögen 24 bzw. 25 bilden, welche das erwünschte große Potentialge fälle zwischen den Kontaktbereichen 15 und 17 bewirken.Instead of an additional arc 20 or more additional arcs connected in parallel, it is also possible to provide two or more additional arcs connected in series with one another. This enables a greater potential gradient to be achieved between the floating 15 and the edge-side contact area 17 . Such a series connection can - as is shown for the contact piece 2 in FIG. 2 - be achieved, for example, by providing ben the contact region 15 with at least one further arc electrode 21 held at floating potential. This arc electrode 21 is accordingly the contact area 15 disc-shaped and perforated. It is arranged in the cavity 18 and electrically insulated from the annular 17 and from the central contact area 15 . In the axial direction it is spaced from the central contact area 15 and from the power connection 8 to form two partial cavities 22 , 23 . In the two partial cavities 22 and 23 , with additional switching arcs 24 and 25 , which form the desired large potential drop between the contact areas 15, can form during a switching operation on the central contact area 15 and the arc electrode 21 or the arc electrode 21 and the power connection 8 and 17 effect.

Beim Schalten eines Wechselstromes dient das Kontaktstück 1 nur während einer Halbperiode des Stroms als Anode. Da her ist es beim Schalten von Wechselströmen erforderlich, in der Kontaktanordnung nach der Erfindung beide Kontakt stücke 1 und 2 gleich auszubilden.When switching an alternating current, the contact piece 1 serves as an anode only during a half period of the current. Since ago it is necessary when switching alternating currents to form both contact pieces 1 and 2 in the contact arrangement according to the invention.

Claims

1. Contact arrangement for a vacuum switch with two coaxially arranged contact pieces ( 1 , 2 ), each of which has a contact part ( 4 , 5 ) for receiving cathode or anode base points of a switching arc ( 6 , 7 ) formed when switching off, characterized in that
that the contact part ( 4 ), which is assigned to the ge as an anode contact piece ( 1 ), in a coaxial arrangement has a central, disc-shaped ( 10 ) and at least one of them electrically insulated annular contact area ( 12 ), and
that the central contact area ( 10 ) via at least one ohmic resistance ( 13 , 14 ) and the at least one annular contact area ( 12 ) are directly connected to a power connection ( 8 ) of the contact piece ( 1 ) connected as an anode.

2. Contact arrangement for a vacuum switch with two coaxially arranged contact pieces ( 1 , 2 ), each having a contact part ( 4 , 5 ) for receiving cathode or anode base of a switching arc formed when switching off th ( 6 , 7 ), characterized marked ,
that the contact part ( 4 ), which is assigned to the contact piece ( 1 ) connected as an anode, has in a coaxial arrangement a central, disk-shaped ( 15 ) and an electrically insulated, annular contact area ( 17 ), and
that the central contact area ( 15 ) is formed in the axial direction to form a cavity ( 18 ) from the power connection ( 8 ) of the contact piece ( 1 ) connected as an anode and connects the cavity ( 18 ) with a space accommodating the switching arc ( 6 , 7 ) .

3. Contact arrangement according to claim 2, characterized in that in the cavity ( 18 ) at least one disk-shaped and perforated arc electrode ( 21 ) is provided, which is electrically isolated from the central ( 15 ) and the annular contact area ( 17 ) and which in axial direction to form two part cavities ( 22 , 23 ) from the central contact area ( 15 ) and from the power connection ( 8 ).