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EP0062186B1 - Kontaktanordnung für Vakuumschalter - Google Patents

Kontaktanordnung für Vakuumschalter Download PDF

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EP0062186B1
EP0062186B1 EP82102093A EP82102093A EP0062186B1 EP 0062186 B1 EP0062186 B1 EP 0062186B1 EP 82102093 A EP82102093 A EP 82102093A EP 82102093 A EP82102093 A EP 82102093A EP 0062186 B1 EP0062186 B1 EP 0062186B1
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EP
European Patent Office
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contact
contacts
core
casing
contact arrangement
Prior art date
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EP82102093A
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English (en)
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EP0062186A1 (de
Inventor
Johann Dipl.-Ing. Wolf
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6646—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having non flat disc-like contact surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/18—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
    • H01H33/185—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet using magnetisable elements associated with the contacts
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6642—Contacts; 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
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    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6644—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having coil-like electrical connections between contact rod and the proper contact
    • H01H33/6645—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having coil-like electrical connections between contact rod and the proper contact in which the coil like electrical connections encircle at least once the contact rod

Definitions

  • the invention relates to a contact arrangement for vacuum switches with two coaxially arranged and essentially cylindrical contacts, the end face of which essentially forms a circular area and which generate an axial magnetic field.
  • a coil enclosing the switching chamber can be provided, which is electrically in series with the switching contacts and which builds up an axial magnetic field which is dependent on the current and penetrates the gap between the contacts.
  • an outer part of the power supply can also be designed as a coil with a plurality of turns which surround the conductor bars. Due to their length, these extended turns also receive a correspondingly increased resistance, which results in a current displacement. The major part of the current thus flows through the central core of the conductor bar (DE-A1-1 959 385).
  • the invention has for its object to provide a design of the contact arrangement with substantially cylindrical contacts, the arc current forms an axial magnetic field in the contact gap, which is concentrated between the contacts and which additionally causes a contact pressure gain in the closed state of the contacts.
  • Contact arrangements for vacuum switches with flat contacts are known, the contact contact surface of which forms a circular area which is surrounded concentrically by a burn-off area.
  • a flat cavity which is provided with a ferromagnetic insert, is provided between the contact contact surface and the electrical connecting conductor of the contact.
  • a radial current component is to be formed by this insert, which extends radially in the form of a disk in relation to the arc, the force component of which is intended to drive the arc radially outward onto the erosion area of the contacts (DE-A - 2 546 375).
  • Vacuum switches with pot contacts are also known, the bottom of which is connected to a power supply and the edge of which forms the annular contact contact surface.
  • the contact carriers of the two contacts surround an iron core, which forms part of the end face, and are provided with opposing oblique slots. This design is based on the task of creating a radial magnetic field, i. H. to produce perpendicular to the current direction in the arc, which allows the arc to rotate between the contacts (DE-C-1 196 751).
  • the arc current creates an axial magnetic field between the contacts, the field strength of which creates a diffuse arc.
  • the jacket shape of the contact according to the invention gives an azimuthal component of the current and thus, to a certain extent, the effect of a coil with an axial magnetic field that is relatively far away from the contact.
  • the ferromagnetic core with a small coercive force for example iron
  • the contact contact surface is designed appropriately, for example as an ellipsoid of revolution, the magnetic field is perpendicular to this surface at all points of the parts of the contact surfaces facing one another. Under practical conditions, the surface must be adapted to the shape of the magnetic field generated by the iron core. This gives you the option of adapting the magnetic field strength to the average current density. Due to the widening contact gap, an ellipsoidal shape of the contact support surfaces enables the steam pressure to be quickly removed from the contact center.
  • an essentially cylindrical contact 2 is connected to a power supply 4.
  • the jacket 6 of the contact 2 is provided with helical slots 8, which give the jacket 6 a torsion bar-like shape and end in front of the closed end face of the contact 2.
  • the end face of the contact 2 is provided with a contact pad 10, which consists of so-called contact material, for example chrome-copper.
  • a contact 3 configured in the same way is arranged coaxially opposite the contact 2 and is shown in FIG. 2, which represents a cross section through the contact.
  • the contacts 2 and 3 are each provided with a ferromagnetic core 12 and 13, respectively.
  • These cores 12 and 13, which extend in the axial direction of the contacts 2 and 3, consist of soft magnetic material, for example iron, and form an essentially axially extending field in the contact gap between the contact supports 10 and 11, which concentrates in the axis 16 of the contacts 2 and 3 and decreases radially outwards from there.
  • This field concentration creates a diffuse arc in the contact gap after opening contacts 2 and 3, which leads to the Lei sales limited. Furthermore, this field concentration results in a correspondingly increased pressing force when the contacts are closed.
  • the jacket 6 is provided with slots 8 which are milled into the contact jacket 6 and whose depth is less than the jacket thickness and which therefore do not extend to the core 12.
  • the screw shape of the parts of the jacket 6 can thus be continued in a vacuum up to the contact support 10 or 11.
  • the jacket of the contact consists of rods 18, which are twisted and arranged concentrically to the core 12. These twisted rods 18 can preferably be electrically insulated from one another by intermediate layers or coverings, not shown in the figure.
  • the jacket 6 is provided with helical inserts 22 made of electrically poorly conductive material, which may consist, for example, of contact material.
  • the depth of these inserts can preferably be selected to be less than the thickness of the jacket 6, so that these inserts 22 end in a radial direction before the core 12.
  • the core consists of a profile body 24 which is elongated in the axial direction and which is provided with ribs or lamellae 26 which form a helix in the axial direction of the contact 2 in the latter and thereby bring about an essentially helical current profile.

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)
  • Food Preservation Except Freezing, Refrigeration, And Drying (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
  • Air Bags (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit zwei koaxial angeordneten und im wesentlichen zylindrischen Kontakten, deren Stirnfläche im wesentlichen eine Kreisfläche bildet und die ein axiales Magnetfeld erzeugen.
  • Es ist bekannt, den Anstieg der Lichtbogenspannung und den damit verbundenen hohen Leistungsumsatz in Vakuumschaltern durch ein axiales Magnetfeld zu begrenzen. Zu diesem Zweck kann eine die Schaltkammer zylindrisch umschließende Spule vorgesehen sein, die mit den Schaltkontakten elektrisch in Reihe liegt und ein vom Strom abhängiges axiales Magnetfeld aufbaut, das den Spalt zwischen den Kontakten durchsetzt. Es kann jedoch auch ein äußerer Teil der Stromzuführung als Spule mit mehreren Windungen gestaltet sein, welche die Leiterstangen umgeben. Diese ausgedehnten Windungen erhalten durch ihre Länge auch einen entsprechend erhöhten Widerstand, der eine Stromverdrängung zur Folge hat. Der wesentliche Stromanteil fließt somit durch den zentralen Kern der Leiterstange (DE-A1-1 959 385).
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gestaltung der Kontaktanordnung mit im wesentlichen zylindrischen Kontakten anzugeben, deren Lichtbogenstrom im Kontaktspalt ein axiales Magnetfeld bildet, das zwischen den Kontakten konzentriert ist und das zusätzlich in geschlossenem Zustand der Kontakte eine Kontaktdruckverstärkung bewirkt.
  • Es sind Kontaktanordnungen für Vakuumschalter mit flachen Kontakten bekannt, deren Kontaktauflagefläche eine Kreisfläche bildet, die von einem Abbrandbereich konzentrisch umgeben ist. Zwischen der Kontaktauflagefläche und dem elektrischen Anschlußleiter des Kontaktes ist ein flacher Hohlraum vorgesehen, der mit einer ferromagnetischen Einlage versehen ist. Durch diese radial zum Lichtbogen scheibenförmig ausgedehnte Einlage soll eine radiale Stromkomponente gebildet werden, deren Kraftkomponente den Lichtbogen radial nach außen auf den Abbrandbereich der Kontakte treiben soll (DE-A-2 546 375).
  • Es sind ferner Vakuumschalter mit Topfkontakten bekannt, deren Boden mit einer Stromzuführung verbunden ist und deren Rand die ringförmige Kontaktauflagefläche bildet. Die Kontaktträger der beiden Kontakte umgeben einen Eisenkern, der einen Teil der Stirnfläche bildet, und sind mit gegenläufig verlaufenden schrägen Schlitzen versehen. Dieser Gestaltung liegt die Aufgabe zugrunde, ein radiales Magnetfeld, d. h. senkrecht zur Stromrichtung im Lichtbogen zu erzeugen, das den Lichtbogen zwischen den Kontakten rotieren läßt (DE-C-1 196 751).
  • Die erwähnte Aufgabe wird bei einer Kontaktanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Der Lichtbogenstrom erzeugt zwischen den Kontakten ein axiales Magnetfeld, dessen Feldstärke einen diffusen Lichtbogen erzeugt.
  • Auf besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltungen sind die abhängigen Ansprüche gerichtet.
  • Durch die erfindungsgemäße Mantelform des Kontaktes erhält man eine azimutale Komponente des Stromes und damit in gewisser Weise die Wirkung einer vom Kontakt relativ weit entfernten Spule mit axialem Magnetfeld. Um dieses Feld im Kontaktspalt zu konzentrieren, verwendet man den ferromagnetischen Kern mit kleiner Koerzitivkraft, beispielsweise Eisen. Durch diese Eisenkerne in den beiden Kontaktzuführungen wird im Kontaktspalt ein Magnetfeld konzentriert, das von der Kontaktachse aus radial abnimmt. Bei zweckmäßiger Ausbildung der Kontaktauflagefläche, beispielsweise als Rotationsellipsoid, steht das Magnetfeld an allen Stellen der einander zugewandten Teile der Kontaktoberflächen senkrecht zu dieser Oberfläche. Unter praktischen Bedingungen muß die-Oberfläche an die vom Eisenkern erzeugte Form des Magnetfeldes angeglichen werden. Damit hat man die Möglichkeit, die magnetische Feldstärke an die mittlere Stromdichte anzupassen. Eine Elipsoidform der Kontaktauflageflächen ermöglicht aufgrund des sich erweiternden Kontaktspaltes einen schnellen Abbau des Dampfdrukkes vom Kontaktzentrum.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren
    • Fig. 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel einer Kontaktanordnung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.
  • Die Fig 3 bis 6 zeigen jeweils eine besondere Ausgestaltung der Kontaktanordnung.
  • Nach Fig. 1 ist ein im wesentlichen zylindrischer Kontakt 2 mit einer Stromzuführung 4 verbunden. Der Mantel 6 des Kontaktes 2 ist mit schraubenlinienförmig verlaufenden Schlitzen 8 versehen, die dem Mantel 6 eine drehstabähnliche Gestalt verleihen und vor der geschlossenen Stirnfläche des Kontaktes 2 enden. Die Stirnfläche des Kontaktes 2 ist mit einer Kontaktauflage 10 versehen, die aus sogenanntem Kontaktmaterial, beispielsweise Chrom-Kupfer, besteht.
  • Dem Kontakt 2 koaxial gegenüber ist ein in gleicher Weise gestalteter Kontakt 3 angeordnet, der in Fig. 2 dargestellt ist, die einen Querschnitt durch den Kontakt darstellt. Die Kontakte 2 und 3 sind jeweils mit einer ferromagnetischen Kern 12 bzw. 13 versehen. Diese sich in Achsrichtung der Kontakte 2 und 3 erstreckenden Kerne 12 und 13 bestehen aus weichmagnetischem Material, beispielsweise Eisen, und bilden im Kontaktspalt zwischen den Kontaktauflagen 10 und 11 ein im wesentlichen axial verlaufendes Feld, das in der Achse 16 der Kontakte 2 und 3 konzentriert ist und von dort radial nach außen abnimmt. Durch diese Feldkonzentration entsteht nach dem Öffnen der Kontakte 2 und 3 im Kontaktspalt ein diffuser Lichtbogen, der den Leistungsumsatz begrenzt. Ferner ergibt sich durch diese Feldkonzentration bei geschlossenen Kontakten eine entsprechend erhöhte Andruckkraft.
  • In der Ausführungsform nach Fig. 3 ist der Mantel 6 mit Schlitzen 8 versehen, die in den Kontaktmantel 6 eingefräst sind und deren Tiefe geringer ist als die Manteldicke und die somit nicht bis zum Kern 12 reichen. Damit kann die Schraubenform der Teile des Mantels 6 bis zur Kontaktauflage 10 bzw. 11 im Vakuum fortgesetzt werden.
  • In der Ausführungsform nach Fig. 4 besteht der Mantel des Kontaktes aus Stäben 18, die verdrillt sind und konzentrisch zum Kern 12 angeordnet sind. Diese verdrillten Stäbe 18 können vorzugsweise durch in der Figur nicht dargestellte Zwischenlagen oder Umhüllungen elektrisch gegeneinander isoliert sein.
  • In der Ausführungsform nach Fig.5 ist der Mantel 6 mit schraubenlinienförmigen Einlagen 22 aus elektrisch schlechter leitendem Material versehen, das beispielsweise aus Kontaktmaterial bestehen kann. Die Tiefe dieser Einlagen kann vorzugsweise geringer gewählt werden als die Dicke des Mantels 6, so daß diese Einlagen 22 in radialer Richtung schon vor dem Kern 12 enden.
  • In der Ausführungsform nach Fig.6 besteht der Kern aus einem in Achsrichtung langgestreckten Profilkörper 24, der mit Rippen oder Lamellen 26 versehen ist, die in Achsrichtung des Kontaktes 2 in diesem eine Schraubenlinie bilden und dadurch einen im wesentlichen schraubenlinienförmigen Stromverlauf bewirken.

Claims (6)

1. Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit zwei koaxial angeordneten und im wesentlichen zylindrischen Kontakten (2, 3), deren Stirnfläche im wesentlichen eine Kreisfläche bildet und die ein axiales Magnetfeld erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossene Stirnfläche mit einer Kontaktauflage (10, 11) versehen ist, daß wenistens einer der Kontakte (2 oder 3) einen koaxialen Kern (12 bzw. 13) aus ferromagnetischem Material enthält und daß der den Kern (12 bzw. 13) umgebende stromführende Mantel (6) des Kontaktes (2 bzw. 3) derart gestaltet ist, daß der Stromverlauf in diesem Mantel (6) in bezug auf den koaxialen Kern (12 bzw. 13) einer Schraubenlinie folgt.
2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch der zweite Kontakt (2 bzw. 3) in gleicher Weise gestaltet ist und die Schraubenlinie in beiden Kontakten (2, 3) den gleichen Drehsinn hat.
3. Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (6) mit schraubenlinienförmig verlaufenden Schlitzen (8) versehen ist (Fig. 3).
4. Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus Stäben (18) besteht, die schraubenlinienförmig verdrillt sind (Fig. 4).
5. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (6) mit schraubenlinienförmig verlaufenden, elektrisch schlecht leitenden Einlagen (22) versehen ist (Fig. 5).
6. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (24) aus einem Profilkörper mit Rippen (26) oder Lamellen besteht, die in Achsrichtung des Kontaktes (2) eine Schraubenlinie bilden (Fig. 6).
EP82102093A 1981-03-26 1982-03-15 Kontaktanordnung für Vakuumschalter Expired EP0062186B1 (de)

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