DE2856515A1 - Elektrodenanordnung fuer vakuumlastschalter - Google Patents
Elektrodenanordnung fuer vakuumlastschalterInfo
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Description
Elektrodenanordnung; für Vakuumlastschalter
Die Erfindung betriilt eine Elektrodenanordnung für elektrische Lastschalter,
bei denen zwei trennbare Elektroden in einer Vakuumkammer angeordnet sind, insbesondere eine Elektrodenanordnung, die wenigstens
eine Elektrode mit einem ringförmigen Kontaktteil sowie einem das Kontaktteil umgebenden geschlitzten Lichtbogenführungsteil aufweist, wobei
das Lichtbogenführungsteil zum Führen einer zwischen den Elektroden
während der Schaltkreisunterbi echung erzeugten Lichtbogensäule entlang
des Umfanges des LichtbogenfülirungsteiLs dient.
Im folgenden wird zuerst ein typischer konventioneller Vakuumlastschalter
mit Bezug auf Fig. 1, die eine Ansicht im Längsschnitt zeigt, beschrieben. Der Lastschalter umfaßt ein evakuiertes Hüllgehäuse 10,
Zylinderflansche 11 und 12, die* an den gegenüberliegenden Enden des
Gehäuses 10 befestigt sind, obere und untere Endkappen 13 und 14, die
mit den Enden der Zylinderflansche 11 bzw. 12 luftdicht verbunden sind, und ein an dem Gehäuse 10.festgelegtes Zwischenschild 15. Innerhalb des
Zwischenschildes 15 sind zwei trennbare scheibenförmige Elektroden
20 und 30 vorgesehen, auf denen jeweils ein ringförmiger Kontaktteil 21 bzw. 32 angeordnet ist. Die untere Elektrode 20 stellt eine bewegbare
Elektrode dar, die am unteren Elektrodenstab 18, der sich durch einen Balg bzw. Dehnungsausgleicher 16 und die untere Endkappe 14 hindurch
erstreckt, befestigt und zur senkrechten Bewegung des unteren Elektrodenkontaktteils
21 - um in oder außer Eingriff mit dem oberen Elektrodenkontaktteil
31 zu gelangen - geeignet montiert ist, ohne das Vakuum im Inneren des Hüllgehäuses 10 zu beeinträchtigen. Die obere Elektrode
30 stellt eine feststehende Elektrode dar, die an einem oberen Elektrodenstab 17 befestigt ist. Der sich durch die obere Endkappe 13 erstrecken-
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ORIGINAL INSPECTED
de obere Elektrodenstab 17 ist mit der oberen Endkappe 13 luftdicht
verbunden.
Stehen die obere und die untere Elektrode 30 und 20 zum Schließen des
Lastschalters, wie ^n Fig. 1 gezeigt, miteinander in Eingriff, so fließt
ein Strom I durch die ringförmigen Kontaktteile 21 und 31. Wird die untere Elektrode 20 zum Öffnen des Lastschalters von der oberen Elektrode
30 weg bewegt, so entsteht zwischen den getrennten Kontaktteilen 21 und
31 eine Lichtbogensäule. Die Lichtbogensäule ist infolge der Einwirkung
der durch die Lichtbogensäule selb ;t sowie durch den mit dem Lastschalter
verbundenen Schaltkreis hervoi gerufenen Magnetfelder äußerst unstabil,
wobei, unter dem Einfluß eiies Magnetfeldes, das durch einen
entlang eines umgekehrt C-f">rmige ι Weges in den Kontaktteilen 21 und
fließenden Strom erzeugt wird, die Lichtbogensäule entlang den Elektrodenoberflächen
in radialer Richtung nach außen zu einem an der Außenseite der Elektrode befindlichen Bereich geführt wird. Aufgrund dessen
wird dieser Bereich lokal erhitzt,und es kommt zu einem beträchtlichen Verdampfen des Metalls an der Eleictrodenoberfläche. Dadurch verschlechtert
sich jedoch die Güte det. Vakuums im Inneren des Hüllgehäuses,
und die Schaltleistung nimmt ab.
Um die während der Schaltunterbrechung auftretende Lichtbogensäule
zur Beseitigung der oben erwähntei. Nachteile bekannter Elektroden anordnungen
wirksam regeln zu können, wurde der Versuch unternommen, ein Lichtbogenführungsteil um wenigstens eines der Elektrodenkontaktteile
vorzusehen. Dieses Lichtbogenführungsteil ist mittels einer Vielzahl von Schlitzen in Segmente unterteil· und dient entlang des Umfanges zum
Führen der Lichtbogensäile, ohne daß die Lichtbogensäule an einem an
der Außenseite des Kontaktteiles b ;findlichen Bereich anhält und diesen
örtlich erhitzt. Dieser Versuch isi bestimmt, um die Kühlleistung der
Lichtbogensäule zu vergrößern, se daß die Schaltunterbrechung bei einem Strom von Null eintreten kann.
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In den Fig. 2 bis 5 sind übliche Elektrodenanordnungen dargestellt, die
ein derartiges Lichtbogenführungsteil aufweisen. Die Fig. 2 und 3 verdeutlichen eine sogenannte spiralförmige Elektrodenanordnung in Drauf bzw.
in Seitenansicht. Diener E lek tr öden aufbau weist eine Elektrode 20
auf, die aus einem ringförmigen Kontaktteil 21 und einem Lichtbogenführungsteil 24 besteht. Das Lichtbogenführungsteil 24 ist mit einer Vielzahl
gebogener, sich vom Außenumfang einwärts erstreckender Schlitze versehen, wodurch winkelförmig um das Kontaktteil 21 verteilte Lichtbogenführungssegmente/in
i.ewöhnlich spiralförmiger Anordnung entstehen. Jedoch stehen bei solch einer spiralförmigen Elektrodenanordnung die
Seitenflächen der Lichtbogenfülirungssegmente 22 senkrecht zur Richtung der Umlaufbewegung der L chtbogensäule, wodurch das Überwechseln
der sich entlang der Oberf äche der Lichtbogenführungssegmente22 bewegenden
Lichtbogensäule übt r einen Schlitz 23 zum nächsten Lichtbogenführungssegment 22 erschwert wird. Aus diesem Grund bleibt die Lichtbogensäule
an den spitzen J .ndbereichen der Lichtbogenführungssegmente
stehen und erhitzt örtlich diese Bereiche. Infolge dieser Erhitzung steigen
metallische Dämpfe von den Elektrodenoberflächen auf, wodurch die Güte
des Vakuums im Inneren des Hüllgehäuses/und somit die Schaltleistung des Lastschalters verringert wird.
Die Fig. 4 und 5 verdeutlichen eine sogenannte sonnenradförmige Elektrodenanordnung
in Drauf- bzw. in Seitenansicht. Diese Elektrodenanordnung weist eine Elektrode 40 auf, die aus einem ringförmigen Kontaktteil
41 und einem Lichtbogenführungsteil 44 besteht. Dieses Lichtbogenführungsteil
44 ist zur Ausbildung von vier Lichtbogenführungssegmenten 42 in gewöhnlich sonn enr adf örmiger Anordnung mit vier sich vom Außenrand
nach innen erstreckenden Schlitzen 43 versehen. Da die Seitenflächen
der Lichtbogenführungssegmente 42 senkrecht zur Richtung der Umlaufbewegung
der Lichtbogens i ule stehen, weist die sonnenradförmige Elektrodenanordnung
die gleichen Nachteile auf, die in Verbindung mit der spiralförmigen Elektroden;oiordnung gemäß Fig. 2 und 3 beschrieben wurde.
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Es ist somit Aufgabe di-i E. findung, einen Elektroden aufbau für einen
Lastschalter vorzuseht a, el >r obige Nachteile ausschließt, d. h. der die
Umlaufbewegung der wahrei d der Schaltunterbrechung erzeugten Lichtbogensäule
fördert, unci ein : hohe Schaltleistung ermöglicht.
Die Merkmale der zur Lösi ng dieser Aufgabe geschaffenen Erfindung ergeben
sich aus Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren An; prüchen enthalten.
Die Erfindung wird im folgt iden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen typisch in Vakuumlastschalter schematisch im Längs
schnitt;
Fig. 2 u. 3 eine bekannIt spiralförmige Elektrodenanordnung in
Draufsicht bi w. Seitenansicht;
Fig. 4 u. 5 eine bekannte sonnenradförmige Elektrodenanordnung in
Draufsicht bi w. in Seitenansicht;
Fig. 6 u. 7 ein Ausführ.ingsbeispiel einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung
in Draufsicht bzw. Seitenansicht;
Fig. 8 die Elektrode lanordnung gemäß den Fig. 6 und 7 in perspektivische!
Ansicht und
Fig. 9 bis 11 abgewandelte Ausführungsbeispiele in perspektivischer
Ansicht.
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Im folgenden wird mit Dezu ζ auf die Fig. 6 bis 8 ein Ausführungsbeispiel
einer Elektrodenanordnung verdeutlicht. Die Elektrodenanordnung weist
zur Ausbildung einer schaltireisunterbrechenden Lichtbogensäule zwischen
den Elektroden ein E.ektrodenpaar auf, wobei eine der Elektroden relativ bezüglich der anderen zwischen einer geschlossenen Stellung, bei
der beide Elektroden in Eingriff stehen, und einer geöffneten Stellung, bei
der beide Elektroden voneinander getrennt sind, bewegt werden kann. Wenigstens eine der Elektroden 50 weist ein ringförmiges Kontaktteil 51
und ein scheibenförmiges, das Kontaktteil 51 umgebendes Lichtbogenführungsteil
54 auf. Das Lichtbogenführungsteil 54 ist mit einer Vielzahl von Schlitzen 53 versehen, lie zur Ausbildung von Lichtbogen! ührungssegmenten
52 vom Außenraiid des Lichtbogenführungsteils 54 nach innen
verlaufen. Die Schlitze 53 sind in gleicher Richtung in einem Winkel bezüglich
des Radius des Licl.tbogenführungsteils 54, wie durch den Buchstaben
a der Fig. 6 verdeutlicht, und ebenso in gleicher Richtung in einem Winkel bezüglich der Achse des Lichtbogenführungsteils 54, wie
durch den Buchstaben b der Fig. 7 verdeutlicht, abgeschrägt. Auf diese Weise können die Lichtboge lführungssegmente 52 die benachbarten Segmente
52 im Bereich der Schlitze 53 überlagern. Die Neigungsrichtungen der Schlitze 53 sind bezügli ;h dem Radius und der Achse des Lichtbogenführungsteils
54 gleich.
Mit der oben erwähnten Elektrodenanordnung wird unter dem Einfluß
eines Magnetfeldes, das durch einen durch einen umgekehrt C-förmigen Weg in den ringförmigen Kontaktteil 54 fließenden Strom erzeugt wird,
eine während der Schaltkreisunterbrechung erzeigte Lichtbogensäule mit
einer Geschwindigkeit von dam ringförmigen Kontaktteil 51 radial nach
außen zu dem Lichtbogen? üh nmgsteil 54 oder den Lichtbogenführungs Segmenten
52 und anschließend entlang den Oberflächen der Lichtbogenführungssegmente
52 im Kr us geführt. Die Lichtbogensäule bewegt sich Ober die geneigte Seitenfläche des Lichtbogenführungssegments 52 nach
unten, um über die Schlitze 53 zu den nächsten Lichtbogensegmenten 52
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überzuwechseln. Zu diesem Zeitpunkt fördert eine Kraftkomponente F3
die Kreisbewegung der Lichtbogensäule. Die Kraftkomponente F3 wird durch eine Kraft Fl der sicli in radialer Richtung nach außen bewegenden
Lichtbogensäule und eine Kraft F 2 der sich über die abgeschrägte Seitenfläche
des Lichtbogenführungssegnientes 52 nach unten bewegenden Lichtbogensäule erzeugt. Hat die Lichtbogensäule die Außenrandbereiche
der Lichtbogenführungssegmente 52 erreicht, so wird diese, wie in Fig. anhand des Pfeiles A dargestellt, entlang den abgeschrägten Seitenflächen
der Lichtbogenführungssegmente 52 zu deren Endbereichen und dann zu den nächsten LichtbogenführungsSegmenten 52 geführt, ohne daß die Lichtbogens.«nie
an den Endbereichen anhält.
Die Fig. 9 bis 11 verdeutlichen abgewandelte Formen der Elektrodenanordnung,
bei denen die den Fig. 6 bis 8 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen und nicht weiter beschrieben sind. Die Fig.
zeigt in perspektivischer Ansicht eine erste abgewandelte Ausführungsform
einer Elektrodenanordnung. Bei dieser Ausführungsform sind die in dem Lichtbogenführungsteil 54 ausgebildeten Schlitze 53 in einem Winkel
bezüglich dem Radius des Lichtbogenführungs teils 54 abgeneigt
und, wie durch den Buchstaben c der Fig. 9 angedeutet, gebogen. Dadurch verläuft jeder Schlitz 53 bezüglich der Achse des Lichtbogenführungsteils
54 im Querschnitt gebogen und im Längsschnitt geradlinig. Dieser Aufbau kann somit die Lichtbogens imle wirksam um den Lichtbogenführungs teil
herumführen. Es ist zu bemerken, daß die konkaven Seitenflächen der Lichtbogenführungssegmente 52 in jeder Richtung bezüglich der Richtung
sich
der Kreisbewegung der Lichtbogensäule/gegenüberstehen können.
der Kreisbewegung der Lichtbogensäule/gegenüberstehen können.
Fig. 10 zeigt ein zweites abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Elektrodenanordnung
in perspektivischer Ansicht. Bei dieser Ausführungsform
sind die in dem Lichtbogenführungsteil 54 ausgebildeten Schlitze 53 in einem Winkel bezüglich der Achse des Lichtbogenführungsteils 54
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geneigt und, wie durch don Buchstaben d der Fig. 10 angedeutet, gebogen.
Dadurch verläuft jeder Schlitz 53 bezüglich der Achse des Lichtbogenführungsteils
54 im Quersciinitt geradlinig und im Längsschnitt gebogen.
Diese Anordnung kann die Lichtbogensäule wirksam um den Lichtbogenführungsteil 54 herumführe,!. Es ist zu bemerken, daß die konkaven Seitenflächen
der Lichtbogenführungssegmente 52 in jeder Richtung bezüglich
sich der Richtung der Kreisbewc gung der Lichtbogensäule/gegenüberstehen
können. Obwohl jeder in dem Lichtbogenführungsteil 54 vorgesehene Schlitz 53 in Verbindung mit den Fig. 6 bis 10 als in gleicher Richtung
bezüglich dem Radius und der Achse des Lichtbogenführungsteils 54 abgeneigt beschrieben wurde, so ist zu bemerken, daß die Schlitze 53 auch
in Gegenrichtung oder mit λ erschiedenen Winkeln abgeneigt sein
können.
Fig. 11 zeigt ein drittes abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Elektrodenanordnung
in perspektivischer Ansicht. Bei dieser Ausführungsform sind die Lichtbogenfül. rungs Segmente 52 in Art von Schraubenflügeln
angeordnet, so daß dieLichι bogenführungsSegmente 52 die benachbarten
Segmente 52 im Bereich der Schlitze 53 überlappen können. Jeder Schlitz 53 verlauft bezüglich der Achse des Lichtbogenführungsteils 54 im Querschnitt
und im Längsschnitt gebogen. Auch diese Anordnung kann die Lichtbogensäule wirksam um dei. Lichtbogenführungsteil 54 herumführen.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung können die folgenden
wesentlichen Vorteile (rzielt werden. Da eine Vielzahl von Lichtbogenführungssegmenten
52 uiη das ringförmige Kontaktteil 52 winkelförmig angeordnet ist und sich die oenachbarten Segmente 52 gegenüber den
in einem Winkel gleicher Richtung abgeschrägten Schlitzen 53 überlappen, kann die während der Schaltkreisunterbrechung erzeugte Lichtbogensäule
unter dem Einfluß eines Magnetfeldes, das durch einen entlang eines umgekehrt C-förmigen Weges in dem Kontaktteil 51 fließendenStrom erzeugt
wird, mit einer Geschwindigkeit von dem Kontaktteil 51 in radialer Rieh-
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tung nach außen zu den Lichtbogenführungs Segmenten 52 und anschließend
entlang den Oberflächen der Lichtbogenführungssegmente 52 um den Lichtbogenführungsteil
54 herumgeführt werden. Durch eine Kraft Fl der sich in radialer Richtung nach außen bewegenden Lichtbogensäule und eine
Kraft F2 der sich entlang der abgeschrägten Seitenflächen der Lichtbogenführungssegmente
52 abwärts bewegenden Lichtbogensäule wird eine Kraftkomponente F3 erzeugt, die die Kreisbewegung der Lichtbogensäule
weiter unterstützt bzw. fördert. Die abgeschrägten Seitenflächen benachbarter Lichtbogenführungssegmente 52 überlappen sich. Somit kann die
Lichtbogensäule sich entlang jedes Elements bis zu seinem Ende bewegen und dabei über die Schlitze 53 zum jeweiligen nächsten Lichtbogenführungssegment
weich hinüber wechseln, ohne an den Enden stehen zu bleiben. Hierdurch wird die Drehbewegung der Lichtbogensäule gefördert.
Da die Schlitze 53 weiterhin sowohl bezüglich des Radius als auch der Achse des Lichtbogenführungs te ils 54 geneigt sind, können die äußeren
Kreisflächen und Seitenflächen der Lichtbogenführungssegmente wirksam
herangezogen werden, um die Lichtbogensäule um den Lichtbogenführungsteil
herumzuführen, ohne daß die Lichtbogensäule an dessen äußerem Umfangsbereich anhält. Dadurch werden die Nachteile bekannter Elektrodenanordnungen
beseitigt, und zwar das lokale Erhitzen der Elektroden, aufgrund dessen ein Verdampfen des Metalls der Elektrodenoberfläche stattfindet,
was letztlich die Güte des Vakuums im Inneren des Hüllgehäuses und somit die Schaltleistung verschlechtert.
Obwohl bei den bekannten spiral- und sonnenradförmigen Elektrodenanordnungen
ein Lichtbogenansatzpunkt, der den äußeren Randbereich des Kontaktteils zwischen benachbarten Lichtbogenführungs Segmenten erreicht,
auf die Lichtbogenführungs segmente verteilt und nach außen entlang den
Oberflächen der Segmente geführt wird, wird der Lichtbogen bei der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung jedoch entlang der abgeschrägten
bzw, geneigten Oberflächen der Lichtbogenführungssegmente nach außen geführt.
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Da die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung, wie von ihrer Ober- seite
her zu ersehen ist, eine ebene scheibenförmige Gestalt aufweist, ist, falls die Elektrodenanordnung in einem Lastschalter für
Schaltkreise mit hohen Spannungen oder geringen Strömen Verwendung
findet, eine gesteigerte Schaltleistung zu erwarten. Durch die wirkungsvolle Ausnutzung der Seitenflächen der Elektroden und der Lichtbogenführungssegmente
bei der kreisförmigen Führung der Lichtbogensäule kann die Elektrodengröße und somit der Abstand zwischen der
Elektrode und dem Zwischenschild verkleinert werden. Demzufolge kann der Lastschalter in seinen Abmessungen reduziert werden.
Da weiterhin die Schlitze 53 des in den Figuren 6 bis 8 dargestellten
Elektrodenaufbaus leicht durch geradliniges Fräsen eines Elektrodensatzes
in einer Schräglage hergestellt werden können, ist es möglich, relativ kleine Elektroden mit geringem Aufwand und somit kompakte
Lastschalter mit hoher Schaltleistung zu erzeugen.
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Leerseite
Claims (5)
1. ) Elektrodenanordnung für Lastschalter mit zwei Elektroden, von denen
eine bezüglich der anderen zwischen einer geschlossenen Stellung, bei
der beide Elektroden in Eingriff miteinander stehen, und einer geöffneten Stellung, bei der beide Elektroden voneinander getrennt sind, zur Ausbildung
einer leitungsunterbrochenden Lichlbogensäule zwischen den Elektroden bewegbar ist, wobei wenigstens eine der Elektroden ein ringförmiges
Kontaktteil und ein das Kontaktteil umgebendes Lichtbogenführungsteil aufweist und das Lichtbogen^'.rungsteil durch eine Vielzahl von Schlitzen,
die sich vom Außenumfang her einwärts erstrecken, in Lichtbogenführungssegmente unterteilt ist, d adu rch gekennzeichnet, daß die Schlitze
(53) bezüglich des Radius und auch bezüglich r'er Achse des Lichtbogenführungsteils
(54) in einem Winkel geneigt sind, so daß sich jeweils
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benachbarte Lichtbogenführungssegmente (52) im Bereich der abgeschrägten
Schlitze (53) überlappen.
2. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Schlitz (53) bezüglich der Achse des Lichtbogenführungsteils (54) im Querschnitt und im Längsschnitt geradlinig verläuft.
3. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Schlitz (53) bezüglich der Achse des Lichtbogenführungs teils (54) im Querschnitt gebogen und im Längsschnitt geradlinig verläuft.
4. Elektrodenanordnung nach Ansprui α 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Schlitz (53) bezüglich der Achse des Lichtbogenführungs teils (54) im Querschnitt geradlinig und im Längsschnitt gebogen verläuft.
5. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Schlitz (53) bezüglich der Achse des Lichtbogenführungs teils (54) im Querschnitt und im Längsschnitt gebogen verläuft.
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