DE3150168A1

DE3150168A1 - Electrical vacuum switch

Info

Publication number: DE3150168A1
Application number: DE19813150168
Authority: DE
Inventors: Erwin 8401 Tegernheim Reichl
Original assignee: Sachsenwerk Licht und Kraft Ag 8000 Muenchen; Sachsenwerk Licht und Kraft AG
Current assignee: Schneider Electric Sachsenwerk GmbH
Priority date: 1981-12-18
Filing date: 1981-12-18
Publication date: 1983-06-30
Also published as: DE3150168C2

Abstract

In an electrical vacuum switch, the contacts are provided with circular or annular contact surfaces. In order to achieve a high arc base speed, the contacts and the contact surfaces are split by slots at right angles to the circular ring axis around the outline circumference, in the region of the interruption point. According to the invention, the contacts consist of a cast part having high electrical conductivity. In this case, the slots are formed in each case by inserts which are cast into the blank and consist of a material having a relatively poor electrical conductivity.

Description

Elektrischer Vakuum-SchalterElectric vacuum switch

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Vakuum schalter, dessen Kontaktstücke- eine kreis- oder ringförmige Kontaktfläche aufweisen und zur Erzielung einer Lichtbogenfußpunkttaanderung und/ oder eines axialen Magnetfeldes umfänglich durch Schlitzung quer zur Mreisringachse in einzelne Strompfade unterteilt sind und/oder eine Kontaktunterteilung aufweist, die im Zusammenwirken der beiden Kontaktstücke ein axiales Magnetfeld erzeugt, wobei die Kontaktstücke aus verschiedenen Materialien unterschiedlicher Leitfähigkeit zusammengesetzt sind.The invention relates to an electrical vacuum switch whose Contact pieces- have a circular or ring-shaped contact surface and to achieve an arc base change and / or an axial magnetic field circumferentially are divided into individual current paths by slitting transversely to the Mreisring axis and / or has a contact subdivision, which in the interaction of the two contact pieces an axial magnetic field is generated, the contact pieces made of different materials are composed of different conductivity.

Derartige Vakuum-Leistungsschalter werden bevorzugt im Bereich der Mittelspannungstechnik eingesetzt. Die Scheltkammern von Mittelspannungsschaltern bestehen aus einem hochevakuietem Gefäß, in dem zwei gegenüberstehend angeordnete Kontaktstücke die eigentliche Schaltstrecke bilden.Such vacuum circuit breakers are preferred in the area of Medium voltage technology used. The cold chambers of medium-voltage switches consist of a highly evacuated vessel in which two oppositely arranged Contact pieces form the actual switching path.

Beim Trennen der vom Strom durchflossenen Kontakte entsteht eine Bogenentladung zwischen den Elektroden, über die der-Strom unter Aufrechterhaltung der Bogenentladung bis zum nächsten Nulidurchgang-weiterfließt. Um eine möglichst geringe Kontaktbeleistung und damit eine gute Wiederverfestigung der Schaltstrecke sicherzustellen, soll der Lichtbogen entweder einen möglichst großen Strombereich diffus auf der gesamten Kontaktoberfläche brennen oder als konzentrierter Bogen in eine möglichst hohe Umlaufgeschwindigkeit gebracht werden. Durch beide Maßnahmen wir-d eine gleichmäßige und geringe spezifische Wärmebelastung sowie ein geringer Abbrand der Kontaktstücke erzielt. Werden keine Maßnahmen getroffen, um den Lichtbogen diffus zu halten, so bewirkt das vom Lichtbogen erzeugte eigene Magnetfeld eine Einschnürung. Dadurch entsteht bei längerer Brenndauer in dem eingeschnürten Bereich eine hohe spezifische Wärmebelastung mit erhöhtem Abbrand, der eine sichere Löschung des Lichtbogens behindert. Daher müssen Maßnahmen zur möglichst raschen Bewegung des eingeschnürten Lichtbogens auf der Kontaktfläche getroffen werden. Dies kann mit erreicht werden durch eine Schrigschlitzung des mantelförmigen Topfkontaktes, wodurch der Lichtbogen auf dem Kontaktring in Rotation versetzt und eine übermäßige Erwärmung einzelner Teile der Kontaktfläche verhindert wird. Überlagert man dem Lichtbogen ein starkes axiales Magnetfeld, eo kommt es erst gar nicht zu einer Kontraktion des Lichtbogens bzw. diese entsteht erst bei sehr hohen Augenblickawerten des Stroms. Dazu ist es erforderlich, daß das Magnetfeld einen etwa dem Strom proportionalen Verlauf aufweist, d.h. daß es im Strommaximum auch seinen Maximalwert aufweist und im Strom nulldurchgang völlig verschwindet. Dieses remanenzfreie Magnetfeld wird deshalb vorteilhaft vom Stromfluß selbst und in unmittelbarer Nähe der Schaltstrecke erzeugt. Es werden hierzu entweder die Stromzuführungen zu den Kontakten oder - noch besser -die Kontakte selbst so ausgebildet, daß Stromschleifen oder "Windungen" entstehen.When the contacts through which the current flows are separated, an arc discharge occurs between the electrodes through which the current flows while maintaining the arc discharge continues to flow until the next zero passage. To keep the contact load as low as possible and thus a good resolidification of the To ensure switching distance, should the arc either diffuse as large a current range as possible on the burn over the entire contact surface or as a concentrated arc in one if possible high speed of rotation are brought. Both measures result in a uniform and low specific heat load as well as low erosion of the contact pieces achieved. If no measures are taken to keep the arc diffuse, so the own magnetic field generated by the arc causes a constriction. Through this If the burning time is prolonged, a high specificity arises in the constricted area Heat load with increased burn-off, which hinders safe extinguishing of the arc. Measures must therefore be taken to move the constricted arc as quickly as possible be hit on the contact surface. This can be achieved with through a Schrig slitting of the jacket-shaped cup contact, whereby the arc on the Contact ring set in rotation and excessive heating of individual parts of the Contact surface is prevented. If one superimposes a strong axial one on the arc Magnetic field, eo there is no contraction of the arc or this only arises at very high instantaneous values of the current. For this it is necessary that the magnetic field is approximately proportional to the current course has, i.e. that it also has its maximum value in the current maximum and in the current zero crossing completely disappears. This remanence-free magnetic field is therefore advantageously generated by the current flow itself and in the immediate vicinity of the switching path. Either the power leads to the contacts are used for this, or - even better -The contacts themselves are designed in such a way that current loops or "windings" are created.

Zur Herstellung der Schlitze bzw. der Kontaktunterteilungen zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes müssen die Kontaktstücke in aufwendiger Weise spanend bearbeitet oder aus mehreren Stücken zusammengesetzt werden.To produce the slots or the contact subdivisions for generation an axial magnetic field, the contact pieces have to be machined in a complex manner processed or assembled from several pieces.

Bei sogenannten Hegelstumpfelektroden ist zur Erzielung der Rotation des Lichtbogens eine radial verlaufende Spiralschlitzung und bei Topfelektroden eine schräg-axisle Schlitzung vorgesehen. Aber auch bei diesen Elektroden müssen die Schlitze in den Kontaktstücken spanend hergestellt werden. Hinzu kommt, daß die Kontaktstücke mit zunehmender.Anzshl der Schlitze oder auch abhängig von ihrer Geometrie nicht mehr die geforderte mechanische Festigkeit aufweisen. Zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes ist es Gblich, die Kontakte in Windungsform aufzubauen oder in elektrisch parallel geschaltete Teilwindungen so zu unterteilen, daß das Kontaktpaar im Zusammenwirken parallelgeschaltete Windungen aufweist.With so-called truncated Hegel electrodes, rotation is achieved of the arc a radial spiral slot and with cup electrodes an oblique-axis slit is provided. But even with these electrodes you have to the slots in the contact pieces are machined. In addition, that the contact pieces with increasing number of slots or also depending on their number Geometry no longer have the required mechanical strength. To the generation an axial magnetic field, it is common to build up the contacts in the form of turns or to subdivide it into partial windings connected electrically in parallel so that that the contact pair has turns connected in parallel in cooperation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kontaktstück mit Schlitzen beziehungsweise Einschnitten oder beliebigen Unterteilungen für Vakuumschalter verfügbar zu machen, bei dem die Schlitze oder Unterteilungen in den Elektrodenkörper nicht mehr spanend eingebracht werden müssen bzw. bei dem der Elektrodenkörper zur Erzielung der Unterteilung nicht aus vielen Einzelteilen hergestellt werden muß und der überdies eine den technischen Anforderungen genügende mechanische Festigkeit aufweist. Auch die Fertigung von Elektrodenkörpern, die wegen ihrer Kompliziertheit weder spanend noch durch Zusammenfügen hergestellt werden können, soll damit ermöglicht werden. Hierunter fallen auch Formen, deren Unterteilungen mehrdimensional räumlich verlaufen.The invention is based on the object of a contact piece with slots or incisions or any subdivisions available for vacuum switches in which the slots or partitions in the electrode body do not more must be introduced by machining or in which the electrode body to achieve the subdivision does not have to be made from many individual parts and moreover has a mechanical strength that meets the technical requirements. Even the production of electrode bodies, which because of their complexity neither machining can still be produced by joining, should thus be made possible. This also includes forms whose subdivisions run in three dimensions.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kontaktstücke aus einem Gußteil hoher elektrischer Leitfähigkeit bestehen, bei denen die Schlitze oder Unterteilungen Jeweils durch in den Formling eingegossene Einlagen gehildet werden, die aus einem Material mit relativ geringerer elektrischer Les higkeit bestehen.This object is achieved according to the invention in that the contact pieces consist of a casting of high electrical conductivity, in which the slots or subdivisions each formed by inlays cast into the molding are made of a material with relatively lower electrical Les ability.

Es sind zwar aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzte Kontaktstücke für Vakuumschalter aus der DAS 17 65 263 bekannt; bei diesem bekannten Schalter sind jedoch die topfförmigen Kontakte aus Kupfer mit einem Hüllkörper aus hochentgastem, elektrisch leitendem Werkstoff umgehen, der zumindest die Kontaktseite sowie die daran angrenzenden seitlichen Flächen des Kontaktstückes bedeckt.It is true that the contact pieces are composed of different materials for vacuum switches known from DAS 17 65 263; with this known switch however, the cup-shaped contacts are made of copper with an enveloping body made of highly degassed, Bypass electrically conductive material, at least the contact side and the covers adjacent lateral surfaces of the contact piece.

Ziel dieses Aufbaues ist, ohne Beeinträchtigung der Funktionssicherheit ein Kontaktstück zu schaffen, bei dem möglichst wenig veredelte Werkstoffe verwendet werden müssen.The aim of this structure is without impairing the functional reliability to create a contact piece that uses as few refined materials as possible Need to become.

Die Schrägschlitze in den Kontaktstücken müssen hierbei ebenfalls spanend hergestellt werden. Demgegenüber entfällt bei der Erfindung durch die Verwendung eines Gußteils mit Einlagen die aufwendige spanende bEarheitung der Kontaktatücke, wobei åch die Herstellung von Stützgeometrien ermöglicht wird, die sich durch eine spanende Bearbeitung überhaupt nicht herstellen lassen. Bei der Herstellung des Kontaktstückes werden in die Gießform die definiert geformten und gerichteten Einlagen aus elektrisch schiecht oder nicht leitendem Material eingegossen, die dem Formling die gewünschte funktionelle Gestalt verleihen und infolge des dabei- erhaltenen kompakten Körpers ein Kontakt mit hoher mechanischer Steifigkeit entsteht.The oblique slots in the contact pieces must also be can be produced by machining. In contrast, in the case of the invention, the use does not apply of a cast part with inlays, the complex machining of the contact pieces, whereby also the production of support geometries is made possible, which is made possible by a do not allow machining at all. When making the With the contact piece, the defined shaped and oriented inserts are placed in the casting mold made of electrically schiecht or non-conductive material poured into the molding give the desired functional shape and as a result of what is thereby obtained compact body creates a contact with high mechanical rigidity.

Die Einlagen, die im Kontaktstück verbleiben, müssen in jedem Fall eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Die Leitfähigkeit der Einlagen muß jedoch deutlich unter der des GieB-lings liegen, während der Schmelzpunkt deutlich darüber liegen muß. Das Kontaktstück wird hierbei vorteilhaft unter Vakuum gegossen. Die einzugiessenden Einlagen können beispielsweise aus Keramik oder bevorzugt aus einem Metall mit einem dünnen keramischen Überzug oder einem dünnen Überzug eines hochwärmebeständigen, isolierenden Materials bestehen. Der Keramiküberzug oder ein anderer isolierender Überzug kann entfallen, wenn das Metall selbst eine relativ geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Einlegeteile aus einem Metall oder aus einem isolierten Metallgrundkörper lassen sich mit Erfolg auch mit kompliziertesten Formgebungen herstellen. Dabei ist es gleichgültig, ob die Einlegeteile einstückig oder gegebenenfalls zur besseren Herstellung mehrteilig ausgebildet sind. Und ob die isolierende Oberflächenbehandlung der Einzelteile oder des gegebenenfalls gefügten Teiles durchgeführt wird. Einlagen aus Keramik oder mit einem Keramiküberzug ermöglichen einen guten Verbund mit dem Kontaktkörper, wenn dieser Chromanteile enthält.The inserts that remain in the contact piece must in any case have a very low electrical conductivity. The conductivity of the deposits must, however, be clearly below that of the casting, while the melting point is clearly must be above. The contact piece is advantageously cast under vacuum. The inserts to be cast can for example be made of ceramic or preferably made of a metal with a thin ceramic coating or a thin coating of a consist of highly heat-resistant, insulating material. The ceramic coating or a another insulating coating can be omitted if the metal itself is a relatively has low electrical conductivity. Inserts made from a metal or from an insulated metal body can be used successfully even with the most complicated Produce shapes. It does not matter whether the inserts are made in one piece or, if necessary, are designed in several parts for better production. And whether the insulating surface treatment of the individual parts or of the possibly joined Part is carried out. Allow inserts made of ceramic or with a ceramic coating a good bond with the contact body if it contains chromium.

Ferner ist es möglich, die Keramikoberfläche in-an sich bekennter Weise zu metallisieren und damit einen guten Verbund herzustellen. In diesem Fall werden Kontaktstücke von besonders hoher mechanischer Festigkeit erzielt.It is also possible to use the ceramic surface as such Way to metallize and thus create a good bond. In this case will Achieved contact pieces of particularly high mechanical strength.

Das Wesen der Erfindung soll anhand dreier Figuren erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 ein topfförmiges Kontaktstück mit schrägaxialen Einlagen und Fig. 2 ein topfförmiges Kontaktstück, dessen Einlagen axial und schräg-axial verlaufen.The essence of the invention will be explained with reference to three figures. They show: FIG. 1 a cup-shaped contact piece with obliquely axial inserts and FIG. 2 a cup-shaped contact piece, the inserts of which run axially and obliquely-axially.

Fig. 3 ein scheibenförmiges Kontaktstück mit waagrechten und senkrechten Unterteilungen zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes.Fig. 3 is a disc-shaped contact piece with horizontal and vertical Subdivisions for generating an axial magnetic field.

In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das topfförmige Kontaktstück besteht aus einem unter Vakuum gegossenen Formling 1 mit radial in der Topfwandung verlaufenden Einlagen 2 aus nichtleitendem Material. Bezogen auf den elektrisch leitenden Teil des Kontaktatückes bilden die Einlagen 2 gewollte ausgefüllte Einschnitte bzw. Schlitze. Die Einlagen 2 befinden sich in den Ausführungsbeispielen gleichmäßig auf dem Umfang des Kontaktstückes verteilt.In the figures, the same parts are provided with the same reference numerals. The pot-shaped contact piece consists of a molded part cast under vacuum 1 with inserts 2 made of non-conductive material and extending radially in the pot wall. The inlays form the electrically conductive part of the contact piece 2 intentionally filled incisions or slits. The deposits 2 are in the embodiments evenly distributed on the circumference of the contact piece.

Am Boden des Kontaktstückes ist der Kontaktträger 3 angeordnet. Der Stromverlauf in den Kontsktstücken ist jeweils durch einen Pfeil 4 angedeutet. Während bei dem Kontaktstück nach Fig. 1 die Schlitzung in Umfangsrichtung schräg verläuft, sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 Schlitze vorgesehen, die vom Boden der Kontaktstücke her zunächst axial und dann schrägaxial verlaufen. Derartige'bzw.The contact carrier 3 is arranged at the bottom of the contact piece. Of the The course of the current in the contact pieces is indicated in each case by an arrow 4. While at the contact piece according to FIG. 1, the slot in the circumferential direction runs obliquely, 2 slots are provided in the embodiment according to FIG. which run axially and then obliquely axially from the bottom of the contact pieces. Such'bzw.

noch kompliziertere Geometrien lassen sich durch spanende Bearbeitung der Kontaktstücke kaum herstellen. Solche vorteilhafte Formgebungen können erstmals durch die Erfindung realisiert werden. Die eigentlichen Kontaktflächen bilden hierbei die Kontaktringe 5, die zweckmäßig auf dem Formling 1 aufgelötet sind.Even more complicated geometries can be machined hardly make the contact pieces. Such advantageous shapes can for the first time can be realized by the invention. The actual contact areas form here the contact rings 5, which are expediently soldered onto the molding 1.

Claims

Claims Electrical vacuum switch, its contact pieces have a circular or ring-shaped contact surface and to achieve a high Arc base speed and / or to achieve an axial magnetic field In the area of the interruption point, the circumference of the jacket by slitting transversely to the axis of the circular ring are divided into individual current paths or otherwise suitable, the contact pieces are composed of different materials of different conductivity, characterized in that the contact pieces (1) are made from a casting of high electrical Conductivity exist in which the slots and / or partitions (2) each by the molding cast inserts (2) are formed, which are made of a material exist with relatively low electrical conductivity.

2. Vacuum switch according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the contact pieces (1) are cast under vacuum.

3. Vacuum switch according to claim 1 or 2, - d a d u r c h g e k.e n n z -e i c h n e t that the insert (2) made of a metal with low electrical conductivity consists.

4. Vacuum switch according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the inserts (2) are made of stainless steel.

5. Vacuum switch according to claim 1 or 2, d a -d u r c h g e k e It is noted that the inserts (2) are made of a ceramic material.

6. Vacuum switch according to claim 1 or 2, d a -d u r c h g e k e n It is noted that the inserts (2) are made of metal and have a ceramic coating are provided.

i. Vacuum switch according to one of the AnX> fudhe 1 - 6 characterized in that that the contact piece (1) is cup-shaped and that the slots are radial and run inclined in relation to the central axis in the pot wall, the actual Contact surface forms a ring soldered to the ends of the current paths, which from consists of a material that has a tear-off current, contact resistance and tendency to weld and combustion has favorable properties.

8. Vacuum switch according to one of claims 1 - 6, characterized in that that the contact piece (1) is cup-shaped and that the inserts or slots (2) initially inclined towards the central axis from the open end of the pot and then run parallel to this radially in the pot wall, the actual Contact surface a ring made of a material soldered to the ends of the current paths, which is favorable in terms of chopping current, contact resistance, tendency to weld and burn-off Has properties.

9. Vacuum switch according to one of claims 1 - 6, characterized in that that the contact piece is disc-shaped and that the inserts are horizontal and vertical subdivisions.