EP0568166B1 - Vakuumschaltröhre - Google Patents

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EP0568166B1
EP0568166B1 EP93250100A EP93250100A EP0568166B1 EP 0568166 B1 EP0568166 B1 EP 0568166B1 EP 93250100 A EP93250100 A EP 93250100A EP 93250100 A EP93250100 A EP 93250100A EP 0568166 B1 EP0568166 B1 EP 0568166B1
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EP
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contact
insulator
contact pieces
switching tube
vacuum
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EP0568166A3 (de
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Jörg Dipl.-Ing. Kusserow
Roman Dr.Dipl.-Phys. Renz
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H01H33/66207—Specific housing details, e.g. sealing, soldering or brazing
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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
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H01H33/66238—Specific bellows details
    • H01H2033/66246—Details relating to the guiding of the contact rod in vacuum switch belows
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    • H01H33/66238—Specific bellows details

Definitions

  • the invention is in the field of power distribution and is applicable to the design of a vacuum interrupter according to the preamble of claim 1, in which the switch contacts are directly surrounded by an insulating housing part, see e.g. GB-A-1 196 121.
  • Vacuum switches are used, which essentially consist of a vacuum interrupter as the actual switching element and a drive device, the axially movable contact piece of the vacuum interrupter being firmly coupled to the drive device.
  • the drive device is designed so that within the vacuum interrupter - depending on the switching voltage - there is a certain contact stroke in the range between about 1 to 20 mm (brochure "Medium Voltage / Vacuum Switching Technology" from Siemens AG, No. A 19 100-E 769-B 162, page 8).
  • vacuum interrupters in which the housing in the area of the contact pieces consists of a metallic hollow cylinder, which directly surrounds the contacts and to which hollow cylindrical insulators, usually made of ceramic, are soldered (DE 19 15 198), vacuum interrupters are also common, whose cylindrical housing part consists of one or two axially adjacent insulators and in which a hollow cylindrical metal shield is provided to protect the inner wall of the insulator against the precipitation of metal vapor.
  • This metal screen surrounds the contact pieces directly at a distance and is either on the insulator or attached to the interface of two insulators or to one of the two end plates of the housing (DE 25 35 150, DE 26 12 129, DE 27 25 092).
  • the invention has for its object to design the vacuum interrupter so that the insulating ability of the insulator is safely maintained without using a metal screen.
  • the invention provides that the radial distance of the insulator from the contact pieces is less than or at most equal to the contact stroke.
  • the insulator is only vaporized in a limited area.
  • the remaining unevaporated surface areas of the insulator are sufficient to maintain the required insulating capacity.
  • the vaporization of the insulator only in the area of the contact pieces can be limited in particular in the case of breaking currents in the range 12 to 25 kA by the fact that the contact pieces are designed as axial magnetic field contacts.
  • Vacuum interrupters designed according to the invention can be used in particular for vacuum interrupters which are operated in the lower power range and thus short-circuit currents up to max. 25 kA have to be switched and where it is foreseeable due to the operating conditions that they only have to withstand a small number of short-circuit current interruptions during their service life.
  • the insulator is only vaporized in a limited area, it is advisable to narrow the free cross section between the respective contact pin and the insulator in the area between the contact pieces and one or both end plates.
  • This narrowing can take place, for example, by means of a disk or by means of a plate-like part which is fastened to one or both contact bolts or to the bottom of one or both contact pieces. It is advantageous if the free cross section is narrowed to a gap width that is less than or at most equal to half the contact stroke.
  • the vacuum interrupter according to FIG. 1 has, in a manner known per se, a housing which consists of the hollow cylindrical ceramic insulator 11, the two metal end plates 12 and 13 and the bellows 14.
  • the two contact pieces 15 and 16 are arranged within the housing, the contact pins 17 and 18 of which are guided outwards and are soldered to the end plate 12 or the bellows 14 in a vacuum-tight manner.
  • the insulator 11 has a radial distance a from the contact pieces 15 and 16, which can be radial field or axial magnetic field contacts, which is chosen to be smaller than the nominal switching stroke of the axially movable contact piece 16.
  • the contact stroke of the movable switching contact 5 is about 14 mm.
  • the housing of the vacuum interrupter 10 also consists of a hollow cylindrical ceramic insulator 11, the two metal end plates 12 and 13 and the bellows 14. Inside the housing, the two contact pieces 15 and 16 are arranged, the contact pins 17 and 18 are guided to the outside.
  • the contact pieces 15 and 16 are pot contacts known per se, which are designed as axial magnetic field contacts by means of the slit provided. Instead of pot contacts (eg EP-0 155 376), other axial magnetic field contacts (eg DE 24 43 141) can also be used.
  • the inside diameter of the ceramic insulator 11 is chosen so that the radial distance a of the switching contacts 15/16 from the insulator 11 is less than or at most equal to the nominal switching stroke of the contact 16.
  • - Plate-like parts 19 and 20 are further soldered to the bottom of the contact pieces 15 and 16, which narrow the free cross section in the rear area of the two contacts 15 and 16 to a radial gap, the gap width b of which is less than or equal to half the nominal contact stroke of the Switch contact 16 is.
  • the radial distance between the two switching contacts 15 and 16 from the insulator 21 is also chosen to be smaller or at most equal to the nominal contact stroke.
  • the centering disk 22 for the bellows 14 is expanded radially, so that the remaining gap width is at most equal to half the contact stroke.
  • the ceramic insulator 21 is narrowed by an annular extension 23 to such an extent that the adjacent wall area of the insulator is securely shaded up to the end plate 12.

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

Description

  • Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Energieverteilung und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung einer Vakuumschaltröhre gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1 anzuwenden, bei der die Schaltkontakte direkt von einem isolierenden Gehäuseteil umgeben sind, siehe z.B. GB-A-1 196 121.
  • Zur Stromunterbrechung in Energieverteilungsnetzen sowie bei der Stromversorgung größerer Verbraucher werden u.a. Vakuumschalter eingesetzt, die im wesentlichen aus einer Vakuumschaltröhre als dem eigentlichen Schaltorgan und aus einer Antriebseinrichtung bestehen, wobei das axial bewegliche Kontaktstück der Vakuumschaltröhre mit der Antriebseinrichtung fest gekoppelt ist. Die Antriebseinrichtung ist dabei so ausgelegt, daß sich innerhalb der Vakuumschaltröhre - je nach Schaltspannung - ein bestimmter Kontakthub im Bereich zwischen etwa 1 bis 20 mm ergibt (Prospekt "Mittelspannung/Vakuumschalttechnik" der Siemens AG, Nr. A 19 100-E 769-B 162, Seite 8).
  • Neben Vakuumschaltröhren, bei denen das Gehäuse im Bereich der Kontaktstücke aus einem metallischen Hohlzylinder besteht, der die Kontakte direkt umgibt und an den beidendig hohlzylindrische Isolatoren, in aller Regel aus Keramik, angelötet sind (DE 19 15 198), sind auch Vakuumschaltröhren üblich, deren zylindrisches Gehäuseteil aus einem oder zwei axial aneinander angrenzenden Isolatoren besteht und bei denen zum Schutz der Innenwand des Isolators gegen den Niederschlag von Metalldampf ein hohlzylindrischer Metallschirm vorgesehen ist. Dieser Metallschirm umgibt die Kontaktstücke direkt mit Abstand und ist entweder am Isolator oder an der Nahtstelle zweier Isolatoren oder an einer der beiden Endplatten des Gehäuses befestigt (DE 25 35 150, DE 26 12 129, DE 27 25 092).
  • Bei einer weiterhin bekannten Vakuumschaltröhre (US 5 004 877) mit einem hohlzylindrischen Isolator als sich axial erstreckendes Gehäuseteil ist zwischen den Kontaktstücken und dem Isolator kein Metallschirm vorgesehen. Um wenigstens an einem Ende des Isolators den Niederschlag von Metalldampf zu unterbinden, ist dort ein Metallschirm an dem feststehenden Kontaktbolzen befestigt.
  • Ausgehend von einer Vakuumschaltröhre gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Vakuumschaltröhre so auszugestalten, daß ohne Verwendung eines Metallschirmes das Isoliervermögen des Isolators sicher aufrechterhalten wird.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemaß der Erfindung vorgesehen, daß der radiale Abstand des Isolators von den Kontaktstücken kleiner oder höchstens gleich dem Kontakthub ist.
  • Bei einer derartigen Ausgestaltung der Vakuumschaltröhre wird durch Minimierung des Abstandes zwischen den Kontaktstücken und dem umgebenden Isolator erreicht, daß der Isolator nur in einem begrenzten Bereich bedampft wird. Die verbleibenden unbedampften Oberflächenbereiche des Isolators sind dabei zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Isoliervermögens ausreichend. Die Bedampfung des Isolators nur im Bereich der Kontaktstücke kann insbesondere bei Ausschaltströmen im Bereich 12 bis 25 kA zusätzlich dadurch begrenzt werden, daß die Kontaktstücke als Axial-Magnetfeld-Kontakte ausgebildet sind. Dabei wird von der magnetischen Abschirmwirkung von Axial-Magnetfeld-Kontakten Gebrauch gemacht, die darin besteht, daß unter der Einwirkung des fließenden Stromes ein magnetischer Käfig entsteht, der das Austreten von Metalldampf aus dem Bereich zwischen den beiden Kontakten nach außen wenigstens teilweise unterbindet. - Gemäß der Erfindung ausgebildete Vakuumschaltröhren können insbesondere für Vakuumschalter eingesetzt werden, die im unteren Leistungsbereich betrieben werden und somit Kurzschlußströme bis max. 25 kA zu schalten haben und bei denen aufgrund der Betriebsbedingungen abzusehen ist, daß sie nur einer geringen Anzahl von Kurzschlußstrom-Unterbrechungen während ihrer Lebensdauer standhalten müssen.
  • Zur Unterstützung des durch die erfindungsgemäße Dimensionierung erzielten Effektes, daß der Isolator nur in einem begrenzten Bereich bedampft wird, empfiehlt es sich, den freien Querschnitt zwischen dem jeweiligen Kontaktbolzen und dem Isolator im Bereich zwischen den Kontaktstücken und einer oder beiden Endplatten einzuengen. Diese Einengung kann beispielsweise durch eine Scheibe oder durch ein tellerartiges Teil erfolgen, das jeweils an einem oder beiden Kontaktbolzen oder an der Bodenseite eines oder beider Kontaktstücke befestiqt ist. Dabei ist es von Vorteil, wenn der freie Querschnitt auf eine Spaltbreite eingeengt ist, die kleiner oder höchstens gleich dem halben Kontakthub ist. Man kann aber auch in der Weise vorgehen, daß man den Isolator im Bereich des Hinterraumes eines oder beider Kontaktstücke mit einem radial nach innen ragenden ringförmigen Ansatz versieht, wodurch der zwischen diesem ringförmigen Ansatz und der Endplatte befindliche Bereich der Isolatorwandung sicher abgeschattet ist.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren 1 bis 3 dargestellt. Dabei zeigt
    • Figur 1
    eine Vakuumschaltröhre mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und die
    Figuren 2 und 3
    zwei Ausführungsbeispiele mit zusätzlichen Merkmalen gemäß den Patentansprüchen 2 bis 5.
  • Die Vakuumschaltröhre gemäß Figur 1 weist in an sich bekannter Weise ein Gehäuse auf, das aus dem hohlzylindrischen Keramikisolator 11, den beiden metallischen Endplatten 12 und 13 und dem Federbalg 14 besteht. Innerhalb des Gehäuses sind die beiden Kontaktstücke 15 und 16 angeordnet, deren Kontaktbolzen 17 und 18 nach außen geführt und mit der Endplatte 12 bzw. dem Federbalg 14 vakuumdicht verlötet sind. Der Isolator 11 hat von den Kontaktstücken 15 und 16, bei denen es sich um Radialfeld- oder um Axial-magnetfeld-Kontakte handeln kann, einen radialen Abstand a, der kleiner als der Nennschalthub des axial beweglichen Kontaktstückes 16 gewählt ist. Dabei beträgt der Kontakthub des beweglichen Schaltkontaktes 5 etwa 14 mm.
  • Das Gehäuse der Vakuumschaltröhre 10 gemäß Figur 2 besteht ebenfalls aus einem hohlzylindrischen Keramikisolator 11, den beiden metallischen Endplatten 12 und 13 und dem Federbalg 14. Innerhalb des Gehäuses sind die beiden Kontaktstücke 15 und 16 angeordnet, deren Kontaktbolzen 17 und 18 nach außen geführt sind. Bei den Kontaktstücken 15 und 16 handelt es sich um an sich bekannte Topfkontakte, die mittels der vorgesehenen Schlitzung als Axial-Magnetfeld-Kontakte ausgebildet sind. Anstelle von Topfkontakten (z.B. EP-0 155 376) können auch andere Axial-Magnetfeld-Kontakte (z.B. DE 24 43 141) verwendet werden.
  • Der Innendurchmesser des Keramikisolator 11 ist so gewählt, daß der radiale Abstand a der Schaltkontakte 15/16 vom Isolator 11 kleiner oder höchstens gleich dem Nenn-Schalthub des Kontaktes 16 ist. - An den Boden der Kontaktstücke 15 und 16 sind weiterhin tellerartige Teile 19 bzw. 20 angelötet, die den freien Querschnitt im Hinterraum der beiden Kontakte 15 und 16 auf einen radialen Spalt einengen, dessen Spaltbreite b kleiner oder höchstens gleich dem halben Nenn-Kontakthub des Schaltkontaktes 16 ist.
  • Bei der Vakuumschaltröhre gemäß Figur 3 ist der radiale Abstand der beiden Schaltkontakte 15 und 16 vom Isolator 21 ebenfalls kleiner oder höchstens gleich dem Nenn-Kontakthub gewählt. Zur Verengung des Querschnittes im Hinterraum des Schaltkontaktes 16 ist die Zentrierscheibe 22 für den Faltenbalg 14 radial erweitert, so daß die verbleibende Spaltbreite höchstens gleich der Hälfte des Kontakthubes ist. - Im Hinterraum des Schaltkontaktes 15 ist der Keramikisolator 21 durch einen ringförmigen Ansatz 23 soweit eingeengt, daß der angrenzende Wandbereich des Isolators bis zur Endplatte 12 hin sicher abgeschattet ist.

Claims (5)

  1. Vakuumschaltröhre, deren axial beweglichem Kontaktstück (16) ein bestimmter Kontakthub zugeordnet ist und deren die Kontaktstücke (15, 16) umschließendes zylindrisches Gehäuse wenigstens einen hohlzylindrischen Isolator (11, 21) und zwei an den Stirnseiten angeordnete metallene Endplatten (12, 13) aufweist, wobei die Kontaktstücke direkt von dem Isolator umgeben sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der radiale Abstand (a) des Isolators (11) von den Kontaktstücken (15,16) kleiner oder höchstens gleich dem Kontakthub ist.
  2. Vakuumschalter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kontaktstücke (15,16) als Axial-Magnetfeld-Kontakte ausgebildet sind
  3. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 oder 2.
    dadurch gekennzeichnet,
    daß im Bereich zwischen den Kontaktstücken (15,16) und einer oder beiden Endplatten (12,13) der freie Querschnitt zwischen dem jeweiligen Kontaktbolzen (17,18) und dem Isolator (11) durch eine Scheibe oder ein tellerartiges Teil (19,20), das an dem jeweiligen Kontaktbolzen oder an der Bodenseite des Kontaktteiles befestigt ist, eingeengt ist.
  4. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der freie Querschnitt auf eine Spaltbreite (b) eingeengt ist, die kleiner oder höchstens gleich dem halben Kontakthub ist.
  5. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Isolator (21) im Bereich des Hinterraumes eines oder beider Kontaktstücke (15) einen radial nach innen ragenden ringförmigen Ansatz (23) aufweist.
EP93250100A 1992-04-29 1993-04-02 Vakuumschaltröhre Expired - Lifetime EP0568166B1 (de)

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DE4214550A DE4214550A1 (de) 1992-04-29 1992-04-29 Vakuumschaltroehre
US08/055,123 US5313030A (en) 1992-04-29 1993-04-29 Vacuum switch

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EP0568166A2 EP0568166A2 (de) 1993-11-03
EP0568166A3 EP0568166A3 (de) 1994-01-12
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