EP1292959A1 - Vacuum interrupter with two contact systems - Google Patents
Vacuum interrupter with two contact systemsInfo
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Definitions
- Figure 1 shows a vacuum holding tube with two pieces
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Abstract
Description
Beschreibungdescription
Vakuumsehaltröhre mit zwei KontaktsystemenVacuum holding tube with two contact systems
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalter und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung einer Vakuumschaltröhre anzuwenden, bei der zur Ausübung der Funktionen "Schalten", "Trennen" und "Erden" das Gehäuse drei Kontakte enthält und einen Erdungsanschluss aufweist, der als ein me- tallener Bereich des Gehäuses ausgebildet ist.The invention is in the field of electrical switches and is applicable to the design of a vacuum interrupter in which the housing contains three contacts to perform the functions "switching", "disconnecting" and "grounding" and has a grounding connection which acts as a me - Tallenes area of the housing is formed.
Bei einer bekannten Vakuumschaltröhre dieser Art besteht der metallene Teil des Gehäuses aus einem Zylinder, in den stirnendig ringscheibenförmige Isolatoren eingesetzt sind. Beide Isolatoren werden von jeweils einem Stromzuführungsbolzen eines ersten, konzentrisch zur Achse des Gehäuses angeordneten KontaktSystems axial durchdrungen, wobei der Stromzuführungs- bolzen des feststehenden Kontaktes des ersten Kontaktsystems mit dem einen Isolator vakuumdicht verlötet ist. Der Stro zu- führungsbolzen des bewegbaren Kontaktes des ersten Kontaktsystems ist bewegbar durch eine Bohrung des anderen Isolators hindurchgeführt. Der rückwärtige Teil des bewegbaren Kontaktes des ersten Kontaktsystem bildet zugleich den bewegbaren Kontakt eines koaxial zum ersten Kontaktsystem angeordneten zweiten Kontaktsystems, dessen feststehender Kontakt ringscheibenförmig ausgebildet und im Randbereich mit dem metallenen Teil des Gehäuses verbunden ist. An dem einen Ende dieses Gehäuses ist ein Erdungskontakt angeordnet. - Dem ersten Kontaktsystem ist noch eine Abschirmung zugeordnet, die aus einem Zylinder besteht, welcher sich über ein ringförmigesIn a known vacuum interrupter of this type, the metal part of the housing consists of a cylinder, in which end-plate-shaped insulators are inserted. Both insulators are axially penetrated by a current supply pin of a first contact system arranged concentrically to the axis of the housing, the current supply pin of the fixed contact of the first contact system being soldered vacuum-tight to the one insulator. The Stro feed pin of the movable contact of the first contact system is movably guided through a hole in the other insulator. The rear part of the movable contact of the first contact system also forms the movable contact of a second contact system arranged coaxially to the first contact system, the fixed contact of which is designed in the form of an annular disk and is connected in the edge region to the metal part of the housing. A grounding contact is arranged at one end of this housing. - The first contact system is still assigned a shield, which consists of a cylinder, which is over an annular
Isolierstück am metallenen Zylinder abstützt (DE 20 37 234 AI) . Für Mittelspannungsschaltanlagen ist weiterhin ein Lasttrennschalter bekannt, bei dem wenigstens zwei Kontaktpaare in einem gemeinsamen Vakuumgefäß angeordnet sind und bei dem die Kontaktpaare durch spezielle Abschirmungen plasmaphysikalisch voneinander getrennt sind. Hierzu können je Kontaktpaar zwei koaxiale Abschirmzylinder eingesetzt sein, deren Zylinderwände sich in axialer Richtung überlappen. Die Abschirmzylinder sind dabei mit je einem der Kontakte des zugehörigen Kontaktpaares elektrisch leitend verbunden. - Jedem Kontaktpaar kann weiterhin ein Masse-Kontakt zugeordnet sein, auf den der bewegliche Schaltkontakt schaltbar ist. Hierbei ist der bewegliche Schaltkontakt in drei Schaltstellungen fixierbar (DE 33 04 803 AI) .Support the insulating piece on the metal cylinder (DE 20 37 234 AI). For medium-voltage switchgear, a load break switch is also known, in which at least two contact pairs are arranged in a common vacuum vessel and in which the contact pairs are separated from one another in terms of plasma physics by special shields. For this purpose, two coaxial shielding cylinders can be used for each contact pair, the cylinder walls of which overlap in the axial direction. The shielding cylinders are each electrically conductively connected to one of the contacts of the associated contact pair. - Each contact pair can also be assigned a ground contact to which the movable switch contact can be switched. The movable switch contact can be fixed in three switch positions (DE 33 04 803 AI).
Ausgehend von einer Vakuumschaltröhre mit den Merkmalen desStarting from a vacuum interrupter with the characteristics of
Oberbegriffes des Patentanspruches 1 (DE 20 37 234) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine den praktischen Bedürfnissen wie einfacher Aufbau und kostengünstige Herstellung genügende konstruktive Ausgestaltung zu schaffen.The preamble of claim 1 (DE 20 37 234) is the object of the invention to provide a constructive configuration which meets practical needs such as simple construction and inexpensive manufacture.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung zunächst vorgesehen, dass das erste Kontaktsystem Radial- oder Axial- Magnetfeld-Kontaktstücke und das zweite Kontaktsystem jeweils mittels eines Kontaktträgers angeordnete ringscheibenförmige Kontaktstücke aufweist, wobei der Kontaktträger des einen ringscheibenförmigen Kontaktstückes an der Bodenseite des bewegbaren Radial- oder Axial-Magnetfeld-Kontaktes angeordnet ist und der Kontaktträger des anderen ringscheibenförmigen Kontaktstückes den Erdanschluss bildet; weiterhin sind die beiden Isolatoren rohrförmig ausgebildet und unter Zwischenschaltung des Erdungsanschlusses stirnseitig miteinander verbunden, wobei der eine Isolator das erste Kontaktsystem und im wesentlichen auch den bewegbaren Kontakt des zweiten Kon- taktsystems umgibt; schließlich ist die Abschirmung zwecks plasmaphysikalischer Trennung des ersten Kontaktsystems von dem zweiten Kontaktsystem als labyrinthartiges Schirmsystem ausgebildet, welches aus einem das erste Kontaktsystem umge- benden Rohr besteht, das mit dem an dem beweglichen Kontakt angeordneten Kontaktträger des ringscheibenförmigen Kontaktes eine Kappe bildet.To achieve this object, it is initially provided according to the invention that the first contact system has radial or axial magnetic field contact pieces and the second contact system each has ring-shaped contact pieces arranged by means of a contact carrier, the contact carrier of the one ring-shaped contact piece on the bottom side of the movable radial or axial magnetic field contact is arranged and the contact carrier of the other annular disk-shaped contact piece forms the ground connection; Furthermore, the two insulators are tubular and are connected to one another at the end with the interposition of the ground connection, one insulator being the first contact system and essentially also the movable contact of the second contact. clock system surrounds; Finally, for the purpose of plasma-physical separation of the first contact system from the second contact system, the shielding is designed as a labyrinth-like shield system which consists of a tube surrounding the first contact system, which forms a cap with the contact carrier of the ring-shaped contact arranged on the movable contact.
Bei einer derartigen Ausgestaltung der Vakuumsehaltröhre kön- nen für den Aufbau und die Herstellung der Schaltröhre überwiegend übliche Bauteile sowie übliche Fertigungsmaßnahmen eingesetzt werden, so dass sich die Vakuumsehaltröhre wirtschaftlich herstellen lässt. Die Verwendung von Magnetfeld- Kontaktstücken und die vorgesehene Ausgestaltung der Abschir- mung gewährleisten dabei die elektrische Leistungsfähigkeit der Schaltröhre.With such a configuration of the vacuum holding tube, mostly customary components as well as usual manufacturing measures can be used for the construction and manufacture of the switching tube, so that the vacuum holding tube can be manufactured economically. The use of magnetic field contact pieces and the intended design of the shield ensure the electrical performance of the switching tube.
Die Verwendung von rohrförmig ausgebildeten Isolatoren, insbesondere Keramikisolatoren, ist für Vakuumschaltröhren an sich gebräuchlich, ebenso die Ausgestaltung der Kontaktstücke als Radial- oder Axial-Magnetfeld-Kontakte (EP 0 155 376 Cl, DE 25 27 319 AI) .The use of tubular insulators, in particular ceramic insulators, is common for vacuum interrupters, as is the configuration of the contact pieces as radial or axial magnetic field contacts (EP 0 155 376 Cl, DE 25 27 319 AI).
Da das zweite Kontaktsystem nur für die notwendige Einschalt- festigkeit ausgelegt sein uss, genügt für die entsprechenden Kontaktstücke eine einfache Platten- oder Ringscheibengeometrie; als einschaltfestes Kontaktmaterial kommt vorzugsweise ein Werkstoff auf der Basis Kupfer/Chrom zur Anwendung. - Gegebenenfalls kann - zur weiteren konstruktiven Vereinfa- chung - der Kontaktträger des bewegbaren Kontaktstückes einstückig mit dem das erste Kontaktsystem umgebenden Rohr ausgebildet sein. Hierbei besteht auch die Möglichkeit, dass der Kontaktträger - bei entsprechender Formgebung - zugleich das bewegbare, ringscheibenförmige Kontaktstück bildet.Since the second contact system must only be designed for the required switch-on strength, a simple plate or washer geometry is sufficient for the corresponding contact pieces; A material based on copper / chromium is preferably used as the contact-proof contact material. - If necessary - for further constructional simplification - the contact carrier of the movable contact piece can be formed in one piece with the tube surrounding the first contact system. There is also the possibility that the contact carrier - with the appropriate shape - also forms the movable, ring-shaped contact piece.
Um den labyrinthartigen Charakter der Abschirmung zu betonen, empfiehlt es sich, den Abstand des Rohres von dem das Kontaktsystem umgebenden Isolator kleiner als den Abstand des Rohres von dem ersten Kontaktsystem zu wählen.In order to emphasize the labyrinthine character of the shield, it is advisable to choose the distance of the tube from the insulator surrounding the contact system to be smaller than the distance of the tube from the first contact system.
Zwei Ausführungsbeispiele der neuen Vakuumschaltröhre sind in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Dabei zeigtTwo embodiments of the new vacuum interrupter are shown in Figures 1 and 2. It shows
Figur 1 eine Vakuumsehaltröhre mit zweistückig ausgebildeterFigure 1 shows a vacuum holding tube with two pieces
Abschirmung und Figur 2 eine Vakuumschaltröhre mit einstückig ausgebildeter Abschirmung .Shielding and Figure 2 is a vacuum interrupter with one-piece shielding.
Figur 1 zeigt eine Vakuumschaltröhre, die im wesentlichen ein Gehäuse 10, ein erstes Kontaktsystem 22, ein zweites Kontaktsystem 25 und eine Abschirmung 30 aufweist.FIG. 1 shows a vacuum interrupter, which essentially has a housing 10, a first contact system 22, a second contact system 25 and a shield 30.
Das Gehäuse 10 besteht aus Isolier-und Metall-Teilen. Zwei rohrförmige Keramikisolatoren 11 und 12 sind koaxial zueinander angeordnet und unter Zwischenschaltung eines metallenen Teiles 13 miteinander verbunden. Das metallene Teil 13 bildet den Erdungskontakt der Vakuumschaltröhre und ist hierzu als konzentrisch zur Achse A des Gehäuses angeordnetes kurzes, dickwandiges Rohrstück 14 mit radial verlaufendem Anschluss- flansch 15 ausgestaltet. Das Rohrstück 14 bildet einen ringförmigen Kontaktträger für ein ringscheibenförmiges Kontaktstück 16. - An den Anschlussflansch 15 sind beidseitig nicht näher bezeichnete ringförmige Winkelstücke angelötet, die als Verbindungsteile zur Verbindung des metallenen Teiles 13 mit den Keramik-Isolatoren 11 und 12 mittels einer Schneidenlö- tung dienen. Das Gehäuse 10 weist weiterhin eine metallene obere Deckplatte 17 und eine metallene untere Deckplatte 18 auf, die jeweils mittels einer Schneidenlötung mit dem Keramik-Isolator 11 bzw. dem Keramik-Isolator 12 verlötet sind. An die untere Deckplatte 18 ist noch das eine Ende eines Faltenbalges 19 angelötet, der mit seinem anderen Ende mit einem Stromzuführungsbolzen 20 verlötet ist.The housing 10 consists of insulating and metal parts. Two tubular ceramic insulators 11 and 12 are arranged coaxially to one another and connected to one another with the interposition of a metal part 13. The metal part 13 forms the ground contact of the vacuum interrupter and is designed for this purpose as a short, thick-walled pipe section 14 arranged concentrically with the axis A of the housing and having a radially extending connecting flange 15. The pipe section 14 forms an annular contact carrier for an annular disk-shaped contact piece 16. Ring-shaped angle pieces, which are not specified in more detail on both sides, are soldered to the connecting flange 15 and serve as connecting parts for connecting the metal part 13 to the ceramic insulators 11 and 12 by means of a cutting solution , The housing 10 also has a metal upper cover plate 17 and a metal lower cover plate 18, each of which is soldered to the ceramic insulator 11 or the ceramic insulator 12 by means of cutting edge soldering. One end of a bellows 19 is soldered to the lower cover plate 18 and is soldered at its other end to a power supply pin 20.
Der Stromzuführungsbolzen 20, der bewegbar durch die untereThe power supply pin 20, which is movable through the lower
Deckplatte 18 hindurchgeführt ist, trägt an seinem obere Ende das bewegbare Kontaktstück 21 des ersten Kontaktsystems, welches zum Schalten von Strom und Spannung vorgesehen ist. Koaxial zum bewegbaren Kontaktstück 21 ist ein feststehendes Kontaktstück 23 angeordnet, das mittels eines Stromzuführungsbolzens 24 an der oberen Deckplatte 17 befestigt ist.Cover plate 18 is passed, carries at its upper end the movable contact piece 21 of the first contact system, which is provided for switching current and voltage. A stationary contact piece 23 is arranged coaxially with the movable contact piece 21 and is fastened to the upper cover plate 17 by means of a power supply bolt 24.
Der Stromzuführungsbolzen 20, der durch das den Erdungskontakt bildende metallene Teil 13 hindurchgeführt ist, trägt auch den bewegbaren Kontakt des zweiten Kontaktsystems 25.The power supply pin 20, which is passed through the metal part 13 forming the ground contact, also carries the movable contact of the second contact system 25.
Hierzu ist auf der Rückseite des bewegbaren Kontaktes 21 ein flacher, topfartiger, dickwandiger Kontaktträger 26 angeordnet, der eine ringscheibenf rmige Kontaktscheibe 27 trägt. Die Anordnung des Kontaktträgers 26 ermöglicht es, dem ersten Kontaktsystem eine Abschirmung zuzuordnen, die aus einem mit dem Kontaktträger 26 verbundenen Rohrstück 31 besteht. Dadurch wird ein Schirmsystem gebildet, das kappenartig das erste Kontaktsystem 22 überdeckt. Dabei ist der Abstand Sl des Rohrstückes 31 von dem das erste Kontaktsystem 22 und das zweite Kontaktsystem 25 umgebenden Keramik-Isolator 11 größer als der Abstand S2 des Rohres 31 von dem Kontaktsystem 22 gewählt, wodurch ein labyrinthartiges Schirmsystem gebildet ist, welches das erste Kontaktsystem 22 vom zweiten Kontaktsystem 25 plasmaphysikalisch trennt.For this purpose, a flat, pot-like, thick-walled contact carrier 26 is arranged on the back of the movable contact 21, which carries an annular disk-shaped contact disk 27. The arrangement of the contact carrier 26 makes it possible to assign a shield to the first contact system, which consists of a tube piece 31 connected to the contact carrier 26. A shield system is thereby formed, which covers the first contact system 22 in a cap-like manner. The distance S1 of the pipe section 31 from the ceramic insulator 11 surrounding the first contact system 22 and the second contact system 25 is selected to be greater than the distance S2 of the pipe 31 from the contact system 22, thereby forming a labyrinth-like screen system which physically separates the first contact system 22 from the second contact system 25.
Bei dem ersten Kontaktsystem 22 sind die Kontakte 21 und 23 als Axial-Magnetfeld-Kontakte ausgebildet; die Kontakte des zweiten KontaktSystems sind als einfache Ringscheiben 16 und 27 ausgebildet und bestehen aus einem Cu-Cr-Werkstoff .In the first contact system 22, the contacts 21 and 23 are designed as axial magnetic field contacts; the contacts of the second contact system are designed as simple washers 16 and 27 and consist of a Cu-Cr material.
Figur 2 zeigt ausschnittsweise eine Vakuumsehaltröhre, die gegenüber Figur 1 bezüglich der Ausgestaltung des zweiten KontaktSystems und der Abschirmung variiert ist. Dabei ist der feststehende, den Erdungsanschluss 34 bildende Kontakt des zweiten Kontaktsystems als mit einem Anschlussflansch 35 versehene Ringscheibe ausgebildet, auf die ein ringscheiben- förmiges Kontaktstück 36 aufgesetzt ist. - An der Rückseite des bewegbaren Kontaktstückes 21 des ersten Kontaktsystems ist eine das erste KontaktSystem umgebende Kappe 37 angeordnet, deren Bodenbereich 38 so geformt ist, dass eine ringförmige Schulter 39 gebildet ist. Diese Schulter kann selbst den bewegbaren Kontakt des zweiten Kontaktsystems bilden oder in ähnlicher Weise wie der Erdungskontakt 34 mit einem kreisringförmigen Kontaktstück belegt sein. - Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet der Bodenbereich 38 der Kappe 37 zugleich den Kontaktträger für den bewegbaren Kontakt des zweiten Kontaktsystems. Die Seitenwand 40 der Kappe ist zylindrisch ausgebildet und bildet zusammen mit dem Bodenbereich 38 die Abschirmung. FIG. 2 shows a section of a vacuum holding tube, which is varied compared to FIG. 1 with regard to the design of the second contact system and the shielding. The fixed contact, which forms the grounding connection 34, of the second contact system is designed as an annular disk provided with a connecting flange 35, onto which an annular disk-shaped contact piece 36 is placed. - On the back of the movable contact piece 21 of the first contact system there is a cap 37 surrounding the first contact system, the bottom area 38 of which is shaped such that an annular shoulder 39 is formed. This shoulder can itself form the movable contact of the second contact system or can be provided with an annular contact piece in a manner similar to the ground contact 34. - In this embodiment, the bottom region 38 of the cap 37 also forms the contact carrier for the movable contact of the second contact system. The side wall 40 of the cap is cylindrical and together with the bottom area 38 forms the shield.
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