DD265254A1

DD265254A1 - Vakuumleistungsschalter

Info

Publication number: DD265254A1
Application number: DD30737387A
Authority: DD
Inventors: Wilhelm Gurr; Joerg Kusserow; Dietmar Muecksch; Gerhard Michalk
Original assignee: Elektroprojekt Anlagenbau Veb
Priority date: 1987-09-29
Filing date: 1987-09-29
Publication date: 1989-02-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines Vakuumleistungsschalter, insbesondere fuer einphasige 1623-Hz-Bahnstreckennetze. Die Anordnung und Art der Ausbildung der Kuehlkoerper eines Vakuumleistungsschalters ermoeglicht es, dass alle auftretenden Betriebsstroeme zuverlaessig unterbrochen und die an den elektrischen Anschluessen auftretenden Waermeprobleme, sicher beherrscht werden. Erfindungsgemaess wird mindestens ein Kuehlkoerper an einer Seite der Lichtbogenloeschkammer als Stromschleife grosser Oberflaeche ausgebildet und ueber die Stirnflaeche der Lichtbogenloeschkammer in Richtung der Schaltkontakte vorgeschoben.

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Vakuumleistungsschalter, insbesondere einphasige für Bahnstreckennetze, für hohe Nennströme und mit großem Schaltvermögen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, an Vakuumleistunusschaltorn für 16²/a Hz-Bahnstreckennetze zur Beherrschung der mit hohen Nennströmen beaufschlagtem Lichtbogenlöschkammern und der damit verbundenen Wänieprobleme an den elektrischen Anschlüssen Kühlkörpern vorzusehen, die an dun Stirnseiten der Schaltkammer angeordnet sind (DE-Zeitschriften-Siemens-Energietechnik 3 von 1981 Beihbft „Vakuumschalttechnik für Mittelspannung"; Beitrag Fink, Müller, Pflaum S.54-60).

Dabei ist bei den herkömmlichen Vakuumleistungsschaltern dia eingesetzte Lichtbogenlöschkammer durch einen vergrößerten Scheltraum gekennzeichnet, der durch ein zwischen den Isolierstrecken angeordnetes CrNi-Stahlrohr erreicht wird. Dieser vergrößerte Schaltraum (Bauchformbauweise) ist erforderlich, da bei der Frequenz von 16VaHz gegenüber 50Hz bei jedem Schaltvorgang ein wesentlich erhöhter Leistungsumsatz auftritt. Die eingesetzten Kühlkörper, die an den Stirnseiten der Lichtbogenlöschkammer angeordnet sind, werden zur Beherrschung der Wärmeprobleme, neben dem erforderlichen vergröberten Schaltraum, dem Nennstrom angepaßt, wodurch die Saulänge sehr groß ist. Bei den bekannten Vakuumleistungsschaltern für I6V3 Hz-Bahnstreckennetze in Rucksackbauweise weisen die Kühlkörper an den Stirnflächen Elemonte für die mechanische Befestigung der Lichtbogenlöschkammar am Schalterantrieb sowie für den elektrischen Anschluß

Bei bekannten Vakuumleistiingsschaltern in Säulenbauweise hingegen, ist der Schalterantrieb unter der Lichtbogenlöschkammer so angeordnet, daß die dem Schalterantrieb abgewandte Seite der Lichtbogenlöschkammer me» hanisch nicht mehr abgestützt werden muß.

Die vollständig mechanische Entlastung der Hüllo der Lichtbogenlöschkammer von den Reaktionskräften des Schalterantriebus wird dabei durch einen Isolierüberwurf, der die Lichtbogenlöschkammer fest umschließt, erreicht (WP DD 142405). Derartige Vakuumleistungsscheiter sind für den Einsatz in 16²/a-Bahn6t reckennetzen nicht geeignet, da die durch den hohen Leistungsanstieg bei Schaltvorgängen an der Lichtbogenlöschkammer-Hülle auftre'.endo Wärme nur ungenügend durch den Isolierüberwurf abgeführt wird.

Weiterhin ist bekannt, um die Lichtbogenlöschkammer eine vom Betriebsstrom durchflossene Stromschleife derart anzuordnen, daß ein axiales Magnetfeld im Bereich der Schaltkontakte erzeugt wird, um eine Kontraktion des Lichtbogens beim Schaltvorgong zu verhindern.

Ziel der Lrflndung

Es ist das Ziel der Erfindung, einen Vakuumleistungsschalter, insbesondere einphajige für 16²/3Hz-Bahr Streckennetze zu schaffen, bei dem ökonomisch günstig eine Erhöhung der Lebensdauer und eine Reduzierung der Barlänge erreicht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei Nennstrombetrieb und bei Kurzschlußabschaltungen in der Lichtbogenlöschkammer und an deren elektrischen Anschlüssen entstehende Wärme ausreichend abzuführen sowie eine Erhöhung der Lebensdauer der Lichtbogenlöschkammer bei Reduzierung der Länge des Vakuumleistungsschalters zu erreichen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens ein Kühlkörper an der Stirnseite der Lichtbogenlöschkammer als Stromschleife ausgebildet ist und über die Stirnfläche der Lichtbogenlöschkammer in Richtung der Schaltkontakte vorgeschoben ist. Dabei hat der Kühlkörper den Betriebsstrom derart zu führen, daß die notwendige Wärmeabführung gesichert ist und gleichzeitig

im Bereich der Schaltkontakte das erforderliche axiale Magnetfeld erzeugt wird.

In weiterer Ausgestaltung des Eifindung^gegenstandes wird d^r.r Kühlkörper an beiden Enden der Lichtbogenlöschkammer als Stromschleifo angeordnet und Ober die Stirnfläche in Ricruw.-.g der Schaltkontakte vorgeschoben, wobei die Stromführung in

beiden Kühlkörpern in gleicher Richtung zu realisieren ist, so daß jeder Kühlkörper als Bestandteil einer einheitlichen

Stromschleife mit zwei Windungen zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes im Bereich der Schalikontakte beiträgt. Durch die Art und Weise der Anordnung und Gestaltung des Kühlkörpers als Stromschleife wird die Baulänge des Vakuumleistungsschalters reduziert. Erfindungsgemäß ist bei einem oinpoligen Vakuumleistungsschalter in Säulenbauweise die Innenfläche des in Richtung der Schaltkontakte vorgeschobenen Kühlkörpers mit dem Außenmantel eines Isolierübel wurfes guter Wärmeleitfähigkeit, der die Lichtbogenlöschkammer fest umsch'ießt, spaltfrei verbunden, so daß ein guter Wärmeübergang zwischen Isollerüberwurf und Kühlkörper erzielt wird. Zur Erhöhung des Isoliervermögens des Vakuumleistungsschalters wird zwischen den potentialführenden Teilen eine Isolierstoffbarriere angeordnet. Der Kühlkörper kann erfindun jsgemäß vorteilhaft als einseitig radial geschlitztes topfförmiges Bauteil ausgebildet sein. Dieses Bauteil weist am äußeren Umfang Elemente für den elektrischen und ggf. mechanischen Anschluß, sowie Kühlrippen auf. Der Topf boden, der über eine zentrische Bohrung mit dem Kontaktbolzen der Lichtbogenlöschkammer fest verbunden ist, besitzt

vom Radialschlitz ausgehend einen weiteren Schlitz in Umfangsrichtung zur schleifonförmigen Stromführung.

Die Topfwandung ist dabei über die Stirnfläche der Lichtbogenlöschkammer in Richtung der Schaltkontakte vorgeschoben. Erfindungsgemäß ist zumindest der im Topfboden in Umfangsrichtung angeordnete Spalt mit einem wärmeleitenden Isolierstoff ausgefüllt. Autführungsbeltpiel Die Erfindung soll anhand zweier Ausfuhrungsbeispiele näher erläutert werden.

Fig.1: zeigt einen im Schnitt dargestellten einpolige.: Vakuumleis'ungsschalter in Säulenbauweise Flg. 2: zeigt die Draufsicht auf den gesamten, in der Figur 1, im Schnitt dargestellten Vakuumleistungsschalter Fig. 3: zeigt einen einpoligen Vakuumleistungsschalter in Rucksackbauweise, mit Im Schnitt dargestellten Kühlkörper Fig. 4: zeigt die Draufsicht auf den in der Figur 3 dargestellten Vakuumleiotungsschalter, wobei die Kühlkörper nicht im Schnitt dargestellt sind.

In der Figur 1 ist ein einpoliger Vakuumleistungsschalter in Säulenbauweise dargestellt.

Din Lichtbogenlöschkammer 1 ist von einem wärmeleitenden Isolierüberwurf 2 fest umschlossen, der eine völlige mechanische Entlastung der Hülle der Lichtbogenlöschkammer 1 von den Reaktionskräften des Schalterantriebes 3 bewirkt. Ein Kühlkörper 4, der im AusführungsbeispN eine topfförmige Gestalt aufweist, Ist über die Stirnfläche der Lichtbogenlöschkammer 1 in Richtung zweier Schaltkc itakte 5 vorgeschoben und besitzt eine große Oberfläche. Die Innenfläche des in Richtung de' Schaltkontakte 6 vorgeschobenen Kühlkörpers 4 liegt am Außenmantel der die Lichtbogenlöschkammer 1 umschließenden Isolierüberwurfe 2 fest *n, so daß bei Kurzschlußstromunterbrechungen infolge des hohen Leistungsumsatzes Im Hauptschirm 7 und Im Isolierüberwurf 2 der Lichtbogenlöschkammer 1 auftretende Wärme sicher abgeführt werden kann. Der Kühlkörper 4 Ist über die zentrische Bohrung im Topfboden am Kontaktbolzen β des vom Schalterantrieb 3 abgewendeten Endo der Lichtbogenlöschkammer 1 elektrisch angeschlossen und führt die Wärme, die am Kontaktbolzen β bei Nennlastbetrieb und bei Kurzschlußstromunterbrechungen entsteht, ausreichend ab. Der Kühlkörper 4 ist erfindungsgemäß alo vom Betriebsstrom durchflo88ene Stromschleife ausgebildet. Somit treten bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung untrennbar neben dem notwendigen Kühlungseffekt gleichzeitig die gewünschte Magnetfeldbeeinflussung in axialer Richtung ein. Das axiale Magnetfeld verhindert in bekannter Weise eine Kontraktion des Schaltllchtbogens, bewirkt eine geringere Lichtbogenspannung und trägt damit zur Erhöhung der Lebensdauer der Lichtbogenlöschkammer 1 bei.

Der Kühlkörper 4 ist erfindungsgemäß dabei so weit über die Stirnfläche der Lichtbogenlöschkammer 1 vorg^ schoben, daß im Bereich der Schaltkontakte £ das axial gerichtete Magnatfeld entsteht. Es ist auch möglich, den Kühlkörper 4 nicht bis In dan Bereich der Schaltkontakte 5 vorzuschieben, wenn auf ein streng axiales gerichtetes Magnetfeld verzichtet werden kann. Bei einem Magnotfeld mit rxialen und radialen Komponenten tritt entsprechend des axialen Anteile eine Kontraktion de« Schaltllchtbogens erst bei höheren Werten des Betriebestromes auf. Zur Erhöhung des Isoliervermögens de< Vakuumleistungsechalters ist am IsoDerüberwurf 2 zwischen dem Kühlkörper 4 und einem unteren elektrischen Anschluß 8, der über Strombänder 9 mit einem Schaltstift 10 der Lichtbogenlöschkammer 1 verbunden ist, eine Isolierstoff barriere 11 angeordnet.

Die Figur 2 zeigt die Draufsicht des in der Figur 1 darjestellten Vakuumleictungsschalter. Der topffcrmig ausgebildete Kühlkörper 4 weist zui schleifenförmigen Führung des Betriebsstromes einen Radialschlitz 12 und

im Topfboden einen Schlitz in Umfangsrichtung 13 auf, der vom Radialschlitz 12 ausgeht und im Topfboden blind endet.

Am äußeren Umfang des Kühlkörpers 4 sind Kühlrippen 14 und ein oberer Anschluß 15 des einpoligen Vakuumleistungsschalters angeordnet. Zur Verbesserung der Kühlwirkung ict der Schlitz in Umfangsrichtung 13 mit einem

wärmeleitenden holierstoff ausgefüllt.

In der Figur 3 ist ein einpoliger Vakuumleistungsschalter in Rucksackbauweise dargestellt, wobei die topfförmig gestalteten Kühlkörper 4a und 4b im Schnitt gezeigt sind. Die Kühlkörper 4a und 4 b sind an beiden Enden der Lichtbogenlöschkammer 1 in Zylinderbauweise über die Stirnflächen in Richtuno der Schaltkontakto 5 vorgeschoben und als Stromschleifen ausgebildet. Die Stromführung erfolgt in beiden Kühlkörpern 4a und 4b in gleicher Richtung, so daß beide Kühlkörper 4a und 4b als Bestandteil einer einheitlichen Stromschleife mit zwei Windungen zur Erzeugung eines weitgehend axialen Magnetfeldes im Bereich der Schaltkontskte S beitragen. Der gleichsinnige Stromvorlauf in den beiden Kühlkörpern 4 a und 4 b wird dadurch erziolt, daß eine konstruktiv gleiche Gestaltung des Radialschlitzes 12 und des Schi'tzes in Umfangrichtung 13 in den Kühlkörpern 4a und 4b vorgenommen wird. Der Kühlkörper 4a ist über eine zeritrische Bohrung im Topfboden an den Kontaktbolzen 6 der Lichtbogenlöschkammer 1

elektrisch angeschlossen und mechanisch befestigt. D*r Kühlkörper 4& ist über ein flexibles Stromband 9 an den beweglichen

Schaltstift 10 der Lichtbogenlöschkammer 1 elektrisch angeschlossen, wobei der Anschluß 9 an den Seitenflächen des Kühlkörpers 4b erfolgt, so daß der Betriebsstrom den erforderlichen schleifenförmigen Verlauf nimmt. Dio mechanische Befestigung des Kühlkörpers 4b an der Lichtbogenlöschkammer 1 erfolgt über eine Isolierscheibe 16. Die Lichtbogenlöschkammer 1 mit den beiden Kühlkörpern 4a und 4b ist über zwei Isolierstützer 17 mit dem Schalterantrieb

mechanisch verbunden. Die Bewegung des Schalterstiftes 10 erfo gt über eine Hebelverbindung 18.

Die Figur 4 zeigt die Draufsicht des in der Figur 3 dargestellton Vakuumleistungsschalters. Der Kühlkörper 4a weist wie bei in der Figur 2 dargestellt einen Radialschlitz 12 und im Topfboden einen Schlitz in Umfangsrichtung 13 auf, der vom Radialschlitz 12 ausgeht und blind endet. An den zwei gegenüberliegenden Flächen des Kühlkörpers 4a sind die Kühlrippen 14 angeordnet. Die beiden verbleibenden

gegenüberliegenden Flächen des Kühlkörpors 4a dienen zur Befestigung des oberen elektrischen Anschlusses 15 des

Vakuumleistungsschalters und zur Befestigung des Isolierstützers 17. Der Kühlkörper 4 b, in Figur 3 dargestellt, weist die gleiche konstruktive Ausführung wie der Kühlkörper 4 a auf, so daß die beiden Kühlkörper 4a und 4 b austauschbar sind. Am Kühlkörper 4b befindet sich an der durch den Radialschlitz 12 zweigeteilten Fläche

der untere elektrische Anschluß 8 des Vakuumleistungsschalters sowie der elektrische Anschluß des Strombandes 9 (in der Figur4 verdeckt durch den oberen elektrischen Anschluß 15 des Vakuumleistungsschalters).

Durch die in den Ausführungsbeispielen dargestellten einpoligen Vakuurnleistungsschalter geht hervor, daß bei voller Beherrschung der Kühlungsprobleme eine ökonomisch günstige Erhöhung der Lebensdauer bei einer Reduzierung der Baulänge erreicht wird. Über die in den Ausführungsbeispielen dargestellten einpoligen Vakuumleistungsschalter für Bahnstrockennetze hinaus, ist die Anordnung und Ausbildung der Kühlkörper in der beschriebenen Art und Weise auch bei Lokomotivschaltern und bei 50Hz-Schaltern für hohe Nennströmo und hoher Kurzschljß-Ausschaltströme bei großer Schalthäufigkeit anwendbar.

Claims

1. Vakuumleistungsschalter, insbesondere einphasige für 16²/jHz-Bahnstreckennetze, bestehend aus einem Schalterantrieb, einer Lichtbogenlöschkammer mit Kühleinrichtung und einer um die Lichtbogenlöschkammer geführten Stromschleife, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens ein Kühlkörper (4), der zusätzlich als vom Betriebsstrom durchf lossene Stromschleife ausgebildet, über die Stirnfläche der Lichtbogenlöschkammer (1) in Richtung der Schaltkontakte vorgeschoben ist.

2. Vakuumleistungsschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Kühlkörper (4) an beiden Enden der Lichtbogenlöschkammer (1) als vom Betriebsstrom durchflossene Stromschleife angeordnet ist, deren Stromführung im gleichen Richtungssinn erfolgt, so daß beide Kühlkörper (4) Bestandteile einer einheitlichen Stromschleife mit zwei Windungen sind.

3. Vakuumleistungsschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Innenfläche des in Richtung der Schaltkontakte (7) vorgeschobener Kühlkörper (4) an Außenmantel eines die Lichtbogenlöschkammer (1) umschließenden und mit dem Schaltantrieb (3) starr verbundenen Isolierüberwurf (2), gutar Wärmeleitfähigkeit, fest anliegt.

4. Vakuumleistungsschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Kühlkörper (4) als ein einseitig radial geschlitztes topfförmiges Bauteil mit am äußeren Umfang angeordneten Anschlußeiomenten (8 bzw. 15) und Kühlrippen (14) ausgebildet ist, wobei der über eine zentrische Bohrung (19) mit dem Kontaktbolzen (6) der Lichtbogenlöschkammer (1) fest verbundene Topfboden zusätzlich einen vom Längsschlitz (12) ausgehenden blind endenden Schlitz (13) in Umfangsrichtung aufweist und die Topfwandung in Richtung der Schaltkontakte (7) vorgeschoben ist.

5. Vakuumleistungsschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Isolierüberwurf (2) zwischen den potentialführenden Teilen wenigstens eine Isolierstoffbarriere (11) enthält.

6. Vakuumleistungsschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die im Kühlkörper (4) angeordneten Schlitze (12 und 13) mit einem wärmeleitenden Isolierstoff ausgefüllt sind.