CH185256A

CH185256A - Lichtbogenstromrichter mit Elektrodenkühlung.

Info

Publication number: CH185256A
Authority: CH
Inventors: Elektricitaets-Gese Allgemeine
Original assignee: Aeg
Priority date: 1933-12-02
Filing date: 1934-11-28
Publication date: 1936-07-15

Description

Zichtbogenstromrichter mit Elektrodenkühlnng. Bei Funkensstreckenanordnungen, .die zur Umformung elektrischer Spannungen benutzt werden (Lichtbogenstromrichter) brennt perio disch ein Lichtbogen zwischen Metallelektro den. Die Funkenstrecke wird zur Kühlung des Lichtbogens, sowie zur Entionisierung des Elektrodenzwischenraumes nach der Lö schung des .Stromes, mit einem Gas geblasen.

In dem Lichtbogenkanal und im Anoden- und Kathodenfall, also in !der Nähe der Lichtbogenfusspunkte, entsteht Wärme, die zum Teil durch das strömende Gas abgeführt wird und zum andern Teil in,die Elektroden übergeht. Damit bei Dauerbetrieb mit grosser Stromstärke die Elektroden nicht übermässig erhitzt werden, ist es nötig, dass die Wärme kontinuierlich aus den Elektroden abgeführt wird.

Die Wärmeabfuhr kann durch strö- mende Flüssigkeit, durch ,strömende Luft oder durch verdampfende Flüssigkeit erfol gen. Es ist nun erwünscht, dass die Wärme aus den Elektroden derart abgeführt wird, dass alle Teile der Elektroden genügend ge kühlt sind. Die Erfindung -ermöglicht dies dadurch, da,ss ,die Kühlmittelleitkörper für die vom Lichtbogen berührten, auswechselbaren Teile der Elektroden derart angeordnet und be messen sind,

dass im Betriebe sämtliche Teile ,der Elektroden angenähert die .gleiche Tem peratur besitzen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform veransehau- licht.

MitA ist eine Ringelektrode und mit B die Ge@genpolelektrode eines Lichtbogenven- tils bezeichnet. C ist das zweite Elektroden paar des Lichtbogenventils in Ansicht.

Bei ;dem dargestellten Ausführungsbei spiel wird Flüssigkeitskühlung angewandt. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit ist an denjenigen Stellen der Elektroden, die durch die Lichtbogenwärme stärker beansprucht sind, erhöht.

Eine Erhöhung :der Geschwindigkeit an denjenigen :Stellen, die durch ,die Licbtboigen- wärme besonders stark beansprucht sind, kann durch die Führung der Flüssigkeit in Spiralform oder in Schlangenform dadurch erzielt werden, :

dass der Querschnitt der spiralförmigen oder schlangenförmigen Kühl- mittelkanäle sich fortschreitend an diesen Stellen der Elektroden verkleinert.

Zur praktischen Verwirklichung einer derartigen Flüssigkeitsführung können bei- spielsweise auf der Rückseite der. Elektroden schlangenförmige Kühlrohre befestigt wer den.

In diesem Falle muss aber natürlich da für ,gesorgt werden, :dass der Wärmeübergang zwischen :den Kühlrohren und den zu külhlen- ,den Elektrodentenlen nicht durch wIrmeiso- lierende Stoffe, wie zum Beispiel Luft, er schwert wird. Besser ist es :

daher, wenn in die Elektroden selbst derartige Kühlschlan gen eingebaut werden, wie dies zum Beispiel bei Gusselektroden ohne weiteres möglich wäre.

In Rücksicht auf die Auswechselbarkeit der dem Abbrand unterworfenen Teile ist es vorteilhaft, jede Elektrode in zwei Teile auf- zuteilen. In :diesem Falle können dann zur Führung der Flüssigkeit auf den einander zugewandten Oberflächen der beiden Teile Rippen angebracht werden.

Hierbei kann am leichtesten dafür gesorgt werden, dass die Flüssigkeit in der Nähe der besonders war men Stellen der Elektroden vorbeiströmt.

Eine derartige Anordnung zeigt,die Ab- bildung. Gag n :die Ringelektrode A ist :der KörperD gegengesetzt. Auf dem KörperD sind ringförmige Rippen mit entsprechenden Durchlässen .angebracht, so dass nach dem Zusammensetzen der TeileA undD Kanäle gebildet werden, durch welche die Kühlflüs- sigkeit geführt wird.

In ähnlicher Form ge schieht idies bei der Gegenpolelektrode B, die mit :dem Kühlflüssiggkeitsführungskörper E zusammengesetzt ist. Die Zu- und Ab- führung der Flüssigkeit geschieht bei der Ringelektrode :durch die Rohre h' (von denen nur eines gezeichnet ist), bei der Gegenpol elektrode durch ,die Rohre G.

Die beiden zur gühlflüssigkeitsführung zusammengesetzten Teile sind so ausgebildet, dass nur,die Teile A und B ,dem -Lichtbogen :ausgesetzt sind und dementsprechend nach längerer Betriebs dauer ausgewechselt werden müssen.

Damit diese Auswechslung ohne Schwie rigkeiten erfolgen kann und anderseits eine gute Dichtung vorhanden ist, sind :die Teile A undD an der obern Verbindungsstelle a miteinander verschraubt.

Sie können daher als Ganzes aus der Lichtbogenkammer herausgenommen, der vom Abbrand angegriffene Teil A durch einen neuen Teil A ersetzt und die nach Verschrau- bung wieder ein Ganzes bildenden Teile A und D wieder in die Lichtbogenkammer ein gebaut werden.

Die Teile A und D bezw. B und E können aber auch :durch Muttern mit einander verschraubt werden, wie dies bei den Teilen B und E durch die Ü:berwurf- mutter 1J und beiden TeilenA und D durch :die Mutter J vorgenommen ist. Die Dich tung der Elektrodenteile kann @durch nach trägliches Verlöten oder Drücken erfolgen.

Dies wäre aber ziemlich umetändlich. Es, ist ,deshalb zweckmässiger, wenn die Dichtung zwischen :den beiden Elektrodenteilen durch Dichtungs lächen am auswechselbaren Teil, :dessen Metall weicher ist, oder :durch Druck- kanten an :

den Teilen aus weicherem Material oder durch eingelegte Bleidichtungen erfolgt. Eine :derartige Druckkantendichtung ist bei .der Ring- und der Geigenpolelektrode in der Abbildung bei b und c gezeigt. Es ist dabei angenommen, ,dass :der Teil A bezw. :

der Teil B aus weicherem Material besteht als die Teile D bezw. E (in den meisten Fällen wer den diese Teile, die :dem Lichtbogen aus- gesetzt ,sind, schon aus Abbrandgründen aus Kupfer oder Silber oder Legierungen :dieser Metalle, also aus weichen Metallen, bestehen).

Bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung wird zwischen den Teilen B und A etwa an :der iStelle 1 gezündet, so dass sich ein Fusspunkt,des Lichtbogens auf dem Teil A und der andere Fusspunkt des Lichtbogens auf dem Teil B befindet.

Durch einen zwi- o len Teilen A undB in Richtung :des s 'hen c eingezeichneten Pfeils strömenden Gasetrahl werden die auf den Teilen A undB befind lichen Fusspunkte zur Offnung ,des Teils A hingetrieben.

Der auf dem Teil B befind liche Fusspunkt wandert. hierbei. von der Stelle 1 zur Stelle 2. Der auf dem Teil A befindliche Fusspunkt wandert von der Stelle 1 zur Stelle 3 und springt dann auf die ge genüberliegende Hauptelektrode, das heisst auf .den gegenüberliegenden Teil B (Stelle 5) über. Die Fusspunkte befinden .sich dann auf den teilen B und der Lichtbogen brennt zwi schen den Hauptelektroden, :das heisst also zwischen den Teilen B.

Aus der vorangehen den Schilderung der Vorgänge ersieht man, da,ss der Lichtbogenfusspunkt an der Stelle 3 nur kurze Zeit sich befindet, :da er durch den Gasstrahl von :der Stelle 3 zur Stelle 5 ge trieben wird.

Durch :die beschriebene Anordnung, dass jede Elektrode zur Unterbringung der Flüs- sigkeitskühlung in zwei Teile geteilt wird, ergibt sich .die Schwierigkeit"dass verhältnis mässig viel Platz benötigt wird, so,dass unter Umständen der Nachteil eintreten könnte, dass die Führung des magnetischen Flusses, der zur liotation des Lichtbogens zweck mässigerweise verwendet wird, erschwert wird.

Dieser Nachteil kann dadurch behoben werden, :dass Eisen (.in einer für das magne tische Feldbild geeigneten Form) in :die aus- wechselbaren Elektrodenteile eingebettet ist (zum Beispiel Teil K) oder in die Flüssig- keitsführungskörper (zum Beispiel Teil L) eingesetzt ist, oder dass die Flüs:sigkeitsfüh- rungskörper ganz oder zum Teil derart aus Eisen bestehen, :

dass besonderes Magneteisen zur richtigen Führung des magnetischen Flusses nicht nötig ist. Ein derartiges Bei spiel ist bei Teil D veranschaulicht. (Dabei. ist vorausgesetzt, dass :die Teile M, N und 0 ebenfalls aus Eisen bezw. aus permanenten Magneten bestehen.) Weiterhin ist zu erwähnen, dass :

der Zu- sarrimenbau der Elektroden bei der geschil- derten Art der Flüssigkeitskühlung :dadurch. sehr einfach ,gestaltet werden kann, @dass :

die dem Abbrand ausgesetzten Elektrodenteile durch die Flüssigkeitsführungsteile getragen werden. Bei. dem in der Abbildung dar- gestellten Lichtbogenstromriehter wird zum Beispiel :die Ringelektrode A dureh :den Füh rungsteil D bezw. :

durch das Verbindungs- rohr P gehalten bezw. mit dem Boden :der Lichtbogenkammer verbunden. Die Gegen polelektrode B wird durch den Flüssigkeits- führungsteil E getragen und durch den Ge- genpolträger M ebenfalls mit dem Boden der Lichtbogenkammer verbunden.

Bei .dem in der Abbildung :dargestellten Ausführungsbeispiel sind ,die Kühlmittelleit- körper D und E für die vom Lichtbogen .be- rührten, :auswechselbaren Teile !der Elektro den so angeordnet und bemessen, dass im Be- trieb sämtliche Teile der Elektroden an genähert die gleiche Temperatur besitzen.

Bei der Verwendung von Luft- bezw. Gasströmen zur Kühlung der Elektroden werden zweckmässig die vom Luft- bezw. Gasstrom berührten Oberflächen der Wärme- leitkörper gross bemessen und die Elektroden so ausgebildet, dass von .den vom Lichtbogen berührten Stellen :der Elektroden :zu den Wärmeleitkörpern eine gute Wärmeleitung vorhanden ist.

Als Wärmeleitkörper werden Rippen oder Flügel vorgesehen. Diese kön nen unmittelbar an den auswechselbaren Elektrodenteilen befestigt sein, wenn zum Beispiel die Elektroden aus gegossenem, ge spritztem oder gestanztem Material bestehen. Anderseits ist es aber auch möglich, die Kühlflächen an einem besonderen Elektro- denträger vorzusehen.

In diesem Fall muss jedoch besonders darauf geachtet werden, :dass die auswechselbaren Elektrodenteile an die Träger so :angebracht werden, @dass eine gute Wärmeleitfähigkeit besteht, :die für richtige Wärmeabfuhr Voraussetzung ist.

Es muss also :die Einschaltung von wärmeisolie renden Schichten zwischen den Elektroden teil-en und dem Träger vermieden, bezw. es müssen etwa zwischen :diesen beiden Teilen vorhandene Zwischenräume ;durch gut wärme leitende Stoffe ausgefüllt werden.

Die. Strömung :des Kühlgases kann füm die Ringelektrode und die Gegenpolelektrode nacheinander oder in parallelen Abzweigen erfolgen. Die Entscheidung, welcher von bei den Wegen gewählt wird, ergibt sich aus der Anordnung der Druckgasanlage. Steht eine grosse 'Grasmenge bei geringem Druck zur Verfügung, so kommt die Parallelschaltung in Frage, ist hoher Druck vorhanden,

so ist .die Reihenschaltung vorzusehen. Als Kühl luftstrom kann entweder die für die Zün dung und Löschung ,des Lichtbogens benö- tigte Luftströmung oder eine .nur zur Küh lung der Elektroden vorgesehene Luftströ- mung benutzt werden.

Im ersteren Falle muss,die Luftströmung vor ihrer Berührung mit dem Lichtbogen die Wärmeleitkörper (zum Beispiel Rippen) der Elektroden be streichen.

Bei Anwendung von Verdampfungsküh- lung können zur Abführung der Wärme der Elektroden mit Wasser gefüllte, als Kühl- mittelleit- und als Wärmeleitkö.rper dienende Behälter an die vom Lichtbogen berührten Teile der Elektroden angebaut werden, so dass die an diesen Teilen der Elektroden auf tretende Wärme durch den in dem Behälter entstehenden Dampf abgeführt wird.

Zweckmässig ist es hierbei, die Flüssig- keitsbehälter so auszubilden, dass sie zugleich die Träger :der auswechselbaren Elektroden teile bilden.

Claims

PATENTANSPRUCH: Lichtbogenstromrichter mit Elektroden kühlung, -dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitkörper für die vom Lichtbogen berührten, .auswechselbaren Teile der Elek troden derart angeordnet und bemessen sind, dass im Betrieb sämtliche Teile,der Elektro den angenähert die gleiche Temperatur be sitzen.

UNTERANSPRÜCHE: 1. Lichtbogenstromr ichter nach Patentan- spruch, bei dem zur Kühlung der Elek troden von Flüssigkeit durchströmte Kühlkanäle vorgesehen sind,,dadurch .ge kennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit der Kühlkanäle an denjenigen Stellen, -die stärker durch die Lichtbogenwärme beansprucht sind,

eine erhöhte Geschwin- digkeit besitzt. 2. Lichtbogenstromrichter nach Patentan spruch, bei dem zur Kühlung der Elek troden ein Kühlluftstrom vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektro-. ,den derart ausgebildet sind, dass sich zwischen den vom Lichtbogen berührten Stellen der Elektroden und .den vom Kühlluftstrom bestrichenen Oberflächen ,

der Wärmeleitkörper@ keine wärmeisolie renden Schichten befinden. 3. Lichtbogenstromrichter nach Patentan- spruch mit Verdampfungskühlung, da durch gekennzeichnet, dass die mit Was- ser gefüllten Behälter an die vom Licht bogen berührten Teile der Elektroden angebaut sind, so,dass die an ,diesen Tei len der Elektroden entstehende Wärme duroh,

den entstehenden Dampf abgeführt wird. 4. Lichtbogenstromricllter nach Unteran- Spruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Wärmeleitkörper ,durch angesetzte Flügel vergrössert ist. 5. Lichtbogenstromrichter nach Unteran- spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ,die erhöhte Geschwindigkeit der Kühl flü:

ssigkeit durch Führung der Kühlflüs sigkeit in Spiralen mit sich fortschrei tend verringerndem Querschnitt erzielt ist. 6.

Lichtbogenstromrichter nach Unteran- Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ,die erhöhte Geschwindigkeit -der Kühl- flüssigkeit durch Führung ,

der Kühlflüs- sigkeit in Schlangenform mit sich fort schreitend verringerndem Querschnitt er zielt ist. 7. Lichtbogenstromrichter nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass .die Führung der Kühlflüssigkeit durch Hohlräume, die in .den Elektroden ein gebaut sind, erfolgt. B. Liohtbogenstromrichter nach Unteran spruch 1, :

dadurch gekennzeichnet, dass ,die Elektroden aus zwei Teilen bestehen, von denen der eine, auf dem der Licht- bogenfusspunkt brennt, glatt ist, und der andere, der nicht ausgewechselt werden muss, Rippen für die Kühlflüsoigkeits- führung besitzt.

9. Lichtbogenstromrichter nach Unteran spruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektradenteile durch Ver schrauben miteinander verbunden sind.

10. Lichtbogenstromrichter nach Unteran spruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektrodenteiledurüh Muttern miteinander verbunden sind. 11. Lichtbogenstromrichter nach Unteran spruch8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung zwischen den beiden Elek- trodenteilendurch Druckflächen am aus wechselbaren Teil, dessen Metall weicher ist, erfolgt.

12. Lichtbogenstromrichter nach Unteran spruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung zwischen den beiden Elek- trodenteilen @durch Kanten am auswech selbaren Teil, deren Metall weicher ist, erfolgt.

13. Lichtbogenstromriehter nach Unteran spruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass .die Dichtung zwischen den beiden Elek- trodenteilen durch eingelegte Bleidich tungen erfolgt.

14. Lichtbogenstromrichter nach Unteran- spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Flüssigkeitsführungskörper Eisen zur Führung des magnetischen Flusses ein gebettet ist. 15.

Lichtbogenstromrichter nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Führung,des magnetischen Flusses Eisen in die auswechselbaren Elektrodenteile eingebettet ist. 16.

Lichtbogenstromrichter nach Unteran- spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsführung9körper aus Eisen bestehen und zur Führung des magne tischen Flusses bestimmt sind.

17. Lichtbogenstromräch-ter nach Unteran- spruch I, dadurch gekennzeichnet, dass .die Flüssigkeitsführungskörper zum Teil aus Eisen bestehen, das zur Führung des magnetischen Flusses bestimmt ist.

18. Lichtbogenstromriehter nach Unteran- spruch 1, dadurch .gekennzeichnet, @dass die Befestigung der Elektroden an den Elektrodenhaltern mit Hilfe der Flüss,g- keitsführungskörper vorgenommen ist, s o dass die ,dem Abbrand ausgesetzten,

aus- zuwechselnden Elektrodenteile nur an den Flüssigkeitsführungskörpern zu be- festigen sind. 19. Liehtbogenstromrichter nach Unteran spruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftströmung für die Ringelektrode (A) und für die Geegenpolelektrode (B) in Reihenschaltung angeordnet ist.

20. Lichtbogenstromriohter nach Unteran spruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftströmung für die Ringelektrode (A) und für die Gegenpolelektrüde (B) in Parallelschaltung angeordnet ist.

21. Lichtbogenstromrichter nach Unteran- spruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft, die für das Lichtbogenventil gebraucht wird, vorher die Kühlfläche, des Ventils bestreicht.

22. Lichtbogenstaomrichter nach Unteran- spruch 20, dadurch gekennzeichnet, @dass für die Kühlung der Elektroden eine eigene Kühlluftströmung benutzt ist. 23. Lichtbogenstromrichter nach Unteran- spruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitkörper unmittelbar an den auswechselbaren Elektrodenteilen be festigt sind.

24. Liohtbogenstromrichter nach Unteran- spruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ,die Verdampfungskörper @deraxt ausgebil det sind, @dass sie zugleich .die Träger der auswechselbaren Elektrodenteile bilden.