CH648151A5 - ELECTROMAGNETIC ARC EXTINGUISHING DEVICE. - Google Patents

ELECTROMAGNETIC ARC EXTINGUISHING DEVICE. Download PDF

Info

Publication number
CH648151A5
CH648151A5 CH3989/79A CH398979A CH648151A5 CH 648151 A5 CH648151 A5 CH 648151A5 CH 3989/79 A CH3989/79 A CH 3989/79A CH 398979 A CH398979 A CH 398979A CH 648151 A5 CH648151 A5 CH 648151A5
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
arc
electrodes
chamber
insulating body
quenching
Prior art date
Application number
CH3989/79A
Other languages
German (de)
Inventor
Erik Ivanovich Asinovsky
Anatoly Alexandrovic Afanasiev
Eugeny Panteleevich Pakhomov
Vladimir Albertovich Zeigarnik
Ivan Mikhailovich Yartsev
Original Assignee
Inst Vysokikh Temperatur Akade
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Vysokikh Temperatur Akade filed Critical Inst Vysokikh Temperatur Akade
Publication of CH648151A5 publication Critical patent/CH648151A5/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02Details
    • H01H85/38Means for extinguishing or suppressing arc
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/34Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Discharge Heating (AREA)
  • Circuit Breakers (AREA)
  • Fuses (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Lichtbogenlöscheinrichtung zum Löschen eines zwischen zwei Elektroden brennenden Lichtbogens gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Schmelzsicherung mit einer solchen Lichtbogenlöscheinrichtung. Die vorliegende Einrichtung ist für Schaltvorgänge in beliebigen elektrischen Wechsel- und Gleichstromkreisen geeignet, namentlich in Hochspannungs-Schaltapparaten einschliesslich Schaltern, Sicherungen und Trennschaltern. The present invention relates to an electromagnetic arc extinguishing device for extinguishing an arc burning between two electrodes according to the preamble of claim 1 and to a fuse with such an arc extinguishing device. The present device is suitable for switching operations in any electrical AC and DC circuits, in particular in high-voltage switchgear, including switches, fuses and disconnectors.

Bei Schaltvorgängen, insbesondere bei Abschaltvorgängen, geht die Löschung des Lichtbogens mit der Wiederherstellung der ursprünglichen Spannung zwischen den Elektroden einher. In switching operations, in particular in the case of switch-off operations, the extinguishing of the arc is accompanied by the restoration of the original voltage between the electrodes.

Da die Bogenspannung gleich U = E-lg = EUN ist, wobei E die Bogenspannung je Längeneinheit des Lichtbogens, lg die Gesamtlänge des zu löschenden Lichtbogens und EUN die Summe der zwischen den Elektroden vorhandenen Spannungsabfälle bezeichnen, so bestehen grundsätzlich drei Möglichkeiten zur Erhöhung der Spannung des zu löschenden Lichtbogens : Vergrösserung der Anzahl der genannten Spannungsabfälle, Erhöhung der Spannung je Längeneinheit des Lichtbogens und Verlängerung des zu löschenden Lichtbogens. Since the arc voltage is U = E-lg = EUN, where E is the arc voltage per unit length of the arc, lg is the total length of the arc to be quenched and EUN is the sum of the voltage drops between the electrodes, there are basically three ways of increasing the voltage of the arc to be extinguished: increasing the number of voltage drops mentioned, increasing the voltage per unit length of the arc and lengthening the arc to be extinguished.

Bei Abschaltvorgängen in Wechselstromkreisen gibt es noch die Möglichkeit, den Lichtbogen beim Nulldurchgang des Stromes zu löschen, d.h. die elektrische Festigkeit des Zwischenraumes zwischen den Elektroden sofort wieder herzustellen, was beispielsweise in letzter Zeit intensiv bei in Entwicklung stehenden Vakuumschaltern verfolgt wird. When switching off in AC circuits, there is still the option of extinguishing the arc when the current passes zero, i.e. to restore the electrical strength of the space between the electrodes immediately, which has been followed intensively recently, for example, with vacuum switches that are under development.

Die erste Möglichkeit, nämlich die Vergrösserung der Anzahl der Spannungsabfälle zwischen den Elektroden hat vorwiegend bei Niederspannungsschaltapparaten eine weitgehende Anwendung gefunden. Zu diesem Zweck wird der zu löschende Lichtbogen mit Hilfe eines Satzes von Zusatzelektroden in eine Vielzahl hintereinandergeschalteter kurzer Lichtbögen mit ihren Anoden- und Kathodenspannungsabfällen unterteilt. Da aber der Betrag der Summe dieser Spannungsabfälle für jeden der Lichtbögen in der Regel einige zehn Volt nicht übersteigt, wird diese Möglichkeit zur Spannungserhöhung des zu löschenden Lichtbogens bei Hochspannungsschaltapparaten nur als zusätzliches Hilfsmittel benützt. The first option, namely the increase in the number of voltage drops between the electrodes, has found widespread use primarily in low-voltage switchgear. For this purpose, the arc to be quenched is subdivided into a plurality of short arcs with their anode and cathode voltage drops using a set of additional electrodes. However, since the amount of the sum of these voltage drops for each of the arcs generally does not exceed a few tens of volts, this option for increasing the voltage of the arc to be quenched is only used as an additional aid in high-voltage switchgear.

Zur Zeit ist für den Hochspannungsbereich, beginnend mit Spannungen die höher sind als 10 bis 20 kV, die zweite Möglichkeit zur Erhöhung der Spannung des zu löschenden Lichtbogens, nämlich die Erhöhung der Bogenspannung je Längeneinheit des Lichtbogens in den Vordergrund getreten. Dieses Verfahren überwiegt bei Ölschaltern, ölarmen Schaltern, Druckluftschaltern und SFs-Schaltanlagen für Wechselstrom. Als Gleichstromschalter werden für diese Spannungen jeweils Wechselstromschalter für höhere Nennspannungen benützt. For the high-voltage range, starting with voltages higher than 10 to 20 kV, the second possibility for increasing the voltage of the arc to be quenched, namely increasing the arc voltage per unit length of the arc, has come to the fore. This method predominates in oil switches, low oil switches, compressed air switches and SFs switchgear for alternating current. For these voltages, AC switches for higher nominal voltages are used as DC switches.

Bei diesen Einrichtungen wird die Erhöhung der Bogenspannung je Längeneinheit durch Längs-, Quer- oder radiale Belastung des Lichtbogens durch Beblasung mit einem Arbeitsgas (Druckluft oder SFô) oder durch Zersetzungsprodukte einer Arbeitsflüssigkeit (Öl) erreicht. Hierbei ist E gleich einigen hundert oder sogar tausend V/cm, der Elektrodenabstand beträgt einige zehn Zentimeter, die Bogenlänge lg kann ca. 1 bis 2 m erreichen, die Ausschaltspannung für eine Unterbrechung beträgt maximal 100 bis 300 kV. Einer der wesentlichen Nachteile all dieser Schaltapparate bleibt jedoch deren geringe Arbeitsgeschwindigkeit mit Abschaltzeiten T in der Grössenordnung von meist 0,2 bis 0,06 s. In neuesten Entwicklungen wurden Versuche unternommen, die Abschaltzeit unter Verwendung von SFô auf 0,02 s zu bringen, In these devices, the increase in the arc tension per unit length is achieved by longitudinal, transverse or radial loading of the arc by blowing with a working gas (compressed air or SFô) or by decomposition products of a working liquid (oil). E is a few hundred or even a thousand V / cm, the electrode spacing is a few ten centimeters, the arc length lg can reach about 1 to 2 m, the switch-off voltage for an interruption is a maximum of 100 to 300 kV. However, one of the main disadvantages of all these switching devices remains their low operating speed with switch-off times T of the order of magnitude of usually 0.2 to 0.06 s. In recent developments attempts have been made to bring the shutdown time to 0.02 s using SFô,

Von Nachteil sind bei diesen Schaltapparaten deren grosse Abmessungen und Gewichte, die mit der Benützung spezieller Arbeitsstoffe zusammenhängende Kompliziertheit der Konstruktion und des Betriebes (Öl ist feuergefährlich, Druckluft erfordert Kompressoren, SFô bedarf einer gasdichten Konstruktion). Disadvantages of these switching devices are their large dimensions and weights, the complexity of the design and operation associated with the use of special working materials (oil is flammable, compressed air requires compressors, SFô requires a gas-tight construction).

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

648 151 648 151

Die dritte Möglichkeit, nämlich die Verlängerung des zu löschenden Lichtbogens, wird bei Schaltapparaten mit elektromagnetischer Löschung am häufigsten verwendet. In diesem Fall bewegt sich der zu löschende Lichtbogen unter der Wirkung einer Kraft F ausgehend von der Wechselwirkung zwischen dem Bogenstrom und einem Magnetfeld, wobei er sich über divergierende und sich voneinander entfernenden Elektroden (sog. «Hörner») verlängert. Das Magnetfeld wird beispielsweise durch separate Mittel, z.B. durch Löschspulen erzeugt, es wird aber auch vom eigenen Magnetfeld des Bogenstroms Gebrauch gemacht. The third option, namely the extension of the arc to be extinguished, is most often used in switching devices with electromagnetic quenching. In this case, the arc to be quenched moves under the action of a force F based on the interaction between the arc current and a magnetic field, and is extended by means of diverging and distant electrodes (so-called “horns”). The magnetic field is, for example, by separate means, e.g. generated by quenching coils, but use is also made of the magnetic field of the arc current.

Schaltapparaturen mit elektromagnetischer Löschung sind einfach sowie zuverlässig im Betrieb und gestatten ausserdem, wiederholt mehrfache Schaltvorgänge in den Stromkreisen vorzunehmen, sie bedürfen keines speziellen Arbeitsmediums, besitzen eine hohe mit dem Abschaltstrom ansteigende Arbeitsgeschwindigkeit, was diese Schaltapparate strombegrenzend bei der Abschaltung von Kurzschlussströmen macht. Schliesslich arbeiten sie gleich bei Schaltvorgängen sowohl in Wechsel- als auch in Gleichstromkreisen. Switching devices with electromagnetic extinguishing are simple and reliable in operation and also allow repeated switching operations in the circuits, they do not require any special working medium, have a high working speed that increases with the switch-off current, which makes these switch devices current-limiting when switching off short-circuit currents. After all, they work in switching operations in both AC and DC circuits.

Die Schaltzeit x bei Schaltapparaten mit elektromagnetischer Löschung wird durch einen durch die Säule des zu löschenden Lichtbogens in Richtung der Kraft F zurückgelegten Weg a und durch dessen durch die Grösse dieser Kraft F und die Bewegungsbedingungen der Bogensäule festgelegte Bewegungsgeschwindigkeit vg bestimmt. Es ergibt sich also x = a/vg. Bei flacher Anordnung des zu löschenden Lichtbogens kann dessen Länge den Wert a bestenfalls nur ein geringes Vielfaches übersteigen. Weist der Lichtbogen beispielsweise die Form eines Halbkreises auf, ist lg = Tta. Unter der Annahme, dass Ig~ U/E ist, erhält man folgende Beziehung zwischen der Abschaltzeit x und der Abschaltspannung U: t= U/kEvg, wobei k das Verhältnis zwischen der Bogenlänge und dem durch die Bogensäule zurückgelegten Weg: k = lg/a bedeutet und dementsprechend von der Form des Verlaufes des Lichtbogens abhängt. Der Wert E für einen sich frei bewegenden Lichtbogen ist von dessen Bewegungsgeschwindigkeit und dem Bogenstrom abhängig und macht in der Regel 10 bis 100 V/cm aus. Für U = 10 kV und bei vg » 50 m/s, E «30 V/cm und k = n erhält man t = 0,02 s und ein Pro-filmass der Lichtbogenlöscheinrichtung des Schaltapparates von 2a=s2m. The switching time x in switching devices with electromagnetic quenching is determined by a path covered by the column of the arc to be quenched in the direction of the force F and by the movement speed vg determined by the magnitude of this force F and the movement conditions of the column of arc. So there is x = a / vg. With a flat arrangement of the arc to be quenched, its length can at best only exceed the value a by a small multiple. For example, if the arc has the shape of a semicircle, then lg = Tta. Assuming that Ig ~ U / E, the following relationship is obtained between the switch-off time x and the switch-off voltage U: t = U / kEvg, where k is the ratio between the arc length and the distance covered by the column: k = lg / a means and accordingly depends on the shape of the course of the arc. The value E for a freely moving arc depends on its speed of movement and the arc current and is usually 10 to 100 V / cm. For U = 10 kV and at vg »50 m / s, E« 30 V / cm and k = n, t = 0.02 s and a pro-film ass of the arc quenching device of the switchgear of 2a = s2m.

Zur Verringerung der Abmessungen der Lichtbogenlöscheinrichtung, zur Vereinfachung der Betriebsverhältnisse und zur Verbesserung der Anordnung ihrer Elemente wird die elektromagnetische Schaltapparatur in der Regel mit einer einen durch Platten aus einem Isolierstoff gebildeten Schlitz oder Spalt aufweisenden Löschkammer versehen. Die Löschkammer gibt den Verlauf des zu löschenden Lichtbogens und dessen Bewegungsgeschwindigkeit vor, erhöht die Bogenspannung je Längeneinheit des zu löschenden Lichtbogens durch dessen Stauchung und Abkühlung, und gestattet, Magnetleiter zur Verstärkung der magnetischen Beblasung zu benützen. Schliesslich erlaubt die Verwendung einer Labyrinth* oder Zickzackform des Spaltes, den zu löschenden Lichtbogen zusätzlich zu verlängern. Die Möglichkeiten der Bogenverlängerung mit Hilfe einer Labyrinth-Löschkammer sind aber begrenzt, weil dabei die die Bogensäule treibende Kraft F und dadurch die Arbeitsgeschwindigkeit des Schaltapparates abnimmt. In order to reduce the dimensions of the arc quenching device, to simplify the operating conditions and to improve the arrangement of its elements, the electromagnetic switching apparatus is generally provided with an arcing chamber having a slot or gap formed by plates made of an insulating material. The quenching chamber specifies the course of the arc to be quenched and its speed of movement, increases the arc tension per unit length of the arc to be quenched by compressing and cooling it, and allows magnetic conductors to be used to intensify the magnetic blowing. Finally, the use of a labyrinth * or zigzag shape of the gap allows the arc to be quenched to be extended further. The possibilities of lengthening the arch with the aid of a labyrinth quenching chamber are limited, however, because the force F driving the arch column and thereby the working speed of the switching device decrease.

Zur Gewährleistung einer Abschaltung von gegenüber dem Nennstrom geringeren Strömen, wenn die Wirksamkeit der magnetischen Beblasung abnimmt, werden die elektromagnetischen Schalter in der Regel mit einem eigenen, zusätzlichen Luftgebläse ausgestattet. To ensure that currents which are lower than the nominal current are switched off when the effectiveness of the magnetic blowing decreases, the electromagnetic switches are usually equipped with their own additional air blower.

Die Verwendung von Labyrinth-Löschkammern gestattet es beispielsweise, elektromagnetische Ausschalter für Spannungen von 10 bis 20 kV mit einem Profilmass von ca. 1 m und einer 0,06 s nicht übersteigenden Abschaltzeit zu schaffen. Zur Abschaltung höherer Spannungen haben die Schalter mit elektromagnetischer Löschung aber vorläufig keine Anwendung gefunden, weil dazu technisch unannehmbar grosse Abmessungen erforderlich wären. Dadurch fällt die Arbeitsgeschwindigkeit des Schalters, d.h. sein Hauptvorteil, dahin. The use of labyrinth quenching chambers makes it possible, for example, to create electromagnetic switch-off switches for voltages from 10 to 20 kV with a profile dimension of approx. 1 m and a switch-off time not exceeding 0.06 s. To switch off higher voltages, the switches with electromagnetic quenching have not been used for the time being, because this would require technically unacceptably large dimensions. As a result, the operating speed of the switch drops, i.e. its main advantage there.

Der Bereich der Arbeitsspannungen von Schaltern mit elektromagnetischer Bogenlöschung kann erweitert werden, wenn der zu löschende Lichtbogen zu einer Schraubenlinie mit einer geringen Steigung Ä. verformt wird. The range of working voltages of switches with electromagnetic arc quenching can be expanded if the arc to be quenched turns into a helix with a small pitch Ä. is deformed.

Es ist ein Versuch bekannt, um bei einem Schalter einen schraubenlinienförmig verformten Lichtbogen zu erzielen (siehe I. Miyachi, H. Naganawa: «Spiral arc in SFs facilita-ting DC interruption», III Intern. Conf. Gas Discharges, London, 1974, Seite 521). An attempt is known to achieve a helically deformed arc at a switch (see I. Miyachi, H. Naganawa: "Spiral arc in SFs facilitation-DC interruption", III Intern. Conf. Gas Discharges, London, 1974, Page 521).

Ein nach einer «elektrischen Explosion», d.h. der explosionsartigen Verdampfung durch Überbelastung eines die Elektroden verbindenden Drahtes oder nach einem axialen Auseinanderziehen der Elektroden bzw. Kontaktstücke in einem bezüglich der Elektrodenachse logitudinal längs aufgebauten Magnetfeld sich bildender freier Lichtbogen zwischen den Elektroden nimmt die Form einer sich in Radialrichtung ausweitenden Schraubenlinie an. Dadurch steigt die Bogenspannung an. Wegen der Unregelmässigkeit der Schrauben-form des Lichtbogens, beispielsweise wegen des Vorhandenseins zufälliger Krümmungen verschiedenartiger Form und Abmessung, erfolgt aber eine zufällige Annäherung einzelner Windungen des Lichtbogens. Dies kann zu einem elektrischen Durchschlag zwischen benachbarten Windungen des Lichtbogens führen, was wieder eine sprungartige Senkung der Bogenspannung zur Folge hat. One after an "electrical explosion", i.e. The explosion-like evaporation due to overloading of a wire connecting the electrodes or after an axial pulling apart of the electrodes or contact pieces in a free arc between the electrodes, which is formed longitudinally with respect to the electrode axis along the longitudinal axis of the electrode, takes the form of a helix which widens in the radial direction. This increases the bow tension. Because of the irregularity of the screw shape of the arc, for example because of the presence of random curvatures of different shapes and dimensions, individual turns of the arc are randomly approximated. This can lead to an electrical breakdown between adjacent turns of the arc, which in turn leads to a sudden drop in the arc voltage.

Im Endeffekt erweist sich die Wirksamkeit solch eines schraublinienförmig sich frei entwickelnden Lichtbogens als nicht hoch. Das erzielte Verhältnis von gesamter Bogenlänge zum Elektrodenabstand beträgt 10 bis 12 bei einem Aussendurchmesser der Lichtbogen-Schraubenlinie von 4 bis 6 cm und einer Steigung von ca. 3 cm. In the end, the effectiveness of such a helically developing arc does not prove to be high. The ratio of the total arc length to the electrode spacing is 10 to 12 with an outside diameter of the arc screw line of 4 to 6 cm and a pitch of approx. 3 cm.

Es ist auch eine elektromagnetische Lichtbogenlöscheinrichtung bekannt (Deutsche Patentschrift Nr. 330268, 1919), bei der zwei Elektroden vorgesehen sind, sowie Mittel um den zwischen den Elektroden zündenden und zu löschenden Lichtbogen schraublinienförmig zu verformen und radial aufzuweiten. An electromagnetic arc quenching device is also known (German Patent No. 330268, 1919), in which two electrodes are provided, and means for deforming and radially expanding the arc which is to be ignited and extinguished between the electrodes in a helical shape.

Bei dieser bekannten Einrichtung sind die Elektroden auf einem Zylinder aus Isolierstoff angeordnet und schraublinienförmig gebogen. Zum Schutz der Windungen der Elektroden vor einem Durchschlag ist auf dem Zylinder zwischen den Windungen der Elektroden eine wendelflächenförmige Zwischenwand aus Isolierstoff vorgesehen, deren Steigung mit jener der Elektroden übereinstimmt. In this known device, the electrodes are arranged on a cylinder made of insulating material and bent in the form of a screw line. To protect the turns of the electrodes from a breakdown, a helical partition wall made of insulating material is provided on the cylinder between the turns of the electrodes, the slope of which corresponds to that of the electrodes.

In Radialrichtung weitet sich der zu löschende, schraubenlinienförmig verformte Lichtbogen unter Einwirkung einer Kraft aus, die sich aus der Wechselwirkung zwischen dem Bogenstrom und einem durch eine innerhalb des Zylinders angeordnete Löschspule erzeugten magnetischen Längsfeld ergibt. In the radial direction, the helically deformed arc to be extinguished expands under the action of a force which results from the interaction between the arc current and a magnetic longitudinal field generated by an extinguishing coil arranged inside the cylinder.

Bei der Bewegung der Elektroden nach einer Schraubenlinie und in entgegengesetzten Richtungen werden deren Enden voneinander entfernt und dazwischen entsteht der zu löschende Lichtbogen. Unter der Wirkung der genannten Kraft, die sich aus der Wechselwirkung zwischen dem Bogenstrom in den elektrodennahen Bereichen mit dem von der Löschspule erzeugten magnetischen Längsfeld ergibt, wickelt sich der Lichtbogen gleichsam auf die schraubenlinienförmi-gen Elektroden auf und nimmt selbst die Form einer Schraubenlinie an. When the electrodes move along a helix and in opposite directions, their ends are separated from each other and the arc to be quenched is created between them. Under the effect of the force mentioned, which results from the interaction between the arc current in the areas near the electrodes with the magnetic longitudinal field generated by the quenching coil, the arc winds up on the helical electrodes and assumes the shape of a helix.

Indem sich der zu löschende Lichtbogen in Radialrich5 By the arc to be quenched in radial direction5

io io

15 15

20 20th

25 25th

J0 J0

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

b5 b5

648 151 648 151

4 4th

tung ausweitet, geht er von der Oberfläche des Zylinders weg, wo die wendelflächenförmige Zwischenwand die Form der Bogensäule und deren Bewegungsrichtung nicht mehr zu beeinflussen vermag, was einen elektrischen Durchschlag zwischen benachbarten Windungen des schraubenlinienför-migen Lichtbogens zur Folge haben kann. Dies begrenzt die Möglichkeiten einer Verlängerung des zu löschenden Lichtbogens und dadurch auch die Höhe der durch diese bekannte Einrichtung zuverlässig abschaltbaren Arbeitsspannung auf einen Wert von bestenfalls einigen kV bei technisch vertretbaren, 1 m unterschreitenden Abmessungen der Einrichtung. expansion, it moves away from the surface of the cylinder, where the helical partition is no longer able to influence the shape of the arc column and its direction of movement, which can result in an electrical breakdown between adjacent turns of the helical arc. This limits the possibilities of extending the arc to be extinguished and thereby also the level of the working voltage that can be reliably switched off by this known device to a value of at best a few kV with technically justifiable dimensions of the device that are less than 1 m.

Ein Mangel dieser bekannten elektromagnetischen Lichtbogenlöscheinrichtung liegt also in einem niedrigen Wert der Arbeitsspannung infolge einer geringen Länge des gebildeten, schraubenlinienförmigen Lichtbogens, nämlich Teil einer Windung, bestenfalls einige Windungen. Darüber hinaus ist für den Betrieb der bekannten Einrichtung die Schraubenbewegung der Elektroden für deren Auseinanderziehen und eine Schraubenform der Elektroden selbst vorzusehen, was die Konstruktion kompliziert. A shortcoming of this known electromagnetic arc quenching device is therefore a low value of the working voltage due to a short length of the helical arc formed, namely part of a turn, at best a few turns. In addition, the screw movement of the electrodes for pulling them apart and a screw shape of the electrodes themselves must be provided for the operation of the known device, which complicates the construction.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Lichtbogenlöscheinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die konstruktive Gestalt einer Löschkammer es gestattet, den zu löschenden Lichtbogen bei Abschaltvorgängen so weit zu verlängern, um eine Erhöhung der Arbeitsspannung bei vorgegebenen Abmessungen der Schaltapparatur unter Beibehaltung oder gar Steigerung ihrer Schaltgeschwindigkeit zu sichern und sie dadurch in verschiedenartigen Hochspannungs-Schaltapparaturen verwenden zu können. The present invention is therefore based on the object to provide an electromagnetic arc quenching device of the type mentioned, in which the structural shape of a quenching chamber makes it possible to extend the arc to be quenched during switch-off operations to an extent such as to increase the working voltage given the dimensions of the switching apparatus while maintaining or even increasing their switching speed and thereby being able to use them in various types of high-voltage switchgear.

Diese Aufgabe wird von der vorgeschlagenen Einrichtung dadurch gelöst, dass sie die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 definierten Merkmale aufweist. Die Schmelzsicherung ist im Patentanspruch 7 oder 8 definiert. This object is achieved by the proposed device in that it has the features defined in the characterizing part of patent claim 1. The fuse is defined in claim 7 or 8.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorgeschlagenen Einrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 2-6 definiert. Preferred embodiments of the proposed device are defined in dependent claims 2-6.

Die vorgeschlagene elektromagnetische Lichtbogenlöscheinrichtung verformt zwangsweise den zu löschenden Lichtbogen zu einer Schraubenlinie mit einer geringen Steigung. Dies sichert eine hohe Kompaktheit dessen räumlicher Ausdehnung und damit kleine Abmessungen der Einrichtungen, die für Abschaltungen hoher Arbeitsspannungen (bis zu einigen hundert kV und darüber) sowohl für Wechsel- als auch für Gleichstrom geeignet ist. Hierbei bleibt der durch die Säule des zu löschenden Lichtbogens in Radialrichtung unter Einwirkung der Kraft, die sich aus der Wechselwirkung des Bogenstromes mit dem Magnetfeld ergibt, während der Abschaltzeit zurückgelegten Weg gering (bis etwa 1 m), was eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit der Einrichtung und damit deren Fähigkeit zur Strombegrenzung bei der Abschaltung von Kurzschlussströmen gewährleistet. The proposed electromagnetic arc quenching device forcibly deforms the arc to be quenched into a helix with a small pitch. This ensures a high degree of compactness of its spatial extent and thus small dimensions of the devices, which is suitable for switching off high working voltages (up to a few hundred kV and above) for both AC and DC current. Here, the distance covered by the column of the arc to be extinguished in the radial direction under the influence of the force resulting from the interaction of the arc current with the magnetic field remains short during the switch-off time (up to approximately 1 m), which means a high operating speed of the device and therefore whose ability to limit the current when switching off short-circuit currents is guaranteed.

Die Schraubenform des zu löschenden Lichtbogens mit der geringen Steigung gewährleistet eine wirksame Ausnützung des Magnetfeldes des Stromes des zu löschenden Lichtbogens selbst, was gestattet, einerseits die Arbeitsgeschwindigkeit der Lichtbogenlöscheinrichtung zu erhöhen und andererseits die Konstruktion von Schaltern mit dieser Einrichtung durch den Verzicht auf Löschspulen und Magnetleiter in manchen Fällen zu vereinfachen. The screw shape of the arc to be quenched with the low pitch ensures effective use of the magnetic field of the current of the arc to be quenched itself, which on the one hand increases the working speed of the arc quenching device and on the other hand the design of switches with this device by dispensing with quenching coils and magnetic conductors to simplify in some cases.

Die Einrichtung gestattet, Hochspannungsschalter zu schaffen, die in der Lage sind, mit den zur Zeit in diesem Parameterbereich (Spannung von einigen zehn, hundert und mehrkV, Ströme von einigen hundert bis tausend A und mehr) verwendeten Öl-, ölarmen, Luftschaltern und Gasschaltern mit SFö-Gas zu konkurrieren. Solche Schalter gewährleisten mehrfache Abschaltungen der entsprechenden Stromkreise, eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit (bei Verwendung in einem Wechselstromkreis beispielsweise eine Einweg-Stromabschaltung), sind zuverlässig und einfach im Betrieb. The device makes it possible to create high-voltage switches that are able to operate with the oil, oil, air and gas switches that are currently used in this parameter range (voltages from a few tens, hundreds and more kV, currents from a few hundred to a thousand A and more) to compete with SFö gas. Such switches ensure multiple shutdowns of the corresponding circuits, a high working speed (when used in an AC circuit, for example, a one-way power cut-off), are reliable and simple to operate.

Die Verwendung der vorgeschlagenen elektromagnetischen Lichtbogenlöscheinrichtung in Sicherungen gestattet, einfache, billige und schnellwirkende Schutzgeräte in technisch vertretbaren Abmessungen für Betriebsspannungen von einigen hundert kV und darüber sowohl für Wechsel- als auch für Gleichstrom zu schaffen. The use of the proposed electromagnetic arc extinguishing device in fuses allows simple, cheap and fast-acting protective devices in technically justifiable dimensions to be created for operating voltages of a few hundred kV and above for both AC and DC current.

Aussichtsreich ist ferner die Verwendung der Einrichtung in schnellwirkenden Hochspannungs-Trennschaltern mit bei Überstrom verdampfenden («explodierenden») Schmelzleitern insbesondere dann, wenn es um Abschaltungen in ausgesprochen induktiven Stromkreisen geht. It is also promising to use the device in fast-acting high-voltage disconnectors with fuse conductors that evaporate in the event of overcurrent (“exploding”), particularly when it comes to disconnections in extremely inductive circuits.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand beiliegender Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawing. It shows:

Fig. 1 eine elektromagnetische Lichtbogenlöscheinrichtung in isometrischer Darstellung, 1 is an electromagnetic arc extinguishing device in an isometric view,

Fig. 2 einen Längsschnitt einer Ausführungsform der Löschkammer, bei der sich der Zwischenraum zwischen den Windungen nach aussen hin verjüngt, 2 shows a longitudinal section of an embodiment of the arcing chamber in which the space between the turns tapers outwards,

Fig. 3 einen Längsschnitt einer Ausführungsform der Löschkammer, bei der der Zwischenraum zwischen den Windungen ein zickzackförmiges Radialprofil aufweist, 3 shows a longitudinal section of an embodiment of the arcing chamber in which the space between the turns has a zigzag-shaped radial profile,

Fig. 4 einen Längsschnitt einer Ausführungsform der Löschkammer mit Fixierelementen zwischen deren Windungen, 4 shows a longitudinal section of an embodiment of the arcing chamber with fixing elements between the turns thereof,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V der Fig. 4, Fig. 6 einen Längsschnitt einer Ausführungsform mit Stirnscheiben, 5 shows a section along the line V-V of FIG. 4, FIG. 6 shows a longitudinal section of an embodiment with end disks,

Fig. 7 einen Längsschnitt einer Ausführungsform mit einem im Axialkanal angeordneten Stab aus Isolierstoff, 7 shows a longitudinal section of an embodiment with a rod made of insulating material arranged in the axial channel,

Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine Sicherung mit der vorgeschlagenen Einrichtung, und Fig. 8 is a longitudinal section through a fuse with the proposed device, and

Fig. 9 einen Längsschnitt durch eine als Trennschalter eingesetzte Sicherung. Fig. 9 shows a longitudinal section through a fuse used as a circuit breaker.

Die vorgeschlagene Einrichtung wird am Beispiel eines Schalters beschrieben. In der Regel ist die Einrichtung parallel zu den Leistungskontakten des Schalters geschaltet, die für den Stromfluss in der Zeit zwischen Schaltvorgängen sorgen. The proposed device is described using the example of a switch. As a rule, the device is connected in parallel to the power contacts of the switch, which ensure the current flow in the time between switching operations.

Die in Fig. 1 dargestellte Löscheinrichtung weist eine Löschkammer 1 in Form einer Wendelfläche unter Freilassung eines Axialkanals 2 auf. Im Axialkanal sind zwei Elektroden (Kontaktstücke) 3, 4 angeordnet. Der Aussendurchmesser der Elektroden 3,4 ist durch den Wert des Arbeitsstromes bestimmt und entspricht dem Innendurchmesser des Axialkanals 2. Als Material für die Elektroden 3, 4 kommen beispielsweise wie üblich Kupfer, Kupfer-Wolfram-Legierungen und dgl. in Frage. Die Einrichtung weist ausserdem wie üblich nicht gezeigte Löschspulen auf, die beispielsweise in Reihe mit der Löscheinrichtung liegen und für die Erzeugung eines in Fig. 1 durch einen Pfeil B angedeuteten Magnetfeldes in der Löschkammer 1 während eines Abschaltvorganges sorgen. Bei der betreffenden Einrichtung ist das Magnetfeld B nach der Achsrichtung der Löschkammer 1 und der Elektroden 3,4 ausgerichtet, d.h. es ist ein Längsfeld. The extinguishing device shown in FIG. 1 has an extinguishing chamber 1 in the form of a helical surface, leaving an axial channel 2 free. Two electrodes (contact pieces) 3, 4 are arranged in the axial channel. The outside diameter of the electrodes 3, 4 is determined by the value of the working current and corresponds to the inside diameter of the axial channel 2. As usual for the electrodes 3, 4, copper, copper-tungsten alloys and the like can be used, for example. The device also has, as usual, quenching coils, not shown, which are, for example, in series with the quenching device and which generate a magnetic field in the quenching chamber 1 indicated by an arrow B in FIG. 1 during a shutdown process. In the device concerned, the magnetic field B is aligned with the axial direction of the arcing chamber 1 and the electrodes 3, 4, i.e. it is a longitudinal field.

Die Löschkammer 1 ist zur zwangsweisen Vorgabe der Bewegung in Radialrichtung des schraubenlinienförmig verformten, zu löschenden Lichtbogens 5 vorgesehen. In Fig. 1 sind mit r ein Momentanwert eines Radius des zu löschenden Lichtbogens 5 und mit den Pfeilen F die Wirkrichtungen der Komponenten der Kraft angegeben, die sich aus der Wechselwirkung zwischen dem Strom des zu löschenden Lichtbogens 5 und dem Magnetfeld B ergibt. Die Löschkammer 1 ist durch einen Isolierkörper 6 in der Form einer Wendelfläche gebildet, wobei mit À die Breite des Zwischenraumes zwischen den Windungen der Löschkammer 1 und mit X die Steigung der Wendelfläche angegeben ist. Der Zwischenraum zwischen den Windungen erfüllt die Rolle eines Löschschlit5 The quenching chamber 1 is provided for forcibly specifying the movement in the radial direction of the helically deformed arc 5 to be quenched. In Fig. 1, r is an instantaneous value of a radius of the arc 5 to be extinguished and arrows F indicate the effective directions of the components of the force which result from the interaction between the current of the arc 5 to be extinguished and the magnetic field B. The quenching chamber 1 is formed by an insulating body 6 in the form of a helical surface, the width of the space between the turns of the quenching chamber 1 being indicated by and the slope of the helical surface being indicated by X. The space between the turns fulfills the role of an extinguishing slide5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

648 151 648 151

zes, dessen Breite samt den Werten des Stromes des zu löschenden Lichtbogens 5 und des Magnetfeldes B derartige Kenndaten bestimmen, die da sind: Stromdichte, Masse und Form des Querschnittes der Bogensäule, die Bogenspannung je Längeneinheit des Bogens und schliesslich die Bewegungsgeschwindigkeit der Bogensäule. Deshalb kann die Breite des Zwischenraumes zwischen den Windungen der Löschkammer 1, wie üblich 2 bis 10 mm betragen. zes, the width of which together with the values of the current of the arc 5 to be extinguished and the magnetic field B determine such characteristic data that are present: current density, mass and shape of the cross section of the arc column, the arc voltage per unit length of the arc and finally the speed of movement of the arc column. Therefore, the width of the space between the turns of the quenching chamber 1 can, as usual, be 2 to 10 mm.

Die Steigung X der Wendelfläche der Löschkammer 1 wird möglichst klein gewählt und durch Werkstoff, Herstellungstechnik, Betriebsverhältnisse und Lebensdauer der Löschkammer 1, insbesondere durch eine minimal zulässige Dicke (X — A) der einzelnen Windungen bestimmt. Der Isolierkörper kann aus verschiedenartigen Isolierstoffen, insbesondere aus lichtbogenfesten und gaserzeugenden Isolierstoffen, beispielsweise aus einem Giessharz vom Typ Polysulfan, Polykarbonat, «Lawsan» angefertigt sein. The pitch X of the helical area of the quenching chamber 1 is chosen to be as small as possible and is determined by the material, manufacturing technology, operating conditions and service life of the quenching chamber 1, in particular by a minimum permissible thickness (X-A) of the individual turns. The insulating body can be made from various types of insulating materials, in particular from arc-proof and gas-generating insulating materials, for example from a casting resin of the polysulfan, polycarbonate, "Lawsan" type.

Die Wärmebeanspruchung der Wände der Löschkammer 1 liegt bei der vorliegenden Konstruktion infolge einer Sicherung grösserer Bewegungsgeschwindigkeiten für die Bogensäule (wie noch dazulegen sein wird) unterhalb der Wärmebeanspruchung der Wände der bekannten Labyrinth-Löschkammern, und ausserdem sind die Windungen der Löschkammer 1 von mechanischen Beanspruchungen infolge deren zweiseitiger Beeinflussung seitens des zu löschenden Lichtbogens in beträchtlichen Masse entlastet. Aus diesem Grunde sind die Anforderungen an das Material, aus dem die Löschkammer 1 hergestellt ist, gegenüber den Anforderungen an das Material der bekannten Labyrinth-Löschkammern geringer. The thermal stress on the walls of the quenching chamber 1 in the present construction is below the thermal stress on the walls of the known labyrinth quenching chambers, as a result of securing greater movement speeds for the arch column (as will be added later), and in addition the turns of the quenching chamber 1 are caused by mechanical stresses their bilateral influence on the part of the arc to be extinguished is considerably relieved. For this reason, the requirements for the material from which the quenching chamber 1 is made are lower than the requirements for the material of the known labyrinth quenching chambers.

Der vorliegende Isolierkörper 6 kann durch Giessen oder Stanzen hergestellt werden. Hierbei ist es zweckmässig, ihn zusammensetzbar in Form eines Satzes hintereinander geschalteter Segmente der Windungen auszuführen. Dies gewährleistet niedrige Herstellungskosten. The present insulating body 6 can be produced by casting or stamping. It is expedient here to carry it out in the form of a set of segments of the turns connected in series. This ensures low manufacturing costs.

Die Absolutwerte des Durchmessers D der Löschkammer 1 und ihrer Länge L werden durch die Arbeitsspannung des Schaltapparates und dessen Arbeitsgeschwindigkeit festgelegt. Berechnungsbeispiele hierfür sind nachstehend angeführt. Dabei darf das Verhältnis des Durchmessers D der Kammer 1 zur Steigung X der Wendelfläche nicht unterhalb von 10 liegen, um eine beträchtliche Verlängerung des zu löschenden Lichtbogens 5 (um einen Faktor IO2 bis 103) gegenüber dem maximalen, etwa der Länge L entsprechenden Abstand der Elektroden 3, 4 in Ausschaltstellung zu gewährleisten. The absolute values of the diameter D of the arcing chamber 1 and its length L are determined by the working voltage of the switching device and its working speed. Calculation examples for this are given below. The ratio of the diameter D of the chamber 1 to the pitch X of the helical area must not be below 10 in order to considerably lengthen the arc 5 to be extinguished (by a factor IO2 to 103) compared to the maximum distance of the electrodes corresponding to the length L. 3, 4 to ensure in the off position.

Der Zwischenraum zwischen den Windungen des Isolierkörpers 6 hat gemäss Fig. 1 ein rechteckiges Radialprofil. Um eine weitere Änderung der Bogenspannung je Längeneinheit des zu löschenden Lichtbogens 5 während des Abschaltvorganges, d.h. bei der Stromabnahme zu erreichen, ist es aber zweckmässig, dieses Radialprofil nach aussen hin sich verjüngend auszuführen. In Fig. 2 ist eine solche Löschkammer 7 dargestellt, bei der der Zwischenraum zwischen den Windungen ein trapezförmiges Radialprofil aufweist. The space between the turns of the insulating body 6 has a rectangular radial profile according to FIG. 1. To further change the arc voltage per unit length of the arc 5 to be extinguished during the shutdown process, i.e. to achieve in the current draw, it is advisable to taper this radial profile to the outside. Such an arcing chamber 7 is shown in FIG. 2, in which the space between the turns has a trapezoidal radial profile.

Es ist auch möglich, das Radialprofil des Zwischenraumes zwischen den Windungen der in Fig. 3 dargestellten Isolier-körpes der Löschkammer 8 zickzackförmig auszubilden lier-korpes der Löschkammer 8 zickzackförmig auszubilden oder die Löschkammer einer variablen Steigung X auszuführen, was gestattet, die Bewegungsgeschwindigkeit der Bogensäule zu ändern. Ein grosser Vorteil der Ausführung des Windungszwischenraumes bei der Löschkammer 8 gemäss Fig. 3 ist die Möglichkeit, den Axialkanal 2 der Löschkammer gegen die Einwirkung der von dem sich in Radialrichtung ausweitenden, zu löschenden Lichtbogens ausgehenden Lichtstrahlung abzuschirmen, was die Wiederherstellung der elektrischen Festigkeit des Mediums in dem Axialkanal beschleunigt. Darüber hinaus gestattet die Zickzackform des Radialprofils des It is also possible to zigzag the radial profile of the space between the turns of the insulating body of the quenching chamber 8 shown in FIG. 3 or to form the zigzag shape of the quenching chamber 8 or to design the quenching chamber to have a variable pitch X, which allows the movement speed of the arc column to change. A major advantage of the design of the interstice between the turns in the quenching chamber 8 according to FIG. 3 is the possibility of shielding the axial channel 2 of the quenching chamber against the action of the light radiation emanating from the radially expanding arc to be quenched, which restores the electrical strength of the medium accelerated in the axial channel. In addition, the zigzag shape of the radial profile allows

Zwischenraumes zwischen den Windungen der Kammer 8 den Schalleffekt bei einer Abschaltung zu dämpfen. Gap between the turns of the chamber 8 to dampen the sound effect when switched off.

Um die mechanische Festigkeit, Steifheit und Unempfind-lichkeit gegen Erschütterungen der Einrichtung zu verbessern, weist diese in der Ausführungsform der Fig. 4 im Zwischenraum zwischen den Windungen des Isolierkörpers 12 der Löschkammer 11 angeordnete und mit den durch die Windungen des Isolierkörpers 12 gebildeten Wänden starr verbundenen Fixierelemente 9, 10 auf. Die Löschkammer 11 weist auch einen Axialkanal 13 auf, in dem Elektroden 14, 15 angeordnet sind. In order to improve the mechanical strength, rigidity and insensitivity to vibrations of the device, in the embodiment of FIG. 4 the device is arranged in the space between the turns of the insulating body 12 of the extinguishing chamber 11 and is rigid with the walls formed by the turns of the insulating body 12 connected fixing elements 9, 10. The quenching chamber 11 also has an axial channel 13 in which electrodes 14, 15 are arranged.

Die Fixierelemente 9, 10 sind gemäss Fig. 5 in zwei Reihen umfangmässig verteilt angeordnet. Die Fixierelemente 9 in der einen Reihe sind zylindrische Einsätze und die Fixierelemente 10 in der anderen Reihe besitzen die Form von Rippen. The fixing elements 9, 10 are arranged circumferentially distributed in two rows according to FIG. 5. The fixing elements 9 in one row are cylindrical inserts and the fixing elements 10 in the other row have the shape of ribs.

Die Fixierelemente 9, 10 sind aus einem Isolierstoff, beispielsweise aus dem gleichen Isolierstoff wie der Isolierkörper 12 selbst und beispielsweise durch Klebung befestigt. The fixing elements 9, 10 are made of an insulating material, for example of the same insulating material as the insulating body 12 itself, and are fastened, for example, by gluing.

Die Anordnung der Fixierelemente 9, 10 und deren Abmessungen werden durch den Werkstoff und die Herstellungstechnik für diese Elemente 9, 10 und für die Kammer 11 bestimmt und haben den sich bewegenden, zu löschenden Lichtbogen 16 (Fig. 5) möglichst wenig zu hemmen. Die Lage der Säule des zu löschenden Lichtbogens 16 ist in Fig. 2 in zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten während seiner Bewegung in Radialrichtung dargestellt, nämlich zum Zeitpunkt der Umhüllung der Fixierelemente 9 (mit der Bezeichnung 16a) sowie beim Herangehen an die Fixierelemente 10 (mit der Bezeichnung 16b). The arrangement of the fixing elements 9, 10 and their dimensions are determined by the material and the manufacturing technology for these elements 9, 10 and for the chamber 11 and have as little as possible to inhibit the moving arc 16 to be extinguished (FIG. 5). The position of the column of the arc 16 to be extinguished is shown in Fig. 2 at two successive times during its movement in the radial direction, namely at the time of wrapping the fixing elements 9 (with the designation 16a) and when approaching the fixing elements 10 (with the designation 16b).

Die Fixierelemente 9, 10 können auch aus Metall hergestellt sein. In diesem Fall erfüllen sie zusätzlich die Rolle eines die Kenndaten der Löschkammer 11 verbessernden Löschgitters. Dabei muss aber jedes der Fixierelemente 9 und 10 von den übrigen elektrisch isoliert sein. The fixing elements 9, 10 can also be made of metal. In this case, they additionally fulfill the role of an extinguishing grid which improves the characteristics of the extinguishing chamber 11. However, each of the fixing elements 9 and 10 must be electrically insulated from the rest.

Falls der Isolierkörper 12 der Löschkammer 11 eine zusammensetzbare Bauweise aufweist, können die Fixierelemente auch zur Verbindung der einzelnen Teile der Löschkammer und zur Gewährleistung ihrer exakten Montage dienen. If the insulating body 12 of the extinguishing chamber 11 has a construction that can be assembled, the fixing elements can also serve to connect the individual parts of the extinguishing chamber and to ensure their exact assembly.

Um eine Verschiebung der Fusspunkte des zu löschenden Lichtbogens in Radialrichtung zu ermöglichen, ist es zweckmässig, der Löschkammer Elemente aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, beispielsweise am Anfang und am Ende des schraubenlinienförmigen Zwischenraumes zwischen den Windungen und in Radialrichtung sich erstreckende zusätzliche Elektroden zuzuordnen. Diese Zusatzelektroden müssen mit den entsprechenden Hauptelektroden elektrisch verbunden sein. In order to enable a shift of the base points of the arc to be extinguished in the radial direction, it is expedient to assign elements of an electrically conductive material to the quenching chamber, for example at the beginning and at the end of the helical space between the windings and additional electrodes extending in the radial direction. These additional electrodes must be electrically connected to the corresponding main electrodes.

In Fig. 6 ist eine solche Ausführungsform der Einrichtung gezeigt, die mit Elementen 17, 18 aus einem elektrischen leitenden Werkstoff versehen ist, um die Fusspunkte des zu löschenden Lichtbogens in Radialrichtung zu verschieben. Diese Elemente 17, 18 haben die Form von Metallscheiben mit Axialöffnungen und sind an den Stirnseiten der Löschkammer 19 angeordnet. Diese Scheiben 17, 18 sind mit je einer von der gleichen Stirnseite im Axialkanal 22 angeordneten Elektrode 20, 21 elektrisch verbunden. Als Material für die Scheiben 17, 18 kommt beispielsweise Kupfer in Frage. Such an embodiment of the device is shown in FIG. 6, which is provided with elements 17, 18 made of an electrically conductive material in order to shift the base points of the arc to be extinguished in the radial direction. These elements 17, 18 have the form of metal disks with axial openings and are arranged on the end faces of the arcing chamber 19. These disks 17, 18 are each electrically connected to an electrode 20, 21 arranged in the axial channel 22 from the same end face. Copper, for example, is suitable as the material for the disks 17, 18.

Ein zu löschender Lichtbogen 23 ist während dessen radialer Ausbreitung und bei der Verschiebung dessen Fusspunkte auf den Metallscheiben 17, 18 gezeigt. An arc 23 to be extinguished is shown on the metal disks 17, 18 during its radial expansion and during the displacement of its base points.

In Fig. 7 ist eine Einrichtung für einen Hochspannungs-Schalter dargestellt. Bei dieser Einrichtung ist eine unbewegliche Elektrode 24 (festes Kontaktstück) beispielsweise in Form eines Rohres mit einem Innendurchmesser gleich dem Durchmesser einer zweiten beweglichen Elektrode 25 (bewegliches Kontaktstück) vorgesehen. Mit der beweglichen Elek- 7 shows a device for a high-voltage switch. In this device, an immovable electrode 24 (fixed contact piece) is provided, for example in the form of a tube with an inner diameter equal to the diameter of a second movable electrode 25 (movable contact piece). With the movable electronic

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

b5 b5

648 151 648 151

6 6

tode 25 ist beispielsweise mit Hilfe einer Gewindeverbindung ein Stab 26 aus einem Isolierstoff verbunden. death 25, for example, a rod 26 made of an insulating material is connected by means of a threaded connection.

Der Durchmesser dieses Stabes 26 ist gleich dem Durchmesser der beweglichen Elektrode 25 und seine Länge ist mindestens gleich dem Abstand zwischen den Elektroden 24, 25 in deren Ausschaltstellung. The diameter of this rod 26 is equal to the diameter of the movable electrode 25 and its length is at least equal to the distance between the electrodes 24, 25 in their switch-off position.

Das Vorhandensein des Stabes 26 eliminiert die Möglichkeit eines Durchschlages über den Axialkanal zwischen den sich während des Ausschaltvorganges voneinander entfernenden Elektroden 24,25, was die Zuverlässigkeit des Betriebes der Löschkammer 27 erhöht. The presence of the rod 26 eliminates the possibility of a breakdown via the axial channel between the electrodes 24, 25 which move away from one another during the switching-off process, which increases the reliability of the operation of the arcing chamber 27.

Der Werkstoff des Stabes (Lichtbogenfestigkeit und Gaserzeugung erwünscht) kann wegen dessen einfacher Form verschieden (beispielsweise Keramik, Bornitrid, Asbestzement) sein. Die bewegliche Elektrode 24 kann auch in Form einer oder mehrerer Stromabnahmeklemmen ausgeführt sein. The material of the rod (arc resistance and gas generation desired) can be different because of its simple shape (for example ceramic, boron nitride, asbestos cement). The movable electrode 24 can also be designed in the form of one or more current take-off terminals.

Die Lage des zu löschenden Lichtbogens 28 ist in Fig. 7 in einem Moment während des Ausschaltvorganges dargestellt, in dem die Lichtbogenlöscheinrichtung wirksam ist. The position of the arc 28 to be extinguished is shown in FIG. 7 at a moment during the switch-off process in which the arc extinguishing device is active.

Der Aussendurchmesser der Löschkammer 27 ist zweckmässigerweise in Übereinstimmung mit der zum Zeitpunkt der Beendigung des Abschaltvorganges erreichten Form des sich in Radialrichtung bereits ausbreitenden, schraubenli-nienförmigen, zu löschenden Lichtbogens 28 zu wählen. Der Aussendurchmesser der Löschkammer"27 kann sich in Richtung jener Stirnseite verjüngen, in die die bewegliche Elektrode 25 eingreift. The outside diameter of the quenching chamber 27 is expediently to be selected in accordance with the shape of the helical arc-shaped arc 28 to be quenched which is already expanding in the radial direction at the time the shutdown process is ended. The outside diameter of the quenching chamber 27 can taper in the direction of the end face into which the movable electrode 25 engages.

Man kann die Abmessungen und die charakteristischen Masse des Schalters mit der beschriebenen Löscheinrichtung, beispielsweise für eine Spannung von U = 100 kV abschätzen. Diese Abschätzung wird nachstehend für einen Schalter mit einer Abschaltzeit von 5 10 ms in einem Wechselstromkreis gemacht. Unter der Annahme, dass die mittlere Bewegungsgeschwindigkeit der Bogensäule gleich vg«50 bis 100 m/s sei, erhält man das erforderliche Mass des Zwischenraumes zwischen zwei Windungen und damit den Durchmesser der Löschkammer gleich The dimensions and the characteristic mass of the switch can be estimated using the described extinguishing device, for example for a voltage of U = 100 kV. This estimate is made below for a switch with a shutdown time of 5 10 ms in an AC circuit. Assuming that the average speed of movement of the arch column is equal to vg «50 to 100 m / s, the required dimension of the space between two turns and thus the diameter of the quenching chamber are the same

D « 2vgx = 1 bis 2 m D «2vgx = 1 to 2 m

Bei einer mittleren Bogenspannung je Längeneinheit des sich bewegenden, zu löschenden Lichtbogens E 5 20 bis 30 V/cm beträgt die erforderliche Bogenlänge lg unter Berücksichtigung einer zweifachen Reserve für die abzuschaltende Spannung U (mit Rücksicht auf Überspannungen) With an average arc voltage per unit length of the moving, to be extinguished arc E 5 20 to 30 V / cm, the required arc length lg is taking into account a double reserve for the voltage U to be switched off (with regard to overvoltages)

2U 2U

lb= «70 bis 100 m E lb = «70 to 100 m E

Indem aus konstruktiven Gründen die Steigung À. der Wendelfläche etwa gleich 1 cm und die Länge L der Löschkammer gleich deren Durchmesser D gesetzt wird, wird By constructing the slope À. the helical area is approximately equal to 1 cm and the length L of the quenching chamber is equal to its diameter D is set

D = L = i/I^XTk = 0,48 bis 0,55 m. D = L = i / I ^ XTk = 0.48 to 0.55 m.

Eine Löschkammer mit einer Abmessung D ;S 0,55 m und mit L < 0,55 m ist also in der Lage, die Abschaltung eines Gleich- oder Wechselstromkreises mit der Spannung U = 100 kV (mit einer zweifachen Spannungsreserve) und mit einer Abschaltzeit von x<0,01 s zu gewährleisten, ohne die für herkömmliche 100-kV-Ausschalter erforderlichen Elemente zu verwenden, z.B. ohne einen 6 bis 12 t Öl enthaltenden Behälter für einen 8 bis 15t wiegenden Ölschalter, ohne einen 0,5 bis 1,5 t Öl enthaltenden Behälter bei einem 4 bis 8 t wiegenden ölarmen Schalter, ohne einen Druckbehälter mit einem Kompressor für 2 bis 6 MPa bei einem 5 bis 8 t wiegenden Luftschalter und schliesslich ohne ein hermetisch abgeschlossenes Gehäuse für 0,3 bis 0,6 MPa mit dem SFö-Gas bei einem An extinguishing chamber with a dimension D; S 0.55 m and with L <0.55 m is therefore able to switch off a DC or AC circuit with the voltage U = 100 kV (with a double voltage reserve) and with a switch-off time of x <0.01 s without using the elements required for conventional 100 kV switches, e.g. without a 6 to 12 t oil container for an 8 to 15 t oil switch, without a 0.5 to 1.5 t oil container with a 4 to 8 t low oil switch, without a pressure container with a compressor for 2 to 6 MPa for a 5 to 8 ton air switch and finally without a hermetically sealed housing for 0.3 to 0.6 MPa with the SFö gas for one

5 bis 8 t wiegenden Druckgasschalter mit Selbstbelastung, wobei diese bekannten Schalter eine Abschaltzeit von maximal etwa 0,06 bis 0,1 s erreichen und nur für Wechselstrom verwendbar sind. 5 to 8 t pressure gas switch with self-loading, these known switches achieve a switch-off time of a maximum of about 0.06 to 0.1 s and can only be used for alternating current.

Fig. 8 zeigt eine Löscheinrichtung an einer Hochspannungssicherung. Sie weist eine Löschkammer 29 auf, der durch einen Isolierkörper 29' aus einem Isolierstoff gebildet ist. In Achsrichtung der Kammer sind an deren Stirnseiten unbewegliche Elektroden 30, 31 angeordnet, die durch einen in Form eines Drahtes, beispielsweise aus Kupfer, hergestellten Schmelzleiter 32 verbunden sind. 8 shows an extinguishing device on a high-voltage fuse. It has an extinguishing chamber 29 which is formed by an insulating body 29 'made of an insulating material. In the axial direction of the chamber, immovable electrodes 30, 31 are arranged on its end faces, which are connected by a fusible conductor 32 made in the form of a wire, for example made of copper.

Der Schmelzleiter 32 ist im Axialkanal der Löschkammer The fuse element 32 is in the axial channel of the arcing chamber

29 angeordnet. Dabei ist der Durchmesser des Schmelzleiters 29 arranged. The diameter of the fuse element

32 gleich dem Innendurchmesser des Axialkanals. 32 equal to the inside diameter of the axial channel.

Bekanntlich sind die Sicherungen im wesentlichen zum Kurzschlussschutz vorgesehen und müssen eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit besitzen. Dabei muss die Sicherung recht einfach und billig sein. Die gegenwärtig bestehenden Hochspannungssicherungen und nur bis zum Spannungsniveau ;£ As is known, the fuses are essentially intended for short-circuit protection and must have a high operating speed. The backup must be fairly simple and cheap. The current high voltage fuses and only up to the voltage level; £

30 bis 50 kV funktionstüchtig. 30 to 50 kV functional.

Als Hauptelement dient in der dargestellten Sicherung der die in diesem Fall die Rolle von Stromzuführungen spielenden unbeweglichen Elektroden verbindende Schmelzleiter 32. Die Wirksamkeit der konstruktiven Ausführung und die Funktionstüchtigkeit der Sicherung werden im beträchtlichen Masse durch das erzielte Verhältnis der Bogenlänge am Ende des Abschaltvorganges zur Länge des Schmelzleiters bestimmt. The main element in the fuse shown is the fusible conductor 32, which in this case connects the immovable electrodes and plays the role of power supplies. The effectiveness of the design and the functionality of the fuse are considerably influenced by the ratio of the arc length achieved at the end of the switch-off process to the length of the fuse Fuse element determined.

Die in Fig. 8 dargestellte Konstruktion der Hochspannungssicherung gestattet es, praktisch den höchstmöglichen Wert dieses Verhältnisses durch Ausnutzung des Schmelzleiters 32 zu erhalten, dessen Länge gleich der Länge der Löschkammer 29 ist. The construction of the high-voltage fuse shown in FIG. 8 allows practically the highest possible value of this ratio to be obtained by utilizing the fusible conductor 32, the length of which is equal to the length of the arcing chamber 29.

Beispielsweise wird die Löschkammer der Sicherung für 100 kV (mit zweifacher Spannungsreserve) mit einer Abschaltzeit von x = 3 ms bei X = 1 cm, E = 25 V/cm und vg = 50 m/s einen Durchmesser D und eine Länge L gleich D = 2vgx = 0,3 m, L = 2U/;iED = 0,9 m und ein Verhältnis lg/L = 90 haben. For example, the quenching chamber of the fuse for 100 kV (with double voltage reserve) with a switch-off time of x = 3 ms at X = 1 cm, E = 25 V / cm and vg = 50 m / s has a diameter D and a length L equal to D. = 2vgx = 0.3 m, L = 2U /; iED = 0.9 m and a ratio lg / L = 90.

Derartige Abmessungen der Löschkammer einer Sicherung für 100 kV sind technisch durchaus vertretbar. Such dimensions of the arcing chamber of a fuse for 100 kV are technically justifiable.

Fig. 9 zeigt eine zweite Ausführungsform der Löscheinrichtung für eine Sicherung mit einem unter Überlast verdampfenden Schmelzleiter. Im Axialkanal der Löschkammer FIG. 9 shows a second embodiment of the extinguishing device for a fuse with a fuse element that evaporates under overload. In the axial channel of the arcing chamber

33 ist ein zylindrischer Einsatz 34 angeordnet, dessen Aussendurchmesser gleich dem Innendurchmesser des Axialkanals dieser Löschkammer 33 ist. Auf den Einsatz 34 ist ein Schmelzleiter 35 mit einer Steigung aufgewickelt, die gleich ist wie die Steigung des wendelflächenförmigen Zwischenraumes zwischen den Windungen des Isolierkörpers 33' der Löschkammer 33. Der Einsatz 34 ist aus einem Isolierstoff, beispielsweise aus dem gleichen Isolierstoff wie jener des Isolierkörpers 33'. Die Stirnseiten des Einsatzes 34 ermöglichen mittels Metallscheiben 36, 37 einen elektrischen Kontakt des Schmelzleiters 35 mit den unbeweglichen Elektroden 38, 39 der Sicherung. 33, a cylindrical insert 34 is arranged, the outer diameter of which is equal to the inner diameter of the axial channel of this arcing chamber 33. A fuse element 35 is wound onto the insert 34 with a slope which is the same as the slope of the helical space between the turns of the insulating body 33 'of the arcing chamber 33. The insert 34 is made of an insulating material, for example the same insulating material as that of the insulating body 33 '. The end faces of the insert 34 enable electrical contact between the fusible conductor 35 and the immovable electrodes 38, 39 of the fuse by means of metal disks 36, 37.

Man kann die Lichtbogenlöscheinrichtung derartiger Sicherungen in der Weise ausführen, dass der Einsatz 34 nach Durchbrennen des Schmelzleiters 35 ausgetauscht werden kann. Speziell ist es für eine solche Sicherung zweckmässig, den Einsatz nach der Auslösung der Sicherung in Achsrichtung der Löschkammer 33 zur Anzeige der Abschaltung des Stromkreises ausschiebbar zu gestalten. Ein neuer Einsatz 34 mit dem darauf im voraus aufgewickelten Schmelzleiter 35 wird sodann in die Löschkammer 33 eingeschraubt, so dass der Schmelzleiter 35 in den Zwischenraum den Windungen des Isolierkörpers zu liegen kommt. The arc quenching device of such fuses can be designed such that the insert 34 can be replaced after the fuse element 35 has blown. For such a fuse, it is particularly expedient to design the insert to be extendable in the axial direction of the arcing chamber 33 to indicate that the circuit has been switched off after the fuse has been triggered. A new insert 34 with the fusible conductor 35 wound thereon in advance is then screwed into the quenching chamber 33, so that the fusible conductor 35 comes to lie in the space between the turns of the insulating body.

Man kann die Löschkammer der Sicherung mehrgängig The fuse chamber of the fuse can be used in several ways

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

7 7

648 151 648 151

ausführen und den Einsatz mit so vielen Schmelzleitern umwickeln, als die Löschkammer Gänge aufweist. Nach einer Auslösung kann der nächste Schmelzleiter durch einfaches Verdrehen des Einsatzes oder der Kammer mit dem Einsatz um einen bestimmten Winkel eingeschaltet werden. Execute and wrap the insert with as many fusible conductors as there are aisles in the arcing chamber. After triggering, the next fuse element can be switched on by simply rotating the insert or the chamber with the insert by a certain angle.

Alle beschriebenen Ausführungsformen der Lichtbogenlöscheinrichtung können mit anderen bekannten Verfahren zur Einwirkung auf den zu löschenden Lichtbogen zur weiteren Verbesserung der Parameter von Schaltapparaten kombiniert werden. All described embodiments of the arc quenching device can be combined with other known methods for acting on the arc to be quenched in order to further improve the parameters of switching devices.

Zu diesen Verfahren können eine Änderung des Arbeitsstoffes im Gehäuse des Schalters, beispielsweise dessen Auffüllen mit SFs, oder eine Druckänderung, beispielsweise eine Druckerhöhung, und in einer Reihe von Fällen, namentlich zur Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit umgekehrt eine Druckminderung oder sogar eine Evakuierung gerechnet werden. Man kann bei der beschriebenen Löschkammer auch Mittel zur Erhöhung Bogenbrennspannung einsetzen, z.B. ein Satz von gegeneinander isolierten, am Austritt des Lichtbogenlöschschlitzes in der Bewegungsrichtung der Bogensäule angeordnete Metallplatten, die ein Lösch- und Entionisie-rungsgitter darstellen. For these methods, a change in the working material in the housing of the switch, for example filling it with SFs, or a change in pressure, for example an increase in pressure, and in a number of cases, namely to increase the working speed, conversely, a reduction in pressure or even an evacuation can be expected. In the quenching chamber described, means for increasing the arc burning voltage can also be used, e.g. a set of metal plates which are insulated from one another and arranged at the outlet of the arc extinguishing slot in the direction of movement of the arc column and which represent an extinguishing and deionization grid.

Ebenso wie in den herkömmlichen Löschkammern kann derschraubenlinienförmige Lichtbogen-Löschraum der vorliegenden Einrichtung in Radialrichtung zickzack- oder laby-rinthförmig ausgebildet sein, was gestattet, den zu löschenden Lichtbogen bei geringfügiger Vergrösserung der Abmessungen der Löschkammer um 1,5- bis 3fache zusätzlich zu verlängern. As in the conventional quenching chambers, the helical arc quenching space of the present device can be designed in a radial direction zigzag or laby-rinth, which allows the arc to be quenched to be extended by 1.5 to 3 times with a slight increase in the dimensions of the quenching chamber.

Da schliesslich sämtliche elektromagnetischen Lichtbogenlöscheinrichtungen bei Schaltern bei der Abschaltung geringer Ströme unzureichend wirksam sind, ist es zweckmässig, bei der vorgeschlagenen Einrichtung, wie dies in der Regel für bekannte elektromagnetische Lichtbogenlöschkammern der Fall ist, ein eigenes Gasgebläse für den schraubenli-nienförmigen Lichtbogenlöschraum zur Verlängerung des zu löschenden Schwachstrom-Lichtbogens vorzusehen. Finally, since all electromagnetic arc extinguishing devices in switches are insufficiently effective when switching off low currents, it is expedient for the proposed device, as is usually the case for known electromagnetic arc quenching chambers, to have its own gas blower for the helical arc-shaped arc quenching space to extend the low-voltage arc to be extinguished.

Ein derartiges Gasgebläse, beispielsweise ein Luftgebläse, kann Luft über Axialöffnungen in der beweglichen und unbeweglichen Elektrode ebenso wie in dem mit der beweglichen Elektrode verbundenen Stab aus dem Isolierstoff zuleiten und in den schraubenlinienförmigen Zwischenraum zwischen den Windungen der Löschkammer über gleichmässig verteilte Radialöffnungen abblasen. Ein derartiges Gebläse kann auch über den Isolierkörper der Löschkammer selbst über entsprechende Öffnungen im Isolierkörper der Löschkammer in der Nähe des Axialkanals Gas abblasen. Such a gas blower, for example an air blower, can supply air through axial openings in the movable and immovable electrode as well as in the rod connected to the movable electrode and blow off air into the helical space between the windings of the quenching chamber via evenly distributed radial openings. Such a blower can also blow off gas via the insulating body of the quenching chamber itself via corresponding openings in the insulating body of the quenching chamber in the vicinity of the axial duct.

Ein Schalter mit der beschriebenen elektromagnetischen Lichtbogenlöscheinrichtung arbeitet wie folgt. Nach der Erteilung eines Abschaltbefehls werden die Leistungskontakte des Schalters auseinandergezogen, worauf der Gesamtstrom des Stromkreises über die Elektroden 3, 4 (Fig. 1) der Einrichtung fliesst. A switch with the electromagnetic arc extinguishing device described operates as follows. After a switch-off command has been issued, the power contacts of the switch are pulled apart, whereupon the total current of the circuit flows through the electrodes 3, 4 (FIG. 1) of the device.

Der sich nach dem Auseinanderziehen der Elektroden 3, 4 im Axialkanal 2 der Löschkammer ausbildende, zu löschende Lichtbogen 5 befindet sich in dem durch Magnetspulen (nicht gezeigt) erzeugten magnetischen Längsfeld B. Unter diesen Verhältnissen geht die Bogensäule in eine Schraubenform über (vgl. in diesem Zusammenhang den Aufsatz «Schrauben-Lichtbogeninstabilität im magnetischen Längsfeld»: E.l. Asinowski, A.A. Afanasjew, E.P. Pachomow, Beiträge der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, 231, N.2, 1976), worauf infolge der Erscheinung einer Tangentialkomponente des Stromes des zu löschenden Lichtbogens eine Radialkomponente der Kraft der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen Bogenstrom und dem Magnetfeld entsteht. Die Wirkung dieser Komponente der Kraft F bedingt den Eintritt des schraubenlinienförmigen, zu löschenden Lichtbogens 5 in den Zwischenraum zwischen den Windungen der Löschkammer 1 und dessen Ausbreitung in radialer Richtung. The arc 5, which is to be extinguished after the electrodes 3, 4 are pulled apart in the axial channel 2 of the quenching chamber, is located in the longitudinal magnetic field B generated by magnetic coils (not shown). Under these conditions, the arc column changes into a screw shape (cf. in In this connection, the essay "Screw arc instability in the longitudinal magnetic field": El Asinowski, AA Afanasjew, EP Pachomow, contributions of the Academy of Sciences of the USSR, 231, N.2, 1976), whereupon due to the appearance of a tangential component of the current to be quenched Arc arises a radial component of the force of the electromagnetic interaction between arc current and the magnetic field. The effect of this component of the force F causes the entry of the helical arc 5 to be quenched into the space between the turns of the quenching chamber 1 and its expansion in the radial direction.

Die Radialkomponenten des Stromes des zu löschenden Lichtbogens 5 in den elektrodennahen Gebieten bewirken bei Vorhandensein des magnetischen Längsfeldes eine Rotation dieser Abschnitte des Lichtbogens 5 im entgegengesetzten Drehsinn unter Einwirkung der Tangentialkomponenten der Kraft F, was eine «Aufwicklung» des zu löschenden Lichtbogens 5 ayf die Elektroden 3, 4 nach einer durch den schraubenförmigen Hohlraum der Löschkammer I vorgegebenen Schraubenlinie zur Folge hat. Die Geschwindigkeit der Vergrösserung der Länge des sich in Radialrichtung ausweitenden schraubenlinienförmigen Lichtbogens 5 wird also jederzeit grösser sein, als die Geschwindigkeit, mit der die Elektroden 3, 4 sich voneinander entfernen. The radial components of the current of the arc 5 to be extinguished in the regions near the electrodes, in the presence of the longitudinal magnetic field, cause these sections of the arc 5 to rotate in the opposite direction under the action of the tangential components of the force F, which results in a “winding” of the arc 5 to be quenched, and the electrodes 3, 4 after a helical line predetermined by the helical cavity of the extinguishing chamber I. The speed at which the length of the helical arc 5 which widens in the radial direction increases is therefore always greater than the speed at which the electrodes 3, 4 move away from one another.

Bei der Ausdehnung des zu löschenden Lichtbogens bis zu einer Länge, bei der die Bogenspannung der am Schalter wiederherzustellenden Spannung entspricht, fällt der Strom auf Null ab. Damit endet der Abschaltvorgang. When the arc to be extinguished is extended to a length at which the arc voltage corresponds to the voltage to be restored at the switch, the current drops to zero. The shutdown process ends.

Bei der Einschaltung läuft der Prozess des Kontaktschlies-sens wie üblich in umgekehrter Reihenfolge ab: zuerst schliessen die Elektroden 3, 4 der Löscheinrichtung, dann die in Fig. 1 nicht gezeigten Leistungskontaktstücke des Schalters. When switching on, the process of closing the contact takes place in the reverse order as usual: first the electrodes 3, 4 of the extinguishing device close, then the power contact pieces of the switch, not shown in FIG. 1.

Die Besonderheit der Wirkungsweise der beschriebenen Löschkammer I ist der Umstand, dass die Ausweitung des schraubenlinienförmigen, zu löschenden Lichtbogens 5 in Radialrichtung stabil, ohne nennenswertes Vor- oder Nacheilen der einzelnen Windungen des Lichtbogens 5 erfolgt, was auf die Wechselwirkung der Ströme der benachbarten Windungen untereinander (Parallelströme werden angezogen) zurückzuführen ist. Hierbei ist der wendelflächenförmige Isolierkörper 6 der Löschkammer 1 von den mechanischen Spannungen praktisch entlastet, weil er einer zweiseitigen Einwirkung der Bogensäule 5 ausgesetzt ist. Ein Ungleichgewicht der Längskomponente der Kraft F der Wechselwirkung der Windungen des zu löschenden Lichtbogens 5 zeigt immer zur Mitte der Löschkammer 1. The peculiarity of the mode of operation of the quenching chamber I described is the fact that the expansion of the helical arc 5 to be quenched is stable in the radial direction without any significant advance or lag of the individual turns of the arc 5, which affects the interaction of the currents of the adjacent turns with one another (Parallel currents are attracted). Here, the helical insulating body 6 of the quenching chamber 1 is practically relieved of the mechanical stresses because it is exposed to a bilateral action of the arch column 5. An imbalance of the longitudinal component of the force F of the interaction of the turns of the arc 5 to be quenched always points to the center of the quenching chamber 1.

Die Kenndaten der vorgeschlagenen Lichtbogenlöscheinrichtung werden in erster Näherung durch folgende Ausdrücke für die Brennspannung des zu löschenden Lichtbogens: The characteristic data of the proposed arc extinguishing device are approximated by the following expressions for the operating voltage of the arc to be extinguished:

U(t) = nr(t)l(t)E/\ U (t) = nr (t) l (t) E / \

und für die Geschwindigkeit der Spannungswiederkehr: and for the speed of voltage recovery:

5U/5t = Jtl(t)Evg/A. 5U / 5t = Jtl (t) Evg / A.

gegeben, wobei r(t) und l(t) der Radius des schraubenlinienförmigen Lichtbogens 5 bzw. dessen Länge als Funktion der Zeit bezeichnen. given, where r (t) and l (t) denote the radius of the helical arc 5 or its length as a function of time.

Die Besonderheit der beschriebenen Löscheinrichtung ist die Notwendigkeit, auch die eigene, zeitlich variable Induktivität des löschenden Lichtbogens 5 zu berücksichtigen. The peculiarity of the quenching device described is the need to also take into account the inductance of the quenching arc 5 which is variable over time.

Bei der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform wird derschraubenlinienförmige, zu löschende Lichtbogen 16, bei seiner Ausbreitung in Radialrichtung die Fixierelemente 9 erreichen, durch diese gekrümmt werden und diese umhüllen. Diese Lage des zu löschenden Lichtbogens ist in Fig. 5 mit 16a bezeichnet. Hierbei erfolgt ein Durchschlag zwischen den sich annähernden Abschnitten der Bogensäule 16a hinter den umgangenen Fixierelementen 9 und es bildet sich wieder ein praktisch ungestörter, schraubenlinienförmigen Verlauf des Lichtbogens aus, der in Fig. 5 mit 16b bezeichnet ist. In the embodiment shown in FIGS. 4 and 5, the helical arc 16 to be extinguished, when it extends in the radial direction, will reach the fixing elements 9, will be curved by them and envelop them. This position of the arc to be quenched is designated 16a in FIG. 5. A breakdown occurs between the approaching sections of the arc column 16a behind the bypassed fixing elements 9, and a practically undisturbed, helical course of the arc is formed, which is denoted by 16b in FIG. 5.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform der Löschkammer mit den Metallscheiben 17, 18 an den Stirnsei5 In the embodiment of the quenching chamber shown in FIG. 6 with the metal disks 17, 18 on the front side 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

648 151 648 151

8 8th

ten der Kammer 19 greift der sich in Radial- und Längsrichtung (durch «Aufwickeln» auf die Elektroden 20, 21) ausbreitende, zu löschende Lichtbogen 23 bei Erreichen der Stirnseiten der Kammer auf diese Scheiben 17, 18 über und nimmt eine bauchige Form an, die im weiteren praktisch zylindrisch werden kann. Dies vermindert einen Abbrand der Hauptelektroden 20, 21, was in der Regel bei Verwendung von Hörnerelektroden der Fall ist. ten of the chamber 19, the arc 23 to be extinguished, which spreads in the radial and longitudinal directions (by “winding up” on the electrodes 20, 21), reaches these disks 17, 18 upon reaching the end faces of the chamber and assumes a bulbous shape, which can become practically cylindrical. This reduces the erosion of the main electrodes 20, 21, which is usually the case when using horn electrodes.

Die Arbeitsweise der in Fig. 7 dargestellten Ausführungs-form unterscheidet sich von jener der oben beschriebenen nur durch die erste Stufe. Hier wird beim Auseinanderziehen der Elektroden 24, 25 der an der beweglichen Elektrode 25 unmittelbar befestigte und sich mit dieser zusammen bewegende Stab 26 in den Axialkanal der Löschkammer 27 eingeführt. Wenn daher beim Auseinanderziehen der Elektroden 24, 25 zwischen diesen der Lichtbogen gezündet wird, bildet er sich sofort in dem die auseinandergezogenen Elektroden 24, 25 verbindenden, schraubenlinienförmigen Zwischenraum zwischen den Windungen der Kammer 27 aus. Dabei ist der Lichtbogen 29 gezwungen, sogleich eine Schraubenform anzunehmen. Der Stab 26 gestattet also, die Schraubenform des entstehenden, zu löschenden Lichtbogens 28 sofort und zwangsläufig vorzugeben und nicht erst bei seiner Ausbildung seinen Eintritt in den schraubenlinienförmigen Zwischenraum zwischen den Windungen der Kammer 27 zu veranlassen. The mode of operation of the embodiment shown in FIG. 7 differs from that of the one described above only in the first stage. Here, when the electrodes 24, 25 are pulled apart, the rod 26 which is directly attached to the movable electrode 25 and moves together with it is inserted into the axial channel of the arcing chamber 27. If, therefore, when the electrodes 24, 25 are pulled apart, the arc is ignited between them, it immediately forms in the helical gap between the turns of the chamber 27 connecting the pulled electrodes 24, 25. The arc 29 is forced to immediately take on a screw shape. The rod 26 thus allows the screw shape of the resulting arc 28 to be extinguished to be specified immediately and inevitably and does not only cause its entry into the helical space between the turns of the chamber 27 when it is formed.

Der schraubenlinienförmig ausgebildete, zu löschende Lichtbogen 28 wird sich unter der Wirkung der Kraft F in Radialrichtung ausbreiten und auf die Elektroden 24, 25 nach dem schraubenförmigen Zwischenraum zwischen den Windungen der Kammer 27 aufwickeln. Deshalb ist die Einwirkung des Lichtbogens 28 auf den Stab 26 kurzzeitig, was dessen Lebensdauer verbessert. The helical arc 28 to be extinguished will spread under the effect of the force F in the radial direction and wind up on the electrodes 24, 25 after the helical space between the turns of the chamber 27. Therefore, the action of the arc 28 on the rod 26 is brief, which improves its life.

Die charakteristische Besonderheit der Wirkungsweise der Löschkammer 27 besteht darin, dass sie die Schraubenform des zu löschenden Lichtbogens 28 mit einer relativ geringen Steigung X vorgibt und damit den zu löschenden Lichtbogen in ein Starkstrom-PIasmasolenoid verwandelt, das zusätzlich das für den Betrieb der Löschkammer 27 benötigte magnetische Längsfeld B aufbaut, d.h. eine hohe Ausnutzung des eigenen Magnetfeldes des Stromes des zu löschenden The characteristic peculiarity of the mode of operation of the quenching chamber 27 is that it specifies the screw shape of the arc 28 to be quenched with a relatively small pitch X and thus transforms the arc to be quenched into a high-current plasma masoloid, which additionally requires that for the operation of the quenching chamber 27 longitudinal magnetic field B builds up, ie a high utilization of the own magnetic field of the current of the to be extinguished

Lichtbogens 28 selbst wirksam gewährleistet. So beträgt das eigene magnetische Längsfeld der Stromwindungen des zu löschenden Lichtbogens in Achsrichtung der Kammer im vorstehend betrachteten Beispiel bei der Abschaltung eines Stro-5 mes von 2 und 20 kA bei einer Spannung von 100 kV 0,2 bzw. 2 T. Dies bedeutet, dass die vorliegende Löscheinrichtung in vielen Fällen eine Vereinfachung der Konstruktion der Schaltapparatur auf dem Wege einer vollständigen Elimination der Magnetspulen und Magnetleiter erlaubt. 10 Die Anwendung der beschriebenen Lichtbogenlöscheinrichtung für Sicherungen und Trennschalter mit verdampfendem Schmelzleiter weist ihre Besonderheiten auf. Die in Fig. 8 dargestellte Einrichtung arbeitet wie folgt: Arc 28 itself effectively guaranteed. The own magnetic longitudinal field of the current turns of the arc to be quenched in the axial direction of the chamber in the example considered above when a current of 5 and 2 kA is switched off at 20 kA at a voltage of 100 kV is 0.2 or 2 T. This means that that the present quenching device allows in many cases a simplification of the construction of the switching apparatus by completely eliminating the magnet coils and magnet conductors. 10 The application of the described arc extinguishing device for fuses and disconnectors with evaporating fuse shows its special features. The device shown in Fig. 8 operates as follows:

Nach Durchbrennen des Schmelzleiters 32 bildet sich ein 15 zu löschender Lichtbogen aus, dessen Bogensäule sich in der Anfangsperiode intensiv ausbreitet, weil die Leitfähigkeit des Plasmas wesentlich unterhalb der Leitfähigkeit des Metalls liegt. Da die Ausbreitung der Bogensäule nur in Richtung des schraubenlinienförmigen Hohlraumes zwischen den Windun-20 gen der Löschkammer 29 erfolgen kann, führt dies zur erzwungenen Ausbildung der Schraubenform des zu löschenden Lichtbogens bereits in dieser Betriebsphase der Löscheinrichtung. After the fusible conductor 32 has burned through, an arc 15 to be extinguished is formed, the arc column of which spreads intensely in the initial period because the conductivity of the plasma is substantially below the conductivity of the metal. Since the spreading of the arc column can only take place in the direction of the helical cavity between the windings of the quenching chamber 29, this leads to the forced formation of the helical shape of the arc to be quenched already in this operating phase of the quenching device.

Ferner weitet sich der schraubenlinienförmige, zu 25 löschende Lichtbogen in Radialrichtung aus, wobei ersieh stark verlängert. Dabei ist aber das Längenmass des schraubenlinienförmigen, zu löschenden Lichtbogens immer gleich der Länge der Löschkammer 29, was die Bogenverlänge-rungsgeschwindigkeit und dementsprechend die Geschwin-30 digkeit der Spannungswiederkehr zwischen den Elektroden zusätzlich vergrössert. Furthermore, the helical arc, which is to be extinguished, widens in the radial direction, and is greatly elongated. However, the length dimension of the helical arc to be quenched is always the same as the length of the quenching chamber 29, which further increases the speed of the arc extension and, accordingly, the speed of the voltage recovery between the electrodes.

Die Funktionsweise der in Fig. 9 dargestellten Einrichtung besteht darin, dass zum einen der sich nach Durchbrennen des Schmelzleiters 35 ausbildende, zu löschende Lichtbo-35 gen sogleich eine Schraubenform mit vorgegebenem Radius und Steigung ausweist und zum anderen dass der Schaltstrom bereits im Schmelzstadium des Schmelzleiters 35 ein erhebliches, eigenes magnetisches Längsfeld erzeugt. Dies gewährleistet eine nochmalige Erhöhung der Schnellwirkung dieser 40 Löscheinrichtung. The functioning of the device shown in FIG. 9 consists in that, on the one hand, the arc 35 to be extinguished after the fusible conductor 35 has burnt through has a helical shape with a predetermined radius and pitch, and on the other hand that the switching current is already in the fusing stage of the fusible conductor 35 generates a significant, own magnetic longitudinal field. This ensures a further increase in the quick action of this extinguishing device.

G G

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims (9)

648151648151 1. Elektromagnetische Lichtbogenlöscheinrichtung zum Löschen eines zwischen zwei Elektroden (3,4; 14, 15; 20,21 ; 24,25; 30, 31 ; 38,39) brennenden Lichtbogens (5; 16; 23; 28), mit Mitteln, um diesen wendeiförmig zu verformen und radial auszuweiten, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch einen mit Wendelflächen begrenzten Isolierkörper (6; 12) gebildete Löschkammer (1 ; 7; 8; 11; 19; 27; 29; 33) vorgesehen ist, deren Steigung (X) wenigstens zehn mal geringer ist als deren Durchmesser (D), und welcher Isolierkörper (6; 12) einen Axialkanal (2; 13; 22) aufweist, in dem die nach ihm ausgerichteten Elektroden (3,4; 14,15; 20,21 ; 24, 25; 30, 31 ; 38, 39) angeordnet sind. 1. Electromagnetic arc extinguishing device for extinguishing an arc (5; 16; 23; 28) burning between two electrodes (3,4; 14, 15; 20,21; 24,25; 30, 31; 38,39), with means, in order to deform it in a helical shape and expand it radially, characterized in that an extinguishing chamber (1; 7; 8; 11; 19; 27; 29; 33) formed by an insulating body (6; 12) limited by helical surfaces is provided, the slope ( X) is at least ten times smaller than their diameter (D), and which insulating body (6; 12) has an axial channel (2; 13; 22) in which the electrodes (3, 4; 14, 15; 20) aligned with it , 21; 24, 25; 30, 31; 38, 39) are arranged. 2. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum zwischen benachbarten Windungen des Isolierkörpers (6) der Löschkammer (7) sich nach aussen hin verjüngt (Fig. 2). 2. Device according to claim 1, characterized in that the space between adjacent turns of the insulating body (6) of the arcing chamber (7) tapers outwards (Fig. 2). 2 2nd PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS 3. Einrichtung nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Windungen des Isolierkörpers (12) der Löschkammer (11) mittels Fixierelementen (9, 10) gegenseitig aufeinander abgestützt sind (Fig. 4, 5)- 3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that adjacent turns of the insulating body (12) of the arcing chamber (11) are mutually supported by means of fixing elements (9, 10) (Fig. 4, 5) - 4. Einrichtung nach einem der Patentansprüche l bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Stirnseiten der Löschkammer (19) elektrisch mit jeweils einer der Elektroden (20, 21) verbundene und radial von diesen abstehende, elektrisch leitende Elemente (17, 18) vorgesehen sind, um die Fusspunkte des zu löschenden Lichtbogens (23) radial zu verschieben (Fig. 6). 4. Device according to one of the claims 1 to 3, characterized in that on the end faces of the arcing chamber (19) electrically with one of the electrodes (20, 21) and radially projecting therefrom, electrically conductive elements (17, 18) are provided are to radially shift the base points of the arc (23) to be extinguished (Fig. 6). 5. Einrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elektroden (25) im Axialkanal des Isolierkörpers der Löschkammer (27) in und ausser Eingriff mit der anderen Elektrode (24) verschiebbar angeordnet ist und an seinem der anderen Elektrode (24) zugekehrten Ende einen den Axialkanal ausfüllenden Stab (26) aus einem Isolierstoff trägt, wobei die andere Elektrode (24) eine Axialöffnung aufweist, in die der Stab (26) eingreift, dessen Länge mindestens dem Abstand der Elektroden (24, 25) in Ausschaltstellung entspricht (Fig. 7). 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that one of the electrodes (25) in the axial channel of the insulating body of the quenching chamber (27) is slidably arranged in and out of engagement with the other electrode (24) and on its the other electrode (24) facing end carries a rod (26) which fills the axial channel and is made of an insulating material, the other electrode (24) having an axial opening into which the rod (26) engages, the length of which is at least equal to the distance between the electrodes (24, 25) in the off position corresponds (Fig. 7). 6. Einrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser der Löschkammer (27) sich in Richtung der verschiebbaren Elektrode (25) hin verjüngt (Fig. 7). 6. Device according to claim 5, characterized in that the outer diameter of the quenching chamber (27) tapers in the direction of the displaceable electrode (25) (Fig. 7). 7. Schmelzsicherung mit einer elektromagnetischen Licht-bogenlöscheinrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, bei der die Elektroden (30,31) mit einem Schmelzleiter (32) in Form eines Drahtes miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzleiter (32) im Axialkanal des Isolierkörpers (29') der Löschkammer (29) angeordnet ist und einen dem Innendurchmesser des Axialkanals entsprechenden Aussendurchmesser aufweist (Fig. 8). 7. A fuse with an electromagnetic arc extinguishing device according to one of claims 1 to 4, in which the electrodes (30, 31) are connected to one another with a fuse element (32) in the form of a wire, characterized in that the fuse element (32) in Axial channel of the insulating body (29 ') of the quenching chamber (29) is arranged and has an outer diameter corresponding to the inner diameter of the axial channel (Fig. 8). 8. Schmelzsicherung mit einer elektromagnetischen Lichtbogenlöscheinrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, bei der die Elektroden (38, 39) mit einem Schmelzleiter (35) in Form eines Drahtes miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Axialkanal des Isolierkörpers (33') der Löschkammer (33) ein diesen ausfüllender Einsatz (34) aus einem Isolierstoff angeordnet ist, um welchen der Schmelzleiter (35) in den Zwischenräumen zwischen den Windungen des Isolierkörpers (33') gewickelt ist (Fig.8. A fuse with an electromagnetic arc extinguishing device according to one of claims 1 to 4, in which the electrodes (38, 39) are connected to one another with a fuse element (35) in the form of a wire, characterized in that in the axial channel of the insulating body (33 ') the quenching chamber (33) has an insert (34) which fills it and is made of an insulating material, around which the fusible conductor (35) is wound in the spaces between the turns of the insulating body (33 ') (Fig. 9). 9).
CH3989/79A 1978-04-28 1979-04-27 ELECTROMAGNETIC ARC EXTINGUISHING DEVICE. CH648151A5 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU782609044A SU773788A1 (en) 1978-04-28 1978-04-28 Fuse

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH648151A5 true CH648151A5 (en) 1985-02-28

Family

ID=20761749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH3989/79A CH648151A5 (en) 1978-04-28 1979-04-27 ELECTROMAGNETIC ARC EXTINGUISHING DEVICE.

Country Status (10)

Country Link
JP (1) JPS54143880A (en)
CA (1) CA1119219A (en)
CH (1) CH648151A5 (en)
DE (1) DE2903426C2 (en)
FR (1) FR2424620A1 (en)
GB (1) GB2020113B (en)
IT (1) IT1166635B (en)
SE (1) SE442563B (en)
SU (1) SU773788A1 (en)
YU (1) YU39862B (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007033180B4 (en) * 2007-07-13 2010-11-18 Auto-Kabel Management Gmbh Circuit breaker for supply lines in motor vehicles
GB2461024B (en) 2008-06-16 2012-06-13 Converteam Technology Ltd Fuses
CN107578864B (en) * 2017-08-24 2024-01-30 王巨丰 Zigzag synchronous compression arc extinguishing lightning protection device with four-side injection channels
EP3979292A4 (en) * 2019-05-28 2022-10-19 Mitsubishi Electric Corporation Direct-current circuit breaker

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE602544C (en) * 1934-09-11 Voigt & Haeffner Akt Ges Electric switch or fuse with spark chamber and arc extinguishing by magnetic blowing
DE926146C (en) * 1944-06-29 1955-04-07 Siemens Ag Arrangement to increase the arc gradient
FR1100959A (en) * 1954-03-10 1955-09-27 Gardy Particip App Electric arc breaking method and device and their applications

Also Published As

Publication number Publication date
YU76679A (en) 1982-06-30
GB2020113B (en) 1982-09-02
IT7920196A0 (en) 1979-02-14
CA1119219A (en) 1982-03-02
SU773788A1 (en) 1980-10-23
SE442563B (en) 1986-01-13
JPS54143880A (en) 1979-11-09
FR2424620A1 (en) 1979-11-23
FR2424620B1 (en) 1982-10-15
YU39862B (en) 1985-04-30
IT1166635B (en) 1987-05-05
DE2903426A1 (en) 1979-11-15
SE7901320L (en) 1979-10-29
GB2020113A (en) 1979-11-07
DE2903426C2 (en) 1986-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3852125B1 (en) Triggerable fuse for low voltage applications
DE69920796T2 (en) Circuit breaker with several parallel switching chambers per phase
EP1769569B1 (en) High-voltage switch and use thereof in a microwave generator
EP3198692A1 (en) Overvoltage protection assembly having a short-circuiting device
DE102006051166A1 (en) Cut-off arrangement for surge arrester in electrical power supply system, has two electrodes, where one electrode includes recess in which part of gas generator is arranged, and recess is covered by electrically conducting cover
EP0789434A1 (en) Method for influencing the extinctive capacity of follow-up current of overvoltage arresters and overvoltage arresters using this method
EP0860918B1 (en) Overvoltage arrester device
CH662005A5 (en) CIRCUIT BREAKER.
DD230958A1 (en) VACUUM arc chute
EP1064664A1 (en) High voltage power circuit breaker with an insulation nozzle
EP3428942B1 (en) Direct current device for eliminating arcing and electromechanical direct current switching device
DE10164025B4 (en) Encapsulated voltage surge absorber for limiting secondary current has an untriggered discharger with main electrodes, an insulating part, expansion areas and a trigger electrode.
CH648151A5 (en) ELECTROMAGNETIC ARC EXTINGUISHING DEVICE.
DE19517615A1 (en) Circuit breaker
DE3729454C2 (en)
DE10060426B4 (en) Encapsulated surge arrester with at least one spark gap
EP1913621A1 (en) Self-blast circuit breaker with control body
DE1513163A1 (en) Spark gap surge arrester for DC voltage systems
WO2011035781A1 (en) Burn-off element to be arranged on a switch contact of a power circuit breaker
EP2087498B1 (en) High-voltage circuit breaker comprising a rotary arc
DE2005988A1 (en) Surge arresters
DE2513242B2 (en) Arc separator for attachment to electrical switches
DE2910495C2 (en) Electric circuit breaker
EP2642500A1 (en) DC circuit without arcing chambers
DE2419731A1 (en) Lightning arrester spark gap for HV DC power lines - with active quuecnnching or arc starting at currents below predetermined value

Legal Events

Date Code Title Description
PL Patent ceased