DE1052498B

DE1052498B - Device for influencing the course of the arc voltage over time in switching devices

Info

Publication number: DE1052498B
Application number: DEC13310A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Rudolf Doering
Original assignee: Calor Emag AG
Current assignee: Calor Emag AG
Priority date: 1956-07-03
Filing date: 1956-07-03
Publication date: 1959-03-12

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Beeinflussung des zeitlichen Verlaufes der Lichtbogenspannung in Schaltgeräten, in denen wenigstens ein Lichtbogenteilabschnitt zum Zwecke der Längung und Löschung in engen Spalten bewegt wird und bei der in der Nähe des Lichtbogens parallel zu seiner Wanderungsebene Metallteile angeordnet sind. Bei bekannten Schaltern dieser Art bestehen diese Metallteile aus ferromagnetischem Material, das die Aufgabe hat, das Eigenfeld des Lichtbogens zu verstärken, wodurch eine sehr schnelle Lichtbogenwanderung und Längung erzielt wird. Diese schnelle Lichtbogenwanderung und Längung ist aber nicht immer erwünscht, da durch den damit verbundenen schnellen Anstieg der Lichtbogenspannung eine frühzeitige Stromunterbrechung erfolgt, wodurch Rückzündungen und Überspannungen hervorgerufen werden. Man ist daher bestrebt, beispielsweise bei Gleichstromschnellschaltern, den Lichtbogen nach anfänglich schneller Lichtbogenwanderung so zu beeinflussen, daß die Lichtbogenspannung eine Zeitlang auf einem nahezu konstanten Wert gehalten wird. Bei Wechselstromschaltern wird dagegen angestrebt, die Lichtbogenspannung im Bereich großer Momentanwertie des Ausschaltstromes klein zu halten, im Bereich kleiner Momentanwerte dagegen sehr schnell zu erhöhen. Bekannte Maßnahmen zur Beeinflussung des Lichtbogens in dieser Hinsicht bestehen in der Verwendung von zusätzlichen Blasspulen oder Blasringen, durch die Blasfelder erzeugt werden, die das Eigenfdd des Lichtbogens in bestimmten Gebieten beispielsweise durch Gegenwirkung beeinflussen.The invention relates to a device for influencing the course of the arc voltage over time in switching devices in which at least one arc section for the purpose of elongation and quenching is moved in narrow gaps and when near the arc parallel to its Migration level metal parts are arranged. In known switches of this type, these metal parts are made made of ferromagnetic material, which has the task of strengthening the arc's own field, whereby a very fast arc migration and elongation is achieved. This quick arc migration and elongation is not always desirable because of the associated rapid increase in Arc voltage causes a premature interruption of the current, causing reignitions and overvoltages be evoked. It is therefore endeavored, for example with direct current high-speed switches, to influence the arc after initially rapid arc migration so that the arc voltage is held at an almost constant value for a while. For AC switches, on the other hand, the aim is to keep the arc voltage in the range of high instantaneous values of the breaking current to keep them small, but to increase them very quickly in the area of small instantaneous values. Known measures to influence the arc in this regard consist in the use of additional Blow coils or blow rings, through which blow fields are generated, which are the characteristic of the arc in influence certain areas, for example by counteracting them.

Die Erfindung hat eine Vorrichtung zum Gegenstand, bei der auf einfache Weise und, ohne großen Aufwand, wie es bei Schaltern mit Blasspulen notwendig ist, eine Beeinflussung des Lichtbogens im beabsichtigten Sinne vorgenommen werden kann. Dies geschieht dadurch, daß die in der Nähe des Lichtbogens parallel zu seiner Wanderungsebene angeordneten Metallteile erfindungsgemäß aus Nichteisenmetall bestehen und derart bemessen und angeordnet sind, daß die darin erzeugten Wirbelströme eine bremsende Wirkung auf den wandernden Lichtbogen ausüben und somit die Lage, Form und Wanderung wenigstens von Teilabschnitten des bewegten Lichtbogens beeinflussen.The invention has a device for the subject in a simple manner and without major Effort, as it is necessary for switches with blower coils, influencing the arc in the intended meaning can be made. This is done by keeping the near the arc According to the invention, metal parts arranged parallel to its migration plane are made of non-ferrous metal exist and are dimensioned and arranged such that the eddy currents generated therein have a braking effect Have an effect on the moving arc and thus the location, shape and migration affect at least partial sections of the moving arc.

Bekanntlich treten Wirbelströme in Metallteilen dann auf, wenn in einer Strombahn, die sich relativ zu den Metallteilen in Ruhe befindet, eine Stromänderung erfolgt bzw. wenn sich eine Strombahn, in der ein konstanter Strom fließt, relativ zu den Metallteilen bewegt. Diese Wirkung wird bei der Erfindung zur Beeinflussung des zeitlichen Verlaufes der Lichtbogenspannung ausgenutzt, wobei als Strombahn derIt is well known that eddy currents occur in metal parts when in a current path that is relatively to the metal parts is at rest, a current change occurs or if there is a current path in the a constant current flows, moving relative to the metal parts. This effect is achieved in the invention used to influence the course of the arc voltage over time, the current path being the

Vorrichtung zur Beeinflussung
des zeitlichen Verlauf es der
Lichtbogenspannung in SchaltgerätenDevice for influencing
of the course of time it the
Arc voltage in switchgear

Anmelder:Applicant:

Calor-Emag
Elektrizitäts -Aktienges ells chaf t,
Ratingen bei Düsseldorf, Bahnstr. 39-45Calor Emag
Electricity stock corporation,
Ratingen near Düsseldorf, Bahnstr. 39-45

Dr.-Ing. Rudolf Döring, Braunschweig, ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Rudolf Döring, Braunschweig, has been named as the inventor

Lichtbogen dient, der durch seine sich ständig ändernde Lage und/oder durch die ständige Änderung der Augenblicks wer te des Lichtbogenstromes die Wirbelströme in den parallel zur Wanderungsebene des Lichtbogens angeordneten Nichteisenmetallplatten erzeugt. Arc is used by its constantly changing position and / or by the constant change of Instantaneous values of the arc current are the eddy currents in the parallel to the migration plane of the Arc arranged non-ferrous metal plates generated.

Durch die entstehenden Wirbelströme wird der Auf- und Abbau des den Lichtbogen umgebenden Magnetfeldes verzögert. Demzufolge werden die durch das Eigenfeld des Lichtbogens erzeugten Ablenkkräfte, die proportional der Induktionsdifferenz vor und hinter dem wandernden Lichtbogen sind, zu einem wesentlich späteren Zeitpunkt wirksam, so daß die Lichtbogenwanderung im Bereich der Metallteile, in denen Wirbelströme erzeugt werden, erheblich kleiner ist als in den Bereichen, in denen eine ferromagnetische Eigenfeldverstärkung für den Lichtbogen vorgesehen ist. Man hat es also in der Hand, durch geeignete Anordnung von Nichteisenmetallteilen die Wanderungsgeschwindigkeit von Lichtbogenteilabschnitten gegen- über anderen Lichtbogenteilabschnitten zu verringern, so daß der Lichtbogen infolge der unterschiedlichen Ablenkung von Teilabschnitten ganz bestimmte Formen annimmt, durch die die Länge des Lichtbogens und damit die gesamte Lichtbogenspannung zu beeinflüssen ist.The resulting eddy currents cause the build-up and breakdown of the magnetic field surrounding the arc delayed. As a result, the deflection forces generated by the arc's own field, the are proportional to the induction difference in front of and behind the traveling arc, to one substantial later effective, so that the arc migration in the area of the metal parts in which Eddy currents are generated considerably smaller than in the areas in which a ferromagnetic Self-field reinforcement is provided for the arc. So you have it in your hand, through a suitable arrangement of non-ferrous metal parts versus the migration speed of arc sections to reduce over other arc sections, so that the arc as a result of the different Deflection of sections takes on very specific shapes that reduce the length of the arc and thus the entire arc voltage has to be influenced.

Durch die vom Lichtbogen erzeugten Wirbelströme kann die Wanderungsgeschwindigkeit des Lichtbogens ferner so beeinflußt werden, daß eine günstige Kühlwirkung durch den den Lichtbogen umgebenden Iso-The eddy currents generated by the arc can reduce the migration speed of the arc can also be influenced in such a way that a favorable cooling effect is achieved by the insulating material surrounding the arc.

809 769/408809 769/408

IierstofF erreicht wird. Diese Kühlwirkung wird dadurch erhöht, daß die vom Lichtbogenstrom erzeugten Wirbelströme während der Lichtbogenwanderung in engen Spalten erzeugt werden. Wird bei einer geringen Wanderungsgeschwindig'keit des Lichtbogens der Isolierstoff sehr stark erwärmt und damit die kühlende Wirkung verringert, so wird die Lichtbogenspannung nach erfolgter Auf heizung des Isolierstoffes verringert. Eine konstante Lichtbogenspannung kann trotzdem dadurch erreicht werden, daß während der Lichtbogenwanderung wenigstens eine teilweise Lichtbogenlängung erfolgt.Fuel is achieved. This cooling effect is increased by the fact that those generated by the arc current Eddy currents are generated in narrow gaps during the arc migration. Will be at a low Wanderungsgeschwindig'keit the arc, the insulating material is heated very strongly and thus the cooling Effect is reduced, the arc voltage is reduced after the insulating material has been heated. A constant arc voltage can nevertheless be achieved by the fact that during the arc migration at least a partial arc elongation takes place.

Durch die Anordnung von Nichteisenmetallteilen in der Nähe des Lichtbogens läßt es sich auch leicht erreichen, daß der Lichtbogen unmittelbar nach seiner Entstehung nur langsam wandert, so daß die Schaltkontakte im Bereich kleiner Lichtbogenspannung so weit voneinander entfernt werden können, daß bei dem steilenLichtbogenspannungsanstieg Rückzündungen im Kontaktgebiet vermieden werden. Andererseits ist es möglich, nach erfolgter Lichtbogenlängung die Wanderungsgeschwindigkeit des Lichtbogens durch Wirbelströme zu verringern und die Lichtbogenspannung auf nahezu konstante Werte zu halten.The arrangement of non-ferrous metal parts near the arc also makes it easy to achieve that the arc moves slowly immediately after its formation, so that the switching contacts in the range of small arc voltage can be so far apart that in the steep increase in arc voltage, backfiring in the contact area can be avoided. On the other hand it is possible, after the arc has been elongated, the migration speed of the arc due to eddy currents and to keep the arc voltage at almost constant values.

In den Fig. 1 bis 4 werden einige Anordnungsbeispiele wiedergegeben, an denen die Wirkungsweise erläutert wird. Die Fig. 1 und 2 stellen eine Lichtbogenlöschanordnung dar. Die Zuleitungen 1 und 2 sind im Inneren der Löschanordhung zu Wanderungsschienen ausgebildet. Sie sind durch einen Schmelz- draht 13 miteinander verbunden. Fig. 2 zeigt, daß die Anordnung der Elektroden in einem engen Spalt zwischen den Wänden 5 und 6 aus Nichteisenmetall, die beiderseits mit Isolierstoff 3, 4 und 7, 8 umkleidet sind, erfolgt. Die Einrichtung wird gehaltert durch die Teile 9 und 10 und durch die Isolierstoffbügel 12. Nach unten ist der Spalt durch eine Isolierstoffeinlage 11 geschlossen. Wird nun durch den Strom der Schmelzleiter 13 zerstört, so entsteht zwischen den Elektroden 1 und 2 ein Lichtbogen, der infolge der magnetischen Kraftwirkung sich zu einer Schleife auszuweiten versucht. Durch die Anordnung der Nichteisenmetallteile 5 und 6 wird aber eine schnelle Bewegung von Lichtbogenteilabschnitten verhindert, so daß entsprechend der Formgebung der Elelctroden 1 und 2 eine gleichmäßige Verlängerung des Lichtbogens 14 erreicht wird, wobei alle Lichtbogenteilabschnitte nahezu mit konstanter Geschwindigkeit bewegt werden. Ein Absinken der Lichtbogenspannung infolge der Erwärmung des Isolierstoffes wird durch die Verlängerung des Lichtbogens kompensiert. Es läßt sich somit erreichen, daß mit Hilfe einer solchen einfachen Anordnung nach dem Zünden des Lichtbogens die Lichtbogenspannung auf nahezu konstante Werte gehalten wird. Zu diesem Zwecke ist es notwendig, daß die Wände aus Nichteisenmetall den Bereich der Lichtbogenfußpunkte stets überdecken. Dies hat den Vorteil, daß der Lichtbogen gleichförmig an den Elektroden wandert, ohne dabei Rückzündungen bzw. Kurzschlüsse zwischen Lichtbogenteilen und den Elektroden zu verursachen.In FIGS. 1 to 4 some examples of arrangement are shown, in which the mode of operation is explained. 1 and 2 show an arc extinguishing arrangement. The supply lines 1 and 2 are formed in the interior of the extinguishing arrangement to form migration rails. They are connected to one another by a fuse wire 13. Fig. 2 shows that the arrangement of the electrodes in a narrow gap between the walls 5 and 6 made of non-ferrous metal, which are covered on both sides with insulating material 3, 4 and 7, 8 , takes place. The device is held by the parts 9 and 10 and by the insulating brackets 12. The gap is closed by an insulating insert 11 at the bottom. If the fusible conductor 13 is now destroyed by the current, an arc is created between the electrodes 1 and 2 , which, as a result of the magnetic force, tries to expand into a loop. Due to the arrangement of the non-ferrous metal parts 5 and 6 , however, rapid movement of arc sections is prevented, so that an even lengthening of the arc 14 is achieved according to the shape of the electrodes 1 and 2 , with all arc sections being moved almost at constant speed. A decrease in the arc voltage due to the heating of the insulating material is compensated for by lengthening the arc. It can thus be achieved that with the aid of such a simple arrangement, after the arc has been ignited, the arc voltage is kept at almost constant values. For this purpose it is necessary that the walls made of non-ferrous metal always cover the area of the arc roots. This has the advantage that the arc moves uniformly across the electrodes without causing backfires or short circuits between arc parts and the electrodes.

Durch die Formbildung der Nichteisenmetallteile 5 und 6, z. B. durch Veränderung der Plattendicke über der Plattenhöhe oder durch Anordnung von Längsode" Ouerschlitzen, ist es möglich, die Bewegung von Einze^ltC-Ilabschnitten des Lichtbogens unterschiedlich zu beeinflussen. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß der Lichtbogen praktisch jede gewünschte Form innerhalb des Raumes zwischen den Metallteilen einnimmt. Die Beeinflussung der Wanderungsgeschwin-Due to the shape of the non-ferrous metal parts 5 and 6, for. For example, by changing the plate thickness over the panel height, or by arranging Längsode "Ouerschlitzen, it is possible that movement of Einze ^lt carbon Ilabschnitten to influence the arc different. In this way it can be achieved that the arc virtually any desired form within of the space between the metal parts.

digkeit von Teilabschnitten des Lichtbogens durch Wirbelströme kann also ähnliche Wirkung zeigen wie die Anordnung von Isolierstofftailen im Spalt, mit deren Hilfe die Form des Lichtbogens bestimmt wird. Soll während der Brenndauer des Lichtbogens zwischen den isolierten Nichteisenmetallteilen eine Lichtbogenspannungserhöhung erreicht werden, die durch Spreizen der Elektroden allein nicht erzielt werden kann, so kann der Abstand der Spaltwände, zwischen denen der Lichtbogen brennt, in Richtung der Lichtbogenwanderung verengt werden, wie dies beispielsweise aus der Fig. 4, Teil 28, ersichtlich ist.The ability of sections of the arc due to eddy currents can therefore have a similar effect as the arrangement of insulating material in the gap, with the help of which the shape of the arc is determined. If an increase in arc voltage is to be achieved between the insulated non-ferrous metal parts during the burning time of the arc, which cannot be achieved by spreading the electrodes alone, then the distance between the gap walls between which the arc burns can be narrowed in the direction of the arc migration, as is the case, for example 4, part 28, can be seen.

In der Fig. 3 ist eine Prinzipskizze für eine Lichtbogenlöscheinrichtung, die vorzugsweise für Gleichstrom verwendet wird, dargestellt. In der Anordnung sind die Zuleitungen 20, 21, die innerhalb des Kontaktgebietes als Lichtbogenwanderungsschienen ausgebildet sind, in dem engen Spalt des Ablenkkörpers 23, der z. B. aus geschichteten hochlegierten Blechen besteht, untergebracht. Oberhalb des Ablenkkörpers 23 befindet sich eine Anordnung 24 entsprechend der Darstellung nach Fig. 1, jedoch mit geraden Laufschienen, in die der Lichtbogen durch Wirbelstrombremsung in seiner Wanderungsgeschwindigkeit beeinflußt wird. Oberhalb der Anordnung 24 sind wiederum geschichtete Eisenbleche, die mit Schlitzen versehen sind, in denen der Lichtbogen brennen kann, so angeordnet, daß im Verlauf der Lichtbogenwanderung sich in Verlängerung der Laufschienen 20 undIn Fig. 3 is a schematic diagram for an arc extinguishing device, which is preferably used for direct current, is shown. In the arrangement, the leads 20, 21, which are designed as arc migration rails within the contact area, in the narrow gap of the deflector 23, the z. B. consists of layered high-alloy sheets, housed. Above the deflector 23 there is an arrangement 24 as shown in FIG. 1, but with straight running rails in which the speed of the arc is influenced by eddy current braking. Above the arrangement 24 are in turn layered iron sheets, which are provided with slots in which the arc can burn, so arranged that in the course of the arc migration the rails 20 and

21 zwei Lichtbogenäste 30 und 31 bilden. Eine weitere Anordnung 28, in der ebenfalls wieder ein Lichtbogenteilabschnitt in seiner Wanderungsgeschwindigkeit durch Wirbelströme beeinflußt wird, befindet sich oberhalb der geschichteten Eisenbleche 25. Die in der Anordnung 28 untergebrachten Elektroden 26, 27 befinden sich in einem Spalt, der sich in Richtung der Lichtbogenwanderung verjüngt. In Fig. 4 ist die Lichtbogenlöscheinrichtung entsprechend der Fig. 3 im Schnitt dargestellt. Die Bezugszeichen für die Anordnungen 24 und 28 entsprechen denen der Fig. 2. Die Nichteisenmetallplatten, in denen die Wirbelströme erzeugt werden, sind mit 5 und 6, die beiderseits der Metallplatten befindlichen Isolierstoffe mit 3,4 und 7,8 bezeichnet. Die isoMerten Metallwände werden durch die Teile 9 und 10 gehaltert. Oberhalb' der Anordnung 28 ist wiederum ein Isolierstoffbügel angeordnet. 21 form two arcing branches 30 and 31. Another arrangement 28, in which a section of the arc is again influenced in its migration speed by eddy currents, is located above the layered iron sheets 25. The electrodes 26, 27 accommodated in the arrangement 28 are located in a gap which tapers in the direction of the arc migration . In Fig. 4, the arc extinguishing device corresponding to FIG. 3 is shown in section. The reference symbols for the arrangements 24 and 28 correspond to those of FIG. 2. The non-ferrous metal plates in which the eddy currents are generated are denoted by 5 and 6, and the insulating materials on both sides of the metal plates are denoted by 3, 4 and 7, 8. The insulated metal walls are supported by parts 9 and 10 . Above the arrangement 28 , an insulating material clip is in turn arranged.

Die Wirkungsweise der Löscheinrichtung ist folgende: Die Stromzuführung für den Schalter erfolgt an den Punkten 34 und 35. Die Anschlußstelle 35 wird zweckmäßig mit der Elektrode 21 fest verbunden. Wird der Schwenkkontalct 22 in Richtung des Pfeiles 36 bewegt, so wird an der Trennstelle 33 zwischen der Elektrode 20 und dem Kontaktbügel 22 ein Lichtbogen entstehen.The mode of operation of the extinguishing device is as follows: The power supply for the switch takes place at points 34 and 35. The connection point 35 is expediently firmly connected to the electrode 21. If the Schwenkkontalct 22 moves in the direction of arrow 36, then at the joint 33 between the electrode 20 and the contact bridge 22 an arc is formed.

Der Lichtbogen wird infolge des magnetischen Eigenfeldes, verstärkt durch die Lichtbogenablenkeinrichtung 23, aufgeweitet. Dabei wandert ein Fußpunkt auf der Elektrode 20, der andere Fußpunkt auf dem Kontaktstück 28, welches mit dem SchwenkhebelThe arc is expanded as a result of the inherent magnetic field, reinforced by the arc deflector 23 . One base point moves on the electrode 20, the other base point on the contact piece 28, which is connected to the pivot lever

22 fest verbunden ist, entlang und nimmt im weiteren Verlauf die Form 29 an. Im Bereich des Kontaktes wird der Lichtbogen bis zum Eintreten in die Anordnung 24 sehr schnell in dem Spalt, in dem er sich bewegt, verlängert und wandert bei konstanter Länge sehr schnell aus dem Koiitaktgebiet heraus. In der Anordnung 24 wandert der Lichtbogen bei konstanter Länge an den Elektroden 20 und 21 entlang, wobei durch die Bemessung der Nichteisenmetallplatten 5 und 6 die Wanderungsgeschwindigkeit so beeinflußt wird, daß der Schwenkkontakt 22 sich bis zur wei- 22 is firmly connected, along and takes the shape 29 in the further course. In the area of the contact, the arc is lengthened very quickly in the gap in which it moves until it enters the arrangement 24 and, with a constant length, moves very quickly out of the contact area. In the arrangement 24 , the arc travels at a constant length along the electrodes 20 and 21 , the rate of travel being influenced by the dimensioning of the non-ferrous metal plates 5 and 6 in such a way that the swivel contact 22 moves up to the wide

Claims

Direct arc elongation in the deflector 25 has so far removed from the electrode 20 that a re-ignition of the arc in the contact area can no longer occur. In the course of the further shutdown, the arc moves again very quickly in the narrow gap within the deflection device 25 and thereby forms the vertical branches 30 and 31, which are pulled with great force into the slots of the iron sheets of the arrangement 25 and are considerably cooled in the process. In the course of the elongation, the arc reaches the two migration rails 26 and 27 and forms on these base points which migrate along the migration rails 26 and 27 in the tapering gap of the arrangement 28. In addition to the vertical branches 30 and 31, a partial arc section 32 is created, as shown in FIG. 3. During the duration of the arc, the two branches 30 and 31 heat the insulating material in the gap and in the slots of the metal sheets, so that the cooling effect decreases here and the arc voltage is gradually reduced. This decrease in the arc voltage can be compensated for by the fact that the arc is simultaneously lengthened as it migrates due to the shape of the two electrodes 26 and 27, and by the shape of the gap, despite the decreasing current, it is brought into intensive contact with the insulating material in the arrangement 28 will. The height of the arrangement 28 is expediently dimensioned so that the arc just reaches the ends of the electrodes 26 and 27 during the maximum arc burning time, so that the arc is moved during the entire shutdown and does not form any fixed base points in the arrangement 28. Of course, together with these arc extinguishing devices, known arrangements are used for deionizing the hot arc gases emerging from the extinguishing device. These devices are not shown in the exemplary embodiments. Claims

1. Device for influencing the time curve of the arc voltage in switching devices, in which at least one arc section for the purpose of elongation and extinction is moved in narrow gaps and in the vicinity of the arc parallel to its plane of migration Metal parts are arranged, characterized in that these metal parts are made of non-ferrous metal exist and are dimensioned and arranged such that the eddy currents generated therein exert a braking effect on the moving arc and thus the position, shape and affect migration of at least portions of the moving arc.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the metal walls are made of non-ferrous metal are arranged as close as possible to the gap in which the arc migration takes place.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the metal walls are made of non-ferrous metal extend to the area of the arc base migration rails.

4. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the plates made of non-ferrous metal are arranged so that they only release the arc after reaching a predetermined Influence the arc voltage or arc length.

5. Device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the Plates of non-ferrous metal are arranged in such a way that they reduce the arc travel speed influence immediately after the arc has occurred.

Considered publications:
German patents No. 735 829, 728 612,
Ü 432, 700 728, 588 568, 540 927.

1 sheet of drawings