DE1064591B - Plasma bridge switch - Google Patents

Plasma bridge switch

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DE1064591B
DE1064591B DES54836A DES0054836A DE1064591B DE 1064591 B DE1064591 B DE 1064591B DE S54836 A DES54836 A DE S54836A DE S0054836 A DES0054836 A DE S0054836A DE 1064591 B DE1064591 B DE 1064591B
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DE
Germany
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plasma
separation
contact
air
arc
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Pending
Application number
DES54836A
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German (de)
Inventor
Dipl-Ing Johann Thomas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication of DE1064591B publication Critical patent/DE1064591B/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/01Handling plasma, e.g. of subatomic particles

Description

DEUTSCHESGERMAN

Bei Druckluftschaltern wird beim Trennen der Kontaktstücke ein Lichtbogen gezogen, der beim Nulldurchgang des Stromes erlischt. Das ionisierte Gas zwischen den Schaltstücken wird durch Druckluft fortgeblasen. Für eine wirksame Entionisierung ist es wichtig, daß die Neuentstehung von Ionen während der Löschzeit möglichst unterbunden wird. Diese entstehen hauptsächlich durch Stoßionisation durch die von den glühenden Lichtbogenfußpunkten emittierten Elektronen. Es liegt also das Problem vor, die Bildung von Lichtbogenfußpunkten zu unterbinden. Diese Lichtbogenfußpunkte entstehen dadurch, daß beim Trennen der Schaltstücke an den letzten Berührungspunkten hohe Stromdichten auftreten, die ein Schmelzen des Materials der Schaltstücke und das Zünden des Lichtbogens zur Folge haben.In the case of compressed air switches, an arc is drawn when the contact pieces are separated, which occurs at the zero crossing of the current goes out. The ionized gas between the contact pieces is generated by compressed air blown away. For effective deionization it is important that the regeneration of ions during the deletion time is prevented if possible. These are mainly caused by impact ionization by the electrons emitted from the glowing arc roots. So there is the problem, education to prevent arc roots. These arcing points arise from the fact that the Separation of the contact pieces at the last contact points high current densities occur which melt the material of the contact pieces and the ignition of the arc.

Es ist bekannt, bei Druckgasschaltern, insbesondere zum Abschalten hoher Spannungen, die Spitze der wiederkehrenden Spannung dadurch zu mäßigen, daß die Ionenstrecken bis zum Auftreten der wiederkehrenden Spannung durch eine zusätzliche Ionenquelle schwach ionisiert werden.It is known, in the case of gas pressure switches, in particular for switching off high voltages, the tip of the To moderate the recurring voltage by the fact that the ion distances up to the occurrence of the recurring Voltage can be weakly ionized by an additional ion source.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Durchführung einer Stromunterbrechung bei elektrischen Schaltern mit sich trennenden Kontakten, durch das die Bildung von Lichtbogenfußpunkten beim Trennvorgang unterbunden wird. Es eignet sich daher besonders zur Durchführung der Lichtbogenlöschung bei Leistungs- oder Leistungstrennschaltern. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird die Trennstelle während des Trennvorganges durch eine Plasmabrücke kurzgeschlossen und diese nach der Trennung in an sich bekannter Weise durch nichtionisierte Luft verdrängt. Das Plasma kann z. B. durch eine Lichtbogenentladung erzeugt werden.The invention relates to a method for carrying out a current interruption in electrical Switches with separating contacts, through which the formation of arcing points is prevented during the separation process. It is therefore particularly suitable for performing arc quenching for circuit breakers or circuit breakers. In the method according to the invention, the Cutting point short-circuited during the cutting process by a plasma bridge and this after the Separation displaced in a manner known per se by non-ionized air. The plasma can e.g. B. can be generated by an arc discharge.

Die Verdrängung des Plasmas nach Beendigung des Trennvorganges kann durch eine Druckluftspülung erfolgen.The displacement of the plasma after the end of the separation process can be achieved by flushing with compressed air take place.

Bei einer weiteren Ausbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung erfolgt die Verdrängung des Plasmas durch Ausnutzung der während des Schaltvorganges auftretenden Druckverhältnisse.In a further embodiment of the method according to the invention, the plasma is displaced by utilizing the pressure conditions occurring during the switching process.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung hingewiesen, in der einige Ausführungsbeispiele für Schalter schematisch dargestellt sind, deren Wirkungsweise auf dem Verfahren der Erfindung beruhen; es zeigtTo further explain the invention, reference is made to the drawing, in which some exemplary embodiments for switches are shown schematically, whose mode of operation is based on the method of the invention; it shows

Fig. 1 das Prinzip des Verfahrens gemäß der Erfindung in drei Teilfiguren,1 shows the principle of the method according to the invention in three partial figures,

Fig. 2 eine Einrichtung gemäß der Erfindung mit einer Hilfslichtbogenanordnung zur Erzeugung des Plasmas, ebenfalls in drei Teilfiguren.Fig. 2 shows a device according to the invention with an auxiliary arc arrangement for generating the Plasmas, also in three partial figures.

In Fig. 1 sind die beiden rohrförmigen Schaltstücke mit 1 und 2 bezeichnet. Im Innern der Rohre befindet PlasmabrückenschalterIn Fig. 1, the two tubular contact pieces are denoted by 1 and 2. Plasma bridge switch is located inside the tubes

Anmelder:Applicant:

Siemens-Schuckertwerke
Aktienges ells chaf t,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Siemens-Schuckertwerke
Aktiengesellschaft,
Berlin and Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Johann Thomas, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden
Dipl.-Ing. Johann Thomas, Erlangen,
has been named as the inventor

sich ein Plasma, das durch Ringe und Minus-Plus-Zeichen angedeutet ist. Der Außenstromkreis ist in Fig. 1 a durch den Verbraucher 3 und die Stromquelle 4 angegeben. Fig. 1 b zeigt die Verhältnisse unmittelbar nach dem Öffnen des Schalters. Zwischen den beiden Schaltstücken 1 und 2 befindet sich nun eine Plasmabrücke, die den Stromtransport übernimmt und verhindert, daß an den letzten Berührungsstellen der Schaltröhre Stromkonzentrationen auftreten, die die obenerwähnten Erscheinungen zur Folge haben.a plasma, which is indicated by rings and minus-plus signs. The external circuit is indicated in FIG. 1 a by the consumer 3 and the power source 4. Fig. 1 b shows the situation immediately after opening the switch. A plasma bridge is now located between the two contact pieces 1 and 2 , which takes over the current transport and prevents current concentrations from occurring at the last contact points of the switching tube, which result in the above-mentioned phenomena.

Fig. 1 c zeigt die letzte Phase des Trennvorganges.Fig. 1 c shows the last phase of the separation process.

Die Plasmabrücke ist z. B. durch eine Druckluftspülung beseitigt und dadurch eine völlige Stromunterbrechung herbeigeführt worden. Da keine Lichtbogenfußpunkte entstanden sind, wird durch die Druckluftspülung eine praktisch völlige Entionisierung des Trennraumes und damit eine verbesserte Löschwirkung erzielt.The plasma bridge is z. B. eliminated by flushing with compressed air and thereby a complete power interruption been brought about. Since no arc root points have arisen, the Compressed air purging practically complete deionization of the separation space and thus an improved one Extinguishing effect achieved.

In Fig. 1 ist die Zuführung des Plasmas durch Pfeile angegeben. Die Erzeugung des Plasmas kann z. B. mit einer Lichtbogenanordnung erfolgen. Diese kann entweder durch einen zweiten Stromkreis betrieben werden, sie kann aber auch im Haupt- oder Nebenschluß des zu unterbrechenden Stromkreises liegen. Der zuletzt genannte Fall ist in den drei Teilfiguren der Fig. 2 dargestellt. Die beiden Schaltrohrstücke sind jeweils mit 11 und 12 bezeichnet. Das Plasma ist, wie in Fig. 1, durch Ringe und Minus-Plus-Zeichen angedeutet. Dem einen Schaltrohr unmittelbar vorgeschaltet ist eine Lichtbogenanordnung mit dem Vorkontakt 13 und dem Nebenkontakt 14. In Fig. 1, the supply of the plasma is indicated by arrows. The generation of the plasma can, for. B. be done with an arc arrangement. This can either be operated by a second circuit, but it can also be in the main or shunt of the circuit to be interrupted. The last-mentioned case is shown in the three sub-figures of FIG. The two switching tube pieces are designated by 11 and 12 , respectively. As in FIG. 1, the plasma is indicated by rings and minus-plus signs. Directly upstream of the one switching tube is an arc arrangement with the preliminary contact 13 and the secondary contact 14.

909 610/292909 610/292

Claims (5)

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Durch öffnen des Vorkontaktes 13 entsteht ein Lichtbogen, der die umgebende Luft ionisiert. Dieses so gebildete Plasma wird durch Druckluft in das Schaltrohr geblasen und kann bei öffnung der Schaltrohre die Plasmabrücke bilden (Fig. 2 b). Das öffnen geschieht derart, daß das Schaltrohr 11 nach oben gezogen wird. Dabei wird gleichzeitig der Vorkontakt geschlossen und der Hilfslichtbogen gelöscht. Gleichzeitig wird die Hilfslichtbogenanordnung über den Nebenkontakt 14 kurzgeschlossen (Fig. 2 c). Die vorbeschriebenen Figuren sind rein schematisch. Bei der praktischen Ausführung wird man die Ionenquelle möglichst nahe bei der Trennstelle anordnen und gegebenenfalls die Trennröhre, die z. B. auch tellerförmig gestaltet sein können, mit einer Mehrfachunterbrechung ausführen. Weiterhin empfiehlt es sich, die Dimensionierung so zu wählen, daß sich eine Plasmasäule mit möglichst großem Querschnitt und daher möglichst kleinem Widerstand ausbilden kann. Bei einer bevorzugten Ausfiihrungsform der Einrichtung gemäß der Erfindung werden die beiden Schaltstücke und die Anordnung zur Erzeugung des Plasmas, also z. B. die Hilfslichtbogenanordnung, in einem abgeschlossenen, mit einem Rückschlagventil versehenen Raum untergebracht. In diesem Fall können die während des Trennvorganges im vorgenannten Raum auftretenden Druckverteilungen zur Beseitigung des Plasmas nach Beendigung des Trennvorganges ausgenutzt werden. Dies beruht darauf, daß durch die Lichtbogenzündung am Vorkontakt der Luftdruck im Schaltrohr erheblich vergrößert und die Luft im unteren Teil des Schaltdruckes herausgedrückt wird, so daß das im oberen Teil gebildete Plasma nachströmt und dann an der Trennstelle der Schaltstücke zur Bildung der Plasmabrücke zur Verfügung steht. Durch das Rückschlagventil wird Frischluft in das Schaltrohr nachgesaugt und durch diese die Plasmabrücke wieder weggespült. Die Dimensionierung der Trennstücke kann auch so gewählt sein, daß die unter der Wirkung der akustischen Eigenfrequenz der Luftsäule in der Schaltröhre eintretenden Druckverhältnisse sich im Sinne des Plasmatransportes und einer günstigen Leitfähigkeitscharakteristik des Gases im Schalterraum auswirken. Patentaxsprüche-The mode of operation of the arrangement is as follows: By opening the pre-contact 13, an arc is created which ionizes the surrounding air. This plasma formed in this way is blown into the switching tube by compressed air and can form the plasma bridge when the switching tubes are opened (FIG. 2 b). The opening takes place in such a way that the switching tube 11 is pulled upwards. At the same time, the pre-contact is closed and the auxiliary arc is extinguished. At the same time, the auxiliary arc arrangement is short-circuited via the secondary contact 14 (FIG. 2 c). The figures described above are purely schematic. In the practical implementation, you will arrange the ion source as close as possible to the separation point and optionally the separation tube, the z. B. can also be plate-shaped, run with a multiple interruption. Furthermore, it is advisable to choose the dimensions so that a plasma column with the largest possible cross-section and therefore the lowest possible resistance can be formed. In a preferred embodiment of the device according to the invention, the two contact pieces and the arrangement for generating the plasma, that is to say e.g. B. the auxiliary arc assembly, housed in a closed, provided with a check valve space. In this case, the pressure distributions occurring in the aforementioned space during the separation process can be used to remove the plasma after the separation process has ended. This is based on the fact that the arc ignition at the pre-contact increases the air pressure in the switching tube considerably and the air in the lower part of the switching pressure is pushed out so that the plasma formed in the upper part flows in and is then available at the separation point of the switching pieces to form the plasma bridge . Fresh air is sucked into the switching tube through the non-return valve and through this the plasma bridge is flushed away again. The dimensioning of the separators can also be chosen so that the pressure conditions occurring in the interrupter under the effect of the acoustic natural frequency of the air column have an effect in terms of plasma transport and a favorable conductivity characteristic of the gas in the switch room. Patent claims 1. Verfahren zur Durchführung einer Stromunterbrechung bei elektrischen Schaltern mit sich trennenden Kontakten unter Verwendung eines Ionenplasmas, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebung der Trennstelle unmittelbar vor der mechanischen Trennung der Trennstücke so stark ionisiert wird, daß bei der Einleitung der Trennung die Trennstelle durch eine Plasmabrücke kurzgeschlossen und diese nach Beendigung der mechanischen Trennung in an sich bekannter Weise durch nicht ionisierte Luft verdrängt wird.1. Method of carrying out a current interruption in electrical switches with it separating contacts using an ion plasma, characterized in that the So strong around the separation point immediately before the mechanical separation of the separators is ionized that when initiating the separation, the separation point by a plasma bridge short-circuited and this after termination of the mechanical separation in per se known Way is displaced by non-ionized air. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma durch eine Lichtbogenentladung erzeugt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the plasma by an arc discharge is produced. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängung des Plasmas durch eine Druckluftspülung erfolgt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the displacement of the plasma takes place by means of a compressed air purging. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die während des Schaltvorganges des Vorkontaktes einer Hilfslichtbogenanordnung zur Plasmaerzeugung auftretenden Druckverteilungen zur Verdrängung des Plasmas ausgenutzt werden und daß hierzu die Schalteranordnung einschließlich der Hilfslichtbogenanordnung in einem abgeschlossenen, mit einem Rückschlagventil versehenen Raum untergebracht ist.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the during the switching process of the pre-contact of an auxiliary arc arrangement for plasma generation occurring Pressure distributions are used to displace the plasma and that for this purpose the switch arrangement including the auxiliary arc assembly housed in a closed, provided with a check valve room is. 5. Schalter zur Durchführung der Stromunterbrechung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltstücke rohr- oder tellerförmig ausgebildet und ihr Innenraum zur Zuführung des Plasmas ausgenutzt ist.5. Switch for carrying out the power interruption according to one of the preceding claims, characterized in that the two contact pieces are tubular or plate-shaped and its interior space is used to supply the plasma. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 419 300, 445 581,
!5 971, 955 618.
Considered publications:
German patent specifications No. 419 300, 445 581,
! 5 971, 955 618.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings ® 909 610/292 8.® 909 610/292 8.
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