DE1153438B - Anordnung zur Loeschung von Wechselstrom-Lichtboegen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

V17954 Vrad/21c

ANMELDETAG: 27. J A N U A R 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 29. AUGUST 1963

Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zum Löschen von Wechselstrom-Lichtbögen.

Zwischen der Löschung von Gleichstrom-Lichtbögen und der von Wechselstrom-Lichtbögen bestehen grundsätzliche Unterschiede. Soll in einem Gleichstromkreis der Lichtbogen gelöscht werden, muß seine Brennspannung einen solchen Wert annehmen, daß sie in ihrer Höhe über der Spannung liegt, die dem Lichtbogen aus dem Netz höchstens zur Verfügung gestellt werden kann. In den meisten Fällen bedient man sich dazu der Verlängerung des Lichtbogens, da aus einer großen Lichtbogenlänge ein hoher Brennspannungsbedarf resultiert.

Dagegen ist es zur Löschung des Wechselstrom-Lichtbogens nur erforderlich, nach einem der ^s periodisch erfolgenden Stromnulldurchgänge eine Wiederzündung des Bogens in der auf den Nulldurchgang folgenden nächsten Halbwelle zu verhindern. Das ist dann der Fall, wenn die Schaltstrecke bereits nach so kurzer Zeit nach dem Verlöschen des Bogens ein hinreichendes Isolationsvermögen gewinnt, daß es der wieder ansteigenden Netzspannung nicht mehr gelingt, eine Wiederzündung hervorzurufen.

Neuere Untersuchungen haben ergeben, daß zur ^a5 elektrischen Wiederverfestigung der Schaltstrecke bereits sehr kleine Kontaktabstände genügen. Es konnte sogar gezeigt werden, daß innerhalb bestimmter Grenzen die Wiederverfestigung bei kleinen Kontaktabständen wesentlich rascher erfolgt als bei größeren. Insbesondere ist dieses gute Löschverhalten im schmalen Spalt an Elektroden aus Silber und seinen Legierungen zu beobachten, wobei es bereits genügt, daß die Elektroden nur an der Oberfläche damit versehen sind. Der Grund für dieses Verhalten besteht in der entionisierenden Wirkung der sich mit geringem Abstand gegenüberstehenden metallischen Kontaktflächen auf das nach dem Stromnulldurchgang verbleibende Restplasma sowie in dem besonderen Verhalten extrem kurzer Lichtbögen, das von dem der Lichtbögen oberhalb etwa 1 mm Länge erheblich abweicht. So hatten z. B. Untersuchungen zum Ergebnis, daß im Falle induktionsfreier Belastung ohne Schwierigkeit die Unterbrechung von Strömen in Stärke von einigen 10²A bei 500 V innerhalb einer Halbwelle möglich ist, wenn die Kontakte in dieser Zeit in an sich bekannter Weise auf einen Abstand von 0,3 mm auseinandergezogen wurden. Wesentlich ist jedoch, daß Maßnahmen getroffen werden, die ein Auswandern des Bogens aus den Kontakten verhindern.

Eine Methode zur Lichtbogenlöschung, die auch Anordnung zur Löschung
von Wechselstrom-Lichtbögen

Anmelder:

VEB Elektro-Apparate-Werke,
Berlin-Treptow, Hoffmannstr. 15-26

Günter Burkhard und Eckehard Gebauer,

Berlin-Baumschulenweg,
sind als Erfinder genannt worden

bei nur kleinen Bogenlängen sicher funktioniert, hat bedeutende Vorteile. Neben der Möglichkeit, die zur Lichtbogenlöschung vorgesehenen Teile des Gerätes in ihren Abmessungen sehr klein halten zu können, bietet sie den großen Vorteil, daß beim Löschen nur eine kleine Schaltarbeit umgesetzt wird, die vor allem für Geräte hoher Schalthäufigkeit von Wichtigkeit ist. Bekanntlich wird bei jeder Abschaltung über den Lichtbogen eine in ihrer Höhe vom Strom, der Lichtbogenspannung und der Zeit abhängige Energie

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umgesetzt. Da die Bogenspannung U_B in erster Näherung der Bogenlänge proportional ist, liegt beim sehr kurzen Bogen auch nur eine kleine Bogenspannung etwa nur in Höhe des Kathoden- plus Anodenfalles des betreffenden Materials vor. Daraus folgt, daß auch die Schaltarbeit nur geringe Werte annimmt und das Gerät dementsprechend geringer thermisch belastet wird. Gerade bei Geräten für hohe Schalthäufigkeit ist es die Schaltarbeit, die die Leistungsfähigkeit und die Einsatzmöglichkeit bestimmt. Es sind nun Anordnungen bekanntgeworden, die diese Vorteile bereits ausnutzen. Bei einer bekanntgewordenen Anordnung werden die Kontakte nur bis zur Bildung einer Trennstrecke, bei der keine Wiederzündung stattfindet, auseinandergezogen und der zwischen ihnen befindliche Lichtbogen mit Hilfe einer magnetischen Blasung zwischen besondere Abbrennelektroden getrieben, zwischen denen er abgebremst und bis zum Löschen nach dem nächsten

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Nulldurchgang des Stromes festgehalten wird. Dieses Festhalten geschieht ebenfalls mit HiEe einer magnetischen Blasung.

Dies erfordert die Anbringung besonderer Eisenumschlüsse an den Abbrennelektroden bzw. die Anordnung einer Blasspule und von Blasblechen, was einen nicht unerheblichen Aufwand bedeutet.

Eine andere Anordnung vermeidet diese Nachteile der Anwendung der magnetischen Blasung und treibt den zwischen den Kontakten befindlichen Licht- io bogen zwischen besondere Abbrennelektroden. Dadurch, daß die Abbrennelektroden derart ausgebildet sind, daß von dem durchfließenden Strom Schleifen gebildet werden, die einmal den Lichtbogen von der

Erwünscht wäre deshalb eine Anordnung zur Lichtbogenlöschung, die die weitaus überwiegende Anzahl normaler betriebsmäßiger Abschaltungen nach dem Prinzip der kleinen Bogenlängen und damit 5 auch mit kleiner Schaltarbeit bewältigt, im Falle nicht betriebsmäßiger Abschaltung, z. B. eines festgebremsten Motors, die Lichtbogenlöschung in konventioneller Weise bewirkt, z. B. durch Verlängerung, Löschbleche usw.

Hier setzt der Erfindungsgedanke ein mit einer Anordnung, die den zuletzt geschilderten Fall erfüllt.

Erfindungsgemäß wird der bei der Kontaktöffnung entstehende Lichtbogen in eine oder mehrere Hilfselektroden übergeführt, die sich auf geringem Abstand

Kontaktstelle wegtreiben, und weiterhin durch ein 15 (bis etwa 2 mm) gegenüberstehen, und zwar derart, zusätzliches Elektrodenpaar eine andere Strom- daß der Lichtbogen durch seine Eigenblasung innerschleife gebildet wird, die auf den Lichtbogen beim halb der Hilfselektroden in eine bevorzugte Richtung Aufsetzen eine entgegengesetzte Kraft ausübt, wird
der Lichtbogen innerhalb der sich auf kurzen Ab

getrieben wird. Seine Wanderungsgeschwindigkeit wird so gesteuert, daß er etwas länger als die Dauer

stand gegenüberstehenden Elektroden bis zur 20 einer Halbwelle für das Durchlaufen der Elektroden Löschung festgehalten. Diese Anordnung bedingt 2x1- braucht. Kommt es zur Wiederzündung, so tritt unsätzliche Elektroden und deren Verbindung untereinander, um die gewünschten Stromschleifen zu

mittelbar danach der Bogen aus den Elektroden aus und in den zweiten Teil der Löscheinrichtung ein,

erhalten. der in konventioneller Weise z. B. als Löschblech-Allen diesen Anordnungen ist jedoch gemeinsam, 25 oder Düsenkammer ausgeführt ist. Dieser zweite Teil daß diese Art der Löschung des Wechselstrom- kann recht klein ausgebildet werden, weil seiner BeLichtbogens im Falle nicht mehr induktionsfreier Be- messung nur die geringe Zahl der Beanspruchungen lastung bei Strömen von wenig über 100 A bereits während seiner gesamten Lebensdauer zugrunde gebei Spannungen von 380 V versagt. Wie bereits er- legt zu werden braucht.

wähnt, ist die Voraussetzung für das Unterbleiben 3° In Abb. 1 ist ein Beispiel nach dem Erfindungseiner Wiederzündung, daß in der stromlosen Pause gedanken dargestellt. Der Lichtbogen entsteht zwinach dem Nulldurchgang sich die Schaltstrecke so sehen dem festen Kontakt 1 und dem beweglichen hinreichend elektrisch verfestigt, daß die wieder Kontakt 2 bei deren Öffnen. Unter dem Einfluß der ansteigende Netzspannung zur Wiederzündung nicht Saugelektrode 5 aus ferromagnetischem Material wird ausreicht. Da im Falle induktionsfreier Belastung der 35 der Bogen aus dem Kontaktspalt herausgezogen, Wiederanstieg der Spannung verhältnismäßig langsam unterteilt und in die beiden von der Saugelektrode 5 erfolgt, bleibt der Schaltstrecke genügend Zeit, um und den Hilfselektroden 3 und 4 gebildeten schmalen sich zu verfestigen. Anders liegen die Verhältnisse Schlitze übergeführt. Die Weite dieser Schütze hält beim Abschalten vorwiegend induktiver Kreise. Hier sich in den Grenzen, die für die Erzielung einer erfolgt nach dem Erlöschen des Lichtbogens der 4° spezifischen Wechselstromlöschung mit sehr kurzen Anstieg der wiederkehrenden Spannung mit sehr Lichtbogen charakteristisch ist, also zwischen 0,3 großer Geschwindigkeit. Da die Spannung im induk- und 2 mm. Die Teillichtbögen bilden gemeinsam mit tiven Stromkreis dem Strom voreilt, hat sie beim den Elektroden Stromschleifen, die so gerichtet sind, Stromnulldurchgang bereits eine Richtung, die der daß die Bögen unter dem Einfluß ihrer Eigenblasung des Stromes im Falle der Wiederzündung entspricht. 45 in den Elektroden nach oben wandern. Die Länge Damit liegt bereits unmittelbar nach dem Stromnull- der Elektroden ist so bemessen, daß der Lichtbogen durchgang eine so hohe Spannung an der Schalt- zum Durchwandern etwas länger als die Dauer einer strecke, daß zur Abkühlung und Entionisierung nur Halbwelle braucht. Die Wanderungsgeschwindigkeit wenig Zeit bleibt und die Gefahr der Wiederzündung ist jedoch stromabhängig, damit also auch die Zeit sehr groß ist. Die Wiederzündung tritt dann ein, 50 des Durchlaufs. Aus diesem Grunde wurde die in wenn die unmittelbar wiederkehrende Spannung die Abb. 1 und 2 skizzierte Bügelform der Hilfselektro-Größe des Kathodenfalles der Glimmentladung des den gewählt. Wie die Abb. 3 zeigt, richtet sich das betreffenden Materials erreicht (bei Silber z. B. Verhältnis der Teilströme, die inden beiden Zweigen 280 V). Soweit es sich um Schaltgeräte zum Schalten des Bügels zum Teillichtbogen fließen, nach der jeelektromotorischer Antriebe handelt, ist im Normal- 55 weiligen Lage des Bogens im Kontaktspalt. Man kann fall keine Wiederzündung zu erwarten, da im Ab- wie in Abb. 3 den Bügel der Hilfselektrode als einen schaltaugenblick nur die Differenzspannung zwischen Widerstand betrachten, dessen Abgriff der Lichtbogen der Netz- und der Gegenspannung an den Kontakten bildet. Während zunächst, wenn der Bogen gerade liegt, die im allgemeinen eine zur Wiederzündung erst am unteren Teil der Hilfselektrode ansetzt, der ausreichende Höhe nicht erreicht. Jedoch würde be- 60 Teilstrom I₁ fast dem Gesamtstrom / entspricht, L₂ reits beim Abschalten des gleichen, jedoch fest- also noch sehr klein und damit die nach oben gerichgebremsten Motors die Löschung versagen. Leider tete Blaswirkung der Stromschleife voll wirksam ist, tritt die Löschung dann auch nach längerer Licht- nimmt im Verlauf der weiteren Wanderung Z₁ ab bogenzeit nicht ein, so daß im allgemeinen mit der und /_a zu. Die Wirkung des Magnetfeldes von /₂ auf

65 den Lichtbogen ist jedoch der Wanderung nach oben

Zerstörung des Gerätes zu rechnen ist.

Aus diesem Grunde sind die Anwendungsmöglichkeiten des an sich sehr erwünschten Löschprinzips
mit kleinen Kontaktabständen stark eingeschränkt.

entgegengerichtet. Damit wird die Hilfselektrode gleichzeitig zur Bremselektrode, deren bremsende Wirkung die Wanderungsgeschwindigkeit des Bogens

in etwa stromunabhängig macht. Es bleibt jedoch immer noch in der Blaswirkung auf den Bogen die nach oben gerichtete Komponente etwas größer, so daß in dem Falle, wo das Gerät einen über das Löschvermögen der spezifischen Wechselstromlöschung mit sehr kurzen Lichtbogen hinausgehenden Strom abzuschalten hat und demzufolge nach dem ersten Stromnulldurchgang eine Wiederzündung eintritt, die Teillichtbögen den Spalt verlassen und in dem oberen Teil 6 der Anordnung übergehen.

In allen anderen Fällen verbleibt der Bogen bis zu seinem Verlöschen im ersten Stromnulldurchgang innerhalb des Elektrodenspaltes.

Man kann natürlich auch die Wirkung der Bremselektrode durch eine andere, jedoch aufwendigere Anordnung eines zweckentsprechenden elektromagnetischen Blassystems erzielen.

Der obere Teil der Löscheinrichtung ist im Beispiel nach Abb. 1 als Löschblechkammer ausgebildet.

Claims (6)

20 Patentansprüche.

1. Anordnung zur Lichtbogenlöschung von Wechselströmen, bei der zur Erreichung einer spezifischen Wechselstromlöschung mit sehr kurzen Lichtbogen die Kontakte mindestens bis zur Bildung einer spannungsfesten Trennstrecke geöffnet werden und der zwischen ihnen entstehende Lichtbogen in kürzester Zeit zwischen besondere, mit kleinem Abstand sich gegenüberstehende Löschelektroden getrieben wird, da- durch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen durch die Eigenblasung in eine bevorzugte Richtung getrieben und dabei seine Wanderungsgeschwindigkeit derart gesteuert wird, daß er wenig mehr als die Dauer einer Halbwelle zum Durchlaufen des Elektrodenspaltes benötigt, so daß er im Falle der Wiederzündung aus dem Spalt heraus und in einen zweiten Teil der Einrichtung getrieben wird, wo seine Löschung mit konventionellen Mitteln, also durch Verlängerung, Löschbleche usw. erfolgt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Lichtbogenelektroden (3, 4) eine entsprechend ausgebildete besondere Elektrode (5) derart angeordnet ist, daß beim Abschalten zwei in Reihe liegende sehr kurze Unterbrechungslichtbögen entstehen.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Wanderungsgeschwindigkeit mit anderen elektromagnetischen Blassystemen, insbesondere durch Blasspulen erreicht wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführung des Lichtbogens aus dem Kontaktspalt in die Löschelektroden mit Hilfe einer Saugelektrode erfolgt, die die Eigenblasung wirksam unterstützt.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Saug- und Hilfselektroden oder ein Teil von ihnen aus ferromagnetischem Material bestehen.

6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Saug- und Hilfselektroden oder ein Teil von ihnen mit einem Oberflächenbelag aus Silber oder seinen Legierungen versehen sind, insbesondere durch galvanische Behandlung.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 590 810.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 309 669/283 8.