DE1174397B

DE1174397B - Arc extinguishing chamber for electrical switchgear

Info

Publication number: DE1174397B
Application number: DES77870A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Miek
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1962-02-03
Filing date: 1962-02-03
Publication date: 1964-07-23

Description

Lichtbogenlöschkammer für elektrische Schaltgeräte Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtbogenlöschkammer für elektrische Schaltgeräte, insbesondere für Gleichstrom, mit einem vom abzuschaltenden Strom erzeugten Blasspulenfeld, von dem die Schaltkammer zwischen zwei planparallelen Kammerwänden und quer zur Bewegungsrichtung gegeneinander zwischen den Kammerwänden bewegbarer Kontakte so durchsetzt wird, daß der sich ausweitende Lichtbogen in zwischen die Kammerwände eingefügte Löscheinrichtungen, z. B. Löschkeile, getrieben wird.Arc extinguishing chamber for electrical switchgear The invention relates on an arc extinguishing chamber for electrical switching devices, in particular for Direct current, with a blow coil field generated by the current to be switched off, from which the switching chamber between two plane-parallel chamber walls and at right angles to the direction of movement contacts movable against each other between the chamber walls are penetrated in such a way that that the expanding arc in quenching devices inserted between the chamber walls, z. B. fire wedges, is driven.

Insbesondere bei Gleichstromlöschkammern muß der Lichtbogen einer intensiven Längung und Kühlung unterzogen werden, da ein die Löschung unterstützender Nulldurchgang dieses Stromes nicht auftritt. Eine ausreichende Löschwirkung ist bei den bekannten Kammern durch das stromabhängige Blasspulenfeld bei hohen Stromstärken zwar gegeben, jedoch bereitet die Löschung kleiner Lichtbogenströme erfahrungsgemäß Schwierigkeiten.In particular with DC quenching chambers, the arc must be a be subjected to intensive elongation and cooling, as a suppression of the extinction Zero crossing of this current does not occur. A sufficient extinguishing effect is in the known chambers due to the current-dependent blowing coil field at high currents Although given, experience has shown that the quenching of small arcing currents prepares Trouble.

Nun ist zum Löschen von Lichtbögen verschiedener Stromstärke eine Einrichtung mit magnetischer Serienblasung und zusätzlichen, sich in den Lichtbogen selbsttätig einschaltenden Hilfsblasspulen bekanntgeworden, bei der die Hilfsblasspulen einen solchen Widerstand aufweisen, daß sie beim Unterbrechen von Strömen unter einer gewissen Stromstärke in den Lichtbogen eingeschaltet werden und ihn in einzelne Teillichtbögen auflösen. Eine solche Einrichtung bereitet einen erheblichen Aufwand, da eine Anzahl von die Kammerbreite überstreichenden Hilfsblasspulen verwendet werden muß, die noch dazu zum Schutz gegen die Lichtbogeneinwirkung in Löschkeilen untergebracht werden müssen. Außerdem treten bei der bekannten Anordnung die Hilfsblasspulen erst dann in Funktion, wenn sie von dem hochwandernden Lichtbogen erreicht werden, wodurch der Lichtbogen bei kleineren Stromstärken zunächst praktisch ohne Beblasung auf Grund seines thermischen Auftriebs an Lichtbogenlaufhörnern hochwandert.Now there is one to extinguish arcs of different amperage Device with magnetic series blowing and additional, in the arc automatically switching auxiliary blowing coils become known, in which the auxiliary blowing coils have such a resistance that when interrupting currents under A certain amperage can be switched into the arc and turn it into individual Dissolve partial arcs. Such a facility requires considerable effort, since a number of auxiliary blowing coils sweeping the chamber width are used must, which is also housed in quenching wedges to protect against the effects of arcing Need to become. In addition, in the known arrangement, the auxiliary blowing coils only occur then in function when they are reached by the upward-moving arc, whereby the arc with smaller currents initially opens practically without blowing Due to its thermal buoyancy, it migrates up the arc horns.

Ausgehend von der Erkenntnis, daß bei Lichtbogenlöschkammern der eingangs erwähnten Art bei kleinen Stromstärken eine vorstehend erläuterte Verzögerung des Löschvorganges dann nicht eintreten kann, wenn außer dem stromabhängigen Feld einer Serienblasspule ein Dauermagnetfeld zur Blasung vorgesehen wird, wird zur überwindung der geschilderten Schwierigkeiten erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein Permanentmagnet in bezug auf seine Polarisationsachse senkrecht und mittig über der Schaltstrecke so angeordnet ist, daß der zwischen Kontakten entstehende Lichtbogen einer kombinierten Beblasung durch das Feld der Blasspule und des Permanentmagneten unterworfen wird, wobei bei kleinen Stromstärken im wesentlichen das Feld des Permanentmagneten die Löschung des Lichtbogens durch seitliches Anpressen an eine der Kammerwände übernimmt. Hierdurch ergibt sich eine besonders günstige räumliche Zuordnung des Dauermagnet-Blasfeldes zum Feld-der Blasspule und zur Schaltstrecke, wodurch in weiten Bereichen der Schaltstromstärken gleich gute Löschwirkungen erzielbar sind.Based on the knowledge that in the case of arc extinguishing chambers the initially mentioned type with small currents an above-explained delay of the The deletion process cannot occur if, in addition to the current-dependent field, a Series blowing coil a permanent magnetic field is provided for blowing, is used to overcome the difficulties outlined proposed according to the invention that a permanent magnet with respect to its polarization axis vertically and centrally over the switching path is arranged so that the arcing between contacts is a combined Blowing is subjected to the field of the blowing coil and the permanent magnet, with small currents essentially the field of the permanent magnet The arc is extinguished by lateral pressing against one of the chamber walls. This results in a particularly favorable spatial allocation of the permanent magnet blown field to the field of the blow-off coil and to the switching path, whereby in wide ranges of the switching currents equally good extinguishing effects can be achieved.

Nun ist es für Lichtbogenlöschvorrichtungen von Wechselstromschaltern an sich bekannt, senkrecht und mittig über der Kontakttrennungsstelle einen Blaseisenkern ohne Blasspule anzuordnen. Der Kern hat aber nicht die Aufgabe, den Lichtbogen in Löschkeile oder -bleche zu treiben - er übt auf den entstehenden Lichtbogen überhaupt keine Wirkung aus -, sondern der Lichtbogenfußpunkt soll an diesem Kern auf und ab pendeln und gegebenenfalls im Stromnulldurchgang erlöschen. Ein derartiger Löschmechanismus ist für Gleichstromlichtbögen nicht geeignet, weshalb auch hierdurch keine Anregung für die Erfindung vermittelt wird.Now it is for AC circuit breaker arc extinguishers known per se, a bubble iron core vertically and centrally above the contact separation point without arranging a blowing coil. However, the core does not have the task of keeping the arc in Driving extinguishing wedges or sheets - he actually exercises on the resulting arc no effect from -, but the arc base should on this core on and commute and, if necessary, go out in the current zero crossing. Such a deletion mechanism is not suitable for direct current arcs, which is why this is also no excitation is conveyed for the invention.

Ferner ist es bekannt, zusätzlich zu einem Serienfeld eine ein Hilfsblasfeld erzeugende Blasspule derart mittig über der Schaltstrecke anzuordnen, daß das erste Feld den entstehenden Lichtbogen zunächst auf Abreißhörner bläst und das nunmehr erregte Hilfsfeld den Lichtbogen bis zur Abreißlänge bläst. Da bei dieser Anordnung die Hilfsblasspule auch erst dann in Funktion tritt, wenn sie vom Lichtbogen erreicht wird, so ist auch durch sie eine Verkürzung der Abschaltzeiten und eine sichere Löschung von Gleichstromlichtbögen nicht erzielbar. Demgegenüber wird der Lichtbogen bei der erfindungsgemäßen Lichtbogenlöschkammer, auch wenn er nur einen kleinen Strom führt, bereits dann beblasen, wenn er noch im Entstehen begriffen ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Permanentmagnet von einem becherförmigen Einlegeteil aus temperaturfestem Isolierstoff, z. B. Keramik, umschlossen ist und wenn das Einlegeteil einen vorspringenden Löschkeil bildet, durch den die Löschkammer in zwei in Lichtbogenlängsrichtung hintereinanderliegende Kammerhälften unterteilt ist.It is also known to have an auxiliary blowing field in addition to a series field to arrange generating blow coil so centrally over the switching path that the first Feld initially blows the resulting arc onto tear-off horns, and that now excited auxiliary field blows the arc up to the tear-off length. As with this arrangement the auxiliary blow-off coil only comes into operation when it is reached by the arc it is also a shortening of the switch-off times and a safe one Extinction of direct current arcs not achievable. In contrast will the arc in the arc extinguishing chamber according to the invention, even if it is only conducts a small current, blow it when it is still developing is. It is particularly advantageous if the permanent magnet is a cup-shaped one Insert made of temperature-resistant insulating material, e.g. B. ceramic, is enclosed and when the insert forms a protruding extinguishing wedge through which the extinguishing chamber divided into two chamber halves one behind the other in the longitudinal direction of the arc is.

An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und die Wirkungsweise erläutert.An exemplary embodiment of the invention is described with reference to the drawing and how it works.

In den F i g. 1 und 2 ist die erfindungsgemäße Lichtbogenlöschkammer im Aufriß im geöffneten Zustand und im Seitenriß, zum Teil im Schnitt, unter Fortlassung der für das Verständnis der Erfindung unwesentlichen Teile, dargestellt.In the F i g. 1 and 2 is the arc extinguishing chamber according to the invention in elevation in the open state and in side elevation, partly in section, omitted the parts that are insignificant for understanding the invention.

Die Schaltstrecke 1 eines nicht dargestellten Schaltgerätes wird von dem festen Kontakt 2 und dem beweglichen Kontakt 3 gebildet, denen der Strom über die Blasspule 4 zugeleitet wird. Über die Schaltstrecke 1 ist die aus den beiden Keramikhälften 6 und 7 zusammengesetzte Löschkammer gestülpt. Die in der Kammer an den Schmalseiten angeordneten Lichtbogenleitbleche 8 und 9 sind mit dem Kontakt 2 und der Zuleitung zum Kontakt 3 leitend verbunden. An den Breitseiten der Kammerwandung sitzen außen Blasbleche 10 und 11. The switching path 1 of a switching device (not shown) is formed by the fixed contact 2 and the movable contact 3, to which the current is fed via the blowing coil 4. The quenching chamber composed of the two ceramic halves 6 and 7 is placed over the switching path 1. The arc guide plates 8 and 9 arranged in the chamber on the narrow sides are conductively connected to the contact 2 and the supply line to the contact 3. Blower plates 10 and 11 are seated on the outside of the broad sides of the chamber wall.

Die beiden Kammerhälften 6 und 7 sind so geformt, daß sie Löschkeile 12 bis 16 bilden oder aufnehmen. In Verlängerung des mittleren Löschkeiles 14 ist ein von einem becherförmigen Einlegeteil 17 umschlossener stabförmiger Permanentmagnet 18 in bezug auf seine Polarisationsachse senkrecht und mittig über der Schaltstrecke 1 angeordnet. Das Einlegeteil 17 besteht aus temperaturfestem Isolierstoff, vorzugsweise Keramik. Es ist mit Ansätzen 19 und 20 in Einformungen des mittleren Löschkeiles 14 eingepaßt und von den beiden Löschkammerhälften formschlüssig gehaltert.The two chamber halves 6 and 7 are shaped so that they form or receive extinguishing wedges 12 to 16. As an extension of the central quenching wedge 14 , a rod-shaped permanent magnet 18 enclosed by a cup-shaped insert 17 is arranged vertically and centrally above the switching path 1 with respect to its polarization axis. The insert 17 consists of temperature-resistant insulating material, preferably ceramic. It is fitted with projections 19 and 20 in recesses of the central extinguishing wedge 14 and held in a form-fitting manner by the two halves of the extinguishing chamber.

Auf den Permanentmagneten 18 ist ein U-förmiges Abschirmblech 21 geschoben, welches die Aufgabe hat, daß nur die im wesentlichen senkrecht und quer zur Schaltstrecke verlaufenden Feldlinien des Magneten in den Kammerraum austreten können und der Magnet im oberen Kammerbereich nur als Löschkeil wirkt. Die Dimensionen des Bleches 21 richten sich nach dem Maß der gewünschten Abschirmwirkung. Damit das Feld möglichst weit in den Kammerraum eindringt, besitzt der Magnet einen hohen Innenwiderstand.A U-shaped shielding plate 21 is pushed onto the permanent magnet 18 , which has the task of ensuring that only the field lines of the magnet, which are essentially perpendicular and transverse to the switching path, can escape into the chamber space and the magnet in the upper chamber area only acts as a quenching wedge. The dimensions of the plate 21 depend on the degree of the desired shielding effect. The magnet has a high internal resistance so that the field penetrates as far as possible into the chamber space.

Oberhalb des Einlegeteiles 17 ist eine eingelegte Brücke 22 aus gut leitendem Material, z. B. Kupfer, vorgesehen, durch die das Einlegeteil 17 hinsichtlich des im oberen Kammerbereich brennenden Lichtbogens kurzgeschlossen ist. Der Verlauf eines Lichtbogens ist beispielsweise durch die Linie 23 in F i g. 1 angedeutet.Above the insert 17 there is an inserted bridge 22 from good conductive material, e.g. B. copper, provided through which the insert 17 with respect to of the arc burning in the upper chamber area is short-circuited. The history an arc is shown, for example, by the line 23 in FIG. 1 indicated.

Es ist ersichtlich, daß das Einlegeteil 17 mit dem eingesetzten Magneten 18 einen vorspringenden Löschkeil bildet, durch den die Löschkammer oberhalb der Schaltstrecke in vier ineinander übergehende Abschnitte unterteilt wird.It can be seen that the insert 17 with the inserted magnet 18 forms a protruding extinguishing wedge through which the extinguishing chamber above the Switching path is divided into four merging sections.

Die beiden schmalen vom Dauermagnetfeld senkrecht durchsetzten Kammerteile 24 und 25 (F i g. 2) bilden Verbindungen zwischen den beiden in Lichtbogenlängsrichtung hintereinanderliegenden Kammerhälften 26 und 27 (F i g. 1).The two narrow chamber parts 24 and 25 (FIG. 2) penetrated vertically by the permanent magnetic field form connections between the two chamber halves 26 and 27 (FIG. 1) lying one behind the other in the longitudinal direction of the arc.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Lichtbogenkammer ist in F i g. 2 der Feldlinienverlauf der Blasspule durch ausgezogene Linien a und des Permanentmagneten durch gestrichelte Linien b dargestellt. Dabei ist angenommen, daß zwischen den Schaltstücken 2 und 3 ein Lichtbogen im Entstehen begriffen ist, der die eingezeichnete Stromrichtung hat.To explain the mode of operation of the arc chamber according to the invention is in Fig. 2 the course of the field lines of the blowing coil by solid lines a and of the permanent magnet shown by dashed lines b. It is assumed that that an arc is developing between contact pieces 2 and 3, which has the current direction drawn.

Ist der abzuschaltende Strom klein, so ist das Blasspulenfeld a zu vernachlässigen. Der Lichtbogen wird durch das in den unteren Kammerraum einstreuende Feld des Permanentmagneten seitlich an die Kammerwandung 6 gedrückt und erlischt dort durch Unterkühlung.If the current to be switched off is small, the blowing coil field a is closed to neglect. The arc is caused by the scattering into the lower chamber space The field of the permanent magnet is pressed against the side of the chamber wall 6 and goes out there by hypothermia.

Bei mittleren Stromstärken, bei denen die Feldstärken von Permanentmagnet und Blasspule in eine vergleichbare Größenordnung kommen, ergibt sich die Blasrichtung für den Lichtbogen aus der überlagerung der beiden Feldkomponenten. Die Blasrichtung der Feldkomponente a weist vertikal nach oben, die der Feldkomponente b weist seitlich an die Kammerwandung 6. Je nach Größenverhältnis der beiden Feldkomponenten wird der Lichtbogen mehr oder weniger weit schräg nach oben in den Kammerraum 24 getrieben, in welchem die Feldlinien a und b die gleiche Richtung haben.At medium currents, where the field strengths of permanent magnet and blowing coil come in a comparable order of magnitude, the blowing direction is determined for the arc from the superposition of the two field components. The blowing direction the field component a points vertically upwards, that of the field component b points laterally to the chamber wall 6. Depending on the size ratio of the two field components the arc is driven more or less obliquely upwards into the chamber space 24, in which the field lines a and b have the same direction.

Im Bereich solcher Stromstärken, bei denen das Feld des Permanentmagneten b gegenüber dem Spulenblasfeld a zu vernachlässigen ist, kommt dem Einlegeteil mit eingesetztem Permanentmagneten im wesentlichen die Funktion eines vorgeschobenen Löschkeiles zu. Der Lichtbogen wandert vertikal in den oberen Kammerraum und erlischt zwischen den Löschkeilen 12 bis 16 (F i g. 1).In the range of such currents at which the field of the permanent magnet b is negligible compared to the Spulenblasfeld a, comes with the insert The permanent magnet used essentially has the function of an advanced one Extinguishing wedge closed. The arc travels vertically into the upper chamber space and goes out between the extinguishing wedges 12 to 16 (Fig. 1).

Mit einer Änderung der Stromrichtung würde sich die Richtung des Blasfeldes a ebenfalls umkehren, so daß die vertikale Blasrichtung dieses Feldes erhalten bleibt. Lediglich die Blasrichtung des in den unteren Kammerraum einstreuenden Dauermagnetfeldes würde entgegengesetzt verlaufen. Das würde bedeuten, daß die Kammerhälfte 7 und der Kammerteil 25 die Funktionen der Kammerhälfte 6 und des Kammerteiles 24 in bezug auf die Lichtbogenlöschung übernehmen würden. Dies heißt mit anderen Worten, daß immer jenes gewissermaßen als Vorkammer wirkendes Kammerteil 24 bzw. 25 für die Lichtbogenlöschung in Betracht kommt, in dem die Feldkomponenten a und b die gleiche Richtung haben, sich also verstärken. Somit ist die Löschwirkung der Lichtbogenkammer stromrichtungsunabhängig.With a change in the direction of the current, the direction of the blowing field a would also reverse, so that the vertical blowing direction of this field is maintained. Only the blowing direction of the permanent magnetic field scattering into the lower chamber space would run in the opposite direction. This would mean that the chamber half 7 and the chamber part 25 would take over the functions of the chamber half 6 and the chamber part 24 with respect to the arc extinguishing. In other words, that chamber part 24 or 25 which acts as an antechamber, as it were, is always considered for arc extinction, in which the field components a and b have the same direction, that is to say are intensified. The extinguishing effect of the arc chamber is therefore independent of the direction of the current.

Claims

Claims: 1. Arc quenching chamber for electrical switchgear, especially for direct current, with a blower coil field generated by the current to be switched off, of which the switching chamber between two plane-parallel chamber walls and transversely to Direction of movement relative to one another between the chamber walls of movable contacts as follows is penetrated that the expanding arc in between the chamber walls inserted extinguishing devices, in particular extinguishing wedges, is driven, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that a permanent magnet is related on its polarization axis is arranged vertically and centrally over the switching path is that the arcing between contacts (2, 3) is a combined one Blowing is subjected to the field of the blowing coil and the permanent magnet, with small currents essentially the field of the permanent magnet The arc is extinguished by lateral pressing against one of the chamber walls.

2. arc extinguishing chamber according to claim 1, characterized in that the permanent magnet of a cup-shaped insert made of temperature-resistant insulating material, in particular Ceramic, is enclosed.

3. arc extinguishing chamber according to claim 1 and 2, characterized characterized in that the insert in a known manner has a protruding Forms quenching wedge through which the quenching chamber is arranged in two rows one behind the other in the longitudinal direction of the arc Chamber halves is divided.

4. arc extinguishing chamber according to claim 1 to 3, characterized characterized in that the insert in a known manner in the quenching chamber in the middle part protrudes so that both sides of the insert are transverse to the switching path narrow arcing chamber parts interspersed vertically with the permanent magnetic field.

5. Arc extinguishing chamber according to Claims 1 to 4, characterized in that the insert in the interrupter housing of the two halves of an assembled arcing chamber is held positively.

6. arc extinguishing chamber according to claim 1 to 5, characterized characterized in that a U-shaped, magnetically conductive one on the permanent magnet Shielding plate is pushed in such a way that only the essentially perpendicular and transverse The field lines of the magnet running to the switching path exit into the chamber space can.

7. arc extinguishing chamber according to claim 1 to 6, characterized in that the insert is short-circuited with respect to the arc burning in the upper chamber area. B. arc extinguishing chamber according to claim 7, characterized in that above the insert the two halves of the chamber formed by the insert are bridged by an insert made of highly conductive material. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 408 129, 540 927, 700728.