DE1183986B - Lichtbogenloescheinrichtung fuer elektrische Schalter - Google Patents

Lichtbogenloescheinrichtung fuer elektrische Schalter

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DE1183986B
DE1183986B DEB62513A DEB0062513A DE1183986B DE 1183986 B DE1183986 B DE 1183986B DE B62513 A DEB62513 A DE B62513A DE B0062513 A DEB0062513 A DE B0062513A DE 1183986 B DE1183986 B DE 1183986B
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DE
Germany
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arc
rails
extinguishing device
arc extinguishing
magnetic fields
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DEB62513A
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English (en)
Inventor
Hermann Boehm
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BBC Brown Boveri France SA
Original Assignee
BBC Brown Boveri France SA
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Publication date
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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
    • H01H9/30Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/44Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
    • H01H9/443Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet using permanent magnets
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02Details
    • H01H33/59Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
    • H01H33/596Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle for interrupting dc

Description

  • Lichtbogenlöscheinrichtung für elektrische Schalter Das Ausschalten von Gleichströmen bereitet erheblich größere Schwierigkeiten als das Ausschalten von Wechselströmen, da beim Öffnen der Kontakte beim Ausschalten der entstehende Lichtbogen nicht wie bei Wechselströmen kurzzeitig unterbrochen wird. Zur Unterbrechung des Lichtbogens ist dessen Kühlung notwendig. Diese Kühlung erfolgt am einfachsten, indem man die Länge des Lichtbogens vergrößert, bis die abstrahlende Oberfläche so groß geworden ist, daß der Wärmeentzug größer ist als die zugeführte Energiemenge.
  • Ein bekanntes Mittel zur Verlängerung des Lichtbogens ist die magnetische Blasung. Meist wird der Lichtbogen dann von zwei festen Fußpunkten, die z. B. die Kontakte eines Schalters sein können, durch ein magnetisches Feld so weggeblasen, daß ein bogenförmiges Gebilde entsteht. Durch eine hörnerartige Ausbildung der Kontakte kann aber auch eine Bewegung der Fußpunkte des Lichtbogens erreicht werden, wodurch wiederum seine Länge vergrößert wird und der Lichtbogen zum Erlöschen kommt. Es sind auch bereits Schalter bekannt, bei denen eine Aufteilung des magnetischen Blasfeldes in verschieden gerichtete Einzelfelder erfolgt, so daß der beim Abschalten entstehende Lichtbogen mäanderförmig auseinandergezogen wird. Die Fußpunkte des Lichtbogens verharren bei dieser bekannten Anordnung aber praktisch jeweils an einer Stelle der Schaltstücke, so daß keine wirksame Abkühlung der Lichtbogenfußpunkte erfolgen kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, durch eine besondere Ausbildung der den Fußpunkt des Lichtbogens führenden Armatur den Lichtbogen beim Abschalten schnell zu verlängern und damit die Schaltzeit zu verkürzen. Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenlöscheinrichtung für elektrische Schalter, bei welcher der bei Kontaktöffnung entstehende Lichtbogen von den Schaltkontakten auf Ablaufschienen abgetrieben und dabei durch magnetische Blasfelder so gelenkt wird, daß er eine sehr große Verlängerung erfährt. Erfindungsgemäß sind die sich gegenüberliegenden Lichtbogenablaufschienen in gleichem Abstand zueinander zwischen feuerfesten Wänden angeordnet, und die Schaltkontakte sind in Aussparungen der Lichtbogenablaufschienen senkrecht zur Längsrichtung der Lichtbogenablaufschienen beweglich angeordnet, und der Raum zwischen den Ablaufschienen ist von zwei quer zum Lichtbogen und entgegengesetzt zueinander gerichteten Magnetfeldern derart durchsetzt, daß die Lichtbogenfußpunkte eines beim Öffnen der Schaltkontakte zwischen diesen entstehenden Lichtbogens durch das Magnetfeld auf den beiden Ablaufschienen in entgegengesetzter Richtung getrieben werden, so daß der Lichtbogen bis zum Erlöschen eine zu den Ablaufschienen diagonale Lage einnimmt.
  • In den F i g. 1 bis 11 sind verschiedene Anwendungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt.
  • In den F i g. 1 und 2 sind zwischen zwei lichtbogenfesten Wänden 1 und 2 parallele Ablaufschienen 3 und 4 angeordnet, an denen der Lichtbogen bei der Löschung in entgegengesetzter Richtung entlangläuft. Durch je eine Bohrung oder einen Ausschnitt 5 in den Ablaufschienen 3 und 4 sind die beweglichen Schaltkontakte 6 und 7 hindurchgeführt. Auf die Schaltkontakte sind Abbrennkontakte 8 und 9 aufgesetzt. Außerhalb der zwischen den lichtbogenfesten Wänden befindlichen Lichtbogenkammer sind mindestens vier Magnetpole 10 in einer solchen Weise angeordnet, daß einerseits in Richtung durch die Lichtbogenkammer ein Nordpol einem Südpol gegenübersteht und andererseits in Richtung des zwischen den Abbrennkontakten entstehenden Lichtbogen bzw. in Längsrichtung der Lichtbogenkammer ein Nordpol über einem Südpol oder umgekehrt angeordnet ist.
  • Durch die Anordnung wird erreicht, daß die Lichtbogenkammer von zwei entgegengesetzt gerichteten, zum Lichtbogen transversal stehenden Magnetfeldern durchsetzt wird. Damit die erforderliche Feldstärke zum Heraustreiben des Lichtbogens erzielt werden kann, müssen die Abstände der durch die Lichtbogenkammer getrennten Magnetpole und der außerhalb des Polraumes übereinander- bzw. nebeneinanderliegenden Pole in einem bestimmten Verhältnis stehen. Mit 19 ist eine Trennwand bezeichnet, die zwischen den Schienen 4 angeordnet sein kann. Im Bereich der Schaltkontakte ist diese für den Durchtritt der Schaltstücke jedoch offen. Die Trennwand 19 kann entweder aus einem isolierenden und lichtbogenfesten oder aus einem metallischen Werkstoff bestehen. Es können auch mehrere solcher Trennwände übereinander parallel oder in einem Winkel zueinander zur Lichtbogenunterteilung angeordnet sein.
  • In F i g. 3 und 4 ist dargestellt, wie durch die die Lichtbogenkammer 11 durchdringenden entgegengesetzten Magnetfelder 12 und 13 der Lichtbogen aus seiner Ausgangslage 14 von der Schaltstelle aus vom Augenblick des öffnens und bei vollständiger Kontaktöffnung derart von den Kontakten 8 und 9 weggetrieben wird, daß er eine diagonale Lage einnimmt. Wie weiter in der F i g. 3 dargestellt ist, wandert der obere, mit 14a bezeichnete Lichtbogenast unter dem Einfluß des senkrecht zu der Schiene 3 stehenden Magnetfeldes 12 nach links und der untere Lichtbogenast 14d unter der Wirkung des senkrecht zu der Schiene 4 stehenden Magnetfeldes 13 nach rechts. Wenn die Fußpunkte des Lichtbogens 15 und 16 nach links bzw. nach rechts wandern, der Lichtbogen also eine diagonale Lage einnimmt, wirken nicht nur die Magnetfelder 12 und 13 auf den Lichtbogen, sondern auch die zwischen den Lichtbogenhälften 14b und 14e und den Schienenhälften 17 und 18 durch Stromschleifenwirkung entstehenden Magnetfelder begünstigend auf die Lichtbogenwanderung ein. Gemäß F i g. 3 könnte der Lichtbogen die mit 14 c und 14 e bezeichnete, nahezu waagerechte Lage einnehmen, bevor er zum Erlöschen kommt. Der Löschvorgang wird begünstigt durch die in F i g. 1 dargestellte lichtbogenfeste Zwischenwand 19.
  • In den folgenden F i g. S und 6 sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der Magnete, seien es Permanentmagnete oder Elektromagnete, gegebenenfalls auch magnetfelderzeugende elektrische Leiteranordnungen bzw. Spulen, dargestellt.
  • Dabei ist in der F i g. 5 die Verwendung hufeisenförmiger Blasmagnete außerhalb der lichtbogenfesten Wände seitlich neben den Schaltstücken dargestellt.
  • Die F i g. 6 zeigt -die Verwendung solcher Blasmagnete außerhalb der lichtbogenfesten Wände über und unter den Schaltkontakten.
  • In den F i g. 7 und 8 ist eine Anwendung der Lichtbogenlöscheinrichtung bei einem druckluftbetätigten Schütz dargestellt. Hier sind zwischen zwei lichtbogenfesten Wänden 1 und 2 zwei Stabmagnete 20 angeordnet. Unterhalb dieser Stabmagnete 20 sind die Lichtbogenschienen 3 und 4 angeordnet. Durchbohrungen bzw. Ausschnitte in den Schienen und den Stabmagneten werden einerseits an die feste Zuleitung 21 sowie ein fester Schaltkontakt 22 und andererseits ein beweglicher Schaltkontakt 24 hindurchgeführt. Das Schaltstück 24 steht mit einem Druckluftantrieb 25 und stromübertragenden Gliedern innerhalb des Druckluftzylinders in Verbindung. Die in F i g. 7 dargestellten Stabmagnete sind gepreßte Magnete, die aus pulverförmigem Magnetwerkstoff, wie z. B. Alniko-Legierungen oder Oxydmagnetwerkstoff, hergestellt sind. Es können aber auch Massivstahhnagnete zur Verwendung kommen, die gegebenenfalls bei kleineren Schaltleistungen selbst als Lichtbogenschienen dienen können. Ein Schütz für das Schalten von Gleichstrom, das in der beschriebenen Weise aufgebaut ist, kann in einem einfachen Fertigungsverfahren hergestellt werden. Es zeichnet sich durch den Fortfall von außerhalb gelegenen magnetischen Blaseinrichtungen und geringe Abmessungen in der Breite aus. Für das Schalten von Wechselstrom sind jedoch Schütze dieser Art nicht verwendbar, weil der Lichtbogen mit wechselnder Richtung des diesen umgebenden Feldes in beiden entgegengesetzten, aber gleichgerichteten transversalen Magnetfeldern hin und her bewegt würde, so daß eine ausgeprägte diagonale Lage nach der einen oder der anderen Richtung nicht eintreten kann. Zum Schalten von Wechselstrom müssen an Stelle der Permanentmagnete von elektrischen Leiteranordnungen, z. B. Spulen, erzeugte Magnetfelder zur Verwendung kommen.
  • Bei der beanspruchten Anordnung ist jedoch eine Rücksichtnahme auf die Stromrichtung nicht erforderlich, so daß die Anschlußfolge der Zu- und Ableitungen gleichgültig ist. Diese Unabhängigkeit ist von großer Bedeutung für das Schalten von Stromkreisen, deren Stromrichtung z. B. durch Trennschütze umgeschaltet werden kann.
  • In den F i g. 9 und 10 ist eine Anordnung dargestellt, bei der auf je einer Seite neben den lichtbogenfesten Wänden 1 und 2 weitere Magnete übereinander angeordnet sind. Bei einer solchen Anordnung kann ein langer, zwischen zwei Schaltstücken entstandener Lichtbogen in der in F i g. 9 gezeigten Form fortbewegt und um ein Vielfaches gegenüber den vorher beschriebenen Ausführungen verlängert werden. Auch hier können noch zusätzliche, zur weiteren Verbesserung der Löschwirkung lichtbogenunterteilende und kühlende Zwischenwände vorgesehen werden.
  • Die Anordnung der Lichtbogenlöscheinrichtung ist nicht an die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Anordnungen gebunden.
  • Es ist weiterhin möglich, die Feldstärke der zur Verwendung kommenden Magnete 10 verschieden stark zu wählen.
  • In den F i g. 1 bis 10 sind für die Wanderung der Lichtbogenfußpunkte geradlinige, in einer Ebene liegende Ablaufschienen dargestellt. In den F i g. 11 und 12 ist gezeigt, wie die Fußpunkte des Lichtbogens von einer, gegebenenfalls auch mehreren in der gleichen Ebene und parallel geschalteten Kontaktstellen nach dem zugrunde liegenden magnetischen Blassystem auf einer gekrümmten, vorzugsweise kreisförmigen Bahn in auseinanderstrebender Richtung fortgetrieben werden können. Dies kann ebenso mit Hilfe von Permanentmagneten, mittels Elektromagneten oder auch mittels einer elektrischen Leiteranordnung, die ein Magnetfeld erzeugen, erreicht werden.
  • In .F i g. 11 ist ein elektromagnetisches und in F i g. 12 ein permanentmagnetisches Blassystem mit ebenfalls kreisförmigen Lichtbogenschienen dargestellt. Die F i g. 13 und 14 zeigen die Lichtbogenbewegeng in den beiden Lichtbogenräumen R 1 und R 2. Die aus den oder in dem Mittelpunkt der kreisförmigen Blasmagnete bzw. Blasspulen gerichteten radialen Magnetfelder treiben die obere Lichtbogenhälfte in Richtung Xr, und die untere Lichtbogenhälfte in Richtung X, voran.

Claims (7)

  1. Patentansprüche: 1. Lichtbogenlöscheinrichtung für elektrische Schalter, bei welcher der bei Kontaktöffnung entstehende Lichtbogen von den Schaltkontakten auf Ablaufschienen abgetrieben und dabei durch magnetische Blasfelder so gelenkt wird, daß er eine sehr große Verlängerung erfährt, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die sich gegenüberliegenden Lichtbogenablaufschienen in gleichem Abstand zueinander zwischen feuerfesten Wänden angeordnet sind und daß die Schaltkontakte in Aussparungen der Lichtbogenablaufschienen senkrecht zur Längsrichtung der Lichtbogenablaufschienen beweglich angeordnet sind und daß der Raum zwischen den Ablaufschienen von zwei quer zum Lichtbogen und entgegengesetzt zueinander gerichteten Magnetfeldern derart durchsetzt ist, daß die Lichtbogenfußpunkte eines beim öffnen der Schaltkontakte zwischen diesen entsprechenden Lichtbogens durch das Magnetfeld auf den beiden Ablaufschienen in entgegengesetzter Richtung getrieben werden, so daß der Lichtbogen bis zum Erlöschen eine zu den Ablaufschienen diagonale Lage einnimmt.
  2. 2. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzeugung der Magnetfelder dienenden Permanentmagnete, Elektromagnete oder stromdurchflossenen Leiteranordnungen außerhalb der licht bogenfesten Wände angeordnet sind.
  3. 3. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzeugung der Magnetfelder dienenden Permanentmagnete, Elektromagnete oder stromdurchflossenen Leiteranordnungen innerhalb der lichtbogenfesten Wände in unmittelbarer Nähe der Ablaufschienen angeordnet sind.
  4. 4. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verlängerung des Lichtbogens weitere Magnete oder stromdurchflossene Leiteranordnungen dienen, die transversal zum Lichtbogen Magnetfelder in abwechselnd entgegengesetzter Richtung erzeugen.
  5. 5. Lichtbogenlöscheinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Grenzzone der transversal zum Lichtbogen und entgegengesetzt gerichteten Blasfelder eine oder mehrere den Raum zwischen den lichtbogenfesten Wänden halbierende, jedoch die Schaltstelle für den Durchtritt der Schaltstücke frei lassende lichtbogenfeste Trennwände angeordnet sind.
  6. 6. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Ablaufschienen in Richtung der jeweils entgegengesetzt bewegten Lichtbogenfußpunkte gekrümmt, vorwiegend kreisförmig ausgebildet sind.
  7. 7. Lichtbogenlöscheinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Felder der zur Verwendung kommenden Blasmagnete verschieden stark sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 420 347, 682 650; deutsche Auslegeschriften Nr. 1007 409, 1074699.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4421963A (en) 1980-06-25 1983-12-20 Deutsche Forschungs- und Vesuchsanstalt fur Luft und Raumfahrt e.V. Magnetic extinction of arcs in switches

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DE420347C (de) * 1921-05-11 1925-10-26 Allen West & Co Ltd Magnetische Ausblasvorrichtung fuer elektrische Funken
DE682650C (de) * 1937-07-13 1939-10-20 Aeg Magnetische Lichtbogenloescheinrichtung
DE1007409B (de) * 1954-03-22 1957-05-02 Siemens Ag Lichtbogenloeschkammer
DE1074699B (de) * 1957-11-28 1960-02-04 DEVAG Elektrizitäts-Gesellschaft Miebach & Co., Frankfurt/M.-Rödelheim Lichtbogenkammer für elektrische Schaltgeräte mit Permanent-Blasmagneten

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