DE1207988B

DE1207988B - Circuit breaker for direct or alternating current

Info

Publication number: DE1207988B
Application number: DEL43247A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Eberhard Baumann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1962-10-19
Filing date: 1962-10-19
Publication date: 1965-12-30

Description

Leistungsschalter für Gleich- oder Wechselstrom Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsschalter für Gleich- oder Wechselstrom, der mit einer magnetischen Beeinflussung des Lichtbogens arbeitet. Es sind Schalter mit einer magnetischen Beblasung des Lichtbogens bekannt, bei denen der Lichtbogen durch das Magnetfeld einer entsprechend angeordneten Blasspule senkrecht zu seiner Achse beschleunigt wird, um ihn stark zu längen und in besondere Anordnungen zur Kühlung, z. B. zwischen Löschbleche zu treiben, bis seine Spannung etwa gleich der Netzspannung wird und er erlischt.Circuit breakers for direct or alternating current The invention relates on a circuit breaker for direct or alternating current with a magnetic Influencing the arc works. There are switches with a magnetic Blowing the arc is known in which the arc is caused by the magnetic field a correspondingly arranged blowing coil accelerated perpendicular to its axis is to make it long and in special arrangements for cooling, z. B. between To drive quenching plates until its voltage is approximately equal to the mains voltage and it goes out.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ohne Längung des Lichtbogens eine schnelle Stromunterbrechung durch Herstellung einer spannungsfesten Zone vor einem oder beiden Kontaktstücken des Schalters zu erreichen. Solche Aufgaben treten beispielsweise bei einem unter Vakuum arbeitenden Schalter auf, bei dem die Ladungsträger des Lichtbogens in sehr kurzer Zeit aus der Schaltstrecke entfernt werden müssen, damit diese der wiederkehrenden Spannung standhält. Aber auch bei anderen Leistungsschaltern, die mit einem strömenden Lichtbogenlösehmittel arbeiten, läßt sich die Erfindung mit gleichem Erfolg anwenden.In contrast, the invention is based on the object without elongation of the electric arc a rapid current interruption by producing a voltage-resistant Zone in front of one or both contact pieces of the switch. Such tasks occur, for example, in a switch operating under vacuum, in which the The arc charge carriers are removed from the switching path in a very short time must be so that it can withstand the recurring tension. But also with other circuit breakers that work with a flowing arc release agent, the invention can be applied with equal success.

So sind bei einem Leistungsschalter für Gleich-oder Wechselstrom mit einer magnetischen Beeinflussung des Lichtbogens durch mindestens um einen beweglichen oder festen Schaltkontakt erzeugte Magnetfelder erfindungsgemäß die Magnetfelder derart stark inhomogen ausgebildet, daß sie als magnetischer Spiegel derart wirken, daß sie die bewegten Ladungsträger aus der Schaltstrecke nach außen ablenken.So are with a circuit breaker for direct or alternating current a magnetic influence of the arc by at least one movable or fixed switch contact, magnetic fields generated according to the invention, the magnetic fields so highly inhomogeneous that they act as a magnetic mirror in such a way that they deflect the moving charge carriers out of the switching path.

Die Ablenkung der schnell bewegten Ladungsträger ist um so stärker, je inhomogener das oder die Magnetfelder sind, d. h. je stärker sie gekrümmt sind. Dabei werden auch die Fußpunkte des Lichtbogens auf den festen oder bewegten Schaltkontakten gegen die Lichtbogensäule »abgeschirmt«. Eine solche Anordnung ist daher vorzüglich geeignet, bei Wechselstrom nach einem Nulldurchgang die Schaltstrecke rasch von Ladungsträgern zu reinigen. Auch ein Gleichstromlichtbogen wird durch die ständige Ab- führung von Ladungsträgern so geschwächt, daß der Strom im Lichtbogen gegen Null geht und der Lichtbogen gelöscht wird.The deflection of the fast moving charge carriers is the stronger, the more inhomogeneous the magnetic field or fields are, i.e. H. the more curved they are. The base points of the arc on the fixed or moving switch contacts are also "shielded" from the arc column. Such an arrangement is therefore eminently suitable for quickly cleaning the switching path of charge carriers in the case of alternating current after a zero crossing. A direct current arc is also weakened by the constant discharge of charge carriers so that the current in the arc tends to zero and the arc is extinguished.

Aus vorstehendem ergibt sich, daß die Erfindung auf einem ganz anderen Löschprinzip beruht, als es bei den üblichen Schaltern mit magnetischer Beblasung angewendet wird. Hier erfolgt eine Ausweitung der Lichtbogenschleife bzw. eine Wanderung zwischen parallelen Laufschienen durch die Kraftwirkung des Magnetfeldes auf den Strom im Lichtbogen mit anschließender Löschung zwischen kühlenden Wänden oder Blechen in einer Löschkammer.From the above it follows that the invention is based on a completely different one The principle of extinguishing is based on the usual switches with magnetic blowing is applied. Here an expansion of the arc loop or a hike takes place between parallel running rails due to the force of the magnetic field on the Electricity in the arc with subsequent extinguishing between cooling walls or metal sheets in an extinguishing chamber.

Die Wirkung der magnetischen Spiegelfelder kann noch besonders unterstützt werden, wenn zusätzlich in an sich bekannter Weise ein oder mehrere Magnetfelder so angeordnet sind, daß ihre Feldlinien etwa senkrecht zur Stromrichtung verlaufen, wodurch der Lichtbogen eine Kraftwirkung vom Schaltkontakt weg erfährt. Eine besonders günstige Anordnung der Magnetfelder hierfür ist die, bei der die Feldlinien in der Nähe des Lichtbogenfußpunktes im wesentlichen zirkular verlaufen. In diesem Fall versetzt das beschleunigende Magnetfeld das Plasma der Lichtbogensäule um den Schaltkontakt in ebenfalls bekannter Weise in eine rotierende Bewegung. Der Lichtbogenfußpunkt muß der Plasmasäule folgen und bewegt sich somit, je höher der Strom ist, um so rascher auf der Oberfläche des Schaltkontaktes bzw. eines Abbrandringes. Dadurch wird die Temperatur des Elektrodenmaterials am Fußpunkt niedrig gehalten, und es entsteht nur ein geringer gleichmäßiger Abbrand. Dies ergibt eine wesentliche Verbesserung der Lösch- und Schaltbedingungen für den Lichtbogen gegenüber anderen Ausführungen.The effect of the magnetic mirror fields can be particularly supported if one or more magnetic fields are additionally arranged in a manner known per se so that their field lines run approximately perpendicular to the current direction, whereby the arc experiences a force effect away from the switching contact. A particularly favorable arrangement of the magnetic fields for this purpose is that in which the field lines in the vicinity of the arc base are essentially circular. In this case, the accelerating magnetic field sets the plasma of the arc column around the switching contact in a rotating motion, likewise in a known manner. The arc base must follow the plasma column and thus, the higher the current, the faster it moves on the surface of the switching contact or an erosion ring. As a result, the temperature of the electrode material is kept low at the base, and there is only a slight, even burn-off. This results in a significant improvement in the extinguishing and switching conditions for the arc compared to other designs.

Zur praktischen Ausführung der Erfindung geht man zweckmäßigerweise so vor, daß ein ablenkendes magnetisches Spiegelfeld von einer fremderregten Spule und zusätzlich ein beschleunigendes Blasfeld von einer vom Schalterstrom durchflossenen Spule erzeugt wird. Wenn der Schalterstrom zur Erregung der das beschleunigende Blasfeld hervorrufenden Spule benutzt wird, so bleibt die Kraftrichtung dieses Blasfeldes auch bei einer Umkehrung der Stromrichtung erhalten. Man kann selbstverständlich auch beide Magnetfelder von einer oder mehreren fremderregten Spulen oder z. B. bei Gleichstrom auch mit Dauerinagenten erzeugen. Bestehen die Spulen aus mehreren Teilen, so kann man erreichen, daß die ablenkende und/oder beschleunigende Wirkung der Spulen zeitlich nacheinander wirksam wird, wodurch sich infolge der zeitlichen und örtlichen Änderung der Magnetfelder eine besonderes hohe Ablenkbeschleunigung erzielen läßt.The practical implementation of the invention is expedient so before that a distracting magnetic mirror field from an externally excited one Coil and an accelerating blown field from one through which the switch current flows Coil is generated. When the switch current to excite the accelerating The blowing field producing coil is used, the direction of force of this blowing field remains obtained even when the direction of the current is reversed. Of course you can also both magnetic fields from one or more separately excited coils or z. B. with direct current also generate with permanent agents. The coils consist of several Divide, so you can achieve that the distracting and / or accelerating effect of the coils is effective one after the other, which is due to the temporal and local changes in the magnetic fields result in a particularly high deflection acceleration can be achieved.

Da die Erfindung auf der Inhomogenität und der Krümmung des magnetischen Feldes mit seiner die Ladungsträger in Richtung des schwächeren Magnetfeldes leitenden Wirkung beruht, so sind zur Erzeugung dieses Feldes bei elektrischen Spulen sehr hohe Stromdichten notwendig. Diese lassen sich am vorteilhaftesten durch Ausbildung der Spulen als Supraleiter erzielen. An ihre Stelle können aber auch Dauermagnete hoher Koerzitivkraft mit geeignet auscrebildeten Polschuhen treten.Because the invention is based on the inhomogeneity and curvature of the magnetic Field with its conducting the charge carriers in the direction of the weaker magnetic field Effect is based, so are very used to generate this field in electrical coils high current densities necessary. These can be most beneficial through training achieve the coils as superconductors. But permanent magnets can also take their place high coercive force with suitably trained pole pieces.

el Sehr zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich bei Schaltern, die mit einer düsenförmigen öffnung für den festen oder beweglichen Schaltkontakt versehen sind, weil diese so ausgebildet werden kann, daß sie nicht nur die Inhomogenität des magnetischen Feldes begünstigt sondern gleichzeitig auch die Zuführung eines zusätzlichen Lösehmittels, wie Druckgas oder Drucköl, in konzentrierter Form ermöglicht. In einem solchen Falle wird man dann die die Magnetfelder erzeugenden Spulen oder Dauermagnete in düsenförinigen Körpern, die aus Metall oder Isolierstoff bestehen können, unterbringen.el Very useful embodiments of the invention result from Switches with a nozzle-shaped opening for the fixed or movable switch contact are provided because this can be designed so that they not only reduce the inhomogeneity of the magnetic field but at the same time also the supply of a Additional solvent, such as pressurized gas or pressurized oil, allows in concentrated form. In such a case, one will then use the coils or generating the magnetic fields Permanent magnets in nozzle-shaped bodies made of metal or insulating material can accommodate.

Aus den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen läßt sich die Erfindung näher entnehmen.From the embodiments shown in the drawing can the invention can be found in more detail.

F i g. 1 zeigt einen stiftfönnigen, beweglichen Schaltkontakt 1, der mit einem fest angeordneten Schaltkontakt 2 zusammenarbeitet. Bei einer Ausschaltung entsteht zwischen den beiden Schaltkontakten ein Lichtbogen 3. Bei dem Schaltkontakt 1 sind zwei Spulen 4 und 5 so angeordnet, daß die Spule 4 ein die Ladungsträger beschleunigendes magnetisches Feld erzeugt, das senkrecht zur Zeichenrichtung verläuft, wie es durch die Kreise 6 mit den Punkten dargestellt ist, während die Spule 5 ein magnetisches Ab- lenkungsfeld erzeugt, das durch die Krümmung der Feldlinien 7 wie ein magnetischer Spiegel wirkt. Die Spulen 4 und 5 können vom Schalterstrom hintereinander durchflossen werden. Es ist jedoch zweckmäßiger, wenn die Spule 4 allein vom Schalterstrom J durchflossen wird, während die Spule 5 fremderregt ist, damit auch beim Stromnulldurchgang noch ein sehr starkes Magnetfeld auf noch etwa vorhandene Ladungsträger wirkt.F i g. 1 shows a pen-shaped, movable switching contact 1 which works together with a fixed switching contact 2. When switching off, an arc 3 arises between the two switch contacts. In the switch contact 1 , two coils 4 and 5 are arranged so that the coil 4 generates a magnetic field which accelerates the charge carriers and runs perpendicular to the direction of the drawing, as indicated by the circles 6 with , the points is shown while the coil 5 generates a magnetic waste steering field, which acts by the curvature of the field lines 7 like a magnetic mirror. The coils 4 and 5 can be traversed by the switch current one behind the other. However, it is more expedient if the switch current J alone flows through the coil 4, while the coil 5 is externally excited, so that a very strong magnetic field still acts on any charge carriers that may still be present when the current passes through zero.

Die Felder der Spulen 4 und 5 sind nun so ausgebildet, daß die magnetische Feldstärke am Ort des Lichtbogenfußpunktes am Kontakt 1 möglichst ihren Höchstwert hat und nach außen abnimmt. Dadurch wird bewirkt, daß schnell bewegte Ladungsträger, die Cregep die höhere magnetische Feldstärke anlaufen wollen, abgelenkt werden und, den gekrümmten Feldlinien 7 folgend, nach außen abgeführt werden. Zugleich erfährt der Lichtbogenstrom durch die Feldlinien der Spule 4 eine abstoßende Kraft nach außen. Die Ladungsträgerwolke vor der Spitze des Schaltstiftes 1 wird dadurch in kurzer Zeit aus diesem Bereich entfernt bzw. wird diese Spitze gegen eindringende Ladungsträger abgeschirmt. Es entsteht somit eine hohe Spannungsfestigkeit vor der Schaltstiftspitze, so daß die wiederkehrende Spannung keinen Lichtbogen zwischen den beiden Kontakten mehr zünden kann. Werden die Spulen 4 und 5 unterteilt und zeitlich nacheinander eingeschaltet, so läßt sich die abstoßende Wirkung ihrer Felder laufend verstärken und so die Gesamtwirkung der erfindungsgemäßen Einrichtung steigern.The fields of the coils 4 and 5 are now designed so that the magnetic field strength at the location of the arc base at the contact 1 has its maximum value as possible and decreases towards the outside. This has the effect that rapidly moving charge carriers, which want to approach the higher magnetic field strength Cregep, are deflected and, following the curved field lines 7 , are carried away to the outside. At the same time, the arc current experiences a repulsive force to the outside through the field lines of the coil 4. The charge carrier cloud in front of the tip of the switch pin 1 is thereby removed from this area in a short time or this tip is shielded from penetrating charge carriers. This creates a high dielectric strength in front of the switch pin tip, so that the recurring voltage can no longer ignite an arc between the two contacts. If the coils 4 and 5 are subdivided and switched on one after the other, the repulsive effect of their fields can be continuously increased and thus the overall effect of the device according to the invention can be increased.

Aus F i g. 2 geht eine praktische Ausführung des Beispiels nach F i g. 1 hervor. Der Schaltstift 1 befindet sich in der Löschstellung in einem düsenförmigen Körper 8, in dem die Spulen 4 und die Spule 5 untergebracht sind. Die Spulen 4 verteilen sich in radialer Richtung mit einem bestimmten Abstand voneinander über den Umfang der Düse, während die Spule 5 ringförmig ausgebildet ist. Der Schalterstrom J wird zweckmäßig über die Spulen 4 geführt, wobei dieser Strom über die Zuführungskontakte 9 vom Schaltstift 1 abgenommen wird. Mit 10 ist ein Abbrandring an dem düsenförmigen Körper 8 bezeichnet.From Fig. 2 shows a practical implementation of the example according to FIG. 1 emerges. The switch pin 1 is in the erased position in a nozzle-shaped body 8 in which the coils 4 and the coil 5 are accommodated. The coils 4 are distributed in the radial direction at a certain distance from one another over the circumference of the nozzle, while the coil 5 is annular. The switch current J is expediently conducted via the coils 4, this current being taken from the switching pin 1 via the supply contacts 9. A burn-off ring on the nozzle-shaped body 8 is designated by 10.

Eine weitere Ausführungsart der Erfindung mit Dauermagneten zur Erzeugung des ablenkenden und beschleunigenden Magnetfeldes zeigt F i g. 3. In dieser Figur bedeuten 1 und 2 wieder die beiden Schaltkontakte, 3 den Lichtbogen, 4 und 5 die in einem düsenförinigen Körper 8 untergebrachten Dauermagnete zur Erzeugung des beschleunigenden bzw. ablenkenden Magnetfeldes. Dieser Schalter eignet sich besonders zur Zuführung eines zusätzlichen Löschmittels in der Form von einem Gas oder einer Flüssigkeit.Another embodiment of the invention with permanent magnets for generating the deflecting and accelerating magnetic field is shown in FIG. 3. In this figure, 1 and 2 again mean the two switching contacts, 3 the arc, 4 and 5 the permanent magnets housed in a nozzle-shaped body 8 for generating the accelerating or deflecting magnetic field. This switch is particularly suitable for supplying an additional extinguishing agent in the form of a gas or a liquid.

Claims

Claims: 1. Circuit breaker for direct or alternating current with magnetic influence on the arc by magnetic fields generated around at least one movable or fixed switching contact, characterized in that the magnetic fields are so strongly inhomogeneous that they act as a magnetic mirror in such a way that they move the Divert the load carrier out of the switching path.

2. Switch according to claim 1, characterized in that a deflecting mirror field is generated by a separately excited coil and, in addition, an accelerating blown field known per se from a coil through which the switch current flows. 3. Switch according to claim 2, characterized in that the coils consist of several parts excited one after the other. 4. Switch according to claim 2 and 3, characterized in that the coils are designed as superconductors. 5. Switch according to claim 1, characterized in that a deflecting mirror field and additionally a known accelerating blow field of permanent magnets of high coercive force are generated. 6. Switch according to claim 1 and one of the following claims, characterized in that the coils or permanent magnets generating the mirror and blown fields are housed in nozzle-shaped bodies made of metal or insulating material. Considered publications: German Patent Nos. 130 444, 218 829, 266 745, 408 129, 588 586, 540 927, 700 728; German design documents No. 1052 499 1088580.