DE1236629B - Process for extinguishing arcs in electrical switches - Google Patents
Process for extinguishing arcs in electrical switchesInfo
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Description
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Nummer: 1 236 629Number: 1 236 629
Aktenzeichen: S 82400 VIII d/21 cFile number: S 82400 VIII d / 21 c
J 236 629 Anmeldetag: 10.November 1962J 236 629 filing date: November 10, 1962
Auslegetag: 16.März 1967Opened on: March 16, 1967
Zur Löschung von Lichtbögen in Gleichstromoder Wechselstromunterbrechern bzw. zur Verhinderung des Wiederziindens des Lichtbogens bei der Spannungswiederkehr an letzteren sind verschiedene Maßnahmen bekanntgeworden. Man verwendet beispielsweise zur Herabsetzung der elektrischen Leitfähigkeit und zur Beschleunigung der Abkühlung des Bogens Kühlkammern, Preßluft und SFe oder andere elektronegative Gase. Ferner wurde vorgeschlagen, Flüssigkeiten einzuspritzen und in der Entladung zu verdampfen, Sprengkapseln zur Explosion zu bringen, den Bogen durch sein eigenes Magnetfeld zu blasen usw. Diese Maßnahmen werden häufig auch miteinander kombiniert.Various measures have become known to extinguish arcs in direct current or alternating current interrupters or to prevent the arc from recurring when the voltage returns. For example, cooling chambers, compressed air and SF e or other electronegative gases are used to reduce the electrical conductivity and to accelerate the cooling of the arc. It has also been proposed to inject liquids and vaporize them in the discharge, to detonate detonators, to blow the arc through its own magnetic field, etc. These measures are often combined with one another.
Mechanische Vorgänge, wie das Einblasen von Preßluft oder das Einspritzen und Verdampfen von Flüssigkeiten, benötigen verhältnismäßig viel Zeit. Da das Einspritzen meist mit der Bewegung der Schaltstücke gekoppelt ist, wird die Schaltstückgeschwindigkeit verkleinert. Im Fall des Einspritzens von Öl besteht die Gefahr einer Verschmutzung der Kriechstrecken. Bei Benutzung von SFe werden im Lichtbogen aggressive Gase frei. Bei der Lichtbogenlöschung durch Sprengkapseln müssen Vorrichtungen zur Nachladung vorgesehen sein. Schließlich ist die Blaswirkung der magnetischen Eigenfelder der Entladung in der Nähe des Stromnulldurchganges klein. Zu diesen Nachteilen tritt noch hinzu, daß es schwierig ist, die Löschwirkung auf den geeignetsten Augenblick zu konzentrieren, der beispielsweise bei Wechselstromschaltern im Stromnulldurchgang gegeben ist.Mechanical processes, such as the blowing in of compressed air or the injection and evaporation of liquids, take a relatively long time. Since the injection is usually coupled with the movement of the contact pieces, the contact piece speed is reduced. In the case of oil injection, there is a risk of contamination of the creepage distances. When using SF e , aggressive gases are released in the arc. In the case of arc extinguishing by detonators, devices for recharging must be provided. After all, the blowing effect of the inherent magnetic fields of the discharge is small in the vicinity of the current zero crossing. In addition to these disadvantages, it is difficult to concentrate the extinguishing effect on the most suitable moment, which is given, for example, in the case of alternating current switches in the current zero passage.
Es sind verschiedene Möglichkeiten zur Erzeugung von Blasmagnetfeldern bekannt. Das gemeinsame Funktionsprinzip solcher Blasmagnetfelder liegt darin, daß in einem Magnetfeld senkrecht zur Stromrichtung im Lichtbogen eine ablenkende Kraft in Richtung des Vektorproduktes aus Lichtbogenstrom und magnetischer Induktion am Lichtbogen einwirkt. Die ablenkende Kraft greift dabei — anschaulich gesprochen — an den Ladungsträgern im stromführenden Pfad des Lichtbogens an.There are various known ways of generating blown magnetic fields. The common The functional principle of such blown magnetic fields is that in a magnetic field perpendicular to the direction of the current in the arc a deflecting force in the direction of the vector product of the arc current and magnetic induction acts on the arc. The distracting force takes effect - to put it clearly - to the charge carriers in the current-carrying path of the arc.
Im einfachsten Fall kann das Eigenmagnetfeld des Lichtbogens als Blasmagnetfeld ausgenutzt werden (deutsche Patentschrift 256 517). Bei einer weiteren Reihe bekannter Schalter wird das Blasmagnetfeld durch Permanentmagnete erzeugt (deutsche Auslegeschrift 1015 893, deutsche Patentschriften 1109759,1074699).In the simplest case, the arc's own magnetic field can be used as a blowing magnetic field (German patent specification 256 517). In another series of known switches, the blown magnetic field generated by permanent magnets (German Auslegeschrift 1015 893, German patents 1109759,1074699).
Nach einer weiteren Entwicklungsrichtung werden die Blasmagnetfelder elektromagnetisch durch Blasspulen
erzeugt, die außerhalb des Lichtbogenpfades β λ so angeordnet sind, daß sie den Lichtbogen in Kühl-Verfahren
zur Löschung von Lichtbögen
in elektrischen SchalternAccording to a further development direction, the blowing magnetic fields are generated electromagnetically by blowing coils which are arranged outside the arc path β λ in such a way that they cool the arc in order to extinguish arcs
in electrical switches
Anmelder:Applicant:
Siemens Aktiengesellschaft,Siemens Aktiengesellschaft,
Berlin und München,Berlin and Munich,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dr. Heinz Fröhlich, ErlangenDr. Heinz Fröhlich, Erlangen
kammern ablenken können. Nach der deutschen Patentschrift 762 739 wird eine solche Blasspule vom Lichtbogenstrom erregt. Beim Öffnen des Schalters wandert dann ein Lichtbogenfußpunkt über einen Ringkanal, an dessen Krümmungsaußenseite mehrere Lichtbogenkammern angeordnet sind. Beim Schalter nach der deutschen Patentschrift 672 505 wird der Lichtbogen durch eine fremderregte Blasspule im Zentrum einer koaxial angeordneten Doppelschar von Hohlzylindern kaskadiert und in gegensinnigen Umlauf gebracht. Auch beim Schalter nach der deutschen Patentschrift 616 479 wird der Lichtbogen in einem zylindrischen Ringspalt zur Rotation gebracht. Die Erregerwicklungen sind dabei koaxial an den Stirnseiten des Ringspaltes angeordnet und erzeugen ein Cuspfeld.chambers can distract. According to German patent specification 762 739, such a blowing coil is excited by the arc current. When the switch is opened, an arc base then wanders over an annular channel, on the outside of which there are several arc chambers. In the switch according to German patent specification 672 505, the arc is cascaded by an externally excited blowing coil in the center of a coaxially arranged double group of hollow cylinders and circulated in opposite directions. In the case of the switch according to German patent specification 616 479, too, the arc is made to rotate in a cylindrical annular gap. The excitation windings are arranged coaxially on the end faces of the annular gap and generate a Cusp field.
Um solche konventionelle Blasmagnetfelder zum Abschalten immer höherer Leistungen heranzuziehen, ist eine Fülle von Detailverbesserungen entwickelt worden. Man arbeitet dabei bereits an der Grenze ihrer Leistungsfähigkeit. Insbesondere ist die Leistungsfähigkeit von üblichen Blasmagnetspulen für die projektierten Abschaltleistungen bei Wechselstromlichtbögen unzureichend. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die zuvor geschilderten Schwierigkeiten zu beseitigen und durch ein völlig neuartiges Verfahren eine rasche und sichere Löschung von Lichtbögen an elektrischen Schaltern herbeizuführen. Die Erfindung betrifft demzufolge ein Verfahren zur Löschung von Lichtbögen in elektrischen Schaltern, bei denen elektrische Energie aus einer Stromquelle mittels einer Magnetspule in magnetische Feldenergie umgewandelt wird, die auf den Lichtbogen einwirkt und das Lichtbogenplasma in Kühlräume treibt. Nach der Erfindung wird aber vorgeschlagen, daß mindestens eine Magnetspule so an-In order to use such conventional blown magnetic fields to switch off ever higher powers, a wealth of detailed improvements have been developed. You are already working at the limit of your capabilities. In particular, the performance of conventional blow-out solenoid coils for the projected disconnection capacities in the case of alternating current arcs is inadequate. The invention is therefore based on the object of eliminating the difficulties outlined above and of bringing about a quick and reliable extinguishing of arcs on electrical switches by means of a completely new method. The invention accordingly relates to a method for extinguishing arcs in electrical switches, in which electrical energy from a power source is converted into magnetic field energy by means of a magnetic coil , which acts on the arc and drives the arc plasma into cold rooms. According to the invention, however, it is proposed that at least one magnetic coil so
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geordnet wird, daß sie den Lichtbogenpfad zwischen den Schaltstücken einschließt, daß die Stromquelle zur Erzeugung von magnetischen Impulsen eingerichtet ist und daß die Kühlräume, in welche das Lichtbogenplasma entweicht, an einer oder an beiden Seiten der Spule angeordnet sind.is arranged that it includes the arc path between the contact pieces that the current source is set up to generate magnetic pulses and that the cooling rooms in which the arc plasma escapes, are arranged on one or both sides of the coil.
Durch eine Magnetspule, die den Lichtbogenpfad zwischen den Schaltstücken des Lichtbogenschalters einschließt, werden im nicht stromführenden neutralen Lichtbogenplasma Ringströme induziert. Diese Ringströme sind dem Spulenstrom entgegengerichtet und bedingen eine Kontraktion des Plasmas. Der deshalb im Spulenbereich höhere Plasmadruck quetscht das Plasma aus dem Lichtbogenpfad in Kühlräume ab. Der Ablenkung des Lichtbogens selbst kommt dabei nur untergeordnete Bedeutung zu. Als Kühlraum kann man die freie Atmosphäre oder eine übliche Kühlkammer verwenden. Wesentlich ist, daß man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren das Plasma an den Stirnseiten der Magnetspule, also an Orten, in die das Vektorprodukt aus Lichtbogenstrom und magnetischer Induktion nicht zeigt, in Kühlräurae abströmen läßt. Die konventionelle Wirkung von Blasspulen kann dabei zur Unterstützung herangezogen werden. Nach dem neuen Verfahren lassen sich höhere Abschaltleistungen als bisher erzielen. By a solenoid that creates the arc path between the contact pieces of the arc switch includes, ring currents are induced in the neutral arc plasma that is not live. These Ring currents are opposite to the coil current and cause a contraction of the plasma. That is why Higher plasma pressure in the coil area squeezes the plasma out of the arc path into cold rooms away. The deflection of the arc itself is only of secondary importance. As a refrigerator you can use the free atmosphere or a conventional cooling chamber. It is essential that according to the method according to the invention, the plasma on the end faces of the magnet coil, that is to say on Places where the vector product of arc current and magnetic induction does not point into Lets the refrigerated water flow off. The conventional effect of blow coils can help can be used. With the new process, higher disconnection capacities than before can be achieved.
Bei der Löschung von Gleichstromlichtbögen ist es vorteilhaft, daß der magnetische Impuls mit steilem Frontanstieg auf den Lichtbogen einwirkt, um die Ladungsträger des Plasmas mit hohem Druck in Kühlkammern längs des Lichtbogens zu pressen.When extinguishing direct current arcs, it is advantageous that the magnetic pulse with a steep Front rise acts on the arc to bring in the charge carriers of the plasma with high pressure To press cooling chambers along the arc.
Bei der Löschung von Wechselstromlichtbögen gestattet das Verfahren nach der Erfindung, die maximale Löschwirkung im Stromnulldurchgang zu erzielen. Hierzu wird die Umwandlung der elektrischen Energie so vorgenommen, daß der magnetische Impuls während des Stromnulldurchgangs der Entladung die Ladungsträger des Plasmas in Kühlkammern längs des Lichtbogens bläst und bei Wiederkehr der Spannung die Ladungsträger im treibenden elektrischen Feld abbremst. Dies kann beispielsweise so erreicht werden, daß den Ladungsträgern durch Herbeiführung einer radialen Drift über genügend lange Zeit ein ausreichender Widerstand in Richtung des Lichtbogens entgegengesetzt wird.When extinguishing alternating current arcs, the method according to the invention allows the maximum To achieve extinguishing effect in the current zero passage. This is done by converting the electrical Energy made so that the magnetic pulse during the current zero crossing of the discharge the charge carriers of the plasma blows into cooling chambers along the arc and when it returns the voltage decelerates the charge carriers in the driving electric field. This can be, for example can be achieved so that the charge carriers by causing a radial drift over enough a sufficient resistance in the direction of the arc is opposed for a long time.
Der Beginn des magnetischen Impulses kann durch bekannte Mittel von der mechanischen Bewegung der Schaltstücke und/oder von Betriebswerten im Schalterstromkreis abhängig gemacht werden. Beispielsweise kann man unter Berücksichtigung der gewählten Aufbaugeschwindigkeit des Magnetfeldimpulses die Unterschreitung eines vorgegebenen Strom- oder Spannungswertes des Bogens oder den Beginn der Spannungswiederkehr zur Auslösung heranziehen. Die zeitliche Form des magnetischen Impulses ist beliebig wählbar und kann dem gegebenen Verhältnis des zu unterbrechenden Stromkreises angepaßt werden.The beginning of the magnetic pulse can be by known means from the mechanical movement of the Contact pieces and / or are made dependent on operating values in the switch circuit. For example can be done taking into account the selected build-up speed of the magnetic field pulse the undershooting of a specified current or voltage value of the arc or the Use the beginning of voltage recovery to trigger. The temporal form of the magnetic Pulse can be selected at will and can be adapted to the given ratio of the circuit to be interrupted be adjusted.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung seien im folgenden Ausführungsbeispiele für Einrichtungen beschrieben, die nach dem neuen Verfahren arbeiten.In order to explain the invention in more detail, exemplary embodiments of devices are given below described, which work according to the new process.
Wie F i g. 1 zeigt, laufen in einem Isolierkörper 1 die Schaltstücke 2a und 2b. Sie sind in ausgefahrenem Zustand dargestellt. Zwischen den Schaltstücken sind entlang der Lichtbogenstrecke des Schalters Kühlkammern 6 in geeigneter Anzahl angeordnet. Der Einfachheit halber sind die Unterteilungen derLike F i g. 1 shows that the contact pieces 2a and 2b run in an insulating body 1. They are shown in the extended state. A suitable number of cooling chambers 6 are arranged between the contact pieces along the arc path of the switch. For simplicity, the subdivisions are the
Kühlkammern, die in an sich bekannter Weise vorgesehen sein können, nicht dargestellt.Cooling chambers, which can be provided in a manner known per se, are not shown.
Zwischen den Kühlkammern sind Magnetspulen 3 angeordnet, deren Spulenachse in Richtung der Lichtbogenachse fällt. Im Ausführungsbeispiel werden vier solcher Spulen verwendet, doch ist die Zahl der Spulen grundsätzlich beliebig und den geometrischen Gegebenheiten des Schalters anzupassen. Magnetic coils 3 , the coil axis of which falls in the direction of the arc axis, are arranged between the cooling chambers. In the exemplary embodiment, four such coils are used, but the number of coils is basically arbitrary and can be adapted to the geometrical conditions of the switch.
Die Spulen sind an eine Impulsstromquelle angeschlossen, die im Ausführungsbeispiel aus einem Hochspannungskondensator 7 besteht. Der Kondensator wird aus einer Wechselstromquelle, beispielsweise dem Hochspannungsnetz, über einen Transformator 10, einen Gleichrichter 8 und einen Schutzwiderstand 11 aufgeladen und durch einen Hilfsschalter 9 auf die Magnetspulen entladen. Die Spulen erzeugen magnetische Impulsfelder, deren Richtung durch Pfeile 5 angedeutet ist. Die Magnetspulen können mit wirbelstromarmen Eisenkernen 4 umgeben sein, die das Magnetfeld an den Spulenenden umlenken, so daß die Feldstärke in der Mitte zwischen benachbarten Magnetspulen (vgl. die Mittelebene 12) gegen Null geht.The coils are connected to a pulse current source, which consists of a high-voltage capacitor 7 in the exemplary embodiment. The capacitor is charged from an alternating current source, for example the high-voltage network, via a transformer 10, a rectifier 8 and a protective resistor 11 and discharged to the magnet coils by an auxiliary switch 9. The coils generate magnetic pulse fields, the direction of which is indicated by arrows 5. The magnetic coils can be surrounded by iron cores 4 with low eddy currents, which deflect the magnetic field at the coil ends so that the field strength in the middle between adjacent magnetic coils (cf. central plane 12) approaches zero.
Zur Verbesserung der mechanischen und elektrischen Festigkeit kann die gesamte Anordnung mit einem Isolierkörper 13 umgeben sein. Falls erforderlich, kann man auch für die Kühlung der Spulen bzw. der Kühlkammern durch Einführen von Kühlmittelleitungen in den Isolierkörper sorgen.To improve the mechanical and electrical strength, the entire arrangement can be surrounded by an insulating body 13. If necessary, the coils or the cooling chambers can be cooled by inserting coolant lines into the insulating body.
Für die linke Spule ist der Feldverlauf punktiert angedeutet. Man erkennt, daß die Spulen weitgehend voneinander magnetisch entkoppelt sind. Während in Fig. 1 die Spulen paarweise magnetisch gegeneinandergeschaltet sind, kann man bei ausreichender magnetischer Entkopplung auch eine magnetische Hintereinanderschaltung vornehmen.For the left coil, the field profile is indicated by dotted lines. It can be seen that the coils largely are magnetically decoupled from each other. While in Fig. 1, the coils are magnetically connected to one another in pairs If there is sufficient magnetic decoupling, a magnetic series connection can also be made.
Die elektrische Schaltung der Spulen ist beliebig. Sie können in Reihe, parallel oder serienparallel geschaltet sein. Im Impulsstromkreis, beispielsweise im Hilfsschalter 9, können Schaltungselemente zur Beeinflussung der Form des magnetischen Impulses angeordnet sein, wie sie für solche Zwecke allgemein bekannt sind. Durch bekannte Mittel der Steuerungstechnik läßt sich ferner erreichen, daß der Hilfsschalter 9 erst dann geschlossen werden kann, wenn der Kondensator 7 voll aufgeladen ist.The electrical circuit of the coils is arbitrary. They can be connected in series, in parallel or in series. In the pulse circuit, for example in the auxiliary switch 9, circuit elements for influencing the shape of the magnetic pulse can be arranged, as are generally known for such purposes. By known means of control technology it can also be achieved that the auxiliary switch 9 can only be closed when the capacitor 7 is fully charged.
Die Wirkungsweise der Einrichtung beruht darauf, daß nach Ausfahren der Schaltstücke 2 a und 2b die Ladungsträger im Plasma des entstehenden Lichtbogens in die Kühlkammern 6 geblasen werden, sobald durch den Hilfsschalter 9 die Impulsstromquelle mit den Magnetspulen verbunden wird. Die Krümmung der magnetischen Feldlinien und der Feldstärkeverlauf können nach bekannten Gesetzen durch Gestaltung der Spulen sowie der Eisenkerne so gewählt werden, daß außerdem eine kräftige radiale Drift bzw. eine optimale Spiegelwirkung erreicht wird.The operation of the device based on the fact that 2 a and 2b, the carriers are blown in the plasma of the resulting arc in the cooling chambers 6, once connected through the auxiliary switch 9, the pulse power source with the solenoid coils by extending the contact pieces. The curvature of the magnetic field lines and the course of the field strength can be selected according to known laws by designing the coils and the iron cores so that a strong radial drift or an optimal mirror effect is also achieved.
Ein anderes Ausführungsbeispiel für eine nach dem neuen Verfahren arbeitende Einrichtung ist schematisch in den Fig. 2 und 3 dargestellt, wobei Fig. 3 einen Schritt längs der horizontalen Symmetrieebene der Anordnung nach F i g. 2 darstellt. Für entsprechende Teile sind Bezugszeichen aus F i g. 1 übernommen worden. Die Kühlkammer 6 ist nunmehr entlang der Lichtbogenstrecke an nur einer Seite angeordnet, und die Lichtbogenstrecke ist von einer konischen Magnetspule 14 umgeben, die anAnother exemplary embodiment for a device operating according to the new method is shown schematically in FIGS. 2 and 3, FIG. 3 showing a step along the horizontal plane of symmetry of the arrangement according to FIG. 2 represents. For corresponding parts, reference numerals from FIG. 1 has been adopted. The cooling chamber 6 is now arranged along the arc path on only one side, and the arc path is surrounded by a conical magnet coil 14 which is attached to
Claims (10)
Deutsche Patentschriften Nr. 256 617, 616 479,
505, 672 739, 1074 699, 1109 759;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 015 893.Considered publications:
German patents Nos. 256 617, 616 479,
505, 672 739, 1074 699, 1109 759;
German interpretative document No. 1 015 893.
Priority Applications (4)
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- 1963-11-08 SE SE1233163A patent/SE304545B/xx unknown
- 1963-11-11 GB GB4451363A patent/GB1059138A/en not_active Expired
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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GB1059138A (en) | 1967-02-15 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |