DE1261218B - Leistungsschalter fuer Gleich- oder Wechselstrom - Google Patents

Description

• Leistungsschalter für Gleich- oder Wechselstrom Es sind Leistungsschalter für Gleich- oder Wechselstrom bekannt, bei denen zwischen zwei Elektroden ein Lichtbogenplasma rotiert, das durch ein elektrisches und ein dazu senkrecht stehendes magnetisches Feld mit hoher Geschwindigkeit angetrieben wird. Das Lichtbogenplasma wirkt dabei wie ein in einem elektromagnetischen Feld rotierender fester Leiter oder eine Spule, in dem bzw. in der eine Spannung induziert wird, die um so höher ist, je größer die Drehgeschwindigkeit ist. Man kann mit Hilfe solcher rotierender Lichtbogenplasmen so hohe Lichtbogenspannungen erzeugen, daß sie bei entsprechender Zahl von hintereinandergereihten Elektrodenanordnungen mit rotierenden Lichtbogenplasmen die Abschaltung von hohen Gleichspannungen ermöglichen. Es hat sich gezeigt, daß man bereits bei Lichtbogen kleinerer Länge Spannungen von 1000 V und höher erreichen kann, die als Gegenspannung der angelegten Netzspannung eine wirksame Herabsetzung des Lichtbogenstromes verursachen und damit auch eine leichte Löschmöglichkeit besonders für Gleichströme ergeben.
• Die Erfindung bezieht sich auf einen solchen Leistungsschalter für Gleich- oder Wechselstrom mit einem zwischen zwei zweckmäßig zylinderförmigen Elektroden schnell rotierenden Lichtbogenplasma, das durch ein elektrisches und ein dazu senkrecht stehendes magnetisches Feld angetrieben wird, wobei das magnetische Feld durch eine mit Gleichstrom aufgeladene Kondensatorbatterie über eine Magnetspule erzeugt wird und in dem rotierenden Lichtbogenplasma eine hohe Gegenspannung induziert, die zur Stromunterbrechung führt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf möglichst wirtschaftliche Weise einen derartigen Schalter zu betreiben, d. h., mit einer möglichst geringen Belastung der Stromquelle für die Erzeugung des magnetischen Feldes auszukommen. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß die Stärke des magnetischen Feldes so gesteuert, daß es während des Bestehens des Lichtbogenplasmas nur einen für dessen schnelle Rotation ausreichenden Wert hat und daß es nach :der Lichtbogenlöschung beim Auftreten der wiederkehrenden Spannung zur Ablenkung noch vorhandener Ladungsträger von den Schaltelektroden, z. B. durch Kurzschließen eines Strombegrenzungswiderstandes der Kondensatorbatterie, auf seinen Höchstwert eingestellt ist.
• Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß im Anfang des Ausschaltvorganges eine schnelle Rotation des Lichtbogens auch schon bei geringen magnetischen Feldkräften erzielbar ist und daß es aus diesem Grunde nicht wirtschaftlich ist, wenn das magnetische Feld bereits in voller Stärke erzeugt wird. Würde eine Kondensatorbatterie schon zur Erzeugung der Lichtbogenrotation mit dem vollen Strom belastet, so könnte sie schnell entladen sein und dann beim Auftreten der wiederkehrenden Spannung unter Umständen nicht mehr ein so starkes magnetisches Feld in den Erregerspulen erzeugen, daß die in der Schaltstrecke etwa noch vorhandenen Elektronen und Ionen mit genügender Schnelligkeit aus ihr durch das magnetische Feld entfernt werden. Daher ist es bedeutend vorteilhafter, wenn die Hauptfeldstärke von beispielsweise mehreren 1000 Gauß erst nach dem Nullwerden des Lichtbogens in Erscheinung tritt, während für die Rotation des Lichtbogens vielleicht einige 100 Gauß genügen.
• Es ist möglich, diese Steuerung des magnetischen Feldes zeitabhängig vorzunehmen, zweckmäßiger erscheint dagegen, das magnetische Feld in Abhängigkeit der Schaltbewegung zu steuern. Dies kann z. B. so erfolgen, daß die Erregerspulen des magnetischen Feldes in der Ausschaltstellung des Schalters durch Kurzschließen eines Strombegrenzungswiderstandes einen erhöhten Strom erhalten.
• Die Erfindung unterscheidet sich wesentlich von den bekannten Magnetblasschaltern, bei denen der Lichtbogen durch das Magnetfeld zwischen ebene oder zylinderförmige Metallflächen getrieben und hier in rotierende kleine Lichtbogen unterteilt wird, die dadurch ständig auf kühle Stellen stoßen, so daß dem Gesamtlichtbogen viel Energie entzogen wird und er allmählich erlischt. Abgesehen von dem andersartigen Löschprinzip, wird das Magnetfeld, das ja vom zu unterbrechenden Strom selbst erzeugt wird, dabei mit dem Abnehmen des Stromes ständig schwächer und sogar zu Null, wenn der Strom unterbrochen ist. Die noch in der Schaltstrecke verbliebenen Ladungsträger könnten also nicht durch das den Lichtbogen treibende Magnetfeld entfernt werden, was zweifellos nachteilig ist gegenüber einem Schalter, bei dem das Magnetfeld gerade nach der Stromunterbrechung am stärksten ist, um die Schaltstrecke von etwa noch vorhandenen Ladungsträgern zu säubern.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt. Es handelt sich hierbei um einen Leistungsschalter, der besonders für die Verwendung als Vakuumschalter geeignet ist.
• In einer evakuierten Schaltkammer 1 sind zwei Zylinderelektroden 2 und 3 konzentrisch zueinander angeordnet. Diese beiden Elektroden liegen über die Durchführungen 4 in dem zu unterbrechenden Stromkreis. Die Verbindung zwischen den beiden Elektroden 2 und 3 wird durch eine Schaltstange 5 vorgenommen, die in zwei Kontaktstücke 6 und 7 an den Elektroden 2 und 3 eingreift. Da es sich um eine Vakuumschaltkammer handelt, muß die Schaltstange 5 in einem elastischen Balgen 8 geführt sein. Um die Schaltkammer herum sind zwei Erregerspulen 9 und 10 zur Erzeugung des magnetischen Feldes angeordnet. Das zu dem magnetischen Feld senkrecht stehende elektrische Feld liegt an den beiden Elektroden 2 und 3. Die Erregerspulen erhalten ihren Strom aus einer Kondensatorbatterie 11, die mit Gleichstrom aufgeladen ist. Im Stromkreis dieser Kondensatorbatterie liegt ein Strombegrenzungswiderstand 12, der den Strom für die Erregerspulen 9 und 10 auf einen solchen Wert herabsetzt, daß der bei der Öffnung der Schaltkontakte 5 und 6 entstehende Lichtbogen mit genügender Schnelligkeit um die Zylinderelektroden 2 und 3 rotiert und so eine hohe Lichtbogenspannung erzeugt, die zur Unterbrechung des Netzstromes ausreicht. Gegen Ende des Ausschaltvorganges trifft ein an der Schaltstange 5 befindlicher Nocken 13 auf einen Schalter 14, der dadurch geschlossen wird und den Widerstand 12 kurzschließt. Infolgedessen fließt nun aus der Kondensatorbatterie 11 ein weit stärkerer Strom durch die Erregerspulen 9 und 10, so daß das magnetische Feld entsprechend verstärkt wird und für eine schnelle Entfernung aller das Wiederzünden des Lichtbogens begünstigenden Teilchen innerhalb der Schaltstrecke sorgt.
• Die Erfindung stellt mit ihrer günstigen Wirkungsweise eine wesentliche Verbesserung der Lichtbogenplasmenschalter dar.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Leistungsschalter für Gleich- oder Wechselstrom mit einem zwischen zwei zweckmäßig zylinderförmigen Elektroden schnell rotierenden Lichtbogenplasma, das durch ein elektrisches und ein dazu senkrecht stehendes magnetisches Feld angetrieben wird, wobei das magnetische Feld durch eine mit Gleichstrom aufgeladene Kondensatorbatterie über eine Magnetspule erzeugt wird und in dem rotierenden Lichtbogenplasma eine hohe Gegenspannung induziert, die zur Stromunterbrechung führt, d a d u r c h ag e k e n n -zeichnet, .daß die Stärke des magnetischen Feldes (9,10) so gesteuert ist, daß es während des Bestehens des Lichtbogenplasmas nur einen für dessen schnelle Rotation ausreichenden Wert hat und daß es nach der Lichtbogenlöschung beim Auftreten der wiederkehrenden Spannung zur Ablenkung noch vorhandener Ladungsträger von den Schaltelektroden, z. B. durch Kurzschließen eines Strombegrenzungswiderstandes (12) der Kondensatorbatterie (11), auf seinen Höchstwert eingestellt ist.
2. 2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Feld in Abhängigkeit der Schaltbewegung gesteuert ist.
3. 3. Leistungsschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, -daß er als Vakuumschalter ausgebildet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 578 224, 578 226, 591597, 616 479, 624 777, 672 505.