DE1665136C3 - Lichtbogenlöschvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenlöschvorrichtung der im Oberbegriff des vorstehenden Anspruches 1 genannten Art.

Aus der DE-PS 10 06 928 ist eine Lichtbogenlöschvorrichtung dieser Art bekannt, bei der die Wandungen der Teillöschkammer aus gesinterten Metallen oder Metalloxiden oder Mischungen davon bestehen können, denen ein Isolierstoff beigemischt ist, z. B. der hier als Isolierstoff wirkende Kohlenstoff.

Aus der DE-AS 11 89 607 ist eine Lichtbogenlöschvorrichtung bekannt, bei der ein Widerstand in Form eines dünnen Films aus einem thermoelektrolytischen Material auf einen Träger aus hochwarmfestem Material aufgebracht ist; als Trägerwerkstoff wird Porzellan genannt. Für den Film werden alle diejenigen Materialien als geeignet bezeichnet, bei denen bei mehr oder weniger hoher Temperatur eine Flammenelektrolyse auftritt. Hierzu werden neben den Silikaten, Boraten, Borsilikaten und Aluminaten die Alkalimetalle, Erdalkalimetalle oder Metallverbindungen, bestimmte Oxide, wie die des Magnesiums und bestimmte Halbleiter wie .Siliciumcarbid genannt. Durch das Schmelzen des Films unter Lichtbogeneinwirkung wird

iü dieser elektrisch leitend. Bis zu dem Augenblick, in dem der Lichtbogen ei lischt, hat der Widerstand noch nicht genügend Zeit zu seiner Abkühlung gehabt, wodurch er weiter einen Strom fließen läßt, der ein schnelles Wiederansteigen der Spannung verhindert und die

vorübergehende Überspannung begrenzt. Das oberflächliche Schmelzen der Wandungen erleichtert also das Löschen des Lichtbogens. Wenn jedoch — wie in der DE-AS 11 89 607 mit den Alkalimetallen und Erdalkalimetallen in Betracht gezogen — die für den Aufbau des Films verwendete;; Werkstoffe Materialien enthalten, die bei der durch den Lichtbogen bedingten Wärme Elektronen emittieren, oder die gar vollständig aus diesen bestehen, wird durch die Erwärmung das Löschen des Lichtbogens in ungünstiger Weise beein-

2Ί flußt, denn durch die Emission wird der ionisierte und damit leitende Zustand des Gases aufrechterhalten und die Rekombination zum neutralen Zustand unmöglich gemacht.

Aus der DE-PS 9 77 206 ist ein hochwarmfestes

ίο Material für Wandungen von Lichtbogenlöschvorrichtungen bekannt, das im wesentlichen aus reinen hochhitzebeständigen Körnern aus Magnesiumoxid, Quarz, geschmolzener Kieselsäure, Korund, Zirkon, Beryll od. dgl. besteht. Die Körner können zur

(5 Bewahrung ihrer vollkommenen Reinheit entweder zusammengefrittet sein oder mit Hilfe eines Binde- oder Flußmittels miteinander verbunden sein, das leicht verglasbar ist. Das Binde- oder Flußmittel kann aus Aluminium-, Magnesium- oder Calciumsilikaten, aus

Ai) Alkali- oder Borverbindungen oder sonst einem leicht verglasenden Körper bestehen. Die üblicherweise als Binde- oder Flußmittel eingesetzten Aluminium- und Borverbindungen weisen einen mehr oder weniger großen Gehalt am Alkali- und/oder Erdalkali auf, da diese Elemente in den natürlichen Ausgangsgrundstoffen der genannten Verbindungen enthalten sind. Werden Alkali- oder Erdalkaliverbindungen oder nicht hochgradig gereinigte Aluminium- oder Borverbindungen eingesetzt, tritt bei Erwärmung des Lichtbogens Elektronenemission auf und es besteht somit die Gefahr, daß durch das ständige Freisetzen von Elektronen die Funktion der Lichtbogenlöschvorrichtung gestört wird. Wird aber ein kein Alkali- oder Erdalkaligehalt aufweisendes Binde- oder Flußmittel eingesetzt, führen

v> die Wandungen ohne Alkali- bzw. Erdalkaligehalt, zwar zu dem Vorteil der schnellen Entionisierung des Lichtbogens, aber auch zu dem, diesen Vorteil überdeckenden Nachteil, daß unter der Einwirkung der Lichtbogenwärme der Widerstand der keramischen

bo Wandungen ganz wesentlich erhöht wird, so daß der Strom des Lichtbogens kurz vor dem Null-Durchgang der anliegenden Spannung nicht auf die Wandungen übertragen werden kann. In der DE-PS 9 77 206 ist kein Hinweis darauf enthalten, daß die 3inde- oder

b5 Flußmittel nicht emittierend sein sollen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lichtbogenlöschvorrichtung der im Oberbegriff des vorstehenden Anspruches 1 genannten Art anzugeben,

deren Löschvermögen gegenüber bekannten Vorrichtungen vergleichbarer Art erheblich vergrößert ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.

Da nur solche Materialien für den Aufbau der Wandungen der Teillöschkammer eingesetzt sind, die bei der durch den Lichtbogen bedingten Wärme keine Elektronen emittieren, wird die günstige Wirkung des parallel zum Lichtbogen liegenden Widerstandes nicht durch eine starke Elektronenemission behindert. Der κι Widerstand kann also in der Nähe des Strom-Null-Durchgangs den gesamten, in dem Bogen fließenden Strom ableiten, und damit die Geschwindigkeit, mit der die Spannung nach dem Verschwinden des Stromes zurückkehrt verlangsamen, so daß die für die Rückkehr der heißen Gase in ihren isolierenden Zustand notwendige Zeit zur Verfügung steht. Die Vorschrift, für den Aufbau der Wandungen nur ein nichtemittierendes Material zu verwenden, steht im Gegensatz zu der üblichen Praxis, nach der stets ein gewisser Anteil an alkalischen oder erdalkalischen Kationen entweder in dem den Dämpfungswiderstand bildenden Film oder den Wandungen selber (DE-AS 11 89 607) oder in dem für die Verbindung von hochwarmfesten Körner verwendeten Bindemittel (DE-PS 9 77 206) vorhanden 2> sein mußte oder vorhanden sein konnte.

Um trotz des Fehlens der emittierenden Materialien es den Wandungen zu ermöglichen, als parallel zum entstehenden Lichtbogen liegender, unter der Einwirkung der Lichtbogenwärme einen negativen Tempera- jo turkoeffizienten aufweisender Widerstand zu wirken, wird ein Bindemittel und/oder ein Zusatzmittel zur Bestimmung der Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit der Wandungen in diese eingebracht.

Als Körnermaterial kommen unter anderem die r> folgenden Oxide in Frage: AI2O3, Cr2O3, MgO, MnO, S1O2, T1O2, ZrO2 und auch Kombinationsverbindungen, wie Zirkoniumsilikat Ζ1Ό2 · S1O2.

Das Bindemittel oder Zusatzmittel ist ein Leitermaterial mit negativen Temperaturkoeffizienten, wie z. B. 4<i Kohlenstoff oder Graphit. Es ist aber auch möglich, als Zusatzmittel ein thermoelektrolytisches Material einzusetzen, wie es aus der DE-AS 11 89 607 für den Aufbau des dort vorgeschlagenen Filmes verwendet wird, wobei abweichend von der Lehre nach der DE-AS 11 89 607 r. aber nur solche Materialien für den Ausbau der Wandung verwendet werden, die trotz der thermoelektrolytischen Leitfähigkeit bei den vorkommenden Temperaturen nicht emittieren.

Als nichtemittierendes Bindemittel kann vorteilhaf- w terweise eine Mischung von Silicium-, Bor- oder Phosphoranhydrid mit nichtalkalischen Metalloxiden verwendet werden. Beim Brennen des hochwarmfesten Materials verglast ein solches Bindemittel mehr oder weniger und sichert die Verbindung der hochwarmfe- .■>■> sten Körner. Zugleich stellt es die gewünschte Leitfähigkeit sicher, und zwar infolge seiner thermoelektrolytischen Leitfähigkeit.

Wenn eine geringe Leitfähigkeit gewünscht wird, wird in Mischung oder in Kombination mit den t>o vorstehend genannten Anhydriden ein hochwarmfestes Oxid alleine oder eine Zusammensetzung mehrerer Oxide verwendet, wie etwa Tonerde, Tonerdesilikat, Ton oder Kaolin. Diese Materialien müssen ggf. von jeglichem alkalischen Material gereinigt werden. ev>

Wenn jedoch eine stLrkere Leitfähigkeit des Bindemittels gewünscht wird, enthält die Wandung zur Erzielung der thermoelektrolytischen Leitfähigkeit mindestens ein Oxid aus der Gruppe: FeO, CuO, PbO.

Das nichtemittierende Bindemittel kann darüber hinaus die Rolle eines Elektronenfängers spielen. Um dies zu erreichen, ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß das Bindemittel ein nichtemittierendes Oxid und/oder Salz enthält, das unter der Einwirkung des Lichtbogens verdampfbar ist und beim Kondensieren Elektronen einfängt Durch das Einfangen der Elektronen bei der Kondensation des Dampfs wird beim Null-Durchgang des Lichtbogenstromes die dielektrische Regeneration beschleunigt.

Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn das Bindemittel Cadmium-, Antimon-, Zink-, Wismut- und/oder Zinnoxid enthält. Die vorstehenden Oxide sind in der Reihenfolge ihrer Siedetemperaturen angeordnet.

Besonders interessant jedoch sind diejenigen Stoffe, die in der Lage sind, gleichzeitig die Rolle von Schmelzzuschlägen in den vorstehend erwähnten hochwarmfesten Stoffen, die Rolle von Leitern und die Rolle insbesondere von Elektronenfängern zu spielen. Das trifft für nichtemittierende Metallfluoride zu und insbesondere, aber nicht ausschließlich, für Kupfer-, Blei- und/oder Wismut-Fluorid, die im Dampfzustand auf dem Wege der Kondensation kräftig zur Entionisierung der Säule des Lichtbogens beitragen.

Bei der Auswahl des Bindemittels kann die Möglichkeit auftreten, daß gewisse Unverträglichkeiten zwischen den drei Funktionen: mechanische Bindung, elektrische Leitfähigkeit und Verdampfbarkeit festzustellen sind. In diesem Falle muß eine Trennung der Funktionen vorgenommen werden. Beispielsweise wird eine Wandung guter mechanischer Festigkeit verwendet, die vorzugsweise einen porösen Aufbau hat, wie er z. B. leicht durch Agglomerisation von Zirkonsand mit Hilfe eines schlecht elektrolysierbaren Bindemittels erlangt werden kann. Als Bindemittel können hier z. B. Borsilikat oder Aluminium-, Blei-Phosphat verwendet werden. Mit einem solchen Aufbau wird die Funktion der mechanischen Verbindung am besten erreicht. Danach wurde untersucht, wie bei einer solchen Wandung die Funktionen der elektrischen Leitfähigkeit und der Flüchtigkeit zu erreichen sind. Beispielsweise wird die poröse Wandung mit einer Lösung von Borsäure imprägniert, die nach dem Abtrocknen eine anhaftende Ablagerung dieses leicht schmelzbaren und flüchtigen Salzes hinterläßt. In der gleichen Art und Weise kann die Wandung mit einer Zink- oder Cadmiumoxid-, Borphosphat-, Aluminiumphosphat-, Zinnoxid-, Wismutfluorid-, Kupferfluorid- Brühe oder mit allen anderen Stoffen behandelt werden, die in der Lage sind, in Mischung oder getrennt eine gewisse thermoelektrolytische Leitfähigkeit und/oder eine gewisse Flüchtigkeit der Wandung aufzuprägen, ohne dabei eine ungünstige Elektronen-Emission aufzuweisen.

Natürlich ist es auch möglich, der Wandung eine gute mechanische Festigkeit durch einfaches Fritten zu verleihen. Die Wandung kann dann zum Aufprägen der gewünschten thermoelektrolytischen Leitfähigkeit und der gewünschten Elektroneneinfangeigenschaften in der vorstehend beschriebenen Weise behandelt werden.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Lichtbogenlöschvorrichtung mit mindestens einer Teillöschkammer, deren dem Lichtbogenraum zugewandte Wandungen im wesentlichen aus hoch warmfesten Oxiden oder Salzen von Metallen in Form von miteinander verbundenen Körnern mit zusätzlichen Mitteln bestehen und als parallel zum entstehenden Lichtbogen liegender, unter der Einwirkung der Lichtbogenwärme einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweisender Widerstand wirken, dadurch gekennzeichnet, daß nur solche Materialien für den Aufbau der Wandungen der Teillöschkammer eingesetzt sind, die bei der durch den Lichtbogen bedingten Wärme keine Elektronen emittieren, und daß bei Verbindung der hochwarmfesten Körner durch ein Bindemittel dieses selbst oder ein zusammen mit dem Bindemittel eingesetztes weiteres Zusatzmittel und bei Verbindung der Körner durch Sintern das Zusatzmittel die Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit der Wandungen bestimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel oder das Zusatzmittel ein Leitermaterial mit negativem Temperaturkoeffizienten ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel oder das Zusatzmittel ein thermoelektrolytisches Material ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel unter Lichtbogeneinwirkung schmelzbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen zur Erzielung der thermoelektrolytischen Leitfähigkeit mindestens ein Oxid aus der Gruppe: FeO, CuO, PbO enthält.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen ein nichtemittierendes Oxid und/oder Salz enthalten, das unter der Einwirkung des Lichtbogens verdampfbar ist und beim Kondensieren Elektronen einfängt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen Cadmium-, Antimon-, Zink-, Wismut- und/oder Zinnoxid enthalten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen Kupfer-, Blei- und/oder Wismutfluorid enthalten.