DE2224082A1 - Verfahren zur loeschung eines lichtbogens und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Verfahren zur Löschung eines Lichtbogens und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Löschung . eines Lichtbogens in einem elektrischen Wechselstromschalter.

Mittel- und Hochspannungsschalter für Wechselstrom löschen bekanntlich im Nulldurchgang des Stromes. Während im Druckgasschalter ein relativ unbeweglicher Schaltlichtbogen der starken Strömung eines Löschgases ausgesetzt wird, erhält man bei Schaltern mit rotierendem Lichtbogen eine intensive Konvektionskühlung des Lichtbogens dadurch, daß man ihn zu einer schnellen Bewegung im ruhenden Gas veranlaßt. Solche Schalter mit rotierendem Lichtbogen brauchen kein Löschgas- -Druckgefalle. Wegen der schnellen Wanderung der Lichtbogen- -Fußpunkte erhält man nur einen geringen Kontaktabbrand und somit eine entsprechend hohe Kontaktlebensdauer.

Aus der Zeitschrift "Elektrie", Heft 10 (1967), Seiten 364 bis 366 ist eine Ausführungsform eines solchen Schalters bekannt, die in Reihe mit der Schaltstelle eine Spule enthält, die beim Durchfluß des Ausschaltstromes ein Magnetblasfeld erzeugt. Das Kontaktsystem besteht aus zwei konzentrischen Elektroden, die einen Ringspalt bilden, in dem der Schaltlichtbogen unter der Wirkung der Lorentz-Kraft seines Eigenmagnetfeldes und des Blasfeldes auf einer geschlossenen Umlaufbahn rotiert. Die Schaltkammer kann zweckmäßig ein Lichtbogen-Löschmedium, insbesondere Schwefelhexafluorid enthalten.

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Der Lichtbogen erlischt durch die kühlende Wirkung der Relativbewegung zwischen Gas und Lichtbogen im Stromnulldurchgang infolge des zum Stromnulldurchgang hin ansteigenden Magnetfeldes.

Aus der Schweiz.Patentschrift 370 137 ist ferner eine Sicherung bekannt, deren Lichtbogen-Löscheinrichtung eine Blasspule und konzentrische Zylinderelektroden enthält, die in geringem Abstand zueinander in einer Löschkammer angeordnet •sind. Nach dem Durohschmelzen des Schmelzdrahtes, der zwischen den Elektroden angeordnet 1st, rotiert der Lichtbogen unter der Wirkung seiner eigenen magnetischen Kräfte auf einer Kreisbahn zwischen den Elektroden und wird ebenfalls durch die Relativbewegung zwischen Luft und Bogen gekühlt, bis er erlischt.

Aus der deutschen Patentschrift 1228 334 ist eine Lichtbogen- -Löscheinrichtung bekannt, die als Überspannungsschutzeinrichtung für Kondensatoren dient. Der Lichtbogen entsteht in einer Funkenstrecke und rotiert zwischen parallel zueinander angeordneten Ringelektroden, deren Anfang und Ende derart beieinander liegen, daß sie eine einlagige ebene Spirale bilden. Die einander parallelen Elektroden dienen als Laufelektroden für den Lichtbogen, der zwischen ihnen unter der Wirkung seines Eigenmagnetfeldes umläuft, bis ein als Weiche für den Lichtbogen dienendes, mechanisch bewegtes Isolierstück den Bogen zu einer Löscheinrichtung ableitet, die im wesentlichen aus Hörnerelektroden besteht und den Lichtbogen verlängert. Zwischen den Hörnerelektroden wird die Lichtbogenbewegung verstärkt durch Blasspulen, die vom abzuschaltenden Strom durchflössen sind. Die Weiche für die Lichtbogenwanderung befindet sich am Umfang der Ringelektroden. Sie benötigt einen besonderen mechanischen Antrieb, der zur Auslösung angeregt werden muß und mit einer entsprechenden Trägheit behaftet ist. Die Umstellung der Weiche erfolgt somit nicht in einer Zeit, die klein ist. im Vergleich zur Periodendauer des Stromes.

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Aus der deutschen Patentschrift 819 268 ist die Löschung eines Lichtbogens durch Kühlung an den Oberflächen eines isolierstoffkörpers bekannt. In einem Schalter für Wechselstrom mit einer Blasspule, deren innere Windung den Mantel einer zylinderförmigen Löschkammer bildet, die zugleich als Elektrode für den Lichtbogen dient, ist eine innere Elektrode koaxial von einer Ringelektrode eingeschlossen. Zwischen diesen Elektroden wird durch ein bewegliches Schaltstück ein Lichtbogen gezogen und rotiert zwischen den Elektroden auf einer Kreisbahn. Die Löschung des Lichtbogens durch· die kühlende Wirkung der Relativbewegung wird zusätzlich unterstützt durch die Kühlwirkung von Boden und Deckel der flachen Löschkammer auf den Lichtbogen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die bekannten Verfahren zur Löschung eines Lichtbogens zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Kombination einer Lichtbogenbewegung durch Rotation mit einer davon räumlich getrennten Löschung durch Wandkühlung des Lichtbogens und durch einen selbsttätigen Übergang des Lichtbogens von der Rotation zur Wandkühlung in Abhängigkeit vom Augenblickswert des Stromes. Der Lichtbogen rotiert dann bei grossem Augenblickswert des Stromes, d.h. unmittelbar nach seiner Entstehung bis kurz vor dem Stromnulldurchgang in der betreffenden Halbwelle und wird anschließend bei kleinem Augenblickswert des Stromes nach seinem selbsttätigen Einlaufenin eine Löschstrecke dort durch Berührung mit Festkörperkühlflachen intensiv gekühlt.

Zur Durchführung dieses Verfahrens kann der Bogen vorzugsweise zunächst zwischen als Laufelektroden dienenden, einander parallelen offenen Ringelektroden rotieren, deren Enden eine elektrische Weiche bilden und mit einer Löschstrecke verbunden sind. In einem solchen Schalter entsteht der Lichtbogen in bekannter Weise zwischen relativ zueinander beweglichen Schaltkontakten und tritt dann zu den Laufelektroden über. Die Schaltkontakte bilden mit den benachbarten

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Anschlußleitern und dem gezogenen Lichtbogen zweckmäßig eine Stromschleife, deren Magnetfeldkonfiguration die Lichtbogenbewegung und damit das Einlaufen des Bogens zwischen die Laufelektroden unterstützt. Auch die Enden der Laufelektroden selbst können beweglich gestaltet sein und dann als Schaltkontakt dienen.

Unmittelbar nach dem Entstehen des Lichtbogens rotiert dieser unter der Wirkung der Lorentz-Kraft des Magnetfeldes auf einer Kreisbahn zwischen den einander parallelen, offenen Ringelektroden und wird somit durch die Relativbewegung zwischen dem Bogen und einem diesen umgebenden Löschmedium, das vorzugsweise Schwefelhexafluorid sein kann, gekühlt. Der Abstand der Laufelektroden gegeneinander wird verhältnismäßig klein gewählt. Ein besonderer Vorteil der Anordnung zur Durchführung des Löschverfahrens nach der Erfindung besteht somit darin, daß der Bogen während seiner Rotation nur eine verhältnismäßig kleine Spannung und dementsprechend 'auch nur eine geringe Leistung aufnimmt. Solange der Augenblickswert der Stromstärke des Lichtbogens noch genügend groß ist, überspringt der Bogen nach jedem Umlauf unter der Wirkung seiner dementsprechend großen Lorentz-Kraft die Öffnung der Ringelektroden. Sobald der Augenblickswert des Stromes einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet, reicht die Antriebskraft auf den Bogen zum Überspringen der Ringöffnung nicht mehr aus und der Bogen läuft somit selbsttätig in eine Löschstrecke ein, die sich an die Enden der Ringelektroden anschließt.

Zum Einlaufen des Lichtbogens in die Weiche kann zweckmäßig dessen eigene elektrodynamische Kraft vorgesehen sein. Ferner kann zum Einlaufen des Lichtbogens in die Weiche die magnetische Kraft eines zusätzlichen Magnetfeldes vorgesehen sein. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, das Einlaufen des Lichtbogens durch eine äußere Antriebskraft zu unterstützen, .beispielsweise durch eine pneumatische Blasvorrichtung.

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Die Löschatreoke für den Lichtbogen, dessen Stromstärke nach dem Einlaufen in die Weiche wesentlich geringer ist als die SehaltStromstärke, insbesondere der zu schaltende Kurzschlußstrom, kann vorzugsweise aus einer Löschkammer bestehen.. Diese Löschkammer brauoht dann nur noch für einen Strom ausgelegt zu werden, der wenigstens annähernd eine Größenordnung geringer sein kann als der Abschaltstrom des Schalters. Nach der Erfindung erhält man somit eine Kühlung des Lichtbogens bei großer Stromstärke durch seine Bewegung im Löschmedium und einen selbsttätigen Übergang des Bogens zu, einer Kühlung durch Kammerwände, sobald er eine'vorbestimmte geringe Stromstärke erreicht hat.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der verschiedene Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens veranschaulicht sind.

Pig.1 zeigt*einen Querschnitt durch eine Elektrodenanordnung sowie die Löscheinrichtung nach der Erfindung. Das Einlaufen des Lichtbogens von den Schaltkontakten in die Elektroden ist in den Fig.2 und 3 erläutert. In Pig.4 ist eine Seitenansicht einer der Ringelektroden mit der zugeordneten Löschkammer dargestellt. Pig.5 zeigt eine besondere Gestaltung einer Löscheinrichtung und in Pig.6 ist eine Seitenansicht der Laufelektroden mit dieser Löscheinrichtung dargestellt. . In Pig.7 ist eine Weiche für den Lichtbogen mit magnetischer Betätigung dargestellt. Die Pig.8 und 9 zeigen besondere Ausführung sformen dieser magnetischen Antriebsvorrichtung für den Lichtbogen. In Pig.10 ist eine weitere Ausgestaltung einer solchen magnetischen Weiche veranschaulicht und Pig.11 zeigt einen Querschnitt dieser besonderen Ausführungsform. Die Pig.12 und 13 zeigen eine weitere Ausführungsform einer magnetisch betätigten Weiche mit mehreren "in- der Laufrichtung des Lichtbogens hintereinander -angeordneten magnetisch betätigten Weichen. In Pig.H ist eine Reihenschaltung zweier Weichen mit elektrodynamischer Betätigung dargestellt. Eine besondere Ausführungsform einer Löscheinrichtung mit einer

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einzigen Hingelektrode zeigt Fig.15.

In Fig.1 sind zwei Laufelektroden mit 2 und 3, zwei relativ zueinander bewegliche Schaltstücke mit 5 und 6, deren Ansohlußleiter mit 8 und 9 und die Anschlußkontakte mit 11 und 12 bezeichnet. Ferner sind zwei Blasspulen mit 14 und 15, deren Zuleitungen mit 16 und 17 und deren Ableitungen mit 18 und 19 bezeichnet. Die im wesentlichen ringförmig gestalteten Laufschienen 2 und 3 sind mit geringem Abstand a parallel zueinander angeordnet. Ein Lichtbogen 22 wird zwischen den Schaltkontakten der Kontaktarme 5 und 6 gezogen, die zusammen mit dem Bogen 22 vorzugsweise eine Stromschleife bilden können. Die beiden Magnetspulen 14 und 15 sind elektrisch hintereinander und magnetisch gegeneinander geschaltet, so daß sie ein sogenanntes Cusp-Feld 24 bilden, dessen Konfiguration in der Figur gestrichelt angedeutet ist. Dieses Magnetfeld hat eine im Bezug auf die Laufelektroden 2 und 3 radial gerichtete Komponente, ao daß eine Kraft in tängentialer Richtung entsteht, die den Lichtbogen zwischen diesen Elektroden rotieren läßt.

Nach Fig.2 liegt - abweichend von der Anordnung nach Fig.1 die Reihenschaltung der Blasspulen 14 und 15 mit deren Zuleitung 16 und Ableitung 19 zwischen der Zuleitung 8 des beweglichen Schaltkontaktes 5 und der Ringelektrode 3, von der nur ein Teil in der Figur angedeutet ist. Der zwischen Zuleitung 9 und der zweiten Ringelektrode 2 angeordnete Schaltarm 6 kann unbeweglich ausgeführt sein. Wird der Schalter durch Bewegung des Schaltarmes 5 in der durch einen nicht näher bezeichneten Pfeil angedeuteten Richtung geöffnet, so wird der Lichtbogen 22 zwischen den beiden Kontakten gezogen. Der Strom im Lichtbogen 22 bildet in der dargestellten Ausführungsform des Schalters zusammen mit den Teilströmen in den Schaltarmen 5 und 6 eine Stromschleife, deren Magnetfeld so gerichtet ist, daß die magnetische Kraft auf den Lichtbogen diesen in der Bildebene nach oben zu den Elektroden 2 und 3 hintreibt.

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Der Bogen kommutiert unter der Wirkung des Magnetfeldes dieser Stromkomponenten von den relativ zueinander beweglichen Schaltarmen 5 und 6 zu den .festen Ringelektroden 2 und 3. Sobald er zu diesen übergetreten ist, sind die .Blasspulen 14 und 15- in den Stromkreis zwischen den Anschlußkontakten 11 und 12 eingeschaltet und damit für die Bewegung des Lichtbogens zwischen den Elektroden 2 und 3 wirksam, wie in Jig.3 dargestellt ist.

Mit abnehmendem Strom des Lichtbogens nimmt auch die .tangential gerichtete elektrodynamische Kraft auf den Lichtbogen entsprechend ab, so daß er nicht mehr die Weite der öffnung W zwischen dem Anfang und dem Ende des Ringes jeder der Laufelektroden überspringen kann, die in der Seitenansicht nach Pig.4 dargestellt ist. Der Lichtbogen läuft dann nicht mehr zwischen den LaufeIektrοden 2 und 3 um, sondern wandert in die Löschstrecke 20, in der er zwischen Keramikkörpern 21 eingeschlossen ist, die vorzugsweise eine flache Löschkammer bilden können. Der Abstand a der'Laufelektroden 2 und 3 wird möglichst gering gewählt, damit auch die Lichtbogenspannung und damit die Leistungsaufnahme des Lichtbogens klein bleibt. Er muß lediglich so groß sein, daß die nach der Löschung des Lichtbogen- wiederkehrende Spannung nicht zu einem Durchschlag zwischen den Elektroden ausreicht. Pur einen Schalter mit einer Betriebsspannung von beispielsweise 10 kV und einem Nennstrom von beispielsweise 2.kA und einem Kurzschlußstrom von beispielsweise 40 kA kann der Abstand a beispielsweise nicht wesentlich mehr als 2 cm betragen.

Mit einer Drahtstärke b der Laufelektröden 2 und 3 von beispielsweise 6 mm und einem Durchmesser D der Laufelektroden von beispielsweise 8 cm kann die vom Anfang und dem Ende der Laufelektroden gebildete Ringöffnung beispielsweise einen Abstand w von etwa 2 mm haben. Die Lauf elektroden 2 und werden als Ringelektroden bezeichnet, obwohl sie· beispielsweise auch die Porm einer Spirale mit einer Windung haben können. Ebenso ist es möglich, daß nur das Ende des Ringes jeweils mit einem etwas geringeren Radius als der übrige Ring ausgeführt ist und gegebenenfalls nur dieser Teil der

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lauf elektrode eine Spirale "bildet. Y/esentlich ist lediglich die Gestaltung der Laufelektrode in der Weise, daß die Lorentz-Kraft K auf den lichtbogen unmittelbar vor dem Ende E der Laufelektrode 2 oder 3 auf den Anfang A der Laufelektrode gerichtet ist, wie es in Fig.4 durch einen pfeil angedeutet. ist. Damit wird der Bogen gezwungen, wieder auf den Anfang A Überzuspringen, solange der Augenbliekswert des Stromes nooh. oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes ist. In einer solchen Ausführungsform eines Schalters kann der Strom im Lichtbogen beispielsweise nach etwa 30 Umläufen wenigstens etwa um eine Größenordnung geringer sein als der ursprüngliche Schaltstrom. Er hat beispielsweise nach dem Schalten eines Kurzschlußstromes von 40 kA nur noch einen Strom von etwa 4 kA. Dann reicht die magnetische Kraft auf den Lichtbogen nicht mehr aus zum Überspringen des Zwischenraumes w zwischen dem Anfang A und dem Ende E der Laufschienen 2 bzw. 3.

Der zwischen den Laufelektroden 2 und 3 brennende Lichtbogen rotiert schon allein durch die Lorentz-Kraft seines eigenen Magnetfeldes. Zur Erhöhung seiner Umlaufgeschwindigkeit können jedoch zweckmäßig die Blasspulen 14 und 15 nach Pig.1 gleichachsig zu den Laufelektroden angeordnet werden, die mit dem Lichtbogen in Reihe geschaltet sind. Ihr Feld addiert sich zum Eigenmagnetfeld des Lichtbogenstromes und verstärkt damit die Kraft auf den Lichtbogen. Der Bogen rotiert dann solange, bis der Strom so klein geworden ist, daß die azimutale Umfangskraft auf den Lichtbogen nicht mehr ausreicht, um auf den Anfang A der Laufelektroden überzuspringen. Der Bogen läuft dann in die Löschstrecke 20. Hier wird er durch die Keramikwand 21 so gut gekühlt, daß er erlischt.

Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Anordnung besteht darin, daß sich nach Fig.4 das Ende der Löschstrecke 20 unmittelbar an der Laufelektrode 2 bzw. 3 befindet. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der Bogen nach dem Verlassen der Löschstrecke wieder auf die Laufelektrode überspringt und nochmals in die Löschstrecke 20 einläuft, falls

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- 9 er dort nicht gelöscht worden iat.

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Die Leitungsverbindung von der in Fig.4 dargestellten Stromweiche zur Löschstrecke 20 kann in einer besonderen AuefUhrungsform einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Fig.5 vorzugsweise so gedreht werden, daß der Lichtbogen 22, der vorher parallel zur Achse der Magnetspulen 14 und 15 gerichtet war, nunmehr in einer Ebene senkrecht hierzu verläuft. Die Löschstrecke 20 der beiden Laufelektroden 2 und 3 befindet sich dann mit den diese Löschstrecke einschließenden Keramikkörpern 21 im Feld der Magnetspule 15 und ist quer zum Feld angeordnet. In der Löschstrecke ist somit zusätzlich der axial gerichtete Teil des Feldes der Blasspule 15 wirksam, das eine den Lichtbogen zusätzlich antreibende Kraft erzeugt. Die Blasspulen 14 und 15 können vorteilhaft jeweils mit wenigstens einem, besser aber zwei Kurzschlußringen 30 und 31 versehen sein. Diese Kurzschlußringe 30 und 31 schließen „jeweils eine der Blasspulen Η und 15 mantelförmig ein. Damit ist eine enge Kopplung mit dem Feld der Blasspulen sichergestellt. Die Ku-rzschlußringe bewirken eine Phasenverschiebung des Antriebsfeldes sowohl innerhalb der Laufelektroden 2 und 3 als auch innerhalb der Löschstrecke 20, so daß beim Nulldurchgang des Stromes das Magnetfeld noch nicht verschwindet. Die magnetische Blaswirkung der Spulen wird also bis zum Stromnulldurohgang wesentlich verstärkt.

Die Gestaltung der Löschstrecke in der Elektrodenanordnung nach Fig.5 ist in der Seitenansicht nach Fig.6 veranschaulicht. Die Löschstrecke 20 der Elektrode 2 und die Löschstrecke 23 der Elektrode 3 sind in der Ebene senkrecht zur Achsrichtung der Spule 15 parallel nebeneinander angeordnet und beide zwischen den Kühlkörpern 21 eingeschlossen,

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß die Laufelektroden 33 aus geschlossenen Hingen

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bestehen, an derem Umfang eine Doppelweiche vorgesehen ist, wie es in Fig.7 dargestellt ist. Die Doppelweiche wird gebildet durch einen Verbindungsleiter 35· Dieaer Verbindungsleiter 35 teilt die entsprechende Hingelektrode 33 in zwei Segmente auf. Die Leitungsverbindung 35 dient als Löachatrecke, wobei von den beiden Abzweigungen 44 und 45 am Umfang der Elektrode 33 je naoh dem Vorzeichen des Stromes eine als elektromagnetische Weiche wirkt. Dem Verbindungeleiter 35 ist ein zusätzliches Antriebs-Magnetfeld zugeordnet ι das von zwei Magneten 38 und 39 geliefert wird, die vorzugsweise Permanentmagnete sein können. Sie sind in der Ringebene beiderseits der Leitungsverbindung 35 angeordnet und ihr PeId ist senkrecht zum Verbindungsleiter 35 und an beiden Buden azimutal zu der Ringelektrode 33 gerichtet. Durch diesee zusätzliche Antriebsfeld wird der Lichtbogen zusätzlich beschleunigt, sobald er von einem Segment der Ringelektrode 33 in eine der beiden Weichen einläuft. Die beiden Permanentmagnete 38 und 39 für das Antriebsfeld aind jeweils oberhalb baw. unterhalb eines Kühlkörpers 42 bzw. 43 für die Löschat recke angeordnet.

Diese Kühlkörper 42 und 43 bestehen aus einem für Löschkammern üblichen Material, vorzugsweise Keramik, insbesondere Aluminiumoxyd. Sie können aber auch aus Glimmer oder Hartasbest hergestellt werden. Zur Verbesserung der Kühlwirkung auf den Lichtbogen kann zweckmäßig ein Material mit rauher oder poröser Oberfläche verwendet werden. An den beiden Stromweichen, die mit 44 und 45 bezeichnet sind, bewirkt das Antriebsfeld der Magnete 38 und 39 eine radial zur Ringelektrode 33 gerichtete Kraft auf den Lichtbogen. Diese Kraft ist an der einen Weiche zum Verbindungsleiter 35 hin gerichtet und an der anderen Weiohe entgegengesetzt gerichtet. Solange der Lichtbogenstrom größer ist als ein vorbestimmten von der Gestaltung der Anordnung abhängiger Grenzwert, überwiegt die azimutale Umfangs-Antriebskraft. Das Kräfteverhältnis ändert sich mit abnehmendem Augenblickswert des Stromes. Sobald ein vorgegebener Wert unterschritten wird, überwiegt die von den Magneten

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38 und 39 hervorgerufene radial auf den Lichtbogen wirkende Kraft. In Abhängigkeit von der Stromriohtung, d.h. von der Halbwelle des Stromes im Lichtbogen, wenn er sich gera-,· de an den Weichen 44 und 45 vorbeibewegt, wird er an einer , dieser-Weichen in die Lösehstrecke 35 getrieben.

Das Antriebs-Magnetfeld in der Löschstrecke kann nach Fig.8 von zwei Magneten 38 und 39 geliefert werden, die in der' Ebene der Elektrode 33 und. einer weiteren Elektrode ,34 beiderseits der entsprechenden Leitungsverbindungen 35 bzw. 36 angeordnet sind. Die beiden Antriebsmagnete 38 und 39 können vorzugsweise mit einem gemeinsamen RUckschlußkörper 40 versehen sein. ' .

Eine weitere Ausführungsform des Antriebsmagnetfeldes für die beiden Verbindungsleiter 35 und 36 besteht nach Fig.9 darin, daß oberhalb und unterhalb dieser beiden Leiter 35 und 36 jeweils ein Permanentmagnet angeordnet ist, die in der Figur mit 48 bis 51 bezeichnet sind. Diese Magnete sind derart angeordnet, daß sich sowohl bei den Magneten 48 und 50 oberhalb der Verbindungsleiter 35 und 36 als auch bei den Magneten'49 und 51 unterhalb der Verbindungsleiter 35 und 36 gleiche Pole gegenüberstehen. Zwischen den Verbindungsleitern entsteht dadurch ein im wesentlichen senkrecht zur gemeinsamen : Ebene der beiden Verbindungsleiter 35 und 36 gerichtetes Magnetfeld. Jeweils die beiden oberhalb und unterhalb eines der Verbindungsleiter 35 und 36 angeordneten Magnete 48 und 49 ' bzw. 50 und 51 können vorteilhaft mit einem gemeinsamen'Joch 53 bzw. 54 versehen sein.

Bei verhältnismäßig niedrigen Lichtbogen-Laufgeschwindigkeiten kann es unter Umständen zweckmäßig sein, am Umfang der geschlossenen Ringelektroden mehrere Weichen unmittelbar hintereinander anzuordnen. Eine derartige Anordnung erhält man nach Fig.10 dadurch, daß beispielsweise zwei Verbindungsleiter 60 und 61 parallel zueinander angeordnet sind, die eine geschlossene Ringelektrode 62 etwa über den Umfang ;

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derart miteinander verbinden, daß sie einzelne Ringsegmente bilden. Die Verbindungsleiter 60 und 61 sind von Kühlkörpern begrenzt, die mit 64i 65 und 66 bezeichnet sind und von denen jeweils einer in der Ringebene oberhalb und unterhalb der Verbindungsleiter 60 und 61 angeordnet ist· Ferner sind Antriebsmagnete 68, 69 und 70 vorgesehen, deren Felder parallel zur Ringebene und senkrecht zu den Verbindungsleitern 60 und 61 gerichtet sind.

Bewegt sich der lichtbogen beispielsweise am Umfang der Elektrode 62 an einer Weiche vorbei, die in der Figur zur Verdeutlichung mit einer gestrichelten Umrandung 72 versehen ist, so wirkt auf ihn eine Umlaufkraft K, die proportional ist dem Produkt aus dem Bogenstrom und dem den Lichtbogen antreibenden radialen Magnetfeld. Ferner wirkt auf den Lichtbogen eine Kraft K₀ etwa radial zum Elektrodenring, die bei passendem Vorzeichen des Bogenstromes in Richtung auf den Verbindungsleiter 60 gerichtet ist. Diese Kraft K₂ ist etwa proportional der Induktion B des Feldes zwischen den Magneten 68 und 69 und dem Strom im Lichtbogen. Die Induktion des Feldes der Permanentmagneten 68 und 69 ist konstant, während die Induktion dee Eigenmagnetfeldes des Lichtbogens von der Größe und Richtung des Augenblickswertes des Stromes bestimmt wird und sich deshalb mit abnehmendem Strom vermindert. Sobald die Kraft K₁ unter die Größe der Kraft K₂ sinkt, wird der Lichtbogen durch die Kraft K₂ in die Weiche hineingetrieben. Der Lichtbogen bewegt sich somit den Verbindungsleiter 60 entlang und wird zwischen den Keramikkörpern 64 und 65 gelöscht.

Bei umgekehrtem Vorzeichen des Bogenstromes läuft der Lichtbogen, in die folgende Weiche ein und den Leiter 61 entlang und wird zwisohen den Keramikkörpern 65 und 66 gelöscht. Ist an der Weiche 72 die Kraft K₁ noch größer als die Kraft K₂, so bewegt sich der Bogen weiter auf der ringförmigen Laufelektrode 62 und wird zunächst noch durch die Relativbewegung zwisohen dem Bogen und dem ihn umgebenden Löschmedium

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gekühlt, "bis der Strom so weit vermindert ist, daß die Kraft K₂ überwiegt und den Lichtbogen in die entsprechende Löschstrecke einlaufen läßt. . '

In Fig.11 iat ein Querschnitt durch die Ringelektrode 62 mit einer weiteren Elektrode 63 und die Verbindungsleiter 60 und 61 sowie zwei weitere Verbindungsleiter 74 und 75 mit den zugeordneten Magneten 68 bis 70 und den entsprechenden Keramikkühlkörpern64 bis 67 dargestellt. Der zwischen den beiden Verbindungsleitern 60 und 61 angeordnete Permanentmagnet 69 kann zweckmäßig über seine Breite mit wechselnder Polarität -versehen sein, so daß sich zwischen den beiden Magneten 68 und 70, deren Südpol jeweils dem mittleren Magneten 69 zugewandt ist, nur der Nordpol des Magneten 69 befindet. Das PeId des Magneten 69 schließt sich durch die Luft um die Magnete 68 und 70. Ein beispielsweise zwischen den beiden Verbindungsleitern 60 und 74 wandernder Lichtbogen befindet sich dann in dem homogenen Magnetfeld der Antriebsmagnete 68 und 69, das neben dem Eigenmagnetfeld des Lichtbogens wirksam ist und eine zusätzliche Beschleunigung in Richtung der Löschstreoke auf den Lichtbogen ausübt. Der Lichtbogen wird zwischen den beiden Keramikkörpern 64 und 65 entsprechend gekühlt und erlischt.

Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung einer Anordnung nach der Erfindung erhält man dadurch, daß eine größere Anzahl von Weichen am Umfang der aus einem geschlossenen Ring bestehenden Elektroden hintereinander angeordnet sind, wie es in den Figuren 12 und 13 dargestellt ist. Am Umfang zweier Laufelektroden 80 und 81, von denen in Pig.12 nur die Elektrode 80 dargestellt ist, bilden einzelne elektrische VerbindungBleiter 84 bis 87 jeweils ein Ringsegment. Die Verbindungsleiter sind in der Ringebene angeordnet und an ihren Verbindungsstellen mit der Ringelektrode 80 jeweils radial zum Ring gerichtet und in der Nähe der Ringachse so gebogen, daß der betreffende Verbindungsleiter jeweils etwa gleiche Schenkel, hat und mit dem betreffenden Ringsegment einen Kreissektor mit abgestumpfter Spitze bildet.

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jeder der Verbindungsleiter ist von einem Keramikkörper eingeschlossen. Diese Keramikkörper sind mit 92 bis 99 bezeich·^ net. Die einzelnen Verbindungsleiter sohließen beispielsweise jeweils den Südpol eines Magnaten ein_}. während der Teil der vom Ring 80 eingeschlossenen Innenfläche den Nordpol eines Magneten bildet. Die Verbindungsieiter 84 bis 87 befinden sioh somit jeweils in einem Antriebs?eld, das in den beiden geraden Schenkeln der jeweils als lösohstrecke dienenden Verbindungsleiter etwa homogen ist.

Die Anordnung der einzelnen Magnete ist Fig.13 zu entnehmen. Die von den Verbindungsleitern eingeschlossenen Magnete sind in Fig.12 mit 104 bis 107 bezeichnet, während der den Raum zwischen dem Ring 80 füllende Magnet, dessen äußere !Teile am Umfang jeweils etwa zahnförmige Nordpole bilden, mit 108 bezeichnet ist. Jeweils dem von einem Verbindungsleiter, beispielsweise den Leitern 86 urd 87, eingeschlossenen Magneten 106 bzw. 107 liegt ein weiterer Magnet 110 bzw. 115 gegenüber. Diese Magnete sind jeweils von entsprechenden Verbindungeleitern des anderen Elektroaanringes 81 eingeschlossen, wie es in Fig.13 dargestellt ist.In gleicher Weise ist auoh gegenüber dem Magneten 108 ein Magnet 112 angeordnet. Jn einer derartigen Anordnung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach der Erfindung läuft der Lichtbogen, wenn der Strom den für die Weichen kritischen Wert unterschreitet, je nach dem Vorzeichen in die nächste oder übernächste vom Anschluß eines der Verbindungsleiter 84 bis 87 gebildete Weiche ein.

Beim Schalten von Wechselstrom unmittelbar nach dem Nulldurohgang des Stromes kann unter Umständen der Lichtbogen die erste elektromagnetische Weiche erreichen, solange die Stromstärke des entstehenden Lichtbogens noch so klein ist, daß der Bogen in die Weiche einlaufen würde. Der Bogen wird dann aber nicht gelöscht, weil der Strom ständig größer wird. Es ist deshalb zweckmäßig, daß in diesem Fall die Löschstrecke nicht erst durchlaufen wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß vor dem Einlaufen in die Löschstrecke eine Abfrage nach dem Vorzeichen der zeitlichen Stromänderung

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(dl/dt) durchgeführt wird. Zu diesem Zweck können nach Fig.14 in einem vorbestimmten Abstand χ am Umfang der Ringelektrode 120 zwei Weichen hintereinander angeordnet werden. Wenn der. Bogen an der ersten Weiche w- die Richtung zur Löschstrecke 122 einschlägt und der Strom während der Laufzeit des in der Pigur nicht dargestellten Lichtbogene Über eine Elektrodenstreoke 124 ansteigt, springt er an der folgenden Weiche. Wg» wo er mittlerweile eine ausreichend hohe Stromstärke -erreicht hat, wieder zum Ring 120.der Laufelektrode über. Dagegen werden bei abnehmender Stromstärke die beiden Weichen W^ und W₂ in Richtung der Löschstrecke 122 durchlaufen. In dieser Ausführungsform kann der Schaltkontakt 125 zweckmäßig auf einem Stromzuführungsleiter 126 angeordnet werden, so daß der Lichtbogen nach dem Öffnen der Kontaktstrecke durch das Eigenfeld zu den Ringelektroden hin getrieben wird und auf diese kommutiert. Nach dem Kommutiexen fließt der Strom über einen weiteren Leiter 127 zur Ringelektrode.

Unter Umständen kann es zweckmäßig seinj das Einlaufen des Lichtbogens vom Ring der Laufelektrode 120 in die Weiche w in Fig.4 bzw. w.* in Fig. H durch die Einwirkung einer besonderen Kraft von außen zu unterstützen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise die Ausströmdüse einer pneumatischen Druokanlage an wenigstens einer der Weichen enden. Diese Kraftwirkung kann dann zweckmäßig in Abhängigkeit.von der Stromstärke des Lichtbogens eingeschaltet werden. Der Lichtbogen wird dann durch einen feinen Gasstrahl von seiner wenigstens etwa kreisförmigen Umlaufbahn zwischen den Laufelektroden zur Löschstrecke hingeleitet. ,

Anstelle einer spiegelbildlich symmetrischen Ausführung einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, wie sie in den Fig.1 bis 14 dargestellt sind, kann unter Umständen eine Anordnung zur Löschung des Lichtbogens ausreichend sein, die anstelle einer der beiden Ringelektroden und der dieser zugeordneten Blasspule eine platte aus elektrisch leitendem Material enthält, wie es in Fig.15

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dargestellt let. Dort ist eine Ringelektrode mit 130, deren zugeordnete Blasspule mit 132 und eine Scheibe oder Platte aus elektrisch leitendem Material mit 134 bezeichnet. Die beiden elektrischen Anschlußleiter sind mit 136 bzw. 137 bezeichnet. In einer solchen Anordnung brennt der Lichtbogen 138 zwischen der ringförmigen Laufelektrode 130 und der Platte 134· Neben einer ebenen metallischen Platte kann auch eine flächenhafte Anordnung aus einzelnen Bändern oder Ringen vorgesehen sein. Diese besondere Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung arbeitet zwar mit einem etwas kleineren Wirkungsgrad, der Aufwand für diese Anordnung ist jedoch erheblich geringer.

18 Patentansprüche
13 Figuren

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Claims (18)

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   - 17 Patentansprüche

   Verfahren zur Löschung eines Lichtbogens in einem elektrischen Wechselstromschalter,, gekennzeichnet durch die Kombination einer Lichtbogenbewegung durch Rotation mit einer davon räumlich getrennten Löschung durch. Wandkühlung des Lichtbogens und durch einen selbsttätigen Übergang des Lichtbogens von der Rotation zur Wandkühlung in Abhängigkeit vom Augenblickswert des Stromes.
2. 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einander parallele offene
   Ringelektroden (2,3,120) für den Lichtbogen (22) vorgesehen sind, deren Enden eine elektrische Weiche (w) für den Lichtbogen (22) bilden, und daß eine an die Enden der Ringelektroden (2,3,120) angeschlossene Löschstrecke (20, 21,122) mit Wandkühlung vorgesehen ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
   zum Einlaufen des Lichtbogens in die Weiche (w) eine durch den Lichtbogen hervorgerufene elektrodynamische Kraft (K) vorgesehen ist.
4. 4· Anordnung nach einem der Ansprüche 2 und 3> dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Kraft auf den Lichtbogen wirksam ist.
5. 5· Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
   eine zusätzliche pneumatische Antriebskraft auf den
   Lichtbogen vorgesehen ist.
6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 .bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Blasspulen (14,15) für den Lichtbogen vorgesehen sind (Pig.1 und 5)·

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7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringelektroden (2,3) und die Löschstrecke (20,21) im PeId der Blasspulen (14,15) angeordnet sind (Fig.1 und 5).
8. 8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Feld wenigstens einer der Blasspulen (H, 15) ein Kurzschlußring (30,31) wirksam ist (Fig.5).
9. 9« Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschstrecke (20) aus zwei Elektroden (20,23,35,36,60,61,74,75,84 bis 87, 122) mit konstantem Abstand voneinander besteht, die zwischen Festkörperkühlflächen angeordnet sind (Fig.4 bis 14).
10. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch einen zunehmenden Abstand der Elektroden der Löschstrecke in der Bewegungsrichtung des Lichtbogens.
11. 11. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, .dadurch gekennzeichnet, daß einander parallele geschlossene Ringelektroden (33,34,62,63>80,81) als Laufelektroden für den Ringbogen vorgesehen sind, die im magnetischen Feld wenigstens einer Blasspule angeordnet sind, und die jeweils mit einem elektrischen Verbindungsleiter (35,36, 60,61,74,75,84 bis 87) versehen sind, der Anfang und Ende eines Ringsegmentes miteinander verbindet und dem ein zusätzliches Antriebsmagnetfeld zugeordnet ist, das azimutal zu den Laufelektroden senkrecht zum Verbindungsleiter (35, 36,60,61,74,75,84 bis 87) gerichtet ist (Fig.7 bis 13).
12. 12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einlaufen des Lichtbogens in die Weichte (w) die magnetische Kraft eines zusätzlichen Magnetfeldes vorgesehen ist (Fig.7 bis 13).

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13. 13· Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ebene der Lauf elektroden (33*, 34» 62,63,80,81) jeweils beiderseits der Verbindungsleiter ein Antriebsmagnet (38,39,48 bis 51) angeordnet ist, und daß diese Antriebsmagnete mit einem gemeinsamen magnetischen Rückschluß (40 bzw. 53 und 54) versehen sind (Fig.8 und 9)·"
14. 14· Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Antriebsmagnete (48 bis 51) derart angeordnet sind, daß sie zwischen den Verbindungsleitern (35,36) ein Magnetfeld erzeugen, das senkrecht zur gemeinsamen Ebene der beiden Verbindungsleiter (35»36) gerichtet ist (Pig.9)· , ·
15. 15. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei einander, parallele Verbindungsleiter (60,61) vorgesehen sind und daß jeweils die Antriebsmagnetfelder zweier benachbarter Verbindungsleiter (60,61) einander entgegengerichtet sind..
16. 16. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einander parallele geschlossene Ringelektroden (80,81) als Laufelektröden für den Lichtbogen vorgesehen sind, die im magnetischen Feld wenigstens einer Blasspule angeordnet sind und an die elektrische Verbindungsleiter (84 bis 87) angeschlossen sind, die '

    . jeweils Anfang und Ende eines Ringsegmentes miteinander verbinden und die in der Ebene senkrecht zur Achse der Ringelektrode (80,81) angeordnet sind und die jeweils in einem zusätzlichen Antriebsmagnetfeld angeordnet sind, das azimutal zur Ringelektrode und senkrecht zum Verbindungsleiter (84 bis 87) gerichtet ist (Pig.10 und 11).

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17. 17. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß am_ Umfang der Ringelektroden (120) in der Laufrichtung des Lichtbogens hintereinander mehrere elektrische Weichen (w., Wp) vorgesehen sind (Fig.12).
18. 18. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 17» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ringelektrode mit der zugehörigen Blasspule durch eine Platte (134) aus elektrisch leitendem Material gebildet sind, die parallel zur Ebene der ersten Ringelektrode angeordnet ist (Pig.13)·

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