-
Verfahren zur Löschung eines Lichtbogens und Anordnung zur Durchführung
des Verfahrens.
-
Zusatz zum Patent . . . . . . (Anmeldung P 22 24 082.0; VPA 72/7529).
-
Gegenstand des Hauptpatentes (Anmeldung P 22 24 082.0) ist ein Verfahren
zur Löschung eines Lichtbogens in einem elektrischen Wechselstromschalter durch
Umlaufbewegung und anschließende Wandkühlung des Lichtbogens. Der Übergang des Lichtbogens
von der Umlaufbewegung zur Wandkühlung erfolgt selbsttätig in Abhängigkeit vom Augenblickswert
des Lichtbogens.
-
Bei diesem Verfahren läuft der Lichtbogen während einer Halbwelle
des Stromes in einem Gas, das vorzugsweise ein Löschgas, insbesondere Schwefelhexafluorid
SF6, sein kann, zwischen Elektroden um, die parallel zueinander angeordnet und im
wesentlichen als Ringelektroden gestaltet sind. Vor dem Strom-Nulldurchgang läuft
der Lichtbogen über eine Stromweiche selbsttätig in eine Löschstrecke ein, sobald
ein vorbestimmter geringer Wert der Stromstärke unterschritten wird.
-
Der Lichtbogen wird dadurch auf eine andere Bahn gelenkt, die in eine
Löschstrecke führt, worin der Bogen im Strom-Nulldurchgang gelöscht wird. Der Lichtbogen
wird bewegt durch die Wirkung seiner eigenmagnetischen Kraft und zusätzlich durch
die Wirkung eines magnetischen Blasfeldes, das durch Magnetspulen erzeugt wird,
die parallel zueinander und parallel zu den Elektroden auf beiden Seiten der Elektroden
angeordnet sind. Diese Spulen sind elektrisch hintereinander und magnetisch gegeneinander
geschaltet und werden vom Lichtbogenstrom durchflossen. Sie erzeugen Magnetfelder,
die
gegeneinander gerichtet sind und als Cuspfelder bezeichnet werden.
-
In einer besonderen Ausführungsform der Lichtbogentöschanordnung sind
die Magnetspulen jeweils mit wenigstens einer magnetischen Kurzschlußwicklung versehen.
Jede Kurzschlußwicklung kann vorzugsweise aus einer Windung bestehen, die als Profilring
gestaltet sein kann. Diese Kurzschlußringe haben eine besonders enge magnetische
Kopplung mit den Magnetspulen und bewirken eine Phasenverschiebung des magnetischen
Blasfeldes gegenüber dem Strom und damit dem Eigenmagnetfeld des rotierenden Lichtbogens.
Die durch das Blasfeld erzeugte magnetische Kraft erreicht somit ihr Maximum innerhalb
einer Strombalbwelle später als die eigenmagnetische Kraft des Lichtbogens. Diese
beiden Kräfte wirken aber auf den Lichtbogen in der gleichen Richtung.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Verfahren zur Löschung
eines Lichtbogens nach der Hauptanmeldung zu verbessern. Sie beruht auf der Erkenntnis,
daß zum Zeitpunkt der kritischen Stromstärke, bei welcher der Lichtbogen innerhalb
der Stromweiche auf die Löschstrecke übertreten soll, auch die Kraft, die den Bogen
in die Löschstrecke eintreiben soll, verhältnismäßig schnell abnimmt. Dagegen erreicht
die phasenverschobene zusätzliche Kraft des magnetischen-Blasfeldes erst kurz vor-dem
Nulldurchgang innerhalb einer Halbwelle. des Stromes ihr Maximum. Diese Kraftkomponente
kann deshalb vorteilhaft zum Übertritt des Lichtbogens in die Löschstrecke verwendet
werden.
-
Die genannte Aufgabe wird somit erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
während der Bewegung des Lichtbogens in einem Teil der Lichtbogenlaufstrecke die
Richtung der magnetischen Kräfte so geändert wird, daß die eigenmagnetische Kraft
zum Umlauf des Lichtbogens und die usätzliche magnetische Kraft zum Einlaufen des
Lichtbogens in die Löschstrecke dient.
-
Diese durch das magnetische Blasfeld erzeugte zusätzliche Kraft ist
gerade dann groß, wenn der Lichtbogen kurz vor seinem Nulldurchgang zur Löschstrecke
abgeleitet werden soll.
-
Das Ableiten des Lichtbogens in die Löschstrecke wird somit entsprechend
erleichtert.
-
Das Löschverfahren kann in einfacher Weise dadurch ausgeführt werden,
daß die Elektroden im wesentlichen als Windung einer Spirale gestaltet sind, deren
Ende mit dem Anfang einer Löschstrecke und mit dem Anfang der Elektrode die Weiche
bilden.
-
Das Ende der Elektrode ist radial zur Spirale der Laufelektroden vorzugsweise
nach außen gerichtet und steht etwa senkrecht zum Anfang der Elektrode und endet
in einem vorgegebenen Abstand vom Anfang dieser Elektrode. Der Abstand wird so gewählt,
daß die treibenden elektromagnetischen Kräfte ausreichen, den Lichtbogen über diese
Lücke zu treiben. Der Anfang der Löschstrecke ist in einem vorbestimmten Abstand
vom Ende der Elektrode angeordnet und wenigstens etwa senkrecht zu dem in die radiale
Richtung gekrümmten Ende der Elektrode gerichtet. Die eigenmagnetischen Kräfte des
Lichtbogens sind in dieser Stromweiche von dem Ende der Elektrode auf den Anfang
der Elektrode gerichtet und treiben den Bogen jeweils in eine neue Umlaufbahn. Dagegen
ist die durch das zusätzliche Blasfeld erzeugte Kraft in dem Ende der Stromweiche
senkrecht zu der eigenmagnetischen Kraft und senkrecht zum Lichtbogen und somit
auf den Anfang der Löschstrecke gerichtet. Diese Kraft treibt den Bogen in die Löschstrecke,
sobald sie einen vorgegebenen Wert überschreitet.
-
Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Löschanordnung
erhält man dadurch, daß mehrere in gleicher oder wenigstens ähnlicher Weise gestaltete
Weichen hintereinander angeordnet sind. Zu diesem Zweck kann der Anfang der Löschstrecke
nochmals vor der eigentlichen Löschstrecke in einer Strowweiche enden. In dieser
Anordnung wird der Lichtbogen nochmals in eine Umlaufbahn gelenkt, wenn die Stromstärke
und damit auch die treibende magnetische Kraft nach dem Übertritt in die Löschstrecke
ansteigt. Dies kann der Fall sein, wenn der Schaltzeitpunkt in der Stromhalbwelle
unmittelbar hinter dem Stromnulldurchgang liegt.
-
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug
genommen. Die Fig.1 zeigt einen Querschnitt durch eine Anordnung zur Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung. In Fig.2 ist eine Seitenansicht einer Elektrode
mit einer Weiche und der Löschstrecke dargestellt. Die Fig.3 zeigt die Wirkungsweise
einer elektrischen Weiche in einem Diagramm.
-
In Fig.4 ist eine besondere Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung
des Verfahrens veranschaulicht.
-
In Fig.1 sind zwei Laufelektroden mit 2 und 3, zwei relativ zueinander
bewegliche Schaltstücke mit 5 und 6, deren Anschlußleiter mit 8 und 9 und die Anschlußkontakte
mit 11 und 12 bezeichnet. Perner sind zwei Blasspulen.mit 14 und 15, deren Zuleitungen
mit 16 und 17 und deren Ableitungen mit 18 und 19 und zwei jeweils mit einer der
Spulen magnetisch gekoppelte, vorzugsweise ringförmigeKurzschlußkörper aus elektrisch
leitendem Material mit 14a und 15a bezeichnet. Die Laufelektroden 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 mit dem Bogen 22 eine Stromschleife
bilden. Die beiden Magnetspulen 14 und 15 sind elektrisch hintereinander und magnetisch
gegeneinander geschaltet und bilden ein sogenanntes Cuspfeld 24, dessen Verlauf
in der Figur strichpunktiert angedeutet ist und das durch die Wirkung der Kurzschlußkörper
14a bzw.
-
15a gegenüber dem Strom in der Phase verschoben ist. Es hat eine in
Bezug auf die Laufelektroden 2 und 3 radial gerichtete Komponente und erzeugt eine
tangential zu den Elektroden 2 bzw. 3 gerichtete Kraft, die in dem etwa ring- oder
spiralförmigen Teil der Elektroden 2 und 3 mit der eigenmagnetischen Kraft des Lichtbogens
gleichgerichtet ist und diesen zwischen den Elektroden rotieren läßt, bis die Stromstärke
so weit vermindert ist, daß er über eine Weiche in die Elektrodenteile 20 einer
Löschstrecke einläuft, die zwischen Kühlkörpern 21 angeordnet sind.
-
Der zwischen den Schaltkontakten 5 und 6 gebildete Lichtbogen 22 springt
auf die Laufelektroden 2 über, die im wesentlichen als eine Windung einer Spirale
gestaltet sind, wie
aus Fig.2 zu entnehmen ist. Nach einem Umlauf
gelangt der Lichtbogen zum nach außen gekrümmten Ende E1 der Elektrode, das etwa
eine radiale Richtung zu der Spirale der Umlaufelektrode 2 hat. Der Lichtbogen gelangt
unter der Wirkung seiner eigenmagnetischen Kraft K1 innerhalb der mit W1 bezeichneten
Stromweiche zum Ende E1 der Elektrode und springt dort wieder auf den Anfang A der
Elektrode über und beginnt dann einen neuen Umlauf. Sobald die Stromstärke und damit
die eigenmagnetische Kraft E1 innerhalb einer Stromhalbwelle genügend klein geworden
ist, so wird der Lichtbogen unter der Wirkung der durch das Blasfeld erzeugten Kraft
K2, die senkrecht zum Lichtbogen und senkrecht zum Ende der Elektrode und damit
auch senkrecht zu der Kraft K1 gerichtet ist, zum Anfangsteil 20a der Löschstrecke
20 getrieben, die vorteilhaft als offene Ringelektrode geschaltet sein kann. Die
in der Figur nicht näher bezeichnete Ringöffnung wird so groß gewahlt, daß der Lichtbogen
diesen Abstand überspringen kann, wenn seine Laufgeschwindigkeit noch zu groß ist.
Die Löschstrecke ist von den Keramikkörpern 21 eingeschlossen, zwischen denen der
Lichtbogen während seines Umlaufs in der Löschstrecke intensiv gekühlt wird.
-
In Fig.3 sind der zeitliche Verlauf des Stromes I, der Feldstärke
H sowie der eigenmagnetischen Kraft K1 des Lichtbogens und der durch das Blasfeld
erzeugten magnetischen Kraft K2 während einer Halbschwingung des Stromes, deren
Anfang mit Null und deren Ende mit1 bezeichnet ist, aufgetragen.
-
Der Strom I verläuft etwa nach einer Sinusfunktion, die im Diagramm
gestrichelt dargestellt ist. Dementsprechend hat die eigenmagnetische Kraft K1 etwa
in der Mitte der Halbschwingun es Stromes I ihr Maximum. Die von der Feldstärke
H des sich verzögert aufbauenden Cuspfeldes erzeugte Kraft K2 erreicht ihr maximum
wesentlich später als die Kraft K1 und ist auch unmittelbar vor dem Nulldurchgang
des Stromes I noch verhältnismäßig groß. Sie treibt aomit den Lichtbogen mit Sicherheit
über die elektrische Weiche zur Löschstrecke.
-
Nach Fig.4 endet der in der Weiche W1 beginnende Anfangsteil 20a der
Löschstrecke in einer weiteren Stromweiche Vi2, die in gleicher oder wenigstens
ähnlicher Weise wie die Stromweiche W1 gestaltet sein soll. Schaltet der Schaltkontakt
5 beispielsweise unmittelbar nach dem Anfang einer Stromhalbwelle und läuft der
Bogen dann in den Anfang der Löschstrecke 20a ein, so kann er über das Ende E2 der
Weiche 2 wieder auf die Laufelektroden überspringen. Die Abstände der einzelnen
Elektrodenteile innerhalb der Weiche W2 können von den Abständen der Weiche W1 abweichen.
-
Im Ausführungsbeispiel nach den Pig.2 und 4 sind jeweils Weichen W1
und W2 veranschaulicht, bei denen das Ende E1 bzw.
-
E2 radial nach außen- gekrümmt ist. Unter Umständen kann es zweckmäßig
sein, das Ende E innerhalb einer Weiche W radial nach innen zu führen. In dieser
Ausführungsform können dann zweckmäßig die Laufelektroden von der Löschstrecke umgeben
sein.
-
5 Patentansprüche 4 Figuren