DE2305572A1 - Verfahren zur loeschung eines lichtbogens und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur loeschung eines lichtbogens und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

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DE2305572A1
DE2305572A1 DE19732305572 DE2305572A DE2305572A1 DE 2305572 A1 DE2305572 A1 DE 2305572A1 DE 19732305572 DE19732305572 DE 19732305572 DE 2305572 A DE2305572 A DE 2305572A DE 2305572 A1 DE2305572 A1 DE 2305572A1
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/46Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using arcing horns
    • HELECTRICITY
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Description

  • 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

Claims (5)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Löschung eines Lichtbogens in einem elektrischen Wechselstromschalter durch Umlaufbewegung und anschließende Löschung des Lichtbogens mit einem selbsttätigen Übergang von der Umlaufbewegung zur Löschstrecke in Abhängigkeit vom Augenblickswert des Stromes, nach Patent . . . . . . . (Anmeldung P 22 24 082.0; VPA 72/7529), bei dem zur Bewegung des Lichtbogens seine eigenmagnetische Kraft und die zusätzliche Kraft eines magnetischen Blasfeldes, das gegenüber dem Strom phasenverschoben ist, wirksam sind, dadurch gekennzeichnet, daß während der Bewegung des Lichtbogens (22) in einem Teil der Lichtbogenlaufstrecke die Richtung der magnetischen Kräfte (K K2) so geändert wird, daß die eigenmagnetische Kraft (K1) zum Umlauf des Lichtbogens (22) und die zusätzliche magnetische Kraft (K2) zum Einlaufen des Lichtbogens (22) in die Löschstrecke (20,20a,21) dient.
  2. 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einander parallelen, vom Lichtbogenstrom durchflossenen offenen Umlaufelektroden, denen jeweils eine magnetische Blasspule mit einer Kurzschlußwicklung zugeordnet ist und die eine elektrische Weiche für den Lichtbogen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2) im wesentlichen als Windung einer Spirale gestaltet sind, deren Ende (E) mit dem Anfang (A) der Elektrode und dem Anfang (20a) der Löschstrecke die elektrische Weiche (W1) bilden, indem das Ende (E) der Elektrode (2) radial zur Spirale und etwa senkrecht zum Anfang (A) der Laufelektrode (2) gerichtet ist und in einem vorgegebenen Abstand zum Anfang (A) der Elektrode (2) endet, und daß der Anfang (20a) der Löschstrecke (20) in einem vorbestimmten Abstand vor dem Ende (E) angeordnet und wenigstens etwa senkrecht zu dem Ende (E) gerichtet ist (Fig.2).
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschstrecke (20) als Ringelektrode gestaltet ist (Fig.2)
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Weichen (W1, W2) in der Umlaufbahn des Lichtbogens (22) hintereinander angeordnet sind (Pig.4).
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschstrecke (20) als Spirale gestaltet ist.
    L e e r s e i t e
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EP2642500A1 (de) * 2012-03-21 2013-09-25 Eaton Industries GmbH DC-Schalter ohne Löschkammern

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2642500A1 (de) * 2012-03-21 2013-09-25 Eaton Industries GmbH DC-Schalter ohne Löschkammern
WO2013139870A1 (de) * 2012-03-21 2013-09-26 Eaton Electrical Ip Gmbh & Co. Kg Dc-schalter ohne loeschkammern

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