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Anordnung zur Löschung eines Lichtbogens.
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Zusatz zu Patent . . . . . . . (Anmeldung P 22 24 082.0; VPA 72/7529).
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Gegenstand des Hauptpatentes (Patentanmeldung P 22 24 082.0) ist eine
Anordnung zur Löschung eines Lichtbogens in einem elektrischen Wechseistromsohalter
mit einander parallelen Ringelektroden für den Lichtbogen, deren Enden eine elektrische
Weiche für den Lichtbogen bilden. An die Weiche ist eine Löschstrecke angeschlossen.
Es können sowohl offene Ringelektroden als auch geschlossene Ringelektroden vorgesehen
sein. Der Übergang des Lichtbogens von den Ringelektroden zur Löschstrecke erfolgt
selbsttätig in Abhängigkeit vom Augenblickswert des Lichtbogens.
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Bei diesem Verfahren läuft der Lichtbogen während einer Halbwelle
des Stromes in einem Gas, das vorzugsweise ein Löschgas, insbesondere Schwefelhexafluorid
SF6, sein kann, zwischen den Elektroden, die parallel zueinander angeordnet und
im wesentlichen als Ringelektroden gestaltet sind. Vor dem Stromnulldurchgang läuft
der Lichtbogen über die Stromweiche in die Löschstrecke ein, sobald ein vorbestimmter
Augenblickswert der Stromstärke unterschritten wird. Er gelangt dann in die Löschstrecke
und wird dort im Stromnulldurchgang gelöscht.
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Die Laufgeschwindigkeit des Lichtbogens muß zu dem Zeitpunkt, in dem
der Strom den genannten Wert erreicht, noch so groß sein, daß die Zeitdifferenz
zwischen zwei Weichendurchgängen klein ist gegenüber der Zeitdifferenz zwischen
dem Zeitpunkt des Einlaufens in die Weiche und dem Stromnulldurchgang.
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Nur dann hat der Lichtbogen genügend Zeit zum Einlaufen in
die
Löschstrecke. Es wurde nun erkannt, daß der Lichtbogen beim Erreichen der Weiche
noch eine so große Laufgeschwindigkeit haben kann, daß er zu schnell durch die Löschstrecke
läuft und zum Zeitpunkt des Stromnulldurchganges die Löschstrecke bereits wieder
verlassen hat.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch verhindert, daß die Löschstrecke
ebenfalls als Ring gestaltet ist. Sie kann einen offenen oder auch einen geschlossenen
Ring bilden. In der Ausführungsform der Löschstrecke als offener Ring wird der Abstand
des Ringendes vom Anfang des Ringes vorzugsweise etwas kleiner gewahlt als der entsprechende
Abstand bei den Ringelektroden.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug
genommen, in der verschiedene Ausführungsformen einer Anordnung zur j-ösciiung eines
Lichtbogens ac¼n der Erfindung veranschaulicht sind. Fig. 1 zeigt einen Querschnitt
durch eine Löschanordnung nach der Erfindung In Fig. 2 ist eine Seitenansicht einer
Löschstrecke mit den zugeordneten offenen Ringelektroden dargestellt. Die Fig. 3
zeigt eine Seitenansicht einer besonderen Ausführungsform einer Löschstrecke, und
in Fig. 4 ist eine Anordnung mit mehreren Weichen dargestellt, die am Umfang geschlossener
Ringelektroden verteilt sind.
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In Fig. 1 sind zwei ringförmige Laufelekttroden mit 2 und 3, zwei
relativ zueinander bewegliche kontaktarme mit 5 und 6, deren elektrische Anschluß
leiter mit 8 und 9 und die entsprechenden Anschlußkontakte mit 11 und 12 bezeichnet.
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Die Laufelektroden 2 und 3 sind in einem vorbestimmten Abstand a parallel
zueinander angeordnet. Ein Lichtbogen 22 wird zwischen den Schaltkontakten der relativ
zueinander beweglichen Kontaktarme 5 und 6 gezogen, die mlt dem Bogen 22 eine Stromschleife
bilden. Unter der Wirkung seiner eigenmagnetischen Kräfte wird somit der Lichtbogen
22 zu den Ringelektroden 2 und 3 getrieben und dort in eine Umlaufbe wegung versetzt.
In Abhängigkeit von seiner Stromstärke läuft
der Lichtbogen über
eine elektrische Weiche in eine Löschstrecke 20 ein, die nach der Erfindung ebenfalls
ringförmig gestaltet ist und vorzugsweise von den Elektroden 2 und 3 konzentrisch
umgeben sein kann.
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Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Anordnung nach
der Erfindung besteht darin, daß den Ringelektroden 2 und 3 jeweils eine magnetische
Blasspule 14 bzw. 15 zugeordnet ist, deren Zu- und Ableitung mit 16 bzw. 17 und
deren Verbindungsleiter mit den Ringelektroden mit 18 bzw. 19 bezeichnet sind. Die
beiden Magnetspulen 14 und 15 sind elektrisch hintereinander und magnetisch gegeneinander
geschaltet und bilden ein sogenanntes Cusp-Feld, dessen Verlauf in der Figur strichpunktiert
angedeutet und mit 24 bezeichnet ist. Es hat eine in Bezug auf die Laufelektrode
2 und 3 radial gerichtete Komponente, die eine tangential zu den Laufelektroden
2 und 3 gerichtete Kraft erzeugt, welche die Umlaufbewegung des Lichtbogens 22 zwischen
den Ringelektroden 2 und 3 und innerhalb der Löschstrecke 20 zusätzlich unterstützt.
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In der Ausführungsform nach Fig.2 ist die ringförmig gestaltete Löschstrecke
20 jeweils von der zugeordneten Ringelektrode konzentrisch eingeschlossen. Das feste
Schaltstück 6 endet vor dem Anfang A1 der Ringelektrode 2, deren Ende E1 so gestaltet
ist, daß die magnetischen Kräfte K1 auf den Anfang A1 der Ringelektrode 2 gerichtet
sind. Das Ende der Ringelektrode 2 ist in einem vorbestimmten Abstand dl vom Anfang
A1 abgebogen und führt zum Anfang A2 der ringförmigen Löschstrecke 20. Der Anfang
A1 der Ringelektrode 2 und ihr Ende E1 bilden somit eine elektrische Weiche W1 für
den Lichtbogen. Unter der Wirkung seiner eigenmagnetischen Kraft, die noch verstärkt
wird durch die zusätzliche Kraft des magnetischen Blasfeldes 24 springt der Lichtbogen
nach einem Umlauf auf der Ringelektrode 2 immer wieder auf den Anfang A1 über, solange
die Stromstärke einen vorgegebenen Wert nicht unterschreitet. Wird dieser Wert unterschritten,
so wandert der Fußpunkt des Lichtbogens über die Weiche W1 zur
Löschstrecke
20. Die von zwei Kühlkörper 21 eingeschlossene Löschstrecke 20 kann als offener
Ring gestaltet sein. Dann wird die Öffnung d1 der Weiche W1 vorzugsweise etwas größer
gewählt als die Öffnung d zwischen dem Anfang A2 und dem Ende E2 der Löschstrecke
20.
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Der Lichtbogen 22 durchläuft zunächst die äußere Laufstrecke der Ringelektrode
2. Nach Unterschreiten der für die Weiche W1 kritischen Stromstärke kann der Bogen
nicht mehr auf den Anfang A1 überspringen. Er läuft nach Innen und dann unter der
Wirkung seiner Antriebskräfte über die Laufstrecke der inneren, ebenfalls ringförmigen
Löschstrecke 20, die von den Kühlkörpern 21 umgeben ist, die vorzugsweise aus Keramik
bestehen können und als Löschkammer dienen. Das Ende E2 der inneren Laufstrecke
endet in einem etwa geringeren Abstand d2 vor dem Ende A2, weil das Überspringen
des Lichtbogens in der Löschstrecke 20 bei geringeren Stromstärken erfolgt. Ist
der Lichtbogen nach einem Umlauf in der Löschstrecke 20 noch nicht erloschen, so
springt er wieder auf den Anfang A2 über.
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In der Löschstrecke 20 kann der Lichtbogen so oft umlaufen, bis der
Strom seinen Nulldurchgang erreich Öffnen die Schaltkontakte 5 und 6 unmittelbar
nach dem Nulldurchgang des Stromes so ist die Stromstärke zwar verhältnisinäßig
gering, und der Lichtbogen kann Infolgedessen schon nach seinem ersten Umlauf über
die Weiche W1 in die Löschstrecke 20 einlaufen. Dann steigt aber die Stromstärke
während des Lichtbogenumlaufes in der Löschstrecke 20 noch an.
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In diesem Betriebsfall wird der Lichtbogen zweckmäßig wieder auf die
äußere Elektrode 2 umgeleitet. Diesen Rücklauf erhält man in einfacher Weise durch
die Anordnung einer weiteren Stromweiche W3 zwischen der Löschstrecke 20 und den
äußeren Elektroden, wie es in Fig. 3 veransschaulicht ist. In dieser Anordnung ist
vor dem Ende E der Löschstrecke 20 eine weltere Leitungsverbindung L zwischen der
Löschstrecke 20 und der äußeren Elektrode 2 vorgesehen. Die Leitungsverbindung L
endet in einem vorbestimmten Abstand d3 vor der Löschstrecke 20 und ihr anderes
ende befindet sich in einem vorbestimmten Abstand d vor der Ringelektrode 2. Ist
die Kraft K3 auf
den Lichtbogen nach seinem Umlauf in der Löschstrecke
ausreichend groß, so springt der Lichtbogen-Fußpunkt von der Löschstrecke 20 auf
die Leitungsveränderung L über und gelangt über die Öffnung d4 zur Ringelektrode
2. In der Weiche W1 wird er wieder auf den Anfang Al der Elektrode 2 überspringen,
solange die Stromstärke den für den Abstand d1 kritischen Wert nicht unterschreitet.
Sobald dieser Wert unterschritten wird, lauft der Lichtbogen wieder in die Löschstrecke
20 ein.
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Die Öffnung d3 ist durch eine in der Figur nicht dargestellte parallele
Leitungsverbindung überbrückt, die als Stromzuführung zur Leitungsverbindung L dient.
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Die äußeren Ringelektroden können nach Fig.4 auch als geschlossene
Elektroden ausgebildet sein. Am Umfang der Ringelektrode 2 sind vier Weichen W«
bis W7 vorgesehen, denen jeweils ein zusätzlicher Magnet zugeordnet ist. Von den
Magneten sind lediglich jeweils die beiden Pols ruhe dargestellt, die mit 144 bis
151 bezeichnet sind. Diese Magneten erzeugen jeweils zwischen einem abzweigenden
Elektrodenteil, beispielsweise der Elektrodenteil 15f, und dem in der Draufsicht
unter diesem Elektrodenteil 153 befindlichen entsprechenden Elektrodenteil der in
der Figur nicht dargestellten Ringelektrode 3 ein Magnetfeld, das tangential zur
Ringelektrode 2 gerichtet ist. Das Wandfeld der Magnete zwischen den Polen 144 bis
151 durchsetzt auch noch jeweils den Raum zwischen den beiden Ringelektroden 2 und
3 im Bereich jeder der Weichen W4 bis W7. Die abzweigenden Elektrodenteile 153 bis
156 können vorteilhaft bereits von einem Kühlkörper eingeschlossen sein. Diese Kühlkörper
sind in der Figur mit 160 bis 167 bezeichnet. Die Löschstrecke 20 ist als offene
Ringelektrode gestaltet, die an jeder Einmündung der Elektrodenteile 153 bis 156
jeweils eine Öffnung d4 bis d7 aufweist.
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An den Stromweichen W4 bis W7 bewirkt das Magnetfeld zwischen den
Polschuhen 144 bis 151 eine radial zur Ringelektrode
2 gerichtete
Kraft auf den Lichtbogen. Diese Kraft ist an jeweils einer Weiche zum abzweigenden
Elektrodenteil hingerichtet und an der folgenden Weiche radial nach außen gerichtet,
weil die Magnetfelder zwischen den Polschuhen 144 bis 151 in der Umlaufrichtung
des Lichtbogens zwischen den Ringelektroden 2 und 3 jeweils abwechselnd entgegengesetzte
Richtung haben. Solange der Lichtbogenstrom größer ist als ein vorbestimmter, von
der Gestaltung der Weiche abhängiger Grenzwert, überwiegt die azimutale Antrebskraft.
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Das Kräfteverhältnis ändert sich mit abnehmendem Augenblickswert des
Stromes Sobald ein vorbestimmter Wert unterschritten wird, überwiegt die vom Feld
zwischen den zugeordneten Polschuhen hervorgerufene, radial auf den Lichtbogen wirkende
Kraft. In Abhängigkeit von der Stromrichtung, d.h. von der Halbwelle des Stromes
im Lichtbogen, wird er an einer dieser Weichen zu dem entsprechenden abzweigenden
Elektroden teil getrieben und läuft in die Löschstrecke ein.
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Während seines Umlaufs in der Löschstrecke 20 wird der Bogen so intensiv
gekühlt, daß er spätestens im Nulldurchgang erlischt.
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Anstelle der in Fig. 4 dargestellten Anordnung mit den vier Stromweichen
W4 bis W7 kann eine Ausführungsform mit nur zwei Weichen oder auch ein Vielfaches
von zwei Weichen gewählt werden. Ferner kann die Löschstrecke 20 in Fig.4 auch als
geschlosseneRingstrecke ausgeführrt werden.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist eine Anordnung mit einer geschlossenen
Ringelektrode 2 dargestellt. Diese Aus führungsform mit mehreren Weichen ist aber
auch geeignet für offene Ringelektroden. Die öffnungen jeweils hinter einem der
abzweigenden Elektrodenteile 153 bis 156 müssen dann jeweils durch einen zur Öffnung
parallelen Leiter überbrückt werden.
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Im Ausführungsbeispiel ist jeweils eine Löschanordnung gewählt, bei
der die Löschstrecke 20 von den Rlngelektroden konzentrisch eingeschlossen ist.
Es kann aber auch eine
Löschanordnung gewahlt werden, bei der die
Ringelektroden von der Löschstrecke konzentrisch umgeben sind. In diesem Falle rotiert
der Lichtbogen zwischen den inneren Ringelektroden und wird dann über die entsprechend
gestalteten Weichen auf die äußere Löschstrecke übergeleitet.
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Ferner kann in der Anordnung nach Fig.4 vorteilhaft auch noch wenigstens
eine zusätzliche Weiche für den Rücklauf des Lichtbogens zu den Ringelektroden vorgesehen
sein. Diese in Fig.4 nicht dargestellte Weiche kann ähnlich wie die Weiche W3 in
Fig.3 gestaltet sein und leitet den Lichtbogen zu den Ringelektroden zurück, wenn
die Stromstärke nach dem Einlaufen des Lichtbogens in die Löachstrecke noch über
einen kritischen Wert ansteigt, der im wesentlichen durch die Größe der Öffnung
d3 bestimmt wird.
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In den als Ausftilirungsbeispi'el dargestellten verschiedenen Ausführungsformen
einer Anordnung zur Löschung eines Lichtbogens läuft der Bogen allein schon unter
der Wirkung seines Eigenmagnetfeldes zwischen den Ringelektroden und auch innerhalb
der Löschstrecke um. Diese Umlaufbewegung kann aber zusätzlich vom Feld der Blasspulen
unterstützt werden.
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8 Patentansprüche 4 Figuren