DE2316008A1

DE2316008A1 - Verfahren zur loeschung eines lichtbogens und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2316008A1
Application number: DE2316008A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Phys Dr Hertz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-03-30
Filing date: 1973-03-30
Publication date: 1974-10-10
Also published as: US3947649A; CH579320A5; FR2274131A1; DE2316008B2; GB1476964A; FR2274131B1; NL7407380A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, 2$ ff/,7 #7£

Berlin und München Werner-von-Siemens-Str.50

VPA 73/7547 Kin/Rd

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 mit einer Lichtbogenkammer, in welcher der Lichtbogen zwischen offenen Elektroden in einem Löschmedium rotiert, deren Enden beieinander liegen.

Solche Schalter werden vorzugsweise verwendet in Mittel- und Hochspannungsanlagen, insbesondere mit einer Versorgungsspannung über 1000 V. Mittel- und Hochspannungsschalter für Wechselstrom löschen bekanntlich im Nulldurchgang des Stromes. Während im Druckgasschalter ein räumlich eingeengter Schaltlichtbogen der Strömung eines Löschgases ausgesetzt wird, erhält man bei Schaltern mit rotierendem Lichtbogen eine Kühlung des Lichtbogens dadurch, daß man ihn zu einer schnellen Bewegung in einem ruhenden Gas, vorzugsweise einem Löschgas, insbesondere Schwefelhexafluorid SPg, veranlaßt. Solche Schalter mit rotierendem Lichtbogen brauchen kein Löschgas-Druckgefälle. Wegen der schnellen Wanderung der Lichtbogen-Fußpunkte an einander gegenüberliegenden Elektroden, insbesondere offenen Ring- oder spiralförmigen Elektroden, erhält man nur einen geringen Kontaktabbrand und somit eine entsprechend hohe Kontaktlebensdauer.

In einer aus der Zeitschrift "Elektrie", Heft 10(1967),Seiten 364 bis 366 bekannten Ausführungsform eines solchen Schalters ist in Reihe mit der Schaltstelle eine Spule angeordnet, die beim Durchfluß des Lichtbogenstromes ein magnetxsches Blasfeld erzeugt und deshalb auch als Blasspule

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bezeichnet wird. Das Kontaktsystem besteht aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Elektroden, die einen Ringspalt bilden, in dem der Schaltlichtbogen unter der Wirkung der Lorentz-Kraft in einem Lichtbogen-Löschmedium rotiert.

Den magnetischen Blasspulen können auch noch Kurzschlußwindungen zugeordnet sein, die eine Verschiebung des Magnetfeldes gegenüber der Stromkurve bewirken· Dann ist bei bereits abnehmendem Stromwert innerhalb einer Halbwelle des Wechsel- -stromes die Rotationsgeschwindigkeit des Lichtbogens immer noch hoch.

Der Lichtbogen erlischt durch die kühlende Wirkung der Relativbewegung zwischen Gas und Lichtbogen in Stromnulldurchgang.

Aus der deutschen Patentschrift 1228 334· ist eine Lichtbogen- -Löscheinrichtung bekannt, die als Übersρannungsschutzeinrichtung für Kondensatoren dient, Oer Lichtbogen entsteht in einer Funkenstrecke und rotiert zwischen parallel zueinander angeordneten Ringelektroden, deren. Anfang und Ende derart beieinander liegen, dai? sie eine einlagige ebene Spirale bilden. Die einander gegenüberliegenden Elektroden dienen als Laufelektroden für den Lichtbogen, der zwischen ihn-;¹.η unter der Wirkung seines Eigenmagnetfeldes umlauft, 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 durchflossen sind*

Aus der deutschen Patentschrift 819 268 ist die Löschung eines Lichtbogens durch Kühlung an den Oberflächen eines Isolierstoff körpers bekannt. In einen) Schalter für Wechselstrom mit einer Blasspule, deren innere Windung den Mantel einer zylinderförmigen Löschkammer bildet, die iiugleieli als Elektrode für den Lichtbogen dient, ist eine inn=re Elektrode

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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 in der Ausführungsform dieses Wechselstromschalters 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.

Es ist bekannt, daß das Schaltvermögen von Hochleistungsschaltern mit strömendem Gas als Löschmittel, den sogenannten Gasströmungsschaltern, bei denen der Lichtbogen in Düsenanordnungen brennt, wesentlich beeinflußt wird durch den sogenannten Rückstaueffekt. Das ist eine bestimmte Wechselwirkung der Löschgasströmung mit dem Lichtbogen. In einem Gasströmungsschalter brennt der Lichtbogen zwischen zwei Kontakten, von denen im allgemeinen wenigstens einer als Rohrkontakt gestaltet ist und zugleich eine Düse für die Gasströmung bildet. Es kann den Kontakten aber auch eine besondere Düse vorgelagert sein, die charakteristisch für alle diese Anordnungen ist, daß der Lichtbogen durch einen Hohlraum brennen muß. Dieser Hohlraum kann zylindrisch, konisch oder Laval- -düsenähnlich geformt und verschieden lang sein. Durch diesen die Düse bildenden oder wenigstens als Düse wirkenden Hohlraum muß auch das Löschmittel strömen. Durch den Lichtbogen wird nun diese Löschmittelströmung behindert. Innerhalb der Düse kann man dann nach vereinfachenden Modellvorstellungen zwei Zonen unterscheiden, eine innere heiße Zone mit geringer Dichte und eine äußere kalte Zone mit hoher Dichte. Die innere Zone wird durch den Lichtbogen gebildet, während durch die äußere kalte Zone der größte Teil der die Düse durchsetzenden Gesamtmasse strömt. Je dicker nun der Lichtbogen wird, um so mehr weitet sich die heiße Zone auf, was auf Kosten der kalten Randzone geschieht. Mit zunehmender Bogendicke nimmt somit der Massendurchsatz durch die

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Düse ab. Füllt der Bogen den Düsenquerschnitt ganz aus, so ist der Massendurchsatz minimal.

Der Strömungswiderstand in der Düse nimmt somit in Abhängigkeit von der Leistung des Lichtbogens zu. Zugleich nimmt in Abhängigkeit von der Temperatur der Massendurchsatz durch die Düse ab. Der Abtransport des während der Lichtbogendauer in der Löschkammer aufgeheizten Gases benötigt insbesondere bei großen Strömen eine vorbestimmte Zeit. Außerdem folgt die Einstellung der Gasströmung wegen der Massenträgheit nur mit einer zeitlichen Verzögerung. In einem Wechselstromschalter ändert sich der Lichtbogenstrom gemäß dem sinusförmigen Verlauf der Stromhalbwellen. Beim Abschalten eines großen Stromes, insbesondere eines Kurzschlußstromes, treten die genannten Effekte in der Umgebung des Strommaximums auf.

Mit zunehmender Abkühlung des Lichtbogens erhält man nun im Bogen eine radiale Gasströmung nach innen und damit eine entsprechende Erhöhung seiner Dichte. Es wird somit ein zusätzlicher Ringquerschnitt für die Gasströmung freigegeben. Im Stromnulldurchgang ist nun die ungestörte, nur vom Druck abhängige stationäre Strömung noch nicht wieder hergestellt, sondern um einen vorbestimmten Betrag verringert. Durch diese Strömungsverminderung wird die Kühlung des Lichtbogens und die Ausbildung einer für die Löschung günstigen Temperaturverteilung gerade in dem entscheidenden Zeitabschnitt vor dem Nulldurchgang behindert.

Die mit dem abnehmenden Massendurchsatz entsprechend verminderte Kühlwirkung hat zur Folge, daß die im Löschraum freigesetzte Leistung nicht mehr vom Löschmittel abtransportiert werden kann. Eine Folge davon ist ein starker Druckanstieg im Löschraum. Dieser Druckanstieg kann dazu führen, daß die Zuströmung aus dem Hochdruckteil des Schalters nicht nur vermindert wird, sondern daß sich die Strömungsrichtung sogar umkehrt. Mit dieser Rückstrcmung gelangt dann heißes Gas in die Zulaufkanäle. Wenn dann mit abnehmendem Stromwert die Gasströmung in der gewünschten Richtung wieder entsteht,

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strömt zunächst das schon aufgeheizte Löschmittel, das mit Metalldampf aus den Elektroden verunreinigt sein kann, in die Löschanordnung. Man versucht deshalb, den Rückstaueffekt durch besondere Maßnahmen weitgehend zu unterdrücken, wie beispielsweise aus der*ETZ-A, Band 90, (1969), Heft 26, Seiten 711 bis 714 bekannt ist. Bei Gasströmungsschaltern wird der Rückstaueffekt beispielsweise dadurch weitgehend vermieden, daß die Abströmöffnungen der Düsen entsprechend der abzuschaltenden Leistung verhältnismäßig groß gewählt werden.

In der Literatur wird nur der Sonderfall des Rückstaus erläutert, der auftritt, wenn der Lichtbogen selbst durch die Düse brennt. Die Erfindung geht nun aus von der Überlegung, daß ein Rückstaueffekt auch auftreten kann, wenn der Lichtbogen nicht in der Düse brennt. Physikalisch wesentlich ist die Änderung des Massendurchsatzes durch die als Düse ausgebildeten Abströmöffnungen. Da die Dichte mit steigender Temperatur stärker abnimmt als die in der Engstelle der Düse maximal mögliche Schallgeschwindigkeit zunimmt, so ergibt sich zwangsläufig eine Verringerung des Massendurchsatzes. Dies tritt auch dann ein, wenn der Lichtbogen in einem begrenzten Volumen, beispielsweise einer Lichtbogenkammer, nicht durch die Düse brennt, sondern in deren Nähe, beispielsweise auf deren Rand, und dadurch das Löschgas aufheizt.

Es wurde nun ferner erkannt, daß dieser Rückstaueffekt in einer Düse in Verbindung mit der bekannten Löschung des Lichtbogens durch Rotation zwischen parallel zueinander angeordneten Elektroden zu einer besonders vorteilhaften Löschwirkung führen kann. Die Erfindung besteht somit darin, daß der Lichtbogen während seiner Rotation durch Aufheizen des Löschmediums einen Überdruck erzeugt, der über den Nulldurchgang des Wechselstromes erhalten bleibt, und daß eine durch den Überdruck entstehende Gasströmung des Löschmediums zur Beblasung des Lichtbogens in einer Düse verwendet wird. Bei dem Verfahren zur Löschung eines Lichtbogens nach der

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Erfindung wird somit ein Rückstaueffekt erzeugt, um während der Stromhalbwelle einen Druckaufbau in der Lichtbogenkammer herbeizuführen, der dann eine Löschmittelströmung durch die Düsen zur Folge hat.

Der Lichtbogen läuft in einer aus Isolierstoff bestehenden Lichtbogenkammer durch die Wirkung der-vom Lichtbogenstrom selbst erzeugten Magnetfelder auf einander gegenüberliegenden Elektroden um, die vorzugsweise als Schienen ausgebildet sein können. Diese Elektroden können sowohl als offene Ringelektroden gestaltet sein als auch eine Spirale bilden. Die Enden der Elektroden liegen einander benachbart und eines ihrer Enden ist mit einer Stromzuleitung verbunden, während das andere Ende als düsenförmige Öffnung ausgebildet ist. Diese Düse stellt die Verbindung mit einem der Lichtbogenkammer benachbarten Raum, einer sogenannten Ausgleichskammer, her. Das vom Lichtbogen erhitzte Löschmittel, insbesondere Schwefelhexafluorid SPg, kam.von der Lichtbogenkammer durch die Düse strömen, die so bemessen .1st, daß bei der Gasströmung des Löschmediums ein Rück3tau^ffürt austreten muß, durch den ein Überdruck in der Lichtc-cgf-^ra^mer entsteht. Die auch über den Stromnulldurchgana- hinaus be.stehende Löschmittelströmung treibt die Lichtto&en-PuSpunkte, die bei abnehmendem Strom vor dem Nulldurchgang you den stromabhängigen Magnetkräften nicht mehr von der Düse weg über die isolierende Unterbrechung bewegx werden können, in die Düsen. Dabei werden die Teile des Liohfbogons In der Nähe der Düsen und innerhalb der Düsen besonders intensiv gekühlt.

Im Gegensatz zu den bekannten G-asetrösrungssalialtern wird eine intensive Strömungskühlung nur in unmittelbarer ,seitlicher Umgebung des StroBuraIMureiigfi~nges erziel-. Es wurde nämlich erkannt, daß der Lichtbogen in der Rotationep.hase.

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zweckmäßig möglichst wenig gekühlt werden soll, um den Leistungsumsatz so gering wie möglich zu halten. Aus diesem Grunde ist auch keine besonders schnelle Rotation erforderlich. Die Rotation des Lichtbogens dient vorzugsweise der Verringerung des Abbrandes der Elektroden und der Begünstigung einer möglichst gleichmäßigen Aufheizung des Löschmediums in der Bogenkammer.

Der Lichtbogen kann in einfacher Weise beim Ausschalten des Stromes mit Hilfe einer Schaltstange, die im geschlossenen Zustand durch die in der Lichtbogen-Löschkammer einander gegenüberliegenden Düsen ragt, von der einen Elektrode zur anderen herübergezogen werden. Es ist somit eine in ihrer Längsrichtung bewegliche Schaltstange zur Betätigung des Schalters vorgesehen. Es kann auch ein Schaltrohr verwendet werden. Zur guten Kontaktierung kann wenigstens eine der Düsen mit federnden Kontakten oder einer Druckkontaktvorrichtung in bekannter Bauart versehen sein.

Unter Umständen kann es genügen, nur eine einzige Ausgleichskammer zu verwenden, die oberhalb oder unterhalb einer zylinderförmigen Lichtbogen-Löschkammer angeordnet sein kann. In dieser Anordnung strömt das Löschgas aus einer Seite der Kammer durch eine Düse ab, und der Lichtbogen wird dementsprechend nur an einer Seite durch die Strömung beeinflußt. In dieser Ausführungsform der Schaltvorrichtung kann das der Düse gegenüberliegende Ende der anderen Elektrode zweckmäßig mit einer Druck- oder Pingerkontaktanordnung in bekannter Bauart versehen sein. Mit dieser Kontaktanordnung wird das Ende der Schaltstange beim Einschalten des Schalters verbunden.

Das in einer oder auch in zwei Düsen beweglich angeordnete Schaltrohr bzw. die Schaltstange kann noch zusätzlich dyrch eine in der Ausgleichskammer angebrachte Gleitkontaktvorrichtung geführt sein. In einer Anordnung mit zwei Ausgleichskammern kann auch in der zweiten Ausgleichskammer noch zusätzlich ein derartiger Gleitkontakt vorgesehen sein.

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In einer Ausführungsform der Elektroden in der lichtbogenkammer als Spirale mit mehreren Windungen kann der Abstand der Windungen gegeneinander zweckmäßig derart ungleichmäßig gewählt werden, daß an wenigstens einer Stelle eine Engstelle entsteht. Diese Engstelle erleichtert das Überspringen des Lichtbogens bei großen Strömen zwischen den einander benachbarten Windungen der Elektroden. Die Elektroden sind elektrisch hintereinander und magnetisch gegeneinander geschaltet, so daß zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden ein sogenanntes Cusp-Feld entsteht, dessen radial zu den Elektroden gerichtete Magnetfeldkomponente eine tangential gerichtete Kraft auf den lichtbogen erzeugt, die den Lichtbogen rotieren läßt.

Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß die Elektroden an mehreren Stellen Abströmdüsen enthalten, die für das Löschmittel vorgesehen sind. Die zusätzlichen Düsen werden dann an solchen Stellen der Elektroden angebracht, an denen zu erwarten ist, daß bei kleinen Stromwerten die Fußpunkte stehen bleiben, weil infolge starker Krümmung oder einer isolierten Unterbrechung die magnetischen Antriebskräfte nicht mehr ausreichen, um die Fußpunkte von diesen Elektrodenteilen wegzubewegen. Die Summe der inneren Düsenquerschnitte wird dann so gewählt, daß der zur Strömungserzeugung zweckmäßige Rückstaueffekt noch auftreten kann.

Bei allen Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist es vorteilhaft, die aus leitfähigem Material bestehenden Elektroden mit wenigstens einer Düse in Nuten der Isolierstoffplatten bzw. -wände der Lichtbogenkammer einzulegen. Dies verhindert, daß stark gekrümmte unter Spannung stehende Kanten in die lichtbogenkammer ragen. Damit wird die elektrische Festigkeit der Kammer wesentlich verbessert.

Inden Ausgleichskammern können vorzugsweise noch zusätzliche

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magnetische Blasspulen vorgesehen sein. Diese Blasspulen sind an die Elektroden und deren Stromzuführungen derart angeschlossen, daß sie bei geschlossenem Schalter von der Schaltstange oder dem Schaltrohr Überbrückt, d.h. elektrisch kurzgeschlossen sind. Sie werden erst beim Schalten in den Stromkreis einbezogen. Diesen Blasspulen kann auch noch jeweils wenigstens eine Kurzschlußwindung zugeordnet sein, die eine Phasenverschiebung des Magnetfeldes gegenüber dem Lichtbogenstrom erzeugt. Die Antriebskraft auf den Lichtbogen ist dann auch kurz vor dem Nulldurchgang des Stromes noch verhältnismäßig groß.

Eine besondere Ausführungsform der Anordnung zur Löschung eines Lichtbogens besteht darin, daß die Lichtbogenkammer und gegebenenfalls auch die Ausgleichskammer bzw. die beiden Ausgleichskammern ringförmig ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet sind. Die Elektroden befinden sich dann auf der Oberfläche des Innenmantels einer derartigen Lichtbogenkammer. In dieser Ausführungsform brennt der durch die magnetischen Kräfte angetriebene Lichtbogen in radialer Richtung zur Achse der Kammern und seine Bewegungsebene bildet einen Kreisring.

In der die Lichtbogenkammer umgebenden ringförmigen Ausgleichskammer können vorzugsweise zusätzliche Windungen angeordnet sein, die erst beim Schalten des Stromes durch den Lichtbogen in den Stromkreis einbezogen werden. Diese Windungen erzeugen in der Lichtbogenkammer ein Magnetfeld mit vorwiegend axialer Komponente, das somit senkrecht zum Lichtbogen steht und eine zusätzliche Antriebskraft für den Lichtbogen bildet. Auch diese zusätzlichen Windungen können mit wenigstens einer Kurzschlußwindung versehen sein, mit der eine Phasenverschiebung des magnetischen Feldes gegenüber dem Strom erzeugt werden kann.-

Zur Strombegrenzung können in den Ausgleichskammern zusätzlich zu den Spulen oder auch anstelle der Spulen elektrische Widerstände vorgesehen sein, die beim Betätigen des Schalters

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in den Stromkreis eingeschaltet werden und somit den abzuschaltenden Strom, beispielsweise einen Kurzschlußstrom, auf einen niedrigeren Wert begrenzen.

Ein besonderer Vorteil der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß in einfacher Weise mehrere Schaltvorrichtungen hintereinander geschaltet werden können. Den Schaltstangen ftir die einzelnen Schaltvorrichtungen kann dann zweckmäßig eine gemeinsame Antriebsvorrichtung zugeordnet sein.

Neben einem gasförmigen Löschmediumι wie beispielsweise Schwefelhexafluorid, kann die Löschvorrichtung nach der Erfindung auch mit einem flüssigen Löschiaedium, beispielsweise öl, betrieben werden. In dieser Ausführungsform verdampft das öl durch den Lichtbogen und dieser öldampf dient zur Beblasung wenigstens eines der Lichtbogen-Fußpunkte. In diesem Falle können die Ausgleichskammern zweckmäßig mit Ventilen versehen sein, die ein Abströmen der Zersetzungsprodukte in den Außenraum ermöglichen.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsforc der tung mit einem flüssigen Löschmittel ergibt sich durch die Verwendung von flüssigem Schwefelhexafluorid SF-. Flüssiges Sfg hat bei 20⁰C einen Dampfdruck von 21 atü und bei -30⁰C noch etwa 5,1 ata. Danach hat man bei normalen Umgebungstemperaturen, beispielsweise zwischen 0° und 30⁰C, in einer teilweise mit flüssigem Schwefelhexafluorid SFg gefüllten Schaltkammer eine SFg-Gasatmosphäre von. 13 bis 27 ata, was gegenüber einem nur mit einer reir.en Sü^-Sasatmosphäre von etwa 5 bis 7 ata betriebenen Schalter eine wesentliche Heraufsetzung der dielektrischen Festigkeit mit sieh bringt. Da die Zersetzungsprodukte von Schwefelhexafluorid beim Abkühlen wieder zu Schwefelhexafluorid rekombinieren, ist hier eine Abführung der Zersetzungsprodiikt& nach, außen nicht notwendig, was vor allem beiE Einbau in gekapselte Anlagen von großem Vorteil ist.

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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Löscheinrichtung besteht darin, daß zwischen Lichtbogenkammer und Ausgleichskammer eine verschließbare Abströmöffnung angeordnet ist, deren Verschluß in Abhängigkeit von der Größe dee abzuschaltenden Stroms betätigt wird. Zu diesem Zweck kann der Verschlußmechanismus vorzugsweise mit einer magnetischen Verstelleinrichtung versehen sein, der bei vorbestimmten . Stromwerten die Abströmöffnung stufenweise freigibt. Durch diese Vorrichtung erhält die Schaltanordnung über einen weiten Strombereich optimale Löscheigenschaften.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen verschiedene Ausführungsbeispiele von Anordnungen zur Durchführung des Verfahrene und ihre Wirkung veranschaulicht sind.

In Pig.1 ist eine Löscheinrichtung mit einer Lichtbogenkammer und zwei Ausgleichskammern als Querschnitt dargestellt. Pig.2 zeigt einen waagerechten Schnitt durch die Lichtbogenkammer. Mit den Pig.3 und 4 wird die Wirkungsweise der Einrichtung nach den Fig.1 und 2 erläutert. In den Pig. 5 und 6 sind Gestaltungsbeispiele für die Elektroden dargestellt. Fig.7 zeigt eine besondere Ausführungsform der Elektroden. In Pig.8 ist eine besondere Gestaltung der Lichtbogen- und der zugeordneten Ausgleichskammer veranschaulicht. In den Fig.9 und 10 ist jeweils eine Ausführungsform der Löscheinrichtung mit einer einzigen Ausgleichskammer veranschaulicht. Die Fig.11 zeigt eine besondere Ausführungsform einer Lichtbogen- -Löscheinrichtung für Hochspannung mit einer Reihenschaltung von mehreren Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. In einer Löschanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist eine vorzugsweise zylinderförmige Löschkammer 2 oben durch einen Deckel 4 und unten durch einen Boden 6 abgeschlossen. Ihre zylindrische Seitenwand 8 bildet zugleich die nicht näher bezeichnete Seitenwand für eine oberhalb der Lichtbogenkammer angeordnete Ausgleichskammer 10 und eine unterhalb der Lichtbogenkammer angeordnete weitere Ausgleichskammer 12. Die obere

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Ausgleichskammer ist durch einen Deckel 14 und die untere durch einen Boden 16 abgeschlossen. Die Kammerwände einschließlich Boden und Deckel können zweckmäßig aus einem hitzebeständigen Isolierstoff, beispielsweise Keramik oder auch Kunststoff, bestehen. An der Innenoberfläche des Deckels 4 der Lichtbogenkammer 2 und auf ihrem Boden 6 ist jeweils eine Elektrode 20 bzw. 22 angeordnet, deren eines Ende mit einem elektrischen Anschlußleiter 24 bzw. 26 verbunden ist und deren anderes Ende jeweils als Düse 28 bzw. 30 gestaltet ist. Die beiden Düsen 28 und 30 bilden jeweils eine öffnung in dem Kammerdeckel 4 bzw. dem Kammerboden 6. Eine Schaltstange 32, deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Düsen 28 und 30 angepaßt ist, ragt durch die beiden Düsen und stellt die elektrische Verbindung zwischen den beiden Elektroden 20 und 22 her. Mit einem in der Figur nicht dargestellten Antrieb kann die Sehaltstange 32 in ihrer Achsrichtung bewegt werden. Sie ist durch eine entsprechende Öffnung im Boden 16 der unteren Ausgleichskammer 12 hindurchgeführt und kann vorteilhaft noch in einem zusätzlichen Gleitkontakt 34 geführt werden, der am Boden 16 der Ausgleichskammer angeordnet und mit dem Anschlußleiter 26 sowie einer Stromzuführung 36 elektrisch verbunden sein kann. In den beiden Ausgleichskammern 10 und 12 kann vorteilhaft noch jeweils eine Magnetspule 38 bzw. 40 angeordnet sein, die ein magnetisches Blasfeld für den Lichtbogen erzeugen, der zwischen den Elektroden 20 und 22 mit Hilfe der Schaltstange 32 gezogen wird. Diese Blasspulen 38 und 40, deren elektrische Leiteranschlüsse in der figur nicht dargestellt sind, sollen elektrisch hintereinander und magnetisch gegeneinander geschaltet sein. Diesen Blasspulen 38 und 40 kann zweckmäßig noch wenigstens jeweils eine in der Figur ebenfalls nicht dargestellte Kurzschlußwindung zugeordnet sein, die in bekannter Weise eine Phasenverschiebung des Magnetfeldes der Blasspule gegenüber dem das Feld erzeugenden Lichtbogenstrom bewirken. Diese Kurzschlußwindungen können beispielsweise unmittelbar an den Spulen 38 bzw. angeordnet sein oder auch diese Spulen teilweise umgeben.

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Sie haben dann eine besonders enge magnetische Kopplung mit den Spulen.

Zwischen der Lichtbogenkammer 2 und den Ausgleichskammern und 12 kann zweckmäßig jeweils wenigstens ein Rückschlagventil 18 bzw. 19 vorgesehen sein. Diese werden so eingestellt, daß sie beim Überschreiten eines vorbestimmten Maximaldruckes in der Lichtbogenkammer 2 öffnen und durch die dabei zusätzlich entstehende Abströmöffnung zu den Ausgleichskammern und 12 einen Druckabbau ermöglichen.

Ferner kann es zweckmäßig sein, zwischen jeder der Ausgleichskammern 10 und 12 und dem Außenraum jeweils ein auf einen bestimmten Maximaldruck eingestelltes Sicherheitsventil 37 bzw. 39 anzuordnen, das beispielsweise ein Pederventil oder eine Platzmembran sein kann. Diese Sicherheitsvorrichtung verhindert eine Explosion der Schaltvorrichtung, wenn der abzuschaltende Strom solche Werte annimmt, daß er vom Schalter nicht unterbrochen werden kann.

Aus dem Schnitt durch die Lichtbogenkammer 2 nach Fig.2 ist zu entnehmen, daß die Elektrode 20 als offene Ringelektrode gestaltet ist, die von der Kammerwand 8 wenigstens etwa einen gleichbleibenden Abstand hat und deren Enden A und C eine Öffnung B des Ringes bilden. Das Ende C hat einen vergrößerten Querschnitt und bildet mit einer inneren öffnung 29 eine Düse, deren Querschnittsprofil für eine aerodynamische Beschleunigung ausgelegt ist und die vorzugsweise das Profil einer Laval-Düse haben kann.

Während einer Halbwelle des Betriebsstromes, der nach Fig.3 die Zuleitung 26 sowie die Elektrode 22 in der durch einen Pfeil angedeuteten Richtung durchfließen soll, wird durch Bewegung der Schaltstange 32 ein Lichtbogen E zwischen den Enden C der Elektroden 20 und 22 gezogen. Der Strom fließt in der Elektrode 20 in entgegengesetzter Richtung, wie in der Figur ebenfalls durch Pfeile angedeutet ist und verläßt die Löscheinrichtung über den Anschlußleiter 24.

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Mit den angegebenen Stromrichtungen bilden die beiden ringförmigen Elektroden 20 und 22 ein sogenanntes Cusp-Feld, das mit 42 und 44 bezeichnet ist und in der Figur strichpunktiert dargestellt ist. Dieses Cusp-Feld hat in dem Raum zwischen den beiden Elektroden 20 und 22 eine radiale Komponente, die eine in tangentialer Richtung auf den Lichtbogen E wirkende Kraft K erzeugt. Diese Kraft K treibt den Lichtbogen zusätzlich an. Der Lichtbogen E wird auch bereits durch die Wirkung seiner eigenmagnetischen Kraft angetrieben. Sie entsteht durch die Schleifenbildung der den Enden C benachbarten Elektrodenteile mit dem Lichtbogen E. Durch diese Kraftwirkung wird der Lichtbogen E über die Ringöffnung B getrieben, und er rotiert zwischen den Elektroden 20 und 22, bis sein Stromwert innerhalb der Halbwelle auf einen vorbestimmten Wert gesunken ist. Sann reichen diese Kräfte nicht mehr aus, um den Lichtbogen über die Öffnung B zu treiben, und der Druck des durch den Lichtbogen innerhalb der Lichtbogenkammer aufgeheizten Löschgases ist so weit angestiegen, daß die Enden des Lichtbogens durch das ausströmende Löschgas in die Düsen 28 und 30 hineingetrieben und dort besonders wirksam gekühlt werden.

Sagegen verhindert der Rückstaueffekt bei großem Stromwert und entsprechend großem Lichtbogen-Durchmesser das Einblasen des Lichtbogen-Fußpunktes in die Düse 28 bzw, 30«

Bas Eintreten des Lichtbogen-Fußpunktes in die betreffende Büse kurz vor dem Nulldurchgang wird nach Fig.4 noch durch eine zusätzliche Schleifenbildung zwischen dem vom Strom durchflossenen Teil der Düse 28, beispielsweise der Düse 30 und dem angrenzenden Teil G des Lichtbogens E, gefördert. Sie Stromteile F und G- sind in der Figur gestrichelt angedeutet.

Auf den zwischen den Enden C entstehenden Lichtbogen wirken mit der angenommenen Strombahn magnetische Kräfte, die den Lichtbogen E in Fig.3 im Gegenuhrzeigersinn bewegen. Diese Kräfte werden gebildet durch die Wirkung der Stromschleife in Verbindung mit der Wirkung des in den Elektroden in

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entgegengesetztem Sinn fließenden Stromes, der das Cusp-Feld 42, 44 erzeugt. Diese auf den Lichtbogen wirkenden Kräfte K sind proportional dem Quadrat des Stromes und somit in der Umgebung des Scheitelwertes der Stromhalbwelle groß. Solange diese magnetischen Kräfte groß sind, rotiert der Lichtbogen der Kammer 2 und heizt dabei das in der Kammer befindliche Löschmedium, beispielsweise Schwefelhexafluorid, auf. Dadurch erhöht sich in der Lichtbogenkammer 2 der Druck, und es entsteht eine Löschmittelströmung durch die Öffnungen der Düsen 28 und 30 in die Ausgleichskammern 10 und 12. Das Volumen der Lichtbogenkammer 2 wird nun in Verbindung mit dem Durchmesser und dem Profil der Düsen 28 und 30 so gewählt, daß der Druckabbau in der Lichtbogenkammer durch das ausströmende Löschgas länger dauert, als die betreffende Wechselstromhalbwelle, von deren Lichtbogen der Druck erzeugt worden ist. Die Strömung durch die Düsen 28 und 30 dauert somit über den Stromnulldurchgang hinaus. Dementsprechend werden die in die Düsen einlaufenden Fußpunkte und die angrenzenden Teile des Lichtbogens erst unmittelbar vor dem Nulldurchgang des Lichtbogens durch die Düsenströmung gekühlt. Die Düsenströmung bleibt praktisch ohne Einfluß auf den Lichtbogen, solange der Strom noch groß ist, d.h. in der Nähe des Scheitelwertes der Stromhalbwelle.

Wenn der Strom sich gegen Ende der Halbwelle seinem Nulldurchgang nähert, nehmen die magnetischen Antriebskräfte K auf den Lichtbogen verhältnismäßig schnell ab und können bei einem vorbestimmten Stromwert den Lichtbogen nicht mehr über die Isolationsstrecke B treiben. Dann wird jeweils ein Fußpunkt des Lichtbogens E in die betreffende Düse 28 bzw. 30 getrieben. Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Löschanordnung nach der Erfindung besteht nun darin, daß die Düsen 28 und 30 mit in der Figur nichtjiargestellten Schlitzen versehen werden, die radial zu den Düsen 28 und in deren Achsrichtung verlaufen. Diese Schlitze können vorzugsweise mit einem hitzebeständigen Isolierstoff gefüllt werden. Durch solche Schlitze wird die Schleifenbildung der Stromteile F und G in Fig.4 unterstützt.

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Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Löschanordnung besteht darin, daß die Elektroden im wesentlichen aus einem elektrisch leitenden Metall, beispielsweise Kupfer oder auch Wolframkupfer, und der Düsenteil der Elektroden aus Graphit besteht. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß nach dem Übergang der Lichtbogenfußpunkte auf den Düsenbereich kein Metalldampf mehr erzeugt werden kann.

Ein wesentlicher Teil der Löscheinrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß der Lichtbogen in seiner stromstarken Phase das Löschmittel in der Kammer 2 aufheizt und dadurch einen Überdruck erzeugt, der eine Löschmittelströmung verursacht. Durch diese Löschmittelströmung werden die Fußpunkte des Lichtbogens in der stromschwachen Phase in die Düsen hineingetrieben und die Bogenteile in der Umgebung des Düseneinlaufes sowie innerhalb der Düsen werden durch die Löschmittelströmung intensiv gekühlt.

Ein weiterer Vorteil der Löscheinrichtung besteht darin, daß zu ihrer Betätigung nur eine Schaltstange oder auch ein Schaltrohr bewegt werden muß. Es ist somit ein verhältnismäßig schwacher Antrieb für den Schalter ausreichend, weil die Löschmittelströmung nicht durch äußere Kräfte erzeugt werden muß. Neben der Ausführungsform der Elektroden als offener Ring kann es unter Umständen zweckmäßig sein, die Krümmung der Elektroden so zu wählen, daß die Enden A und G nicht eine Ringöffnung bilden, sondern daß die Enden jeweils einem Elektrodenteil benachbart sind.

In der Anordnung nach Fig.5 ist nicht nur das freie Ende einer schematisch angedeuteten Elektrode 48 mit einer Düse 50 versehen, sondern es sind auch noch weitere Düsen 51 bis 53 auf dem Umfang der als offener Ring gestalteten Elektrode 48 angeordnet. Das Gehäuse 58 der Lichtbogenkammer ist in der Figur lediglich als Ring schematisch dargestellt. Der Durchmesser der Düsen 50 bis 53 wird so gewählt, daß die Summe der Abströmquerschnitte, das ist die Summe ihrer in der Figur nicht näher dargestellten Innendurchmesser, einen ausreichend

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langsamen Druckabbau in der Lichtbogenkainmer 58 gewähr leistet. Der Vorteil dieser Elektrodengestaltung mit mehreren Düsen besteht darin, daß der Lichtbogen bei seiner Annäherung an den Nulldurchgang des Stromes nicht über den gesamten Umfang der Ringelektrode 48 laufen muß, um in eine Düse zu gelangen. Die Düsen können zwar am Umfang der Elektrode 48 etwa gleichmäßig verteilt sein, wie es in der Figur dargestellt ist} man kann aber auch die Düsen an Stellen der Elektrode 48 anbringen, an denen die Ringbogen-Fußpunkte die Neigung haben, stehen zu bleiben, das ist beispielsweise der Fall in der Nähe von in der Figur nicht dargestellten Weichen oder auch Sprungstellen.

Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, in einer Trennwand zwischen der Lichtbogenkammer und einer benachbarten Ausgleichskammer noch zusätzlich eine oder sogar mehrere Öffnungen anzubringen, die einen Ausgleich, d.h. ein Rückströmen der Gase in die Lichtbogenkammer, ermöglichen. Dieser Ausgleich kann erforderlich sein, wenn nach einem Schaltvorgang mit entsprechender Expansion und Ausströmung der durch den Lichtbogen aufgeheizten Gase einer oder mehrere Ausschaltvorgänge folgen.

Neben der in Fig.1 und 2 dargestellten Lichtbogenkammer als Zylinder ist auch eine Ausführungsform der Lichtbogenkammer als geschlossener Ringzylinder möglich, wie es in Fig.6 dargestellt ist. In dieser Anordnung ist eine ebenfalls als offener Ring ausgebildete Elektrode 60 konzentrisch zu den Kammerwänden 62 und 64 derart angeordnet, daß der Lichtbogen in Achsrichtung der Ringkammer brennt. Auch in dieser Ausführungsform kann die Elektrode 60 mit mehreren Düsen versehen sein, die in der Figur mit 70 bis 73 bezeichnet sind. In dieser Ausführungsform der Löscheinrichtung kann oberhalb und unterhalb der ringförmigen Lichtbogenkainmer jeweils eine in gleicher Weise gestaltete Ausgleichakaimner angeordnet sein. In eine dieser Kammern münden dann die Düsen- 70 bis 73·

In der Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Fig.7 ist ebenfalls eine ringförmige Kammer

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74 mit seitlichen Begrenzungswänden 76 und 78 vorgesehen. An den Innenoberflächen der Wände 76 und 78 ist jeweils eine Elektrode 80 bzw. 82 angeordnet, die somit konzentrisch zueinander angeordnet sind und die als offener Ring gestaltet sein sollen. Die Lichtbogenkammer 74 ist von einer ebenfalls ringförmigen Ausgleichskammer 84 umgeben, durch deren Außenwand 86 eine Schaltstange 88 hindurchgeführt ist, die den elektrischen Kontakt zwischen einer Düse 92 der Elektrode 82 und einem Druck- oder Federkontakt 90 der Elektrode 80 her-'atellt. Die Schaltstange 88 ist außerdem in einem an der Innenoberfläche der Wand 86 der Ausgleichskammer 84 angeordneten Gleitkontakt geführt, der zugleich mit einer in der Ausgleichskammer angeordneten Blasspule 94 verbunden ist. Die

zur Blasspule
Stromzuführung^ 4 ist mit 96 bezeichnet. In der Figur ist ferner eine weitere Stromzuführung 98 zur Elektrode 80 angedeutet. Die Blasspule 94 ist so geschaltet, daß sie erst durch den mit der Schaltstange 88 gezogenen Lichtbogen in den Stromkreis eingeschaltet wird. Im eingeschalteten Zustand der Anordnung ist die Blasspule überbrückt-.

Die Elektroden 80 und 82 sind wieder an den Stellen B unterbrochen. Die Stromzufuhr zu den Schienen erfolgt mit der Stromzuführung 98 und einem Verbindungsleiter 102 zwischen der Blasspule 94 und dem Anfang A der Elektrode 82. Durch die Düse 92 strömt das Löschmittel beim Ausschalten, d.h. nach dem Zurückziehen der Schaltstange 88, in die Ausgleichskammer 84. Mit der angenommenen Stromriohtung, die an der Stromzuführung 96 durch einen nicht näher bezeichneten Pfeil angedeutet ist, wird der Lichtbogen infolge der· Schleifenwirkung der Stromleiter im Gegenuhrzeigersinn angetrieben. Der Lichtbogen brennt zwischen den konzentrischen Elektroden 80 und 82 in radialer Richtung und bewegt sich in einer Ebene quer zur Achsrichtung der Ringkanmern auf einer Kreisbahn.

Eine zusätzliche magnetische Antriebskraft wird dadurch erzeugt, daß der Strom, bevor er über die Leitungsverbindung 102 zum Anfang A der Elektrode 80 gelangt, in mehrfachen Windungen der zusätzlichen Blasspule 94 in der Ausgleichskammer

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84 um die zylinderförmige Lichtbogenkammer 74 herumgeführt wird. Die Blasspule 94 erzeugt in der Lichtbogenkammer 74 ein Magnetfeld mit im wesentlichen axialen Komponenten, die senkrecht zu dem radial brennenden Lichtbogen stehen und so-^ mit auf diesen eine magnetische Kraft ausüben, die bei entsprechend gewähltem Windungssinn der Blasspule 94 in der gleichen Richtung wirkt, wie die eigenmagnetische Kraft des Lichtbogens.

Durch die Leitungsverbindung 104 zwischen der Blasspule 94 und dem Gleitkontakt wird die Blasspule 94 bei geschlossenem Schalter überbrückt. Die Spule beeinflußt somit den Stromkreis bei geschlossenem Schalter weder durch ihre Induktivität noch durch ihren Widerstand.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig.7 ist nur eine Ausgleichskainmer 84 vorgesehen, die konzentrisch zur Lichtbogenkammer 74 angeordnet ist. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, auch noch eine weitere zylinderförmige oder ebenfalls ringzylindrische Ausgleichskammer vorzusehen, die innerhalb der Lichtbogenkammer 74 angeordnet wird. In diesem Falle kann zwecke mäßig auch der Kontakt 90 für das Ende der Schaltstange 88 als Düse ausgebildet sein, die durch die Kammerwand 78 in die nicht dargestellte Ausgleichskammer hineinragt.

Eine Verstärkung des Cusp-Feldes, das durch die Blasspulen und 40 in Pig.1 und durch die Elektroden 20 und 22 nach Fig.3 gebildet wird, kann durch eine besondere Ausführungsform der Elektroden 112 nach Fig.8 erreicht werden. Diese Elektrode bildet im wesentlichen eine Spirale, deren als Düse 114 gestaltetes Ende etwa in der Achse der zylinderförmigen Kammer 118 liegt. Der in der Düse 114 beim Ausschalten mittels einer in der Figur nicht dargestellten Schaltstange gezogene Lichtbogen kann vom Elektrodenende schneller weggetrieben werden, wenn eine zusätzliche Brücke 116 zwischen der Düse 114 und der Elektrode 112 angeordnet wird. Die Stromeinspeisung erfolgt dann am Ende A der Elektrode 112. An jeder Stelle der Elektrode 112 ist die Lorentz-Kraft auf den Lichtbogen so gerichtet, daß sie auf der Spirale nach

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innen getrieben wird. Um einen möglichst gleichmäßigen Druckaufbau in der Lichtbogenkammer 118 zu erhalten, soll der Lichtbogen möglichst lange auf einem ringförmigen, mit E bezeichneten Teil der Spirale umlaufen. Aus diesem Grunde können die Teile der Elektrode 112 in einem in der Figur mit S bezeichneten Gebiet nahe zusammengeführt werden. Solange der Stromwert des Lichtbogenstromes genügend groß ist, wird an dieser Stelle der Lichtbogen immer wieder auf den außen benachbarten Teil überspringen. Die Anordnung der Düse 114 im Zentrum der Lichtbogenkammer 118 hat den Vorteil, daß man eine etwa symmetrische Löschmittelströmung zur Düse 114 erhält.

Auch in dieser Ausführungsform der Elektroden kennen mehrere Düsen auf der Elektrode 112 verteilt sein, die jedoch in der Figur nicht dargestellt sind.

Eine weitere Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß nach Pig.9 die Löschkammer 2 nach oben durch den Deckel 4 abgeschlossen ist, durch den lediglich der Stromanschluß 24 hindurchgeführt ist. Es ist nur unterhalb der Lichtbogenkammer die Ausgleichskammer 12 angeordnet, an deren Boden 16 der Gleitkontakt 34 für die Schaltstange 32 angeordnet ist. Die Schaltstange 32 ist durch die Düse 30 hindurchgeführt und endet in einem als Druck- oder Federkontakt 128 ausgebildeten Kontakt der Elektrode 20. Es ist somit nur das Ende der Elektrode 22 als Düse ausgebildet, die das in der Kammer 2 durch den entstehenden Lichtbogen aufgeheizte Löschmittel in die Ausgleichskammer 12 strömen läßt. Die obere Elektrode 20 trägt anstelle einer Abströmdüse das Kontaktsystem 128, das vorzugsweise mit sogenannten Fingerkontakten versehen sein kann.

Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Löschanordnung nach der Erfindung besteht darin, daß die Lichtbogenkammer 2 mit einer zusätzlichen Öffnung 132 mit vorzugsweise veränderbarem, insbesondere vom Lichtbogenstrom

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gesteuertem Querschnitt versehen ist, der einen zusätzlichen Abströmquerschnitt für das Löschmittel darstellt. Zur Einstellung des Abströmquerschnittes mit der vorzugsweise düsenförmigen Öffnung 132 ist ein vom abzuschaltenden Strom gesteuerter Verschlußmechanismus 130 vorgesehen, der den Abströmquerschnitt der im Boden 6 der Lichtbogenkammer 2 angeordneten Öffnung 132 beim Überschreiten einstellbarer Stromwerte vorteilhaft stufenweise frei gibt. Dieser Verschlußmechanismus enthält eine im wesentlichen aus elektrisch isolierendem Material bestehende Stange 134» die mit einem Ende, das als Verschlußkuppe 136 ausgebildet ist, in die düsenförmige Öffnung 132 hineinragt. Das andere Ende der Stange 134 ist in einer Spule 140 in Achsrichtung beweglich angeordnet, die vom Lichtbogenstrom durchflossen und am Gehäuse 8 der Löscheinrichtung befestigt ist. Die Stange 134 besteht beispielsweise aus Eisen und kann an ihrem unteren Ende mit einer tellerförmigen Erweiterung 138 abgeschlossen sein. Der Eisenteil der Stange 134 wirkt als beweglicher Eisenkern 135 in der Spule 140.

Der abzuschaltende Strom fließt über die Leitungen 36, 26, 146 sowie die Spule 140 und über eine weitere Leitungsverbindung 147 zum Gleitkontakt 34. Tritt ein Kurzschlußstrom auf, so wird die Spule 140 so stark erregt, daß sie ihren Eisenkern 135 in der Art eines Tauchspulenstrommessers in sich hineinzieht. Mit der Bewegung der Stange 134 und deren Verschlußkuppe 136 wird der Abströmquerschnitt der Öffnung 132 freigegeben. Zugleich wird eine zwischen dem Teller 138 und dem nicht näher bezeichneten Boden des Spulenkanals eingesetzte Feder 142 gespannt. In Abhängigkeit von der Größe des Stromes, insbesondere des Kurzschlußstromes, öffnet sich die Düse 132 teilweise, weil die Bewegung des Stabes 134 durch eine zweigte Feder 144 mit stärkerer Federkraft gehemmt wird. Beim Überschreiten eines vorbestimmten höheren Stromwertes wird auch diese Feder 144 zusammengeschoben und der Abströmqu?rschnitt der Öffnung 132 wird vollständig freigegeben.

Nach der Unterbrechung des Stromes drücken die Federn 142

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und H4 die Verschlußkuppe 136 wieder in die Ausgangslage zurück und die Öffnung 132 ist wieder geschlossen.

Als Löschmedium sind außer dem "bereits erwähnten Schwefelhexafluorid SFg auch andere gasförmige Medien geeignet, beispielsweise Stickstoff oder unter Umständen auch luft. Ferner kann auch ein flüssiges LÖsclunedium, "beispielsweise flüssiges Schwefelhexafluorid oder auch Öl, verwendet werden, das in der Ausführungsform einer Löseilanordnung nach Fig. -in der Lichtbogenkammer 2 untergebracht sein kann. Das flüssige Löschmittel 150 auf dem Boden 6 der Lichtbogenkammer wird durch den mit der Bewegung der Schaltstange 32 zwischen dem Kontakt 128 und der Dü3e 28 gezogenen Lichtbogen zum Teil verdampft und strömt durch die Düse 28 in die Ausgleichskammer 10. Nach dem Schaltvorgang sammelt sich das verdampfte Löschmittel am Boden der Ausgleichskasuner 10, der durch den Deckel 4 der Lichtbogenkammer 2 gebildet wird. Der Hücklauf des kondensierten Löschmittels von der Ausgleichskammer 10 in die Lichtbogenkammer 2 kann durch wenigstens e.ine zusätzliche öffnung 152 erleichtert werden.

Zur Abführung der Zersetzungsprodukt-e des Lb'schmitt eis kann zweckmäßig wenigstens ein Rückschlagventil 154 in der Wand der Löschanordnung vorgesehen sein, das bei einem einstellbaren Überdruck öffnet.

In der Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens für besonders hohe Betriebsspannungen können mehrere, beispielsweise drei Löschanordimoge.i 160 Ms 162 mit jeweils einer zylinderförmigen Lichtbogenkammer 166 bis und zwei Ausgleichskammern 170 bis 175 elektrisch in Reihe geschaltet werden. Die elektrischen Zu- und Ableiter sind mit 178 bis 181 bezeichnet. Die in der Figur nicht dargestellten Elektroden sind jeweils mit wenigstens einer Düse 184 bis 189 versehen, die jeweils eine Gasströmung von einer der Lichtbogenkammern 166 bis 169 in eine der zugeordneten Ausgleichskammern 170 bis 175 ermöglichen. Die Löschranordnungen 160 bis 162 sind jeweils mit einer Schaltstange 194 bis 196 versehen, denen vorteilhaft ein gemeinsamer

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Antrieb zugeordnet sein kann, der in der Figur als Stange 198 dargestellt ist und mit einer besonderen Führung 199 versehen sein kann. Hit dem gemeinsamen Antrieb 188 werden alle Löschanordnungen 160 bis 162 gemeinsam und gleichzeitig betätigt. Zu diesem Zweck können die Löschanordnungen 160 bis 162 sowohl hintereinander angeordnet sein, wie es in der Fig.11 dargestellt ist, als auch nebeneinander angeordnet sein.

Wegen ihrer besonders kompakten und nur geringen Raum beanspruchenden Bauweise sind die Löschanordnungen nach der Erfindung besonders geeignet zum Einbau in teilweise oder vollständig gekapselte Schaltanlagen.

33 Patentansprüche
11 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

. Verfahren zur Löschung eines Lichtbogens in einem elektrischen Wechselstromschalter mit einer Lichtbogenkammer, in welcher der Lichtbogen zwischen offenen Elektroden in einem Löschmedium rotiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen (E) während seiner Rotation durch Aufheizen des Löschmediums einen Überdruck erzeugt_f der über den Nulldurchgang des Wechselstromes erhalten bleibt, und daß eine durch den Überdruck entstehende Grasströmung des Löschmediums zur Beblasung des Lichtbogens (E) in einer Düse (28,30,50 bis 53) verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den beim Ausschalten entstehenden Lichtbogen (E) magnetische Blasspulen (38,40,94) in den Stromkreis eingeschaltet werden.
3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den beim Ausschalten entstehenden Lichtbogen (E) elektrische Widerstände in den Stromkreis eingeschaltet werden.
4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß in einer Lichtbogenkammer (2) zwei offene Ringelektroden (20,22) gleichachsig parallel zueinander angeordnet sind, deren eines Ende (A) jeweils mit einer Stromzuführung (24,26) verbunden ist und daß von den beiden freien Enden (C) wenigstens eines eine Düse (28,3o) bildet, die durch eine Wand (4,6) der Lichtbogenkammer (2) hindurchragt und in einer benachbarten Ausgleichskammer (10,12) endet und deren Abströmungsquerschnitt in Verbindung mit einem, vorbestimmten Volumen der Lichtbogenkammer (2) so bemessen ist, daß der durch das aufgeheizte Löschmedium entstehende Überdruck über den Nulldurchgang des Wechselstromes erhalten bleibt (Pig.1 bis 3).

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5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das andere freie Ende als Druckkontakt (90,128) oder Pingerkontakt für das Ende einer Schaltstange (32,88) ausgebildet ist, welches durch die Düse (28,30,92) des Endes der anderen Elektrode hindurch in eine Ausgleichskammer (10,12,84) ragt und in ihrer Achsrichtung beweglich ist.
6. Anordnung nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, daß die beiden freien Enden (C) als Düsen (28,32) ausgebildet sind und über eine in Achsrichtung der Düsen (28,30) bewegliche Schaltstange (32) elektrisch miteinander verbunden sind (Fig.1).
7· Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Düsen (28,30,92) mit Feder- und/oder Druckkontakten versehen ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstange (32) zusätzlich durch wenigstens einen in einer Ausgleichskammer (10,12,84) angeordneten Ringkontakt (34) hindurchgeführt ist, der als Gleitkontakt ausgebildet ist.
9· Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Lichtbogenkammer (118) zwei Elektroden (112) gleichachsig parallel zueinander angeordnet sind, die jeweils etwa spiralförmig mehrere Windungen bilden, und daß die Elektroden elektrisch hintereinander und magnetisch gegeneinander geschaltet sind, und daß der Abstand der Windungen gegeneinander wenigstens eine Engstelle aufweist und deren ein Ende jeweils mit einer Stromzuführung verbunden ist, und daß von den beiden freien Enden wenigstens eines eine Düse bildet, die durch eine Wand der Lichtbogenkammer hindurchragt und in einer benachbarten Ausgleichskammer endet (Fig.8).

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10. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (48) an mehreren Stellen als Düse (50 bis 53) gestaltet sind, die jeweils eine entsprechende Öffnung in einer der Kammerwände bilden (Pig.5 und 6).
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektroden (20,22,48,60,80,82,112) aus verschiedenen Materialien bestehen.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (20,22,48,60,80,82,112) aus einem Metall und der Düsenteil der Elektroden aus Graphit besteht.
13. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Blasspulen (38,40,94) in der Ausgleichskammer angeordnet sind.
14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Blasspule (38,40,94) wenigstens eine Kurzschlußwindung zugeordnet ist.
15· Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenkammer (74) als zylindrische Ringkammer ausgebildet ist, durch deren Boden und Deckel die Düsen hindurchragen (Fig.6).
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenkammer (74) und wenigstens eine der Ausgleichskammern (84) als Ringzylinder ausgebildet und konzentrisch zueinander ausgebildet sind und für die Elektroden (80,82) auf den inneren Mantelflächen der Lichtbogenkammer (74) angeordnet sind (Fig.7).

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17· Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenkammer (74) von einer Ausgleichskammer (84) umgeben ist, in der zusätzliche, vom Strom des Lichtbogens durchflossene Windungen (94) vorgesehen sind.
18. Anordnung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß den zusätzlichen Windungen (94) wenigstens eine Kurzschlußwindung zugeordnet ist.
19· Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6 sowie 9»10 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (20,22,48, 60,80,82,112) in Nuten der Lichtbogenkammerwand eingelegt sind.
20. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein flüssiges Löschmedium (130) in der Lichtbogenkammer (2) vorgesehen ist (Fig.10).
21. Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Löschmedium flüssiges Schwefelhexafluorid SFg vorgesehen ist.
22. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (28,30,50 bis 53 und 92) mit in ihrer Achsrichtung verlaufenden Schlitzen versehen sind.
23. Anordnung nach Anspruch 9 mit einer zylinderförmigen Lichtbogenlöschkammer, dadurch gekennzeichnet, daß die das freie Ende der Elektrode (112) bildende Düse (114) wenigstens annähernd in der Mittelachse der Lichtbogenkammer (118) angeordnet ist (Fig.8).
24· Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtbogenkammer (2) und einer Ausgleichskammer (10,12) mindestens ein Rückschlagventil (18 bzw. 19) vorgesehen ist, das bei einem vorbestimmten Druck in der Lichtbogenkammer (2) öffnet und einen zusatzlichen Abströmquerschnitt zur Ausgleichskammer (10 bzw. 12) frei gibt.

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25· Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 24» dadurch gekennzeichnet, daß in den Kammerwänden (8) der Ausgleichskammern (10,12) mindestens ein Sicherheitsventil (37,39) angeordnet ist, das bei einem vorbestimmten Gasdruck öffnet.
26. Anordnung nach Anspruch 25» dadurch gekennzeichnet, daß als Sicherheitsventil (10,12) eine Platzmembran vorgesehen ist.
27· Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden (6) der Lichtbogenkammer (2) eine verschließbare düsenförmige öffnung (132) vorgesehen ist, deren Verschlußteil (134,136) von einer in einer benachbarten Ausgleichskammer (12) angebrachten Magnetspulenanordnung (140) bewegbar ist.
28. Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Verschlußteils (134,136) durch Hereinziehen eines Eisenteils (135) am Verschlußmechanismus (130) in die Magnetspule (140) erfolgt.
29· Anordnung nach einem der Ansprüche 27 und 28, dadurch gekennzeichnet, daß eine stufenweise Bewegung des Verschlußmechanismus (13O) in Abhängigkeit vom abzuschaltenden Strom vorgesehen ist.
30. Anordnung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß zur stufenweisen Freigabe des Abströmquerschnittes unterschiedlich starke Federn (142,144) vorgesehen sind, die mit der Bewegung des Verschlußmechanismus (130) nacheinander wirksam werden.

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31. Anordnung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (135) des Verschlußmechanismus aus einem ferromagnetischem Material besteht, das wenigstens teilweise in eine Magnetspule (HO) eintaucht, die vom abzuschaltenden Strom durchflossen ist.
32. Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 23 zum Schalten eines Stromkreises mit hoher Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schaltanordnungen (134 bis 136) elektrisch in Reihe angeordnet sind, deren Schaltstangen (164 bis 166) mit einem gemeinsamen Antrieb (168) versehen sind.

33· Verwendung einer. Anordnung nach den Ansprüchen 4 bis 23 in einer wenigstens teilweise gekapselten Schaltanlage.

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