DE2349187B2

DE2349187B2 - Device for interrupting electrical circuits

Info

Publication number: DE2349187B2
Application number: DE2349187A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl.-Phys. Pohl; Heinrich Dipl.-Phys. Dr. Schindler; Manfred Stroessner; Johann Dipl.-Ing. Wolf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-10-01
Filing date: 1973-10-01
Publication date: 1979-10-31
Also published as: BR7407732D0; SE7412286L; JPS5619052B2; FR2246958B3; DE2349187C3; IT1022269B; FR2246958A1; DE2349187A1; JPS5061661A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Unterbrechung von Stromkreisen mit vom zu unterbrechenden Strom auf den Lichtbogen ausgeübter magnetischer Kraftwirkung, mit zwei Kontakten, die mit dem Lichtbogen eine Stromschleife bilden und in einer Löschkammer angeordnet sind, die eine in der Laufrichtung des Lichtbogens angeordnete, wenigstens teilweise als Sieb gestaltete Stirnwand aufweist und von einem Gehäuse umgeben ist, dessen Seitenwände mit den Seitenwänden der Löschkammer jeweils einen Strömungskanal bilden.The invention relates to a device for interrupting circuits with the to be interrupted Current is the effect of magnetic force exerted on the arc, with two contacts connected to the Arc form a current loop and are arranged in an arcing chamber, which is one in the Has the running direction of the arc arranged, at least partially designed as a sieve end wall and of a housing is surrounded, the side walls of which each have one with the side walls of the arcing chamber Form flow channel.

Befindet sich der Lichtbogen in einem durch die Löschkammer gebildeten Strömungskanal, so wird durch die Lorentz-Kräfte auf den Lichtbogen eine Gasströmung erzeugt, die durch ihre Trägheit während des Stromnulldurchganges und unmittelbar nach dem Stromnulldurchgang für eine Entionisierung sorgt. Wird die Lichtbogenbewegung am Ende eines solchen Strömungskanals, beispielsweise durch die Kammerwand, behindert, so bildet sich infolge der Lorentz-Kraft in bekannter Weise ein Doppelwirbel aus. Durch diesen Doppelwirbel wird der Temperaturgradient in Richtung zur Wand unü damit die Wärmeleitung in dieser Richtung und entsprechend auch der Lichtbogen-Spannungsgradient vergrößert. Die Beblasungs- und Entionisierungswirkung auf den Lichtbogen bleibt im wesentlichen erhalten.If the arc is in a flow channel formed by the quenching chamber, then by the Lorentz forces on the arc a gas flow is generated which by its inertia during of the current zero crossing and immediately after the current zero crossing ensures deionization. Will the arc movement at the end of such a flow channel, for example through the chamber wall, hindered, a double vortex is formed in a known manner as a result of the Lorentz force. Through this Double vortex is the temperature gradient in the direction of the wall and thus the heat conduction in this Direction and accordingly also the arc voltage gradient is increased. The blowing and deionizing effect on the arc is essentially retained.

Ungünstig ist bei dieser Art der Kühlung des Lichtbogens, daß die Strömung aus einem noch nicht abgekühlten und auch nicht vollständig entionisierten Gas besteht. Es wurde ferner erkannt, daß die kühlende Wirkung dieser Strömung vom Verhältnis des Lichtbogen-Durchmessers zur Weite des Strömungskanals und somit von der Stromstärke abhängig ist.What is unfavorable with this type of arc cooling is that the flow from one does not yet flow cooled and also not completely deionized gas. It was also recognized that the cooling Effect of this flow on the ratio of the arc diameter depends on the width of the flow channel and thus on the current strength.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Löschwirkung einer Kontaktanordnung in einer Vorrichtung zur Unterbrechung von Stromkreisen der eingangs genannten Art zu verbessern, insbesondere die Beblasungs- und Entionisierungswirkung zu erhöhen.The invention is therefore based on the object of the erasing effect of a contact arrangement in a Device for interrupting circuits of the type mentioned to improve, in particular the To increase the blowing and deionizing effect.

Eine bekannte Lichtbogenlöschkammer für elektrisehe Leistungsschalter mit Löschblechen enthält eine als Sieb gestaltete Stirnwand. Es ist auch eine Aufteilung und Umlenkung der heißen Gase vorgesehen, welche durch die Stirnwand hindurchtreten und nach der Umlenkung durch Gasaustrittsöffnungen nach außenA well-known arc chamber for electrical marriage Circuit breaker with quenching plates contains an end wall designed as a sieve. It's also a breakdown and diverting the hot gases provided which pass through the end wall and after the Diversion through gas outlet openings to the outside

υ entweichen. Die Lichtbogenbewegung wird somit dadurch gebremst, daß die Gase nicht hinter den Kontakten wieder in die Löschkammer eintreten können. Die Kammer selbst enthält auch nicht eine Kammerverengung, sondern eine Erweiterung. Die Bildung einer Plasmawolke in der Bewegungsrichtung des Lichtbogens hinter den Kontakten wird somit nicht verhindert. Diese Plasmawolke kann bekanntlich zu Rückzündungen führen (DE-AS 11 04 019).υ escape. The arc movement is thus slowed down by the fact that the gases are not behind the Contacts can re-enter the arcing chamber. The chamber itself does not contain one either Chamber narrowing, but an expansion. The formation of a plasma cloud in the direction of movement the arc behind the contacts is not prevented. This plasma cloud can be known to Cause backfiring (DE-AS 11 04 019).

Bei einem Schalter, dessen Kontakte mit dem beim öffnen entstehenden Lichtbogen eine Stromschleife bilden, deren Lorentz-Kraft den Lichtbogen verlängert, ist eine Umlenkung der Plasmaströnung vorgesehen. Die Stirnwand der Löschkammer wird durch den mittleren Schenkel einer U-förmigen Kappe abgedeckt, deren seitliche Schenkel mit den Kammerwänden jeweils einen Strömungskanal bilden. Die heißen Gase strömen aus Bohrungen dieser Schenkel oder durch Öffnungen des Schaltersockels nach außen ab (DE-OS 17 65 663).In the case of a switch, the contacts of which form a current loop with the arc that occurs when it is opened form, whose Lorentz force extends the arc, a deflection of the plasma radiation is provided. The front wall of the extinguishing chamber is covered by the middle leg of a U-shaped cap, the side legs of which each form a flow channel with the chamber walls. The hot gases flow out of holes in these legs or through openings in the switch base to the outside (DE-OS 17 65 663).

In einer weiteren bekannten Vorrichtung zur Unterbrechung von Stromkreisen ist zwischen den Schaltkontakten und der in der Laufrichtung des Lichtbogens angeordneten Stirnwand eine Verengung der Löschkammer vorgesehen. Die seitlichen Kammerwände bilden eine Einschnürung, die eine Rückströmung unreiner Gase in den Kainmerteil zwischen den Kontakten verhindern und dadurch eine Rückzündung vermeiden soll (DE-OS 16 40 263).In another known device for breaking circuits is between the Switching contacts and the end wall arranged in the running direction of the arc a constriction the extinguishing chamber provided. The side walls of the chamber form a constriction that prevents impure gases from flowing back into the chamber between the Prevent contacts and thereby avoid backfire (DE-OS 16 40 263).

Die erwähnte Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die Gestaltungsmerkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.In the case of a device of the type mentioned at the outset, the aforementioned object is achieved by the design features solved in the characterizing part of claim 1.

Durch die wenigstens teilweise gelochten Seitenwände der Löschkammer wird die Durchströmung und Entionisierung des Lichtbogens verbessert, weil die zur Wärmeableitung aus dem Gas zur Verfügung stehende Oberfläche entsprechend vergrößert ist, und die Bildung eines Doppelwirbels durch rückströmende Gase vermieden wird. Die Entionisierung erfolgt somit im wesentlichen durch den Abtransport des leitenden Gases in der Gasströmung.Through the at least partially perforated side walls of the extinguishing chamber, the flow through and Deionization of the arc is improved because that is available to dissipate heat from the gas Surface is increased accordingly, and the formation of a double vortex by backflowing gases is avoided will. Deionization thus takes place essentially through the removal of the conductive material Gas in the gas flow.

Die lichte Weite der Seitenwände des Strömungskanals ist kleiner als die Breite der relativ zueinander beweglichen Schaltkontakte, insbesondere kleiner als die Breite der Kontaktauflage der Kontaktanordnung.The clear width of the side walls of the flow channel is smaller than the width of the relative to each other movable switching contacts, in particular smaller than the width of the contact pad of the contact arrangement.

b° Zu diesem Zweck können die Seitenwände jeweils mit einem stegartigen Vorsprung versehen werden. Ferner kann die Höhe des Strömungskanals wenigstens etwas größer gewählt werden als der Abstand der Kontakte in ihrem geöffneten Zustand. b ° For this purpose, the side walls can each be provided with a web-like projection. Furthermore, the height of the flow channel can be selected to be at least somewhat greater than the distance between the contacts in their open state.

Dadurch, daß sich die Löschkammer wenigstens teilweise in dem abgeschlossenen Gehäuse befindet, erhält man eine weiter erhöhte Löschwirkung. Im Gehäuse strömen die vor dem Lichtbogen aus der Loch-Due to the fact that the arcing chamber is at least partially in the closed housing, a further increased extinguishing effect is obtained. In the housing, the holes flow out of the hole before the arc

oder Siebkeramik austretenden Gase hinter dem Lichtbogen wieder in die Löschkammer ein, so daß ein Strömungskreislauf mit entsprechend erhöhter Kühlwirkung auf dem Lichtbogen entsteht.or sieve ceramic escaping gases behind the arc back into the quenching chamber, so that a A flow circuit with a correspondingly increased cooling effect on the arc is created.

Die Wirkung der eigenmagnetischen Beblasung des Lichtbogens hängt wesentlich von der erzeugten Lorentz-Kraft und damit von der Größe des Magnetfeldes vor der gelochten Wand ab. Zur Verstärkung dieses Magnetfeldes können Permanentmagnete verwendet werden, oder ti'.e Stromzuführung zu den Kontaktstellen kann so gewählt werden, daß die Feldstärke vor der gelochten Abschlußwand erhöht wird. Es muß jedoch vermieden werden, daß durch diese Felderhöhung zugleich eine Vergrößerung der kontaktabhebenden Kräfte auftritt.The effect of the self-magnetic blowing of the arc depends essentially on the Lorentz force generated and thus on the size of the magnetic field in front of the perforated wall. To reinforce this magnetic field, permanent magnets may be used, or ti'.e current supply to the contact points can be chosen so that the field strength is increased in front of the perforated end wall. However, it must be avoided that this field increase also increases the contact lifting forces.

Ein Ausführungsbeispiei der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt, von denen Fig. 1 lediglich eine Kontaktanordnung wiedergibt und die F i g. 2 und 3 jeweils einen Schnitt durch eine Löschkammer zeigen.An Ausführungsbeispiei the invention is shown in the drawings, of which Fig. 1 is only one Contact arrangement reproduces and the F i g. 2 and 3 each show a section through an arcing chamber.

Nach F i g. 1 sind zwei relativ zueinander bewegliche ><> Kontaktstücke 3 und 4 vorgesehen, in denen der durch Pfeile Ϊ2 und i3 angedeutete Strom entgegengesetzte Richtung hat und in denen diese Ströme mit dem Lichtbogen 18 eine Stromschleife bilden. Der 'on einem Anschlußleiter 59 abgeführte Strom, dessen Richtung 2> durch einen Pfeil 14 angedeutet ist, verteilt sich auf zwei Schenkel 46 und 47, von denen jeweils einer parallel zum Lichtbogen 18 neben diesem Lichtbogen angeordnet ist. Die magnetische Kraftwirkung der Ströme 12 und 13 auf den Lichtbogen 18 wird noch verstärkt durch die in den beiden Leitern 46 und 47 fließenden Teilströme. Unter der Wirkung dieser Kräfte wird der Lichtbogen 18 in der Richtung parallel zu den Leitern 46 und 47 und zur Anschlußklemme 59 bewegt, wie in der figur durch einen Pfeil 21 angedeutet ist. )?According to FIG. 1, two relatively movable ><> contact pieces 3 and 4 are provided in which the current indicated by arrows Ϊ2 and i3 has opposite directions and in which these currents form a current loop with the arc 18. The current discharged on a connecting conductor 59, the direction of which is indicated by an arrow 14, is distributed over two legs 46 and 47, one of which is arranged parallel to the arc 18 next to this arc. The magnetic force effect of the currents 12 and 13 on the arc 18 is further intensified by the partial currents flowing in the two conductors 46 and 47. Under the action of these forces, the arc 18 is moved in the direction parallel to the conductors 46 and 47 and to the connection terminal 59, as indicated by an arrow 21 in the figure. )?

In der Bewegungsrichtung des Lichtbogens 18 ist ein Strömungskanal, dessen Seitenwände nach F i g. 2 durch Isolierstoffkörper 48 und 49 gebildet werden, durch eine gelochte Stirnwand 58 abgeschlossen, gegen die der Lichtbogen 18 durch seine eigenmagnetische Kraftwirkung getrieben wird. Diese Stirnwand besteht aus einem gelochten Isolierstoff, der als Loch- oder Siebkeramik bekannt ist. Wenigstens 10%, jedoch nich: wesentlich mehr als die Hälfte, vorzugsweise etwa 25 bis 35%. seiner Oberfläche wird durch die Löcher gebildet, deren Durchmesser nicht kleiner als 0,5 mm. jedoch nicht wesentlich mehr als 2 mm, vorzugsweise etwa 1 bis 1,5 min, beträgt.In the direction of movement of the arc 18 is a flow channel, the side walls of which as shown in FIG. 2 through Isolierstoffkörper 48 and 49 are formed, completed by a perforated end wall 58 against which the Arc 18 is driven by its own magnetic force. This front wall consists of one perforated insulating material known as perforated or sieve ceramic. At least 10%, but not: essential more than half, preferably about 25 to 35%. its surface is formed by the holes whose Diameter not smaller than 0.5 mm. but not significantly more than 2 mm, preferably about 1 to 1.5 min.

Der Schenkel 4 des ruhenden Kontaktes kann bis zur Stirnwand 58 reichen. Diese Gestaltung hat den Vorteil, w daß der verlängerte Teil des Schenkels 4 als Laufschiene für den am Kontakt 6 entstehenden Fußpunkt des Lichtbogens 18 wirkt. Der untere Fußpunkt des Lichtbogens 18 bewegt sich von der Kontaktauflage 6 zur Abschlußwand 58, aus der die durch den Lichtbogen ^Γή erwärmten Gase in ein abgeschlossenes Gehäuse 80 ausströmen können. In diesem Gehäuse strömen die heißen Gase außerhalb der Seitenwände 48 und 49 gegen die Bewegungsrichtung des Lichtbogens 18 wieder zurück und treten hinter dem Lichtbogen 18 in den Strömungskanal wieder ein, wie in der Figur durch Pfeile 81 angedeutet ist.The leg 4 of the static contact can extend as far as the end wall 58. This configuration has the advantage that the extended part of the leg 4 acts as a running rail for the base point of the arc 18 that occurs at the contact 6. The lower base of the arc 18 moves from the contact ^{pad 6 to the end wall 58, from which the gases heated by the arc Γ} ή can flow into a closed housing 80. In this housing, the hot gases flow back outside the side walls 48 and 49 against the direction of movement of the arc 18 and re-enter the flow channel behind the arc 18, as indicated by arrows 81 in the figure.

Auch die Seitenwände 48 und 49 sind wenigstens zum Teil als Lochkeramik gestaltet. Das hintere Ende des Strömungskanals kann offen oder ebenfalls durch eine in der Figur nicht dargestellte Lochkeramik abgeschlossen sein.The side walls 48 and 49 are at least partially designed as perforated ceramic. The back end of the The flow channel can be open or also closed by a perforated ceramic (not shown in the figure) be.

Der durch die Seitenwände 48 und 49 in Verbindung mit der Stirnwand 58 gebildete Löschkanal ist zwischen der Kontaktauflage 6 und der Stirnwand 58 verengt. Diese Gestaltung erhält man in einfacher Weise durch stegartige Vorsprünge 82 und 83 der Kammerwände 48 bzw. 49.The extinguishing channel formed by the side walls 48 and 49 in connection with the end wall 58 is between the contact pad 6 and the end wall 58 narrowed. This design is obtained in a simple manner Bar-like projections 82 and 83 of the chamber walls 48 and 49, respectively.

Diese Vorsprünge können vorteilhaft nur über einen vorbestimmten Teil der Höhe h der Löschkammer reichen, vie es im Längsschnitt nach F i g. 3 veranschaulicht ist. Der Vorsprung 83 end· « bereits in einem vorbestimmten Abstand u über de>n als Laufschiene wirkenden Schenkel 4 der Kontaktanordnung. Mit der Bewegung des Schenkels 3 wird der Lichtbogen 18 gezogen, der sich unter der Wirkung seiner eigenmagnetisi'hen Kräfte zunächst in Richtung des Pfeiles 21 bewegt. Sein unterer Fußpunkt wandert auf dem als Laufschiene wirkenden verlängerten Teil des Schenkels 4 in Richtung zur Stirnwand 58 der Löschkammer, und der Lichtbogen 18 wird entsprechend verlängert. Während dieser Bewegung wird ein Teil des Lichtbogens 18 in den durch die Vorsprünge 82 und 83 gebildeten Spalt getrieben und durch Blasenbildung weiter verlängert. Durch die Vorsprünge 82 und 83 wird die Bildung einer Plasmawolke in der Bewegungsrichtung 21 des Lichtbogens 18 von den Kontaktauflagen 6 und 19 verhindert, die zur Rückzündung zwischen den Kontaktauflagen führen könnte.These projections can advantageously only extend over a predetermined part of the height h of the arcing chamber, as can be seen in the longitudinal section according to FIG. 3 is illustrated. The projection 83 already ends at a predetermined distance u above the leg 4 of the contact arrangement, which acts as a running rail. With the movement of the leg 3, the arc 18 is drawn, which initially moves in the direction of the arrow 21 under the effect of its own magnetic forces. Its lower base migrates on the extended part of the leg 4, which acts as a running rail, in the direction of the end wall 58 of the quenching chamber, and the arc 18 is extended accordingly. During this movement, part of the arc 18 is driven into the gap formed by the projections 82 and 83 and is further lengthened by the formation of bubbles. The projections 82 and 83 prevent the formation of a plasma cloud in the direction of movement 21 of the arc 18 from the contact pads 6 and 19, which could lead to flashback between the contact pads.

Die Höhe h des Strömungskanals kann wenigstens etwas größer gewählt werden als der Abstand der Schenkel 3 und 4, wie es in Fig. J dargestellt ist. Mit dieser Ausführungsform des Löschkanals wird der Lichtbogen entsprechend verlängert. Der von den Vorsprüngen 82 und 83 hergestellte Schütz bildet dann eine ausreichende Trennung zwischen den hußpunkten des Lichtbogens 18.The height h of the flow channel can be selected to be at least somewhat larger than the distance between the legs 3 and 4, as shown in FIG. With this embodiment of the extinguishing channel, the arc is lengthened accordingly. The contactor produced by the projections 82 and 83 then forms a sufficient separation between the hitting points of the arc 18.

Mit der beschriebenen Anordnung kann bei einer Kammerhöhe von etwa 20 bis 40 mm und einer Kammerweite von etwa 4 bis 7 mm und einer lichten Weite des durch die beiden Vorsprünge gebildeten Schlitzes von etwa 1,8 bis 3 mm ein Kurzschlußstrom mit einem Effektivwert von l_en bis zu 15 kA beherrscht werden, d. h. in einer Abschaltzeit von weniger als etwa 10 nsoc abgeschaltet werden Dabei sind Lichtbogenspannungen bis zu wenigstens 300 V erreichbar.With the described arrangement, with a chamber height of about 20 to 40 mm and a chamber width of about 4 to 7 mm and a clear width of the slot formed by the two projections of about 1.8 to 3 mm, a short-circuit current with an effective value of l _e n up to 15 kA can be mastered, ie switched off in a switch-off time of less than about 10 nsoc. Arc voltages of up to at least 300 V can be achieved.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

1 claims.

1. Device for interrupting circuits with the effect of magnetic force exerted on the arc by the current to be interrupted, with two contacts that form a current loop with the arc and are arranged in an extinguishing chamber, which is arranged in the direction of the arc, at least partially as a sieve designed end wall and is surrounded by a housing whose side walls each form a flow channel with the side walls of the quenching chamber, characterized in that the side walls (48, 49) of the quenching chamber arranged parallel to the plane of movement of the arc (18) are at least partially designed as a sieve are that the width of the arcing chamber transversely to the plane of movement of the arc (18) between the contacts (3, 4) and the end wall (58) has a narrowing and oass the flow channels between the side walls (48, ACk \ Aar I rc ^ Ulrimmar ttnA Aam f ^ höiiea / SA \ Aofxrt ¹ V-Ty uwi i ^ wjviinuiiiiiivi unu uwi>> wwnuwow yw / mi ui » from are formed so that the gases emerging from the arc from the perforated end wall (58) re-enter the quenching chamber behind the arc, so that a backflow of these gases to the contacts (6, 19) occurs (Fig. 2).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the constriction through each other opposing web-like projections (83) of the side walls (48, 49) of the arcing chamber are formed, which only extend over part of the height of the extinguishing chamber (Fig. 3).