DE2600683C2 - Strombegrenzungsanordnung mit einem Vakuumschalter - Google Patents

Description

— daß parallel zu den Kontaktstücken. (26, 28) an den Anschlußklemmen des Vakuumschalters' (16) ein Kondensator (65) angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft eine Strombegrenzungsanordnung mit einem Vakuumschalter nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

In der elektrischen Industrie besteht ein Bedürfnis für schnell arbeitende Schalter als Teil einer Strombegrenzungsanordnung. Die Notwendigkeit für derartige Strombegrenzungsschaltungen ergibt sich aufgr jnd von Fehlerströmen, die sich in Leistungsnetzen immer stärker bemerkbar machen. Dadurch wird es seinerseits notwendig, irnrner besser arbeitende Schaiier öder sonstige Installationen vorzusehen, um derartige Fehlerströme zu begrenzen. Die sich daraus ergebenden Forderungen wurden in einem Aufsatz im einzelnen diskutiert, der anläßlich eines IEEE-Symposiums über Strombegrenzungseinrichtungen in Kalifornien am 18. Juli 1974 unter dem Titel //Current Limiting Devices — Need and Application« von C. A. Falcon et al. veröffentlicht wurde.

jo Es sind bereits eioe Vielzahl von Strombegrenzungsanordnungen bekannt und entwickelt worden. Eine derartige bekannte Strombegrenzungsanordnung verwendet einen Vakuumschalter, der während des Anstiegs des Fehlerstroms aus seinen Spitzenwert geöffnet wird.

Der Lichtbogenstrom wird anschließend auf Null durch die Entladung eines Kondensators gepulst, indem der Entladestrom entgegengesetzt zum Fehlerstrom gerichtet ist. Dieser Entladestrom wird vom Kondensator über eine getriggerte Vakuum-Entladung*.», recke abgenommen. Der Stromkreis über den Vakuumschalter wird dann auf einen Strombegrenzer, z. B. einen Widerstand umgeschaltet, der parallel zu dem Vakuum-Schalter liegt. Dieses System hat den Nachteil, daß zwei Stromimpulskreise für die beiden Polaritäten des Licntbogenstromes benötigt werden. Ein weiterer Nachteil wird darin gesehen, daß die Kondensatoren der Impulskreise von dem Netzpotential beaufschlagt sind und infolge dessen in ihrem Aufbau sehr teuer werden.

Es ist auch bekannt, in einer Strombegrcnzungsan-Ordnung, wenn ein Fehlerstrom festgestellt wird, einen schnell ansprechenden SFb-Gasdruckschalter zu betätigen. Durch die Betätigung dieses Gasdruckschalters wird der Strom auf eine Querfeldröhre überführt, in der, wenn das Magnetfeld in der Röhre zur Ruhe gekommen ist, der Strom entweder auf eine Drossel oder einen Widerstand umgeschaltet wird. Als Nachteil dieses Systems werden die dreistufigen Stromübertragungseinrichtungen und die Verwendung einer Qucrfeldröhrc angesehen, insbesondere da derartige Querfeldröhrcn noch im Entwicklungszustand sind.

Es ist auch bereits bekannt (US-PS 32 83 101). ein magnetisches Feld an einen Vakuumschalter während des Öffncns des Schalters an/.ulcgen, um das l.iehibo genplasma auf den inneren Elektrodcnspalt b'w. Kon·

t>5 taktspalt /u begrenzen. Bei einer derartigen Anordnung erfolgt der Abbruch des Stromes beim Nulldurchgang, d. h. beim Nullstrom und nicht davor. Es gibt keinerlei Hinweise, daß eine derartige Einrichtung als Stronibc-

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grenzer benutzt werden kann. Dasselbe gilt auch für den Vakuumschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er aus der US-PS 33 45 484 bekannt ist Dort wird mit einer unabhängigen Stromquelle ein Quer-Magnetfeld an den Schalter angelegt, wenn der Strom auf Null gesunken ist um ein erneutes, unerwünschtes Zünden des Schalters zu verhindern.

Es ist auch bekannt (US PS 37 16 685), Magnetfelder vorzusehen, die sowohl parallel als auch radial senkrecht zur Richtung des Stromflusses in demjenigen Augenblick ausgerichtet sind, in welchem die Stromkreisunterbrechung stattfindet, um eine Lichtbogeninstabilität auszulösen und dadurch zu bewirken, daß der Lichtbogen auf den Lichtbogenspalt umgebende Zwischenwände übergeht. Dabei findet ein magnetisches Feld in axialer Richtung Verwendung, das größer als das in radialer Richtung wirksame Feld ist, um die gewünschte Lichtbogenverschiebung zu bewirken.

Ein Vakuumschalter mit einem in axialer Richtung verlaufenden Magnetfeld ist aus der US-PS 33 45 484 bekannt. Dieses Feld wird vom Strom im Schalter selbst gesteuert, so daß nur bei hohen Stromstärken ein starkes Magnetfeld auftritt; damit soll die Gefahr von Rückzündungen des Vakuumschalters verringert werden. Eine magnetisch hochpermeable Abschirmung verhindert das Entstehen von Magnetfeldern bei kleinen Strömen.

Es ist auch bereits die Verwendung von magnetischen Platten zur Lichtbogenunterdrückung bekannt (US-PS 35 64 176 und 29 22 926), die eine Lichtbogeninstabilität /um leichteren Löschen des Lichtbogens auslösen sollen. Es wurde jedoch kein Weg aufgezeigt, wie derartige Platten zu einer Stromzerhackung in einem Vakuumschalter benutzt werden können, um den Strom zu begrenzen.

Die DE-AS 11 91 461 beschreibt einen Vakuumschalter mit einer metallischen ringförmigen Elektrode, die isoliert in der Nähe der Schalterkontakte angebracht ist; deren Zweck besteht darin, die Stabilität des Lichtbogens zwischen besonders oberflächenbehandelten Teilen der Konf.'kte zu erhöhen.

Ein Vakuumschalter mit einem zur Unterbrcchungsstreckc parallel geschalteten Widerstand ist in der DE-AS 11 33 785 beschrieben: dieser Widerstand wird beim Öffnen des Schalters eine gewisse Zeit über einen Schleifkontakt aktiviert, um Überspannungen zu verhindern. Nfieh dem vollständigen Öi'nen des Schalters, was beim Nuildurchgang des Stroms erfolgt, ist er nicht mehr wirksam und wirkt also auch nicht mehr im Sinne einer Strombegrenzung.

Es ist auch bereits die Verwendung eines Vakuum-Lichtbogens als Plasmaquelle bekannt (Zeitschrift »Proceedings of IEEE«, Band 6ü. Nr. 8, 1962. »Pulsed Metallic-Plasrna Generators«). Der Lichtbogen wird an der Oberfläche einer sich verbrauchenden Kathode ausgebildet, welche aus einem elektrisch leitenden Material bestehen kann. Das Plasma Wird durch eine ringförmige Anode in Form eines stark ausgerichteten konischen Bündels mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen. Es können ein oder mehrere Magnetfeldspulen benutzt werden, um die Impedanz und die Ausrichtung des Bündels einzustellen. Es wird darauf hingewiesen, daß dieser Plasmagenerator als Schalter für sehr große Leistungen verwendet werden kann. Der gepulste metallische Plasmagenerator verwendet feststehende Elektroden mit einer ringförmigen Anode, welche konzentrisch zur Kathodenzündanordnung verläuft. Die Schwierigkeit derartiger Einrichtungen bJ'.tcht darin, daß sie bezüglich der Lichtbogenpolarität sehr empfindlich ist. was insbesondere bei Wechselstromkreisen nachteilig ist, und daß die Elektroden der Einrichtung fixiert sind, so daß sie nicht zur Schließung des Stromkreises miteinander in Berührung gebracht werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 so auszubilden, daß nach dem Verlöschen des Lichtbogens im Vakuumschalter der Strom im abgeschalteten Kreis begrenzbar ist, wobei eine einfache und sichere

ίο Synchronisierung zwischen dem öffnen der Kontakte des Vakuumschalters und der Flußdichte des dann quer zur Schaltstrecke verlaufenden Magnetfeldes erreichbar sein soll.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind: in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im Betrieb wird der beschriebene Vakuumschalter innerhalb der ersten zwei Millisekunden nach dem Auftreten eines Fehlerstromes in einem Starkstromnetz mit hoher Spannung aktiviert. Die Kontaktstücke des Schalters verschieben sich sehr schnell bei .,einem Öffnen auf einen verhältnismäßig großen Abstand. Dämpfungsspulen oder andere geeignete Einrichtungen können erforderlich und mit der Kontaktanordnung verbunden sein,

um dieses rasche Öffnen des Schalters sicherzustellen. Sobald Jie Kontaktstücke des Schalters weit genug auseinandergezogen sind, wird ein querverlaufendes Magnetfeld impulsförmig angelegt und auf den Lichtbogen einwirken gelassen. Dazu können mechanische Verbindüngen oder elektrische Umschalter vorgesehen sein, die zuerst die Bewegung der Kontaktstücke auslösen und direkt anschließend das Einschalten des Quermagnetfelds. Dieses Magnetfeld verursacht eine starke Lichtbogeninstabilität, so daß dieser erlöscht und der Strom auf einen dazu parallel verlaufenden Stromkreis mit darin angeordneten StrombegrenzereinrichtiJingen übergeht. Diese Strombegrenzereinrichtungen können z. B. aus Überspannungsableitern, Widerständen. Drosselnetzwerken oder dergl. bestehen. Die Lichtbogenin-Stabilität kann weiter durch das Vorsehen von Zwischenwänden im Bereich der Kontaktstücke und der Verwendung von Wolfram als Kontaktmaterial vergrößert werden, da diesem Kontaktmaterial eine verhältnismäßig hohe Kathodeninobilität eigen ist.

Ein wesentlicher Vorteil des hier beschrizbenen Schalters besteht in seiner Fähigkeit, den Lichtbogen unter Strom zu löschen; es braucht dazu also kein Nulldurchgang des Stroms abgewartet zu werden.

Der Wunsch nach einer verhältnismäßig großen öffnungsstrecke für die Kontaktstücke kann es notwendig machen, ein axialem Magnetfeld vorzusehen, um die Anodenpunktbildung während des Öffnens der Kontaktstücke zu verzögern. Wenn dies der Fall ist, wird das axiale Magnetfeld kurz vor dem Erreichen des größten Kontaktstandes abgeschaltet, womit weiterhin die Lichtbogeninstabilität vergrößert wird. Das anschließende Anlegen des querverlaufenden Magnetfeldes löst die gewünschte Löschung des Lichtbogens aus.

Derartige Vakuumschalter mit querverlaufenden Magnetfeldern können in Serie mit weiteren Vakuumschaltern verwendet werden, die kein querverlaufendes Magnetfeld haben. Die Lichtbogen in den herkömmlichen Schaltern erlöschen zum selben Zeitpunkt wie der Lichtbogen in dem mit einem querverlaufenden Ma-

b=> gnetfeld versehenen Schalter, jedoch wird die durch den erzwungenen Nulldurchgang des Stromes entstehende Wiederkehrsspannung auf die Lichtbogenspalte der in Serie geschalteten Schalter verteilt. Dadurch ergibt sich

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eine Widerstandsfähigkeit gegen hohe Spannungen und die erleichterte Handhabung hoher Spannungen.

Es kann auch für spezielle Anwendungszwecke wünschenswert sein, Kapazitäten parallel zu den Schalterkontaktstückcn zu schalten. Diese Kapazitäten bewirken ebenfalls eine Vergrößerung der Lichtbogeninstabilität und verringern die Anstiegsgeschwindigkeit der Wiederkehrspannung nach dem Nulldurchgang des Lichtbogenstromes. Die Stromunterbrechung im Vakuumschalter kann von der Verwendung derartiger parallelgeschalteter Kapazitäten profitieren.

Der Vakuumschalter gemäß der Erfindung kann sowohl für Gleichstromkreise als auch für Wechselstromkreise als Strombegrenzer Anwendung finden.

Es ist von Vorteil, Vakuumschalter mit auseinanderziehbaren Kontaktstücken zu verwenden, da diese Ströme mit unterschiedlicher Polarität führen können. Damit werden die Schwierigkeiten beseitigt, die sich bei

terschiedlicher Polarität wirksam sind. Durch die Verwendung des querverlaufenden Magnetfeldes zur Vergrößerung der Stromunterbrechereigenschaften eines Vakuumschalters ergibt sich eine Einrichtung, mit der eine Strombegrenzung sehr rasch vorgenommen werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Figuren dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch einen Vakuumschalter mit zugeordneten Schaltungsteilen;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Schalter gemäß Fig. 1, der mit einer Zwischenwand zur Vergrößerung der Instabilität versehen ist;

Fig.3 eine Strombegrenzungsschaltung für hohe Spannung unter Verwendung eines Vakuumschalters als Strombegrenzer, wobei ein querverlaufendes Magnetfeld in Serie zu weiteren Vakuumschaltern geschaltet ist:

Fig.4 eine graphische Darstellung des an einen Vakuumschalter angelegten gepulsten und querverlaufenden magnetischen Feldes zur Auslöschung eines Wechselstromlichtbogens;

Fig.5 eine graphische Darstellung der Unterbrechung des Lichtbogen-Gleichstromes und der Lichtbogen-Gleichspannung in Abhängigkeit von dem an den Vakuumschalter angelegten querverlaufenden magnetischen Feld;

Fig.6 eine Schaltung gemäß Fig. 1 unter Verwendung von Dämpfungsspulen und axialen Magnetfeldspulen.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung 10 umfaßt einen Vakuumschalter IG. der aus einem hochevakuierten Gehäuse mit einem Isoliermantel 18 aus Glas oder Keramik und zwei Endkappen 20 und 22 besteht, mit denen der Isoliermantel 18 an den beiden Enden verschlossen ist. Zwischen den Endkappen 20 und 22 und dem Isoliermantel 18 sind Dichtungen 24 vorgesehen, um das Innere des Vakuumschalters vakuumdicht zu machen. Der Druck im Gehäuse beträgt im normalen Arbeitsbetrieb weniger als 133 nbar, um sicherzustellen, daß die mittlere freie Weglänge für Elektronen größer als die mögliche Durchschlagstrecke im Inneren des Isoliermantels 18 ist. Innerhalb des isoliermantels 18 sind zwei relativ zueinander verschiebbare Elektroden oder Kontaktstücke 26 und 28 angeordnet. Beim Trennen der Kontaktstücke 26 und 28 entsteht ein Spalt, in dem beim Trennen eines Stromkreises ein Lichtbogen entsteht. Das obere Kontaktstück 26 ist stationär an einem Leiterstab 32 befestigt. Dieser Leiterstab ist starr mit der Endkappe 20 z. B. durch Schweißen oder Hartlöten vcr bunden. Das untere Kontaktstück 28 ist zusammen mi dem l.eitcrstab 34 längs der Längsachse des Isolierman tels 18 verschiebbar. Dieser verschiebbare Leiterschaf 34 ragt durch eine öffnung 36 in der Endkappe 22. wi< aus Fig. 1 hervorgeht. Ein Metallbalg 38 ist einerseits an den Elektrodenschaft 34 und andererseits an dei öffnung 36 befestigt und bewirkt somit eine Abdichtung in diesem Bereich des Vakuumschalter^ bei glcich/ciii ger Verschiebbarkeit des Leiterstabes 34. Aufgrund dei Flexibilität des Metallbalges 38 kann der Leiterstab K verschoben werden, ohne daß dadurch das Vakuum in Innern des Gehäuses beeinträchtigt wird. Mit dem uii tercn Ende des verschiebbaren Leiterstabes 34 ist fcrnei eine nicht dargestellte Betätigungseinrichtung vcrbun den, die dazu dient, das bewegliche Kontaktstück 28 zui Anlage an dem stationären Kontaktstück 26 zu bringei und den Vakuumschalter zu schließen. Diese Uciäii iTiiniTCfinricHtiintT j-ollif in ri#*r I üuf* ^pin dip hi*iiit*r Kontaktstücke verhältnismäßig weit, z. B. etwa 2 cm, in nerhalb einer sehr kurzen Zeitdauer von z. B. etw; 1 Millisekunde auseinanderzuziehen. Wenn die Kon taktstücke 26 und 28 getrennt werden, entsteht zwi sehen den Kontaktstücken ein Lichtbogen 54. Durch die Einwirkung diese«. Lichtbogens verdampft etw.is Kon taktmaterial, das in Form von Materialdämpfen unc Metallteiichen vom Lichtbolenspalt 30 weg in Richtung auf den ^olicrmantel 18 dispergiert. Um den Isolier mantel 18 vor einer Kondensation der von dem Lichtbo

jo gen erzeugten Metalldämpfe und Metalltcilchen zi schützen, ist eine rohrförmige Abichirmung 40 aus Mc tall vorgesehen, die in geeignete·, Weise vom Isolier mantel 18 gehaltert wird und vorzugsweise clektriscl gegen die Endkappen 20 und 22 isoliert ist. Diese Ab schirmung 40 bewirkt, daß von dem Lichtbogen erzeug te Metalldämpfe und Metallteilchen aufgefangen bzw kondensiert werden, bevor sie den Isoliermantcl 18 er reichen können. Um ferner zu verhindern, daß Metall dämpfe bzw. Metallteiichen durch Umgehen der Ab schirmung 40 trotzdem zum Isolicrmantel 18 gelangen sind Abschirmkappen 42 und 44 vorgesehen, die an ge genüberliegenden Enden der Metallabschirniung 4< über diese übergreifen. Mit dem verschiebbaren Leiter stab 34 ist ferner eine becherförmige Abschirmung 4'.

verbunden, die zumindest teilweise über den Metallbnlj 38 greift und verhindert, daß der Metallbalg mit den bc der Lichtbogenbildung entstehenden Metalldämpfer bzw. Metallteilchen beaufschlagt wird. Die Geschwin digkeit, mit welcher die während der Lichtbogenbildung

so entstehenden Metalldämpfe beseitigt werden, bestimm die Erholungseigenschaften der Schaltung bzw. de: Schalters. Wenn die Dämpfe nicht rasch genug beseitig werden, können hohe Ausgleichsspannungen ein erneu tes Zünden auslösen, womit der Vakuumschalter aus fällt.

Es sind ferner Feldspulen 60 und 62 vorgesehen, die ein quer zur Lichtbogenstrecke verlaufendes magneti sches Feld im erregten Zustand erzeugen. Der verhält nismäßig lange Lichtbogen 54, der sich im Vakuum

bO schalter 16 ausbildet, wird durch ein pulsierendes ma gnetisches Feld unstabil gemacht, das von den Fcldspu len 60 und 62 quer zur Längsachse des Lichtbogen: einwirkt. Dieses querverlaufende magnetische Feld be wirkt, daß der Lichtbogenstrom seinen Nulldurchganf

fa5 früher durchläuft als der normalen Stromumpolunt beim Nulldurchgang des Wechselstroms entspricht. Zui Erregung der Feldspulen 60 und 62 wird eine Energie Versorgung 64 über einen Schalter 66 an die Spüler

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angeschlossen. Da diese Erregung der Feldspulen mit Hilfe einer von der Netzspannung unabhängigen Energieversorgung erfolgt, können die Magnetspulen auf jedem gewünschten Potential liegen. Damit ergeben sich vorteilhalte Sicherheitsbedingungen und die Möglichkeit der Verwendung von verhältnismäßig billigen Niederspannmngskondensatoren für die Energieversorgung Wenn im Normaibclricb die Konlaktstückc 26 und 28 geschlossen sind, ergibt sich ein geschlossener Stromweg über die Leitung 70, die Leitung 72 und den Schalter 16. Wenn dagegen die Kontaktsti'cke 26 und 28 voneinander getrennt und der Lichtbogen 54 gelöscht ist. Hießt der Strom über einen Widerstand 74. Das starke magnetische Feld quer /um Lichtbogen 54 erzwingt das rasche Auslöschen des Lichtbogens. Durch dieses hohe quervcrlaufende Feld wird eine Lichtbogeninstabilität durch ein Erschweren des Stromflusses zwischen den Konuiktstücken 26 und 28 und das Verdrängen der K jiihrwjonniinliι von Hfr KaihriHp ργ7ριιρι. w;is yu einer Dampf- und Plasmaverringerung in den Anodenbereich führt. Wenn das starke querverlaufende Magnetfeld mit einer raschen Trennung der Kontaktstücke auf eine verhältnismäßig große Entfernung verbunden ist, ergibt sich ein sirombegrenzender Schalter. Die StromunierbrcL'hung wird innerhalb der ersten zwei Millisekunden des Fehlerstromansticges bewirk!, wenn der Vakuum-Schalter 16 geöffnet wird. Die Kontaktstücke des Schalters 16 werden beim öffnen auf eine Entfernung gebracht, die verhältnismäßig groß ist und z. B. bei 2 cm liegen kann. Dies soll sehr rasch erfolgen und kann daher Γ iimpfungsspulen an den Kontaktslücken 26 und 28 bzw. an den Leiterstäben 32 und 34 notwendig machen. Obwohl in Fig. 1 nur das Kontaktstück 28 beweglich dargestellt ist, kann selbstverständlich auch ein Schalter so aufgebaut sein, daß die beiden Kontaktstücke 26 und 28. bezogen auf den Isoliermantel 18, verschiebbar sind, um ein rasches Trennen der Kontaktstücke zu bewirken. Wenin die Kontaktstücke 26 und 28 gemäß Fig. 1 verhältnismäßig weit getrennt sind, wird das Magnetfeld pulsförmig auf den Lichtbogen 54 einwirken lassen. Durch dieses querwirkende Magnetfeld wird, wie bereits erwähnt, eine Lichtbogeninstabilität ausgelöst. Der Lichtbogen 54 eriischt infoige dieser Instabilität, so daß der Strom nunmehr über den parallel dazu liegenden Widerstand 74 geleitet wird, der als Strombegrenzer wirksam ist. Dieser Strombegrenzer kann aus einem herkömmlichen Widerstand bestehen, jedoch ist es auch möglich, an dessen Stelle einen Überspannungsableiter, eine Drosselkette oder dergl. zu verwenden. Die Lichtbogeninstabilität kann dadurch weiter vergrößert werden, indem geeignete Materialien für die Kontaktstücke 26 und 28 verwendet werden, wobei sich Wolfram als besonders vorteilhaft erwiesen hat, da dieses Material eine verhältnismäßig hohe Kathodenpunktmobiütät hat und verhältnismäßig hohe Ströme zu unterbrechen in der Lage ist.

In Fig. 2 ist ein Schalter 16 dargestellt, der mit einer Zwischenwand 48 im Bereich des Lichtbogens versehen ist. Diese Zwischenwand unterstützt die Vergrößerung der Lichtbogeninstabilität.

Der Wunsch, die Kontaktstücke 26 und 28 verhältnismäßig weit auseinanderzuziehen, kann die Verwendung eines axialen Magnetfeldes notwendig machen, um die Anodenpunktausbildung so lange zu verzögern, bis die Koniaktslücke völlig getrennt sind. Dieses axiale Magnetfeld wird abgeschaltet, wenn die Kontaktstücke völlig ausdnandergezogen sind, und bewirkt eine Tendenz zur Erzeugung einer Lichtbogeninstabilität. Sobald das axiale Magnetfeld abgeschaltet ist, werden die Feldspulen 60 und 62 erregt, um das querverlaufende Magnetfeld auf den Lichtbogen 54 einwirken zu lassen.

Bei der Ausgestaltung der Erfindung gemäß F i g. 3 kann das querverlaufende Magnetfeld während der Stromkreisunterbrechung angelegt werden, wobei im Stromkreis ein oder mehrere Vakuumschalter 14 in Serie geschaltet sind. Das Auslöschen des Lichtbogens im Vakuum-Trennschalter 16 kann in der vorausstehend

ίο beschriebenen Weise durch das Anlegen des querverlaufenden Magnetfeldes erfolgen. Die Lichtbogen in den Trennschaltern 14 erlöschen im selben Augenblick wie der Lichtbogen 54, wenn das querverlaufende Magnetfeld an den Schalter 16 angelegt wird. Jedoch wirkt die Wiederkehrspannung nach dem erzwungenen Nullstrom an der Serienschaltung der Lichtbogenspalte der Schalter 14 und 16. Diese Anordnung ist wünschenswert für Strombegrenzer mit hohen Spannungen. Wenn der über die .Schalter 14 und 16 fließende Strom unterdrückt wird, wird ein Stromfluß über den parallel dazu liegenden Stromkreis mit der Strombegrenzereinrichtung 74 erzwungen.

In Fig. 6 ist ein strombegrenzender Vakuumschalter dargestellt, der Dämpfungsspulen 81 und Feldspulen 83 für ein axiales Magnetfeld aufweist. Die Dämpfungsspulen 81 und die Feldspulen 83 können, wie dargestellt, in Serie geschaltet sein. Ferner kann die Energieversorgung von den axialen Feldspulen 83 auf die Feldspulen 60 und 62 zur Erzeugung des querverlaufenden Magnetfeldes umgeschaltet werden, wenn der Vakuumschalter 16 geöffnet wird. Dies erfolgt mit Hilfe eines Schalters, der durch das Verschieben des Leiterstabes 34 betätigt wird. Der über die verschiedenen Spulen 60, 62,81 und 83 fließende Strom kann auch vom Hauptstromkreis

abgeleitet werden. Während des öffnens des Schalters 16 gemäß F i g. 6 fließt ein Strom über die Dämpfungsspulen 81, so daß in diesen entgegengesetzte Magnetfelder erzeugt werden, welche die beiden Spulen 81 sehr schnell auseinanderbewegen. Dadurch läßt sich der Schalter 16 sehr schnell öffnen. Um das Kontaktstück 28 in der offenen Stellung festzuhalten, kann eine Raste oder Klinke vorgesehen sein, die in der äußersten Lage des Leiierstabes bzw. Koniaktsiückes wirksam wird.

Gemäß F i g. 3 kann parallel zu den Kontaktstücken

•»5 26 und 28 ein Kondensator 65 geschaltet sein. Dieser Kondensator 65 verbessert die Lichtbogeninstabilität und verringert den Anstieg der Wiederkehrspannung, die auf den Nullstrom des Lichtbogens folgt. Die erzwungene Unterbrechung im Schalter 16 profitiert von

so der Verwendung des parallelliegenden Kondensators. Bei der Unterbrechung eines Spitzenstromes von beispielsweise 1,65 kA im Lichtbogen mit einer Frequenz von 60 Hz begrenzt ein Kondensator mit einer Kapazität von 14 μ? parallel zum Schalter die Überspannung auf etwa 33 kV.

Durch Experimente wurde die Nützlichkeit der Verwendung querverlaufender Magnetfelder für die Strombegrenzung bestätigt. Für ein Experiment wurde ein herkömmlicher Schalter mit etwa 7,5 cm Durchmesser zwischen zwei Feldspulen zur Erzeugung eines querverlaufenden Magnetfeldes angeordnet. Jede dieser Feldspulen hatte einen Durchmesser von etwa 15 cm und 50 Windungen. Bei der Erregung dieser Spulen wurde das Verhalten des Lichtbogenstromes und der Lichtbogenspannung aufgezeichnet. Aus der Darstellung gemäß Fig.4 kann man entnehmen, daß beim Anlegen eines gepulsten Magnetfeldes eine sehr starke Lichtbogeninstabilität entstand und der Lichtbogen sehr schnell

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erlosch.

In F i g. 5 ist der Einfluß eines gepulsten Magnetfeldes auf einen Lichtbogen-Gleichstrom von etwa 800 Ampere dargestellt, der sich bei einem Kontaktabstand von etwa 1,27 cm einstellte, wobei ein geladener Kondensa- ■> tor über die Feldspulen für das querverlaufende Magnetfeld entladen wurde. Man kann erkennen, daß der Lichtbogenstroi . beinah augenblicklich mit dem Anlegen des Magneileldes unterbrochen wird. Bei Versuchen mit größeren Strömen hat sich gezeigt, daß der Liclitbogenstrom in weniger als einer Millisekunde nach dem Anlegen des Feldes auf Null gebracht werden kann. Diese Demonstration zeigt, daß der Vakuumschalter, auf den ein querverlaufendes Magnetfeld wirkt, ein wesentlicher Teil der Strombegrenzungsanordnung ist. Ein großer Abstand der Kontaktstücke und ein hohes gepulstes Feld bewirken eine Lichtbogeninstabilität bei Strömen in Hochspannungsnetzen mit mehreren 1000 Arnnrrp.

$ Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

26 OO 683 Patentansprüche:

1. Stroinbegrenzungsanordnung mit einem Vakuumschalter enthaltend ein hochevakuiertes rohrförmiges Gehäuse, zwei in axialer Richtung des rohrförmigen Gehäuses angeordnete Kontaktstücke, von welchen mindestens das eine im Gehäuse unter Verwendung eines Balges verschiebbar gelagert ist, sowie mindestens einer seitlich außerhalb des Gehäuses in Höhe der Kontaktstücke angeordneten von einer getrennten Stromquelle über einen Schalter gespeisten Magnetfeldspule, von der ein zur Lichtbogenachse quer verlaufendes Magnetfeld mit einem beim Einschalten des Magnetisierungsstromes auftretenden Magnetfeldimpuls erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet,

— daß der im Stromkreis der mindestens einen Magneu <ldspule (60, 62) zwischen dieser und der speisenden Stromquelle (64) vorgesehene Schalter (66) beim Ausschalten des Vakuumschalters (16) erst nach dem Auftrennen des Kontaktstückpaares (26,28) über eine mechanische Verbindung mit dem verschiebbaren Kontaktstück (28) schließbar i.^ct. und daß der nach dem Magnetfeldimpuls und der dadurch bewirkten Lichtbogenlöschung im abzuschaltenden Kreis fließende Strom durch eine elektrisch parallel zu dem Kontaktstückpaar liegende strombeg; enzende Impedanz (74) führbar ist.

2. Strombegrenzungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

— daß das rohrförmige Gehäuse (18, 20, 22) des Vakuumschalters (16) im Bereich der Lichtbogenstrecke (54) mit einer eine mittige Bohrung aufweisenden Zwischenwand (48) versehen ist (Fig-2).

3. Strombegrenzungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

— daß im Bereich des das bewegliche Kontaktstück (28) tragenden Leiterstabes (34) eine Kampe oder Klinke vorgesehen ist, welche den Leiterstab in der vom festen Kontaktstück abgehobenen Position des beweglichen Kontaktstückes (28) festhält,

— und daß der im Stromkreis der Magnetfeldspulen (60, 62) angeordnete Schalter (66) ein Umschalter ist, über welchen zuerst Betätigungsspulen (81) für die Öffnung des Kontaktstückpaares (26, 28) und anschließend die Magnetfeldspulen (60, 62) für die Bildung des quer verlaufenden impulsförmigen Magnetfeldes einschaltbar sind.

4. Strombegrenzungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet.

— <Jaß am rohrförmigen Gehäuse (18. 20, 22) des Vakuumschalter (16) zusätzlich zwei elektrisch mit den Bctätigungsspuien (81) verbundene axiale Magnetfeldspulen (83) vorgesehen sind, mit welchen ein parallel zum Lichtbogen (54) verlaufendes Magnetfeld erzeugbar ist.

5. Strombegrenzungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,