DE2658235A1 - Verfahren und vorrichtung zur loeschung eines lichtbogens in einem gasstroemungsschalter - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur loeschung eines lichtbogens in einem gasstroemungsschalterInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 3 Unser Zeichen Berlin und München VPA 76 P 7 5 6 8 BRD
Verfahren und Vorrichtung zur Löschung eines Lichtbogens in einem Gasströmungsschalter
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Löschung eines Lichtbogens in einem Gasströmungsschalter, insbesondere einem
Blaskolbenschalter, mit relativ zueinander beweglichen Kontakten, die ein Dauerstromkontakt- und ein Lichtbogenkontaktsystem bilden.
Beim Ausschalten des Schalters heben zunächst die'Kontakt<■>
des Dauerstromkontaktsystems voneinander ab und der Strom kommtitiert
auf eine Lichtbogenstrombahn mit den Lichtbogenkontakten, die anschließend voneinander abheben und die Stromunterbrechung
übernehmen. Solche Kontaktsysteme sind bekannt, beispielsweise
aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 441 561.
Das Löschvermögen solcher Hochspannungsschalter ist wesentlich abhängig von der Energie, die während eines Ausschaltvorganges
im Löschsystem durch den Lichtbogen freigesetzt wird. Diese Energie muß von dem strömenden Löschmittel abgeführt werden. Je geringer
die freigesetzte Energie ist, desto leichter ist die Abschaltung. Durch Verkürzung der Lichtbogenbrenndauer kann man
die umgesetzte Energie vermindern und somit das Löschvermögen des Schalters entsprechend erhöhen. Eine Erhöhung des Löschvermögens
erhält man-zwar auch durch eine Steierung der Kontaktgeschwindigkeit,
bei einem Kontaktsystem für Hochspannung und große Stromstärken ist dies aber aus Antriebs- und mechanischen
Erfordernissen nur begrenzt möglich.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Löschvermögen
eines Gasströmungsschalters mit getrennten Strombahnen
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Kin 21 FIi / 15.12.1976 - 2 -
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für den Dauerstrom und den Lichtbogenstrom durch Verkürzung der
Lichtbogenbrenndauer zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine stromabhängige Bewegung
der Kontakte gelöst. Ab einer vorgebbaren Stärke de;; zu
löschenden Stromes wird beim Kommutieren des Stromes von dem Dauerstrom- zum Lichtbogenkontaktsystem in dem sich trennenden
Lichtbogenlöschsystem der beweglichen Elektrode eine solche negative oder positive Beschleunigung erteilt, daß durch die darras
resultierende Bewegung die galvanische Trennung der Kontakte uri
somit die Entstehung des Lichtbogens entweder zeitlich verzögert oder beschleunigt herbeigeführt wird.
Es wird somit in Abhängigkeit vom Augenblickswert des Stromes das Öffnen der Kontakte der Lichtbogenstrombahn bis zum Ende der
betreffenden Halbschwingung des Stromes oder sogar über den Nulldurchgang
des Stromes hinaus verzögert. Ferner kann in Abhängigkeit vom Augenblickswert des Stromes innerhalb der Halbschwingung
die Öffnungsgeschwindigkeit der Kontakte derart gestei^er4
werden, daß der zur Lichtbogenlöschung erforderliche Kindestabstand der Kontakte möglichst schnell erreicht wird.
In einer zur Durchführung des Verfahrens besonders geeigneten Löschvorrichtung wird der bewegliche Kontakt der Lichtbogenstrombahn
mit einem besonderen Antrieb, insbesondere einem Induktionsantrieb, versehen, der die Kontakttrennung und damit die Entstehung
des Lichtbogens verzögert. Der Stromwert wird so eingestellt, daß die Bewegung dann ausgelöst wird, wenn im folgenden
Stromnulldurchgang noch keine Löschung erfolgen kann, d.h. die Mindestlöschdistanz der Kontakte noch nicht erreicht wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird durch den besonderen Antrieb
der Kontakt in seiner Bewegungsrichtung zusätzlich beschleunigt. Dadurch wird die Mindestlöschdistanz schneller erreicht
und der Lichtbogen erlischt bereits im folgenden Nulldurchgang .
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Lichtbogenlöschung nach der Erfindung in einem Querschnitt schematisch dargestellt
ist. In Figur 2 ist die Wirkungsweise der Vorrichtung in einem Diagramm veranschaulicht.
Im Querschnitt des Kontaktsystems eines Gasströmungsschalterc,
beispielsweise eines Blaskolbenschalters, nach Figur 1 trägt der Elektrodenkopf ein Düsensystem mit einer Düsenmündung 2,
einer Isolierstoffdüse 4, einer ersten Dauerstromelektrode 6 und
den Kolben S, der in einem Gleitzylinder 10 geführt ist. Die
Dauerstromelektrode 6 mit der Düse 4 und dem Kolben 0 ist mit
einer Elektrode 12 fest verbunden. Der durch den Kolben 8 sowie den Gleitzylinder 10 und die Elektrode 12 begrenzte Komprescionsraum
14 kann beispielsweise durch einen in der Figur nicht dargestellten
Flansch abgeschlossen sein, durch den die rohrförmig^
Elektrode 12 gasdicht hindurchgeführt ist.
Dem Dauerstromkontakt 6 ist ein weiterer Dauerstromkontakt 16 zugeordnet,
der in die Innenwand eines Zylinders 18 eingesetzt ist. Dieser Zylinder ist über einen Flansch 20 mittelbar mit einer beweglichen
Elektrode 22 verbunden, die vorzugsweise ebenfalls rohrförmig
gestaltet sein kann und in die Mündung der Elektrode 12 hineinragt. Die Elektroden 12 und 22 sind zur Bildung der Lichtbogenstrorabahn
vorgesehen und relativ zueinander beweglich.
Die Elektrode 12 ist mit einem in der Figur nicht dargestellten Antrieb versehen, der in bekannter Weise gestaltet sein kann.
Der Elektrode 22 ist ein zusätzlicher Antrieb 30 zugeordnet, der
ihr die positive oder negative Beschleunigung nach der Erfindung
verleiht und der vorzugsweise ein Induktionsantrieb, insbesondere ein magneto-dynamischer Antrieb, sein kann. Zu diesem Antrieb
gehören im wesentlichen eine Magnetspule 32, eine als Induktionsscheibe wirkende Ringscheibe 34 sowie eine Feder 36. Die im
Prinzip wie ein Thomsonscher Ring wirkende Induktionsscheibe ist: als Flansch an der hohlen
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Elektrode 22 befestigt. Durch die Spule 32, deren eines Ende über einen Gleitkontakt 38 an die Elektrode 22 und deren anderes,
in der Figur nicht dargestelltes Ende mit dem Flansch 20 bzw. über den Zylinder 18 mit dem Dauerkontakt 16 verbunden se"'η
soll, erzeugt in der Induktionsscheibe 34 Wirbelströme, sobald sie vom Strom durchflossen ist. Der Flansch 20 ist gegen die
Elektrode 22 isoliert, was in der Figur lediglich durch einen Isolierstoffkörper 40 angedeutet ist. Durch die Feder 36 wird
die bewegliche Elektrode 22 durch eine einstellbare Kraft in der in der Figur dargestellten Normalstellung gehalten, solarzelle
Spule 32 nicht vom abzuschaltenden Strom durchflossen ist.
Zur Löschung eines Stromes wird ein der beweglichen Elektrode "2 zugeordnetes und in der Figur nicht dargestelltes Antriebssystem
betätigt, das den aus der Elektrodenmündung 2, der Isolierstoffdüse 4 mit dem Dauerkontakt 6 und dem Kolben 8 gebildeten Löschkopf
in Achsrichtung der festen Elektrode 12 bewegt, wie es in der Figur durch einen Pfeil 42 angedeutet ist. Dadurch wird ei*·.
Löschgas, vorzugsweise Schwefelhexafluorid SF^, im Kompression raum
14 komprimiert, der über Kanäle 44 mit dem Düsenraum 46 verbunden ist. Bei dieser Bewegung wird zunächst die Stronbahn
zwischen den Dauerstromelektroden 6 und 16 geöffnet und der zu
löschende Strom kommutiert auf die parallelgeschaltete Lichtbogenstrombahn der Elektroden 12 und 22. Er fließt dann über den
~5 Flansch 20, die Spule 32, den Kontakt 38, die Elektrode 22 und
die Elektrode 12. Bei einem Strom unterhalb eines vorgebbaren Wertes wird die Elektrode 22 durch die Feder 36 in der dargestellten
Normalstellung gehalten. In diesem Fall dauert die sogenannte Vorkompression des Löschgases so lange, bis die Mündung
23 der Elektrode 22 sich in Richtung des Pfeiles 48 aus der Elektrodenmündung 2 herausbewegt. Dann erfolgt die galvanische Trennung
der Kontakte 12 und 22 und zwischen den Mündungen 2 und 23
wird ein Lichtbogen gezogen. Zugleich strömt das im Kompressionsraum 14 komprimierte Löschgas durch die Strömungskanäle bzw.
einen ringförmigen Strömungskanal 44 sowie den Düsenraum 46 in den Löschraum 50. Durch das strömende Löschgas wird der Lichtbogen
gekühlt und im Nulldurchgang des Stromes gelöscht. Durch
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das strömende Löschgas werden mit abnehmender Stromstärke die Lichtbοgenfußpunkte in die Elektrodenmündung 2 hinein- und entlang
der Elektrode 22 getrieben.
Übersteigt die Stromstärke einen vorbestimmten Wert, so wird der zusätzliche Antrieb 30 durch den Strom betätigt. Bei der Kommutierung
des Stromes auf die Spule 32 entsteht in der Spule eine entsprechende Änderung des magnetischen Flusses, wodurch in bekannter
Weise in der Induktionsscheibe 34 solche Wirbelströme
induziert werden, daß eine abstoßende Kraft zwischen der Spule und der Induktionsscheibe entsteht. Durch diese Kraft auf der
Induktionsscheibe 34 erhält die Elektrode 22 eine Beschleunigung
in der Richtung des Pfeiles 42, d.h. in der Bewegungsrichtung der Elektrode 12. Dabei wird die Feder 36 gespannt. Die Elektrode
22 rückt um einen Hub nach unten, der in der Figur durch einen Pfeil a angedeutet ist.
Durch diese zusätzliche Bewegung der an sich festen Elektrode '
wird der Zeitpunkt der galvanischen Trennung zwischen den Elektroden
12 und 22 und damit die Entstehung des Lichtbogens verzögert, wie es im Diagramm nach Figur 2 dargestellt, in dem der
zu löschende Strom I über der Zeit t aufgetragen ist. Soll der Strom im Stromnulldurchgang zur Zeit t^, unterbrochen werden,
so muß die Trennung der Kontakte 12 und 22 bereits zu einem
9C: Zeitpunkt t . * oder noch früher erfolgen, damit die erforderliche
Mindestlöschdistanz zwischen den Elektrodenmündungen 2
und 23 noch rechtzeitig erreicht wird. Erfolgt die Trennung der Kontakte 12 und 22 erst zu einem Zeitpunkt t,, so kann die Stromunterbrechung
nicht mehr in der gleichen Stromhalbschwingung, d.h. bis zum Zeitpunkt tQy., erfolgen. Sie findet dann erst eine
Halbschwingung später, zum Zeitpunkt t02, statt. Da das Löschvermögen
eines Hochspannungsschalters wesentlich von der Energie bestimmt wird, die bei einem Löschvorgang vom Lichtbogen im
Löschsystem freigesetzt und im wesentlichen durch das Löschgas abgeführt werden muß, übernimmt das Löschsystem in diesem Fall
eine entsprechend hohe Energie. Nach der Erfindung wird nun diese Energie dadurch wesentlich vermindert, daß durch die zu-
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sätzliche Beschleunigung der Elektrode 22 die Öffnung der Mündungen
2 und 23 der Elektroden 12 und 22 bis zu einem späteren Zeitpunkt t . vor dem Ende der Halbschwingung oder sogar bis
zur Zeit t ρ in der nächsten Halbschwingung verzögert wird. Der
Zeitpunkt t ~ rauß jedoch vor einer Zeit t . ~ in der folgenden
Halbschwingung liegen, bei der die Löschung innerhalb der nächsten
Halbschwingung, d.h. im Stromnulldurchgang t02, noch sichergestellt
ist.
Die Masse der Elektrode 22 kann in Verbindung mit der Federkraft
der Feder- 36 so ausgelegt werden, daß die durch die Feder 36 bedingte Rückbewegung der Induktionsscheibe 34 in die Normalstellung
erst nach der Löschung des Lichtbogens erfolgt. Die beschleunigende Kraft für die Bewegung der Elektrode 22 wird bestimmt
durch die Stromänderungsgeschwindigkeit (dl/dt), die beider Kommutierung des Stromes von der Dauerstrombahn auf die
Lichtbogenstrombahn entsteht. Diese Kraft ist somit nur während eines Zeitraumes At wirksam, der kurz ist im Vergleich zur
Stromhalbschwingung. Nur in diesem Zeitraum wirkt der Antrieb und beschleunigt die Elektrode 22, die sich danach entsprechend
den Bewegungsgesetzen des mechanischen Systems aus Elektrode 22 und Feder 36 weiterbewegt. Die induktiv durch Wirbelströme erzeugte
Kraft nimmt mit zunehmendem Abstand zwischen der Spule ~'-2
und der Induktionsscheibe 3^ sehr schnell ab. Deshalb hat die
"P^ Stromänderung des zu löschenden Stromes, die im Nulldurchgang
t^. bzw. tQp ihren Maximalwert erreicht, nach Beginn der Bewegung
der Elektrode 22 keinen Einfluß mehr auf den weiteren Bewegungsablauf.
Die Spule 32 kann aus einer oder auch mehreren Windungen bestehen.
Ihre Auslegung hängt ab von der zur Beschleunigung der Elektrode 22 notwendigen magnetischen Kraft und vom Augenblickswert des zu löschenden Stromes, von dem ab die Verzögerung der
galvanischen Trennung der Elektroden 12 und 22 und damit die Verzögerung der Bildung des Lichtbogens erfolgen soll.
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- ? - TBP 7 5 68 BRD
Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Anordnung
zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß im Ringraum, der von der Spule 32 eingeschlossen wird, wenigstens
ein zusätzlicher ferromagnetischer Einsatz 52 angeordnet ist, mit dem man eine Verstärkung des magnetischen Flusses
und damit eine entsprechende Vergrößerung der magnetischen Kraft auf die Induktionsscheibe 34 erhält.
Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, in den Lichtbogenstroi pfad,
vorzugsweise in die Zuleitungen der Spule 32, stromabgrenzende Elemente, insbesondere einen Widerstand, einzufügen.
Es gibt Schaltfälle, in denen es weniger auf die umgesetzte
Energie ankommt, als darauf, daß in jedem Falle die Mindestlöschdistanz
der Anordnung so schnell wie möglich erreicht wire. Zu diesem Zweck wird der Antrieb 30 für die Elektrode 22 so gestaltet,
daß die Elektrode 22 eine Beschleunigung entgegen der Richtung des Pfeiles 48 erhält. Dies erreicht man in einfacher
Weise dadurch, daß die Spule 32 und die Induktionsscheibe 34
oberhalb des Flansches 20 angeordnet werden. Entsprechend ist dann auch die Anordnung der Feder 36 zu ändern, die magnetisch··
Kraft auf die Induktionsscheibe 34 wirkt dann in der Richtung
des Pfeiles 48. Durch diese zusätzliche Beschleunigung der Elektrode
22 wird die Mindestlöschdistanz der Elektrodenmündungen '-
^"5 und 23 schneller erreicht, so daß in vielen Fällen die Löschunr
des Lichtbogens noch beim folgenden Stromnulldurchgang erfolgen
kann.
10 Patentansprüche
2 Figuren
2 Figuren
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Claims (10)
- Patentansprüche[ 1 J Verfahren zur Löschung eines Lichtbogens in einem Gasströ-igsschalter mit relativ zueinander beweglichen Kontakten, die ein Dauerstromkontakt- und ein Löschkontaktsystem bilden, gekennzeichnet durch eine stromabhängige Bewegung der Kontakte (12, 22).
- 2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Löschung eines Lichtbogens in einem Gasströmungsschalter mit einer Dauer- und einer Lichtbogenstrombahn, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung der Kontakte (12, 22) der Lichtbogenstrombahn in Abhängigkeit von der Stromstärke verzögert wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 zur Löschung eines Lichtbogens in einem Gasströmungsschalter mit einer Dauer- und Lichtbogenstrombahn, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Bewegungsgeschwindigkeit der Kontakte (12, 22) der Lichtbogenstrombahn in Abhängigkeit von der Lichtbogenstromstärke erhöht wird.
- 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung oder Verzögerung der Kontaktbewegung wenigstens einer der Kontakte (12, 22) mit einem Induktionsantrieb (30) versehen ist.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den mit dem Induktionsantrieb (30) versehenen Kontakt (22) eine Feder (36) vorgesehen ist, deren Federkraft in Richtung der Ruhelage der Kontakte (22) wirkt.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung zu einer Spule (32) des Induktionsantriebes (30) strombegrenzende Mittel enthält.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als strombegrenzende Mittel Widerstände und/oder Induktivitäten vorgesehen sind.8 0 9 8 2Ϋ/ 010 9— 9 —-y- 76P 7 5 6 8 BRD
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß für den Stromübergang von der Spule (32) zum angetriebenen Kontakt (22) ein Gleitkontaktsystem vorgesehen ist.
- 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,· dadurch gekennzeichnet, daß für die Stromzufuhr zur Spule (32) des Induktionsantriebes (30) eine flexible Leitung vorgesehen ist.
- 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des von der Spule (32) eingeschlossenen Ringraumes ferromagnetische Einsätze (52) vorgesehen sind.80 9 8 2^/0109
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