DE2903426C2

DE2903426C2 - Electromagnetic arc extinguishing device

Info

Publication number: DE2903426C2
Application number: DE2903426A
Authority: DE
Inventors: Anatoly Alexandrovi&ccaron; Afanasiev; Erik Ivanovi&ccaron; Asinovsky; Evgeny Panteleevi&ccaron; Pakhomov; Ivan Mikhailovich Moskovskaya oblast Dolgoprudny Yartsev; Vladimir Albertovi&ccaron; Moskau/Moskva Zeigarnik
Original assignee: INSTITUT VYSOKICH TEMPERATUR AKADEMII NAUK SSSR MOSKAU/MOSKVA SU
Current assignee: INSTITUT VYSOKICH TEMPERATUR AKADEMII NAUK SSSR MOSKAU/MOSKVA SU
Priority date: 1978-04-28
Filing date: 1979-01-30
Publication date: 1986-06-19
Also published as: FR2424620A1; DE2903426A1; CA1119219A; FR2424620B1; IT7920196A0; SU773788A1; GB2020113A; IT1166635B; YU76679A; GB2020113B; SE442563B; SE7901320L; JPS54143880A; CH648151A5; YU39862B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Lichtbögenlöscheinrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Eine solche Lichtbögenlöscheinrichtung ist aus der FR-PS 11 00 959 bekannt Es geht dabei um das Abschalten beliebiger elektrischer Wechsel- und Gleichstromkreise mittels Hochspannungs-Starkstrom-Schaltapparaten wie Schalter, Sicherungen oder Trennschalter, wobei der auftretende Lichtbogen durch die elektromagnetische Wechselwirkung aes Stroms der Bogensäule mit dem Magnetfeld auseinandergeblasen wird. Dabei nimmt er eine sich in Radialrichtung ausweitende Schraubenform an, und die Elektrodenspannung steigt an.The present invention relates to an electromagnetic Arc extinguishing device according to the preamble of the main claim. Such an arc extinguisher is known from FR-PS 11 00 959 It is about switching off any electrical AC and DC circuits by means of high-voltage heavy-current switching devices such as switches, Fuses or disconnectors, the arc occurring due to the electromagnetic interaction aes current of the arc column is blown apart with the magnetic field. He takes one in The helical shape widens in the radial direction, and the electrode voltage increases.

Bei der oberbegrifflich vorausgesetzten bekannten Ausbildung ist nur eine in Axialrichtung verschiebliche Elektrode vorhanden, die vor Beginn der Stromkreisauftrennung durch die gesamte Länge des Axialkanals ragt und mit außerhalb desselben gelegenen Kontakten Berührung hat. Zwischen diesen und dem ihnen zugewandten Ende der Lichtbogenlöschkammer ist noch eine kegelstumpfförmige Drahtspirale angeordnet, deren kleines Ende über eine die gesamte Anordnung weiter außen umgebende Spule mit den Kontakten verbunden ist und dessen großes Ende in die erste Windung des Schraubenlinienhohlraums der Löschkammer ragt.In the known design assumed by the preamble, only one is displaceable in the axial direction Electrode present that runs through the entire length of the axial channel before the start of the electrical circuit separation protrudes and has contact with outside contacts. Between these and the one facing them A frustoconical wire spiral is arranged at the end of the arc extinguishing chamber small end connected to the contacts via a coil surrounding the entire arrangement further outside and its large end protrudes into the first turn of the helical cavity of the arcing chamber.

Entfernt sich das Ende der Elektrode beim Auftrennen des Stromkreises von den Kontakten, so springt der Fußpunkt des entstehenden Lichtbogens bald von den Kontakten auf die Drahtspirale über, so daß jetzt die Spule stromdurchflossen wird. Danach läuft mit der weiteren Axialbewegung der Elektrode der eine Fußpunkt des Lichtbogens längs der Drahtspirale in die Löschkammer und erreicht an deren Ende bereits seinen größten Radius. Bei der weiteren Elektrodenbewegung verlängert sich der Lichtbogen entsprechend der Auseinanderbewegung der Elektrode von der Drahtspirale, wodurch weitere Lichtbogenwindungen hinzukommen. Diese Verlängerung des Lichtbogens geschieht aber nur linear mit der Entfernungsbewegung der Elektrode.If the end of the electrode moves away from the contacts when the circuit is broken, the jumps The base of the resulting arc will soon be transferred from the contacts to the wire spiral, so that now the Coil is energized. Then one base point runs with the further axial movement of the electrode of the arc along the wire spiral into the arcing chamber and already reaches its end at its end largest radius. As the electrode moves further, the arc is lengthened according to the movement apart of the electrode from the wire spiral, adding more arc turns. This lengthening of the arc occurs only linearly with the removal movement of the electrode.

Weil bei dieser bekannten Anordnung die Drahtspirale zu Beginn des Ausschaltvorganges den Lichtbogen führt, wird gerade zu Beginn des Ausschaltvorganges noch keine wirksame Kühlung duch die schraubenlinienförmigen Löschkammerwände möglich. Außerdem ist diese Ausbildung recht kompliziert. Schließlich sind in der genannten Druckschrift keinerlei konkrete Angaben zur Bemessung der Löschkammer entnehmbar, so daß insoweit keine im Sinne einer kompakten Bauweise optimale Gestaltung vorliegt.Because with this known arrangement, the wire spiral causes the arc at the beginning of the switch-off process leads, at the beginning of the switch-off process, there is still no effective cooling by the helical Extinguishing chamber walls possible. In addition, this training is quite complicated. Finally are no specific information on the dimensioning of the extinguishing chamber can be found in the cited publication, see above that in this respect there is no optimal design in terms of a compact design.

Aus der DE-PS 9 26 147 ist eine Lichtbögenlöscheinrichtung bekannt, bei der dem elektrischen Löschbogen eine stationäre Schraubenlinienform mit über die Zeit konstantem Radius aufgezwungen wird, und zwar imFrom DE-PS 9 26 147 is an arc extinguishing device known, in which the electric arc arc a stationary helical shape with over time constant radius is imposed, namely in

wesentlichen dadurch, daß die Bogensäule durch Blasen mittels eines Gases oder eines quer zum Strom gerichteten Magnetfelds an die Wand von Innengewindegängen gedrückt wird. Dies kann jedoch nur eine begrenzte Verlängerung des Bogens bewirken. Zwa«' können auch hier die Lichtbogenkontakte in den axialen Kanal beidseits hineinragen, jedoch ist die konstr jktive Gestaltung dieser Löschkammer eine wesentlich andere. Hier sind grundsätzlich magnetische oder pneumatische Einrichtungen notwendig, um den Lichtbogen überhaupt »n eine Schraui«nlinienform zu bringen, wobei relativ enge Axialbohrungen am Außenumfang des schraubenlinienförmigen Löschkammerhohlraums eine Ausblasung des Lichtbogens stark behindern. Dadurch wird bei diesem Schalter die Löschkammerinnenwand unnötig stark beansprucht. essential in that the arc column by blowing by means of a gas or a magnetic field directed transversely to the current on the wall of internal threads is pressed. However, this can only cause a limited lengthening of the arch. Zwa «'can too Here the arcing contacts protrude into the axial channel on both sides, but the design is constructive this extinguishing chamber is a much different one. Here are basically magnetic or pneumatic devices necessary to bring the arc into a helix shape at all, although relatively narrow Axial bores on the outer circumference of the helical arcing chamber cavity a blowout of the Severely obstruct the arc. As a result, the inner wall of the arcing chamber is unnecessarily stressed with this switch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Lichtbogenlöscheinrichtung für elektrische Schaltapparate zu schaffen, bei der die konstruktive Ausführung der Lichtbogenlöscheinrichtung es gestattet, den Lichtbogen beim Abschalten so weit zu verlängern, daß sich eine Erhöhung der Betriebsspannung bei vorgegebenen Abmessungen der Schaltapparatur unter Beibehaltung oder Steigerung ihrer Schaltgeschwindigkeit ergibt und sie dadurch in verschiedenartigen Hochspannungs-Starkstromschaltapparaten verwendbarwird. The invention is based on the object of an electromagnetic To create arc extinguishing equipment for electrical switchgear, in which the constructive The design of the arc extinguishing device allows the arc to be extended when it is switched off to such an extent that that there is an increase in the operating voltage for given dimensions of the switching apparatus while maintaining or increasing their switching speed results and thereby in different High-voltage power switchgear becomes usable.

Ausgehend von der eingangs genannten bekannten Ausbildung gelingt die Lösung der gestellten Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale.The task at hand is achieved on the basis of the known training mentioned at the outset by the features mentioned in the characterizing part of claim 1.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die in Anspruch 7 angegebene Verwendung der Lichtbogenlöscheinrichtung in Verbindung mit einem Schmelzleiter ist an sich aus der DE-PS 6 02 544 bekannt. Jedoch hat bei dieser bekannten Ausbildung der Schmelzleiter eine radiale Erstreckung, während bei der vorliegend vorgeschlagenen Ausbildung der Schmelzleiter selbst im Axialkanal der Lichtbogenlöschkammer liegt. Hieraus folgt ein verschiedener Betriebsablauf: Bei der bekannten Ausbildung entwickelt sich ein Lichtbogen zwischen dem Innenende des Schmelzleiters, der der Fußpunkt des Lichtbogens bleibt, und einem zentralen Leiter, längs dessen der andere Fußpunkt läuft. Dabei entwickelt sich der Lichtbogen auf dem Außenradius und liegt ständig an der Wand des Gehäuses an, so daß dieses aus einem entsprechend lichtbogenfesten Werkstoff gefertigt sein muß.Expedient developments of the invention are specified in the subclaims. The claim 7 specified use of the arc extinguishing device in connection with a fusible link is per se from DE-PS 6 02 544 known. However, in this known design, the fusible conductor has a radial one Extension, while in the presently proposed design of the fusible conductor itself in the axial channel the arc chamber is located. A different operational sequence follows from this: In the known training an arc develops between the inner end of the fuse element, which is the base of the Arc remains, and a central conductor, along which the other base runs. It develops the arc on the outer radius and is constantly on the wall of the housing, so that this from a must be manufactured in accordance with arc-proof material.

Bei der in Anspruch 7 vorgeschlagenen Ausbildung entsteht dagegen der Lichtbogen sofort auf seiner ganzen Länge, d. h. von vornherein mit der maximalen Zahl der Schraubenwindungen, und entwickelt sich gleichzeitig auf seiner ganzen Erstreckung in radialer Richtung. Auch hier tritt somit eine sehr schnelle und damit effektive Vergrößerung seiner Erstreckung auf.In the case of the training proposed in claim 7, however, the arc arises immediately over its entire length Length, d. H. from the outset with the maximum number of screw turns, and develops at the same time over its entire extent in the radial direction. Here, too, occurs a very fast and therefore effective Enlarging its extension.

Allen vorgeschlagenen Ausbildungen ist eigen, daß der Lichtbogen wegen seiner raschen axialen und radialen Ausdehnung eine jeweils nur kurzzeitige Wärmeeinwirkung auf die Hohlraumwand ausübt, so daß sich sehr schonende Betriebsbedingungen ergeben.All of the proposed designs are characteristic of the arc because of its rapid axial and radial Expansion exerts only a brief heat effect on the cavity wall, so that very result in gentle operating conditions.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigegebenen Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigtThe invention is illustrated below through the description of exemplary embodiments with reference to the enclosed Drawings explained further. It shows

Fig. I eine elektromagnetische Lichtbogenlöscheinrichtung für elektrische Schaltapparate in perspektivischer Darstellung,Fig. I an electromagnetic arc extinguisher for electrical switchgear in perspective view,

F i g. 2 eine Ausführungsform der Lichtbogenlöschkammer der elektromagnetischen Lichtbogenlöscheinrichtung mit einem Hohlraum, dessen Profil verjüngt in Radialrichtung (im Längsschnitt) ausgeführt ist,F i g. 2 shows an embodiment of the arc extinguishing chamber of the electromagnetic arc extinguishing device with a cavity, the profile of which is tapered in the radial direction (in longitudinal section),

Fig.3 eine Ausführungsform der Lichtbogenlöschkammer, dessen Hohlraum ein 2ickzackförmiges Prof! (im Längsschnitt) aufweist,3 shows an embodiment of the arc extinguishing chamber, whose cavity is a 2igzag-shaped prof! (in longitudinal section),

Fig.4 eine Ausführungsform der Lichtbogenlöschkammer der elektromagnetischen Lichtbogenlöscheinrichtung mit Fixierelementen (im Längsschnitt),4 shows an embodiment of the arc extinguishing chamber the electromagnetic arc extinguishing device with fixing elements (in longitudinal section),

F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V zu F i g. 4,F i g. 5 shows a section along the line V-V to FIG. 4,

Fig.6 eine Ausführungsform der elektromagnetischen Lichtbogenlöscheinrichtung mit Stirnscheiben (im Längsschnitt),
Fig.7 eine Ausführungsform der elektromagnetisehen Lichtbogenlöscheinrichtung mit einem im Axialkanal angeordneten Stab aus Isolierstoff (im Längsschnitt), 6 shows an embodiment of the electromagnetic arc extinguishing device with end disks (in longitudinal section),
7 shows an embodiment of the electromagnetic arc extinguishing device with a rod made of insulating material arranged in the axial channel (in longitudinal section),

F i g. 8 die elektromagnetischen Lichtbogenlöscheinrichtung einer Sicherung,F i g. 8 the electromagnetic arc extinguishing device of a fuse,

Fig.9 die elektromagnetische Lichtbogenlöscheinrichtung einer Sicherung und eines Trennschalters mit elektrischer Explosion.Fig. 9 the electromagnetic arc extinguishing device a fuse and a circuit breaker with electrical explosion.

Die elektromagnetische Lichtbogenlöscheinrichtung für elektrische Schaltapparate wird am Beispiel der Lichtbogenlöscheinrichtung eines Schalters beschrieben. In der Regel wird die Lichtbogenlöscheinrichtung parallel zu den Leistungskontakten des Schalters geschaltet, die für einen Stromfluß im Einschaltzustand sorgen.The electromagnetic arc extinguishing device for electrical switchgear is illustrated using the example of Arc extinguishing device of a switch described. As a rule, the arc extinguishing device connected in parallel to the power contacts of the switch, for a current flow when switched on care for.

Die elektromagnetische Lichtbogenlöscheinrichtung enthält eine Lichtbogenlöschkammer 1 (Fig. 1), deren Hohlraum schraubenlinienförmig gebogen ist, sowie einen Axialkanal 2 aufweist. Im Axialkanal 2 sind zwei Elektroden 3,4 angeordnet. Der Durchmesser der Elektroden 3, 4 wird durch den Wert des Betriebsstromes bestimmt und ist dem Durchmesser des Axialkanals 2 gleich. Als Material der Elektroden 3, 4 kommen beispielsweise wie üblich Kupfer, Kupfer-Wolf ram-Legierungen u. ä. in Frage. Die Lichtbogenlöscheinrichtung enthält außerdem wie üblich (in F i g. 1 nicht gezeigte Lichtbogenlöschspulen, die beispielsweise in Reihe mit der Lichtbogenlöscheinrichtung liegen und für die Erzeugung eines (in F i g. 1 durch einen Pfeil angedeuteten) Magnetfeldes in der Lichtbogenlöschkammer 1 während des Ausschaltens sorgen. Bei der betreffenden Einrichtung ist das Magnetfeld B in Achsrichtung der Lichtbogenlöschkammer 1 und der Elektroden 3,4 ausgerichtet, d. h., es ist ein Längsfeld.The electromagnetic arc extinguishing device contains an arc extinguishing chamber 1 (FIG. 1), the cavity of which is bent in a helical shape, and has an axial channel 2. Two electrodes 3, 4 are arranged in the axial channel 2. The diameter of the electrodes 3, 4 is determined by the value of the operating current and is the same as the diameter of the axial channel 2. As the material of the electrodes 3, 4, for example, as usual, copper, copper-tungsten alloys and the like come into question. The arc extinguishing device also contains, as usual (arc extinguishing coils not shown in FIG. 1, which are for example in series with the arc extinguishing device and for generating a magnetic field (indicated by an arrow in FIG. 1) in the arc extinguishing chamber 1 during switching off In the device in question, the magnetic field B is aligned in the axial direction of the arc extinguishing chamber 1 and the electrodes 3, 4, ie it is a longitudinal field.

Die Lichtbogenlöschkammer 1 der elektromagnetisehen Lichtbogenlöscheinrichtung ist zur erzwungenen Vorgabe der Bewegung in Radialrichtung eines schraubenlinienförmig gekrümmten zu löschenden Lichtbogens 5 (in Fig. 1 sind r — ein laufender Radius des schraubenlinienförmigen Lichtbogens 5 und F — eine Radialkomponente der elektromagnetischen Kraft auf Grund des Stroms des Lichtbogens 5 und des Magnetfeldes B, deren Richtung der Einwirkung auf die Säule des Lichtbogens 5 durch Pfeile angedeutet ist) vorgesehen. Diese Kammer 1 ist durch einen scftneckenförmigen Körper gebildet, der eine den genannten schraubenlinienförmigen, Δ breiten Hohlraum der Lichtbogenlöschkammer 1 bildenden Hohlraumwand 6 mit einer Schrittweite λ darstellt. Der vorliegende Hohlraum erfüllt die Rolle eines Lichtbogenlöschschlitzes der Einrichtung, dessen Breite samt den Werten des Stromes des Lichtbogens 5 und des Magnetfeldes B die Kenndaten des Lichtbogens, wie Stromdichte, Maße und Form des Querschnitts der Bogensäule, deren elektrischeThe arc extinguishing chamber 1 of the electromagnetic arc extinguishing device is for the forced specification of the movement in the radial direction of a helically curved arc 5 to be extinguished (in Fig. 1, r - a running radius of the helical arc 5 and F - a radial component of the electromagnetic force due to the current of the arc 5 and the magnetic field B, whose direction of action on the column of the arc 5 is indicated by arrows). This chamber 1 is formed by a screw-shaped body which represents a cavity wall 6 with a pitch λ which forms said helical, Δ wide cavity of the arc extinguishing chamber 1. The present cavity fulfills the role of an arc extinguishing slot of the device, the width of which, together with the values of the current of the arc 5 and the magnetic field B, the characteristics of the arc, such as current density, dimensions and shape of the cross section of the arc column, its electrical

Feldstärke und schließlich die Bewegungsgeschwindigkeit der Bogensäule bestimmt. Deshalb kann die Breite des schraubenlinienförmigen Hohlraumes der Kammer 1, wie es in den elektromagnetischen Lichtbogenlöschkammern üblich ist, 2 bis 10 mm betragen.Field strength and finally the speed of movement of the arch column are determined. Therefore, the width can of the helical cavity of the chamber 1, as it is in the electromagnetic arc extinguishing chambers is common to be 2 to 10 mm.

Die Schrittweite λ des schraubenlinienförmigen Hohlraumes der Kammer I wird möglichst klein gewählt und durch Werkstoff, Herstellungstechnologie, Betriebsverhältnisse und Lebensdauer der Lichtbogenlöschkammer 1, insbesondere durch die minimal zulässige Dicke (A—A) der Hohlraumwand 6 bestimmt. Die Hohlraumwand 6 der Lichtbogenlöschkammer 1 kann aus verschiedenartigen, darunter aus lichtbogenfesten und gaserzeugenden Isolierstoffen, speziell aus Gießharzen, beispielsweise vom Typ Polysulfan, Polykarbonat, Lawsan, gefertigt werden.The step size λ of the helical cavity of the chamber I is selected to be as small as possible and is determined by the material, manufacturing technology, operating conditions and service life of the arc extinguishing chamber 1, in particular by the minimum permissible thickness (A-A) of the cavity wall 6. The cavity wall 6 of the arc extinguishing chamber 1 can be made of various types, including arc-resistant and gas-generating insulating materials, especially cast resins, for example of the polysulfane, polycarbonate, Lawsan type.

Die Wärmebeanspruchung der Wände der Lichtbogenlöschkammer 1 liegt bei der vorliegenden Konstruktion infolge größerer Bewegungsgeschwindigkeiten für die Bogensäule (s. unten) unterhalb der Wärmebeanspruchung der Wände existierender elektromagnetischer Labyrinth-Lichtbogenlöschkammern, und außerdem ist die Hohlraumwand 6 der Lichtbogenlöschkammer 1 von mechanischen Beanspruchungen infolge dessen zweiseitiger Beeinflussung seitens des Lichtbogens 5 im beträchtlichen Maße entlastet. Aus diesem Grunde sind die Anforderungen an das Material, aus dem die Hohlraumwand 6 der Lichtbogenlöschkammer 1 hergestellt wird, gegenüber den Anforderungen an das Material der bekannten Konstruktionen der elektromagnetischen Labyrinth-Lichtbogenlöschkammern weniger streng.The thermal stress on the walls of the arc extinguishing chamber 1 lies in the present construction as a result of higher movement speeds for the arch column (see below) below the thermal stress the walls of existing labyrinth electromagnetic arc chambers, and also is the cavity wall 6 of the arc extinguishing chamber 1 from mechanical stresses as a result bilateral influence on the part of the arc 5 relieved to a considerable extent. For this reason are the requirements for the material from which the cavity wall 6 of the arc extinguishing chamber 1 is made is, compared to the requirements on the material of the known constructions of the electromagnetic Labyrinth arc chambers less strict.

Die vorliegende Lichtbogenlöschkammer 1 kann durch Gießen oder Stanzen hergestellt werden. Hierbei ist es zweckmäßig, sie zusammensetzbar in Form eines Satzes hintereinandergeschalteter Elemente der Hohlraumwand auszuführen. Dies gewährleistet deren niedrige Kosten.The present arc extinguishing chamber 1 can be manufactured by casting or stamping. Here it is useful to assemble them in the form of a set of elements of the cavity wall connected one behind the other to execute. This ensures their low cost.

Die Absolutwerte des Durchmessers D der Lichtbogenlöschkammer 1 und ihrer Länge L werden durch die Betriebsspannung des Schaltapparates und dessen Schaltgeschwindigkeit (Berechnungsbeispiele sind nachstehend angeführt) festgelegt. Hierbei darf das Verhältnis des Durchmessers D der Kammer 1 zur Schrittweite λ des schraubenlinienförmigen Hohlraumes nicht unterhalb von 10 liegen, um eine beträchtliche Verlängerung des Lichtbogens 5 (um einen Faktor 10² bis 10³) gegenüber der das maximale Auseinanderziehen der Elektroden 3, 4 vorgebenden Länge L der Lichtbogenlöschkammer 1 zu sichern.The absolute values of the diameter D of the arc chamber 1 and its length L are determined by the operating voltage of the switching apparatus and its switching speed (calculation examples are given below). The ratio of the diameter D of the chamber 1 to the increment λ of the helical cavity must not be below 10, by a considerable lengthening of the arc 5 (by a factor of 10 ² to 10 ³ ) compared to the maximum pulling apart of the electrodes 3, 4 To secure the length L of the arc chamber 1.

Der schraubenlinienförmige Hohlraum der Lichtbogenlöschkammer hat in Fig. 1 ein rechteckiges Profil. Zur Vorgabe einer Änderung der elektrischen Feldstärke der Säule des Lichtbogens 5 beim Abschaltvorgang, d. h. bei der Verringerung des Stroms, ist es aber zweckmäßig, ihn verjüngt in Radialrichtung auszuführen. In Fig.2 ist eine Lichtbogenlöschkammer 7 dargestellt, deren schraubenlinienförmiger Hohlraum ein trapezförmiges Profil aufweistThe helical cavity of the arc chamber has a rectangular profile in Fig. 1. For specifying a change in the electrical field strength the column of the arc 5 during the shutdown process, d. H. when reducing the current, it is advisable to make it tapered in the radial direction. In Figure 2 an arc extinguishing chamber 7 is shown, whose helical cavity has a trapezoidal profile

Es ist auch möglich, das Profil des schraubenlinienförmigen Hohlraumes der Lichtbogenlöschkammer 8 (F i g. 3) zickzackförmig in Radialrichtung oder die Lichtbogenlöschkammer mit einer variablen Schrittweite λ des schraubenlinienförmigen Hohlraumes auszuführen, was es gestattet die Bewegungsgeschwindigkeit der Bogensäule zu ändern. Ein großer Vorteil derartiger Ausführung des schraubenlinienförmigen Hohlraumes der Kammer 8 ist die Möglichkeit den Axialkanal 2 (Fig. 1) gegen die Einwirkung der Lichtstrahlung des sich in Radialrichtung ausweitenden Lichtbogens 5 abzuschirmen, was die Wiederherstellung der elektrischen ' Festigkeit des Mediums in diesem Axialkanal 2 beschleunigt. Darüber hinaus gestattet es die Zickzack- ' form des Profils des schraubenlinienförmigen Hohlraumes der Kammer 8 (F i g. 3), den Schalleffekt bei der Stromabschaltung zu verringern.It is also possible to design the profile of the helical cavity of the arc extinguishing chamber 8 (FIG. 3) zigzag in the radial direction or the arc extinguishing chamber with a variable pitch λ of the helical cavity, which allows the speed of movement of the arc column to be changed. A great advantage of such a design of the helical cavity of the chamber 8 is the possibility of shielding the axial channel 2 (Fig. 1) from the action of the light radiation of the arc 5 expanding in the radial direction, which accelerates the restoration of the electrical strength of the medium in this axial channel 2 . In addition, it allows for the zig-zag 'form of the profile of the helical cavity of the chamber 8 (F i g. 3) to reduce the sound effect in the current cut-off.

Zur Sicherung der Festigkeit, Steifigkeit und Erschütterungsunempfindlichkeit der Lichtbogenlöscheinrichtung enthält sie im schraubenlinienförmigen Hohlraum einer Lichtbogenlöschkammer 11 (Fig.4) angeordnete und mit den durch eine Hohlraumwand 12 gebildeten Wänden dieser Kammer starr verbundene Fixierelemente 9,10 (Fig.4, 5). Die Lichtbogenlöschkammer 11 weist auch einen Axiaikanai 13 auf, in dem Elektroden 14,15 angeordnet sind.To ensure strength, rigidity and insensitivity to vibrations the arc extinguishing device contains it arranged in the helical cavity of an arc extinguishing chamber 11 (FIG. 4) and fixing elements rigidly connected to the walls of this chamber formed by a cavity wall 12 9,10 (Fig. 4, 5). The arc chamber 11 also has an Axiaikanai 13 in which electrodes 14, 15 are arranged.

Die Fixierelemente 9, 10 (F i g. 5) liegen in zwei Reihen auf dem Umfang der Lichtbogenlöschkammer 11.The fixing elements 9, 10 (FIG. 5) lie in two rows on the circumference of the arc extinguishing chamber 11.

Die Fixierelemente 9 in der einen Reihe sind in Form zylindrischer Einsätze und die in der anderen Reihe angeordneten Fixierelemente 10 in Form von Rippen ausgeführt. The fixing elements 9 in one row are in the form of cylindrical inserts and those arranged in the other row Fixing elements 10 executed in the form of ribs.

Die Fixierelemente 9, 10 sind aus einem Isolierstoff, beispielsweise aus dem Stoff der Lichtbogenlöschkammer 11 selbst, hergestellt und zum Beispiel durch Kleben befestigt.The fixing elements 9, 10 are made of an insulating material, for example the material of the arc extinguishing chamber 11 itself, manufactured and attached, for example, by gluing.

Die Anordnung der Fixierelemente 9, 10 und deren Abmessungen werden durch den Werkstoff und die Herstellungstechnologie für diese Elemente 9, 10 und » die Kammer 11 bestimmt und haben eine ziemlich freie Bewegung des Lichtbogens 16 (Fig.5) zu gewährleisten. Die Lage der Säule des zu löschenden Lichtbogens 16 ist in zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten im Vorgang seiner Bewegung in Radialrichtung a — zum Zeitpunkt der Umhüllung der Fixierelemente 9 und b — beim Herangehen an die Elemente 10 eingezeichnet.The arrangement of the fixing elements 9, 10 and their dimensions are determined by the material and the production technology for these elements 9, 10 and the chamber 11 and have to ensure a fairly free movement of the arc 16 (FIG. 5). The position of the column of the arc 16 to be extinguished is shown at two successive points in time in the process of its movement in the radial direction a - at the point in time when the fixing elements 9 and b are enveloped - when approaching the elements 10.

Die Fixierelemente 9,10 können auch aus Metall hergestellt werden. In diesem Fall erfüllen sie zusätzlich die Rolle eines die Kenndaten der Lichtbogenlöschkammer 11 verbessernden Löschgitters. Hierbei muß jedes Fixierelement 9, 10 von den übrigen elektrisch isoliert werden.
Die Fixierelemente können auch zur Verbindung der einzelnen Teile der zusammensetzbaren Lichtbogenlöschkammer und zur Gewährleistung ihrer exakten Montage ausgenutzt werden.The fixing elements 9, 10 can also be made of metal. In this case they also fulfill the role of an extinguishing grid which improves the characteristics of the arc extinguishing chamber 11. Here, each fixing element 9, 10 must be electrically isolated from the rest.
The fixing elements can also be used to connect the individual parts of the assemblable arc extinguishing chamber and to ensure their exact assembly.

Zur Ermöglichung einer Verschiebung der Fußpunkte des zu löschenden Lichtbogens in Radialrichtung ist es zweckmäßig, in die Lichtbogenlöschkammer Elemente aus einem elektrisch leitenden Werkstoff — am Anfang und Ende des schraubenlinienförmigen Hohlraumes in Radialrichtung ausgerichtete zusätzliche Hörnerelektroden — einzuführen. Diese Zusatzelektroden müssen mit entsprechenden Hauptelektroden elektrisch verbunden sein.To enable the base points of the arc to be extinguished to be shifted in the radial direction It is advisable to put elements made of an electrically conductive material in the arc extinguishing chamber - at the beginning and radially aligned additional horn electrodes at the end of the helical cavity - to introduce. These additional electrodes must be electrically connected to corresponding main electrodes be connected.

In F i g. 6 ist eine Ausführungsform der elektromagnetischen Lichtbogenlöscheinrichtung mit Elementen 17, 18 aus einem stromleitenden Werkstoff zur Ver-Schiebung des Fußpunktes des Lichtbogens in Radialrichtung aufgeführt Diese Elemente 17,18 sind in Form von Metallscheiben mit Axialöffnungen ausgeführt und an den Stirnseiten einer Lichtbogenlöschkammer 19 angeordnet Diese Scheiben 17,18 sind je mit einer von der gleichen Stirnseite in einem Axialkanal 22 angeordneten Elektrode 20, 21 elektrisch verbunden. Als Material für die Scheiben kommt beispielsweise Kupfer in Frage.
Ein löschender Lichtbogen 23 ist im Vorgang seinerIn Fig. 6 shows an embodiment of the electromagnetic arc extinguishing device with elements 17, 18 made of a conductive material for shifting the base point of the arc in the radial direction 17, 18 are each electrically connected to an electrode 20, 21 arranged from the same end face in an axial channel 22. A possible material for the disks is, for example, copper.
A quenching arc 23 is in the process of his

radialen Ausbreitung bei der Bewegung der Fußpunkte des Lichtbogens 23 auf den Metallscheiben 17, 18 gezeigt. radial propagation during the movement of the base points of the arc 23 on the metal disks 17, 18 is shown.

In Fig. 7 ist eine Lichtbogenlöscheinrichtung für einen Hochspannungs-Starkstromschalter dargestellt. Bei dieser Einrichtung ist eine unbewegliche Elektrode 24 beispielsweise in Form eines Rohres mit einem Innendurchmesser gleich dem Durchmesser einer zweiten beweglichen Elektrode 25 ausgeführt. Mit der beweglichen Elektrode 25 ist beispielsweise mit Hilfe einer Gewindeverbindung ein Stab 26 aus einem Isolierstoff verbunden. In Fig. 7 is an arc extinguisher for a High voltage power switch shown. In this device there is a stationary electrode 24 for example in the form of a tube with an inner diameter equal to the diameter of a second movable one Electrode 25 carried out. With the movable electrode 25 is for example with the help of a threaded connection a rod 26 connected from an insulating material.

Der Durchmesser dieses Stabes 26 ist gleich dem Durchmesser der beweglichen Elektrode 25, sein Durchmesser ist mindestens gleich dem Abstand zwisehen den Elektroden 24, 25 in der Endsteliung der beweglichen Elektrode 25.The diameter of this rod 26 is equal to the diameter of the movable electrode 25 The diameter is at least equal to the distance between the electrodes 24, 25 in the end position of the movable ones Electrode 25.

Das Vorhandensein des Stabes 26 eliminiert die Möglichkeit eines Durchschlages über den Axialkanal zwischen den sich im Kommutierungsvorgang auseinanderziehenden Elektroden 24, 25, was die Betriebszuverlässigkeit der Lichtbogenlöschkammer 27 erhöht.The presence of the rod 26 eliminates the possibility of penetration through the axial passage between the electrodes 24, 25 pulling apart in the commutation process, which increases the operational reliability the arc extinguishing chamber 27 increased.

Der Werkstoff des Stabes 26 (Lichtbogenfestigkeit und Gaserzeugung erwünscht) kann wegen der einfachen Form dieses Stabes 26 verschieden (beispielsweise Keramik, Bornitrid, Asbestzement) sein. Die unbewegliche Elektrode 24 kann auch in Form einer oder mehrerer Stromabnahmeklemmen ausgeführt sein.The material of the rod 26 (arc resistance and gas generation desired) can because of the simple Shape of this rod 26 can be different (for example ceramic, boron nitride, asbestos cement). The immobile one Electrode 24 can also be designed in the form of one or more current collection terminals.

Die Lage eines Lichtbogens 28 ist in einem Augenblick des Löschungsvorgangs dargestellt.The position of an arc 28 is shown in a moment of the extinguishing process.

Der Außenkreis der Lichtbogenlöschkammer 27 ist zweckmäßigerweise in Übereinstimmung mit der zum Zeitpunkt der Beendigung des Ausschaltvorganges erreichten Form des sich in Radialrichtung ausbreitenden, schraubenlinienförmigen Lichtbogens 28 zu wählen. Die Lichtbogenlöschkammer 27 kann verjüngt in Richtung der Stirnseite ausgeführt sein, an der die bewegliche Elektrode 25 angeordnet ist.The outer circle of the arc extinguishing chamber 27 is expediently in accordance with the for Time of termination of the switch-off process reached the shape of the spreading in the radial direction, to choose helical arc 28. The arc extinguishing chamber 27 can be tapered in the direction the end face on which the movable electrode 25 is arranged.

Man kann die Abmessungen und die charakteristischen Maße des Schalters mit der elektromagnetischen Lächtbogenlöscheinrichtung, beispielsweise für eine Spannung von U= 100 kV abschätzen. Machen wir diese Abschätzung für einen Schalter mit einer Ausschaltzeit von <10ms, der also eine Einweg-Abschaltung in einem Wechselstromkreis ermöglicht. Indem wir die mittlere Bewegungsgeschwindigkeit der Bogensäule gleich Vg « 50 bis 100 m/s annehmen, erhalten wir die erforderliche Schlitzhöhe und damit den Durchmesser der Lichtbogenlöscheinrichtung gleichOne can estimate the dimensions and the characteristic dimensions of the switch with the electromagnetic arc extinguishing device, for example for a voltage of U = 100 kV. Let us make this estimate for a switch with a switch-off time of <10ms, which enables one-way switch-off in an AC circuit. Assuming that the mean speed of movement of the arc column is equal to Vg «50 to 100 m / s, we obtain the required slot height and thus the diameter of the arc extinguishing device to be the same

5050

D » 2VgT = 1 bis 2 m D » 2VgT = 1 to 2 m

Bei der mittleren elektrischen Feldstärke der Säule des sich bewegenden Lichtbogens E > 20 bis 30 V/cm beträgt die erforderliche Bogenlänge l_g unter Berücksichtigung einer zweifachen Reserve für die abzuschaltende Spannung £/(mit Rücksicht auf Überspannungen)With the mean electric field strength of the column of the moving arc E > 20 to 30 V / cm, the required arc length is l _g taking into account a double reserve for the voltage to be switched off £ / (taking into account overvoltages)

U-U-

2U2U

70 bis 100 m70 to 100 m

Indem aus konstruktiven Gründen der Schrittweite λ der Hohlraumwand gleich ~ 1 cm und die Länge L der Lichtbogenlöschkammer gleich deren Durchmesser D gesetzt wird, wirdBy setting the step width λ of the cavity wall equal to ~ 1 cm and the length L of the arc extinguishing chamber equal to its diameter D , for structural reasons

6060

6565

= L= |/-^- « 0,48 bis 0,55 m erhalten. = L = | / - ^ - «0.48 to 0.55 m.

JTJT

Die Lichtbogenlöschkammer mit einer Abmessung D < 0,55 m und mit L < 0,55 gewährleistet also die Abschaltung eines Gleich- und Wechselstromkreises der Spannung U = 100 kV (mit einer zweifachen Spannungsreserve) und mit einer Ausschaltzeit r < 0,01 s, und zwar ohne die für moderne 100-kV-Ausschalter üblichen Elemente wie ein 6 bis 12 t Öl enthaltender Behälter bei einem 8 bis 15 t wiegenden ölschalter, ein 0,5 bis 1,5 t öl enthaltender Behälter bei einem 4 bis 8 t wiegenden ölarmen Schalter, ein Behälter mit einem Kompressor für 2 bis 6 MPa bei einem 5 bis 8 t wiegenden Luftschalter und schließlich ein hermetisch abgeschlossenes Gehäuse für 0,3 bis 0,6 MPa mit einem teueren SF6-Gas bei einem 5 bis 8 t wiegenden Gasschalter mit gasförmigem Isolierstoff und automatischer Blaseinrichtung, die trotzdem heutzutage oft nur eine Ausschaltzcit von rnaxiaml 0,06 bis 0,1 s und nur bei Wechselstrom fertigzubringen befähigt sind.The arc extinguishing chamber with dimensions D < 0.55 m and L <0.55 ensures the disconnection of a DC and AC circuit with a voltage of U = 100 kV (with twice the voltage reserve) and with a switch-off time of r <0.01 s, and without the usual elements for modern 100 kV circuit breakers such as a 6 to 12 t oil container for an oil switch weighing 8 to 15 t, a 0.5 to 1.5 t oil container for a 4 to 8 t one low-oil switch, a container with a compressor for 2 to 6 MPa for an air switch weighing 5 to 8 t and finally a hermetically sealed housing for 0.3 to 0.6 MPa with an expensive SF6 gas for a gas switch weighing 5 to 8 t with gaseous insulating material and an automatic blowing device, which today are often only able to switch off a maximum of 0.06 to 0.1 s and only with alternating current.

F i g. 8 zeigt eine elektromagnetische Einrichtung einer Hochspannungssicherung. Sie enthält eine Lichtbogenlöschkammer 29 aus einem Isolierstoff. In Achsrichtung der Kammer 29 liegen an deren Stirnseiten durch einen in Form eines Drahtes, beispielsweise aus Kupfer, hergestellten Schmelzleiter 32 verbundene unbewegliche Elektroden 30,31.F i g. 8 shows an electromagnetic device of a high-voltage fuse. It contains an arc chamber 29 made of an insulating material. In the axial direction of the chamber 29 lie through on its end faces a fusible conductor 32 connected immovable connected in the form of a wire, for example made of copper Electrodes 30,31.

Der Schmelzleiter 32 ist im Axialkanal der Lichtbogenlöschkammer 29 angeordnet; hierbei ist der Durchmesser dieses Elementes 32 gleich dem Durchmesser des Axialkanals.The fusible conductor 32 is arranged in the axial channel of the arc extinguishing chamber 29; where is the diameter this element 32 is equal to the diameter of the axial channel.

Bekanntlich sind die Sicherungen im wesentlichen zum Kurzschlußschutz vorgesehen und müssen eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit besitzen. Hierbei muß die Sicherung recht einfach und billig sein. Die gegenwärtig bestehenden Hochspannungssicherungen sind nur bis zum Spannungsniveau <30 bis 50 kV funktionstüchtig.As is known, the fuses are essentially intended for short-circuit protection and must have a high level Own working speed. The backup must be quite simple and cheap. The present Existing high-voltage fuses are only functional up to a voltage level of <30 to 50 kV.

Als Hauptelement dient in der Sicherung ein die in diesem Fall die Rolle von Stromzuführungen spielenden unbeweglichen Elektroden verbindender Schmelzleiter. Die Wirksamkeit der konstruktiven Ausführung und die Funktionstüchtigkeit der Sicherung werden im beträchtlichen Maße durch das erzielte Verhältnis der Bogenlänge am Ende des Kommutierungsvorganges zur Länge des Schmelzleiters bestimmt.The main element in the fuse is one which in this case plays the role of power supply Fusible link connecting immobile electrodes. The effectiveness of the constructive execution and the The functionality of the fuse is to a considerable extent due to the achieved ratio of the arc length determined at the end of the commutation process for the length of the fusible conductor.

Die in Fig.8 dargestellte Konstruktion der Hochspannungssicherung gestattet es, praktisch den höchstmöglichen Wert dieses Verhältnisses durch Ausnutzung des direkten Schmelzleiters 32 zu erhalten, dessen Länge gleich der Länge der Lichtbogenlöschkammer 29 ist.The construction of the high-voltage fuse shown in Fig. 8 allows practically the highest possible value of this ratio to be exploited of the direct fusible conductor 32, the length of which is equal to the length of the arc extinguishing chamber 29.

Beispielsweise wird die Lichtbogenlöschkammer der Sicherung für 100 kV (mit zweifacher Spannungsreserve) mit einer Ausschaltzeit von τ = 3 ms bei A = 1 cm, E = 25 V/cm und v_e = 50 m/s einen Durchmesser D For example, the arc extinguishing chamber of the fuse for 100 kV (with twice the voltage reserve) with a switch-off time of τ = 3 ms at A = 1 cm, E = 25 V / cm and v _e = 50 m / s has a diameter D

2U und eine Länge L gleich D = 2v_gr = 0,3 m, L = = 0,9 m und ein Verhältnis IgIL = 90 haben. 2U and a length L equal to D = 2v _g r = 0.3 m, L = = 0.9 m and a ratio IgIL = 90.

Derartige Abmessungen der Lichtbogenlöschkammer der Sicherung für 100 kV sind technisch durchaus vertretbar.Such dimensions of the arc extinguishing chamber of the fuse for 100 kV are technically quite possible justifiable.

F i g. 9 zeigt die zweite Variante der elektromagnetischen Lichtbogenlöscheinrichtung für eine Sicherung und einen Trennschalter mit elektrischer Explosion, dadurch gekennzeichnet, daß im Axialkanal einer Lichtbogenlöschkammer 33 ein zylindrischer Einsatz 34 liegt, dessen Durchmesser gleich dem Durchmesser des Axialkanals dieser Kammer 33 ist Auf den Einsatz 34 ist ein Schmelzleiter 35 mit einer Schrittweite gleich der Schrittweite des schraubenlinienförmigen Hohlraumes der Lichtbogenlöschkammer 33 aufgewickelt. Der Ein-F i g. 9 shows the second variant of the electromagnetic arc extinguishing device for a fuse and a circuit breaker with electrical explosion, characterized in that an arc extinguishing chamber in the axial channel 33 is a cylindrical insert 34, the diameter of which is equal to the diameter of the axial channel This chamber 33 is on the insert 34 is a fuse 35 with a pitch equal to Increment of the helical cavity of the arc extinguishing chamber 33 wound. The one

satz 34 ist aus einem Isolierstoff, beispielsweise aus dem Werkstoff der Lichtbogenlöschkammer 33, hergestellt. Die Stirnseiten des Einsatzes 34 ermöglichen mittels Metallscheiben 36, 37 einen elektrischen Kontakt des Schmelzleiters 35 mit unbeweglichen Elektroden 38, 39 der Sicherung oder des Trennschalters mit elektrischer Explosion.Set 34 is made from an insulating material, for example from the material of the arc extinguishing chamber 33. The end faces of the insert 34 enable electrical contact of the by means of metal disks 36, 37 Fusible conductor 35 with immovable electrodes 38, 39 of the fuse or the disconnector with electrical Explosion.

Man kann die Lichtbogenlöscheinrichtung der Sicherung oder des Trennschalters in der Weise ausführen, daß der Einsatz 34 nach Durchbrennen des Schmelzleiters 35 ausgetauscht werden kann. Speziell ist es für die Sicherung zweckmäßig, ihn ausschiebbar nach der Auslösung der Sicherung in Achsrichtung der Lichtbogenlöschkammer 33 zur Anzeige der Abschaltung des Stromkreises herzustellen. Der neue Einsatz 34 mit dem daran im voraus angeordneten Schmelzleiter 35 wird in der Lichtbogenlöschkammer 33 mit einer einen Zusammenfall der räumlichen Anordnung des Schmelzleiters 35 mit dem schraubenförmigen Hohlraum der Kammer 33 gewährleistenden Fixierung der Lage untergebracht.The arc extinguishing device of the fuse or the disconnector can be implemented in such a way that that the insert 34 can be exchanged after the fusible conductor 35 has burned through. It is special for them Fuse expedient, it can be pushed out after the fuse has been triggered in the axial direction of the arc chamber 33 to indicate the disconnection of the circuit. The new insert 34 with the fusible link 35 arranged thereon in advance becomes in the arc extinguishing chamber 33 with a collapse the spatial arrangement of the fusible conductor 35 with the helical cavity of the chamber 33 housed ensuring fixation of the position.

Man kann die Lichtbogenlöschkammer der Sicherung mehrgängig ausführen und den Einsatz mit mehreren Schmelzleitern herstellen, deren Zahl gleich der Zahl der Gänge des schraubenünienförmigen Hohlraumes der Kammer ist. In dem Maße der Auslösung kann der nächste Schmelzleiter durch einfaches Schwenken des Einsatzes oder der Kammer samt dem Einsatz um einen bestimmten Winkel erzielt werden.You can run the arc extinguishing chamber of the fuse multiple and use with several Manufacture fusible conductors, the number of which is equal to the number of turns in the helical cavity the chamber is. To the extent that it is triggered, the next fusible link can be opened simply by swiveling the Insert or the chamber together with the insert can be achieved at a certain angle.

Alle beschriebenen konstruktiven Lösungen der elektromagnetischen Lichtbogenlöscheinrichtung können mit anderen bekannten Verfahren zur Einwirkung auf den zu löschenden Lichtbogen bei den elektromagnetischen Schaltapparaten zur weiteren Verbesserung der Parameter derartiger Apparatur unter Benutzung der vorgeschlagenen Lichtbogenlöscheinrichtung kombiniert werden.All described constructive solutions of the electromagnetic Arc extinguishing equipment can be acted on using other known methods the arc to be extinguished in the electromagnetic switchgear to further improve the Parameters of such apparatus combined using the proposed arc extinguishing device will.

Zu diesen Verfahren können eine Änderung des Arbeitsstoffes im Gehäuse des Schalters, beispielsweise dessen Auffüllen mit SF₆-GaS, oder eine Druckänderung, beispielsweise eine Druckerhöhung, und in einer Reihe von Fällen, beispielsweise zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit, umgekehrt eine Druckminderung und sogar eine Evakuierung gerechnet werden.These methods can include a change in the working substance in the switch housing, for example its filling with SF ₆ gas, or a change in pressure, for example an increase in pressure, and in a number of cases, for example to increase the switching speed, conversely, a pressure reduction and even an evacuation be expected.

Man kann in der elektromagnetischen Lichtbogenlöschkammer auch solche Mittel zur Erhöhung der Bogenbrennspannung effektiv einsetzen, wie sie einen Satz von gegeneinander isolierten, am Austritt des Lichtbogenlöschschlitzes in der Bewegungsrichtung der Bogensäule angeordneten Metallplatten darstellende Lösch- und Deionisierungsgitter sind.One can in the electromagnetic arc extinguishing chamber also effectively use such means for increasing the arc burning voltage as they do a sentence from mutually isolated, at the exit of the arc extinguishing slot metal plates arranged in the direction of movement of the arch column representing extinguishing and deionization grids.

Ebenso wie in den herkömmlichen elektromagnetischen Lichtbogenlöschkammern kann der schraubenlinienförmige Liciitbogenlöschraum in der vorliegenden Kammer zickzackförmig (labyrinthförmig) entlang des Lichtbogens selbst, d. h. in Tangentialrichtung, ausgeführt sein, was es gestattet, den Lichtbogen bei geringfügiger Vergrößerung der Abmessungen der Lichtbogenlöschkammer um das 1,5- bis 3fache zusätzlich zu verlängern. As in the conventional electromagnetic arc chamber, the helical Liciitbogen-extinguishing space in the present chamber zigzag (labyrinth-like) along the Arc itself, d. H. in the tangential direction, which allows the arc to be minimized Enlargement of the dimensions of the arc extinguishing chamber by 1.5 to 3 times.

Da schließlich sämtliche elektromagnetische Lichtbogenlöscheinrichtungen bei deren Ausnutzung im Schalter unzureichend effektiv beim Abschalten kleiner Ströme (bei der Ausführung betriebsmäßiger Umschaltungen unter geringfügiger Belastung des Stromkreises) arbeiten, ist es zweckmäßig, in der Lichtbogenlöschkammer, wie dies in der Regel für die elektromagnetischen Lichtbogenlöschkammern der Fall ist, eine eigene Blaseinrichtung für den schraubenlinienförmigen Lichtbogenlöschraum zur Gewährleistung einer Verlängerung des Schwachstrom-Lichtbogens vorzusehen.Finally, there are all electromagnetic arc extinguishing systems if they are used in the switch, it is insufficiently effective when switching off small currents (when performing operational switchovers with a slight load on the circuit) work, it is useful in the arc chamber, as is usually the case for electromagnetic Arc extinguishing chambers is the case, a separate blowing device for the helical arc extinguishing chamber to be provided to ensure an extension of the low-voltage arc.

Ein derartiger Gasstrom, beispielsweise ein Luftstrom, kann über die Axialöffnungen in der beweglichen und unbeweglichen Elektrode ebenso wie in dem mit der beweglichen Elektrode verbundenen Stab aus einem Isolierstoff zu- und in den schraubenlinienförmigen Hohlraum der Lichtbogenlöschkammer über gleichmäßig verteilte Radialöffnungen abgeleitet werden. Ein Gasstrom kann auch über den Körper der Hohlraumwand der Lichtbogenlöschkammer selbst unter Ableitung des Gasstroms über entsprechende öffnungen am Fuße der Flügel in der Nähe des Axialkanals der Lichtbogenlöschkammer zugeleitet werden.Such a gas flow, for example an air flow, can be via the axial openings in the movable and immovable electrode as well as in the rod connected to the movable electrode of one Insulating material to and into the helical cavity of the arc extinguishing chamber over evenly distributed radial openings are derived. A gas flow can also flow over the body of the cavity wall the arc extinguishing chamber itself, with the gas flow being diverted through corresponding openings on the The base of the wing near the axial channel of the arc extinguishing chamber.

Der Schalter mit der elektromagnetischen Lichtbogenlöscheinrichtung arbeitet wie folgt. Nach der Erteilung eines Abschaltbefehls werden die Leistungskontakte des Schalters auseinandergezogen, worauf der Gesamtstrom des Stromkreises über die Elektrode 3,4 (F i g. 1) der Lichtbogenlöscheinrichtung fließt.The switch with the electromagnetic arc extinguisher operates as follows. After issuance of a disconnection command, the power contacts of the switch are pulled apart, after which the total current of the circuit through the electrode 3,4 (F i g. 1) of the arc quenching device flows.

Der sich nach dem Auseinanderziehen der Elektroden 3, 4 im Axialkanal 2 der Lichtbogenlöschkammer ausbildende Lichtbogen 5 befindet sich in dem durch (in Fig. 1 nicht gezeigten) Magnetblasspulen erzeugten magnetischen Längsfeld B. Unter diesen Verhältnissen geht die Bogensäule in einem bestimmten Parameterbereich in eine Schraubenform (Schrauben-Lichtbogeninstabilität im magnetischen Längsfeld; E. I. Asinowski, A. A. Afanasjew, E. P. Pachomow, Beiträge der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, 231, N. 2, 1976) über, worauf infolge der Tangentialkomponente des Stromes des Lichtbogens 5 eine Radialkomponente der Kraft auf Grund der elektromagnetischen Wechselwirkung des Bogenstroms mit dem Magnetfeld entsteht. Die Wirkung dieser Komponente der Kraft F bedingt den Eintritt des schraubenlinienförmigen Lichtbogens 5 in den schraubenförmigen Hohlraum der Lichtbogenlöschkammer 1 und dessen Ausbreitung in Radialrichtung. The arc 5 that forms after the electrodes 3, 4 have been pulled apart in the axial channel 2 of the arc extinguishing chamber is located in the magnetic longitudinal field B generated by magnetic blown coils (not shown in FIG. 1) (Screw-arc instability in the magnetic longitudinal field; EI Asinowski, AA Afanasjew, EP Pachomow, Contributions of the Academy of Sciences of the USSR, 231, N. 2, 1976), whereupon as a result of the tangential component of the current of the arc 5, a radial component of the force due to the ground the electromagnetic interaction of the arc current with the magnetic field. The effect of this component of the force F causes the helical arc 5 to enter the helical cavity of the arc extinguishing chamber 1 and its expansion in the radial direction.

Die Radialkomponenten des Stromes des Lichtbogens 5 in den elektrodennahen Gebieten bewirken bei Vorhandensein des magnetischen Längsfeldes eine Rotation dieser Abschnitte des Lichtbogens 5 im entgegengesetzten Drehsinn unter Einwirken der Tangentialkomponenten der Kraft F, was eine Aufwicklung des Lichtbogens 5 auf die Elektroden 3, 4 nach der durch den schraubenförmigen Hohlraum der Lichtbogenlöschkammer 1 vorgegebenen Schraubenlinie gewährleistet. Die Geschwindigkeit der Vergrößerung des Längsmaßes des sich in Radialrichtung ausbreitenden schraubenlinienförmigen Lichtbogens 5 wird also jederzeit größer als die Geschwindigkeit des Auseinanderziehens der Elektrode 3,4 sein.When the longitudinal magnetic field is present, the radial components of the current of the arc 5 in the areas close to the electrodes cause these sections of the arc 5 to rotate in the opposite direction under the action of the tangential components of the force F, which causes the arc 5 to wind up on the electrodes 3, 4 after the ensures the helical cavity of the arc chamber 1 predetermined helical line. The speed of the increase in the longitudinal dimension of the helical arc 5 spreading in the radial direction will therefore always be greater than the speed of pulling the electrode 3, 4 apart.

Bei der Ausdehnung des Lichtbogens 5 bis zu der die Erreichung des Spannungswertes im Schaltkreis durch die am Schalter wiederherzustellende Spannung gewährleistenden Länge fällt der Strom auf Null ab. Damit endet der Abschaltvorgang.With the expansion of the arc 5 up to the reaching of the voltage value in the circuit through the length ensuring the voltage to be restored at the switch, the current drops to zero. In order to the shutdown process ends.

Bei der Einschaltung läuft der Prozeß des Kontaktschließens wie üblich in umgekehrter Reihenfolge ab: zuerst schließen die Elektroden 3, 4 der Lichtbogenlöscheinrichtung, dann die (in F i g. 1 nicht gezeigten) Leistungselektroden des Schalters.When switching on, the process of closing the contacts takes place in reverse order as usual: first the electrodes 3, 4 of the arc extinguishing device close, then the electrodes (not shown in FIG. 1) Power electrodes of the switch.

Die Besonderheit der Arbeit der Lichtbogenlöschkammer 1 ist der Umstand, daß die Ausweitung des schraubenlinienförmigen Lichtbogens 5 in Radialrichtung stabil, ohne nennenswertes Vor- oder Nacheilen der einzelnen Windungen des Lichtbogens 5 erfolgt, wasThe peculiarity of the work of the arc chamber 1 is the fact that the expansion of the Helical arc 5 stable in the radial direction, without any significant advantages or disadvantages of the individual turns of the arc 5 takes place what

auf die Wechselwirkung der Ströme der benachbarten Windungen untereinander (Parallelströme werden angezogen) zurückzuführen ist. Hierbei ist die Hohlraumwand 6 der Lichtbogenlöschkammer 1 von den mechanischen Spannungen praktisch entlastet, weil er einer zweiseitigen Einwirkung der Bogensäule 5 ausgesetzt ist; eine Unbalance der Längskomponente der Kraft F der Wechselwirkung der Windungen des Lichtbogens 5 zeigt immer zur Mitte der Lichtbogenlöschkammer 1.is due to the interaction of the currents of the neighboring windings with one another (parallel currents are attracted). Here, the cavity wall 6 of the arc extinguishing chamber 1 is practically relieved of the mechanical stresses because it is exposed to a bilateral action of the arc column 5; an imbalance of the longitudinal component of the force F of the interaction of the turns of the arc 5 always points to the center of the arc extinguishing chamber 1.

Die Kenndaten der elektromagnetischen Lichtbogenlöscheinrichtung werden in erster Näherung durch folgende Ausdrücke für die Brennspannung des Lichtbogens: The characteristics of the electromagnetic arc extinguisher are given as a first approximation by the following Expressions for the operating voltage of the arc:

U(t)U (t)

und für die Geschwindigkeit der Spannungswiederkehr: öUlöt = jtl(t)Evg/Ä and for the speed of voltage recovery: öUlöt = jtl (t) Evg / Ä

beschrieben, wo r(t) und l(t) den laufenden Radius des schraubenlinienförmigen Lichtbogens 5 bzw. dessen laufendes Längsmaß bezeichnen.described where r (t) and l (t) denote the running radius of the helical arc 5 and its running longitudinal dimension.

Die Besonderheit der vorliegenden Lichtbogenlöscheinrichtung ist die Notwendigkeit, auch die eigene, zeitlich variable Induktivität des Lichtbogens 5 zu berücksichtigen. The peculiarity of the present arc extinguishing device is the necessity, including your own, in terms of time variable inductance of the arc 5 to be taken into account.

Beim Betrieb der in F i g. 4, 5 dargestellten Lichtbogenlöscheinrichtung wird der schraubenlinienförmige Lichtbogen 16, indem er sich in Radialrichtung ausbreitet und die Fixierelemente 9 (Lage a des Lichtbogens 16, F i g. 5) erreicht, gekrümmt und umhüllt sie. Hierbei erfolgen ein Durchschlag zwischen den sich annähernden Abschnitten der Bogensäule t6a hinter den umgangenen Hindernissen — den Fixierelementen 9 — und die Ausbildung eines praktisch ungestörten schraubenlinienförmigen Lichtbogens 166.When operating the in F i g. 4, 5 shown arc extinguishing device becomes the helical arc 16 by spreading in the radial direction and the fixing elements 9 (position a of the arc 16, FIG. 5) reaches, curves and envelops them. Take place here a breakdown between the approaching sections of the arch column t6a behind the bypassed ones Obstacles - the fixing elements 9 - and the formation of a practically undisturbed helical shape Arc 166.

In der in F i g. 6 wiedergegebenen Konstruktion der Lichtbogenlöschkammer mit den Metallscheiben 17,18 an den Stirnseiten der Kammer 19 greift der sich in Radial- und Längsrichtung (durch Aufwickeln auf die Elektroden 20, 21) ausbreitende Lichtbogen 23 bei Erreichen der Stirnseiten der Kammer auf diese Scheiben 17, 18 über und nimmt eine bauchige Form an, die im weiteren praktisch zylindrisch werden kann. Dies verringert eine Erosion der Hauptelektroden 20, 21 der Lichtbogenlöscheinrichtung, was in der Regel bei Verwendung der Hörnerelektroden der Fall ist.In the in F i g. 6 reproduced construction of the arc extinguishing chamber with the metal disks 17,18 on the front sides of the chamber 19, which engages in the radial and longitudinal directions (by being wound onto the Electrodes 20, 21) spreading arc 23 upon reaching the end faces of the chamber on these panes 17, 18 and takes on a bulbous shape, which can be practically cylindrical in the further. This diminishes erosion of the main electrodes 20, 21 of the arc extinguisher, which usually occurs when in use the horn electrodes is the case.

Die Funktion der in F i g. 7 dargestellten elektromagnetischen Lichtbogenlöscheinrichtung unterscheidet sich von der oben beschriebenen nur durch die erste Stufe. Hier wird beim Auseinanderziehen der Elektroden 24, 25 in den Axialkanal der Lichtbogenlöschkammer 27 der an der beweglichen Elektrode 25 unmittelbar anliegende und sich mit dieser zusammen bewegende Stab 26 eingeführt Wenn daher beim Auseinanderziehen der Elektroden 24, 25 zwischen ihnen der Lichtbogen 28 gezündet wird, befindet er sich sofort in dem die auseinandergezogenen Elektroden 24, 25 verbindenden schraubenlinienförmigen Hohlraum 27 der Kammer. Hierbei ist der Lichtbogen 29 gezwungen, sogleich eine der Form dieses schraubenförmigen Hohlraumes der Kammer 27 entsprechende Schraubenform anzunehmen. Die Einführung des Stabes 26 gestattet es also, die Schraubenform des entstehenden Lichtbogens 28 sofort zwangsläufig vorzugeben und aus dem Schaltvorgang die Stufen seiner Ausbildung und seines Eintritts in den schraubenförmigen Hohlraum der Kammer 27 auszuschließen. The function of the in F i g. 7 different electromagnetic arc extinguisher shown differs from the one described above only through the first stage. This is where the electrodes are pulled apart 24, 25 in the axial channel of the arc extinguishing chamber 27 of the movable electrode 25 directly adjoining and with this moving together rod 26 inserted when therefore when pulling apart of the electrodes 24, 25 between them the arc 28 is ignited, it is immediately in the expanded electrodes 24, 25 connecting the helical cavity 27 of the chamber. Here, the arc 29 is forced, immediately one of the shape of this helical cavity of the Chamber 27 to assume the corresponding screw shape. The introduction of the rod 26 thus allows the Helical shape of the resulting arc 28 immediately inevitably predetermine and from the switching process exclude the stages of its formation and its entry into the helical cavity of the chamber 27.

Der ausgebildete schraubenlinienförmige Lichtbogen 28 wird sich wie auch früher unter der Wirkung der Kraft Fin Radialrichtung ausbreiten und auf die Elektroden 24, 25 nach dem schraubenförmigen Hohlraum der Kammer 27 aufwickeln. Deshalb ist die Einwirkung des Lichtbogens 28 auf den Stab 26 kurzzeitig, was dessen Betriebsverhältnisse erleichtert.
Die charakteristische Besonderheit der Funktion derThe formed helical arc 28 will, as before, expand in the radial direction under the action of the force Fin and wind up on the electrodes 24, 25 after the helical cavity of the chamber 27. Therefore, the action of the arc 28 on the rod 26 is brief, which facilitates its operating conditions.
The characteristic peculiarity of the function of the

ίο Lichtbogenlöschkammer 27 besteht darin, daß die betreffende Kammer 27, indem sie die Schraubenform des Lichtbogens 28 mit einer relativ geringen Schrittweite λ vorgibt, den Lichtbogen 28 tatsächlich in ein Starkstrom-Plasmasolenoid verwandelt, das zusätzlich ein für die Funktion der elektromagnetischen Lichtbogenlöschkammer 29 benötigtes magnetisches Längsfeid B aufbaut, d. h. eine hohe Effektivität der Ausnutzung des eigenen Magnetfeldes des Stroms des Lichtbogens 28 selbst gewährleistet. So beträgt das eigene magnetische Längsfeld 55 der Stromwindungen des Lichtbogens in Achsrichtung der Kammer im vorstehend betrachteten Beispiel bei der Abschaltung eines Stroms von 2 und 20 kA mittels der Lichtbogenlöscheinrichtung für 100 kV 0,2 bzw. 2 T. Das bedeutet, daß die vorliegende elektromagnetische Lichtbogenlöscheinrichtung in vielen Fällen eine Vereinfachung der Konstruktion der Schaltapparatur auf dem Wege einer vollständigen Elimination der Magnetblasspulen und Magnetleiter zuläßt. ίο arc extinguishing chamber 27 consists in the fact that the chamber 27 in question, by specifying the helical shape of the arc 28 with a relatively small step size λ , actually transforms the arc 28 into a high-voltage plasma solenoid, which is additionally a magnetic required for the function of the electromagnetic arc extinguishing chamber 29 Longitudinal field B builds up, ie a high effectiveness of the utilization of the own magnetic field of the current of the arc 28 itself is guaranteed. So the own magnetic longitudinal field 55 of the current windings of the arc in the axial direction of the chamber in the example considered above when switching off a current of 2 and 20 kA by means of the arc extinguishing device for 100 kV 0.2 or 2 T. This means that the present electromagnetic Arc extinguishing device in many cases allows a simplification of the construction of the switching apparatus by way of a complete elimination of the magnetic blowing coils and magnetic conductors.

Die Anwendung der elektromagnetischen Lichtbogenlöscheinrichtung für die Sicherungen und Trennschalter mit elektrischer Explosion weist ihre Besonderheiten auf. Die in Fig.8 dargestellte Lichtbogenlöscheinrichtung der Sicherung arbeitet wie folgt.The application of the electromagnetic arc extinguisher for the fuses and disconnectors with electric explosion has its peculiarities. The arc extinguishing device shown in Figure 8 the backup works as follows.

Nach Durchbrennen des Schmelzleiters 32 bildet sich ein Lichtbogen aus, dessen Bogensäule sich in der Anfangsperiode intensiv ausbreitet (Leitfähigkeit des Plasmas liegt wesentlich unterhalb der Leitfähigkeit des Metalls). Da die Ausbreitung der Bogensäule nur in Richtung des schraubenlinienförmigen Hohlraumes 29 erfolgen kann, führt dies zur erzwungenen Ausbildung der Schraubenform des Lichtbogens bereits auf dieser Arbeitsstufe der Lichtbogenlöscheinrichtung.After the fusible conductor 32 has burned through, an arc forms, the arc column of which is in the initial period intensely spreads (conductivity of the plasma is significantly below the conductivity of the metal). Since the arc column only spreads in the direction of the helical cavity 29 can, this leads to the forced formation of the helical shape of the arc at this stage the arc extinguisher.

Ferner weitet sich der schraubenlinienförmige Lichtbogen in Radialrichtung aus, wobei er sich intensiv verlängert. Hierbei ist das Längsmaß des schraubenlinienförmigen Lichtbogens immer gleich der Länge der Lichtbogenlöschkammer 29, was die Bogenverlängerungsgeschwindigkeit und also die Geschwindigkeit der Spannungswiederverfestigung am Schaltapparat zusätzlich vergrößert.Furthermore, the helical arc expands in the radial direction, whereby it is intensively lengthened. The length of the helical arc is always the same as the length of the Arc extinguishing chamber 29, which is the arc extension speed and thus the speed of the Stress reconsolidation at the switchgear also increased.

Die Arbeit der in F i g. 9 dargestellten Lichtbogenlöscheinrichtung wird dadurch gekennzeichnet, daß der sich nach Durchbrennen des Schmelzleiters 35 ausbildende löschende Lichtbogen sogleich eine Schraubenform vorgegebenen Radius und Schritt aufweist sowie der Schaltstrom bereits im Schmelzstadium des Schmelzleiters 35 ein erhebliches eigenes magnetisches Längsfeld erzeugt. Dies sichert eine Erhöhung der Schnellwirkung der Lichtbogenlöscheinrichtung gegenüber den früher betrachteten.The work of the in F i g. 9 arc extinguishing device shown is characterized in that the formed after the fusible conductor 35 has burned through extinguishing arc immediately has a helical shape predetermined radius and step as well the switching current already in the melting stage of the fusible conductor 35 is considerably magnetic of its own Longitudinal field generated. This ensures an increase in the rapid action of the arc extinguishing device the one viewed earlier.

Hierzu 5 Blatt ZeichnungenIn addition 5 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Electromagnetic arc extinguishing device for electrical switchgear with an arc extinguishing chamber Made of insulating material, whose helical cavity surrounding an axial channel has a spiral shape extending in the radial direction extending the course of the arc, which arises between two electrodes, of which at least one in the axial canal! is arranged to form the arc,

characterized in that the other electrode (3, 4) is also arranged in the axial channel (2) is,

and that the pitch (A) of two adjacent turns of the cavity wall (6) of the helical cavity in the axial direction is at least one order of magnitude smaller than the cross-sectional diameter of the arc extinguishing chamber (1,7,8,11).

2. Electromagnetic arc extinguishing device according to claim 1,

characterized in that the cavity of the arc extinguishing device (7) extends in the radial direction has tapered profile.

3. Electromagnetic arc extinguishing device according to claim 1 or 2,

characterized in that the arc extinguishing chamber (11) is arranged in its cavity and with the turns of the cavity wall (12) rigidly connected fixing elements (9,10) contains.

4. Electromagnetic arc extinguishing device according to one of claims 1, 2 or 3,
characterized in that the arc extinguishing chamber (19) contains discs (17, 18) made of an electrically conductive material for moving the base points of the arc (23) in the radial direction, which are arranged on the end faces of the arc extinguishing chamber (19) and each slide with one on the other Electrode (20, 21) located on the end face are electrically connected.

5. Electromagnetic arc extinguishing device according to one of claims 1 to 4,

characterized in that one of the electrodes

(25) is arranged displaceably in the axial channel of the arc extinguishing chamber (27) and comprises a rod (26) an insulating material to prevent a breakthrough on the axial channel, which on her the second electrode (24) facing end is attached, wherein the second electrode (24) with a Axial opening is carried out into which the insulating rod

(26) protrudes, the length of which is at least equal to the distance between the electrodes (24, 25) in the end position the movable electrode (25).

6. Electromagnetic arc extinguishing device according to claim 5,

characterized in that the arc extinguishing chamber (27) tapers in the direction of that end face is executed on which the in the axial channel of the arc extinguishing chamber (27) displaceable electrode (25) lies.

7. Electromagnetic arc extinguishing device according to one of claims 1 to 4,
characterized by a fusible link (32) connecting the electrodes in the form of a wire in the axial channel of the arc extinguishing chamber (29), the diameter of which is equal to the diameter of the axial

channel is

8. Electromagnetic arc extinguishing device according to one of claims 1 to 4,
characterized by an insert (34) made of an insulating material, the diameter of which is equal to the diameter of the axial channel, accommodated in the axial channel of the arc extinguishing chamber (33),
a fusible conductor connecting the electrodes in the form of a wire on this insert (34) in the cavity of the arc extinguishing chamber (33) being arranged in a helical manner