DE348396C

DE348396C - Electrical switch in which the interrupting arc is driven away from the contact point by a magnetic field

Info

Publication number: DE348396C
Application number: DE1919348396D
Authority: DE
Original assignee: Krupp Stahl AG
Current assignee: Krupp Stahl AG
Priority date: 1919-07-04
Filing date: 1919-07-04
Publication date: 1922-02-07
Also published as: FR526248A; NL7066C; GB170745A; US1475144A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf solche elektrische Schalter, bei denen der beim Unterbrechen eines Stromkreises entstehende Lichtbogen durch ein magnetisches Feld von der Kontaktstelle weggetrieben wird. Werden derartige Schalter mit Stromschlußstücken aus Metall (Kupfer) ausgerüstet und werden mit ihnen starke Ströme bei großer Spannung unterbrochen, so entstehen unter der schmelzenden Wirkung des Unterbrechungslichtbogens schon nach einigen Schaltvorgängen auf den Berührungsflächen der Stromschlußstücke Rillen, die parallel zur Bewegungsrichtung des unter dem Einflüsse des magnetischen Feldes stehenden Lichtbogens verlaufen und sich in der Nähe derjenigen Stellen vertiefen, an denen der Lichtbogen die Stromschlußstücke verläßt. Die Erfindung bezweckt, bei Schaltern der genannten Art das Entstehen der erwähnten,The invention relates to such electrical switches in which the arc that occurs when a circuit is interrupted is driven away from the contact point by a magnetic field. Such switches are made with current connectors Metal (copper) equipped and with them are strong currents with high voltage interrupted, so arise under the melting effect of the interruption arc after a few switching operations, grooves on the contact surfaces of the current connectors, those parallel to the direction of movement of the one under the influence of the magnetic field Arc and deepen near those places where the arc leaves the current connectors. The invention aims at switches of the mentioned type the emergence of the mentioned,

den Übergangswiderstand in unerwünschter Weise erhöhenden .Rillen zu verhindern.To prevent the contact resistance increasing in an undesirable manner .Rillen.

Auf der Zeichnung ist in schematisch er Darstellungsweise ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht, und zwar zeigtIn the drawing, he is a schematic representation of an embodiment of the Subject of the invention illustrated, namely shows

Abb. ι einen aufrechten Längsschnitt und Abb. 2 die zugehörige Oberansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Schalters.Fig. Ι an upright longitudinal section and Fig. 2 the associated top view of an inventive trained switch.

In einem quadratischen Rahmen A aus magnetischem Stoffe sind zwei sich gegenüberstehende Stäbe B und C aus nicht magnetischem Stoffe gelagert, von denen der eine, B. verschiebbar ist und der andere, C, nicht. An ihren einander zugekehrten Enden tragen die Stäbe B und C federnde Hülsen b¹ und c¹, die zur Aufnahme der Stromschlußstücke des Schalters bestimmt und durch Vermittelung von Kabelklemmen b² und c² an die zur Stromquelle führenden Leitungen angeschlossen sind. Jedes Stromschlußstück besteht aus zwei Teilen D und D¹ bzw. E und E¹, die mit rechteckigen Enden in die zugehörigen Hülsen b¹ und c¹ hineinragen und in diesen durch Vermittelung von Schrauben F und G befestigt sind. Die Stromschlußstückteile D und E sind aus Kupfer und die Stromschlußstückteile D¹ und E¹ aus Kohle hergestellt. An die Stromschlußstückteile D¹ und E¹ legen sich zwei Körper D² und E^z aus Kupfer an, die mit ihren Unterflächen auf den Hülsen b¹ und c¹ aufliegen und ebenfalls noch dureh die Schrauben F und G gehalten werden (Abb. 1). In den Körpern D^s und E^z sind Funkenhörner d³ und e³ befestigt, die ebenfalls aus Kupfer bestehen. ' An den senkrecht zu den Berührungsflächen der Stromschlußstücke D, D¹ und E, E¹ verlaufenden Innenseiten des Rahmens A sind zwei einander gegenüberstehende Polkerne a¹ und a- befestigt, die mit Erregerwicklungen a³ und <z⁴ umgeben sind. Die Erregerwicklungen a^s und a* sind mit Gleichstrom gespeist. ₌ Die Polkerne a¹ und a² sind so angeordnet, daß ihre aufrechten Symmetrieebenen und die Berührungsflächen des geschlossenen Schalters in einer Ebene liegen. Zu beiden Seiten der Funkenhörner d^s und e³ sind zwei aufrechtstehende halbkreisförmige Scheiben a⁵ und a^e angeordnet, die mit abwärts gerichteten Stielen an den freien Polflächen der Polkerne a¹ und a² In a square frame A made of magnetic material, two opposing rods B and C made of non-magnetic material are mounted, one of which, B., is movable and the other, C, is not. At their ends facing each other, the rods B and C carry resilient sleeves b ¹ and c ¹ , which are intended to accommodate the current connection pieces of the switch and are connected by means of cable terminals b ² and c ² to the lines leading to the power source. Each current connection piece consists of two parts D and D ¹ or E and E ¹ , which protrude with rectangular ends into the associated sleeves b ¹ and c ¹ and are fastened in these by means of screws F and G. The current connection piece parts D and E are made of copper and the current connection piece parts D ¹ and E ^{1 are} made of carbon. Two bodies D ² and E ^z made of copper lie against the current connector parts D ¹ and E ¹ , the lower surfaces of which rest on the sleeves b ¹ and c ¹ and are also held by the screws F and G (Fig. 1) . Spark horns d ³ and e ³ , which are also made of copper, are fixed in the bodies D ^s and E ^z. Two opposing pole cores a ¹ and a , which are surrounded by excitation windings a ³ and <z ⁴ , are attached to the inside of the frame A perpendicular to the contact surfaces of the current connection pieces D, D ¹ and E, E ^1. The excitation windings a ^s and a * are fed with direct current. ₌ The pole cores a ¹ and a ² are arranged so that their upright planes of symmetry and the contact surfaces of the closed switch are in one plane. Two upright semicircular disks a ⁵ and a ^e are arranged on both sides of the spark horns d ^s and e ³ , with downwardly directed stems on the free pole faces of the pole cores a ¹ and a ²

befestigt sind und demnach Polschuhteile des Blasmagneten A, a¹, a³, a^s, ar, a¹, «⁶ bilden.are attached and therefore pole shoe parts of the blow magnet A, a ¹ , a ³ , a ^s , ar, a ¹ , « ⁶ form.

Für die Betrachtung der Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung sei angenommen, daß sich der Schalter zunächst in dem aus der Zeichnung ersichtlichen geschlossenen Zustande befindet, bei dem die durch die Stromschlußstücke D, D¹ und E, E¹ überbrückte Unterbrechungsstelle von einem starken ίο elektrischen Strome bei hoher Spannung durchflossen ist, und daß außerdem die Magnetwicklungen a³, a⁴ erregt sind. Im Rahmen A wird dementsprechend ein magnetisches Feld erzeugt, dessen Kraftlinien sich auf dem in Abb. 2 strichpunktierten Wege schließen. Zum Unterbrechen des über die Stromschlußstücke D, D¹ und E, E¹ fließenden Stromes wird die , Stange B rasch im Sinne des Pfeiles χ (Abb. 1) verschoben. Bei dieser Bewegung entsteht _; an irgendeiner Stelle der sich voneinander ent- ^: fernenden Berührungsflächen der Stromschluß- ■ stücke D, D¹ und E, E¹ ein Lichtbogen, und ; zwar werden im allgemeinen die Fußpunkte des entstehenden Lichtbogens auf den Be- ' rührungsflächen der aus Kupfer bestehenden , Stromschlußstückteile D und E liegen, da die ; Stromdichte hier eine größere ist als bei den aus Kohle bestehenden Stromschlußstückteilen D¹ und E¹. Dieser Lichtbogen wird sofort von dem quer zur Lichtbogenrichtung gerichteten | ■ magnetischen Felde von der Entstehungsstelle 1 weggetrieben, und zwar ist der Sinn des magnetischen Feldes so gewählt, daß das Wegtreiben des Lichtbogens in der Richtung nach , oben erfolgt. Der Lichtbogen erreicht demnach sehr rasch die oberen Kanten der Bf- ; rührungsflächen der Stromschlußstückteile D ; und E. Von hier tritt er auf die Berührungsflächen der aus Kohle bestehenden Stromschlußstückteile D¹ und E¹ über und wird von hier immer in der Richtung nach oben durch das Magnetfeld weitergetrieben. Sobald der Lichtbogen die oberen Kanten der Berührungsflächen der Stromschlußstückteile D¹ und E¹ erreicht hat, kommt er in den Bereich des zwischen den Scheiben a⁵ und β⁶ übertretenden magnetischen Feldes und wird nun von diesem weitergetrieben. Dabei tritt er auf die Körper P² und £² und von diesen auf die Funkenhörner d³ und β³ über. Er nimmt dabei, da für diesen Teil des magnetischen Feldes die Linien gleicher Kraftliniendichte zu den Scheiben «³, α⁶ konzentrische Halbkreise sind, ebenfalls halbkreisförmige Gestalt an und reißt spätestens dann ab, wtnn seine Fußpunkte an den freien Enden der Funkenhörner d³, e³ angekommen sind.For the consideration of the operation of the device described it is assumed that the switch is initially in the closed state shown in the drawing, in which the interruption point bridged by the current connectors D, D ¹ and E, E ¹ from a strong ίο electrical currents high voltage is flowing through, and that also the magnet windings a ³ , a ^{4 are} excited. Accordingly, a magnetic field is generated in frame A , the lines of force of which close on the path shown by the dot-dashed line in Fig. 2. To interrupt the current flowing through the current connection pieces D, D ¹ and E, E ¹ , the rod B is quickly moved in the direction of the arrow χ (Fig. 1). With this movement arises _; at any point of one another ^corresponds: far end contact surfaces of the Stromschluß- ■ pieces D, D ¹ and E, E ^1, an arc, and; it is true that in general the base points of the resulting arc lie on the contact surfaces of the current connection piece parts D and E, which are made of copper, since the; The current density here is greater than that of the current connector parts D ¹ and E ¹ made of carbon. This arc is immediately triggered by the | ■ magnetic field driven away from the point of origin 1, namely the sense of the magnetic field is chosen so that the driving of the arc takes place in the upward direction. The arc therefore very quickly reaches the upper edges of the Bf-; contact surfaces of the current connector parts D ; and E. From here it passes over the contact surfaces of the current connector parts D ¹ and E ¹ made of carbon and is always driven on from here in the upward direction by the magnetic field. As soon as the arc has reached the upper edges of the contact surfaces of the current connector ^{parts D 1} and E ¹ , it comes into the area of the magnetic field crossing between the disks a ⁵ and β ⁶ and is now driven on by this. In doing so, he steps onto the bodies P ² and £ ² and from these to the spark horns d ³ and β ³ . Since for this part of the magnetic field the lines of the same force line density to the disks « ³ , α ^{6 are} concentric semicircles, it also assumes a semicircular shape and then tears off at the latest when its base points are at the free ends of the spark horns d ³ , e ³ arrived.

Wie die Erläuterung der Wirkungsweise des Schalters erkennen läßt, tritt der zwischen den Berührungsflächen der kupfernen Stromschlußstückteile D und E entstehende Lichtbogen unter der Wirkung des magnetischen Feldes schon nach so kurzer Zeit auf die aus Kohle bestehenden Stromschlußstückteile D¹ und E¹ über, daß der Lichtbogen eine Schmelzwirkung auf die aus Kupfer bestehenden Stromschlußstückteile D und E nicht ausüben kann und das Entstehen von Rillen auf diesen daher ausgeschlossen ist. Die Berührungsflächen der kupfernen Stromschlußstückteile D und E bleiben vielmehr, wie zahlreiche Versuche einwandfrei ergeben haben, auch bei der Vornahme zahlreicher Unterbrechungen von sehr hohen Stromstärken und Spannungen vollständig unversehrt und eben. An den Berührungsflächen der aus Kohle bestehenden Stromschlußstücke D¹ und E¹ kann aber eine Rillenbildung nicht auftreten, da die Kohle nicht schmilzt. Die gesamten Berührungsflächen der Stromschlußstücke D, D¹ und E, E¹ bleiben mithin auch bei der Vornahme vieler Unterbrechungen großer Stromstärken bei hohen Spannungen unversehrt, und der Schalter behält dementsprechend dauernd seinen ursprünglichen kleinen Übergangswiderstand.As the explanation of the mode of operation of the switch reveals, the arcing between the contact surfaces of the copper current connector parts D and E occurs under the effect of the magnetic field after such a short time on the current connector parts D ¹ and E ¹ made of carbon that the arc a melting effect cannot exert a melting effect on the current connection piece parts D and E made of copper and the formation of grooves on these is therefore excluded. Rather, the contact surfaces of the copper current connector parts D and E remain completely intact and level even when numerous interruptions of very high currents and voltages are made, as has been proven by numerous tests. Grooving cannot occur on the contact surfaces of the current connection pieces D ¹ and E ¹ made of carbon, however, since the carbon does not melt. The entire contact surfaces of the current connection pieces D, D ¹ and E, E ¹ therefore remain intact even when many interruptions of large currents are carried out at high voltages, and the switch accordingly permanently retains its original small contact resistance.

Sollte ausnahmsweise der Lichtbogen einmal zwischen den aus Kohle bestehenden Stromschlußstückteilen D¹ und E¹ entstehen, so wird er durch das Magnetfeld in der beschriebenen Weise auf die Körper D², E^% und die Funkenhörner d³ und e³ getrieben und dort vernichtet. Auch in diesem Falle kann eine Beschädigung der Berührungsflächen der aus Kupfer bestehenden Stromschlußstückteile D und E nicht eintreten. Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Schalter besitzt daher alle Vorteile, die in der großen Leitfähigkeit der aus Metall (Kupfer) bestehenden Stromschlußstückteile begründet sind, ohne den Nachteil eines wachsenden Übergangswiderstandes aufzu- ioo weisen.If, as an exception, the arc should ^{arise between the current connector parts D 1} and E ¹ made of carbon, it is driven by the magnetic field in the manner described onto the bodies D ² , E ^% and the spark horns d ³ and e ³ and destroyed there. In this case, too, damage to the contact surfaces of the current connection piece parts D and E made of copper cannot occur. A switch designed according to the invention therefore has all the advantages that are based on the high conductivity of the current connector parts made of metal (copper) without the disadvantage of increasing contact resistance.

Claims

Patent claim:

Electrical switch in which the interrupting arc is driven away from the contact point by a magnetic field, characterized in that the current connection pieces (D, D ¹ and E, E ¹ ) of each switch part are composed of firmly interconnected metal (copper) and carbon pieces no and the ratios are chosen so that the arc is driven on from the metal pieces (D, E) to the carbon pieces (D ¹ , E ¹ ) . '

1 sheet of drawings.