EP1099232A2 - Lichtbogenlöschhilfe - Google Patents

Lichtbogenlöschhilfe

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EP1099232A2
EP1099232A2 EP00929336A EP00929336A EP1099232A2 EP 1099232 A2 EP1099232 A2 EP 1099232A2 EP 00929336 A EP00929336 A EP 00929336A EP 00929336 A EP00929336 A EP 00929336A EP 1099232 A2 EP1099232 A2 EP 1099232A2
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EP
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arc extinguishing
circuit
coil
arc
sensors
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AEG Niederspannungstechnik GmbH and Co KG
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/44—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/59—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
    • H01H33/596—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle for interrupting dc

Definitions

  • the present invention relates to an arc extinguishing aid with an externally supplied magnetic blow coil for switching small currents.
  • DC circuit breakers such as tie switches and line and rectifier switches are used in DC networks of electrical railways, etc. for different tasks, with a different profile of requirements with regard to guiding and switching in two current directions.
  • Section switches must carry and switch currents in both current directions, and section and rectifier switches can in the case of one
  • the arc can be viewed as a current-carrying conductor on which a force is exerted when it encounters a magnetic field.
  • an external magnetic field can be applied to increase the arcing.
  • This field can be realized, for example, by magnetic blow coils connected in series in a main circuit. These are either constantly flowed through by the main current or energized during an extinguishing process if, for example, probes are connected to the main circuit via coils.
  • the invention is therefore based on the object to solve the problems mentioned above and to provide an inexpensive and universally usable arc extinguishing aid.
  • this object is achieved by an arc-quenching aid, as set out in claim 1.
  • a coil fed by a control voltage network which generates a magnetic field, the field lines of which penetrate the arc perpendicularly and whose field direction changes based on the control by the circuit for detecting the current direction.
  • the magnetic field causes an interaction with the arc current Long of the bow and drifts from the contacts of the
  • the hearing of the magnetic field generated by the externally supplied coil is independent of the current level of the main circuit. In the case of very small currents, for example 1A, this is sufficient for the elongation
  • Magnetic field available There is no need for coils that have a high short-term current carrying capacity and are expensive, and there are also no thermal losses due to elements connected to the main circuit.
  • the invention is based on a
  • FIG. 2 shows a DC circuit breaker in which the arc-extinguishing aid according to the invention is used
  • Fig. 3 is a block diagram of the evaluation circuit shown in Fig. 1.
  • FIGS. 1 to 3 An exemplary embodiment of an arc-quenching aid according to the invention for switching small currents is described in more detail with reference to FIGS. 1 to 3.
  • reference numeral 2 denotes a changeover switch or cross switch, 3 a magnetic blow coil, 5 a switch, 6 a storage capacity and 7 an evaluation circuit for
  • FIG. 2 Hall sensors 1 the magnetic blow coil 3, an iron circuit 4, a movable contact piece 8 and a fixed contact piece 9 of a DC circuit breaker and an upper busbar 10 of the main circuit are shown.
  • the reference numeral 11 denotes the fixed side of an arc conductor, 12 an insulation of the iron core, 13 an insulation of the coil, 14 a side wall of a quenching plate arrangement, 15 the movable side of the arc conductor, 16 a pre-contact and 17 a flexband of the DC circuit breaker.
  • the sensitive Hall sensors 1 for current direction detection are arranged for measuring the current in the main circuit of the DC circuit breaker. To reduce the interference, it is expedient to position the Hall sensors 1 at a short distance from one another. To further increase the immunity to interference, the two Hall sensors 1 are positioned in such a way that the useful field of both sensors is the same in amount but opposite in direction. When the signals from the Hall sensors 1 are subtracted in the evaluation circuit 7 described in more detail below, interference signals are thus filtered out. Since the conductors in the main circuit have a predetermined large cross section owing to their current carrying capacity (several kA), the Hall sensors 1 can be embedded in the upper busbar 10, as shown in FIG. 2, thereby minimizing the circuit scope.
  • the evaluation circuit 7 consists of the Hall sensors 1 and 2, each of which is followed by an amplifier and a balancer.
  • the output signals of the Comparators are fed to a subtractor, which
  • the comparator uses a threshold value to check whether the signal supplied to it is greater than zero or not, and outputs a signal to a downstream amplifier in accordance with the test result.
  • the amplifier thus outputs a signal that is proportional to the detected current direction.
  • This signal controls the cross switch 2, which changes the polarity or current flow direction in the magnetic blowing coil 3, by switching between contacts a and b in FIG. 3.
  • the evaluation circuit 7 must therefore before actuating an auxiliary trigger of the DC circuit breaker
  • Switch off be active.
  • the evaluation circuit 7 could, however, also become active in the case of a switch-off command if the DC circuit breaker is opened with a slight time delay for detecting the current direction.
  • the switch 5 is closed in parallel.
  • the discharge of the capacitor 6 is thus initiated via the magnetic blowing coil 3.
  • the magnetic field thus generated by the coil is guided in a targeted manner via the iron circuit 4 to the arc area at the contacts 8 and 9 of the DC circuit breaker, in particular to the base area of the arc.
  • Various experiments have shown that magnetic field blowing in this area extremely effectively causes the arc to wander or run.
  • the capacitance 6 also serves as a load buffer, which is charged when the switch 5 is open, so that the above described system even if the auxiliary voltage fails or
  • the advantages of the invention include in that the magnitude of the magnetic field generated by the magnetic blowing coil is independent of the current level in the main circuit and therefore a magnetic field sufficient for elongation is available for very small currents of 1A, for example.
  • no coils are required, which must have a high short-term current carrying capacity (lOOOOOA) and are expensive, and there are no thermal losses due to elements connected in the main circuit.
  • an arc-quenching aid with an externally supplied magnetic blowing coil for switching small currents in which the current direction in the externally supplied magnetic blowing coil is switched based on the detection of the current direction in the main circuit of a DC circuit breaker.

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  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
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Description

"LICHTBOGENLÖSCHHILFE"
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtbogenlöschhilfe mit einer fremdgespeisten Magnetblasspule zum Schalten kleiner Ströme.
Gleichstromleistungsschalter wie Kuppelschalter und Strecken- und Gleichrichterschalter werden in Gleichstromnetzen elektrischer Bahnen, usw. für unterschiedliche Aufgaben eingesetzt, wobei sich ein unterschiedliches Anforderungsprofil bezüglich des Führens und Schaltens in zwei Stromrichtungen ergibt. Kuppelschalter müssen Ströme in beiden Stromrichtungen führen und schalten, und Strecken- und Gleichrichterschalter können im Fall einer
Energierückspeisung von Strömen entgegen der normalen Stromrichtung durchflössen werden und müssen daher in der Lage sein, bestimmte Stromstärken von bis zu 5kA in beiden Stromrichtungen zu schalten.
Bei großen Gleichstromleistungsschaltern können beim Schalten kritischer oder kleiner Ströme im Bereich von 0 bis 400A extrem lange Ausschaltzeiten auftreten. Diese extrem langen Ausschaltzeiten entstehen beim betriebsmäßigen Schalten über Hilfsauslöser und bewirken eine lange Lichtbogenbrenndauer, wodurch wiederum das Kontaktsystem des Schaltgeräts stark abgenutzt und das Schaltgerät selbst beschädigt werden kann.
Die Ursache für die langen Ausschaltzeiten besteht u.a. in der bei geringer Stromhöhe niedrigen elektromagnetischen
Kraft, die einen als Folge eines Schaltvorgangs entstehenden Lichtbogen nach oben treibt und längt. Der Lichtbogen kann als stromdurchflossener Leiter angesehen werden, auf den im Zusammentreffen mit einem magnetischen Feld eine Kraft ausgeübt wird. Bei geringem Eigenfeld des stromdurchflossenen Leiters kann zur Verstärkung des Lichtbogenwanderns ein äußeres magnetisches Feld angelegt werden. Dieses Feld kann beispielsweise über in einen Hauptstromkreis in Reihe geschaltete Magnetblasspulen realisiert werden. Diese werden entweder standig vom Hauptstrom durchflössen oder wahrend eines Loschvorgangs bestromt, wenn beispielsweise Sonden über Spulen mit dem Hauptstromkreis verbunden sind.
Diese Losungen weisen jedoch einen Nachteil dahingehend auf, daß die in den Hauptstromkreis geschalteten Spulen eine hohe Stromtragfahigkeit und dynamische Festigkeit besitzen müssen, da sie vom Hauptstrom durchflössen werden.
Andere Alternativen, d.h. ein unter Verwendung eines Dauermagneten verwirklichtes Feld oder ein durch fremdgespeiste Spulen verwirklichtes Feld, können nur in einer zuvor festgelegten Stromrichtung wirksam sein. Bei entgegengesetzter Stromrichtung wurden sie den Lichtbogen in den Schalter drucken und diesen dadurch zerstören. Da aber wie vorstehend angeführt Strome in beiden Stromrichtungen zu schalten sind, sind diese Alternativen nicht als Losungsmoglichkeiten geeignet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorstehend angeführten Probleme zu losen und eine preiswerte und universell einsetzbare Lichtbogenloschhilfe zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch eine Lichtbogenloschhilfe gelost, wie sie in Patentanspruch 1 dargelegt ist.
Erfindungsgemaß ist eine von einem Steuerspannungsnetz gespeiste Spule offenbart, die ein Magnetfeld erzeugt, dessen Feldlinien den Lichtbogen senkrecht durchdringen und dessen Feldrichtung sich beruhend auf der Steuerung durch die Schaltung zur Stromrichtungserkennung ändert. Das Magnetfeld verursacht im Zusammenspiel mit dem Lichtbogenstrom ein Langen des Bogens und treibt inn von den Kontakten des
Gleichstromleistungsschalters in die Lichtbogenkammer.
In den Unteranspruchen sinα vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.
Erfindungsgemaß ist die Höre des von der fremdgespeisten Spule erzeugten Magnetfeldes unabhängig von der Stromhohe des Hauptstromkreises. Dadurch steht bei sehr kleinen Strömen, beispielsweise 1A, ein für die Langung ausreichendes
Magnetfeld zur Verfugung. Es sind keine Spulen erforderlich, die eine hohe Kurzzeit-Stromtragfahigkeit besitzen und kostspielig sind, und es entstehen außerdem keine thermischen Verluste durch in den Hauptstromkreis geschaltete Elemente.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines
Ausfuhrungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung naher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung für eine erfmdungsgemaße Lichtbogenloschhilfe,
Fig.2 einen Gleichstromleistungsschalter, bei dem die erfmdungsgemaße Lichtbogenloschhilfe angewendet wird, und
Fig. 3 ein Blockschaltbild der in Fig. 1 gezeigten Auswerteschaltung .
Nachstehend wird ein Ausfuhrungsbeispiel einer erfmdungsgemaßen Lichtbogenloschhilfe zum Schalten kleiner Strome unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 naher beschrieben.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 2 einen Umschalter bzw. Kreuzschalter, 3 eine Magnetblasspule, 5 einen Schalter, 6 eine Speicherkapazität und 7 eine Auswerteschaltung zum
Schalten des Kreuzschalters 2.
In Fig. 2 sind Hall-Sensoren 1, die Magnetblasspule 3, ein Eisenkreis 4, ein bewegliches Kontaktstück 8 und ein festes Kontaktstück 9 eines Gleichstromleistungsschalters und eine obere Stromschiene 10 des Hauptstromkreises gezeigt. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet die feste Seite eines Lichtbogenleiters, 12 eine Isolierung des Eisenkerns, 13 eine Isolierung der Spule, 14 eine Seitenwand einer Löschblechanordnung, 15 die bewegliche Seite des Lichtbogenleiters, 16 einen Vorkontakt und 17 ein Flexband des Gleichstromleistungsschalters .
Die empfindlichen Hall-Sensoren 1 zur Stromrichtungserkennung sind zum Messen des Stroms im Hauptstromkreis des Gleichstromleistungsschalters angeordnet. Zur Verringerung des Störeinflusses ist es zweckmäßig, die Hall-Sensoren 1 in geringem Abstand voneinander zu positionieren. Zur weiteren Erhöhung der Störunempfindlichkeit werden die zwei Hall- Sensoren 1 derart positioniert, daß das Nutzfeld beider Sensoren betragsmäßig gleich aber richtungsmäßig entgegengesetzt ist. Bei der Subtraktion der Signale aus den Hall-Sensoren 1 in der nachstehend näher beschriebenen Auswerteschaltung 7 werden somit Störsignale herausgefiltert. Da die Leiter im Hauptstromkreis aufgrund ihrer Stromtragfähigkeit (mehrere kA) einen vorgegebenen großen Querschnitt besitzen, können die Hall-Sensoren 1 in die obere Stromschiene 10 eingelassen werden, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, wodurch eine Minimierung des Schaltungsumfangs erreicht wird.
In Fig. 3 ist ein Blockschaltbild der Auswerteschaltung 7 gezeigt. Die Auswerteschaltung 7 besteht aus den Hall- Sensoren 1 und 2, denen jeweils ein Verstärker und ein Abgleicher nachgeschaltet sind. Die Ausgangssignale der Abgleicher werden einem Subtrahierer zugeführt, der die
Signale subtrahiert und einem Vergleicher zufuhrt. Der
Vergleicher überprüft anhand eines Schwellenwerts, ob das ihm zugefuhrte Signal großer als Null ist oder nicht, und gibt ein Signal entsprechend dem Uberprufungsergebnis an einen nachgeschalteten Verstarker aus.
Der Verstarker gibt somit ein Signal aus, das proportional zu der erfaßten Stromrichtung ist. Dieses Signal steuert den Kreuzschalter 2, der die Polarität bzw. Stromflußrichtung in der Magnetblasspule 3 ändert, indem zwischen Kontakten a und b in Fig. 3 umgeschaltet wird.
Die Auswerteschaltung 7 muß somit vor der Betätigung eines Hilfsauslosers des Gleichstromleistungsschalters zum
Ausschalten aktiv sein. Die Auswerteschaltung 7 konnte aber auch bei einem Ausschalt-Befehl aktiv werden, wenn das Offnen des Gleichstromleistungsschalters mit einer geringen Zeitverzogerung zum Erfassen der Stromrichtung erfolgt.
Wird der Hilfsausloser des Gleichstromleistungsschalters betätigt, was durch den Block "Aus-Befehl" in Fig. 1 angezeigt ist, wird parallel dazu der Schalter 5 geschlossen. Somit wird die Entladung des Kondensators 6 über die Magnetblasspule 3 eingeleitet. Das dadurch der Spule erzeugte Magnetfeld wird über den Eisenkreis 4 gezielt zum Lichtbogenbereich an den Kontakten 8 und 9 des Gleichstromleistungsschalters, insbesondere zum Fußpunktbereich des Lichtbogens gefuhrt. Aus verschiedenen Versuchen hat sich ergeben, daß eine Magnetfeldbeblasung in diesem Bereich äußerst effektiv ein Wandern bzw. Laufen des Lichtbogens bewirkt.
Die Kapazität 6 dient ferner als Ladepuffer, der bei geöffnetem Schalter 5 aufgeladen wird, so daß das vorstehend beschriebene System auch bei Ausfall der Hilfsspannung bzw.
Fremdspeisung funktioniert.
Die Vorteile der Erfindung liegen u.a. darin, daß die Hohe des von der Magnetblasspule erzeugten Magnetfeldes von der Stromhohe im Hauptstromkreis unabhängig ist und daher bei sehr kleinen Strömen von beispielsweise 1A ein für die Langung ausreichendes Magnetfeld zur Verfugung steht. Zudem sind keine Spulen erforderlich, die eine hohe Kurzzeit- Stromtragfahigkeit (lOOOOOA) besitzen müssen und kostspielig sind, und es entstehen keine thermischen Verluste durch in den Hauptstromkreis geschaltete Elemente.
Erfindungsgemaß ist eine Lichtbogenloschhilfe mit einer fremdgespeisten Magnetblasspule zum Schalten kleiner Strome offenbart, bei der die Stromrichtung in der fremdgespeisten Magnetblasspule beruhend auf der Erfassung der Stromrichtung im Hauptstromkreis eines Gleichstromleistungsschalters geschaltet wird.

Claims

Patentansprüche
1. Lichtbogenlöschhilfe mit einer Erfassungseinrichtung (1, 7) zur Erfassung einer Stromrichtung in einem Hauptstromkreis, einer fremdgespeisten Spule (3) , die zur Ausübung einer elektromagnetischen Kraft eingerichtet ist, wenn ein die Spule (3) enthaltender Löschstromkreis geschlossen ist, und einer Schalteinrichtung (2) zum Schalten der Stromrichtung in dem Löschstromkreis beruhend auf einem durch die Erfassungseinrichtung (1, 7) zugeführten Signal.
2. Lichtbogenlöschhilfe nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinrichtung zwei Sensoren (1) und einen Subtrahierer zur Subtraktion der Ausgangssignale der Sensoren aufweist .
3. Lichtbogenlöschhilfe nach Anspruch 2, wobei die Erfassungseinrichtung ferner jeweils einen Verstärker und einen Abgleicher für die Ausgangssignale der Sensoren
4. Lichtbogenlöschhilfe nach Anspruch 2, wobei die Erfassungseinrichtung ferner einen Vergleicher zum Vergleich des Ausgangssignals des Subtrahierers mit einem Schwellenwert und einen Verstärker zur Verstärkung des Ausgangssignals des Vergleichers aufweist.
5. Lichtbogenlöschhilfe nach Anspruch 2, wobei die Sensoren Hall-Sensoren sind, die in einen Leiter des Hauptstromkreises gegenüberliegend eingelassen sind.
6. Lichtbogenlöschhilfe nach Anspruch 1, ferner mit einer Kapazität (6), die zu dem die Spule enthaltenden Stromkreis parallel geschaltet ist und deren Ladung durch die Schalteinrichtung (2) nicht beeinflußt wird.
EP00929336A 1999-03-31 2000-03-31 Lichtbogenlöschhilfe Expired - Lifetime EP1099232B1 (de)

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