DE1052498B - Vorrichtung zur Beeinflussung des zeitlichen Verlaufes der Lichtbogenspannung in Schaltgeraeten - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Beeinflussung des zeitlichen Verlaufes der Lichtbogenspannung in Schaltgeräten, in denen wenigstens ein Lichtbogenteilabschnitt zum Zwecke der Längung und Löschung in engen Spalten bewegt wird und bei der in der Nähe des Lichtbogens parallel zu seiner Wanderungsebene Metallteile angeordnet sind. Bei bekannten Schaltern dieser Art bestehen diese Metallteile aus ferromagnetischem Material, das die Aufgabe hat, das Eigenfeld des Lichtbogens zu verstärken, wodurch eine sehr schnelle Lichtbogenwanderung und Längung erzielt wird. Diese schnelle Lichtbogenwanderung und Längung ist aber nicht immer erwünscht, da durch den damit verbundenen schnellen Anstieg der Lichtbogenspannung eine frühzeitige Stromunterbrechung erfolgt, wodurch Rückzündungen und Überspannungen hervorgerufen werden. Man ist daher bestrebt, beispielsweise bei Gleichstromschnellschaltern, den Lichtbogen nach anfänglich schneller Lichtbogenwanderung so zu beeinflussen, daß die Lichtbogenspannung eine Zeitlang auf einem nahezu konstanten Wert gehalten wird. Bei Wechselstromschaltern wird dagegen angestrebt, die Lichtbogenspannung im Bereich großer Momentanwertie des Ausschaltstromes klein zu halten, im Bereich kleiner Momentanwerte dagegen sehr schnell zu erhöhen. Bekannte Maßnahmen zur Beeinflussung des Lichtbogens in dieser Hinsicht bestehen in der Verwendung von zusätzlichen Blasspulen oder Blasringen, durch die Blasfelder erzeugt werden, die das Eigenfdd des Lichtbogens in bestimmten Gebieten beispielsweise durch Gegenwirkung beeinflussen.

Die Erfindung hat eine Vorrichtung zum Gegenstand, bei der auf einfache Weise und, ohne großen Aufwand, wie es bei Schaltern mit Blasspulen notwendig ist, eine Beeinflussung des Lichtbogens im beabsichtigten Sinne vorgenommen werden kann. Dies geschieht dadurch, daß die in der Nähe des Lichtbogens parallel zu seiner Wanderungsebene angeordneten Metallteile erfindungsgemäß aus Nichteisenmetall bestehen und derart bemessen und angeordnet sind, daß die darin erzeugten Wirbelströme eine bremsende Wirkung auf den wandernden Lichtbogen ausüben und somit die Lage, Form und Wanderung wenigstens von Teilabschnitten des bewegten Lichtbogens beeinflussen.

Bekanntlich treten Wirbelströme in Metallteilen dann auf, wenn in einer Strombahn, die sich relativ zu den Metallteilen in Ruhe befindet, eine Stromänderung erfolgt bzw. wenn sich eine Strombahn, in der ein konstanter Strom fließt, relativ zu den Metallteilen bewegt. Diese Wirkung wird bei der Erfindung zur Beeinflussung des zeitlichen Verlaufes der Lichtbogenspannung ausgenutzt, wobei als Strombahn der

Vorrichtung zur Beeinflussung
des zeitlichen Verlauf es der
Lichtbogenspannung in Schaltgeräten

Anmelder:

Calor-Emag
Elektrizitäts -Aktienges ells chaf t,
Ratingen bei Düsseldorf, Bahnstr. 39-45

Dr.-Ing. Rudolf Döring, Braunschweig, ist als Erfinder genannt worden

Lichtbogen dient, der durch seine sich ständig ändernde Lage und/oder durch die ständige Änderung der Augenblicks wer te des Lichtbogenstromes die Wirbelströme in den parallel zur Wanderungsebene des Lichtbogens angeordneten Nichteisenmetallplatten erzeugt.

Durch die entstehenden Wirbelströme wird der Auf- und Abbau des den Lichtbogen umgebenden Magnetfeldes verzögert. Demzufolge werden die durch das Eigenfeld des Lichtbogens erzeugten Ablenkkräfte, die proportional der Induktionsdifferenz vor und hinter dem wandernden Lichtbogen sind, zu einem wesentlich späteren Zeitpunkt wirksam, so daß die Lichtbogenwanderung im Bereich der Metallteile, in denen Wirbelströme erzeugt werden, erheblich kleiner ist als in den Bereichen, in denen eine ferromagnetische Eigenfeldverstärkung für den Lichtbogen vorgesehen ist. Man hat es also in der Hand, durch geeignete Anordnung von Nichteisenmetallteilen die Wanderungsgeschwindigkeit von Lichtbogenteilabschnitten gegen- über anderen Lichtbogenteilabschnitten zu verringern, so daß der Lichtbogen infolge der unterschiedlichen Ablenkung von Teilabschnitten ganz bestimmte Formen annimmt, durch die die Länge des Lichtbogens und damit die gesamte Lichtbogenspannung zu beeinflüssen ist.

Durch die vom Lichtbogen erzeugten Wirbelströme kann die Wanderungsgeschwindigkeit des Lichtbogens ferner so beeinflußt werden, daß eine günstige Kühlwirkung durch den den Lichtbogen umgebenden Iso-

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IierstofF erreicht wird. Diese Kühlwirkung wird dadurch erhöht, daß die vom Lichtbogenstrom erzeugten Wirbelströme während der Lichtbogenwanderung in engen Spalten erzeugt werden. Wird bei einer geringen Wanderungsgeschwindig'keit des Lichtbogens der Isolierstoff sehr stark erwärmt und damit die kühlende Wirkung verringert, so wird die Lichtbogenspannung nach erfolgter Auf heizung des Isolierstoffes verringert. Eine konstante Lichtbogenspannung kann trotzdem dadurch erreicht werden, daß während der Lichtbogenwanderung wenigstens eine teilweise Lichtbogenlängung erfolgt.

Durch die Anordnung von Nichteisenmetallteilen in der Nähe des Lichtbogens läßt es sich auch leicht erreichen, daß der Lichtbogen unmittelbar nach seiner Entstehung nur langsam wandert, so daß die Schaltkontakte im Bereich kleiner Lichtbogenspannung so weit voneinander entfernt werden können, daß bei dem steilenLichtbogenspannungsanstieg Rückzündungen im Kontaktgebiet vermieden werden. Andererseits ist es möglich, nach erfolgter Lichtbogenlängung die Wanderungsgeschwindigkeit des Lichtbogens durch Wirbelströme zu verringern und die Lichtbogenspannung auf nahezu konstante Werte zu halten.

In den Fig. 1 bis 4 werden einige Anordnungsbeispiele wiedergegeben, an denen die Wirkungsweise erläutert wird. Die Fig. 1 und 2 stellen eine Lichtbogenlöschanordnung dar. Die Zuleitungen 1 und 2 sind im Inneren der Löschanordhung zu Wanderungsschienen ausgebildet. Sie sind durch einen Schmelz- draht 13 miteinander verbunden. Fig. 2 zeigt, daß die Anordnung der Elektroden in einem engen Spalt zwischen den Wänden 5 und 6 aus Nichteisenmetall, die beiderseits mit Isolierstoff 3, 4 und 7, 8 umkleidet sind, erfolgt. Die Einrichtung wird gehaltert durch die Teile 9 und 10 und durch die Isolierstoffbügel 12. Nach unten ist der Spalt durch eine Isolierstoffeinlage 11 geschlossen. Wird nun durch den Strom der Schmelzleiter 13 zerstört, so entsteht zwischen den Elektroden 1 und 2 ein Lichtbogen, der infolge der magnetischen Kraftwirkung sich zu einer Schleife auszuweiten versucht. Durch die Anordnung der Nichteisenmetallteile 5 und 6 wird aber eine schnelle Bewegung von Lichtbogenteilabschnitten verhindert, so daß entsprechend der Formgebung der Elelctroden 1 und 2 eine gleichmäßige Verlängerung des Lichtbogens 14 erreicht wird, wobei alle Lichtbogenteilabschnitte nahezu mit konstanter Geschwindigkeit bewegt werden. Ein Absinken der Lichtbogenspannung infolge der Erwärmung des Isolierstoffes wird durch die Verlängerung des Lichtbogens kompensiert. Es läßt sich somit erreichen, daß mit Hilfe einer solchen einfachen Anordnung nach dem Zünden des Lichtbogens die Lichtbogenspannung auf nahezu konstante Werte gehalten wird. Zu diesem Zwecke ist es notwendig, daß die Wände aus Nichteisenmetall den Bereich der Lichtbogenfußpunkte stets überdecken. Dies hat den Vorteil, daß der Lichtbogen gleichförmig an den Elektroden wandert, ohne dabei Rückzündungen bzw. Kurzschlüsse zwischen Lichtbogenteilen und den Elektroden zu verursachen.

Durch die Formbildung der Nichteisenmetallteile 5 und 6, z. B. durch Veränderung der Plattendicke über der Plattenhöhe oder durch Anordnung von Längsode" Ouerschlitzen, ist es möglich, die Bewegung von Einze^ltC-Ilabschnitten des Lichtbogens unterschiedlich zu beeinflussen. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß der Lichtbogen praktisch jede gewünschte Form innerhalb des Raumes zwischen den Metallteilen einnimmt. Die Beeinflussung der Wanderungsgeschwin-

digkeit von Teilabschnitten des Lichtbogens durch Wirbelströme kann also ähnliche Wirkung zeigen wie die Anordnung von Isolierstofftailen im Spalt, mit deren Hilfe die Form des Lichtbogens bestimmt wird. Soll während der Brenndauer des Lichtbogens zwischen den isolierten Nichteisenmetallteilen eine Lichtbogenspannungserhöhung erreicht werden, die durch Spreizen der Elektroden allein nicht erzielt werden kann, so kann der Abstand der Spaltwände, zwischen denen der Lichtbogen brennt, in Richtung der Lichtbogenwanderung verengt werden, wie dies beispielsweise aus der Fig. 4, Teil 28, ersichtlich ist.

In der Fig. 3 ist eine Prinzipskizze für eine Lichtbogenlöscheinrichtung, die vorzugsweise für Gleichstrom verwendet wird, dargestellt. In der Anordnung sind die Zuleitungen 20, 21, die innerhalb des Kontaktgebietes als Lichtbogenwanderungsschienen ausgebildet sind, in dem engen Spalt des Ablenkkörpers 23, der z. B. aus geschichteten hochlegierten Blechen besteht, untergebracht. Oberhalb des Ablenkkörpers 23 befindet sich eine Anordnung 24 entsprechend der Darstellung nach Fig. 1, jedoch mit geraden Laufschienen, in die der Lichtbogen durch Wirbelstrombremsung in seiner Wanderungsgeschwindigkeit beeinflußt wird. Oberhalb der Anordnung 24 sind wiederum geschichtete Eisenbleche, die mit Schlitzen versehen sind, in denen der Lichtbogen brennen kann, so angeordnet, daß im Verlauf der Lichtbogenwanderung sich in Verlängerung der Laufschienen 20 und

21 zwei Lichtbogenäste 30 und 31 bilden. Eine weitere Anordnung 28, in der ebenfalls wieder ein Lichtbogenteilabschnitt in seiner Wanderungsgeschwindigkeit durch Wirbelströme beeinflußt wird, befindet sich oberhalb der geschichteten Eisenbleche 25. Die in der Anordnung 28 untergebrachten Elektroden 26, 27 befinden sich in einem Spalt, der sich in Richtung der Lichtbogenwanderung verjüngt. In Fig. 4 ist die Lichtbogenlöscheinrichtung entsprechend der Fig. 3 im Schnitt dargestellt. Die Bezugszeichen für die Anordnungen 24 und 28 entsprechen denen der Fig. 2. Die Nichteisenmetallplatten, in denen die Wirbelströme erzeugt werden, sind mit 5 und 6, die beiderseits der Metallplatten befindlichen Isolierstoffe mit 3,4 und 7,8 bezeichnet. Die isoMerten Metallwände werden durch die Teile 9 und 10 gehaltert. Oberhalb' der Anordnung 28 ist wiederum ein Isolierstoffbügel angeordnet.

Die Wirkungsweise der Löscheinrichtung ist folgende: Die Stromzuführung für den Schalter erfolgt an den Punkten 34 und 35. Die Anschlußstelle 35 wird zweckmäßig mit der Elektrode 21 fest verbunden. Wird der Schwenkkontalct 22 in Richtung des Pfeiles 36 bewegt, so wird an der Trennstelle 33 zwischen der Elektrode 20 und dem Kontaktbügel 22 ein Lichtbogen entstehen.

Der Lichtbogen wird infolge des magnetischen Eigenfeldes, verstärkt durch die Lichtbogenablenkeinrichtung 23, aufgeweitet. Dabei wandert ein Fußpunkt auf der Elektrode 20, der andere Fußpunkt auf dem Kontaktstück 28, welches mit dem Schwenkhebel

22 fest verbunden ist, entlang und nimmt im weiteren Verlauf die Form 29 an. Im Bereich des Kontaktes wird der Lichtbogen bis zum Eintreten in die Anordnung 24 sehr schnell in dem Spalt, in dem er sich bewegt, verlängert und wandert bei konstanter Länge sehr schnell aus dem Koiitaktgebiet heraus. In der Anordnung 24 wandert der Lichtbogen bei konstanter Länge an den Elektroden 20 und 21 entlang, wobei durch die Bemessung der Nichteisenmetallplatten 5 und 6 die Wanderungsgeschwindigkeit so beeinflußt wird, daß der Schwenkkontakt 22 sich bis zur wei-

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teren Lichtbogenlängung im Ablenkkörper 25 so weit von der Elektrode 20 entfernt hat, daß eine Neuzündung des Lichtbogens im Kontaktgebiet nicht mehr auftreten kann. Im Verlauf der weiteren Abschaltung wandert der Lichtbogen im engen Spalt innerhalb der Ablenkeinrichtung 25 wieder sehr schnell und bildet dabei die senkrechten Äste 30 und 31, die mit großer Kraft in die Schlitze der Eisenbleche der Anordnung 25 hineingezogen und dabei erheblich gekühlt werden. Im Verlauf der Längung erreicht der Lichtbogen die beiden Wanderungsschienen 26 und 27 und bildet auf diesen Fußpunkte, die entlang der Wanderungsschienen 26 und 27 in dem sich verjüngenden Spalt der Anordnung 28 wandern. Dabei entsteht neben den senkrechten Asten 30 und 31 ein Lichtbogenteilabschnitt 32, wie in Fig. 3 dargestellt. Während der Lichtbogenbrenndauer wird durch die beiden Äste 30 und 31 der im Spalt und in den Schlitzen der Bleche befindliche Isolierstoff erwärmt werden, so daß hier die kühlende Wirkung nachläßt und damit die Lichtbogenspannung allmählich verringert wird. Diese Absenkung in der Lichtbogenspannung kann dadurch kompensiert werden, daß der Lichtbogen infolge der Formgebung der beiden Elektroden 26 und 27 bei seiner Wanderung gleichzeitig verlängert wird und außerdem durch die Formgebung des Spalts trotz des abnehmenden Stromes intensiv mit dem Isolierstoff in der Anordnung 28 in Berührung gebracht wird. Die Höhe der Anordnung 28 wird zweckmäßigerweise so bemessen, daß bei der maximalen Lichtbogenbrenndauer der Lichtbogen gerade die Enden der Elektroden 26 und 27 erreicht, so daß der Lichtbogen also während der gesamten Abschaltung bewegt wird und keine festen Fußpunkte in der Anordnung 28 bildet. Selbstverständlich werden zusammen mit diesen Lichtbogenlöscheinrichtungen bekannte Anordnungen für die Entionisierung der heißen Lichtbogengase, die aus der Löscheinrichtung austreten, verwendet. Diese Einrichtungen sind in den Ausführungsbeispielen nicht dargestellt. Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Beeinflussung des zeitlichen Verlaufes der Lichtbogenspannung in Schaltgeräten, in denen wenigstens ein Lichtbogenteilabschnitt zum Zwecke der Längung und Löschung in engen Spalten bewegt wird und bei der in der Nähe des Lichtbogens parallel zu seiner Wanderungsebene Metallteile angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Metallteile aus Nichteisenmetall bestehen und derart bemessen und angeordnet sind, daß die darin erzeugten Wirbelströme eine bremsende Wirkung auf den wandernden Lichtbogen ausüben und somit die Lage, Form und Wanderung wenigstens von Teilabschnitten des bewegten Lichtbogens beeinflussen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallwände aus Nichteisenmetall möglichst dicht an dem Spalt, in dem die Lichtbogenwanderung erfolgt, angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallwände aus Nichteisenmetall bis an den Bereich der Lichtbogenfußpunktswanderungsschienen reichen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten aus Nichteisenmetall derart angeordnet sind, daß sie den Lichtbogen erst nach Erreichen einer vorgegebenen Lichtbogenspannung bzw. Lichtbogenlänge beeinflussen.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten aus Nichiteisenmetall derart angeordnet sind, daß sie die Lichtbogenwanderungsgeschwindigkeit unmittelbar nach Entstehen des Lichtbogens beeinflussen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 735 829, 728 612,
Ü 432, 700 728, 588 568, 540 927.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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