DE1226680B - Einrichtung zur Abschaltung von grossen Leistungen in Gleich- oder Wechselstromkreisen - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Abschaltung von großen Leistungen in Gleich- oder Wechselstromkreisen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Abschaltung von großen Leistungen in Gleich-oder Wechselstromkreisen, bei welcher der Lichtbogen bei festgehaltenen Fußpunkten in einem magnetischen Feld rotiert.
• Es ist bereits vorgeschlagen worden, in solchen Stromkreisen den Lichtbogen in einem magnetischen Feld möglichst rasch rotieren zu lassen, wodurch an der Lichtbogenstrecke eine hohe elektromotorische Kraft (EMK) erzeugt wird, die der anliegenden Netzspannung entgegengerichtet ist und dadurch den zu unterbrechenden Strom schnellstens auf den Wert Null bringt, ohne daß dabei hohe Überspannungen erzeugt werden. Es wird also der Lichtbogen selbst als rotierende Strombahn benutzt, was, da dieser im Vergleich zu metallischen Leitern praktisch masselos ist, zu einer wesentlich rascheren Rotation führt, als mit einem mit mechanischer Festigkeit und anderen die Bewegung hemmenden Größen behafteten metallischen Leiter möglich ist. Derartige -Schalter unterscheiden sich grundsätzlich von den Schaltern, bei denen der Lichtbogen häufig auch als rotierender Lichtbogen- mit wandernden Fußpunkten durch ein magnetisches Feld in Löscheinrichtungen getrieben wird, dabei stark in die Länge gezogen und gekühlt wird, so daß durch den entstehenden hohen Spannungsabfall am Lichtbogen der Strom -,ebenfalls auf den Wert Null gedrosselt wird.-Die in einer rotierenden Strombahn erreichbare elektromotorische Kraft hängt nun im entscheidenden Maße von der Stärke des Magnetfeldes und der Rotationsgeschwindigkeit der Strombahn ab. Die Rotationsgeschwindigkeit des als Strombahn dienenden Lichtbogens ist wiederum unter anderem stark abhängig von der Wanderungsgeschwindigkeit der Fußpunkte des Lichtbogens. Dieser Fußpunktwanderungsgeschwindigkeit sind aber auf den bekannten metallischen und anderen Werkstoffen aus verschiedenen Gründen Grenzen gesetzt, so daß die überhaupt erreichbare EMK pro Lichtbogenlängeneinheit nicht unerheblich von dieser Fußpunktwanderungsgeschwindigkeit mitbestimmt wird.
• Die Erfindung macht daher von einem rotierenden Lichtbogen mit festgehaltenen - Fußpunkten Gebrauch, wie es an sich von einem Schalter her bekannt ist, bei dem aber ein Lichtbogen größerer Länge in einem engen Spalt zwischen Metallwänden rotiert, um ihm dabei Wärme zu entziehen und ihn so weit abzukühlen, daß er erlöschen muß.
• Die Schalteinrichtung nach der Erfindung weist dagegen keine Kühlbleche auf, sie arbeitet mit einem sehr schnell in einem Magnetfeld rotierenden Lichtbogen zur Erzeugung einer hohen EMK. Diese -Einrichtung ist erfindungsgemäß, sio aufgebaut, daß der eine Fußpunkt des Lichtbogens auf einer etwa im Mittelpunkt einer scheibenförmigen Magnetanordnung liegenden Elektrode und der andere Lichtbogenfußpunkt auf einer außerhalb des Kreisumfangs der Magnetanordnung angeordneten Elektrode haftet derart, daß sich der zwischen den beiden Elektroden gebildete Lichtbogen aus einem im Magnetfeld rotierenden radialen und eine EMK erzeugenden Teil und aus einem bogenförmig'en, nur einen ohmschen Spannungsabfall aufweisen'den Teil zusammen- setzt. Eine solche Ausführungsform der Schalteinrichtung ergibt einen einfachen Aufbau und eine wirksame Unterbrechung des Stromes schon nach kurzer Zeit.
• Durch die Erfindung wird nicht nur die Behinderung der Rotationsgeschwindigkeit des Lichtbogens vermieden, sondern auch gleichzeitig erreicht, daß der »Rückweg« des rotierenden Lichtbogens nicht durch das Magnetfeld führt, was eine zusätzliche, der gewünschten EMK entgegenwirkende EMK zur Folge hätte.
• Zur Erzielung sehr hoher Spannungen ist es zweckmäßig, eine Mehrfachanordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung vorzusehen.
• In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt.
• In den F i g. 1 und 2 ist das Grundprinzip eines Schalters gemäß der Erfindung in Draufsicht und.im Schnitt schematisch dargestellt.
• Die Einrichtung besteht aus einer scheibenförmigen Magnetanordnung 1, 2, zwischen der ein von dem Magnetfeld axial durchsetzter Spalt3 vorhanden ist. In diesem ist im Mittelpunkt des Feldes eine Elektrode A fest angeordnet,- die den einen Fußpunkt des Lichtbogens bildet. Außerhalb der Scheiben und damit im wesentlichen außerhalb des Magnetfeldes ist eine zweite ElektrodeB ebenfalls fest angeordnet, die den zweiten Lichtbogenfußpunkt bildet. Außerdem ist diese Elektrode etwas zurückgesetzt, so daß sie nicht in der Ebene des starken Magnetfeldes liegt. Als Magnetanordnung ist hier eine Permanentmagnetanordnung angenommen. Es können selbstverständlich auch Elektromagnete oder Kombinationen beider Systeme angewendet werden. Die Wirkungsweise der Anordnung ist kurz folgende: Im Augenblick der Zündung des Lichtbogens baut sich dieser zwischen den beiden festen Elektroden A und B auf, in F i g. 1 mit Li bezeichnet. Entsprechend seiner elektromagnetischen Ablenkung durch das Magnetfeld wird er sofort nach Art eines rasch umlaufenden Zeigers abgelenkt. Dabei entsteht am Kreisumfang der Anordnung ein Lichtbogenstück, das sich immer mehr verlängert und schließlich den ganzen Kreisumfang umschließt. Mehrere Zwischenstationen dieses Umlaufs sind in der Figur mit L2 bis L6 bezeichnet, wobei L 6 den Lichtbogen in dem Augenblick zeigt, in dem er sich nach einem vollen Umlauf selbst kurzschließt und abschnürt. Dieser Vorgang wiederholt sich, wobei sich der Lichtbogen gleichsam selbst einen den ganzen Umfang des Kreises umspannenden »Kontaktring« aufbaut, der. seinerseits dauernd und fest mit dem zweiten Anschlußpunkt verbunden ist.
• Die gewünschte EhlK entsteht dabei lediglich in dem radialen Teil des Lichtbogens, während die restliche und in ihrer Länge zwischen Null und 2 gf wechselnde Strecke des Lichtbogens lediglich oder im wesentlichen nur den olunschen Spannungsabfall aufweist.
• Bei der Bemessung der praktischen Ausführungsform ist davon auszugehen, daß die Zündspannung zwischen den beiden festen Kontakten größer sein muß als die Summe der an den beiden Lichtbogenteilen auftretenden Spannungen, also der ENIK längs des radialen Teils und der Lichtbogenspannung an dem größeren restlichen Lichtbogenstück von der Länge 2 rur, wobei r der Radius der Magnetscheiben ist.
• Wie bereits erwähnt, ist es zweckmäßig, für höhere Spannungen an Stelle einer einzelnen Anordnung eine Mehrfachanordnung vorzusehen. Ein Ausführungsbeispiel für eine solche zeigt F i g. 3.
• . Hier ist eine Anzahl solcher Magnetanordnungen 1 gleichachsig übereinander angeordnet. Als gemeinsamer magnetischer Rückschluß dient der Eisenmantel 4. Die Kontakte oder Elektroden, die den einen Fußpunkt des Lichtbogens bilden, sind mit Al> A2 - - . bezeichnet, die anderen, außerhalb des starken Magnetfeldes liegenden Fußpunktkontakte mit Bl> B2 - . Die einzelnen Magnetscheiben sind zweckmäßig in eine Isoliermasse 5, z. B. Gießharz, eingebettet und werden von Isolierscheiben 6 getragen, die ebenfalls aus Gießharz bestehen können. Die Teilschaltstrecken sind elektrisch und magnetisch in Reihe geschaltet. Mit 7 und 8 sind die Durchführungen für die Stromanschlüsse bezeichnet.
• Wie F i g. 4 zeigt, kann man die Magnetscheiben 1 mit Polschuhen 9 zur Erhöhung der mit Permanentmagneten aus Eisen oder isolierenden Ferriten erreichbaren Feldstärke im Bereich des umlaufenden Lichtbogens versehen. Außerdem kann man zur Unterstützung des Rückschlusses an diesem Erregerwicklungen 10 anbringen, die beispielsweise vom Schaltstrom durchflossen werden.
• Den Polschuhen kann man gemäß F ig. 5 auch eine besondere Gestalt geben, die eine Konzexitrati#on und Erhöhung des Feldes in bestimmten gäwünschten Zonen und eine Steigerung der Umlaufgeschwindigkeit des radialen Lichtbogens bewirkt.
• Die beschriebenen Einrichtungen können sowohl in Luft unter Atmosphärendruck betrieben werden als auch in Unter- oder überdruck, wobei die Schalträume die lonisierung erhöhende Gase enthalten können. Bei Betrieb unter Atmosphärendruck wendet man zweckmäßig-zur-Kühlung der Scheiben Kühlluft an, die beispielsweise, wie aus F i g. 3 ersichtlich, durch Bohrungen11 von unten nahe der Scheibenmitte in die Schalteinrichtung eintritt und durch radiale Bohrungen 12 in Höhe der verschiedenen, vom Magnetfeld durchsetzten Spalte abgeführt wird. Dabei kann der Lichtbogen zur Beschleunigung der Kühlluftbewegung ausgenut±t'werden, da er- auf die axial eintretende Luft wie eine Zentrifuge einwirkt.
• Die Einrichtung gemäß der Erfindung erleichtert das Abschalten, insbesondere von starken Gleichströmen, sie kann z. B. in Kombination mit einem in Reihe oder parallelliegenden Schalter konventioneller Bauart verwendet werden, der das Abschalten des im stationären Zustand sich einstellenden Reststromes übernimmt. Im Betriebszustand ist die Einrichtung zweckmäßig durch ein Trennmesser überbrückt.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Abschaltung von großen Leistungen in Gleich- oder Wechselstromkreisen, bei welcher der Lichtbogen bei festgehaltenen Fußpunkten in einem magnetischen Feld rotiert, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Fußpunkt des Lichtbogens auf einer etwa im Mittelpunkt einer scheibenförmigen Magnetanordnung liegenden Elektrode und der andere Lichtbogenfußpunkt auf einer außerhalb des Kreisumfangs der Magnetanordnung angeordneten Elektrode haftet derart, daß sich der zwischen den beiden Elektroden gebildete Lichtbogen aus einem im Magnetfeld rotierenden radialen und eine elektromotorische Kraft er# zeugenden Teil und aus einem bogenförmigen, nur einen ohmschen Spannungsabfall aufweisenden Teil zusammensetzt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetanordnung einen scheibenförmigen Spalt aufweist, der von dem Magnetfeld durchsetzt ist und in dessen Mitte die eine Elektrode fest angeordnet ist, und daß die äußere, ebenfalls feste zweite Elektrode außerhalb dieses Spaltes und gegenüber dessen Ebene zurückgesetzt angeordnet ist. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Magnetfeldes Permanentmagnete dienen, die zur Erhöhung der Feldstärke in den gewünschten Bereichen mit entsprechend gestalteten Polschuhen ausgerüstet sind. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, für höhere Spannungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Magnetanordnungen mit den zugehörigen Elektroden vorgesehen ist, die magnetisch und elektrisch in Reihe geschaltet sind. 5. Einrichtung nach Anspruch4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetanordnungen einen gemeinsamen magnetischen Rückschluß besitzen. 6. Einrichtung nach Anspruch5, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame magnetische Rückschluß mit Erregerwicklungen ausgerüstet ist, die vom Schaltstrom durchflossen werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 958401, 944566, 928655, 822691, 761896, 702431, 678750, 672505, 624777, 616479, 557328, 496330, 312134.