DE2347094A1

DE2347094A1 - Elektrischer lichtbogen-entladungsschalter

Info

Publication number: DE2347094A1
Application number: DE19732347094
Authority: DE
Inventors: Richard Alan Burden; Trevor Evans James
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1972-09-22
Filing date: 1973-09-19
Publication date: 1974-03-28
Also published as: GB1406297A; CH557607A; FR2200649A1

Description

PATENTANWÄLTE D 59 Siegen

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT Marburger Tor 2 - Postfach

DIPL.-ING. ROLF PÜRCKHAUER ™^efon: <°²™ 54070

Telegramm-Anschrift: Patschub, Siegen

73 044 Kü/Schm

1 8. SEP. 1973

United Kingdom Atomic Energy Authority, 11, Charles II Street, London, S.W.1, England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 44091/72 vom 22. Sept. 1972 beansprucht.

Elektrischer Lichtbogen-Entladungsschalter

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Lichtbogen-Entladungsschalter.

Elektrische Lichtbogen-Entladungsschalter machen von dem elektrischen Zusammenbruch eines Gases zwischen Elektroden Gebrauch, um elektrische Stromkreise zu schließen. Sie werden in Fällen eingesetzt wie das Entladen großer Kondensatorbänke, wo große Ströme und Energien, etwa 500 kA bzw. 100 Coulomb, vorkommen. Bei einem Typ von Lichtbogen-Entladungsschalter sind die Elektroden in einer Kammer eingeschlossen, die ein isolierendes Gas unter einem Druck enthält, der verändert werden kann, um die Betriebsspannung des Schalters zu ändern. In einigen Fällen kann die Leistung des Schalters unsicher werden, und zwar wegen der Verseuchung bzw. Verunreinigung der Oberflächen von

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Iaolatoren, welche die Hauptelektroden in dem Bereich voneinander trennen, wo die lichtbogenentladung stattfindet, mit Elektroden-Erosionsprodukten, und wegen WärmebeSchädigung durch die Hitze, die durch die Lichtbogenentladung ausgestrahlt wird. Es besteht auch die Möglichkeit, daß der Isolator durch den Lichtbogen selbst beschädigt wird, wenn dieser sich'unter dem Einfluß der Magnetkräfte bewegt, die durch dessen zugeordnetes Magnetfeld erzeugt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten elektrischen Lichtbogen-Entladungsschalter zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird ein elektrischer Lichtbogen-Entladung3-schalter geschaffen, bestehend aus inneren und äußeren Aufbauten, welche erste und zweite übereinander angeordnete Elektroden in einer Kammer halten, um einen Punkenspalt zu bilden, ferner mit einem Isolator, der die inneren und äußeren Aufbauten voneinander trennt und axial aus dem Bereich des Funkenspaltes versetzt angeordnet ist, wobei die Innenoberfläche des äußeren Aufbaue eine ringförmige Ausnehmung aufweist, die gegenüber dem Punkenspalt angeordnet ist und eine axiale Länge aufweist, die nicht bedeutend kleiner als die Breite des Punkenspaltes ist, und die eine Tiefe aufweist, die genügt, um Erosionsprodukte einzufangen bzw. festzuhalten, die sich aus dem Betrieb des Schalters ergeben-

Vorzugsweise weist die Innenoberfläche eine zweite ringförmige Ausnehmung auf, die axial von der ersten ringförmigen Ausnehmung getrennt ist, und der Isolator, der den Innen- und Außenzylinder voneinander trennt, sitzt in der zweiten Ausnehmung, wobei der Radius der Innenoberfläche des Isolators größer als derjenige der Innenoberfläche des äußeren Zylinders im Bereich zwischen den Ausnehmungen ist₀ Somit liegt die Isolatoroberfläche nicht direkt in einer Linie mit der Lichtbogensäule,

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und sie wird außerdem durch den vorspringenden Teil der Innenoberfläche des äußeren Zylinders geschützt. Vorzugsweise können außerdem Einlaß- und Auslaßöffnungen vorgesehen werden, durch welche ein Strom von Gas durch die Hülle hindurch geleitet werden kann, um sowohl die Kammer unter Druck zu setzen als auch Erosionsprodukte von der freiliegenden Isolatoroberfläche wegzulenken. Eine dritte, scheibenförmige Elektrode kann zwischen den ringförmigen Elektroden vorgesehen werden, um das Schlagen des Lichtbogens zwischen den ringförmigen Elektroden zu erleichtern.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher beschrieben, die einen Schnitt durch e inen erfindungsgemäßen elektrischen Lichtbogen-Entladungsschalter wiedergibt.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besteht ein Starkstrom-Lichtbogen-Entladungsschalter aus zwei ringförmigen Elektroden 1 und 2, die durch einen Funkenspalt 3 voneinander getrennt sind, dessen Breite so gewählt· ist, daß sie den Spannungen angepaßt ist, bei welchen der Schalter arbeiten soll. Die Elektroden 1 und 2 werden durch innere und äußere Metallzylinder 4 bzw. 5 gehalten, die mit jeweiligen parallelen äußeren Plattenverbindern 6 und 7 verbunden sindo Die Innenoberfläche 8 des äußeren Zylinders 5 weist eine erste, untere Ausnehmung 9 auf, die in sie gegenüber dem Funkenspalt 3 eingeformt ist und eine axiale Länge aufweist, die größer als die Breite des Funkenspaltes 3 ist. Eine zweite, obere Ausnehmung 10 ist ebenfalls in die Innen oberfläche 8 des äußeren Zylinders 5 eingeformt. Die zweite Ausnehmung 10 ist tiefer als die erste Ausnehmung 9 und nimmt einen zylindrischen Hauptisolator 11 auf, der an einer Scheibe 12 des Isolators anliegt, der die äußeren Verbinderplatten 6 und 7 gegeneinander isoliert. Alternativ können der Hauptisolator 11

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und der Isolator 12 auch einstückig ausgebildet sein. Der Radius der Innenoberfläche des Hauptisolators 11 ist größer als derjenige der Innenoberfläche 8 des äußeren Zylinders 5. -Snddeckel 13 und 14» die aus Isoliermaterial bestehen, sind auf die Elektroden 1 und 2 so aufgeklemmt, daß sie den Funkenspalt 3 einschließen und zusammen mit den Zylindern 4 und 5 eine Kammer 15 bilden. Die Enddeckel 13 und 14 werden auf die Elektroden 1 und 2 mittels einer Schraube 16 festgeklemmt, die eine zentrale scheibenförmige Elektrode 17 trägt, deren Dicke wesentlich geringer als die Breite des Punkenspaltes 3 ist. Bei -Gebrauch leitet ein Auslöseimpuls, der an die Elektrode 17 angelegt wird, den Zusammenbruch des Funkenspaltes 3 in reproduzierbarer Weise ein₀ Einlaß- und Auslaßöffnungen 18 bzw. 19 ermöglichen es, ein Spül- bzw. Reinigungsgas durch die Kammer 15 in der dargestellten Richtung zwischen Entladungen hindurchzuschicken. Sie ermöglichen außerdem das Unterdrucksetzen der Kammer 15 während des Betriebs des Schalters. Um ein wirksames Durchspülen der Kammer 15 zu erreichen, können die Einlaßöffnungen 18 so gerichtet werden, daß das Spülgas mit einer spiralförmigen Bahn die Kammer 15 passiert. Vorzugsweise wird der Schalter mit den Auslaßöffnungen 19 nach unten installiert. Wenn die Betriebsspannungen nicht zu hoch sind, kann sich in der Praxis herausstellen, daß die Einlaßöffnungen 18 in den Enddeckeln 13 und 14 weggelassen werden können.

Bei der beschriebenen Anordnung werden Erosionsprodukte und Wärmeeinwirkungen von dem im Funkenspalt 3 befindlichen Lichtbogen auf die erste Ausnehmung 9 gerichtet und in dieser weitgehend eingefangen, bis sie aus der Kammer 15 herausgespült werden. Außerdem liegt die freie Oberfläche des Hauptisolators 11 nicht direkt in einer Linie mit dem Funkenspalt 3 und wird somit gegen direkte Verschmutzung und Wärmebeschädigung geschützt. Darüber hinaus wird jeder Tendenz des Lichtbogens, in

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den Raum zwischen dem inneren und äußeren Zylinder 4 und 5 zu gelangen, durch Magnetkräfte entgegengewirkt, die durch das Magnetfeld erzeugt werden, welches den Strömen im Lichtbogen, in den Elektroden 1 und 2 und in den Haitezylindern 4 und 5 zugeordnet ist.

Patentansprüche

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Claims

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1 8. SEP. 1973

Patentansprüche

( 1·) Elektrischer Lichtbogen-Entladungsschälter mit inneren und äußeren Aufbauten, die erste und zweite übereinander angeordnete Elektroden in einer Kammer halt"en_f um einen Funkenspalt zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isolator (11,12) vorgesehen ist, welcher die inneren und äußeren Aufbauten (4,6 und 5,7) voneinander trennt und in axialer Richtung aus dem Bereich des Funkenspaltes (3) versetzt ist, daß die Innenoberfläche des äußeren Aufbaus (5,7) eine ringförmige Ausnehmung (9) aufweist, die gegenüber dem Funkenspalt (3) angeordnet ist und eine axiale Länge aufweist, die nicht wesentlich geringer als die Breite des Funkenspaltes (3) ist und die eine genügende Tiefe aufweist, um Erosionsprodukte, die sich aus dem Betrieb des Schalters ergeben, einzufangen.
2. Lichtbogen-Entladungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren und äußeren Aufbauten (4»6 und 5_r7) zylindrisch ausgebildet sind.
3. Lichtbogen-Entladungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Aufbau (5,7) eine zweite ringförmige Ausnehmung (10) enthält, die in axialer Richtung im Abstand von der ersten Ausnehmung (9) angeordnet ist, und daß der Isolator (11,12) in der zweiten Ausnehmung (10) angeordnet ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß der Radius der Innenoberfläche des Isolators (11,12) größer als derjenige der Innenoberfläche des äußeren Aufbaus im Bereich (8) zwischen der ersten und der zweiten Ausnehmung·(9,10) ist.
4. Lichtbogen-Entladungsschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Öffnungen (18,19) durch welche ein Gas in die Kammer in einer solchen Richtung ge-

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leitet werden kann, daß jegliche Dämpfe, die im Bereich des Funkenspaltes (3) erzeugt werden, vom Isolator (11,12) weg ge richtet werden.
5. Lichfbogen-Entladungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (18,19) so angeordnet sind, daß sie dem Gas einen spiralförmigen Weg geben.
6. Lichtbogen-Bntladungsschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 "bis 5» gekennzeichnet durch eine Hilfselektrode (17)»die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (1,2) angeordnet ist.
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