DE955704C

DE955704C - Schalter mit magnetischer Blasung

Info

Publication number: DE955704C
Application number: DEF17790A
Authority: DE
Inventors: Stanislas Teszner
Original assignee: Forges et Ateliers de Constructions Electriques de Jeumont SA
Current assignee: Forges et Ateliers de Constructions Electriques de Jeumont SA
Priority date: 1954-07-16
Filing date: 1955-06-25
Publication date: 1957-01-10
Also published as: US2820122A; BE539076A; FR1109180A

Description

AUSGEGEBEN AM 10. JANUAR 1957

F 17790 VIIIh121 c

Stanislas Teszner, Paris

ist als Erfinder genannt worden

Schalter mit magnetischer Blasung

Patentanmeldung bekanntgemacht am 21. Juni 1956 Patenterteilung bekanntgemacht am 20. Dezember 1966

Die Erfindung betrifft Verbesserungen der Schalter mit magnetischer Blasung, bei welchen der zwischen konzentrischen Elektroden gebildete Unterbrechungslichtbogen eine schnelle Drehung in einem durch nahe beieinanderliegende isolierende Flächen begrenzten engen Raum ausführt. Es sind bereits mehrere Bauarten derartiger Schalter bekannt, welche insbesondere in den französischen Patentschriften 693 293 und 719 593 beschrieben sind. Keiner dieser Schalter hat jedoch bisher vollständig befriedigende Ergebnisse ergeben.

Einer der Hauptgründe der aufgetretenen Schwierigkeiten liegt darin, daß die Unterbrechungslichtbögen nicht die günstigsten Formen und Längen aufweisen, so daß ihr endgültiges Erlöschen nicht unter den günstigsten Bedingungen erfolgt. Dies hat zur Folge, daß die Schaltleistung begrenzt ist oder daß eine sehjr große Zahl von

Bögen in Reihe geschaltet werden muß, was die Ausführung verwickelt macht und Isolierungsaufgaben stellt, welche bei hohen Spannungen schwer zu lösen sind.

Die Erfindung bezweckt insbesondere, diese Nachteile zu vermeiden und einfache, wenig sperrige Schalter herzustellen, weiche bei hohen Spannungen sehr betriebssicher sind und erhebliche Schaltleistungen haben.

ίο Sie bezweckt ferner eine besondere Ausbildung des Systems der drehenden Bögen unter Anwendung von Mitteln, welche insbesondere in einer sehr kurzen Zeit eine starke Verlängerung der Bögen mit gleichzeitiger schneller Entionisierung, die Verringerung der Abnutzung der Geräte und die Verhinderung des Auftretens störender Gasdrücke bewirken.

Die Unterbrechungsbögen werden magnetischen Blasfeldern ausgesetzt, welche erfindungsgemäß so verteilt sind, daß sie in der Nähe der Innenelektroden eine größere Stärke als in der Nähe der Außenelektroden haben, so daß die inneren Fußpunkte der Lichtbogen erheblich größere Tangential- und Winkelgeschwindigkeiten aufweisen als ihre äußeren Fußpunkte. Hierdurch treten in kürzester Zeit erhebliche Verlängerungen der Bögen auf. Ferner sind Mittel vorgesehen, um das Auftreten von die Drehung der Bögen bremsenden Gasdrücken zu verhindern sowie um die Phase der magnetischen Blasfelder gegenüber dem die Schalter durchfließenden Strom zu verschieben.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Fig. ι ist ein lotrechter schemätischer Schnitt eines Schalterteils;

Fig. 2 ist ein Schaltbild;

Fig. 3 ist ein geschnittener Grundriß einer Phase des Schalters mit zwei in Reihe geschalteten Schalterteilen;
Fig. 4 ist eine Abwandlung der Fig. 2.

Man sieht in Fig. 1 in einem lotrechten Schnitt einen Schalterpol mit einem inneren leitenden Kranz 1, welcher die feste Elektrode des Geräts bildet und mit einem beweglichen Kontakt zusammenwkkt, welcher die Form einer von einem schwenkbaren Arm 3 getragenen Stange 2 haben kann. Der bewegliche Kontakt 2 ist in seiner Öffnungsstellung dargestellt. Wenn der Stromkreis geschlossen ist, legt sich das Ende dieser Stange unter der Einwirkung z. B. einer Feder 3_Λ gegen den Kranz 1. Der Innenkranz 1 ist von einem äußeren Kranz oder einer äußeren Elektrode 4 umgeben, welche mit mehreren öffnungen versehen ist, insbesondere einer öffnung 5 für den Durchtritt des beweglichen Kontakts 2. Jede der beiden konzentrischen Elektroden 1 und 4 weist zweckmäßig eine Unterbrechung I^ bzw. 4_A auf. Diese Unterbrechungen sollen das Auftreten von unerwünschten sekundären Kurzschluß strömen verhindern, welche durch das weiter unten beschriebene Blasfeld induziert werden könnten.

Der Kranz 1 umschließt einen .axialen Magnetkern 6, welcher in zwei Polschuhe 7 besonderer Form und besonderen Querschnitts ausläuft. Auf den Kern 6 ist eine Blasspule 8 aufgewickelt, deren eines Ende mit dem Innenkranz 1 verbunden ist, während das andere in Fig. 2 und 3 dargestellte Ende eine äußere Verbindung des Schalterteils bildet.

Wenn der Stromkreis des Gerätes der Fig. 1 geschlossen ist, erzeugt der in der Spule 8 fließende Strom zwischen den beiden Kränzen 1 und 4 ein magnetisches Blasfeld, welches etwa senkrecht zu der Ebene der Fig. 1 liegt. Die Verteilung dieses Feldes, welches von den Abmessungen und der Form der Polschuhe 7 abhängt, spielt eine wichtige Rolle, und ein wesentliches Kennzeichnen der Erfindung ist gerade die günstigste Verteilung dieses Blasfeldes..

Wenn nämlich der bewegliche Kontakt 2 schnell aus der Öffnung 5 austritt, bildet er zuerst einen Anfangsbogen A₀, welcher zwischen den Teilen 1 und 4 brennt. Unter der Einwirkung des in der Querrichtung wirkenden Blasfeldes wird dieser Bogen sofort z. B. in der Richtung des Pfeiles F angetrieben. Wenn, wie bei gewissen bekannten Geräten, das in der Querrichtung wirkende Magnetfeld praktisch homogen ist und überall eine Stärke hat, welche z. B. ungefähr gleich der Einheit ist, nimmt der sich in der Richtung des Pfeiles F drehende. Bogen die Form einer bei A₁ dargestellten dynamischen Gleichgewichtskurve an. Es läßt sich zeigen, daß diese Kurve eine Kreisevölvente ist, welche verhältnismäßig wenig länger als der Ausgangsbogen A₀ ist.

Erfindungsgemäß werden den in der Achse des Geräts liegenden Polschuhen 7 solche Formen und Abmessungen gegeben, daß das in der Querrichtung wirkende Blasfeld eine größere Stärke in der Nähe der Innenelektrode 1 und eine verhältnismäßig geringe Stärke in der Nähe der Außenelektrode 4 aufweist. Diese Anordnung bietet außer einer besseren Ausnutzung der Spule 8 mehrere wesentliche Vorteile.

Der auf der Elektrode 1 wandernde innere Fußpunkt des Bogens unterliegt einer größeren elektrodynamischen Kraft als der in gleicher Richtung auf der Elektrode 4 wandernde äußere Fußpunkt. Hieraus ergibt sich zunächst eine erheblich größere Differenz der Winkelgeschwindigkeiten der beiden no Fußpunkte, d. h. eine viel ausgesprochenere Vergrößerung der Bogenlänge. Wenn z. B. angenommen wird, daß die magnetische Feldstärke am Umfang immer noch gleich der Einheit ist, aber in der Nähe der Innenelektrode 1 z. B. den Wert 3 oder mehr erreicht, nimmt die dynamische Gleichgewichtskurve des sich drehenden Bogens die mehr und mehr verlängerte, bei A₂ bzw. A₃ dargestellte Form an.

Dies hat insbesondere folgende Ergebnisse:

i. Der erheblich längere und sich zwischen zwei kalten "nahe beiemanderliegenden, in Fig. 3 mit 10 und 11 bezeichneten Isolierflächen drehende Bogen tritt mit diesen in eine viel bessere thermische Berührung ein, d. h. er wird besser gekühlt und entionisiert, so daß er endgültig erlischt;

2. die Abnutzung der kalten Isolierflächen ίο und Ii ist besser verteilt und somit gleichmäßiger;

3. da der innere Fußpunkt des Bogens die Kontaktzone zwischen den Teilen 1 und 2 schneller verläßt, bleibt diese Zone kälter und nutzt sich erheblich weniger ab;

4. aus dem gleichen Grunde wird die Wiederzündung des Bogens nach seinem Durchgang durch Null weniger wahrscheinlich.

Alle diese Vorteile, deren Wichtigkeit offensichtlich ist, haben praktisch eine erhebliche Vergrößerung der Schaltleistung zur Folge.

Um Stromkreise bei Hochspannung unterbrechen zu können, kann man zwei oder mehrere Schalter der obigen Art in Reihe schalten. In Fig. 2 sieht man z. B. ein Schaltbild für den Sonderfall von zwei mit A und B bezeichneten Schaltern. Jeder dieser Schalter enthält eine Blasspule 8^ bzw. 8_B und eine bewegliche Unterbrechungselektrode 2_A bzw. 2ß, welche mit der entsprechenden Innenelektrode ι zusammenwirkt. Der äußere Stromkreis ist mit Verbindungen 14 und 15 verbunden, welche feste Kontakte 13^ und 13^ aufweisen, die miteinander durch Kurzschlußkontakte I2_A undi2_ß verbunden werden können.

Bei der Öffnung des Schalters werden zunächst die Kontakte Ι2_Λ, I3_A und i2_B, I3_ß geöffnet, wodurch die Blasspulen 84 und 8_B eingeschaltet werden, worauf die Unterbrechungskontakte 2_A und 2_B betätigt werden,, welche z-wei in Reihe geschaltete geblasene Bögen ziehen. Zweckmäßig wird ein Trennschalter 6" vorgesehen, um eine elektrostatische Beanspruchung des offenen Geräts zu verhindern.

Die gewünschte obige Verteilung der magnetischen Blasfelder kann z, B. dadurch erhalten werden, daß den Polschuhen 7 geeignete Durchmesser, Formen und Dicken gegeben werden. Es ist zweckmäßig, diese Verteilung so zu wählen, daß eine übermäßige Verlängerung der sich drehenden Bogen verhindert wird, da, wenn die Bahn A₃ zu lang wird und in dem dargestellten Unterbrechungsteil mehr als 360⁰ einnimmt, die Gefahr besteht, daß sich die beiden Enden des Bogens einander nähern und Wiederzündungen bewirken. Dieser Gesichtspunkt wird bei der Verteilung des magnetischen Blasfeldes berücksichtigt.

Die beweglichen Kontakte können gemäß Fig. 3 . die dargestellte Form von zwei Gabeln haben. Die eine, Hauptgabel genannt, weist Kurzschlußschenkel 12^ und I2_B auf, welche mit zwei festen Hauptkontakten 134 und i3_ß zusammenwirken, während die andere Gabel mit den beiden festen Kränzen oder Elektroden 1 zusammenwirkende Unter- brechungsschenkel2_A und 2_B'aufweist. Wenn sich das Gerät in der Schließungsstellung befindet, kommt der Strom durch den Leiter 14 an und fließt über geeignete Trennkontakte S, den Kontakt 13^, die Hauptgabel 12^, I2_ß, den festen Kontakt I3_ß und den Leiter 15. Bei der Öffnung verstellt sich die Hauptgabel 12.4, 12_B und entfernt sich von den festen Kontakten 13^, I3_ß, wodurch der Kurzschluß des Schalters aufgehoben wird, so daß der Strom von dem Kontakt 13^ durch die Spule 8_A, den Kranz 1, die Schenkel 2_A und 2_B der Unterbrechungsgabel und durch die Spule 8g zu dem Kontakt 13^ fließt.

Die Hauptgabel ist mit einem Verbindungsmechanismus geeigneter Form versehen, welcher z. B. durch eine von einem Isolierstab i6_A getragene Schulter 16 gebildet werden kann. Nach Einführung der beiden Unterbrecher in den Stromkreis auf die oben erläuterte Weise nimmt der Teil 16 mit großer Geschwindigkeit die Unterbrechungsgabel 2_A, 2_B mit, welche sich plötzlich von den Elektroden 1 trennt und zwei sich drehende, in Reihe geschaltete Bögen zündet, welche durch die Spulen 8,4 und 8# beblasen werden.

Zur Abfuhr der von den Bögen entwickelten Wärme und der Gase sind die engen Entionisierungskammern mit geeigneten Belüftungsmitteln ver_: sehen, welche aus den in den beiden obenerwähnten früheren Patentschriften vorgeschlagenen Mitteln abgeleitet sind. Eine dieser Patentschriften schlägt die Verwendung von Kaminen mit Zug zur Verbesserung der thermischen Bedingungen vor, während die andere Belüftungslöcher in der Außenelektrode vorschlägt.

Erfmdungsgemäß werden mehrere Öffnungen in der Nähe der Innenelektrode 1 vorgesehen, welche in Fig. 3 mit 17 und 17 _A bezeichnet sind. Ferner werden mehrere mit 18 und ΐ8_Λ bezeichnete Austrittsöffnungen am Umfang der Unterbrechungsteile vorgesehen.

Dank der länglichen Form der sich drehenden Bogen, welche der Form der Schaufeln einer Fliehkraftpumpe ähnelt, entsteht unter diesen Bedingungen innerhalb der Unterbrechungsstelle eine nach außen gerichtete dynamische Luftströmung. Hieraus ergibt sich, daß hohe Gasdrücke, welche die schnelle Drehung der Bögen ernsthaft bremsen können, verhindert werden, wobei ferner diese Strömung wirksam zur Kühlung und zur endgültigen Löschung der Unterbrechungsbogen beiträgt. "

Bei Hochspannung ist es zweckmäßig, die austretenden ionisierten Gase in bestimmter Weise zu leiten, um das etwaige Zünden von äußeren Umgehungsbögen zu verhindern. Hierfür werden die Auslaßöffnungen 18^ der beiden Unterbrechungsteile A und B zweckmäßig in entgegengesetzten Richtungen angeordnet, wie dargestellt, und die Öffnungen 18 werden zweckmäßig in verschiedenen Winkelstellungen angeordnet, um sie voneinander zu entfernen, im Gegensatz zu Fig. 3, in welcher die -beiden Öffnungen 18 zur Vereinfachung der Zeichnung in derselben radialen Ebene dargestellt sind.

Die endgültige Löschung der Bögen kann durch eine geeignete Impedanz begünstigt werden, z. B. den in Fig. 1 dargestellten Widerstand R, welcher z. B. so geschaltet ist, daß er die von der Außenelektrode 4 gebildete sekundäre Windung vervollständigt.

Hierdurch entsteht ein Sekundärstrom, welcher. in dem Teil 4 fließt und eine Komponente des

Magnetfeldes erzeugt, welche um 90⁰ gegenüber dem Hauptfeld verschoben ist. Diese phasenverschobene Komponente ist während des Durchgangs des Stroms und des Hauptfeldes durch Null vorhanden, so daß, wenn die Bogensäule in diesem Augenblick z. B. von einem sogenannten »Nachbogenstrom« durchflossen wird, sie sich in der Blaskammer weiter verschiebt. Die Drehbewegung der ionisierten Säule geht dadurch praktisch ohne Unterbrechung vor sich, und ihre Entionisierung wird gerade in dem Augenblick begünstigt, in welchem die endgültige Löschung der Bögen erfolgen soll.

Die in Fig. 3 dargestellte, einer Phase des Schalters' entsprechende Anordnung weist zwei durch eine Isolierwand 9 getrennte Unterbrecher A und B auf. Diese Anordnung kann durch Isolier wände 19 und 20 geschützt sein. Die Isolierscheiben 10 und 11 der Blaskammern sind so ausgebildet, daß sie zur Vereinfachung der Reinigung und Instandhaltung leicht ausgebaut werden können. Man kann auch Mittel vorsehen, um diese Scheiben von Zeit zu Zeit um einen gewissen Winkel zu verdrehen, um gegebenenfalls ihre Abnutzung gleichmäßiger zu gestalten.

Wie oben ausgeführt, weist die Ausführungsform gemäß Fig. 2 und 3 einen Trennschalter 5" auf, welcher zweckmäßig ist, um die elektrostatischen Beanspruchungen von dem Gerät nach der Öffnung seiner Kontakte fernzuhalten. Bei geringer Veränderung der Kontakte und der Verbindungen nach Fig. 4 kann dieser Trennschalter fortfallen. Gemäß dieser Figur erfolgt die öffnung in drei Zeitabschnitten. Zunächst erfolgt die Trennung zwischen den Teilen 13^ und 12^, wodurch die Blasspulen eingeschaltet werden, wobei der Strom durch den festen Kontakt ij,_B fließt, welcher hierfür verlängert ist. Hierauf erfolgt die beblasene Unterbrechung durch die Betätigung der beweglichen Kontakte 2_A und 2_B. Schließlich bewirken die Kontakte I3ß und I2_B die vollständige Trennschaltung des Stromkreises.

Es ist noch zu bemerken, daß die festen Kontakte und das kinematische System zu ihrer Betätigung in der gewünschten Reihenfolge zwischen den beiden Unterbrechungskammern A und B untergebracht werden können, anstatt, wie in Fig. 2 und 4 dargestellt, außen angeordnet zu werden.

Natürlich kann die Erfindung abgewandelt-werden, insbesondere hinsichtlich der Ausbildung und des Aufbaus der Scheiben und des sie trennenden Raums, der Polschuhe, der Ausbildung des mechanischen Systems usw.

Aus obigem geht hervor, daß der erfindungsgemäße Schalter mit magnetischer Blasung geringe Abmessungen, eine große Einfachheit, eine gute Isolierung und eine schnelle und wirksame Unterbrechung bei praktisch gleichmäßiger Verteilung der thermischen Beanspruchungen der Isolierwände der -Blaskammern besitzt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

ι. Schalter mit zwischen konzentrischen Elektroden brennenden und sich unter der Einwirkung eines magnetischen Blasfeldes zwischen nahe beieinanderliegenden Isolierflächen drehenden Lichtbogen, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfelder so verteilt sind, daß sie in der Nähe der Innenelektroden eine größere Stärke als in der Nähe der Außenelektroden haben, so daß die inneren Fußpunkte der Lichtbogen erheblich größere Tangential- und Winkelgeschwindigkeiten aufweisen als ihre äußeren Fußpunkte.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Bemessung und die Ausbildung der mit axialen Blasspulen (8) zusammenwirkenden Polschuhe (7) erzielte Verteilung der magnetischen Felder so gewählt wird,, daß die sich drehenden Lichtbogen so weit verlängert werden, wie dies mit Rücksicht auf die.Wiederzündung möglich ist.
3. Schalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch

fekennzeichnet, daß die festen Elektroden (1, 4) ie Form von mit einer Unterbrechung (i^, 4_A) versehenen gleichachsigen Kränzen haben.
4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungen (i_A, 4_A) der festen Elektroden durch Impedanzen (R) überbrückt werden, welche die Phase der magnetischen Blasfelder gegenüber' der Phase des zu unterbrechenden Stroms verschieben.
5. Schalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrecher Hauptkontakte (12^, 13^ und I2_ß, i3_ß) aufweisen, welche sie kurzschließen und so ausgebildet sind, daß sie die Blasspulen (8^, 8_B) in den Stromkreis einschalten, sowie Unterbrechungskontakte (2_A, 2_B), welche mit den Innenelektroden (1) so zusammenwirken, daß sie sich nach öffnung der Hauptkontakte radial öffnen.
6. Schalter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkammern" Belüftungsöffnungen (17, 18) aufweisen, welche so eingestellt und angeordnet sind, daß die Zündung von äußeren Umgehungsbögen durch die austretenden Gase, welche durch die Drehung der Lichtbogen nach außen getrieben werden, verhindert wird.
7. Schalter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Pol durch mehrere nebeneinanderliegende Unterbrecher gebildet wird, welche in Reihe geschaltet und durch Isolierwände geschützt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 546/359 6.56 (609742 1.57)