DE955704C - Schalter mit magnetischer Blasung - Google Patents
Schalter mit magnetischer BlasungInfo
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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.
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 3Λ 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. 4A 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. 8B
und eine bewegliche Unterbrechungselektrode 2A 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 I2A undi2ß
verbunden werden können.
Bei der Öffnung des Schalters werden zunächst die Kontakte Ι2Λ, I3A und i2B, I3ß geöffnet, wodurch
die Blasspulen 84 und 8B eingeschaltet werden,
worauf die Unterbrechungskontakte 2A und 2B
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 I2B auf, welche mit zwei festen Hauptkontakten
134 und i3ß zusammenwirken, während
die andere Gabel mit den beiden festen Kränzen oder Elektroden 1 zusammenwirkende Unter-
brechungsschenkel2A und 2B'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^, I2ß, den festen Kontakt I3ß
und den Leiter 15. Bei der Öffnung verstellt sich die Hauptgabel 12.4, 12B und entfernt sich von den
festen Kontakten 13^, I3ß, wodurch der Kurzschluß
des Schalters aufgehoben wird, so daß der Strom von dem Kontakt 13^ durch die Spule 8A,
den Kranz 1, die Schenkel 2A und 2B 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 i6A 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 2A, 2B 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 ΐ8Λ 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 2A und 2B. Schließlich bewirken die Kontakte
I3ß und I2B 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 (7)
- 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, dadurchfekennzeichnet, daß die festen Elektroden (1, 4) ie Form von mit einer Unterbrechung (i^, 4A) versehenen gleichachsigen Kränzen haben.
- 4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungen (iA, 4A) 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 I2ß, i3ß) aufweisen, welche sie kurzschließen und so ausgebildet sind, daß sie die Blasspulen (8^, 8B) in den Stromkreis einschalten, sowie Unterbrechungskontakte (2A, 2B), 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)
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