DE1203345B

DE1203345B - Device for generating a back EMF in an electrical gas discharge, such as in particular in an electric arc

Info

Publication number: DE1203345B
Application number: DEL42588A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Eberhard Baumann; Dr-Ing Bernhard Kalkner; Dipl-Ing Franz Petermichl
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1962-07-31
Filing date: 1962-07-31
Publication date: 1965-10-21

Description

Einrichtung zum Erzeugen einer Gegen-EMK in einer elektrischen Gasentladung, wie insbesondere in einem Lichtbogen Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem des Abschaltens elektrischer Leistungen, insbesondere in Gleichstromkreisen. Für Schalteinrichtungen zum Unterbrechen solcher Leistungen sind verschiedene Verfahren angewendet oder vorgeschlagen worden. Eines dieser Verfahren besteht in der Verminderung der Leitfähigkeit der Schaltstrecke einer Unterbrechungseinrichtung, - z. B. durch Längung des Schaltlichtbogens. Ein anderes Verfahren besteht in der Erzeugung einer Gegen-EMK, z. B. durch eine Gegenentladung, deren Stromstärke oder Spannung gleich oder größer ist als die augenblickliche Stromstärke oder Spannung an der Schaltstrecke, wobei zusätzliche Schalteinrichtungen oder Stromquellen notwendig sind.Device for generating a back EMF in an electrical gas discharge, as particularly in an electric arc. The invention addresses the problem of Switching off electrical power, especially in DC circuits. For switching devices Various procedures are used to interrupt such services has been proposed. One of these methods is to decrease the conductivity the switching path of an interrupting device, - z. B. by lengthening the switching arc. Another method is to generate a back emf, e.g. B. by a Counter discharge, the current or voltage of which is equal to or greater than the current one Amperage or voltage at the switching path, with additional switching devices or power sources are necessary.

Es ist in neuerer Zeit noch eine Einrichtung zur Erzeugung der notwendigen Gegen-EMK vorgeschlagen worden, bei der diese Gegen-EMK im Lichtbogen selbst erzeugt wird.In recent times it is still a device for generating the necessary Back-EMF has been proposed in which this back-EMF is generated in the arc itself will.

Die Erfindung bezieht sich auf eine solche Einrichtung zum Erzeugen einer Gegen-EMK, bei der der Lichtbogen sich unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes und eines zu diesem senkrechten magnetischen Feldes in senkrechter Richtung zu diesen gekreuzten Feldern mit hoher Geschwindigkeit fortbewegt, insbesondere rotiert.The invention relates to such a device for generating a back emf, in which the arc is under the action of an electrical Field and a magnetic field perpendicular to this in a perpendicular direction moved to these crossed fields at high speed, in particular rotates.

Damit unterscheidet sich diese Einrichtung grundlegend von anderen bekannten Schaltern mit rotierenden Lichtbögen, bei denen diese Lichtbogenbewegung nur dazu dient, ein Einbrennen der Lichtbogenfußpunkte auf den Schaltelektroden oder auf Kühlblechen zu verhindern und andererseits den Lichtbogen ständig mit neuen Stellen einer ihn umgebenden Wandung in Berührung zu bringen, um ihn so rascher zu kühlen.This means that this facility is fundamentally different from others known switches with rotating arcs, in which this arc movement only serves to burn in the arc roots on the switching electrodes or to prevent on cooling plates and on the other hand the arc constantly with new ones To bring a wall surrounding it into contact with one another, in order to make it faster to cool.

Bei der Einrichtung, von der die Erfindung ausgeht, hängt die erzielbare EMK vor allem von der Stärke des Magnetfeldes und der Wanderungsgeschwindigkeit des Lichtbogens ab, wobei unter Lichtbogen hier auch ein sich zwischen den Elektroden bildendes Plasma zu verstehen ist.In the device from which the invention is based, the achievable depends EMF mainly depends on the strength of the magnetic field and the speed of migration of the arc, with an arc here also between the electrodes forming plasma is to be understood.

Die Stärke des Magnetfeldes ist abhängig von der Art und Ausbildung des Magnetsystems. Durch entsprechende Gestaltung der Pole desselben kann man sehr starke auf die gewünschten Stellen konzentrierte Magnetfelder erhalten. Als Magnetsystem können sowohl Permanentmagnete wie auch Elektromagnete bzw. Kombinationen beider verwendet werden. Besonders hohe Feldstärken bis über 300 Kilo-Gauß lassen sich nach neueren Erkenntnissen mit Hilfe von Spulen aus Supraleitern erzielen.The strength of the magnetic field depends on the type and training of the magnet system. By appropriate design of the poles of the same one can very much receive strong magnetic fields concentrated on the desired areas. As a magnet system Both permanent magnets and electromagnets or combinations of both can be used be used. Particularly high field strengths of up to over 300 kilo Gauss can be achieved according to recent findings with the help of coils made of superconductors.

Bei sehr hohen Wanderungsgesetzwidrigkeiten des Lichtbogens kann es nun zu einer schnellen Löschung des Lichtbogens kommen, die dann hohe überspannungen im unterbrochenen Stromkreis hervorruft. Es ist bereits von einem Schalter für hochgespannten Gleichstrom her bekannt, daß bei einer verhältnismäßig schnellen Stromunterbrechung keine gefährlichen Überspannungen im Netz auftreten, wenn die für die Stromunterbrechung notwendige EMK etwa auf den doppelten Wert der Netzspannung erhöht wird.In the case of very high migration law violations of the arc, it can now come to a quick extinguishing of the arc, which then high overvoltages causes in the interrupted circuit. It is already by a switch for high voltage Direct current known heretofore that in the event of a relatively rapid power interruption no dangerous overvoltages occur in the network, if the for the power interruption necessary EMF is increased to about twice the value of the mains voltage.

Bei der vorgenannten Einrichtung, auf die sich die Erfindung bezieht, sind daher erfindungsgemäß Mittel zur Steuerung des zeitlichen Verlaufs der Gegen-EMK vorhanden, durch die die Gegen-EMK eine bestimmte Spannungsgrenze während des Schaltvorganges nicht überschreitet.In the aforementioned device to which the invention relates, are therefore, according to the invention, means for controlling the time profile of the back EMF available, through which the back EMF a certain voltage limit during the switching process does not exceed.

Solche Mittel zur Spannungsbegrenzung bei der Einrichtung nach der Erfindung sind ein steuerbares Magnetfeld oder ein einstellbarer Elektrodenabstand des Entladungsraumes. Weitere Mittel zur Spannungsbegrenzung sind eine einstellbare Wanderungsgeschwindigkeit des Lichtbogens oder ein einstellbarer Gasdruck bzw. eine einstellbare Gasmischung innerhalb des Entladungsraumes.Such means for limiting the voltage in the device according to the Invention are a controllable magnetic field or an adjustable electrode spacing of the discharge space. Other means of voltage limitation are an adjustable one Migration speed of the arc or an adjustable gas pressure or a adjustable gas mixture within the discharge space.

Zur Erzielung hoher Wanderungsgeschwindigkeiten ist es von Vorteil, die Entladungsstrecke unter Vakuum oder einem niedrigen Gasdruck zu halten, wobei die Verwendung von Wasserstoffgas besonders günstig ist. Allerdings entstehen dabei im Plasma sehr hohe Temperaturen, die von den Wänden der Einrichtung ferngehalten werden müssen, was beispielsweise mit Hilfe zusätzlicher Magnetfelder bewirkt werden kann.To achieve high migration speeds, it is advantageous to to keep the discharge path under vacuum or a low gas pressure, whereby the use of hydrogen gas is particularly beneficial. However, this does arise very high temperatures in the plasma, which are kept away from the walls of the facility have to be what, for example with the help of additional magnetic fields can be effected.

Die Einrichtung nach der Erfindung kann aber auch unter Atmosphärendruck arbeiten, wobei zur Kühlung des Lichtbogens in an sich bekannter Weise durch den Entladungsraum ein kühlendes Gas geblasen werden kann. Eine besonders hohe Ionisierung des Plasmas ohne übermäßig hohe Temperaturen in demselben kann man bei Atmosphärendruck oder höherem Druck dadurch erreichen, daß man den Entladungsraum mit Caesiumdampf oder einem ähnlichen Stoff niedriger Ionisierungsenergie füllt. Die Lichtbogentemperaturen können dabei verhältnismäßig niedrig gehalten werden.The device according to the invention can also be operated under atmospheric pressure work, whereby to cool the arc in a known manner by the Discharge space a cooling gas can be blown. A particularly high ionization of the plasma without excessively high temperatures in the same can be done at atmospheric pressure or higher pressure can be achieved by filling the discharge space with cesium vapor or a similar substance of low ionization energy. The arc temperatures can be kept relatively low.

Kommt es auf eine rasche Wiederverfestigung der Entladungsstrecke nach dem Erlöschen des Lichtbogens an, so kann man den Entladungsraum, wie dies von Wechselstromdruckgasschaltern her bekannt ist, auch unter erhöhten Druck setzen.If there is a rapid reconsolidation of the discharge path After the arc goes out, you can see the discharge space like this from AC pressure gas switches is known, also put under increased pressure.

Was für ein Druck im Entladungsraum mit Vorteil angewendet wird, Vakuum, Unterdruck, Atmosphären- oder Überdruck, das hängt von den jeweiligen Verhältnissen oder Erfordernissen ab. Wesentlich für ein rasches Löschen des Lichtbogens ist jedenfalls, daß die Wanderungsgeschwindigkeit des Plasmas oder Lichtbogens und die Feldstärke der magnetischen Felder möglichst groß sind, da beide Größen die Größe der Gegen-EMK bestimmen.What kind of pressure is advantageously used in the discharge space, vacuum, Underpressure, atmospheric or overpressure, it depends on the respective conditions or requirements. In any case, it is essential for quick extinguishing of the arc, that the migration speed of the plasma or arc and the field strength the magnetic fields are as large as possible, since both sizes are the size of the back EMF determine.

Man kann ferner dieselbe Einrichtung zur Unterbrechung des Reststromes, der sich im stationären Zustand einstellt, benutzen. Das kann erreicht werden durch Vermindern der Leitfähigkeit des Plasmas, durch Einblasen von Druckgas, durch Umsteuern des Magnetfeldes, wobei der Lichtbogen in eine Löscheinrichtung üblicher Art geblasen wird, durch Erzeugung von Druckveränderungen oder Druckschwingungen, durch Einführen eines zusätzlichen Magnetfeldes oder durch eine derartige örtliche Steigerung des Magnetfeldes, daß eine Verminderung des Stromes bis zur Instabilität des Lichtbogens erreicht wird.You can also use the same device for interrupting the residual current, which adjusts itself in the steady state, use. That can be achieved through Reduce the conductivity of the plasma by blowing in compressed gas by reversing the direction of the magnetic field, the arc being blown into a conventional type of extinguishing device is produced by introducing pressure changes or pressure oscillations an additional magnetic field or by such a local increase in the Magnetic field that a reduction of the current up to the instability of the arc is achieved.

Claims

Claims: 1. Device for generating a back EMF in a electrical gas discharge, such as in particular in an electric arc, in particular for Purposes of switching off services in DC or AC circuits, in which the arc is under the action of an electric field and one to this perpendicular magnetic field in a direction perpendicular to these crossed Fields moved at high speed, in particular rotated, d a d u r c h characterized that means for controlling the timing of the back EMF are present, through which the back EMF a certain voltage limit during the Switching process does not exceed.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the magnetic field can be controlled to limit the voltage.

3. Device according to claim 1, characterized in that to limit the voltage of the electrode spacing of the Discharge space is adjustable.

4. Device according to claim 1, characterized in that that the migration speed of the arc can be adjusted to limit the voltage is.

5. Device according to claim 1, characterized in that for voltage limitation the gas pressure or the gas mixture is adjustable within the discharge space.

6. Device according to claim 1 to 5, characterized in that the discharge space is under atmospheric pressure.

7. Device according to claim 1 to 5, characterized in that that the discharge space is traversed by a cooling gas. B.

Facility according to claim 1 to 5, characterized in that the discharge space under increased Pressure is on.

9. Device according to claim 1 to 5, characterized in that the Discharge space is under vacuum or negative pressure.

10. Device according to claim 1 to 5, characterized in that the discharge space cesium vapor or a contains a similar substance of low ionization energy.

11. Device according to claim 1 and one of the following claims, characterized in that the stationary Condition setting residual current due to external influences in the device itself or is interrupted in a special extinguishing device of a known type.

12. Device according to claim 11, characterized in that the interruption the residual current is caused by reducing the conductivity of the plasma.

13th Device according to claim 1l., Characterized in that the interruption of the Residual flow by blowing in compressed gas or by generating pressure changes or pressure oscillations is caused.

14. Device according to claim 11, characterized in that that the magnetic field, e.g. B. by reversing the same, by introducing additional Magnetic fields, by increasing the field strength locally, reducing the residual current until the arc is extinguished. Considered publications: German patent specifications No. 576 932, 578 226, 616 479, 624 777, 928 655.