DE1207988B - Leistungsschalter fuer Gleich- oder Wechselstrom - Google Patents

Description

• Leistungsschalter für Gleich- oder Wechselstrom Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsschalter für Gleich- oder Wechselstrom, der mit einer magnetischen Beeinflussung des Lichtbogens arbeitet. Es sind Schalter mit einer magnetischen Beblasung des Lichtbogens bekannt, bei denen der Lichtbogen durch das Magnetfeld einer entsprechend angeordneten Blasspule senkrecht zu seiner Achse beschleunigt wird, um ihn stark zu längen und in besondere Anordnungen zur Kühlung, z. B. zwischen Löschbleche zu treiben, bis seine Spannung etwa gleich der Netzspannung wird und er erlischt.
• Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ohne Längung des Lichtbogens eine schnelle Stromunterbrechung durch Herstellung einer spannungsfesten Zone vor einem oder beiden Kontaktstücken des Schalters zu erreichen. Solche Aufgaben treten beispielsweise bei einem unter Vakuum arbeitenden Schalter auf, bei dem die Ladungsträger des Lichtbogens in sehr kurzer Zeit aus der Schaltstrecke entfernt werden müssen, damit diese der wiederkehrenden Spannung standhält. Aber auch bei anderen Leistungsschaltern, die mit einem strömenden Lichtbogenlösehmittel arbeiten, läßt sich die Erfindung mit gleichem Erfolg anwenden.
• So sind bei einem Leistungsschalter für Gleich-oder Wechselstrom mit einer magnetischen Beeinflussung des Lichtbogens durch mindestens um einen beweglichen oder festen Schaltkontakt erzeugte Magnetfelder erfindungsgemäß die Magnetfelder derart stark inhomogen ausgebildet, daß sie als magnetischer Spiegel derart wirken, daß sie die bewegten Ladungsträger aus der Schaltstrecke nach außen ablenken.
• Die Ablenkung der schnell bewegten Ladungsträger ist um so stärker, je inhomogener das oder die Magnetfelder sind, d. h. je stärker sie gekrümmt sind. Dabei werden auch die Fußpunkte des Lichtbogens auf den festen oder bewegten Schaltkontakten gegen die Lichtbogensäule »abgeschirmt«. Eine solche Anordnung ist daher vorzüglich geeignet, bei Wechselstrom nach einem Nulldurchgang die Schaltstrecke rasch von Ladungsträgern zu reinigen. Auch ein Gleichstromlichtbogen wird durch die ständige Ab- führung von Ladungsträgern so geschwächt, daß der Strom im Lichtbogen gegen Null geht und der Lichtbogen gelöscht wird.
• Aus vorstehendem ergibt sich, daß die Erfindung auf einem ganz anderen Löschprinzip beruht, als es bei den üblichen Schaltern mit magnetischer Beblasung angewendet wird. Hier erfolgt eine Ausweitung der Lichtbogenschleife bzw. eine Wanderung zwischen parallelen Laufschienen durch die Kraftwirkung des Magnetfeldes auf den Strom im Lichtbogen mit anschließender Löschung zwischen kühlenden Wänden oder Blechen in einer Löschkammer.
• Die Wirkung der magnetischen Spiegelfelder kann noch besonders unterstützt werden, wenn zusätzlich in an sich bekannter Weise ein oder mehrere Magnetfelder so angeordnet sind, daß ihre Feldlinien etwa senkrecht zur Stromrichtung verlaufen, wodurch der Lichtbogen eine Kraftwirkung vom Schaltkontakt weg erfährt. Eine besonders günstige Anordnung der Magnetfelder hierfür ist die, bei der die Feldlinien in der Nähe des Lichtbogenfußpunktes im wesentlichen zirkular verlaufen. In diesem Fall versetzt das beschleunigende Magnetfeld das Plasma der Lichtbogensäule um den Schaltkontakt in ebenfalls bekannter Weise in eine rotierende Bewegung. Der Lichtbogenfußpunkt muß der Plasmasäule folgen und bewegt sich somit, je höher der Strom ist, um so rascher auf der Oberfläche des Schaltkontaktes bzw. eines Abbrandringes. Dadurch wird die Temperatur des Elektrodenmaterials am Fußpunkt niedrig gehalten, und es entsteht nur ein geringer gleichmäßiger Abbrand. Dies ergibt eine wesentliche Verbesserung der Lösch- und Schaltbedingungen für den Lichtbogen gegenüber anderen Ausführungen.
• Zur praktischen Ausführung der Erfindung geht man zweckmäßigerweise so vor, daß ein ablenkendes magnetisches Spiegelfeld von einer fremderregten Spule und zusätzlich ein beschleunigendes Blasfeld von einer vom Schalterstrom durchflossenen Spule erzeugt wird. Wenn der Schalterstrom zur Erregung der das beschleunigende Blasfeld hervorrufenden Spule benutzt wird, so bleibt die Kraftrichtung dieses Blasfeldes auch bei einer Umkehrung der Stromrichtung erhalten. Man kann selbstverständlich auch beide Magnetfelder von einer oder mehreren fremderregten Spulen oder z. B. bei Gleichstrom auch mit Dauerinagenten erzeugen. Bestehen die Spulen aus mehreren Teilen, so kann man erreichen, daß die ablenkende und/oder beschleunigende Wirkung der Spulen zeitlich nacheinander wirksam wird, wodurch sich infolge der zeitlichen und örtlichen Änderung der Magnetfelder eine besonderes hohe Ablenkbeschleunigung erzielen läßt.
• Da die Erfindung auf der Inhomogenität und der Krümmung des magnetischen Feldes mit seiner die Ladungsträger in Richtung des schwächeren Magnetfeldes leitenden Wirkung beruht, so sind zur Erzeugung dieses Feldes bei elektrischen Spulen sehr hohe Stromdichten notwendig. Diese lassen sich am vorteilhaftesten durch Ausbildung der Spulen als Supraleiter erzielen. An ihre Stelle können aber auch Dauermagnete hoher Koerzitivkraft mit geeignet auscrebildeten Polschuhen treten.
• el Sehr zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich bei Schaltern, die mit einer düsenförmigen öffnung für den festen oder beweglichen Schaltkontakt versehen sind, weil diese so ausgebildet werden kann, daß sie nicht nur die Inhomogenität des magnetischen Feldes begünstigt sondern gleichzeitig auch die Zuführung eines zusätzlichen Lösehmittels, wie Druckgas oder Drucköl, in konzentrierter Form ermöglicht. In einem solchen Falle wird man dann die die Magnetfelder erzeugenden Spulen oder Dauermagnete in düsenförinigen Körpern, die aus Metall oder Isolierstoff bestehen können, unterbringen.
• Aus den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen läßt sich die Erfindung näher entnehmen.
• F i g. 1 zeigt einen stiftfönnigen, beweglichen Schaltkontakt 1, der mit einem fest angeordneten Schaltkontakt 2 zusammenarbeitet. Bei einer Ausschaltung entsteht zwischen den beiden Schaltkontakten ein Lichtbogen 3. Bei dem Schaltkontakt 1 sind zwei Spulen 4 und 5 so angeordnet, daß die Spule 4 ein die Ladungsträger beschleunigendes magnetisches Feld erzeugt, das senkrecht zur Zeichenrichtung verläuft, wie es durch die Kreise 6 mit den Punkten dargestellt ist, während die Spule 5 ein magnetisches Ab- lenkungsfeld erzeugt, das durch die Krümmung der Feldlinien 7 wie ein magnetischer Spiegel wirkt. Die Spulen 4 und 5 können vom Schalterstrom hintereinander durchflossen werden. Es ist jedoch zweckmäßiger, wenn die Spule 4 allein vom Schalterstrom J durchflossen wird, während die Spule 5 fremderregt ist, damit auch beim Stromnulldurchgang noch ein sehr starkes Magnetfeld auf noch etwa vorhandene Ladungsträger wirkt.
• Die Felder der Spulen 4 und 5 sind nun so ausgebildet, daß die magnetische Feldstärke am Ort des Lichtbogenfußpunktes am Kontakt 1 möglichst ihren Höchstwert hat und nach außen abnimmt. Dadurch wird bewirkt, daß schnell bewegte Ladungsträger, die Cregep die höhere magnetische Feldstärke anlaufen wollen, abgelenkt werden und, den gekrümmten Feldlinien 7 folgend, nach außen abgeführt werden. Zugleich erfährt der Lichtbogenstrom durch die Feldlinien der Spule 4 eine abstoßende Kraft nach außen. Die Ladungsträgerwolke vor der Spitze des Schaltstiftes 1 wird dadurch in kurzer Zeit aus diesem Bereich entfernt bzw. wird diese Spitze gegen eindringende Ladungsträger abgeschirmt. Es entsteht somit eine hohe Spannungsfestigkeit vor der Schaltstiftspitze, so daß die wiederkehrende Spannung keinen Lichtbogen zwischen den beiden Kontakten mehr zünden kann. Werden die Spulen 4 und 5 unterteilt und zeitlich nacheinander eingeschaltet, so läßt sich die abstoßende Wirkung ihrer Felder laufend verstärken und so die Gesamtwirkung der erfindungsgemäßen Einrichtung steigern.
• Aus F i g. 2 geht eine praktische Ausführung des Beispiels nach F i g. 1 hervor. Der Schaltstift 1 befindet sich in der Löschstellung in einem düsenförmigen Körper 8, in dem die Spulen 4 und die Spule 5 untergebracht sind. Die Spulen 4 verteilen sich in radialer Richtung mit einem bestimmten Abstand voneinander über den Umfang der Düse, während die Spule 5 ringförmig ausgebildet ist. Der Schalterstrom J wird zweckmäßig über die Spulen 4 geführt, wobei dieser Strom über die Zuführungskontakte 9 vom Schaltstift 1 abgenommen wird. Mit 10 ist ein Abbrandring an dem düsenförmigen Körper 8 bezeichnet.
• Eine weitere Ausführungsart der Erfindung mit Dauermagneten zur Erzeugung des ablenkenden und beschleunigenden Magnetfeldes zeigt F i g. 3. In dieser Figur bedeuten 1 und 2 wieder die beiden Schaltkontakte, 3 den Lichtbogen, 4 und 5 die in einem düsenförinigen Körper 8 untergebrachten Dauermagnete zur Erzeugung des beschleunigenden bzw. ablenkenden Magnetfeldes. Dieser Schalter eignet sich besonders zur Zuführung eines zusätzlichen Löschmittels in der Form von einem Gas oder einer Flüssigkeit.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Leistungsschalter für Gleich- oder Wechselstrom mit magnetischer Beeinflussung des Lichtbogens durch mindestens um einen beweglichen oder festen Schaltkontakt erzeugte Magnetfelder, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfelder derart stark inhomogen ausgebildet sind, daß sie als magnetischer Spiegel derart wirken, daß sie die bewegten Ladungsträger aus der Schaltstrecke nach außen ablenken.
2. 2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ablenkendes Spiegelfeld von einer fremderregten Spule und zusätzlich ein an sich bekanntes beschleunigendes Blasfeld von einer vom Schalterstrom durchflossenen Spule erzeugt wird. 3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen aus mehreren zeitlich nacheinander erregten Teilen bestehen. 4. Schalter nach Anspruch 2 und 3, dadurch crekennzeichnet daß die Spulen als Supraleiter ausgebildet sind. 5. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ablenkendes Spiegelfeld und zusätzlich ein an sich bekanntes beschleunigendes Blasfeld von Dauermagneten hoher Koerzitivkraft erzeugt werden. 6. Schalter nach Anspruch 1 und einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Spiegel- und Blasfelder erzeugenden Spulen oder Dauermagnete in düsenförrnigen Körpern aus Metall oder Isolierstoff untergebracht sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 130 444, 218 829, 266 745, 408 129, 588 586, 540 927, 700 728; deutsche Auslegesehriften Nr. 1052 499 1088580.