DE2349187A1

DE2349187A1 - CONTACT ARRANGEMENT FOR INTERRUPTION OF CIRCUITS

Info

Publication number: DE2349187A1
Application number: DE19732349187
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl Phys Pohl; Heinrich Dipl Phys D Schindler; Manfred Stroessner; Johann Dipl Ing Wolf
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1973-10-01
Filing date: 1973-10-01
Publication date: 1975-04-03
Also published as: JPS5619052B2; DE2349187B2; IT1022269B; FR2246958B3; SE7412286L; FR2246958A1; JPS5061661A; BR7407732D0; DE2349187C3

Description

Kontaktanordnung zur Unterbrechung von Stromkreisen.Contact arrangement for interrupting circuits.

Zusatz zum Patent (Anmeldung P 22 37 280.1-34;Addition to the patent (application P 22 37 280.1-34;

VPA 72/7545).VPA 72/7545).

Gegenstand des Hauptpatentes (Anmeldung P 22 37 280.1-34) ist eine Kontaktanordnung zur Unterbrechung von Stromkreisen mit magnetischer Kraftwirkung auf den Lichtbogen mit zwei Kontakten, von denen der erste zwei Schenkel enthält, in denen der Strom entgegengesetzte Richtung hat. Einer der Schenkel bildet mit dem Lichtbogen und dem zweiten Kontakt eine Stromschleife. Der zweite Schenkel liegt außerhalb einer durch die Lichtbogen-Stromrichtung und die bevorzugte Ausdehnungsrichtung des ersten Schenkels gebildeten Ebene. In einer besonderen Ausführungsform kann der zweite Schenkel nochmals aufgeteilt und in zwei Leiter, von denen jeweils einer parallel zu der Bewegungsebene des Lichtbogens und neben dem Lichtbogen angeordnet ist, getrennt sein. Die magnetische Kraftwirkung des Stroms im zweiten Schenkel ist in der Bewegungsrichtung des Lichtbogens gerichtet und erhöht somit die Laufgeschwindigkeit des Lichtbogens, der nach dem öffnen der Schaltkontakte durch die magnetische Antriebskraft beblasen und dadurch bewegt und verlängert wird. Im allgemeinen wird der Lichtbogen zwischen Löschbleche getrieben, die in der Bewegungsrichtung des Lichtbogens in einer Löschkammer angeordnet sind.The subject of the main patent (application P 22 37 280.1-34) is a contact arrangement for interrupting electrical circuits with magnetic force acting on the arc with two contacts, the first of which contains two legs in which the current is in the opposite direction. One of the legs forms one contact with the arc and the second contact Current loop. The second leg lies outside of one through the arc current direction and the preferred direction of expansion of the first leg formed level. In a particular embodiment, the second leg can again and split into two conductors, one each parallel to the plane of movement of the arc and next to the Arc is arranged to be separated. The magnetic force effect of the current in the second leg is in the direction of movement of the arc and thus increases the speed of the arc, which occurs after the The switching contacts are blown by the magnetic drive force and thereby moved and extended. Generally will the arc is driven between arcing plates, which are arranged in an arcing chamber in the direction of movement of the arc are.

Durch die Beblasung, Unterteilung in Löschbleche und Kühlung in einer Löschkammer soll der Lichtbogen eine hohe Spannung annehmen, damit die Stromflußdauer nach dem Öffnen der Schaltkontakte verkürzt und die Löschbedingungen entsprechendBy blowing, subdividing into quenching plates and cooling In an arcing chamber, the arc should assume a high voltage, so that the current flow duration after the opening of the Switching contacts shortened and the extinguishing conditions accordingly

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verbessert werden. Darüber hinaus soll der Lichtbogen durch ständige Entionisation, beispielsweise durch nachströmende Luft, auch im Stromnulldurchgang so schnell entionisiert werden, daß eine Wiederzündung des Lichtbogens ausgeschlossen ist. Zu diesem Zweck können besondere Maßnahmen vorgesehen sein. Es kann beispielsweise der Lichtbogen mit einem Gasstrom, insbesondere aus Schwefelhexafluorid SFg, beblasen werden, oder der Lichtbogen kann auch durch eine von ihm selbst erzeugte Strömung beblasen werden.be improved. In addition, the arc should through constant deionization, for example by inflowing air, can also be deionized so quickly in the current zero passage, that re-ignition of the arc is impossible. Special measures can be provided for this purpose be. For example, the arc can be blown with a gas stream, in particular made of sulfur hexafluoride SFg, or the arc can also be blown by a self-generated flow.

Befindet sich der Lichtbogen in einem durch die Löschkammer gebildeten Strömungskanal, so kann durch die Lorentz-Kräfte auf den Lichtbogen eine Gasströmung erzeugt werden, die durch ihre Trägheit während des Stromnulldurchganges und unmittelbar nach dem Stromnulldurchgang für eine Entionisierung sorgt. Wird die Lichtbogenbewegung am Ende eines solchen Strömungskanals, beispielsweise durch die Kammerwand, behindert, so bildet sich infolge der Lorentz-Kraft in bekannter Weise ein Doppelwirbel aus. Durch diesen Doppelwirbel wird der Temperaturgradient in Richtung zur Wand und damit die Wärmeleitung in dieser Richtung und entsprechend auch der Lichtbogen-Spannungsgradient vergrößert. Die Beblasungs- und Entionisierungswirkung auf den Lichtbogen bleibt im wesentlichen erhalten.If the arc is in a flow channel formed by the quenching chamber, the Lorentz forces a gas flow is generated on the arc, which due to its inertia during the current zero crossing and immediately ensures deionization after the current zero crossing. Will the arc movement at the end of such a Flow channel, for example by the chamber wall, is obstructed, as a result of the Lorentz force in a known manner Express a double vortex. Through this double vortex, the temperature gradient is in the direction of the wall and thus the Heat conduction in this direction and accordingly the arc voltage gradient is increased. The blowing and The deionization effect on the arc remains essentially obtain.

Ungünstig ist bei dieser Art der Kühlung des Lichtbogens, daß die Strömung aus einem noch nicht abgekühlten und auch nicht vollständig entionisierten Gas besteht. Es wurde ferner erkannt, daß die kühlende Wirkung dieser Strömung vom Verhältnis des Lichtbogen-Durchmessers zur Weite des Strömungskanals und somit von der Stromstärke abhängig ist.The disadvantage of this type of arc cooling is that the flow from a not yet cooled and also there is not fully deionized gas. It was also recognized that the cooling effect of this flow from The ratio of the arc diameter to the width of the flow channel and thus depends on the current strength.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, die Löschwirkung einer Kontaktanordnung nach dem Hauptpatent zu verbessern. Die Erfindung besteht darin, daß die Kontaktanordnung in einer Löschkammer angeordnet ist, deren in der Laufrichtung des Lichtbogens angeordnete Stirnwand und deren parallel zur Bewegungsebene des Lichtbogens angeordnete Seitenwände wenigstens teilweise gelocht sind. Durch die gelochtenThe invention is therefore based on the object, the extinguishing effect to improve a contact arrangement according to the main patent. The invention consists in that the contact arrangement is arranged in an arcing chamber, the end wall of which is arranged in the running direction of the arc and the end wall of which is parallel side walls arranged to the plane of movement of the arc are at least partially perforated. Through the perforated

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Wände der Löschkammer wird die Durchströmung und Entionisierung des Lichtbogens wesentlich verbessert, weil die zur Wärmeableitung aus dem Gas zur Verfügung stehende Oberfläche entsprechend vergrößert ist,und die Bildung eines Doppelwirbels durch rückströmende Gase vermieden wird. Die Entionisierung erfolgt somit im wesentlichen durch den Abtransport des leitenden Gases in der Gasströmung.Walls of the arcing chamber, the flow and deionization of the arc is significantly improved because the Heat dissipation from the gas available surface is increased accordingly, and the formation of a double vortex is avoided by backflowing gases. The deionization thus takes place essentially through the removal of the conductive gas in the gas flow.

Die lichte Weite der Seitenwände des Strömungskanals kann vorzugsweise wenigstens etwas kleiner als die Breite der relativ zueinander beweglichen Schaltkontakte, insbesondere kleiner als die Breite der Kontaktauflage der Kontaktanordnung, gewählt werden. Zu diesem Zweck können die Seitenwände jeweils mit einem stegartigen Vorsprung versehen werden. Ferner kann die Höhe des Strömungskanals wenigstens etwas grosser gewählt werden als der Abstand der Kontakte in ihrem geöffneten Zustand.The clear width of the side walls of the flow channel can preferably be at least slightly smaller than the width of the relative mutually movable switching contacts, in particular smaller than the width of the contact surface of the contact arrangement, to get voted. For this purpose, the side walls can each be provided with a web-like projection. Further the height of the flow channel can be chosen to be at least somewhat larger than the distance between the contacts in their open State.

Eine weiter verbesserte Löschwirkung erhält man dadurch, daß sich die Löschkammer wenigstens teilweise in einem abgeschlossenen Gehäuse befindet. In diesem Gehäuse strömen die vor dem Lichtbogen aus der Loch- oder Siebkeramik austretenden Gase hinter dem Lichtbogen wieder in die Löschkammer ein, so daß ein Strömungskreislauf mit entsprechend erhöhter Kühlwirkung auf dem Lichtbogen entsteht. Die Wirkung der eigenmagnetischen Beblasung des Lichtbogens hängt wesentlich von der erzeugten Lorentz-Kraft und damit von der Größe des Magnetfeldes vor der gelochten Wand ab. Zur Verstärkung dieses Magnetfeldes können Permanentmagnete verwendet werden, oder die Stromzuführung zu den Kontaktstellen kann so gewählt werden, daß die Feldstärke vor der gelochten Abschlußwand erhöht wird. Es muß jedoch vermieden werden, daß durch diese Felderhöhung zugleich eine Vergrößerung der kontaktabhebenden Kräfte auftritt.A further improved extinguishing effect is obtained in that the extinguishing chamber is at least partially enclosed Housing is located. Those emerging from the perforated or sieve ceramic before the arc flow in this housing Gases behind the arc re-enter the arcing chamber, so that a flow circuit with a correspondingly increased cooling effect on the arc is created. The effect of the self-magnetic blowing of the arc depends essentially on the generated Lorentz force and thus on the size of the magnetic field in front of the perforated wall. To reinforce this Magnetic field permanent magnets can be used, or the power supply to the contact points can be chosen so that the field strength in front of the perforated end wall is increased. It must be avoided, however, that this field increase also increases the contact-offsetting Forces occurs.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig.1 eine Ausführungsform einer Kontaktanordnung nach dem Hauptpatent und in deren Fig.2 und 3 jeweils ein Schnitt eines Ausführungsbeispiels einerTo further explain the invention , reference is made to the drawing, in which FIG. 1 shows an embodiment of a contact arrangement according to the main patent and in FIGS. 2 and 3 each a section of an exemplary embodiment of a

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Löschkammerausbildung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.Schematically illustrated arcing chamber training according to the invention is.

Nach Fig.1 sind zwei relativ zueinander "bewegliche Kontaktstücke 3 und 4 vorgesehen, in denen der durch Pfeile 12 und 13 angedeutete Strom entgegengesetzte Richtung hat und in denen diese Ströme mit dem Lichtbogen 18 eine Stromschleife bilden. Der von einem Anschlußleiter 59 abgeführte Strom, dessen Richtung durch einen Pfeil 14 angedeutet ist, verteilt sich, entsprechend der Anordnung nach dem Hauptpatent, auf zwei Schenkel 46 und 47» von denen jeweils einer parallel zum Lichtbogen 18 neben diesem Lichtbogen ange_ordnet ist. Die magnetische Kraftwirkung der Ströme 12 und 13 auf den Lichtbogen 18 wird noch verstärkt durch die in den beiden Leitern 46 und 47 fließenden Teilströme. Unter der Wirkung dieser Kräfte wird der Lichtbogen 18 in der Richtung parallel zu den Leitern 46 und 47 ttnd zur Anschlußklemme 59 bewegt, wie in der Figur durch einen Pfeil 21 angedeutet ist.According to FIG. 1, two "movable contact pieces" are relative to one another 3 and 4 are provided, in which the current indicated by arrows 12 and 13 has the opposite direction and in which these currents form a current loop with the arc 18. The current discharged from a connecting conductor 59, whose Direction indicated by an arrow 14, is distributed according to the arrangement according to the main patent two legs 46 and 47 'each of which is arranged parallel to the arc 18 next to this arc. the The magnetic force effect of the currents 12 and 13 on the arc 18 is further intensified by that in the two conductors 46 and 47 flowing partial streams. Under the action of these forces, the arc 18 becomes in the direction parallel to the conductors 46 and 47 ttnd moved to terminal 59 as is indicated in the figure by an arrow 21.

In der Bewegungsrichtung des Lichtbogens 18 ist ein Strömungskanal, dessen Seitenwände nach Fig.2 durch Isolierstoffkörper 48 und 49 gebildet werden, durch eine gelochte Stirnwand 58 abgeschlossen, gegen die der Lichtbogen 18 durch seine eigenmagnetische Kraftwirkung getrieben wird. Diese Stirnwand besteht aus einem gelochten Isolierstoff, der als Loch- oder Siebkeramik bekannt ist. Wenigstens 10$, jedoch nicht wesentlich mehr als die Hälfte, vorzugsweise etwa 25 bis 35$, seiner Oberfläche wird durch die Löcher gebildet, deren Durchmesser nicht kleiner als 0,5 mm, jedoch nicht wesentlich mehr , als 2 mm, vorzugsweise etwa 1 bis 1,5 mm, beträgt.In the direction of movement of the arc 18 is a flow channel, the side walls of which are made of insulating material according to FIG 48 and 49 are formed, closed by a perforated end wall 58, against which the arc 18 is driven by its own magnetic force. This front wall is made made of a perforated insulating material known as perforated or sieve ceramic. At least $ 10, but not substantially more than half, preferably about $ 25 to $ 35, of his The surface is formed by the holes, the diameter of which is not less than 0.5 mm, but not significantly more, than 2 mm, preferably about 1 to 1.5 mm.

Der Schenkel 4 des ruhenden Kontaktes kann vorzugsweise in Richtung der Stirnwand 18 des durch die Seitenwände 48 und gebildeten Löschkanals verlängert sein, insbesondere bis zur Stirnwand 58 reichen. Diese Gestaltung hat den Vorteil, daß der verlängerte Teil des Schenkels 4 als Laufschiene für den am Kontakt 6 entstehenden Fußpunkt des Lichtbogens 18 wirkt. Der untere Fußpunkt des Lichtbogens 18 bewegt sich von derThe leg 4 of the resting contact can preferably be in Direction of the end wall 18 of the extinguishing channel formed by the side walls 48 and be extended, in particular up to Front wall 58 is enough. This design has the advantage that the extended part of the leg 4 as a running rail for the at the contact 6 resulting foot point of the arc 18 acts. The lower base of the arc 18 moves from the

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Kontaktauflage 6 zur Abschlußwand 58, aus der die durch den Lichtbogen erwärmten Gase in ein abgeschlossenes Gehäuse 80 ausströmen können. In diesem Gehäuse strömen die heißen Gase außerhalb der Seitenwände 48 und 49 gegen die Bewegungsrichtung des Lichtbogens 18 wieder zurück und treten hinter dem Lichtbogen 18 in den Strömungskanal wieder ein, wie in der Figur durch Pfeile 81 angedeutet ist.Contact pad 6 to the end wall 58, from which the through the Arc heated gases can flow out into a closed housing 80. The hot gases flow in this housing outside the side walls 48 and 49 against the direction of movement of the arc 18 back again and step behind the arc 18 into the flow channel again, as in of the figure is indicated by arrows 81.

Auch die Seitenwände 48 und 49 können vorzugsweise wenigstens zum Teil als Lochkeramik gestaltet sein. Das hintere Ende des Strömungskanals kann offen oder ebenfalls durch eine in der Figur nicht dargestellte Lochkeramik abgeschlossen sein.The side walls 48 and 49 can also preferably be designed at least in part as perforated ceramic. The rear The end of the flow channel can be open or also closed by a perforated ceramic (not shown in the figure) be.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des durch die Seitenwände 48 und 49 in Verbindung mit dem Lochkörper 58 gebildeten Loschkanals besteht darin, daß diese Seitenwände 48, 49 in einem Abstand zueinander angeordnet werden, der zwischen der Kontaktauflage 6 und der Abschlußwand 58 geringer ist als der Durchmesser des beweglichen Kontaktes. Diese Gestaltung erhält man in einfacher Weise durch stegartige Auflagen 82 und 83 der Kammerwände 48 bzw. 49·A particularly advantageous embodiment of the by Side walls 48 and 49 formed in connection with the perforated body 58 Loschkanals is that these side walls 48, 49 are arranged at a distance from one another that is between the contact pad 6 and the end wall 58 is smaller than the diameter of the movable contact. This design is obtained in a simple manner by web-like supports 82 and 83 of the chamber walls 48 and 49, respectively.

Diese Stege können vorteilhaft nur über einen vorbestimmten Teil der Höhe h der Löschkammer reichen, wie es im Längsschnitt nach Fig.3 veranschaulicht ist. Der Steg 83 endet bereits in einem vorbestimmten Abstand a über dem als Laufschiene wirkenden Schenkel 4 der Kontaktanordnung. Mit der Bewegung des Schenkels 3 wird der Lichtbogen 18 gezogen, der sich unter der Wirkung seiner eigenmagnetischen Kräfte zunäqhst in Richtung des Pfeiles 21 bewegt. Sein unterer Fußpunkt wandert auf dem als Laufschiene wirkenden verlängerten IPeil des Schenkels 4 in Richtung zur Stirnwand 58 d.^er Löschkammer,und der Lichtbogen 18 wird entsprechend verlängert. Während dieser Bewegung wird ein Teil des Lichtbogens 18 in den durch die Stege 82 und 83 gebildeten Spalt getrieben und durch Blasenbildung weiter verlängert. Durch die Stege 82 und 83 wird die Bildung einer Plasmawolke in der Bewegungsrichtung 21 des Lichtbogens 18 von den KontaktauflagenThese webs can advantageously only extend over a predetermined part of the height h of the arcing chamber, as is illustrated in the longitudinal section according to FIG. The web 83 already ends at a predetermined distance a above the leg 4 of the contact arrangement, which acts as a running rail. With the movement of the leg 3, the arc 18 is drawn, which initially moves in the direction of the arrow 21 under the effect of its own magnetic forces. Its lower base migrates on the extended I-part of the leg 4, which acts as a running rail, in the direction of the end wall 58 d. ^he arcing chamber, and the arc 18 is extended accordingly. During this movement, part of the arc 18 is driven into the gap formed by the webs 82 and 83 and is further lengthened by the formation of bubbles. The webs 82 and 83 cause the formation of a plasma cloud in the direction of movement 21 of the arc 18 from the contact pads

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6 und 19 verhindert, die zur Rückzündung zwischen den Kontaktauflagen führen könnte.6 and 19 prevents backfire between the contact pads could lead.

Die Höhe h des Strömungskanals kann vorzugsweise wenigstens etwas größer gewählt werden als der Abstand der Schenkel 3 und 4, wie es in Fig.3 dargestellt ist. Mit dieser Ausführungsform des Löschkanals wird somit der Lichtbogen entsprechend verlängert. Der von den Stegen 82 und 83 hergestellte Schlitz bildet dann eine ausreichende Trennung zwischen den Fußpunkten des Lichtbogens 18.The height h of the flow channel can preferably be selected to be at least somewhat greater than the distance between the legs 3 and 4, as shown in FIG. With this embodiment of the extinguishing channel, the arc is lengthened accordingly. The one produced by the webs 82 and 83 The slot then forms a sufficient separation between the base points of the arc 18.

Mit der Ausführungsform einer Kontaktanordnung nach der Erfindung, die in einer Löschkammer angeordnet ist, kann mit einer Kammerhöhe von etwa 20 bis 40 mm, insbesondere etwa bis 35 nun, und einer Kammerweite von etwa 4 bis 7 mm, vorzugsweise etwa 5 bis 6 mm, insbesondere etwa 5,5 mm, und einer lichten Weite des durch die beiden Stege gebildeten Schlitzes von etwa 1,8 bis 3 mm, vorzugsweise etwa 2 mm, ein Kurzschlußstrom mit einem Effektivwert von I₆^f his zu 15 kA noch strombegrenzend arbeiten, d.h. in einer Abschaltzeit von weniger als etwa 10 msec, abgeschaltet werden. Mit diesem Schalter sind Lichtbogenspannungen bis zu wenigstens 300 V erreichbar.With the embodiment of a contact arrangement according to the invention, which is arranged in an arcing chamber, with a chamber height of about 20 to 40 mm, in particular about up to 35 mm, and a chamber width of about 4 to 7 mm, preferably about 5 to 6 mm, in particular about 5.5 mm, and a clear width of the slot formed by the two webs of about 1.8 to 3 mm, preferably about 2 mm, a short-circuit current with an effective value of I ₆ ^ f up to 15 kA still operate in a current-limiting manner, that is, be switched off in a switch-off time of less than approximately 10 msec. With this switch, arc voltages of at least 300 V can be achieved.

4 Patentansprüche
3 Figuren4 claims
3 figures

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Claims

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1.j Contact arrangement for interrupting circuits with magnetic force effect on the arc and with two contacts, one of which contains at least two legs, in which the current has opposite direction and of which one with the arc and the second Contact forms a current loop, and in which the second leg of the first contact outside of a plane formed by the arc current direction and the preferred direction of extent of the first contact according to patent (application P 22 37 280.

1-34; VPA 72/7545), characterized in that the contact arrangement (3,4,46,47 »59) arranged in an extinguishing chamber is, whose in the running direction of the arc (18) arranged end wall (58) and parallel to the Boundary plane of the arc (18) arranged side walls (48,49) are at least partially perforated.

2. Contact arrangement according to claim 1 with a movable contact, the clear width of the. Fire chamber determined, characterized in that the clear width of the arcing chamber between the contacts (3, 4) and the end wall (58) has a constriction.

3. Contact arrangement according to claim 2, characterized in that that the constriction by opposing web-like projections (83) of the side walls (48, 49) of the arcing chamber are formed, which only extend over a predetermined part of the height of the arcing chamber (Fig. 3).

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Contact arrangement with an arcing chamber according to one of Claims 1 Ms 3 »characterized in that the arcing chamber is arranged in an at least partially closed housing (80), the side walls of which are separated from the side walls the arcing chamber have a predetermined distance.

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