DE1035727B

DE1035727B - Device for elongation and extinguishing of electric arcs

Info

Publication number: DE1035727B
Application number: DEM23250A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing H H Buchholz; Dr-Ing E H Erwin Marx Dr-Ing; Dipl-Ing Manfred Will
Original assignee: Calor Emag AG
Current assignee: Calor Emag AG
Priority date: 1954-05-29
Filing date: 1954-05-29
Publication date: 1958-08-07

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Längung und Löschung elektrischer Lichtbögen mit abschnittweiser Lichtbogenablenkung durch Magnetfelder, die zeitlich nacheinander wirksam werden.The invention relates to a device for elongating and extinguishing electric arcs with section-wise arc deflection by magnetic fields that take effect one after the other.

Vorrichtungen zur Längung und Löschung elektrischer Lichtbögen sind an sich bekannt. Derartige Einrichtungen können mit Laufschienen versehen sein, die in der Ablenkeinrichtung aus magnetischem Material angeordnet sind und an denen Lichtbogenfuß punkte im Bereich von Magnetfeldern wandern. Weiterhin ist es bekanntgeworden, die Ablenkkörper aus magnetischem Material mit zusätzlichen Erregerwicklungen zu versehen und sogenannte Querablenkeisen anzuordnen, welche dazu dienen, Teilbereiche des Lichtbogens parallel zur Achse dieser Lichtbogenteilabschnitte seitwärts abzulenken, so daß eine große Lichtbogenlänge auf verhältnismäßig kleinem Raum untergebracht wird.Devices for lengthening and extinguishing electric arcs are known per se. Such facilities can be provided with running rails, which in the deflector made of magnetic material are arranged and at which arc root points migrate in the area of magnetic fields. Farther it has become known, the deflection body made of magnetic material with additional excitation windings to provide and to arrange so-called Querablenkeisen, which serve to sub-areas of the arc parallel to the axis of these arc sections to deflect sideways, so that a large Arc length is accommodated in a relatively small space.

Bei den bisher bekanntgewordenen Vorrichtungen war die Ausnutzung der räumlichen Anordnung und der magnetischen Materialien insofern unbefriedigend, als auf die verschiedenartige Geschwindigkeit bei der Lichtbogenlänge einerseits und der parallelen Querablenkung von Lichtbogenteilabschnitten andererseits zu wenig Rücksicht genommen wurde, so daß der Lichtbogen, wenn seine Fußpunkte an den Enden der Wanderungsschiene angelangt waren, in den Querablenkeisen nur eine teilweise Ablenkung erfuhr. In anderen Fällen wieder erreicht der quer abgelenkte Teil eines Lichtbogens das Ende des Querablenkeisens, noch bevor der Lichtbogenfußpunkt am Ende der Wanderungsschiene angekommen war und eine Löschung des Lichtbogens möglich gewesen wäre. Die einzelnen Lichtbogenabschnitte erreichen bei bekannten Anordnungen demgemäß ihre Endlage nicht gleichzeitig, sondern nacheinander. Dies hat die nachteiligen Folgen, daß sich durch die Lichtbogenabschnitte, die ihre Endlage zuerst erreichen, Fußpunkte auf den Ablenkeinrichtungen und/oder Wanderungsschienen bilden, die nicht unter der Einwirkung eines starken Magnetfeldes bewegt werden, so daß auf diese Weise ein erhöhter Abbrand erfolgt. Mit dem Abbrand verbunden ist die Verdampfung von Metallteilen, beispielsweise der Ablenkeinrichtung oder der Laufschienen, wodurch die Rückzündgefahr der Lichtbogenablenkeinrichtung wesentlich erhöht wird. Dies wirkt sich besonders nachteilig aus für Lichtbogenablenk- und -löscheinrichtungen in Hochspannungsanlagen. In the previously known devices, the utilization of the spatial arrangement and of the magnetic materials insofar as it is due to the various speeds at the Arc length on the one hand and the parallel transverse deflection of arc sections on the other Too little consideration was given, so that the arc when its base points are at the ends of the Wandering rail had arrived, in the cross deflection iron experienced only a partial deflection. In in other cases the cross-deflected part of an arc reaches the end of the cross-deflecting iron, even before the arc root had reached the end of the migration rail and a quenching of the arc would have been possible. The individual arc sections reach in known Arrangements accordingly their end position not simultaneously, but one after the other. This has the disadvantageous The result is that the arc sections that reach their end position first cause foot points Form on the deflectors and / or migration rails that are not under the action of a strong magnetic field are moved, so that there is an increased burn in this way. With the burn connected is the evaporation of metal parts, for example the deflector or the Running rails, reducing the risk of backfire of the arc deflector is increased significantly. This is particularly detrimental to arc deflection and extinguishing systems in high-voltage systems.

Zur Vermeidung der genannten Nachteile sind Vorrichtungen zur Längung und Löschung elektrischer Lichtbögen mit abschnittsweiser Lichtbogenablenkung durch Magnetfelder, die zeitlich nacheinander wirksam werden, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, Vorrichtung zur Längung und Löschung
von elektrischen LichtbögenTo avoid the disadvantages mentioned, devices for lengthening and extinguishing electric arcs with arc deflection in sections by magnetic fields, which are effective in time, are characterized according to the invention, apparatus for lengthening and extinguishing
from electric arcs

Anmelder:Applicant:

CALOR-EMAGCALOR-EMAG

Elektrizitäts -Aktiengesellschaft,
Ratingen, Bahnstr. 39-45Electricity stock corporation,
Ratingen, Bahnstr. 39-45

Dr.-Ing. Dr.-Ing. e. h. Erwin Marx,Dr.-Ing. Dr.-Ing. e. H. Erwin Marx,

Braunschweig-Gliesmarode,Braunschweig-Gliesmarode,

Dr.-Ing. H. H. Buchholz, Schöningen (Braunschw.),Dr.-Ing. H. H. Buchholz, Schöningen (Braunschw.),

und Dipl.-Ing. Manfred Will, Bremen,and Dipl.-Ing. Manfred Will, Bremen,

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

daß die die Lichtbogenabschnitte beeinflussenden Magnetfelder derart verschieden bemessen sind, daß die von ihnen abgelenkten Lichtbogenabschnitte ihre Endlage etwa gleichzeitig erreichen.that the magnetic fields influencing the arc sections are so different that the arc sections deflected by them reach their end position approximately at the same time.

Die unterschiedliche Bemessung der den Lichtbogen beeinflussenden Magnetfelder kann in einfacher Weise dadurch verwirklicht werden, daß die zur Erzeugung der Magnetfelder dienenden Erregermagnete aus Blechschnitten oder Drähten aufgebaute Querablenkeisen aufweisen, deren Luftspalte und/oder Eisenquerschnitte zur Erzielung verschieden bemessener Magnetfelder unterschiedliche Abmessungen aufweisen. Durch die verschiedenartige Bemessung der Luftspalte und/oder der Eisenquerschnitte kann man eine unterschiedliche Kraftwirkung, die sich aus der jeweiligen Differenz der Induktionen vor und hinter dem Lichtbogen ergibt, erreichen, so daß je nach Ausbildung und Bemessung der Ablenkvorrichtungen die abgelenkten Lichtbogenteilabschnitte ihre Endlage etwa gleichzeitig erreichen. Die Kraftwirkung auf den Lichtbogen innerhalb von Querablenkeisen kann in einfacher Weise dadurch erhöht werden, daß die Querablenkeisen mit Zusatzerregerwicklungen versehen werden.The different dimensioning of the magnetic fields influencing the arc can be done in a simple manner Way can be realized in that the exciter magnets used to generate the magnetic fields have cross deflection iron built up from sheet metal cuts or wires, their air gaps and / or Iron cross-sections to achieve different sized magnetic fields different dimensions exhibit. Due to the different dimensioning of the air gaps and / or the iron cross-sections one can see a different force effect resulting from the respective difference the induction in front of and behind the arc results, so that depending on the training and dimensioning of the deflecting devices, the deflected arc sections reach their end positions approximately at the same time reach. The force acting on the arc within transverse deflection iron can be simplified Way are increased by providing the cross deflection iron with additional excitation windings will.

Bei der Formgebung und Bemessung der den Lichtbogen ablenkenden Magnetfelder ist ferner noch darauf zu achten, daß einerseits der Lichtbogen vor einem Stromnulldurchgang eine derartige Lage einnimmt, daß eine Neu- bzw. Wiederzündung des Lichtbogens im vorher bestandenen Lichtbogenkanal erfolgt, und daß andererseits der Lichtbogen während der Lichtbogenverlängerung von leitenden Teilen so weit ent-The shaping and dimensioning of the magnetic fields deflecting the arc is also important to ensure that on the one hand the arc assumes such a position before a current zero crossing, that the arc is re-ignited or re-ignited in the previously existing arc channel, and that, on the other hand, the arc moves so far away from conductive parts during arc lengthening.

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fernt bleibt, daß den Lichtbogen auch teilweise kurzschließende Durchschläge vermieden werden. Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand einiger Ausführungsbeispiele erläutert werden.What remains is that the arc also partially short-circuited breakdowns are avoided. Further Details of the invention will be explained using a few exemplary embodiments.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung schematisch dargestellt, welche als Schnellschalter, insbesondere für Hochspannung, gedacht ist. Fig. 1 zeigt den Schalter im eingeschalteten Zustand, in welchem die Anschlüsse 1 und 2 über die Hauptkontakte 3 und 4 und die Hauptstrombrücke 5 verbunden sind. Parallel zu den Hauptkontakten 3 und 4 liegen die im unteren Bereich als Nebenkontakte wirksamen Schienen 6 und 7, welche über die Strombrücke 8 verbunden sind. Die Schienen 6 und 7 sind etwa Z-förmig ausgebildet. In ihrem unteren Bereich sind die Schienen unterteilt, um durch den wandernden Lichtbogen einzelne oder Gruppen von Windungen der Erregermagnete 9 und 10 zuschalten zu können, wie durch die Linien 11 und 12 angedeutet ist. Über den Ablenkmagnetkörpern 9 und 10 befinden sich Querablenkeisen 13 bis 18, welche die Aufgabe haben, den Lichtbogen seitlich parallel zu sich selbst auszulenken und dadurch zu verlängern.In Fig. 1, a device designed according to the invention is shown schematically, which as Fast switch, especially for high voltage, is intended. Fig. 1 shows the switch switched on State in which the connections 1 and 2 via the main contacts 3 and 4 and the main current bridge 5 are connected. Parallel to the main contacts 3 and 4 are those in the lower area as secondary contacts effective rails 6 and 7, which are connected via the current bridge 8. The rails 6 and 7 are approximately Z-shaped. In their lower part the rails are divided in order to pass through the wandering To be able to switch on individual arcs or groups of turns of the exciter magnets 9 and 10, as indicated by the lines 11 and 12. Above the deflecting magnetic bodies 9 and 10 are located Cross deflection bars 13 to 18, which have the task of to deflect the arc laterally parallel to itself and thereby lengthen it.

Fig. 2 zeigt die Anordnung des Schalters im Grundriß. Es ist daraus zu ersehen, daß beiderseits der Lichtbogenfußpunktwanderungsschienen 6 und 7 Isolierstoffplatten 19 und 20 angeordnet sind, um ein seitliches Ausweichen des Lichtbogens zu verhindern. Die Wirkungsweise der Anordnung ist fogende: Bei einer Abschaltung werden zunächst die Hauptkontakte 3, 4 und 5 stromlos geöffnet und unmittelbar daran anschließend die Strombrücke 8 von den Kontaktstücken 6 und 7 abgezogen. Es bilden sich zwei Lichtbogen zwischen den Teilen 6 und 8 und 7 und 8. Bei der Formgebung der kontakgebenden Teile 6, 7 und 8 ist darauf zu achten, daß durch die Stromkräfte nach der Trennung eine Ausweitung der beiden Lichtbogen so erfolgt, daß sie sich sehr rasch zu einem gemeinsamen Lichtbogen vereinigen, dessen beide Fußpunkte auf den Schienen 6 und 7 liegen und welcher unter dem Einfluß der Magnete 9 und 10 in die Länge gezogen wird.Fig. 2 shows the arrangement of the switch in plan. It can be seen from this that on both sides the Arc base walking rails 6 and 7 insulating panels 19 and 20 are arranged to a to prevent the arc from dodging to the side. The mode of operation of the arrangement is as follows: At In the event of a shutdown, the main contacts 3, 4 and 5 are initially opened without current and immediately then the current bridge 8 is then removed from the contact pieces 6 and 7. Two are formed Arc between parts 6 and 8 and 7 and 8. When shaping the contacting parts 6, 7 and 8 care must be taken that the current forces cause the two arcs to expand after the separation takes place in such a way that they combine very quickly to form a common arc, the two foot points of which lie on the rails 6 and 7 and which under the influence of the magnets 9 and 10 in length is pulled.

Gegen Ende der Brennzeit, also dann, wenn der Lichtbogen seine der Vorrichtung entsprechende maximale Länge erreicht hat, kann der Lichtbogen etwa eine Lage einnehmen, wie sie in Fig. 3, in welcher die Schaltvorrichtung noch einmal in vereinfachter Form schematisch dargestellt ist, durch den Linienzug 21 angedeutet ist. Gemäß der Erfindung sollen also die den Lichtbogen ablenkenden Magnetfelder so bemessen werden, daß die oberen Endlagen 22, 23 und 24 etwa gleichzeitig, und zwar dann erreicht werden, wenn der Lichtbogenfußpunkt am oberen Ende 25 der Lichtbogenfußpunktwanderungsschiene 7angelangt ist.Towards the end of the burning time, i.e. when the arc reaches its maximum corresponding to the device Has reached length, the arc can take about a position as shown in Fig. 3, in which the Switching device is shown again schematically in a simplified form, by the line 21 is indicated. According to the invention, the magnetic fields deflecting the arc should be dimensioned in this way be that the upper end positions 22, 23 and 24 are reached approximately at the same time, namely then, when the arc root has reached the upper end 25 of the arc root migration rail 7.

Bei den hier beschriebenen Schaltgeräten erfolgt die Löschung des Lichtbogens dadurch, daß der Lichtbogen so stark gelängt wird, bis seine Brennspannung aus dem Stromkreis nicht mehr gedeckt werden kann. Bei der Abschaltung von Wechselstrom tritt während der Längung des Lichtbogens eine zeitliche Vorverlagerung des Stromnulldurchganges infolge des als ohmschen Widerstandes wirksamen Lichtbogens ein; es wird jedoch eine Neu- bzw. Wiederzündung des Lichtbogens nicht immer verhindert werden können, da zur Zeit des Stromnulldurchganges die Betriebsspannung noch beträchtliche Werte annehmen kann. Diese soll im Falle der Neu- bzw. Wiederzündung des Lichtbogens möglichst in dem vor dem Stromnulldurchgang bestehenden Lichtbogenkanal erfolgen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 sind durch 26 und 27 (Teil 27 gestrichelt dargestellt) zwei Formen von Querablenkeisen angedeutet, deren Luftspalt sowohl untereinander als auch in Abhängigkeit von der Lichtbogenfußpunktwanderungsschiene verschiedene Längen aufweist. Eine weitere Möglichkeit der Variation der Luftspaltinduktion besteht weiterhin darin, daß die Querablenkeisen mit Zusatzerregerwindungen ausgerüstet werden und durch Variation der Erregung die gewünschten Induktionen eingestellt werden.In the switching devices described here, the arc is extinguished by the arc is lengthened so much that its burning voltage can no longer be covered by the circuit. When the alternating current is switched off, the lengthening of the arc is shifted forward in time the current zero crossing as a result of the arc acting as an ohmic resistance; However, re-ignition or re-ignition of the arc cannot always be prevented, because at the time of the current zero crossing the operating voltage can still assume considerable values. In the event of a new or re-ignition of the arc, this should occur, if possible, before the current zero crossing existing arc channel. In the embodiment of FIG. 4 are through 26 and 27 (Part 27 shown in dashed lines) two forms of cross deflection iron indicated, their air gap both among each other as well as depending on the arc base migration rail has different lengths. Another possibility of varying the air gap induction is that the cross deflection iron can be equipped with additional excitation windings and by varying the excitation the desired inductions can be set.

ίο Bei einer bestimmten Luftspaltinduktion ist die Ablenkkraft auf die Längeneinheit des Lichtbogens unter gleichen Verhältnissen eine Konstante. Die Gesamtkraft auf die Lichtbogenzone 28 wird um so größer, je größer die Breite 29 eines Querablenkeisens (Fig. 5) ausgeführt wird. Die Kraft auf die Lichtbogenzone 28 dient im wesentlichen zur Längung des Lichtbogens in den Zonen 30 und 31. Man kann also, wie bereits erläutert, die verschieden rasche Querablenkung des Lichbogens auch dadurch erzielen, daßίο With a certain air gap induction, the Deflection force on the unit of length of the arc under the same conditions is a constant. The total force on the arc zone 28 becomes larger, the larger the width 29 of a cross deflection iron (Fig. 5) is carried out. The force on the arc zone 28 essentially serves to elongate the Arc in zones 30 and 31. So, as already explained, the different rapid transverse deflections of the arc can also be achieved in that

z. B. das Querablenkeisen 18 breiter gemacht wird als das Eisen 17, dieses wieder breiter als das Eisen 16. Um die Verluste in den Querablenkeisen klein zu halten, werden diese zweckmäßigerweise aus Blechabschnitten oder aus einzelnen Drähten aufgebaut.z. B. the cross deflection iron 18 is made wider than the iron 17, this again wider than the iron 16. In order to keep the losses in the cross deflection iron small, these are expediently made from sheet metal sections or made up of individual wires.

Es wurde bereits erwähnt, daß die Lichtbogenfußpunktwanderungsschienen in dem vom Lichtbogen zuerst durchlaufenden Bereich, also vorzugsweise in den gekrümmten Bereichen 37 und 38, so unterteilt werden können, daß die automatische Zuschaltung von Erregerwindungen für das den Lichtbogen ablenkende Magnetfeld ermöglicht wird.It has already been mentioned that the arc root migration rails divided in the area through which the arc passes first, that is, preferably in the curved areas 37 and 38 can be that the automatic connection of excitation windings for the arc deflecting Magnetic field is made possible.

Die erfindungsgemäß ausgebildeten Lichtbogenlöschvorrichtungen bewirken die Abschaltung eines Stromkreises durch Längung des Lichtbogens. Sie sind aber in hervorragendem Maße für die Abschaltung von Gleichstrom geeignet. Darüber hinaus sind die erfindungsgemäßen Schalteinrichtungen auch für Wechselstrom brauchbar, wobei insbesondere auf die Verwen dung für Wechselstrom niederer Frequenz — beispielsweise Einphasenwecheslstrom vom 16²/₃ Perioden, wie er für Bahnanlagen sehr häufig Verwendung findet — hingewiesen sei.The arc extinguishing devices designed according to the invention cause a circuit to be switched off by lengthening the arc. However, they are extremely suitable for switching off direct current. In addition, switching devices of the invention are also useful for alternating current, in particular to the USAGE-making low frequency alternating current - for example Einphasenwecheslstrom of 16 ^_2/3 periods, as he very often used for railway lines - should be noted.

Claims

Patent claims:

1. Device for lengthening and extinguishing electric arcs with arc deflection in sections by magnetic fields that take effect one after the other, characterized in that that the magnetic fields influencing the arc sections are dimensioned so differently are that the arc sections deflected by them their end position approximately at the same time reach.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the generation of the magnetic fields the exciter magnets used have cross deflection irons made of sheet metal cuts or wires, their air gaps and / or iron cross-sections to achieve different dimensions Magnetic fields have different dimensions.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the exciter magnets in addition are constructed from laminated cores with staggered cross-sections.

4. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the sheets of the exciter magnets Stand at an acute angle to the arc base migration rail.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the arc base hike rail is subdivided in this way. that an automatic connection of excitation windings for the magnetic field deflecting the arc done by the arc.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the deflection iron

with a curved axis of the arc-deflecting excitation magnets in the curvatures larger Have cross-section than in the rectilinear part of the exciter magnets.

Considered publications:
German Patent Nos. 408129, 540 927, 568, 590 810.

1 sheet of drawings