DE1064591B - Plasmabrueckenschalter - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Bei Druckluftschaltern wird beim Trennen der Kontaktstücke ein Lichtbogen gezogen, der beim Nulldurchgang des Stromes erlischt. Das ionisierte Gas zwischen den Schaltstücken wird durch Druckluft fortgeblasen. Für eine wirksame Entionisierung ist es wichtig, daß die Neuentstehung von Ionen während der Löschzeit möglichst unterbunden wird. Diese entstehen hauptsächlich durch Stoßionisation durch die von den glühenden Lichtbogenfußpunkten emittierten Elektronen. Es liegt also das Problem vor, die Bildung von Lichtbogenfußpunkten zu unterbinden. Diese Lichtbogenfußpunkte entstehen dadurch, daß beim Trennen der Schaltstücke an den letzten Berührungspunkten hohe Stromdichten auftreten, die ein Schmelzen des Materials der Schaltstücke und das Zünden des Lichtbogens zur Folge haben.

Es ist bekannt, bei Druckgasschaltern, insbesondere zum Abschalten hoher Spannungen, die Spitze der wiederkehrenden Spannung dadurch zu mäßigen, daß die Ionenstrecken bis zum Auftreten der wiederkehrenden Spannung durch eine zusätzliche Ionenquelle schwach ionisiert werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Durchführung einer Stromunterbrechung bei elektrischen Schaltern mit sich trennenden Kontakten, durch das die Bildung von Lichtbogenfußpunkten beim Trennvorgang unterbunden wird. Es eignet sich daher besonders zur Durchführung der Lichtbogenlöschung bei Leistungs- oder Leistungstrennschaltern. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird die Trennstelle während des Trennvorganges durch eine Plasmabrücke kurzgeschlossen und diese nach der Trennung in an sich bekannter Weise durch nichtionisierte Luft verdrängt. Das Plasma kann z. B. durch eine Lichtbogenentladung erzeugt werden.

Die Verdrängung des Plasmas nach Beendigung des Trennvorganges kann durch eine Druckluftspülung erfolgen.

Bei einer weiteren Ausbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung erfolgt die Verdrängung des Plasmas durch Ausnutzung der während des Schaltvorganges auftretenden Druckverhältnisse.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung hingewiesen, in der einige Ausführungsbeispiele für Schalter schematisch dargestellt sind, deren Wirkungsweise auf dem Verfahren der Erfindung beruhen; es zeigt

Fig. 1 das Prinzip des Verfahrens gemäß der Erfindung in drei Teilfiguren,

Fig. 2 eine Einrichtung gemäß der Erfindung mit einer Hilfslichtbogenanordnung zur Erzeugung des Plasmas, ebenfalls in drei Teilfiguren.

In Fig. 1 sind die beiden rohrförmigen Schaltstücke mit 1 und 2 bezeichnet. Im Innern der Rohre befindet Plasmabrückenschalter

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke
Aktienges ells chaf t,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Johann Thomas, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

sich ein Plasma, das durch Ringe und Minus-Plus-Zeichen angedeutet ist. Der Außenstromkreis ist in Fig. 1 a durch den Verbraucher 3 und die Stromquelle 4 angegeben. Fig. 1 b zeigt die Verhältnisse unmittelbar nach dem Öffnen des Schalters. Zwischen den beiden Schaltstücken 1 und 2 befindet sich nun eine Plasmabrücke, die den Stromtransport übernimmt und verhindert, daß an den letzten Berührungsstellen der Schaltröhre Stromkonzentrationen auftreten, die die obenerwähnten Erscheinungen zur Folge haben.

Fig. 1 c zeigt die letzte Phase des Trennvorganges.

Die Plasmabrücke ist z. B. durch eine Druckluftspülung beseitigt und dadurch eine völlige Stromunterbrechung herbeigeführt worden. Da keine Lichtbogenfußpunkte entstanden sind, wird durch die Druckluftspülung eine praktisch völlige Entionisierung des Trennraumes und damit eine verbesserte Löschwirkung erzielt.

In Fig. 1 ist die Zuführung des Plasmas durch Pfeile angegeben. Die Erzeugung des Plasmas kann z. B. mit einer Lichtbogenanordnung erfolgen. Diese kann entweder durch einen zweiten Stromkreis betrieben werden, sie kann aber auch im Haupt- oder Nebenschluß des zu unterbrechenden Stromkreises liegen. Der zuletzt genannte Fall ist in den drei Teilfiguren der Fig. 2 dargestellt. Die beiden Schaltrohrstücke sind jeweils mit 11 und 12 bezeichnet. Das Plasma ist, wie in Fig. 1, durch Ringe und Minus-Plus-Zeichen angedeutet. Dem einen Schaltrohr unmittelbar vorgeschaltet ist eine Lichtbogenanordnung mit dem Vorkontakt 13 und dem Nebenkontakt 14.

909 610/292

Claims (5)

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Durch öffnen des Vorkontaktes 13 entsteht ein Lichtbogen, der die umgebende Luft ionisiert. Dieses so gebildete Plasma wird durch Druckluft in das Schaltrohr geblasen und kann bei öffnung der Schaltrohre die Plasmabrücke bilden (Fig. 2 b). Das öffnen geschieht derart, daß das Schaltrohr 11 nach oben gezogen wird. Dabei wird gleichzeitig der Vorkontakt geschlossen und der Hilfslichtbogen gelöscht. Gleichzeitig wird die Hilfslichtbogenanordnung über den Nebenkontakt 14 kurzgeschlossen (Fig. 2 c). Die vorbeschriebenen Figuren sind rein schematisch. Bei der praktischen Ausführung wird man die Ionenquelle möglichst nahe bei der Trennstelle anordnen und gegebenenfalls die Trennröhre, die z. B. auch tellerförmig gestaltet sein können, mit einer Mehrfachunterbrechung ausführen. Weiterhin empfiehlt es sich, die Dimensionierung so zu wählen, daß sich eine Plasmasäule mit möglichst großem Querschnitt und daher möglichst kleinem Widerstand ausbilden kann. Bei einer bevorzugten Ausfiihrungsform der Einrichtung gemäß der Erfindung werden die beiden Schaltstücke und die Anordnung zur Erzeugung des Plasmas, also z. B. die Hilfslichtbogenanordnung, in einem abgeschlossenen, mit einem Rückschlagventil versehenen Raum untergebracht. In diesem Fall können die während des Trennvorganges im vorgenannten Raum auftretenden Druckverteilungen zur Beseitigung des Plasmas nach Beendigung des Trennvorganges ausgenutzt werden. Dies beruht darauf, daß durch die Lichtbogenzündung am Vorkontakt der Luftdruck im Schaltrohr erheblich vergrößert und die Luft im unteren Teil des Schaltdruckes herausgedrückt wird, so daß das im oberen Teil gebildete Plasma nachströmt und dann an der Trennstelle der Schaltstücke zur Bildung der Plasmabrücke zur Verfügung steht. Durch das Rückschlagventil wird Frischluft in das Schaltrohr nachgesaugt und durch diese die Plasmabrücke wieder weggespült. Die Dimensionierung der Trennstücke kann auch so gewählt sein, daß die unter der Wirkung der akustischen Eigenfrequenz der Luftsäule in der Schaltröhre eintretenden Druckverhältnisse sich im Sinne des Plasmatransportes und einer günstigen Leitfähigkeitscharakteristik des Gases im Schalterraum auswirken. Patentaxsprüche-

1. Verfahren zur Durchführung einer Stromunterbrechung bei elektrischen Schaltern mit sich trennenden Kontakten unter Verwendung eines Ionenplasmas, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebung der Trennstelle unmittelbar vor der mechanischen Trennung der Trennstücke so stark ionisiert wird, daß bei der Einleitung der Trennung die Trennstelle durch eine Plasmabrücke kurzgeschlossen und diese nach Beendigung der mechanischen Trennung in an sich bekannter Weise durch nicht ionisierte Luft verdrängt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma durch eine Lichtbogenentladung erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängung des Plasmas durch eine Druckluftspülung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die während des Schaltvorganges des Vorkontaktes einer Hilfslichtbogenanordnung zur Plasmaerzeugung auftretenden Druckverteilungen zur Verdrängung des Plasmas ausgenutzt werden und daß hierzu die Schalteranordnung einschließlich der Hilfslichtbogenanordnung in einem abgeschlossenen, mit einem Rückschlagventil versehenen Raum untergebracht ist.

5. Schalter zur Durchführung der Stromunterbrechung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltstücke rohr- oder tellerförmig ausgebildet und ihr Innenraum zur Zuführung des Plasmas ausgenutzt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 419 300, 445 581,
!5 971, 955 618.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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