DE1203345B

DE1203345B - Einrichtung zum Erzeugen einer Gegen-EMK in einer elektrischen Gasentladung, wie insbesondere in einem Lichtbogen

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Patentansprüche: 1. Einrichtung zum Erzeugen einer Gegen-EMK in einer elektrischen Gasentladung, wie insbesondere in einem Lichtbogen, insbesondere zum Zwecke des Abschaltens von Leistungen in Gleich- oder Wechselstromkreisen, 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, d a d u r c h gekennzeichnet, daß Mittel zur Steuerung des zeitlichen Verlaufs der Gegen-EMK vorhanden sind, durch die die Gegen-EMK eine bestimmte Spannungsgrenze während des Schaltvorganges nicht überschreitet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Spannungsbegrenzung das Magnetfeld steuerbar ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Spannungsbegrenzung der Elektrodenabstand des Entladungsraumes einstellbar ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Spannungsbegrenzung die Wanderungsgeschwindigkeit des Lichtbogens einstellbar ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Spannungsbegrenzung der Gasdruck bzw. die Gasmischung innerhalb des Entladungsraumes einstellbar ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsraum unter Atmosphärendruck steht.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsraum von einem kühlenden Gas durchströmt wird. B.
Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsraum unter erhöhtem Druck steht.
9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsraum unter Vakuum oder Unterdruck steht.
10. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsraum Caesiumdampf oder einen ähnlichen Stoff niedriger Ionisierungsenergie enthält.
11. Einrichtung nach Anspruch 1 und einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der sich im stationären Zustand einstellende Reststrom durch äußere Einwirkungen in der Einrichtung selbst oder in einer besonderen Löscheinrichtung an sich bekannter Art unterbrochen wird.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechung des Reststromes durch Vermindern der Leitfähigkeit des Plasmas bewirkt wird.
13. Einrichtung nach Anspruch 1l., dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechung des Reststromes durch Einblasen von Druckgas bzw. durch Erzeugung von Druckänderungen oder Druckschwingungen bewirkt wird.
14. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld, z. B. durch Umsteuern desselben, durch Einführung zusätzlicher Magnetfelder, durch örtliche Steigerung der Feldstärke eine Verminderung des Reststromes bis zum Erlöschen des Lichtbogens bewirkt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 576 932, 578 226, 616 479, 624 777, 928 655.