<Desc/Clms Page number 1>
. Stromrichter für Starkstrom mit mechanisch bewegten Kontakten.
Die Erfindung bezieht sich auf Stromrichter mit mechanisch bewegten, jedesmal in der Nähe eines Stromnulldurchganges sich öffnenden Kontakten und ähnliche periodisch arbeitende Schalt- einrichtungen für hohe Leistungen, also grosse Stromstärke oder hohe Spannung oder für beides gleich- zeitig, und dient zur Lösung der Aufgabe, Lichtbogen, Funken und jegliches Sehaltfeuer, dessen regelmässiges Auftreten beim Öffnungsvorgang während des Normalbetriebes wegen der grossen Schalt- häufigkeit von mehreren Millionen Schaltungen täglich schon nach verhältnismässig kurzer Betriebs- zeit die Auswechslung der Kontaktstücke erforderlich machen würde, zu unterdrücken.
Dazu ist nach der Erfindung die Synchronlage des Schalttaktes gegenüber der Periode des
Wechselstromes so eingestellt, dass die Kontaktöffnung jedesmal während des dem Stromnulldurch- gang vorausgehenden absteigenden Astes der Stromkurve beginnt, und der Verlauf der wiederkehrenden
Spannung durch Verminderung ihrer Anstiegsgeschwindigkeit der gegebenen Trenngeschwindigkeit der
Kontakte unter Voraussetzung einer bestimmten Durchschlagsfestigkeit des in der Umgebung der
Kontakte vorhandenen Isoliermediums derart angepasst ist, dass die Durchschlagsspannung zwischen den sich voneinander entfernenden Kontakten in jedem Augenblick grosser ist als die wiederkehrende i Spannung.
Der Anstiegsgeschwindigkeit der wiederkehrenden Spannung entspricht die Eigenfrequenz des zu unterbrechenden Stromkreises. Beide Grössen können bekanntlich mit Hilfe von Kondensatoren,
Induktivitäten oder Ohmschen Widerständen verringert werden, die einzeln oder miteinander kombiniert in den zu unterbrechenden Stromkreis, vorzugsweise parallel zur Unterbrechungsstrecke eingeschaltet werden.
Wird nach Fig. 1 ein Stromkreis durch einen Wechselstromgenerator 1 gespeist, der die Span- nung U erzeugt, und wird dieser Stromkreis im Augenblick des Stromnulldurchganges durch die Schalt- einrichtung 2 unterbrochen, dann steigt die Spannung an den Elektroden der Schalteinrichtung nicht momentan auf den vollen Wert U der Generatorspannung an, sondern die Kapazität 3 wirkt im Augen- blick der Unterbrechung fast wie ein Kurzschluss : Der Strom, welcher nicht mehr über den Schalter 2 fliessen kann, fliesst nunmehr über die Induktivität 4 in den Kondensator 3, wobei der Spannungs- abfall zunächst im wesentlichen an der Induktivität 4 liegt, so dass die Spannung an den Elektroden des Schalters 2 von dem Werte Null aus allmählich ansteigt.
Der Spannungsanstieg ist in Fig. 2 veranschaulicht, in welche M =/ eingetragen ist. Die Kurve hat im Ursprungspunkt eine horizontale Tangente. Der Spannungsanstieg errechnet sich angenähert aus der Gleichung :
EMI1.1
worin L und C die Induktivität bzw. Kapazität des Stromkreises sind, Um das Spannungsmaximum der wiederkehrenden Spannung und t die Zeit. In der Fig. 2 ist ferner die Gerade a eingetragen, welche angenähert den Anstieg der Durchschlagsspannung zwischen den sich entfernenden Kontakten unter Zugrundelegung einer bestimmten Trenngeschwindigkeit der Kontakte veranschaulicht. Die Bedingung dafür, dass kein Schaltfeuer entsteht, ist die, dass a stets grösser ist als M.
<Desc/Clms Page number 2>
Bei den bekannten Starkstrom-, insbesondere Hochleistungsschaltern ist diese Bedingung ohne weiteres nicht erfüllt, sondern die Linien der wiederkehrendenspannung M und der Durchschlagsspan- nung b überschneiden sich, das bedeutet, es bilden sich entweder sofort beim Beginn der Öffnungs- bewegung der Kontakte oder infolge von Rückzündungen Lichtbögen aus, welche besonders gelöscht werden müssen. Man hat nun vorgeschlagen, die Kontakte bei derartigen Schaltern selbsttätig zwangläufig synchron mit der Phase des Wechselstromes derart zu steuern, dass sie schon vor dem Stromnulldurchgang beginnen, sich zu öffnen, während sich der Strom noch auf dem absteigenden Kurvenast befindet, z.
B. im Zeitpunkt t1 (Fig. 2), und ist bemüht gewesen, die Trennungsgesehwindigkeit möglichst hoch zu steigern, damit der Beginn der Kontakttrennung möglichst dicht vor den Stromnulldurchgang gelegt werden kann. Die Spannung nimmt dabei den in Fig. 2 punktiert eingetragenen Verlauf, es tritt eine kleine negative Spannung e, auf.
Man hat bei Schaltern für Starkstrom, insbesondere bei den in Hochspannungsanlagen üblichen
Hochleistungsschaltern, davon abgesehen, Massnahmen zur Beeinflussung der wiederkehrenden Spannung zu treffen, weil die Einrichtungen dazu bei Einzelschaltungen jedesmal nach einer Abschaltung für
Stunden oder Tage ungenutzt bleiben oder gar Verluste verursachen, wenn sie nicht durch eine weitere Sehalthandlung vom spannungsführenden Netzteil abgetrennt werden.
Demgegenüber beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass bei periodisch arbeitenden Ge- räten, wie Stromrichtern, die mechanische Ausgestaltung der eigentlichen Schalteinrichtung und ihres
Antriebes, insbesondere bei mehrphasiger Ausführung durch den Zwang zu räumlicher Zusammen- fassung beengt ist, und dass der Steigerung der Trenngeschwindigkeit durch die zur Beschleunigung erforderlichen Massenkräfte und die von ihnen verursachten Werkstoffbeanspruchungen eine obere
Grenze gesetzt ist, die nicht so hoch liegt, dass in den normalen Starkstromanlagen mit den praktisch üblichen Eigenfrequenzwerten das für die Kontakte schädliche Schaltfeuer hinreichend unterdrückt werden könnte, damit die erwähnten Dauerschäden an den Kontakten nicht auftreten können.
Es ist zwar bekannt, bei Unterbrechern für kleine Ströme, beispielsweise bei einem Wagnerschen
Hammer zum Betriebe von Klingeln und ähnlich periodisch arbeitenden Unterbrechen, zur Schonung der Kontakte Kondensatoren parallel zu schalten. Bei derartigen Anlagen spielt jedoch der Verbrauch und der Wirkungsgrad nur eine untergeordnete Rolle. Die einfache Übertragung der bekannten Mass- nahme auf einen mechanischen Stromrichter würde ohne weiteres gerade in dieser Beziehung grosse
Nachteile im Gefolge haben, welche seine Vorzüge gegenüber den bekannten, mit Dampfgefässen arbei- tenden Stromrichtern für grosse Leistungen, nämlich hauptsächlich den Wegfall der durch den Spannung- abfall längs des Entladungslichtbogens verursachten Verluste, möglicherweise aufwiegen würden.
Es wird daher erfindungsgemäss empfohlen, von den genannten, an sich bekannten Mitteln nur in solchem
Masse Gebrauch zu machen, wie es erforderlich ist, um die erwähnte Anpassung der Anstieggeschwindig- keit der wiederkehrenden Spannung an die gegebene Kontakttrenngeschwindigkeit bei gegebener
Durchschlagsfestigkeit des umgebenden Mediums zu erzielen.
Eine weitere Anpassungsmöglichkeit ist noch in der Wahl des Zeitpunktes gegeben, in welchem die Kontakttrennung beginnt. So kann z. B. gemäss Fig. 2 auch bei einer kleineren zulässigen Trenn- geschwindigkeit entsprechend dem Verlauf der Durchsehlagsspannung nach der Geraden b die Aus- bildung von Schaltfeuer dadurch vermieden werden, dass die Kontakte bereits in dem früheren Zeit- punkt t2 beginnen sich zu öffnen, welcher sich als Schnittpunkt der Linie b'mit der Nullachse ergibt, wenn b'gegenüber b soweit parallel verschoben ist, dass kein Schnitt mit der Linie u mehr zustande kommt. Dann ist ebenfalls die Durchsehlagsspannung in jedem Augenblick grösser als die wieder- kehrende Spannung, so dass es nicht zur Ausbildung schädlichen Schaltfeuers kommen kann.
Der Anstieg der wiederkehrenden Spannung kann nach der weiteren Erfindung auch dadurch abgeflacht werden, dass in dem zu unterbrechenden Stromkreis während der Öffnungszeit der Kontakte eine der wiederkehrenden Spannung an der Trennstrecke entgegengesetzte fremde Spannung in an sich bekannter Weise induziert wird oder dadurch, dass in Reihe mit der Unterbrechungsstrecke selbst- tätig für die Zeit der Kontaktöffnung periodisch ihren Widerstandswert vergrössernde Impedanzen geschaltet sind, in denen ein der wiederkehrenden Spannung entgegengesetzt gerichteter Spannungs- abfall entsteht.
Eine derartige periodisch mit dem Verlauf des Wechselstromes selbsttätig veränderliche Impedanz ist beispielsweise ein Kohlesäulewiderstand, bei welchem der Pressdruck durch von dem zu unterbrechenden Strom gesteuerte Relais periodisch verändert wird, oder eine Drosselspule mit einem bereits bei verhältnismässig geringen Stromwerten sich sättigenden Eisenkern, die so bemessen und gegebenenfalls mit Hilfe einer besonderen Hilfswicklung zusätzlich vormagnetisiert ist, dass sie sich jedesmal während der Kontaktöffnung in ungesättigtem Zustand befindet, wobei sie eine grosse Induktivität hat, während des grössten Teiles der Stromübertragung dagegen im gesättigten
Zustand, wobei sie einen sehr kleinen Widerstandswert hat.
Derartige Drosseln, deren Kern vorzugs- weise aus einer magnetisch hochwertigen Eisenlegierung bestehen soll, z. B. aus Siliziumeisen oder
Nickeleisen, sind ausführlich beschrieben im Patent Nr. 159914. Auch die übrigen dort beschriebenen
Einrichtungen und Massnahmen können vorteilhaft mit dem Erfindungsgegenstand kombiniert werden.