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Elektrisches Schaltgerät zur Verwendung in Dreiphasenwechselstromsystemen
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TrennenDie Phase mit den beiden in Serie liegenden Unterbrechungsstellen wird nicht genau die halbe Schaltleistung übernehmen, weil dies voraussetzt, dass alle Unterbrechungsstellen genau gleichzeitig öffnen und die Phase mit den doppelten Unterbrechungsstellen als erste einen Stromnulldurchgang zur Verfügung gestellt bekommt, was natürlich nicht die Regel ist. Ausserdem brennen kurze Zeit drei Lichtbögen gleichzeitig und es ist nicht ausgeschlossen, dass nicht trotzdem in einer andern Phase mit nur einem Kontakt der Strom zuerst unterbrochen wird. Es ergibt sich also lediglich eine Verbesserung der Schaltleistung auf statischer, nicht genau definierbarer Basis.
Bei einem Schaltgerät zur Verwendung in Dreiphasenwechselstromsystemen, das in einer Phase doppelt so viele Unterbrechungsstellen aufweist wie in jeder der andern Phasen und mit vorzeitiger Unterbrechung des Stromflusses in der die doppelte Anzahl von Unterbrechungsstellen aufweisenden Phase, besteht nun die vorliegende Erfindung darin, dass der Schaltvorgang in der die doppelte oder ungefähr doppelte Anzahl von Unterbrechungsstellen aufweisenden Phase, welcher Vorgang vom Öffnen der Kontakte bis zum Erlöschen des Lichtbogens dauert, als Ganzes vor den Schaltvorgang in den beiden restlichen Phasen vorverlegt ist und mithin in diesen Phasen erst nach Beendigung des Schaltvorganges in der erstgenannten Phase erfolgt.
Beispielsweise kann für Nockenschalter, bei welchen für jede Phase doppelt unterbrechende, von gekuppelten Nocken gesteuerte Schaltbrücken vorhanden sind, die Vorverlegung des Schaltzeitpunktes der alsdann für die bevorzugte eine Phase vorhandenen Vierf achunterbrechung (entstanden durch die Verdopplung der an sich schon vorhandenen Doppelunterbrechung) dadurch gesichert werden, dass man die Steuerflanke der die Vierfachunterbrechung besorgenden Nocke oder Nocken gegenüber den Steuerflanken der die restlichen Unterbrechungen besorgenden Nocke oder Nocken voreilen lässt, was wie noch gezeigt werden wird, eine sehr einfache konstruktive Verwirklichung der Erfindung erlaubt.
Die Begründung dafür, dass man auch mit einer bloss ungefähren Verdopplung der Unterbrechungsstellen in der zeitlich bevorzugt schaltenden Phase Vorteile erzielt, wird am Schluss dieser Beschreibung gebracht.
Der Vorteil, den das erfindungsgemässe Schaltgerät gegenüber einem bekannten Schaltgerät mit gleichzeitig beginnender aber ungleichzeitig endigender Abschaltung und verdoppelter Anzahl von Unterbrechungsstellen m einer Phase erreicht, besteht darin, dass die nachschaltenden Kontakte während der Schaltzeit der vorausschaltenden Kontakte keinen Lichtbogen führen, da sie während dieser Zeit noch geschlossen gehalten sind. Damit wird an diesen Polen ein unnötiger Kontaktabbrand sowie eine unnötige Kontaktvorerwärmung und Ionisierung während der Schaltdauer der vorausschaltenden Phase vermieden.
Da die nachschaltenden Kontakte erst geöffnet werden, wenn der Lichtbogen der vorausschaltenden Phase schon lange erloschen ist, werden die nachschaltenden Kontakte sogleich die nun erleichterten Schaltbedingungen zur Verfügung gestellt erhalten und diese, da eine Wärmevorbelastung des Kontaktes nicht vorhanden ist, noch leichter abschalten als gemäss früherem, vorhin genanntem Vorschlag.
Die Erfindung erlaubt, es, bei gleichem Kontaktaufwand wie vorhin genannt, durch Vorverlegung des
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Der Erfindungsgedanke ist schematisch an Hand der Fig. l erläutert, wogegen die Fig. 2-5 einige praktische Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung darstellen. Die Fig. 2,3 zeigen einen HochspannungsDreiphasenschalter im Aufriss und im Grundriss ; Fig. 4 zeigt eine Einzelheit für einen erfindungsgemäss beschaffenen Nockenschalter und Fig. 5 die Anwendung der Erfindung auf ein als Schütz aufgebautes elektrisches Schaltgerät.
In Fig. 1 erkennt man die drei Phasen R, S, T eines Drehstromnetzes, an dem ein Verbraucher Z hängt, der da. Netz induktiv (WL) und ohmisch belastet (W). Zusätzlich zu den drei doppeltunterbrechenden Schaltbrücken 1, 2,3 ist in irgendeiner Phase, hier R, eine weitere, doppeltunterbrechende Schaltbrücke 4 eingesetzt. Im Gegensatz zu früheren Vorschlägen, die es dabei bewenden liessen, eine mehr oder minder gleichzeitige Betätigung sämtlicher Brücken 1 - 4 herbeizuführen, werden nun erfindungsgemäss die Brücken 1 und 4 bewusst und zwangsläufig früher geöffnet als die Brücken 2 und 3. Damit wird erreicht, dass die Brücken 1 und 4 eindeutig und nicht bloss zufällig jene sind, die zuerst abschalten und damit die halbe Gesamtschaltleistung des abzuschaltenden Verbrauchers Z übernehmen.
Sowohl die Brükken 2 als auch 3 sind alsdann jeweils mit einem Viertel der Unterbrechungsleistung am Schaltvorgang beteiligt.
Die beiden später als 1, 4 schaltenden Brücken 2, 3 übernehmen die zweite Hälfte derUnterbre- chungsleistung und teilen sich diese ebenfalls auf je ein Viertel pro Schaltstelle auf. Die Zeit zwischen dem Öffnungsbeginn der Brücken 1 und 4 in Phase R und dem Öffnungsbeginn der Brücken 2,3 in Phase S und T muss, wie dies an sich bekannt ist, so bemessen werden, dass die Brücken der zuerst unterbrechenden Phase R den Strom den sie führten bereits vollständig unterbrochen haben bevor die andern Schaltbrük-
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ken 2,3 ihre Schaltbewegung beginnen. Diese Zeit wird etwa 2 bis 3 Perioden betragen müssen. Diese Art des Abschaltens wird im folgenden"bevorzugte Mehrfachunterbrechung"genannt.
Da nun jeder Kontakt bzw. jedes Kontaktpaar des Schalters genau 1/4 der gesamten Unterbrechungsleistung des Kreises übernehmen wird, braucht man keine Schaltleistungsreserve in die Kontakte zu legen, die bei einer Abschaltung ohnedies nur bei jeweils einem Kontakt ausgenützt würde. Bei der bevorzugten Mehrfaçhunterbrechung wird jeder Kontakt immer gleichartig wie alle andern Schaltstellel1 ausgenützt und die bisher unausgenützt gebliebenen Reserven können daher zur Erhöhung der Schaltleistung des Gerätes voll verwendet werden.
Bei einem normalen dreipoligen Schalter bisheriger Bauart, der imstande wäre, die Unterbrechungsleistung N1 gerade noch aufzubringen, kann man dadurch, dass wie begann eine zusätzliche gleichartige Unterbrechungsstelle einer Phase zugefügt aber erfindungsgemäss gesichert wird, dass diese Phase früher öffnet als die andern, in der zuerst öffnenden Phase die maximale Unterbrechungsleistung auf 2 N erhö- hen, d. h. verdoppeln, was einen bedeutenden Fortschritt vorstellt, der, wie noch gezeigt wird, mit einem relÅativ geringen Aufwand baulicher Art erreicht wird.
Die erfindungsgemässe Bauregel gilt allgemein, wenn man in der bevorzugt früher geschalteten Phase genau soviel Unterbrechungsstellen vorsieht wie in den beiden andern Phasen zusammen. Wenn also ein Schalter normalerweise Vierfachunterbrechung in allen Phasen hätte, müsste man im Sinne der Erfindung in einer Phase achtfache Unterbrechung einführen und diese Kontakte zwangsschlüssig früher öffnen, womit man die Schaltleistung auf das Doppelte erhöht hätte.
- Das Prinzip der bevorzugten Mehrfachunterorechung lässt sich für Hoch- und für Niederspannung anwenden \1. zw. béi dreipoligen Ausschaltern, Umschaltern, Sterndreieckschalterr., Wendeumschaltemu. dgl. m., schafft aber auch bei elektrischen Schaltschützen (Schaltrelais) eine Möglichkeit, die Schaltleistung zu erhöhen.
Die Fig. 2, 3 zeigen die Anwendung des : Erfindungsgedankens auf einen Hochspannungsschalter für ein Drciphasenleitersystem im Aufriss und im Grundriss. Auf einer Grundplatte 10 stehen drei Schaltersäulen 11,12, 13, die bekannte Schalteinrichtungen enthalten mögen, z. B. Druckgasschalter. Die Säule 14 stellt die zusätzliche Unterbrechungsstelle vor (z. B. ebenfalls ein Schalter bekannter Art), welche bevorzugt betätigt wird und z. B. in der Phase R liegt. In die Betätigungsleitung 15, die den Schaltvorgang auslöst odet durchführt und die ein Gestänge oder eine Druckmittelleitung sein kann, ist eine Verzögerungseinrichtung 16 eingeschaltet, mit dem Zwecke, die beiden in den Schaltersäulen 11, 14 befindlichen Schalter vor jenen der Schaltersäulen 12,13 in Tätigkeit zu setzen.
Die Fig. 4 erläutert die Anwendung der Erfindung auf einen Dreiphasen-Nockenschalter der pro Phase eine doppeltunterbrechende Schaltbrücke aufweisen möge, doch ist nur die die Vierfachunierbrechung (entsprechend den Schaltbrücken 1, 4 der Fig. l) besorgende Stufe gezeigt ; del Schalter kann insgesamt an sich bekannter Art sein. Auf einer Kantwelle 20 sitzt ausser den Nocken, welche den Schaltbrücken 2 und 3 der Fig. 1 zugeordnet sind noch eine Nocke 21 mit zwei Kanten 25, welche die Hubbewegung der Stö- ssel 22 und der mit ihnen verbundenen Schaltbrücken 24 steuern. In bekannter Weise wirken dabei die Nocken über Rollen 26 auf die in Führungen 27 gleitenden Stössel, die entgegen der Wirkung von im Schaltergehäuse (nicht dargestellt) abgestützten Druckfedern 28 angehoben werden und dadurch die Kontaktstellen 30 öffnen.
Die beiden Brücken 24 liegen durch eine Leitung 31 in Serie. Da angenommen ist, dass der Schalter durch eine im Pteilsinne erfolgende Drehung der Kantwelle 20 öffnet, so müssen, damit die Brücken 24vorden restlichen Brücken öffnen, die Steuerkanten 33 der diesen restlichen Brücken zugeordneten Nocken gegenüber den Steuerkanten 25 nacheilen. Demnach ist ersichtlich, dass die Erfindung bei Schaltern der in Fig. 4 gezeigten Bauweise (s. auch für den Aufbau solcher Schalter die österr. Patentschrift Nr. 173497) einfach dadurch verwirklicht wird, dass man die eine derbeiDreiphasenschalternbis- her freigebliebenen Führungen 27 mit einer vierten Brücke 24 versieht und die Steuernocke dieses Brükkenpaares gewissermassen relativ zu den restlichen Nocken um ein geringes Mass verdreht anwendet. Es ist hier an jenen auch in der genannten österr.
Patentschrift gezeigten Aufbau gedacht, gemäss welchem die Schaltbrücken symmetrisch zu einer die Schalterachse einschliessenden Mittelebene angeordnet sind ; die vier insgesamt erforderlichen, mit Doppelunterbrechung arbeitenden Schaltbrücken sind also paarwei- se auf je einer Seite der Mittelebene angeordnet.
Das in Fig. 5 dargestellte Schütz besitzt eine bewegliche Schaltbrücke 40 mit federnd ausgeführten Kontakten 41,42, 43 und 44. Die Gegenkontakte sind mit 41', 42', 43' und 4' bezeichnet und es sind die Kontakte 43'und 44'durch eine Serienverbindung 45 (entsprechend 31 in Fig. 4) hintereinander ge- schaltet. Bei geschlossenem Stromkreis berühren sich die beiden Kontaktsätze. Wenn nun die Schaltbrükke 40 zwecks Öffnung des Stromkreises durch das (nicht gezeichnete) Magnetsystem längs derführungs-
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säulen 46 nach aufwärts verschoben wird, öffnen zuerst die Kontakte 43'und 44'dadurch, dass diese gegenüber den Kontakten 41 und 42 um einen geeignet bemussenen Betrag a bewusst zurückversetzt sind.
Die Bemessung der Strecke a oder des Voreilwinkels bei Nockenschaltern ist nicht kritisch.
Ob beim Schliessen der Schalter die beim Öffnen zuerst betätigte Brücke auch zuerst geschlossen wird, ist, wie sich mathematisch beweisen lässt, gleichgültig, dies unter anderem auch aus dem Grund, weil in elektrischen Schaltgeräten Probleme elektrischer Natur vorwiegend bei der Unterbrechung nicht aber bei der Schliessung des Stromflusses auftreten.
Im Vorhergehenden wurde gesagt, dass die gewünschte Verteilung der Schaltleistung auf die beiden mit Zeitabstand öffnenden Kontaktgruppeneintritt, wenn in einer Phase doppelt so viele Kontakte vorhanden sind, wie in jeder der restlichen Phasen. Diese Forderung ist nicht genau zu nehmen ;
es würde beispielsweise bei 15-fach-Unterbrechung in der einen Phase und je 8-fach-Unterbrechung in den andern Phasen, d. h. bei nur ungefährer Verdopplung der Unterbrechungsstellen der einen Phase gegenüber jeder der andern, ebenfalls eine wesentliche Verbesserung der Kontaktausnützung eintreten. Dies ist wesentlich, wenn der Aufbau des Schalters, auf Grund des von ihm verlangten Schaltprogramms, für die Unterbringung von beispielsweise 15 Unterbrechungsstellen in der einen Phase geeignet ist, die Unterbringung einer 16. jedoch bedeuten würde, dass eine zusätzliche Kontakteinheit nur dieses einen Kontaktes wegen vorgesehen werden müsste. Die Schaltleistung einer bevorzugt geöffneten Kontaktstelle ist
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wobei n1 die Anzahl der Kontaktstellen in der betrachteten, Devorzugt geöffneten Phase ist.
Nach Obigem wird nun die Schaltleistung der in den restlichen Phasen vorhandenen Unterbrechungsstellen
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sein, wobei n die Anzahl der Kontaktstellen in jeder dieser Phasen ist.
Wenn n = nl wird, ergeben sich ideale Verhältnisse ; wird n, verschieden von 2fit. so verschlechtert sich die Ausnützung der Kontakte proportional mit dieser. Verschiedenheit. Die Auswirkung dieser Verschlechterung ist jedoch relativ umso geringer, je-grössere Zahlen nl bzw. n sind. Für das obige Beispiel würdesich beider bestmöglichenKbntaktausnützungvonl6 : 16 = 1 eine Verschlechterung auf 16 : 15 = 1065, d. h. eine ungefähr 6,5%^igue Überlastung der Kontakte in der bevorzugt öffnenden Phase gegenüber jenen in jeder andern Phase ergeben.
Im Gegensatz zu älteren Ausführungen bleibt dann immer noch der Vorteil bestehen, dass derartige Ungleichheiten in der Ausnützung der Kontakte immer in ein und derselben, vorliegendenfalls in der bevorzugt öffnenden Phase auftreten.
Da die vorliegende Erfindung, auf jedes elektrische Schaltgerät anwendbar ist. soferne dieses ein Dreileiterwechselstromsystem schaltet, erlaubt die Erfindung viele konstruktive Verwirklichungen. In der Regel wird man so vorgehen, dass der grundsätzliche Aufbau der Schaltgerätetype nicht verändert wird, sondern dass dem Gerät ein zusätzliches Schaltorgan einer bereits vorhandenen oder in Aussicht genommenen Art hinzugefügt wird und Vorkehrungen getroffen werden, dass dieses zusätzliche Schaltorgan mit Sicherheit früher unterbricht als die restlichen in dem Gerät vorhandenen Schaltorgane.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrisches Schaltgerät, zur Verwendung in Dreiphasenwechselstromsystemen, das in einer Phase doppelt so viele Unterbrechungsstellen aufweist wie in jeder der andern Phasen und mit vorzeitiger Unterbrechung des Stromflusses in der die doppelte Anzahl von Unterbrechungsstellen aufweisenden Phase, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltvorgang in der die doppelte oder ungefähr doppelte Anzahl von Unterbrechungsstellen aufweisenden Phase, welcher Vorgang vom Öffnen der Kontakte bis zum Erlöschen des Lichtbogens dauert, als Ganzes vor den Schaltvorgang in den beiden restlichen Phasen vorverlegt ist und mithin in diesen Phasen erst nach Beendigung des Schaltvorganges in der erstgenannten Phase erfolgt.