Verfahren zur Umwandlung von Starkstrom gegebener Art in eine andere Stromart mit Hilfe einer periodisch arbeitenden mechanischen gontakteinriehtung. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Umwandlung von Starkstrom gegebener Art in eine andere 'Stromart mit Hilfe einer periodisch arbeitenden mechani schen Kontakteinrichtung und dient zur Lö sung der Aufgabe, Lichtbögen, Funken und jegliches Schaltfeuer, .dessen regelmässiges Auftreten beim Öffnungsvorgang während des Normalbetriebes wegen der grossen Schalthäufigkeit schon nach verhältnismässig kurzer Betriebszeit die Auswechselung der Kontaktstücke erforderlich machen würde,
auch bei grosser Durchgangsleistung, insbe sondere auch bei hoher Betriebsspannung, zu unterdrücken. Dazu wird nach der Erfin dung die Kontaktöffnung jedesmal während des dem Stromnulldurchgang vorausgehenden absteigenden As ,tes der Stromkurve einge leitet und in Verbindung damit der Verlauf der sich zwischen den sich öffnenden Kon takten ausbildenden Spannung mit selbst- tätig periodisch wirkenden Mitteln der gege benen Trenngeschwindigkeit -der Kontakte und der Durchschlagsfestigkeit des umgeben den Mediums derart angepasst,
@dass die Durchschlagsspannung der zwischen den Kontakten entstehenden Trennstrecke von Beginn der Kontaktöffnung an stets grösser ist als,die sich zwischen den Kontakten aus bildende -Spannung.
Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Fig. 1 und 2, von denen die erste die Schaltung eines Ausführungsbeispiels des Erfindungsgegenstandes und die zweite ein Diagramm des Verlaufes der verschiedenen bei der Kontaktöffnung auftretenden Grössen darstellt.
Wird nach Fig. 1 ein Stromkreis durch einen Wechselstromgenerator 1 gespeist, der die Spannung U erzeugt, und wird dieser Stromkreis jedesmal im Augenblick des Stromnulldurch.ganges durch .die ,Sehaltein- richtung 2 periodisch 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 jedesmal in dem sich periodisch wiederholenden Augen blick der Unterbrechung fast wie ein Kurz schluss:
Der Strom, welcher nicht mehr über den Sehalter 2 fliessen kann, fliesst nunmehr über die In.duktivität 4 in :den Kondensator 3, wobei der Spannungsabfall zunächst im wesentlichen an der Induktivität 4 liegt, so dass die Spannung an .den Elektroden des Schalters 2 periodisch von dem Werte Null aus allmählich ansteigt.
Der 'Spannungsanstieg ist in Fig. 2 ver anschaulicht, in welche u <I>= f (t)</I> eingetragen ist. Die Kurve hat im Ursprungspunkt eine horizontale Tangente.
In der Fig. 2 ist ferner die Gerade a ein getragen, welche angenähert den Anstieg der Durchschlagsspannung zwischen den sich entfernenden Kontakten unter Zugrunde legung einer bestimmten Trenn.gesehwindi - keit der Kontakte veranschaulicht. Die Be dingung dafür, dass kein 'Schaltfeuer ent- steht, ist die, dass :die Gerade a stets ober halb der Kurve u liegt.
Bei den bekannten Starkstrom-, insbeson dere Hochleistungsscha.ltern ist diese Bedin gung ohne weiteres nicht erfüllt, sondern die Linie der wiederkehrenden Spannung u und der Durchschlagsspannung b überschneiden sich. Das bedeutet, dass sich entweder sofort beim Beginn der Öffnungsbewegung der Kontakte oder infolge von Rückzündungen Lichtbögen ausbilden, welche gelöscht wer den müssen.
Man hat 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 be müht gewesen, die Trenngeschwindigkeit möglichst hoch zu steigern, damit der Be- ginn der Kontakttrennung möglichst dicht vor den Stromnulldurchga.n.g gelegt werden kann.
Die Spannung nimmt dabei den in Fig. 2 punktiert eingetragenen Verlauf, wo bei sie einen kleinen negativen Wert e1 erreicht und den Strom vom Beginn der Kon taktöffnungen an zunächst in Form eines kleinen Lichtbogens bis zu seinem natür lichen Nulldurchgang aufrechterhält.
Die Anstiegsgeschwindigkeit der wieder kehrenden Spannung hängt von der Eigen frequenz des zu unterbrechenden Stromkreise ab. Letztere kann bekanntlich mit Hilfe von Kondensatoren, Induktivitäten oder Ohm- ,sehen Widerständen verringert werden, die einzeln oder miteinander kombiniert in den zu unterbrechenden Stromkreis, vorzugsweise parallel zur Unterbrechungsstrecke einge schaltet werden und als schwingfähige Gebilde bezw. Dä.mpfungsmittel selbsttätig periodiseb wirken.
Der Anstieg der wiederkehrenden Span nung kann ferner ebenfalls periodisch da durch abgeflacht werden, da.ss in dem zu un terbrechenden Stromkreis jedesmal während der Öffnungszeit der Kontakte eine der wie derkehrenden Spannung an der Trennstrecke entgegengesetzte fremde Spannung in an sich bekannter Weise periodisch induziert wird oder dadurch, da.ss in Reihe mit der ITnter- brechungsstrecke selbsttätig für die Zeit der Kontaktöffnung periodisch ihren Wider standswert vergrössernde Impedanzen geschal tet sind,
in denen ein der wiederkehrenden Spannung entgegengesetzt gerichteter Span nungsabfall entsteht. Eine derartige peri odisch mit dem Verlauf des \Veehselstromes selbsttätig veränderliche Impedanz ist bei spielsweise ein Kohlensäulewidersta.nd, bei welchem der Pressdruck durch von dem zu unterbrechenden Strom gesteuerte Relais periodisch verändert wird, oder eine Drossel spule mit einem bereits bei verhältnismässig geringen Stromwerten sich sättigenden Eisen kern, die so bemesen und gegebenenfalls mit Hilfe einer besonderen Hilfswicklung zu sätzlich vormagnetisiert ist,
dass sie sich jedesmal während der Kontaktöffnung in ungesättigtem Zustand befindet, wobei sie eine grosse Induktivität hat, während des Cylrössten Teils der Stromübertragung dagegen im gesättigten Zustand, wobei sie einen sehr kleinen Widerstandswert hat. Derartige Drosseln, deren Kern vorzugsweise aus einer magnetisch hochwertigen Eisenlegierung be stehen soll, z. B. aus Siliziumeisen oder Nickeleisen, sind ausführlich beschrieben im Schweizerpatent Nr. 198525.
Der zur Erzeu gung des Spannungsabfalles an den periodisch veränderlichen Reihenimpedanzen erforder liche Strom kann von dem zu unterbrechen den Strom abgezweigt werden, indem zur Trennstelle ein weiterer Strompfad parallel geschaltet wird, wie beispielsweise oben im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben ist.
Eine begrenzte Anpassungsmöglichkeit ist in der Wahl des Zeitmasses gegeben, um welches der Beginn der Kontakttrennung vor dem Zeitpunkt, in dem der -Strom den Null wert erreicht, liegen soll. So kann zum Bei spiel .gemäss der Fig. 2 auch bei einer kleine ren zulässigen Trenngeschwindigkeit entspre chend dem Verlauf der Durchschlagsspan nung nach der Geraden b ein vorübergehen des Überwiegen der wiederkehrenden Span nung dadurch vermieden werden, dass die Kontakte bereits in dem früheren Zeitpunkt L@ 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 die Durchschlagsspannung in jedem Augenblick grösser als die wiederkehrende Spannung, so dass es nicht zur Ausbildung schädlichen Schaltfeuers kommen kann.
Process for converting a given type of heavy current into another type of current with the help of a periodically operating mechanical contact device. The invention relates to a method for converting high-voltage current of a given type into another 'type of current with the help of a periodically operating mechanical contact device and is used to solve the task of arcing, sparks and any switching fire,. Its regular occurrence during the opening process during the Normal operation would make it necessary to replace the contact pieces after a relatively short operating time due to the high switching frequency,
to be suppressed even with high throughput, in particular also with high operating voltage. For this purpose, according to the invention, the contact opening is initiated each time during the descending As, tes of the current curve that precedes the current zero crossing and, in connection with this, the course of the voltage developing between the opening contacts with automatically periodic means of the given separation speed - the contacts and the dielectric strength of the surrounding medium are adjusted so that
@that the breakdown voltage of the isolating distance between the contacts from the beginning of the contact opening is always greater than the voltage between the contacts.
1 and 2 serve to explain the invention, of which the first shows the circuit of an embodiment of the subject matter of the invention and the second shows a diagram of the progression of the various variables occurring when the contact is opened.
If, according to FIG. 1, a circuit is fed by an alternating current generator 1, which generates the voltage U, and this circuit is periodically interrupted each time at the moment the current passes through the "holding device 2", then the voltage at the electrodes increases the switching device does not momentarily apply the full value U of the generator voltage, but the capacitance 3 acts almost like a short circuit every time in the periodically repeating instant of the interruption:
The current, which can no longer flow through the switch 2, now flows through the inductance 4 into: the capacitor 3, the voltage drop initially being essentially across the inductance 4, so that the voltage on the electrodes of the switch 2 periodically increases gradually from the value zero.
The voltage rise is illustrated in FIG. 2, in which u <I> = f (t) </I> is entered. The curve has a horizontal tangent at the point of origin.
In FIG. 2, the straight line a is also plotted, which approximately illustrates the rise in the breakdown voltage between the contacts that are moving away, based on a specific separation speed of the contacts. The condition that there is no switchfire is that: the straight line a always lies above the curve u.
In the case of the known high-voltage current, in particular high-performance switchgear, this condition is not readily met, but the line of the recurring voltage u and the breakdown voltage b overlap. This means that arcs form either immediately at the start of the opening movement of the contacts or as a result of backfiring, which must be extinguished.
It has been proposed that the contacts of such switches be automatically and automatically controlled synchronously with the phase of the alternating current, so that they begin to open before the current crosses zero while the current is still on the descending branch of the curve. z.
B. at time t1 (Fig. 2), and has been trying to increase the separation speed as high as possible so that the start of the contact separation can be placed as close as possible to the current zero passage.
The voltage takes the dotted curve entered in Fig. 2, where it reaches a small negative value e1 and maintains the current from the beginning of the contact openings initially in the form of a small arc until its natural zero crossing.
The rate of rise of the returning voltage depends on the natural frequency of the circuit to be interrupted. The latter can be reduced, as is known, with the help of capacitors, inductors or ohms, see resistors, which are turned on individually or combined in the circuit to be interrupted, preferably in parallel to the interruption path and BEZW as oscillatable structures. Damping agents work automatically and periodically.
The increase in the recurring voltage can also be periodically flattened because an external voltage opposite to the recurring voltage at the isolating distance is periodically induced in the circuit to be interrupted each time during the opening time of the contacts, or in a manner known per se due to the fact that in series with the IT interruption path, impedances that periodically increase their resistance value are automatically switched for the time the contact is opened,
in which a voltage drop in the opposite direction to the recurring voltage occurs. An impedance of this type, which automatically changes periodically with the course of the current, is, for example, a carbon column resistance, in which the pressing pressure is periodically changed by a relay controlled by the current to be interrupted, or a choke coil with a saturating current at relatively low current values Iron core that is dimensioned and, if necessary, additionally premagnetized with the help of a special auxiliary winding,
that it is in the unsaturated state each time during the opening of the contact, whereby it has a large inductance, while during the most cyclical part of the current transmission it is in the saturated state, whereby it has a very small resistance value. Such chokes, the core of which should preferably be made of a magnetically high-quality iron alloy, z. B. made of silicon iron or nickel iron, are described in detail in Swiss Patent No. 198525.
The current required to generate the voltage drop across the periodically variable series impedances can be diverted from the current to be interrupted by connecting another current path in parallel to the separation point, as described above in connection with FIG.
A limited possibility of adjustment is given in the choice of the amount of time by which the beginning of the contact separation should occur before the point in time at which the current reaches zero. Thus, for example, according to FIG. 2, even with a lower permissible separation speed corresponding to the course of the breakdown voltage according to the straight line b, a temporary predominance of the recurring voltage can be avoided by making the contacts at the earlier point in time L. @ begin to open, which results as the intersection of the line b 'with the zero axis, when b' is shifted parallel to b so far that there is no longer an intersection with the line u.
Then the breakdown voltage is greater than the recurring voltage at any moment, so that harmful switching fire cannot develop.