DE1009272B

DE1009272B - UEberstromselbstschalter zum Schutze insbesondere von Spannungswandlern

Info

Publication number: DE1009272B
Application number: DEP13005A
Authority: DE
Inventors: Emil Pfiffner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1954-11-08
Filing date: 1954-11-08
Publication date: 1957-05-29
Also published as: CH343011A

Description

DEUTSCHES

Die in elektrischen Anlagen eingebauten Spannungswandler benötigen bei Isolationsdefekten eine selbsttätige Abschaltung vom Netz, bevor noch der Schaden größeren Umfang annimmt.

In weitaus den meisten Anlagen sind zur Erfüllung dieser Forderung Schmelzsicherungen in die Anschlußleitungen zwischen Netz und Wandler eingebaut, dies jedoch im allgemeinen mit wenig Erfolg. Oft ist überhaupt keine Schutzeinrichtung vorhanden, da es schwer hält, für diesen Zweck geeignete Sieherungen herzustellen. Es handelt sich dabei bei hohen Spannungen um das Abschalten von Strömen von wenigen mA einerseits und durch Strombegrenzungswiderstände begrenzte Kurzschlußströme in der Größenordnung von etwa 10 bis 50 A andererseits mit Schmelzsicherungen mit dünnen Schmelzdrähten, deren Durchgehen aber eine zuverlässige Abschaltung keineswegs verbürgt.

Die einzig zuverlässige Lösung des Problems besteht im Einbau selbsttätiger Schalter, welche das Abschalten bei momentaner oder zeitlich verzögerter, einstellbarer Auslösung ermöglichen. Die dabei zu überwindende Schwierigkeit besteht darin, mit einem Schalter von mäßigen Abmessungen bei erschwinglichem Preis die erforderliche Abschaltkapazität sicherzustellen. Um dies zu erreichen, wird in Verbindung mit dem Schalter ein Strombegrenzungswiderstand eingebaut, welcher die im Primärkreis des Wandlers maximal auftretende Stromstärke auf einen dem Schalter angemessenen Wert begrenzt.

Es sind seit langem Schutzschalter für Spannungswandler bekannt, bei welchen das Abschalten und die Lichtbogenlöschung im Schalter durch das Abschalten eines sehr hohen ohmschen Widerstandes erreicht wird, der etwa das Zehnfache des Widerstandes der Spannungswandlerprimärwicklung beträgt und deshalb die Meßgenauigkeit des Wandlers beeinträchtigt.

Für einen Schalter üblicher Bauart ist indessen der in bezug auf die Meßgenauigkeit eben noch zulässige Vorschaltwiderstand für die Lichtbogenlöschung zu klein, so daß dafür eine zusätzliche Einrichtung nötig ist, die Gegenstand der Erfindung ist.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht in einem Überstromselbstschalter, bei welchem die Lichtbogenlöschung durch eine oder mehrere Vielfachfunkenstrecken erfolgt, deren Einzelfunkenstrecken in der Einschaltstellung des Schalters durch mechanische Einwirkung zu gegenseitiger Berührung und Kurzschluß gebracht sind, während sie bei Überstrom selbsttätig voneinander getrennt werden. An Stelle der nachteiligen hohen Vorschaltwiderstände ist ein Strombegrenzungswiderstand von verhältnismäßig kleinem Ohmwert eingebaut, der den im Schalter maximal auftretenden Strom auf den der Schaltüberstromselbstschalter zum Schütze
insbesondere von Spannungswandlern

Anmelder:

Emil Pfiffner,
Hirschthal, Aargau (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. W. Graf, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Sophienstr. 28

Emil Pfiffner, Hirschthal, Aargau (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

kapazität entsprechenden Wert begrenzt, ohne die Meßgenauigkeit des Wandlers zu beeinträchtigen.

Daß Vielfachfunkenstrecken für Schaltzwecke benutzt werden, ist bekannt, nicht bekannt sind dagegen solche, die mechanisch geöffnet und kurzgeschlossen werden können.

Die Wirksamkeit der Vielfachfunkenstrecke erklärt sich damit, daß jede Einzelfunkenstrecke einen vom Strom abhängigen Kathodenabfall aufweist, deren Summe bei genügender Kontaktzahl die zu unterbrechende Spannung erreicht.

Mit einer Löschsäule von verhältnismäßig kleinen Abmessungen kann ein sicheres Abschalten bewirkt werden, ohne daß die Meßgenauigkeit des Wandlers merklich beeinträchtigt wird.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 den schematischen Aufbau,

Fig. 2 und 3 denselben mit veränderten Schaltorganen und

Fig. 4 und 5 konstruktive Einzelheiten des Überstromselbstschalters.

In Fig. 1 ist mit α ein zu schützender Spannungswandler bezeichnet, dessen Primärwicklung a¹ einerseits an Erde E liegt und andererseits über den Überstromselbstschalter und die Klemme b mit der Netzleitung verbunden ist. a² stellt die Sekundärwicklung des Spannungswandlers α dar.

Der Überstromselbstschalter besteht aus einem Trennschalter c, einer Vielfachfunkenstrecke d und einem Strombegrenzungswiderstand e. Der Trennschalter c besteht aus einer Schaltrute c~, die durch

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einen Klinkenmechanismus in der Einschaltestellung festgehalten und durch eine elektromagnetische, vom Wandlerprimärstrom erregte Auslösespule c¹ ausgelöst wird. Die Schaltrute c² betätigt beim Einschalten einen Hebel d¹, durch welchen die Vielfachfunkenstrecke d in sich kurzgeschlossen wird. In gestrichelten Linien ist die getrennte Stellung der Schaltrute c² angedeutet.

Die Löschfähigkeit des Überstromselbstschalters kann dadurch verbessert werden, daß der Strombegrenzungswiderstand e aus temperaturabhängigem Material, z. B. Eisendraht, hergestellt wird.

Im normalen Betrieb, bei dem sehr kleinen Primärstrom des Wandlers, bleibt der Widerstand kalt. Nimmt hingegen der Wandlerstrom wegen eines Defektes zu, so erreicht der temperaturabhängige Widerstand im Grenzfall den 2- bis 3fachen Wert, so daß der Kurzschlußstrom auf einen kleineren Wert abgedrosselt und damit die Lichtbogenlöschung verbessert wird.

Die Schaltrute c², die zur Lichtbogenlöschung wenig beiträgt, kann auch weggelassen werden, insbesondere dann, wenn zum stromlosen Abschalten der unter Spannung stehenden Teile der Anlage von Hand betätigte Trennschalter vorgeschaltet sind.

Fig. 2 zeigt schematisch eine derartige Anordnung, bei welcher die Schaltrutec² durch einen Schaltstecker c^z ersetzt ist.

Die Löschfähigkeit der Vielfachfunkenstrecke hängt von der Potentialverteilung in deren Längsachse ab und kann durch eine kapazitive Potentialsteuerung verbessert werden.

Fig. 4 zeigt schematisch die Anordnung einer derartigen Potentialsteuerung, die aus einem die Vielfachfunkenstrecke umhüllenden Isolierrohr und in die Rohrwandung eingebrachten zylindrischen, leitenden Belägen d² besteht.

Eine zweckentsprechende Potentialsteuerung kann auch durch Reihenschaltung mehrerer gleichzeitig betätigter Vielfachfunkenstrecken d^s erreicht werden, wie Fig. 3 in schematischer Darstellung zeigt.

Der konstruktive Aufbau einer mechanisch betätigten Schaltvielfachfunkenstrecke ist in Fig. 5 angedeutet, die eine unter vielen Ausführungsmöglichkeiten zeigt. Es bedeutet dⁱ die metallischen Unterbrechungskontakte, die auf Scheiben d⁵ aus Isoliermaterial befestigt sind. Die Scheiben d^s können aber auch aus dünnen Metallscheiben bestehen, die durch Kupplungsglieder d⁶ aus Isoliermaterial die Löschsäule zusammenhalten, derart, daß sie sich um den Schaltweg der Einzelfunkenstrecken gegeneinander verschieben können, so daß die Löschsäule sich unter Druck in der Längsachse kurzschließt bzw. sich unter Zug öffnet.

Außer der in Fig. 5 beispielsweise dargestellten Ausführung kann die mechanisch betätigte Vielfachfunkenstrecke unter Beibehalt des Grundprinzips in beliebiger Form und Ausführung zusammengestellt werden.

Im temperaturabhängigen Strombegrenzungswiderstand, der dauernd vom Primärstrom des zu schützenden Spannungswandlers durchflossen wird, entsteht im normalen Betrieb kein merklicher Stromwärmeverlust, so daß der Widerstand diesbezüglich mit kleinsten Abmessungen herstellbar ist. Dagegen entsteht im Widerstand im Falle eines Wandlerkurzschlusses ein Verlust, der mehrere hundert kW betragen kann. Da die Auslösezeit des Schalters aber nur einige Hundertstel Sekunden beträgt, hält sich die im Strombegrenzungswiderstand erzeugte Wärmemenge in mäßigen Grenzen, die von der Wärmekapazität des Widerstandsdrahtes und des isolierenden und hitzebeständigen, eventuell keramischen Materials, in welches der Widerstand gebettet ist, ohne übermäßige Temperaturerhöhung aufgenommen wird. Die Widerstandsdrähte werden deshalb mit Vorteil in die Rillen eines Materials hoher spezifischer Wärme gebettet, wobei für guten Wärmeübergang nach außen und damit auch bei mehreren Schaltungen in kurzen Zeitintervallen für genügende Wärmeabfuhr zu sorgen ist.

Claims

PatentANSPKücHE:

1. Überstromselbstschalter zum Schütze insbesondere von Spannungswandlern, dadurch gekennzeichnet, daß er eine oder mehrere Vielfachfunkenstrecken aufweist, deren EiinzelfunkenT strecken in der Einschaltstellung des Schalters durch mechanische Einwirkung zu gegenseitiger Berührung und Kurzschluß gebracht sind, während sie bei Überstrom selbsttätig voneinander getrennt werden, wobei mit der oder den Vielfachfunkenstrecken ein Strombegrenzungswiderstand in Reihe geschaltet ist, der den im Schalter maximal auftretenden Strom auf den der Schaltkapazität der Vielfachfunkenstrecke entsprechenden Wert begrenzt.

2. Überstromselbstschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strombegrenzungswiderstand aus temperaturabhängigem Widerstandsmaterial besteht, dessen Widerstand bei den größten abzuschaltenden Strömen durch Erwärmung auf ein Vielfaches des Widerstandes im normalen Betrieb zunimmt.

3. Überstromselbstschalter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Lichtbogenlöschung der Vielfachfunkenstrecke maßgebende Potentialgefälle längs deren Achse durch eine kapazitive Potentialsteuerung reguliert wird.

4. Überstromselbstschalter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialsteuerung durch mehrere in Reihe geschaltete, einzeln mechanisch betätigte Vielfachfunkenstrecken erzielt wird.

5. Überstromselbstschalter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strombegrenzungswiderstand in ein hitzebeständiges Isolier- oder Keramikmaterial hoher Wärmeaufnahmefähigkeit und Wärmeleitung gebettet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 599 175, 308 239.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen