DE1013349B - Starkstromschaltgeraet fuer Gleich- und Wechselstrom - Google Patents

Description

Es ist bereits bekannt, parallel zu einer veränderlichen Impedanz, z. B. einer Hochleistungssicherung oder einem Widerstand mit hohem positivem Temperaturkoeffizienten, einen für den Nennstrom des Schaltgerätes bemessenen Überbrückungsschalter anzuordnen, der sich bei Auftreten eines Überstromes in Bruchteilen einer Millisekunde öffnet, wobei der Strom auf die parallel liegende Impedanz kommutiert wird. Sofern es sich hierbei um Spannungen bis zu einigen 1000 V und Trennströme bis zu etwa 2000 A handelt, macht die sichere Kommutation im allgemeinen keine allzu großen Schwierigkeiten. Bei höheren Spannungen muß aber die Impedanz, sofern sie überhaupt wirksam sein soll, schon einen verhältnismäßig großen Anfangs wert aufweisen, während bei großen Strömen infolge der nie vermeidbaren Induktivität der Schleife, bestehend aus Impedanz und Schalter, die Kommutationszeit zu lang wird.

Die Erfindung befaßt sich mit einem Starkstromschaltgerät für Gleich- und Wechselstrom mit einer veränderbaren Impedanz und einem diese überbrückenden Schalter, bei dem diese Nachteile vermieden sind, indem erfindungsgemäß im Schaltgerät Mittel vorgesehen sind, die in der Schleife, bestehend aus der Parallelschaltung von veränderbarer Impedanz und Schalter, beim Abschalten eine Kommutierungsspannung erzeugen. Hierdurch wird die natürliche Kommutation, erzeugt durch den Spannungsabfall an den Kontakten des Schalters und unter Umständen auftretende kleine Lichtbögen, durch eine zusätzliche Spannung, die den Strom im Schalter schwächt und in der veränderbaren Impedanz vergrößert, unterstützt, so daß das Schaltprinzip auch auf hohe Spannungen und große Ströme anwendbar wird. Eine erste Maßnahme zur Verbesserung der Kommutation besteht darin, den Spannungsabfall am Schalter künstlich zu erhöhen. Andere Möglichkeiten sind, mit Hilfe eines geeigneten Wandlers eine zusätzliche Spannung in der Kommutierungsschleife zu induzieren.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen drei beispielsweise Ausführungsformen erfindungsgemäßer Starkstromschaltgeräte in schematischer Darstellung. In Fig. 1 bedeutet 1 die veränderbare Impedanz in Form einer Hochleistungssicherung üblicher Bauart, 2 den Überbrückungsschalter mit den Hauptkontakten 3, 4 und den Vorkontakten 5, 6, die über Widerstände 8, 9 möglichst induktionsarm mit den Hauptkontakten 3, 4 verbunden sind. 10 ist das bewegliche Schaltstück, das bei der Einschaltung zunächst die Vorkontakte 5, 6 berührt und sich nachher auf die Hauptkontakte 3, 4 aufsetzt. Der Ausschaltvorgang vollzieht sich nun folgendermaßen: Zunächst tritt eine galvanische Trennung zwischen dem beweglichen Schaltstück 10 Starkstromschaltgerät
für Gleich- und Wechselstrom

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke
ίο Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. Fritz Kesseliing, Küsnacht, Zürich (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

und den Hauptkontakten 3, 4 auf, während die Vorkontakte 5, 6 noch in gut leitender Verbindung mit dem beweglichen Schaltstück 10 stehen. Der Strom fließt nun über den Widerstand 8, den Vorkontakt 5, das bewegliche Schaltstück 10, den Vorkontakt 6 und den Widerstand 9. Die Widerstände 8, 9 sind nun so bemessen, daß die Trennung von den Hauptkontakten praktisch Hchtbogenfrei vor sich geht. Es entsteht nun aber an den Widerständen 8, 9 ein Spannungsabfall, der bewirkt, daß der Strom von dem Schalter 2 auf die Sicherung 1 kommutiert wird. Bei der Trennung zwischen den Vorkontakten 5, 6 und dem beweglichen Schaltstück 10 treten noch'zwei Lichtbögen auf, die eine zusätzliche Kommutierungsspannung erzeugen. Die Erfahrung zeigt, daß mit Hilfe der Anordnung nach Fig. 1 derartige Starkstromschaltgeräte für wesentlich größere Spannungen und Stromstärken als bisher gebaut werden können. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, die Vorkontakte 5, 6 und die entsprechenden damit in Berührung kommenden Stellen des beweglichen Schaltstückes aus gegenüber Lichtbögen abbrandfestem Material herzustellen, wie

Wolfram oder Wolframsinterkörper, dessen Poren mit Kupfer oder Silber im Vakuum gefüllt werden. Andererseits wird man insbesondere bei Hochstromschaltern für die Hauptkontakte möglichst gut leitende Werkstoffe, z. B. Silber oder Kupfer, verwenden. Die Widerstände 8, 9 werden mit Vorteil aus einem Material mit hohem positivem Temperaturkoeffizienten hergestellt, z. B. Eisen.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung eines erfindungsgemäßen Starkstromschaltgerätes für Gleichstrom,

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das sich besonders zum Abschalten von ansteigendem Überstrom eignet. Mit 21 ist ein veränderbarer : Widerstand bezeichnet, dessen Gehäuse 22 aus einem Widerstandsmaterial mit hohem spezifischem Widerstand besteht und das in seinem Inneren eine aufgedampfte Metallschicht 23 aufweist, die bei Stromdurchgang mindestens teilweise verdampft und hierbei ihren Widerstand erhöht. Nach Abkühlung schlägt sich· das verdampfte Metall wieder im Innern des Widerstandskörpers 22 als dünne Schicht nieder. 24 ist der Überbrückungsschalter mit den feststehenden Schaltstücken 25, 26 und der beweglichen Strombrücke 27. 28 ist ein Wandler mit der Primärwicklung 29, der Sekundärwicklung 30 und dem Eisenkern 31, der einen Luftspalt 32 aufweist. Im normalen Zustand fließt der Strom über die Primärwicklung 29 und den Schalter 24, ohne daß dabei in der Sekundärwicklung 30 eine nennenswerte Spannung induziert wird. Tritt jedoch ein Überstrom mit großer Anstiegsgeschwindigkeit auf, so wird in der Wicklung 30 eine Spannung induziert, die einen Strom in der durch den Umlaufpfeil gekennzeichneten Richtung erzeugt. Gleichzeitig erhält der Schalter 24 beispielsweise mit Hilfe einer Einrichtung, wie sie an Hand von Fig. 3 erläutert wird, einen Ausschaltimpuls. Der über den Schalter 24 und "die zwischen seinen Kontakten auftretenden kleinen Lichtbogen fließende Strom verringert sich, während andererseits der Strom im Widerstand 21 sich entsprechend erhöht; mit anderen Worten, es wird der Strom durch die zusätzlich eingeprägte Spannung vom Schalter 24 auf den Widerstand 21 kommutiert und anschließend durch den Widerstand 21 weitgehend herabgesetzt oder auch vollständig unterbrochen. Die Lichtbogenlöschung am Schalter 24 kommt entweder dadurch zustande, daß die Spannung an den Lichtbogen unter den für ihre Existenz notwendigen Mindestwert abgesenkt wird oder daß ein Stromnulldurchgang entsteht, währenddem die Restsäulen zwischen den feststehenden Schaltstücken 25, 26 und der Schaltbrücke 27 gekühlt und entionisiert werden.

Fig. 3 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung, bei der die zusätzliche Spannung durch eine fremde Energiequelle erzeugt wird. Im einzelnen bedeutet 41 einen veränderlichen Widerstand, bestehend aus Teilwiderständen 42 mit Stromabnehmern 43/ die über ein Isolierstück 44, das mit dem Überbrückungsschalter 45 gekuppelt ist, betätigt werden. 46 ist ein dynamischer Auslöser mit der Primärwicklung 47 und der Sekundärwicklung-48, die über ein Isolierstück 49 mit dem Schalter 45 verbunden ist.

50 bedeutet einen elektrischen Energiespeicher in Form eines aufgeladenen Kondensators, 51 eine Funkenstrecke und 52 ein Wandler mit der Primärwicklung 53 und der Sekundärwicklung 54. Soll abgeschaltet werden, so wird als erstes die Funkenstrecke

51 gezündet. Der Kondensator 50 entlädt sich über die Primärwicklung 53 des Wandlers 52 und die Primärwicklung 47 des dynamischen Auslösers 46. Hierdurch wird sowohl in der Sekundärwicklung 54 des Wandlers als auch in der Sekundärwicklung 48 des dynamischen Auslösers eine Spannung und dementsprechend ein Strom erzeugt. Der Sekundärstrom des Wandlers 52 hat die Richtung des Pfeiles 55 und bewirkt somit die Kommutierung vom Schalter 45 auf den veränderbaren Widerstand 41. Der Strom in der Sekundärwicklung 48 des dynamischen Auslösers 46 erzeugt eine hohe abstoßende Kraft, durch die zunächst der Schalter 45 geöffnet wird, wobei allfällige Lichtbogen beim Stromnulldurchgang des resultierenden, über den Schalter fließenden Stromes gelöscht werden, so daß der Strom nun über den Widerstand 41 fließt, dessen Ohmwert bei Weiterbewegung des mit dem Schalter 45 gekuppelten Isolierstückes 44 sich laufend erhöht. Die Stromabnehmer 43 können -entweder in der obersten Stellung stehenbleiben, wobei der Strom auf einen ungefährlichen Reststrom verringert ist. Sie können aber auch darüber hinaus bewegt werden, wobei dann unter geringer Lichtbogenbildung und Vielfachunterbrechung auch noch der Reststrom abgeschaltet wird. Es ist selbstverständlich auch möglich, den Wandler 52 über die Leitung 56 unmittelbar vom Kondensator 50 aus zu speisen, was den Vorteil hat, daß die Induktivität im Kommutierungskreis kleiner ist. Die Anordnung nach Fig. 3 ist im Prinzip für Gleich- und Wechselstrom brauchbar. Ändert jedoch der Hauptstrom seine Richtung, so muß entweder auch der Entladestrom des Kondensators 50 umgepolt werden, was mit Hilfe einer Vierfachfunkenstrecke in an sich bekannter Weise leicht durchführbar ist, oder es ist die Anordnung so zu treffen, daß ein nur schwach gedämpfter Impulskreis zur Anwendung gelangt, wobei dann unter Umständen die erste Stromhalbwelle in entgegengesetzter Richtung des Pfeiles 55 wirkt und erst die zweite Halbwelle die Kommuitation herbeiführt. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, wenn der Sekundärstrom des Wandlers 52 eine gewisse Phasennacheilung gegenüber dem Primärstrom aufweist, damit das Maximum des Sekundär stromes zeitlich etwas später liegt als das Maximum des Sekundärstromes in der Wicklung 48. Dies ist notwendig, damit der Impulsstrom nach Erlöschen der Lichtbogen im Schalter 45 nicht vorzeitig geschwächt wird.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Starkstromschaltgerät für Gleich- und Wechselstrom mit einer veränderbaren Impedanz und einem diese überbrückenden Schalter, gekennzeichnet durch Mittel, die in der Schleife, be^ stehend aus der Parallelschaltung von Impedanz und Schalter, beim Abschalten eine zusätzliche Kommutierungsspannung erzeugen.

2. Starkstromschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsspannung von dem abzuschaltenden Strom abgeleitet wird.

3. Starkstromschaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter mit Haupt- und Vorkontakten ausgerüstet ist, wobei zwischen je einem Haupt- und einem Vorkontakt ein Widerstand eingeschaltet ist, dessen Spannungsabfall beim öffnen der Hauptkontakte als Kommutierungsspannung wirksam ist (Fig. 1).

4. Starkstromschaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkontakte aus elektrisch sehr gut leitendem, die Vorkontakte aus abbrandfestem Material bestehen.

5. Starkstromschaltgerät nach Anspruch 3·, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände zwischen Haupt- und Vorkontakten aus einem Material mit hohem positivem Temperaturkoeffizienten bestehen.

6. Starkstromschaltgerät nach Anspruch 2 für Gleichstrom zum Abschalten von ansteigendem Überstrom, gekennzeichnet durch einen Wandler, dessen Primärwicklung vom abzuschaltenden Strom gespeist und dessen in der Sekundärwicklung induzierte Spannung als Kommutierungsspannung wirksam ist (Fig. 2).

7. Starkstromschaltgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Wandler, dessen Primärwicklung aus einem elektrischen Energiespeicher mit einem veränderlichen Strom gespeist wird und dessen in der Sekundärwicklung induzierte Spannung als Kommutierungsspannung wirksam ist (Fig. 3).

8. Starkstromschaltgerät nach Anspruch 7 mit einem Auslösesystem für den Schalter, dadurch gekennzeichnet, daß der die Primärwicklung des Wandlers durchfließende Strom zugleich das Auslösesystem des Schalters speist.

9. Starkstromschaltgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Energiespeicher ein geladener Kondensator ist und daß der Entladestrom des Kondensators außer der Primärwicklung des Wandlers auch noch das als elektrodynamisches Betätigungsorgan ausgebildete Auslösesystem des Schalters speist.

10. Starkstromschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Impedanz eine Hochleistungssicherung ist.

1. Starkstromschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als veränderliche Impedanz ein Widerstand verwendet ist, der eine elektrisch leitende Schicht aufweist, die unter Einwirkung der Stromwärme mindestens teilweise verdampft.

12. Starkstromschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Impedanz aus einer Mehrzahl von Gleitwiderständen besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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