DE1023109B - Widerstand fuer elektrische Schalter - Google Patents
Widerstand fuer elektrische SchalterInfo
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- DE1023109B DE1023109B DES46457A DES0046457A DE1023109B DE 1023109 B DE1023109 B DE 1023109B DE S46457 A DES46457 A DE S46457A DE S0046457 A DES0046457 A DE S0046457A DE 1023109 B DE1023109 B DE 1023109B
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
- H01H33/02—Details
- H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
- H01H33/16—Impedances connected with contacts
- H01H33/167—Impedances connected with contacts the impedance being inserted only while opening the switch
Landscapes
- Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
Description
Es ist bekannt, beim Abschalten großer Leistungen diese auf zwei oder mehrere Schaltstellen zu verteilen.
Zu diesem Zweck ist es bekannt, die Schaltstellen in Reihe zu schalten, wobei parallel zur ersten (Leistungsschaltstelle)
ein Widerstand liegt. Der Widerstand bedingt, daß beim Öffnen dieser Schaltstelle die Ausschaltbedingungen
erleichtert werden. Der nach dem Ausschalten der Leistungsschaltstelle noch über den Widerstand
fließende Reststrom wird dann durch die zweite Schaltstelle (Reststromschaltstelle) unterbrochen.. Man
kann auch die Leistungsschaltstelle parallel zu der Reihenschaltung aus Widerstand und Reststromschaltstelle
legen und hier wiederum zunächst die Leistungsschaltstelle und hierauf die Reststromschaltstelle ausschalten.
Beim Abschalten kleiner induktiver Ströme, die in der Größenordnung der Magnetisierungsströme der Transformatoren
liegen, können sowohl beim Ausschalten der Leistungsschaltstelle als auch beim darauffolgenden
Ausschalten der Reststromschaltstelle Instabilitäten des Lichtbogens auftreten, die hohe Schaltüberspannungen
hervorrufen. Die Instabilitäten des Lichtbogens treten beim Abschalten kleiner induktiver Ströme z. B. in der
Form auf, daß der Lichtbogen zu einem Zeitpunkt abreißt, d. h. der Strom zu einem Zeitpunkt unterbrochen
wird, der mit dem natürlichen Stromnulldurchgang nicht zusammenfällt. Die vorzeitige Unterbrechung des Stromes
Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke
Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Dipl.-Ing. Heinz Nöske, Berlin-Haselhorst,
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
wird dadurch hervorgerufen, daß bei kleinen induktiven Strömen infolge der stark fallenden Charakteristik des
Lichtbogens im Stromkreis hochfrequente Schwingungen angefacht werden.
Gemäß der Erfindung können diese Instabilitäten des Lichtbogens mit Hilfe eines Widerstandes vermieden
werden, wenn dieser der folgenden Bedingung genügt:
dU„
IT
TO2 /V
- IL
dl,
TOl Ip
wobei mit Imv und Ump der Strom bzw. die Spannung in
dem Punkt P des steilsten Abfalls der Bogenkennlinie, mit τ die Zeitkonstante des Lichtbogens, mit R der
Eisenverlustwiderstand, mit L die Induktivität und mit C die Windungskapazität des abzuschaltenden Transformators
bezeichnet ist und die Bogenkenngrößen des an der Leistungsschaltstelle gezogenen Lichtbogens den
Index 1 und die des an der Reststromschaltstelle gezogenen Lichtbogens den Index 2 tragen.
Wählt man für den beim Ausschaltvorgang zur Leistungsschaltstelle parallel und mit der Reststromschaltstelle
in Reihe liegenden Widerstand einen Wert, der innerhalb dieser Grenzen hegt, so werden sowohl
beim Ausschalten der Leistungsschaltstelle als auch beim Ausschalten der Reststromschaltstelle Instabilitäten des
Lichtbogens vermieden. Hierdurch wird erreicht, daß die durch die Instabilitäten des Lichtbogens hervorgerufenen
Schaltüberspannungen nicht auftreten.
Der für die Stabilität des Lichtbogens erforderliche Widerstandswert kann, wenn die für den zu unterbrechenden
Stromkreis in dem Gebiet der hochfrequenten Schwingungen geltenden Stabilitätsbedingungen bekannt
sind, aus diesen ermittelt werden. Die Stabilitätsbedingungen werden aus dem Verhalten der für den zu
unterbrechenden Stromkreis in dem Gebiet der hochfrequenten Schwingungen geltenden Ersatzschaltung
bestimmt.
Um die Bemessungsvorschrift für die obere Grenze des parallel zur Leistungsschaltstelle liegenden Widerstandes
zu ermitteln, geht man von der in der Fig. 1 der Zeichnung dargestellten Ersatzschaltung aus, die für den Fall gilt,
daß im Stromkreis hochfrequente Schwingungen aufgetreten sind. In der Fig. 1 ist mit L die Induktivität,
mit R der Eisenverlustwiderstand und mit C die Windungskapazität der Eisendrossel bzw. des unbelasteten
Transformators bezeichnet. Der parallel zum Schaltlichtbogen der Leistungsschaltstelle liegende Widerstand
ist mit spar bezeichnet. Das Verhalten der Ersatzschaltung
nach Fig. 1 wird durch die Differentialgleichung
u'" + K1U"
+ K2 u' + K3 u = 0
beschrieben, wobei u die Spannungsänderung gegenüber dem mittleren Spannungsverlauf angibt. Außerdem
709 850/323
3 4
bedeuten K1, K2 und K3 die Koeffizienten der Differential- tungen der Schaltstelle nicht gleich ist, ist es für die
gleichung, die den folgenden Gleichungen genügen. Bestimmung dieser Größen erforderlich, mehrere Abschaltungen
vorzunehmen. Aus der hierbei gewonnenen K _ /_1_ __ φ\ 1 ,, .. Vielzahl von Oszillogrammen wird das Oszillogramm aus-
1 — ;i:\C τ J + R-svaT ' ^ ' 5 gewählt, bei dem die in einer 50-Hz-Halbwelle auf-
jig ι s ' tretenden Lichtbogenschwingungen am größten sind.
Dieses Oszillogramm wird für die Bestimmung der Größen χ, φ und τ benutzt. Aus diesem Oszillogramm
„ _ χ L ψ \ 1 .,,. wird nun für jede Halbwelle, in der Lichtbogenschwin-
2 ~~ - - r ' R · svar I L · C ' ίο gungen aufgetreten sind, aus den Mittelwertskurven des
2? _i_ s / zeitlichen Strom- und Spannungsverlaufs die Lichtbogen-
v ' kennlinie ermittelt. In jeder Lichtbogenkennlinie wird
auf dem abfallenden Teil der Kennlinie der Punkt des
χ . φ steilsten Abfalls ermittelt. Dieser Punkt ist in der Fig. 3
-^3 = χ · L · C ' 1S mu^ P bezeicnnet- Für jede Kennlinie wird nun in dem
Punkt P der Wert für χ und φ bestimmt. Außerdem wird
für jede Kennlinie die von der Frequenz abhängige Zeit-
. . im dUm , ,. „ . konstante τ des Lichtbogens festgestellt. Da der Punkt P
Hierin bedeutet χ = -^-, φ = —j^ und τ die Zeit- in dem Gebiet der hochfrequenten Schwingungen Hegt,
konstante des Lichtbogens. 20 ist in diesem Punkt die Bestimmung der Zeitkonstanten τ
Um die Größen L, C und R bestimmen zu können, muß aus den Oszillogrammen mit einfachen Mitteln nicht
der zeitliche Verlauf des Stromes I in der Leistungs- möglich. Ein angenäherter Wert für x, der für die Be-
schaltstelle und der Spannung U an der Leistungsschalt- rechnung des Widerstandes verwendet werden kann,
stelle während der Unterbrechung des Stromkreises läßt sich in einfacher Weise in dem Punkt der Kennlinie
ermittelt werden. Die Unterbrechung erfolgt bei Nenn- »5 bestimmen, der der Stelle der Lichtbogenschwingungen
spannung aber ohne Parallelwiderstand. Der bei der entspricht, an der diese gerade beginnen, gedämpft zu
Unterbrechung des Stromkreises sich ergebende zeitliche werden. Für das Gebiet, in dem die Lichtbogenschwin-
Verlauf des Stromes I und der Spannung U wird z. B. gungen bereits gedämpft werden, gilt nämlich für τ die
mit Hilfe eines Kathodenstrahl-Oszillographen auf ge- folgende Bedingung:
nommen. In der Fig. 2 ist ein derartiges Strom- und 3°
SpannungsQSzillogramm dargestellt. Aus dem in den τ = C - φ, (2)
Oszillogrammen mit I0 und U0 bezeichneten Strom- und
Spannungswert wird der induktive Widerstand ω - L be- wobei in die Gleichung (2) für φ der an der betreffenden
stimmt. Der Strom T0 wird an der Stelle des Strom- Stelle zu ermittelnde Wert einzusetzen ist.
oszillogramms bestimmt, an der die Leistungsschaltstelle 35 Die Zeitkonstante τ kann auch aus der Frequenz der
noch geschlossen ist. Die Spannung U0 wird an der Stelle sinusförmigen Lichtbogenschwingungen ωΐ,ΐη dem Bereich,
des Spannungsoszillogramms ermittelt, an der die in dem diese gedämpft sind, ermittelt werden, und zwar
wiederkehrende Spannung bereits eingeschwungen ist. aus der Gleichung
Da die Frequenz des Netzes tojy bekannt ist, kann die _ χ ,„.
Induktivität L aus der Beziehung L = bestimmt ^ OiL
werden.
Nachdem die Induktivität L berechnet worden ist, In die Gleichung (3) ist für χ der Wert einzusetzen, der
wird aus der Frequenz, mit der die wiederkehrende in dem Punkt der Kennlinie ermittelt wird, der der Stelle
Spannung einschwingt, die Kapazität mit Hilfe der 45 der Lichtbogenschwingungen entspricht, an der diese
„, „, . , 1 .,, ,, gerade beginnen, gedämpft zu werden.
Thomsonschen Gleichung ω = y^ ermittelt. Um ^ AbscMtzung |ür die Beantwortung der Frage
Die Bestimmung des Eisenverlustwiderstandes erfolgt zu gewinnen, wie groß der Widerstand spar höchstens
, _ . , _ l Ί . ., . , . .. sein darf, damit er auch in dem steilsten Punkt P der
aus der Beziehung R = -^^, wobei mit Δ das Amph- 5o Kennlinie St3hmm erzwingt, kann die genauere Ersatz-
, . ,..,,. a . TT „ ,, , . , . schaltung der Fig. 1 durch die der Fig. 4 ersetzt werden,
tudenverhaltms y zweier Halbwellen der einschwingen- Das Verhalten der Ersatzschaltung gemäß der Fig. 4
den wiederkehrenden Spannung bezeichnet ist. wird durch die Differentialgleichung
Bei dieser Bestimmung von 22 wird vorausgesetzt, daß
der Lichtbogennachstrom den Einschwingvorgang nicht 55 u" + K1 u' + K2 u = 0 (4)
wesentlich dämpft, was im allgemeinen zutrifft, da das
Einschwingen der wiederkehrenden Spannung etwa eine beschrieben. Hierin ist u die Spannungsänderung gegen-
50-Hz-Halbwelle andauert, während der Nachstrom längst über dem mittleren Spannungsverlauf. Die Koeffizienten
abgeklungen ist. Zweckmäßig wird Δ aus verschiedenen K1 und K2 genügen den folgenden Gleichungen
Amplitudenverhältnissen ermittelt und für die end- 60
gültige Berechnung von R der sich aus den einzelnen
gültige Berechnung von R der sich aus den einzelnen
Werten ergebende Mittelwert für Δ benutzt. g __ /J; Ψ_ \ , \ /4 a\
Für die Bestimmung der Größen χ, φ und τ muß die 1Ic τ j R- spar
quasistationäre Stromspannungscharakteristik, d. h. die ~r _j_ s '
Kennlinie des Lichtbogens, ermittelt werden. Diese Kenn- 65
linie wird aus den in Fig. 2 gestrichelt eingezeichneten
Mittelwertskurven des zeitlichen Strom- und Spannungs- y / m
linie wird aus den in Fig. 2 gestrichelt eingezeichneten
Mittelwertskurven des zeitlichen Strom- und Spannungs- y / m
Verlaufs gewonnen. Sie ist in der Fig. 3 dargestellt. Da, K2 = ——r- /1 ^- \ (4b)
wie aus der Praxis bekannt ist, der zeitliche Verlauf des τ' I * s^ar
Stromes und der Spannung bei den einzelnen Abschal- 70 y i? + Sj,w
5 6
Aus der Hurwitzschen Stabilitätsbedingung, nämlich K1
> 0, ergibt sich für die obere Grenze des Parallelwiderstandes die Bedingung
Spar — TTn Tr \ Γ" = TT TT TJTf \ r 1 Γ~' ^ -
wobei mit dem Index 1 die Kenngrößen χ, φ, τ des in der Die Koeffizienten K1, K2 und K3 dieser Differential-Leistungsschaltstelle
gezogenen Lichtbogens bezeichnet gleichung genügen den Gleichungen sind. Der an den Größen χ und φ außerdem vorgesehene io ''
Index f weist darauf hin, daß in diese Bedingung für die _ 1 ί /1 φ — sSeihe \] 1
Berechnung der oberen Grenze des Parallelwiderstandes x ~ \ _|_ Smheχ \%\ß ^ j J + r. q '
die in dem Punkt P der Kennlinie ermittelten Werte von
χ und φ einzusetzen sind.
In die Bedingung (4) werden nun die für jede Kenn- 15 ι \ X I ψ Sßeihe \] 1
linie ermittelten Werte von %w, φ1Ί>
und T1 sowie der K2 = , \ r . C \ tf ) "*" T~~
ΛΙ7·«-+ ί«*· Γ -,-,^A T? aino-QOQ+^+ ητκί Λΐο ΓΖι-Λβο /lot Par-olio!- ~T *-Keife X L C ' ^ \ Λ /J ·«-' "
(6a)
Wert für C und 22 eingesetzt und die Größe des Parallel- * r »juu-a L * ■ ~ \ " /J ~ · C '
Widerstandes bestimmt. Aus den sich ergebenden Werten (6b)
für den Parallelwiderstand wird der kleinste Wert aus- ^
gewählt und der Berechnung des beiden Schaltstellen 20 K3 = ·——~ (s Reihe — φ). (6c)
gemeinsamen Widerstandes zugrunde gelegt. Dieser "·" s^iheX L · C -x
Wert wird mit G bezeichnet. Zur Bestimmung der unteren
Grenze des nunmehr in Reihe mit der Reststromschalt- Aus der Hurwitzschen Stabilitätsbedingung
stelle liegenden Widerstandes sEeihe wird die in der Fig. S
dargestellte Ersatzschaltung verwendet. Für diese Ersatz- 25 K1-K2 — K3
> 0
schaltung lautet die Differentialgleichung
,,, , T, //,,·,/, w η m\ ergibt sich für den steilsten Punkt P der Kennlinie des
u'" + K1U"+ K2U'+ K3U = O. (6) !Imogens die Gleichung
L %2V (SSeite — <Pap) [R ■ C %2V {sReihe + R — φ2ρ) + T2] + R - T2 [%2P L + %2V SjReihe · T2 + T2)
> 0 .
(7)
Diese Bedingung ist stets dann erfüllt, wenn oszillogrammen wird das Oszillogramm ausgewählt, bei
ι(IXj \ dem die in einer 50-Hz-Halbwelle auftretenden Licht-
s Reihe >
ψζρ = —I I (8) bogenschwingungen am größten sind. Dieses Oszillogramm
■ mi Iv 35 wird der Bestimmung von φ2Ρ zugrunde gelegt. In dieses
ist, womit aber auch gleichzeitig K1
> 0 ist. Der Index 2 Oszillogramm wird die Mittelwertskurve für den Strom
weist darauf hin, daß es sich um die Kenngrößen des an und die Spannung eingezeichnet und für jede 50-Hz-
der Reststromschaltstelle gezogenen Lichtbogens handelt, Halbwelle aus diesen Kurven die Lichtbogenkennlinie
und der Index p, daß zur Berechnung der unteren Grenze bestimmt. Für jede Kennlinie wird wiederum in dem ab-
des Reihenwiderstandes für die Größe 9J2 der an der 40 fallenden Teil der Kennlinie der Punkt des steilsten
Stelle P der Kennlinie ermittelte Wert für φ2 einzusetzen Abfalls festgestellt. Aus der Kennlinie mit dem größten
ist. Abfall wird in dem Punkt P die Größe φ2Ρ bestimmt.
TT ,. _ ..„ IdUm«\ j... j n -r, , Dieser Wert wird in die Bedingung (7) eingesetzt. Der
Um dxe Große φ2Ρ = -(-^]ρ fur den an der Rest- ^ hieraus för die untere GrenJ ^ ^!Widerstandes
stromschaltstelle gezogenen Lichtbogen zu bestimmen, 45 ergebende Wert wird mit F bezeichnet,
geht man so vor, daß man den zeitlichen Verlauf des Aus den Stabilitätsbedingungen (5) und (8) ergibt sich
Stromes und der Spannung an der Schaltstrecke ermittelt. für die Bemessungsvorschrift des Widerstandes, der beim
Zu diesem Zweck werden mit der Reststromschaltstelle Abschalten Meiner induktiver Ströme sowohl beim Aus-
allein mehrere Abschaltungen mit der Nennspannung, schalten der Leistungsschaltstelle als auch beim Aus-
aber ohne Reihenwiderstand durchgeführt. Aus den bei 50 schalten der Reststromschaltstelle Instabilitäten des
diesen Abschaltungen gewonnenen Strom-und Spannungs- Lichtbogens vermeidet, folgende Bedingung:
' =i- sReihe = Spar ^ ~rj r ρ T^yz - -= = — = Cr . [V)
dlmzjp j ^l \ I IUUml\ "- Λ I
mi/p L \ dlmx Jp
Um die obengenannte Bedingung zu erfüllen, muß also parallel geschaltet ist und für die in Reihe geschalteten
die Größe des beiden Schaltstellen gemeinsamen Wider- Widerstände eine gemeinsame Reststromschaltstelle vor-
standes so gewählt werden, daß sie zwischen der oberen 60 gesehen ist, ergeben sich für den Widerstand, der sowohl
Grenze G und der unteren Grenze F liegt. beim Ausschalten der Leistungsschaltstelle als auch der
Die Bedingung (9) gilt für einen Leistungsschalter mit Reststromschaltstelle Instabilitäten des Lichtbogens
einer Leistungs- und einer Reststromschaltstelle. Für vermeidet, wenn mit η die Anzahl der in Reihe geschalteten
Schalter mit mehreren in Reihe geschalteten Leistungs- Leistungsschaltstellen bezeichnet wird, die folgenden
schaltstellen gleicher Bauart, zu denen je ein Widerstand 65 Bedingungen:
~ O^l SReihe >
s par <C —— —= — = — . SReihe = η · Spar (10)
Iv (ImA I (dUml \ n
\Uml)p[ \dlmljp
Bei den Bedingungen (10) wird vorausgesetzt, daß die zu den einzelnen Leistungsschaltstellen parallel geschalteten
Widerstände gleich groß und die Bogenkenngrößen der in den einzelnen Leistungsschaltstellen
während des Ausschaltvorganges gezogenen Lichtbogen gleich sind, was aber bei Leistungsschaltstellen gleicher
Bauart und Größe vorausgesetzt werden kann.
Claims (2)
1. Widerstand für elektrische Schalter für Wechselstrom
mit einer Leistungsschaltstelle und einer Reststromschaltstelle, dadurch gekennzeichnet, daß der
Widerstand der folgenden Bedingung genügt:
^; sEeihe = spar ü
Uml) p
Jp
ι -4r
wobei mit Imp und Ump der Strom bzw. die Spannung
in dem Punkt P des steilsten Abfalls der Lichtbogenkennlinie, mit τ die Zeitkonstante des Lichtbogens,
mit 22 der Eisenverlustwiderstand, mit L die Induktivität und mit C die Windungskapazität des
abzuschaltenden Transformators bezeichnet ist und die Bogenkenngrößen des an der Leistungsschaltstelle
gezogenen Lichtbogens den Index 1 und die des an der ao Reststromschaltstelle gezogenen Lichtbogens den
Index 2 tragen.
2. Widerstand für elektrische Schalter mit mehreren in Reihe geschalteten Leistungsschaltstellen gleicher
Bauart, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand, wenn η die Anzahl der in Reihe geschalteten Leistungsschaltstellen
angibt, den folgenden Bedingungen genügt:
Spar ^S
1
Ύ
Sßeihe = η · Spar
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 515 094, 700 728;
französische Patentschrift Nr. 862 283.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 709 850/323 1.58
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES46457A DE1023109B (de) | 1955-11-23 | 1955-11-23 | Widerstand fuer elektrische Schalter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES46457A DE1023109B (de) | 1955-11-23 | 1955-11-23 | Widerstand fuer elektrische Schalter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1023109B true DE1023109B (de) | 1958-01-23 |
Family
ID=7485998
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DES46457A Pending DE1023109B (de) | 1955-11-23 | 1955-11-23 | Widerstand fuer elektrische Schalter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1023109B (de) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE515094C (de) * | 1924-04-05 | 1930-12-24 | Electr & Allied Ind Res Ass | Elektrischer Stromunterbrecher, bei dem elektromotorische Kraefte eine Verlaengerungdes Lichtbogens herbeifuehren |
DE700728C (de) * | 1930-07-22 | 1940-12-28 | Aeg | Elektromagnetische Lichtbogenloeschvorrichtung fuer Wechselstromschalter |
FR862283A (fr) * | 1937-12-31 | 1941-03-10 | Hermes Patentverwertungs Gmbh | Procédé et dispositif pour la coupure et le réglage de courants électriques |
-
1955
- 1955-11-23 DE DES46457A patent/DE1023109B/de active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE515094C (de) * | 1924-04-05 | 1930-12-24 | Electr & Allied Ind Res Ass | Elektrischer Stromunterbrecher, bei dem elektromotorische Kraefte eine Verlaengerungdes Lichtbogens herbeifuehren |
DE700728C (de) * | 1930-07-22 | 1940-12-28 | Aeg | Elektromagnetische Lichtbogenloeschvorrichtung fuer Wechselstromschalter |
FR862283A (fr) * | 1937-12-31 | 1941-03-10 | Hermes Patentverwertungs Gmbh | Procédé et dispositif pour la coupure et le réglage de courants électriques |
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