DE1037562B - Gleichstrom-Schnellschalter fuer hoehere Stromstaerken mit kurzer Eigenzeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Sohnellschaltier für höhere Stromstärken mit kurzer Eigetizeit. Schaltgeräte dieser Art sind bisher fast ausschließlich in einpoliger Ausführung mit Kontakthebelanordnung gebaut worden. Sie arbeiten auf Grund eines besonders abgestimmten elektromagnetischen Auslösesystems erheblich schneller als Selbstschalter der üblichen Bauart.

Gleichstrom-Schnellschalter werden als Kurzschlußschutzschalter bei Generatoren, Einankerumfoirmern und Gleichrichtern verwendet. Ebenso' ist ihr Einsatz als Streckenschalter bzw. Kuppelstellenschalter in Bahnanlagen bekannt.

In neuerer Zeit werden auch Stromrichteranlagen in Walzwerk- und Elektrolysebetrieben gleichstromseitig mit Schaltern dieser Art ausgerüstet. Ihre Brauchbarkeit hängt wesentlich von den dort auftretenden hohen Stromwerten, bei Walzwerkanlagen insbesondere Spi-tzenströmm, ab. Von. Gleichstrom-Schnellschaltern wird «ine hohe Selektivität, insbesondere bei parallel arbeitenden Gleichrichtereinheiten, gefordert. Hierbei ist das schnelle Ansprechen der Geräte bei Kurzschlüssen für den einwandfreien Schutz der Anlage besonders, notwendig.

Die auf dem Markt befindlichen Schalter arbeiten entweder nach dem sogenannten Haltemagnetprinzip oder lösen durch ein Magnetsystem mit Schlaganker aus. Gleichstrom-Sohnellschalter, die mit einem Haltemagnet ausgerüstet werden, finden insbesondere als Hochstromschalter bis 10 kA Nennstrom Verwendung. Die an derartige; Schaltgeräte gestellten Forderungen beziehen: sich im wesentlichen auf:

1. die Auslösung in beiden Stromrichtungen,

2. das Einstellen' der gewöhnlich bei Haltemagnet-Scbnellschaltern vorzufindenden Stromanstiegsempfindlichkeit,

3. das Herabsetzen des Schaltverzuges bzw. der Eigenzeit des zumeist mit großen Massen arbeitenden Schnellschalters.

Das bewegliche Kontaktstück ist bei den bekannten Schnellschaltern fast ausschließlich als Hebelkontakt ausgebildet, so daß die Stromzuführung mit Hilfe eines beweglichen stromführenden Bandes erfolgen muß. Gleichstrom-Schnellschalter besitzen weiterhin zur Schonung des Hauptkontaktes sogenannte Foige- oder Abreißkontakte. Diese Kontakte übernehmen, üblicherweise den während einer Abschaltung entstehenden. Lichtbogen.

Die mit einem Schlaganker ausgerüsteten Gleichstrom-Schnellschalter waren, bisher auf Grund genau aufeinander abgestimmter Massen nur bis zu einer be>stimmten Stromstärke einsetzbar. Ihre Verwendung als Schutzschalter für höhere Ströme konnte bisher nur unter Heranziehung einer Fremdbelüftung erfol-Gleichstrom-Schnellschalter für höhere
Stromstärken mit kurzer Eigenzeit

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. m. b. H._r Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Heinz Fehling, Neumünster,
ist als Erfinder genannt worden

gen. Die Verwendung der Luftkühlung bei Elektrogeräten, ist an sich: bekannt, hat jedoch den Nachteil zusätzlicher Kosten und Wartungsaufgaben.

Die angeführten Mängel werden mit dem Gleichstrom-Schnellschalter nach der Erfindung beseitigt.

Der im folgenden beschriebene und in. der Zeichnung dargestellte Schnellschalter für hohe Stromstärken mit Schlaganker, Halte- und Auslösemagnet ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung sehr geringer Eigenzeiten: (1,5 bis 2 ms) der Auslöse¹-magnet in zwei symmetrisch im Winkel zueinander liegende Auslösemagnete aufgeteilt und daß in dem zwischen ihnen frei gebliebenen Raum der vom Schlaganker betätigte Brückenkontakt angeordnet ist.

Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wirkt der Schlaganker mit einer Feder zusammen,, indem sein Impuls kurz vor dem Auftreffen auf den Kontakt durch, die Federkraft vergrößert wird, insbesondere kurz vor dem Auftreffen auf den Kontakt. Der Schlaganker ist zwischen, den im Winkel liegenden Polflächen, der Auelösemagnete und dem aufrecht gestellten Haltemagnet angeordnet.

Der Brückenkontakt hat eine möglichst kleine Masse und ist mit einem eingelagerten Abreißkontakt versehen. Die Wärmeableitung erfolgt durch die größeren Massen, des festen Kontaktstückeis des Schalters. "

In der Zeichnung ist ein gemäß der Erfindung ausgebildeter Schalter in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm, in dem der Geschwindigkeitsverlauf der bewegten Schalterteile in Abhängigkeit vorn Weg dargestellt ist.

809 599/464

Fig. 1 a gibt in Analogie zur Fig. 1 die Stellung des Schlagankers, der Auslöseklinken und der für die öffnung des Kontaktes notwendigen Federtraverse wieder. Die Kurve α in Fig. 1 zeigt die Geschwindigkeitszunahme des Schlagankers, die Kurve b die Geschwindigkeit des Federsystems, die Kurven α und b den Geschwindigkeitsverlauf nach der Entklinkung des Systems. Der Vorgang ist folgender:

Beim Überschreiten des am Gleichstrom-Schnellschalter eingestellten Auslösewertes wird der Anker 13 vom Haltemagnet 10 abgerissen. Zu diesem Zeitpunkt kommt die Geschwindigkeitszunahme des Schlagankers allein zur Wirkung (s. Punkt O bis Punkte in Fig. 1 und la). In Punkte trifft schließlich der Anker 13 auf die Auslöseklinken 17 der Federtraverse 16, die Entklinkung setzt ein, und bei B gibt die Klinke die Federtraverse frei. In diesem Augenblick wird der durch die Federn 18 dargestellte Energiespeicher freigegeben, und die Traverse 16 schnellt in Richtung zum Kontakt. Die freigegebene Federenergie überlagert sich der Energie, die der Schlaganker durch die Auslösung besitzt. Die Kraftwirkungen addieren sich, und mit Hilfe der Federtraverse wird der Kontakt in sehr kurzer Zeit geöffnet und auf den Punkt C gebracht.

Nach Fig. 2 weist der Schalter zwei Hauptstromspulen 2 und 2' auf, die zugleich als Auslösespulen und Blasspulen dienen. Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung entspricht dem in Fig. 3 und 4 in seiner baulichen Anordnung schematisch in Seiten- und Stirnansicht dargestellten Gleichstrom-Schnell schalter.

Der Aufbau erfolgt in üblicher Weise auf einer Grundplatte 1, die alle übrigen Bauteile trägt und fahrbar ausgebildet sein kann. Die Hauptstromspulen 2 und 2' führen bei eingeschaltetem Schnellschalter den Strom und dienen gleichzeitig als Erregerspulen für den Auslösemagnet 3 und 3'. Die Kerne 14, von denen nur einer in Fig. 3 eingezeichnet ist, stehen in direkter Verbindung mit den Blasblechen 21, 21', die daher ebenfalls von den Spulen 2 und 2' erregt werden. Der Brückenkontakt 6 stellt die Verbindung zwischen, den in bezug auf die Schalterlängsachse symmetrisch angeordneten Spulen 2 und 2' bzw. Hauptkontakten 20, 2C her. Beide Spulen werden zu je zwei parallel liegenden Paaren angeordnet und derart bemessen, daß eine geringe Stromdichte in ihnen auftritt. Die Stromzuführungsschiene 7 wird durch den am Schalter vorgesehenen und befestigten Wandler 8 geführt. Als Verbindungsstück dient der Strombolzen 9. Er wird vom Haltemagnet 10 umschlossen. Zur Feineinstellung ist ein magnetischer Nebenschluß 11 vorgesehen. Er ist gleichzeitig Träger der Polarisations- und Impulsspule 12 und liegt unterhalb des Strombolzens 9. Durch Anschluß der Spule 12 an eine Gleichspannungsquelle wird es möglieh, den Schnellschalter in einem bestimmten Auslösungsverhältnis von Vorwärts- und Rückwärtsstrom arbeiten zu lassen. Dieses Auslöseverhältnis beträgt bei der hier beschriebenen Anordnung 1 :7 bis 1 :9. Der Schlaganker 13 betätigt eine Auslöseklinke 17 und beschleunigt gleichzeitig nach der Entklinkung die Federtraverse 16. Die Säulen 15 und 15' (Fig. 4) dienen zur Führung der Traverse 16 und tragen in symmetrischer Anordnung je eine Auslöseklinke 17. Die Vorspannfedern 18 stellen den bereits beschriebenen zusätzlichen Energiespeicher dar, der durch die Entklinkung der Federtraverse freigegeben wird. Die Hauptkontaktbrücke 6 ist an ihren kontaktgebenden Stellen mit Feinsilber belegt und trägt in sich den an beiden Enden überragenden Folge- und Abreißkontakt 6'. Der Abreißkontakt ist im Hauptkontakt eingebettet. Er ist durch die Federn 23 abgestützt und: besteht in der Regel aus einem abbrandfesten Material. Zur Schonung des Hauptkontaktes im Augenblick der Kontaktöffnung erhält der Folgekontakt eine geringe Voreilung. Hierbei ist es wichtig, die Kommutierungsverhältnisse während der Kontaktbewegung zu berücksichtigen.

Die Lichtbogenkammern 21 und 21' dienen zur Lichtbogenlöschung. Die in die Lichtbogenkammern 21 und 21' ragenden festen Schaltstücke 20 und 20' sind mit Stirnkante» 23 zur Übernahme des Öffnungslichtbogens versehen. Der Gleichstrom-Schnellschalter wirkt in folgender Weise:

In Fig. 5 ist die Flußausbildung in dem Magnetsystem des Gleichstrom-Schnellschalters schematisch dargestellt. Während des Auftretens eines Kurzschluß-Stromes wird in dem Auslösemagnet 3 und 3' durch die Auslösespulen 2 und 2' ein magnetischer Fluß Φ χ erzeugt, während durch den Strombolzen 9 im Haltemagnet 10 gleichzeitig ein magnetischer Fluß Φ_Η entsteht. Der auf dem Haltemagnet 10 aufliegende Schlaganker 13 wird sowohl von dem Auslösefluß Φ_Α als auch von dem Haltefluß Φ_Η in gleicher Richtung durchflossen. Der Haltemagnet ist so ausgelegt, daß seine Sättigung bei niedrigeren Strömen eintritt als bei den beiden; Auslösemagneten. Durch die hohe Erregung der Auslösemagnete 3 und 3' wächst der Fluß Φ_Α wesentlich stärker an als der Fluß <2># im Haltemagnet. Der Schlaganker wird mithin nach Erreichen genügend hoher magnetischer Abzugskräfte vom Haltemagnet weggerissen. Wird der Strombolzen. 9 nicht hinter dem Steuerjoch 11 angebracht, sondern, wie Fig. 3 zeigt, im vorderen Magnetkreis des Haltemagnets, so ist die Möglichkeit, den Fluß zu steuern, verbessert. In Fig. 5 ist der durch die Polarisationsspule erzeugte Fluß Φ_Ρ gestrichelt eingezeichnet. Er verstärkt beispielsweise für die Vorwärtsstromauslösung den Haltefluß Φ_Η. Dagegen wird bei einer Rückstromauslösung der Haltefluß Φ# durch den Polarisationsfluß Φ_Ρ geschwächt und gibt den. Anker für die Auslösung des Schnellschalters wesentlich früher frei. Durch die beschriebene Anordnung läßt sich, wie bereits gesagt, nunmehr ein Auslöseverhältnis von etwa 1 :7 bis 1 :9 herstellen im Gegensatz zu den bisher möglichen Auslöseverhältnissen von etwa 1 : 3 bis 1 : 5.

Nach Durchlaufen der Strecke O bis A werden durch den Schlaganker 13 die Auslöseklinken 17 betätigt. Sie geben' die auf einem vorgespannten Federsystem sitzende Traverse 16 frei, die ihrerseits den Kontakt 6 öffnet. Die Zusammenwirkung von Schlaganker und Federsystem ermöglicht die Einhaltung sehr kurzer Eigenzeiten.

Für die Feineinstellung sowie für die Justierung des Gleichstrom-Schnellschalters auf ein bestimmtes Auslöseverhältnis ist die Einführung einer Justierbrücke 19 am Haltemagnet 10 vorgesehen. Sie dient zur Steuerung des Haltemagnetflusses.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Gleichstrom-Schnellschalter für hohe Stromstärken mit Schlaganker, Halte- und Auslösemagnet, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung sehr geringer Eigenzeiten (1,5 bis 2 ms) der Auslösemagnet in zwei symmetrisch im Winkel zueinander liegende Auslösemagnete (3, 3') aufgeteilt und daß in dem zwischen ihnen frei gebliebenen Raum der vom Schlaganker (13) betätigte Brückenkontakt (6) angeordnet ist.

2. Schnellschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlaganker (13) zwischen den' im Winkel zueinander liegenden Polflächen der Auslösemagnete (3, 3') und dem aufrecht gestellten Haltemagnet (10) angeordnet ist.

3. Schnellschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltemagnet (10) mit einem Nebenschluß (11) versehen ist und: daß durch den mit diesem Nebenschluß gebildeten vorderen, bzw. ankerseitigen Magnetkreis ein den Schalterstroin führender und zur magnetischen Steuerung des Halteflusses dienender Strombolzen (9) durchgeführt ist.

4. Schnellschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlaganker (13) mit Federn (18) zusammenwirkt, indem sein Impuls, insbesondere kurz vor dem Auftreffen auf den Kontakt (6), durchi die Federkraft (18) vergrößert wird.

5. Schnellschalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits der Kontaktbrücke (6, 6') zur Auslösung und: magnetischen Blasung dienende Spulen (2, 2') vorgesehen und diese Spulen miteinander und mit der Kontaktbrücke in Reihe geschaltet sind.

6. Schnellschalter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abreißbrückenkontakt (6') durch den hohl ausgebildeten Hauptbrückenkontakt (6) durchgeführt und in der Höhlung mittels Federn (23) abgestützt ist.

7. Schnellschalter nach Anspruch 1 bis 6, dar durch gekennzeichnet, daß der im Hauptbrückenkontakt (6) gelagerte Abreißbrückenkontakt (6') aus Mchtbogenfestem Werkstoff, insbesondere aus einer Wolfram-Kupfer- oder einer Kupfer-Chrom-Legierung besteht.

8. Schnellschalter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nach Entriegelung das öffnen des Brückenkontaktes (6') bewirkende Federanordnung (18) auf eine Traverse (16) einwirkt und mittels Auslöseklinken (17) von dem Schlaganker (13) freigegeben wird.

9. Schnellschalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Lichtbogenkammern ragenden festen Kontaktstücke (20, 20') mit Stirnkanten (23) zum Übernehmen des Öffnungslichtbogens versehen sind.

10. Schnellschalter nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgerät in bezug auf seine vertikale Mittelachse symmetrisch aufgebaut ist.

11. Schnellsahalter nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Polarisationsverhältnisses im Haltemagnet (10) ein magnetischer Nebenschluß (11) vorgesehen ist.

12. Schnellschalter nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feineinstellung und Eichung eines bestimmten Auslöseverhältnisses am Haltemagnet (10) eine magnetische Justierbrücke (19) angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 958 219, 740 851,
485, 650 055, 601544;

österreichische Patentschrift Nr. 143 957.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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