DE1053648B - Protective device for periodically operated electrical contacts - Google Patents

Protective device for periodically operated electrical contacts

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DE1053648B
DE1053648B DEL12870A DEL0012870A DE1053648B DE 1053648 B DE1053648 B DE 1053648B DE L12870 A DEL12870 A DE L12870A DE L0012870 A DEL0012870 A DE L0012870A DE 1053648 B DE1053648 B DE 1053648B
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Germany
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contact
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Pending
Application number
DEL12870A
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German (de)
Inventor
Dr-Ing Floris Koppelmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/106—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for dynamic converters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Breakers (AREA)

Description

DEUTSCHESGERMAN

Kontakte haben gegenüber anderen physikalischen Mitteln zur Unterbrechung oder Gleichrichtung von Strömen den Vorteil, daß sie außerordentlich geringe Verluste aufweisen; andererseits haben sie jedoch den Nachteil, daß sie leicht durch auftretende Schaltlichtbögen zerstört werden. In manchen praktischen Fällen, beispielsweise bei großen mechanischen Stromrichtern, ist es notwendig, in Störungsfällen die Kontakte vor dem Verbrennen durch Schaltlichtbögen zu schützen. Für diesen Zweck ist eine ganze Reihe von Einrichtungen vorgeschlagen worden, welche die Schutzeinrichtung für die Kontakte im Störungsfall möglichst frühzeitig wirksam werden lassen sollen. Eine andere Anforderung, die an die Auslösung der Schutzeinrichtung zu stellen ist, besteht darin, daß sie in allen praktisch vorkommenden Störungsfällen schnell und sicher anspricht. Der Kontakt ist immer dann gefährdet, wenn an ihm ungewollte Lichtbögen auftreten. Beispielsweise arbeiten die Kontakte von mechanischen Stromrichtern im normalen Betrieb ganz ohne Schaltfeuer, sie sind daher verhältnismäßig klein. Tritt an ihnen im Störungsfall ein Lichtbogen auf, so besteht die Gefahr, daß sie in kürzester Zeit verbrennen.Contacts have opposite other physical means of interrupting or rectifying Streams have the advantage that they have extremely low losses; on the other hand, however, they have that Disadvantage that they are easily destroyed by switching arcs that occur. In some practical cases, For example, in the case of large mechanical converters, it is necessary to open the contacts in the event of a fault to protect against burning caused by switching arcs. For this purpose there is a whole range of facilities has been proposed which the protective device for the contacts in the event of a fault if possible should take effect at an early stage. Another requirement made on the tripping of the protective device is to be asked, consists in the fact that it is fast and in all practically occurring malfunctions sure to respond. The contact is always at risk if unwanted arcing occurs on it. For example, the contacts of mechanical power converters work in normal operation completely without switching lights, so they are relatively small. If an electric arc occurs on them in the event of a fault up, there is a danger that they will burn up in no time.

Es ist üblich, bei mechanischen Stromrichtern Kontakte mit Doppelunterbrechung vorzusehen, d. h., es liegen zwei Kontakttrennstellen in Reihe. Es ist weiter möglich, die Nebenwege, die vielfach kapazitiven Charakter haben, aber auch ein Ventil enthalten können, nicht nur an die festen Kontakte, sondern auch an die bewegliche Kontaktbrücke anzuschließen, insbesondere zur Überprüfung von betrieblichen Größen (z. B. Schließdauer des Kontaktes).It is common practice in mechanical converters to provide double-break contacts; h., it there are two contact separation points in series. It is also possible to use the secondary routes, which are often capacitive Have character, but can also contain a valve, not only on the fixed contacts, but also to be connected to the movable contact bridge, especially for checking operational parameters (e.g. closing time of the contact).

Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Schutzeinrichtung für periodisch betätigte elektrische Kontakte, bei denen zwei Kontakttrennstellen in Reihe arbeiten und zu einer oder zu beiden in Reihe geschalteten Trennstellen ein Nebenweg parallel geschaltet ist, welcher im Falle eines Lichtbogens am Kontakt einen Strom führt. Erfindungsgemäß enthält jeder dieser Nebenwege ein Gleichrichterventil und eine Auslösespule der Schutzeinrichtung. Dadurch erreicht man, daß die beiden Störungsursachen (Rückzündungen und Lichtbögen in Vorwärtsrichtung) getrennt voneinander, also selektiv, erfaßt werden.The invention now relates to a protective device for periodically actuated electrical contacts, where two contact separation points work in series and one or both of them are connected in series Separation points a bypass is connected in parallel, which in the event of an arc at the contact a Current leads. According to the invention, each of these bypasses contains a rectifier valve and a trip coil the protective device. This achieves that the two causes of malfunction (backfiring and Arcs in the forward direction) can be detected separately from one another, i.e. selectively.

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Beispiel für die Erfindung dargestellt. Es handelt sich um den Kontakt eines Kontaktgleichrichters mit zwei feststehenden Kontaktstücken 1 und 2 und einer Kontaktbrücke 3. In Reihe mit diesem Kontakt, welcher durch ein Getriebe periodisch im Rhythmus der gleichzurichtenden Wechselspannung geöffnet und geschlossen wird, liegt eine Schaltdrossel 4, die verhindert, daß im normalen Betrieb Lichtbögen an dem Kontakt auftreten. Diese Schutzeinrichtung für periodisch betätigte elektrische KontakteIn Fig. 1 of the drawing, an example of the invention is shown. It's about the contact a contact rectifier with two fixed contact pieces 1 and 2 and a contact bridge 3. In series with this contact, which is periodically through a gear in the rhythm of the rectified AC voltage is opened and closed, there is a switching throttle 4, which prevents normal Operation arcing occurs at the contact. This protective device for periodically operated electrical contacts

Anmelder:Applicant:

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

Dr.-Ing. Floris Koppelmann, Berlin-Siemensstadt,
ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Floris Koppelmann, Berlin-Siemensstadt,
has been named as the inventor

Aufgabe der Schaltdrossel wird in praktischen Fällen gewöhnlich noch unterstützt durch Nebenwege zu den Kontakten, die in Fig. 1 nicht gezeichnet sind und die mit der Erfindung direkt nichts zu tun haben. Parallel zu dem festen Kontaktstück 1 und der bewegten Kontaktbrücke 3 liegt nach der Erfindung ein Nebenweg, welcher das Gleichrichterventil 5 und eine Auslösespule 6 für die Schutzeinrichtung enthält. Solange an dem Kontakt kein Lichtbogen auftritt, fließt durch den Nebenweg", d. h. durch die Auslösespule 6, kein Strom, denn im geschlossenen Zustand liegt zwischen dem Kontaktstück 2 und der Kontaktbrücke 3 keine Spannung bzw. nur der geringfügige Spannungsabfall, den der Strom an dem geschlossenen metallischen Kontakt zwischen dem Kontaktstück2 und der Kontaktbrücke3 hervorruft. Dieser reicht nicht aus, um durch die Auslösespule 6 einen nennenswerten Strom zu führen. Im geöffneten Zustand, also wenn die Kontaktbrücke 3 von den festen Kontaktstücken 1 und 2 abgehoben ist, kann ebenfalls kein Strom durch die Auslösespule 6 fließen, da von der Kontaktbrücke 3 kein Abfluß des Stromes möglich ist. Sobald jedoch am geöffneten Kontakt ein Lichtbogen auftritt, treibt der Spannungsabfall dieses Lichtbogens einen Strom durch die Auslösespule 6, vorausgesetzt, daß das Gleichrichterventil 5 eine entsprechende Flußrichtung hat. Ist beispielsweise die Richtung des Arbeitsstromes entsprechend dem eingezeichneten Pfeil vom Kontaktstück 1 über die Kontaktbrücke 3 zum Kontaktstück 2, so tritt in dem Fall, daß über den Kontakt ein ungewollter Rückstrom fließt, zwischen dem Kontaktstück 2 und der Kontaktbrücke3 ein Rückzündlichtbogen von solcher Polarität auf, daß das eingezeichnete Gleichrichterventil 5 einen dem Spannungsabfall dieses Rückzündlichtbogens entsprechenden Strom durch die Auslösespule 6 durchlassen kann. Die gezeichnete Anordnung spricht also auf Rückzündlichtbögen zwischen dem Kontaktstück 2 undIn practical cases, the task of the switching throttle is usually supported by secondary routes to the Contacts which are not shown in Fig. 1 and which have nothing to do directly with the invention. Parallel According to the invention, there is a side path to the fixed contact piece 1 and the moving contact bridge 3, which contains the rectifier valve 5 and a trip coil 6 for the protective device. As long as no arcing occurs at the contact, no current flows through the bypass path ", i.e. through the trip coil 6, because in the closed state there is no voltage between the contact piece 2 and the contact bridge 3 or only the slight voltage drop caused by the current at the closed metallic contact between the contact piece 2 and the contact bridge 3. This is not enough to go through the trigger coil 6 to carry a significant current. In the open state, so when the contact bridge 3 of the fixed contact pieces 1 and 2 is lifted, no current can flow through the trip coil 6 either, since no outflow of the current is possible from the contact bridge 3. As soon as, however, on the open contact Arc occurs, the voltage drop of this arc drives a current through the trip coil 6, provided that the rectifier valve 5 has a corresponding flow direction. For example, is the Direction of the working current according to the arrow drawn from the contact piece 1 over the contact bridge 3 to contact piece 2, in the event that an unwanted reverse current flows through the contact, between the contact piece 2 and the contact bridge 3, a back-ignition arc of such polarity that the rectifier valve 5 shown has a corresponding to the voltage drop of this back-ignition arc Can pass current through the trip coil 6. So the arrangement drawn speaks up Backfire arcs between the contact piece 2 and

809' 787/237809 '787/237

Claims (4)

der Kontaktbrücke 3 an. Natürlich muß der Rückstrom über einen zweiten Lichtbogen zwischen der Kontaktbrücke 3 und dem Kontaktstück 1 weiter über die Schaltdrossel in das Netz oder den Umspanner fließen. Da ein Lichtbogen bereits im ersten Augenblick seiner Entzündung einen Spannungsabfall von mindestens 10 V aufweist, so wirkt die angegebene. Auslösung der Schutzeinrichtung unverzögert vom allerersten Augenblick der Störung an. Es steht auch eine verhältnismäßig große Energie zur Verfügung, da Rückzündlichtbögen große Stromstärken führen, und da diese Stromstärken zusammen mit dem Spannungsabfall von mindestens 10 V eine beträchtliche Leistung darstellen. Wenn man in der Schaltung der Fig. 1 das Gleichrichterventil 5 fortließe, würde die Auslösespule 6 dann auch in dem Fall einen Stromimpuls erhalten, wenn nicht ein Rückstrom, sondern ein Vorwärtsstrom über den geöffneten Kontakt in einem Lichtbogen fließen würde. Eine derartige Anordnung ist bekannt. Dies kann im praktischen Betrieb von mechanischen Gleichrichtern dann auftreten, wenn der Schalttakt der Kontakte nicht die richtige Phasenlage zu den elektrischen Vorgängen hat, was beispielsweise bei Störungen des Antriebs oder auch bei Überlastungen auftre- a5 ten kann. Das Gleichrichterventil 5 wird jedoch praktisch sofort erforderlich, wenn man an die Kontaktbrücke 3 noch weitere Schutz- oder Meßkreise anschließen will, wie es in Fig. 2 angedeutet ist. In diesem Fall liegt auch parallel zur Trennstelle 1 und 3 ein Nebenweg zur Auslösung der Schutzeinrichtung, und zwar mit dem Gleichrichterventil 7 und der Auslösespule 8. Bei der gezeichneten gegeneinander gerichteten Durchlaßrichtung der beiden Gleichrichterventile 5 und 7 kann kein Strom direkt über die Auslösespule 8, das Gleichrichterventil 7, das Gleichrichterventil 5 und die Auslösespule 6 fließen, vielmehr fließen durch die Auslösespule 8 bzw. 6 nur dann Ströme, wenn sie über die Kontaktbrücke 3 abfließen können. Dies ist nur dann der Fall, wenn die Kontaktbrücke 3 über einen Lichtbogen Verbindung mit den Kontaktstücken 1 und 2 hat. In diesem Fall treibt der Spannungsabfall an diesen Lichtbögen einen Strom entweder durch die Auslösespule 8 oder durch die Auslösespule 6, und zwar fließt ein Strom über die Auslösespule 6 und das Gleichrichterventil 5, wenn über den Kontakt ein Rückstrom fließt. Fließt dagegen über den Kontakt im geöffneten Zustand, d. h. unter Lichtbogenbildung ein Vorwärtsstrom, entsprechend der durch den Pfeil angedeuteten Stromrichtung, so kann nur an der Auslösespule 8 über das Gleichrichterventil 7 ein Strom durch den Spannungsabfall des Lichtbogens getrieben werden. Der Auslösekreis 6 und 5 erfaßt also die Rückzündfälle, der Auslösekreis 8 und 7 dagegen die Störungsfälle, in denen Vorwärtsstrom unter Lichtbogenbildung am Kontakt auftritt. In Fig. 2 ist noch ein drittes Gleichrichterventil 9 an die Kontaktbrücke 3 angeschlossen, und zwar handelt es sich hier um die bekannte Anordnung zur Überwachung der Kontaktschließzeiten mit Hilfe der Spannung an der Schaltdrossel 4. Wie diese Einrichtung wirkt, ist für die Erfindung nicht von Bedeutung, es soll daher nicht darauf eingegangen, sondern nur darauf hingewiesen werden, daß bei der eingezeichneten Durchlaßrichtung des Gleichrichterventils 9 kein Strom über die Gleichrichterventile 7 oder 5 in den Kreis 9 bzw. umgekehrt fließen kann. Letzteres ist für das einwandfreie Arbeiten der beiden Nebenwege zur Auslösung der Schutzeinrichtung nach der Erfindung notwendig; ebenso ist es auch notwendig für das ein- wandfreie Arbeiten des Überwachungskreises 9 für die Kontaktschließzeilen. Bekanntlich lassen Gleichrichterventile, insbesondere Trockengleichrichterzellen, wie sie für die Erfindung in Frage kommen, auch in der Sperrichtung gewisse Ströme durch. Damit diese die Wirkungsweise der verschiedenen an die Kontaktbrücke 3 angeschlossenen Prüfstromkreise nicht beeinträchtigen, müssen die Gleichrichterventile 5, 7 und 9 entsprechend ausgesucht sein. Gut geeignet sind beispielsweise Germanium - Gleichrichter, welche kleinen Rückstrom, hohe Sperrspannung und geringen Spannungsabfall in Flußrichtung aufweisen. Die Auslösespulen 6 und 8 können entweder Wicklungen von Schnellrelais darstellen oder sie können direkt auf die Betätigung der Schutzeinrichtung, beispielsweise des Kurzschließers einwirken. Man kann auch den Spannungsabfall an den Auslösespulen 6 und 8 ausnutzen, um Gasentladungsgefäße zu zünden und mit ihnen unter Verwendung noch größerer Energien die Schutzeinrichtung schnellstens zum Ansprechen zu bringen. Mit der Einrichtung nach der Erfindung gelingt es, in manchen Störungsfällen die Schutzeinrichtung so schnell zur Auslösung zu bringen, daß praktisch noch keine Zerstörung an den Kontakten auftritt. Es besteht die Gefahr, daß die Schutzeinrichtung unnötigerweise betätigt wird durch kleine vorübergehende Lichtbögen an den Kontakten, die noch keine Gefahr einer Beschädigung darstellen. Will man dies verhindern, so kann man die Auslösespulen 6 und 8 künstlich unempfindlich machen, beispielsweise durch geringe Windungszahlen, wenn es sich um Relaiswicklungen handelt. Bei mehrphasigen mechanischen Gleichrichtern ist es zur Vereinfachung zweckmäßig, nicht für jeden einzelnen Kontakt Auslösespulen 6 bzw. 8 vorzusehen, sondern diese für mehrere Kontakte nach den in der Elektrotechnik üblichen schaltungstechnischen Verfahren zusammenzufassen. Man kann auch in Fig. 2 die Auslösespulen 6 und 8 dadurch in eine zusammenfassen, daß man letztere direkt in den gemeinsamen Anschluß an die Kontaktbrücke 3 legt, wie die in Fig. 2 gestrichelt angedeutete Spule zeigt. Patentansprüche:the contact bridge 3. Of course, the return current must flow via a second arc between the contact bridge 3 and the contact piece 1 via the switching reactor into the network or the transformer. Since an arc already has a voltage drop of at least 10 V in the first instant of its ignition, the specified one is effective. The protective device is triggered immediately from the very first moment of the fault. There is also a relatively large amount of energy available, since backfire arcs carry large currents, and since these currents, together with the voltage drop of at least 10 volts, represent considerable power. If the rectifier valve 5 were left out in the circuit of FIG. 1, the tripping coil 6 would then also receive a current pulse if not a reverse current but a forward current were to flow through the open contact in an arc. Such an arrangement is known. In the practical operation of mechanical rectifiers, this can occur when the switching cycle of the contacts does not have the correct phase position in relation to the electrical processes, which can occur, for example, in the event of drive malfunctions or overloads. The rectifier valve 5 is, however, required practically immediately if one wants to connect further protective or measuring circuits to the contact bridge 3, as is indicated in FIG. In this case, there is also a bypass path parallel to the separation point 1 and 3 for triggering the protective device, namely with the rectifier valve 7 and the tripping coil 8. In the direction of flow of the two rectifier valves 5 and 7, which are directed against each other, no current can flow directly through the tripping coil 8, the rectifier valve 7, the rectifier valve 5 and the trip coil 6 flow; rather, currents only flow through the trip coil 8 or 6 when they can flow off via the contact bridge 3. This is only the case if the contact bridge 3 is connected to the contact pieces 1 and 2 via an arc. In this case, the voltage drop across these arcs drives a current either through the trip coil 8 or through the trip coil 6, namely a current flows through the trip coil 6 and the rectifier valve 5 when a reverse current flows through the contact. On the other hand, it flows through the contact in the open state, i. H. with the formation of an arc, a forward current corresponding to the current direction indicated by the arrow, a current can only be driven at the trip coil 8 via the rectifier valve 7 through the voltage drop of the arc. The trip circuit 6 and 5 thus detects the backfires, the trip circuit 8 and 7, however, the failure cases in which forward current occurs with arcing at the contact. In Fig. 2, a third rectifier valve 9 is connected to the contact bridge 3, namely this is the known arrangement for monitoring the contact closure times with the help of the voltage on the switching inductor 4. How this device works is not of the invention Meaning, it is therefore not to be discussed, but only to be pointed out that in the indicated flow direction of the rectifier valve 9, no current can flow through the rectifier valves 7 or 5 into the circuit 9 or vice versa. The latter is necessary for the two secondary routes to work properly to trigger the protective device according to the invention; it is also necessary for the proper functioning of the monitoring circuit 9 for the contact closing lines. It is known that rectifier valves, in particular dry rectifier cells, as they come into consideration for the invention, also allow certain currents through in the reverse direction. The rectifier valves 5, 7 and 9 must be selected accordingly so that these do not impair the mode of operation of the various test circuits connected to the contact bridge 3. For example, germanium rectifiers which have a low reverse current, high reverse voltage and low voltage drop in the direction of flow are well suited. The trip coils 6 and 8 can either represent windings of high-speed relays or they can act directly on the actuation of the protective device, for example the short-circuiter. The voltage drop at the tripping coils 6 and 8 can also be used to ignite gas discharge vessels and, with them, use even greater energies to activate the protective device as quickly as possible. With the device according to the invention it is possible in some malfunctions to trigger the protective device so quickly that practically no destruction of the contacts occurs. There is a risk that the protective device will be actuated unnecessarily by small, temporary arcing on the contacts, which do not yet represent a risk of damage. If you want to prevent this, you can make the trip coils 6 and 8 artificially insensitive, for example by using a small number of turns when it comes to relay windings. In the case of multiphase mechanical rectifiers, for the sake of simplification, it is advisable not to provide trip coils 6 or 8 for each individual contact, but to combine them for several contacts using the circuitry methods customary in electrical engineering. The tripping coils 6 and 8 can also be combined into one in FIG. 2 by placing the latter directly in the common connection on the contact bridge 3, as the coil indicated by dashed lines in FIG. 2 shows. Patent claims: 1. Schutzeinrichtung für periodisch betätigte elektrische Kontakte, bei denen zwei Kontakttrennstellen in Reihe arbeiten und zu einer oder zu beiden in Reihe geschalteten Trennstellen ein Nebenweg parallel geschaltet ist, welcher im Falle eines Lichtbogens am Kontakt einen Strom führt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder dieser Nebenwege ein Gleichrichterventil und eine Auslösespule der Schutzeinrichtung enthält.1. Protective device for periodically actuated electrical contacts with two contact separation points work in series and to one or both of the disconnection points connected in series Bypass is connected in parallel, which carries a current in the event of an arc at the contact, characterized in that each of these bypasses has a rectifier valve and a trip coil the protective device contains. 2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt aus zwei feststehenden Kontaktstücken und einer beweglichen Kontaktbrücke besteht, wobei die Nebenwege an die bewegliche Kontaktbrücke angeschlossen sind.2. Protection device according to claim 1, characterized in that the contact consists of two fixed Contact pieces and a movable contact bridge consists, with the bypasses at the movable contact bridge are connected. 3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit je einem Nebenweg parallel zu den beiden in Reihe liegenden Trennstellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterventile in den beiden Nebenwegen gegeneinander geschaltet sind.3. Protection device according to claim 1 or 2, each with a bypass parallel to the two in Line of separation points, characterized in that the rectifier valves in the two Byways are switched against each other. 4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an die bewegliche Kontaktbrücke gleichzeitig über einen Nebenweg eine Anordnung zur Überwachung der Kontaktschließzeiten mit einem Gleichrichterventil angeschlossen ist, wobei die Durchlaßrichtung4. Protection device according to claim 1 or the following, characterized in that the movable Contact bridge at the same time via a byway an arrangement for monitoring the Contact closure times connected to a rectifier valve, the forward direction
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH222643A (en) * 1940-08-17 1942-07-31 Hermes Patentverwertungs Gmbh Arrangement for switching devices with lifting contacts, such as contact converters, especially inverters.
CH241296A (en) * 1944-04-27 1946-02-28 Hermes Patentverwertungs Gmbh Multi-phase contact converter.

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