DE1059074B - Anordnung zum Unterbrechen von Gleichstromnetzen - Google Patents

Description

Bisher wurden zur Unterbrechung von Gleichstromkreisen vornehmlich Lichtbogenschalter verwendet, bei denen die Lichtbogenspannung durch magnetische Blasung und kühlende Körper aus Metall oder Isolierstoff SO' weit vergrößert wird, daß eine Löschung infolge Instabilwerdens der Entladung zustande kommt. Man hat auch schon versucht, mit Hilfe von Schwingungskreisen od. dgl. einen künstlichen Stromnulldurchgang zu erzeugen, wobei dann die Abschaltung meistens über Gasentladungsventile erfolgte. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, insbesondere in Gleichstromkreisen über die Schaltstelle einen Kondensator derart zu entladen, daß der resultierende Strom durch Null geht, wodurch die Abschaltung erleichtert wird. Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Anordnung zum Unterbrechen von Gleichstrom mit Hilfe eines elektromagnetisch betätigten Hauptschalters, dem die Reihenschaltung, bestehend aus einem geladenen Kondensator und einem Hilfsschalter, parallel geschaltet ist. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem den Hauptschalter enthaltenden Stromkreis mindestens zeitweise stromsperrende Mittel in Reihe zum Hauptschalter eingeschaltet sind und daß beim Einsetzen eines Überstromes sich zunächst der Hilfsschalter selbsttätig schließt und nachfolgend durch den Entladestrom des Kondensators eine stromschwache Stufe erzeugt und zugleich der Hauptschalter ausgelöst wird, worauf die öffnung des Hauptschalters praktisch lichtbogenfrei erfolgt. Als stromsperrende Mittel kommen beispielsweise in Frage Trockengleichrichter, Gasentladungsventile oder passend bemessene Schaltdrosseln entweder in Form gescherter oder vormagnetisierter Drosseln. Die erfindungsgemäße Anordnung zum Unterbrechen AOnGleichstromnetzenweistgegenüber den bekannten Einrichtungen nachstehende Vorteile auf: Die Anordnung ist sowohl geeignet, den normalen Betriebsstrom als auch beliebig steil ansteigende Überströme abzuschalten, wobei die Einleitung der Unterbrechung bei überstrom selbsttätig erfolgt. Die Unterbrechung vollzieht sich bis zu den größten Leistungen praktisch lichtbogenfrei, was" bisher bei Gleichstromschaltern als unmöglich angesehen wurde. Die lichtbogenfreie Abschaltung hat zur Folge, daß der Kontalctbrand verschwindend gering und dementsprechend die Lebensdauer sehr lang wird, so daß derartige Einrichtungen mit Vorteil für Schalter mit sehr großer Schalthäufigkeit bei großer Schaltleistung verwendet werden.

Die Aufladung des Kondensators, der den Gegen- so strom liefert, kann entweder durch eine getrennte Ladeeinrichtung an sich bekannter Art erfolgen; es ist aber auch möglich, den Kondensator über einen Widerstand direkt an das abzuschaltende Gleichstrom-Anordnung zum Unterbrechen
von Gleichstromnetzen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke
Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-yon^Siemens-Str. 50

Beansprudite Priorität: . .

Schweiz vom 29. August 1953

Dr.-Ing. Fritz Kesselring, Zürich (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

netz zu legen, derart, daß er bei geschlossenem Hauptschalter aufgeladen wird. Ferner kann- es zweck; mäßig sein, einen Stromtransformator vorzusehen, dessen Primärwicklung vom Hauptstrom durchflossen ist und dessen Sekundärwicklung über ein Strom¹ ventil derart parallel zum Kondensator liegt, daß bei ansteigendem Strom eine zusätzliche Aufladung des Kondensators erfolgt. Auf diese Weise kann eine schnelle Aufladung des Kondensators beispielsweise beim Schalten auf Kurzschluß erzielt werden.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Aus.führungsform der Erfindung schematisch dargestellt. Es bedeutet 1 eine Gleichstromquelle in Form einer Akkumulatorenbatterie, 2 den elektromagnetisch betätigten Hauptschalter, bestehend aus der Schaltbrücke S_j dem feststehenden Kontalit 4, der Haltewicklung 5 und dem Ausschaltsystem 6 in Form einer Feder. 7 ist der Hilfsschalter, bestehend aus der beweglichen Schaltbrücke 8, dem feststehenden Kontakt 9, der Einschaltwicklung 10 und der Ausschaltfeder 11. Die Einschaltwicklung 10 liegt parallel zu einem im Hauptstromkreis liegenden Widerstand 12. 13 ist ein Kondensator, der über den Widerstand 14 aus der Batterie 1 aufgeladen wird, wenn der Hauptschalter 2 geschlossen und der Hilfsschalter 7 geöffnet ist. 15 ist eine Schaltdrossel, bestehend aus dem Eisenkern 16 mit einem Luftspalt 17 und der Hauptstromwicklung 18. 19 ist ein Stromtransformator mit

909 530/299

Claims (5)

der Primärwicklung 20 und der Sekundärwicklung 21, · deren rechtes Ende über ein Ventil 22 mit dem negativen Pol des Kondensators verbunden ist, während das linke Ende am positiven. Pol liegt. 23 ist eine an sich beliebige Belastung. Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Wird der Hauptschalter 2 beispielsweise von Hand geschlossen, so beginnt ein Strom zu fließen, und zwar vom positiven Pol der Batterie 1 über den Widerstand 12, die Haltewicklung 5, die Schaltbrücke 3, die Wicklung 18 der Schaltdrossel 15, die Wicklung 20 des Stromtransformators, die Belastung 23 und zurück zum negativen Pol der Batterie 1. Die Haltewicklung 5 verhindert dabei ein Abfallen der Schaltbrücke 3. Beim Schließen des Hauptschalters 2 entsteht infolge der Ummagnetisierung der Schaltdrossel 15 eine Einschaltstufe, wodurch ein Schweißen zwischen der Schaltbrücke 3 und dem feststehenden Kontakt 4 vermieden wird. Gleichzeitig mit dem Schließen des Schalters 2 wird der Kondensator 13 über den Widerstand 14 an die Spannungsquelle 1 angeschlossen und lädt sich auf. Sofern von dem Stromtransformator 19 Gebrauch gemacht wird, unterstützt dieser den Ladevorgang, da die Sekundärwicklung 21 und das Ventil 22 so geschaltet sind, daß bei ansteigendem Strom in der Primärwicklung 20 das linke Ende der Sekundärspule 21 positive und das rechte Ende negative Polarität annimmt. Eine Entladung des Kondensators wird durch das Ventil 22 verhindert. Wird nun der Hilfsschalter 7 entweder von Hand oder bei Überstrom durch Erregung der Einschaltwicklung 10 geschlossen, so entlädt sich der Kondensator 13 über die Drossel 15, die Schaltbrücke 3, die Haltewicklung 5, die Schaltbrücke 8. Dieser Entladestrom ist dem über die Schaltbrücke 3 fließenden Hauptstrom entgeg^ngerichtet, wodurch der Strom im Schalter 2 und damit auch in der Haltewicklung 5 geschwächt wird. Im Augenblick, da die Zugkraft der Ausschaltfeder 6 überwiegt, beginnt die Schaltbrücke3 sich in Ausschaltrichtung zu bewegen. Der resultierende Strom verringert sich bis auf seinen Nullwert, worauf ein eventuell auftretender Lichtbogen zwischen der Schaltbrücke 3 und dem feststehenden Kontakt 4 erlischt. Die Entionisierung wird zudem durch die von der Schaltdrossel 15 erzeugte Ausschaltstufe wesentlich erleichtert. Man kann die Anordnung auch noch so treffen, daß die Schaltbrücke 3 sich vom feststehenden Kontakt 4 erst bei Beginn der Ausschaltstufe trennt, wodurch dann eine praktisch lichtbogenfreie Unterbrechung bewirkt werden kann. Nach vollzogener Abschaltung am Schalter 2 setzt ein Ausgleichsvorgang über den Schalter 7, den Kondensator 13 und die Belastung 23 ein, der zusätzlich durch den Widerstand 14 gedämpft wird. Zudem fließt ein kleiner Gleichstrom über den Schalter 7 und den Widerstand 14. Nach Abklingen des Ausgleichsvorganges kann der Schalter 7 praktisch strom- und spannungsfrei geöffnet werden, womit die Abschaltung endgültig vollzogen ist. Der Stromtransformator 20 hat vornehmlich die Aufgabe, im Falle eines steil ansteigenden Überstromes den Kondensator zusätzlich auf eine höhere Spannung aufzuladen, damit auch in diesem Falle der Gegenstrom ungefähr von gleicher Größe wie der abzuschaltende Gleichstrom wird. An Stelle der Schaltdrossel kann auch ein anderes, mindestens zeitweise stromsperrendes Mittel verwendet werden, z. B. ein echtes Stromventil 24, wie es in der Zeichnung punktiert angedeutet ist, beispielsweise in Form eines Trockengleichrichters. In diesem Falle fließt zunächst der volle Gleichstrom über das Ventil 24. Wird der Hilfsschalter 7 geschlossen, so nimmt der resultierende Strom über das Ventil ab, fließt jedoch vorläufig noch in der Durchlaßrichtung, bis der Stromnulldurchgang erreicht ist. Wäre kein Ventil vorhanden, so würde sich nun die Stromrichtung umkehren. Dank der sperrenden Wirkung des Ventils 24 ist dies jedoch nicht möglich, der Strom bleibt vielmehr annähernd Null, und es entsteht daher wiederum eine stromschwache Stufe, während der der Hauptschalter 2 sich öffnet. Von diesem Augenblick an liegt die Sperrspannung zwischen der Schaltbrücke 3 und dem feststehenden Kontakt 4; das Ventil 24 ist somit entlastet, so daß es im allgemeinen nur für eine geringe Sperrspannung, jedoch für den vollen Betriebsstrom bemessen werden muß. Da es sich bei Beginn der Abschaltung im wesentlichen um einen Kommutierungsvorgang handelt, fließt der Gleichstrom zunächst über den Hilfsschalter 7 und den Kondensator 13 weiter, wobei nun der Kondensator im umgekehrten Sinne aufgeladen wird. Ist die Belastung vorwiegend ohmscher Natur, so erfolgt die Aufladung aperiodisch -gedämpft. Der Strom über dem Hilfsschalter 7 hört in dem Augenblick auf zu fließen, da der Kondensator 13 auf die Spannung der Batterie 1 aufgeladen ist. Es kann nun der Schalter 7 praktisch strom- und spannungsfrei geöffnet werden. Ist hingegen die Belastung 23 vorwiegend induktiv, so setzt nach Öffnen des Hauptschalters 3 ein gedämpfter Schwingungsvorgang ein, und der vorhin geschilderte stromlose Zustand wird erst nach Abklingen dieser Schwingung erreicht. Es ist daher zweckmäßig, den Schalter 7 mit einer gewissen Verzögerung zu öffnen, da dann seine Beanspruchung verschwindend gering wird. Durch geeignete Dämpfungsmittel kann in an sich bekannter Weise das Abklingen des Schwingungsvorganges beschleunigt werden. Patentansprüche:

1. Anordnung zum Unterbrechen von Gleichstromnetzen mittels eines elektromagnetisch betätigten Hauptschalters, dem die Reihenschaltung, bestehend aus einem geladenen Kondensator und einem Hilfsschalter, parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den den Hauptschalter enthaltenden Stromzweig mindestens zeitweise stromsperrende Mittel in Reihe zum Hauptschalter eingeschaltet sind und daß beim Einsetzen eines Überstromes sich zunächst der Hilfsschalter selbsttätig schließt und nachfolgend durch den Entladestrom des Kondensators eine stromschwache Stufe erzeugt und zugleich der Hauptschalter ausgelöst wird, worauf die Öffnung des Hauptschalters praktisch lichtbogenfrei erfolgt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Hauptschalter Mittel angeordnet sind, die sowohl vom Hauptstrom als auch vom Gegenstrom durchflossen und mindestens zeitweise stromsperrend sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als stromsperrende Mittel ein echtes Stromventil dient.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als stromsperrende Mittel eine Schaltdrossel dient.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsschalter eine Einschaltwicklung aufweist, die vom Hauptstrom bzw. von