DE1071821B

DE1071821B -

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Publication number: DE1071821B
Application number: DENDAT1071821D
Authority: DE
Priority date: 1955-04-06
Publication date: 1959-12-24
Also published as: US2897408A; GB804388A; CH341878A

Description

DEUTSCHES

Zur Lösung einer Reihe von Schaltproblemen ist es nötig, die Kontakttrennung¹ in Bruchteilen einer Millisekunde, z. B. in höchstens 0,3 ms, nach Auftreten einer Störung (Überstrom, Kurzschluß, Rückstrom) zu bewirken, während bis zum Erreichen der Ausschaltstellung meist etwas längere Zeit, z. B. 0,3 bis 1,5 ms, zur Verfügung steht. Diese Aufgabenstellung legt es nahe, den Ausschaltvorgang in zwei Abschnitte zu unterteilen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Betätigung derart schneller Schalter zwei *° Energiespeicher, ζ. B. einen elektrischen und einen mechanischen, zur Anwendung zu bringen, wobei der letztere meist durch Zerstörung (Bruch, Explosion) eines Halteorgans freigegeben wurde.

Ferner sind Konstruktionen bekanntgeworden, bei ^X5 denen der Schalter in der Einschaltstellung entweder durch eine magnetische Haltekraft oder durch Preßluft festgehalten wird. Die Anordnung eines Elektromagneten im unmittelbaren Bereich der hochspannungführenden Teile ist jedoch unzweckmäßig. Abgesehen hiervon ist es gefährlich, die Einschaltkraft von einer dauernd wirksamen Energiequelle (Erreger-Strom des Elektromagneten, Preßluft) abhängig zu machen, da bei Fehlen der Energiezufuhr eine unbeabsichtigte Ausschaltung auftritt. Es ist auch bereits eine Ausschaltvorrichtung angegeben worden, bei der das die Ausschaltung bewirkende elektrodynamische System mittelbar von dem zu unterbrechenden Strom gespeist ist. Dies hat aber den großen Nachteil, daß bei langsam ansteigendem Überstrom die Auslösekraft so gering wird, daß eine sichere Ausschaltung nicht gewährleistet ist.

Die geschilderten Nachteile sind bei der Anordnung nach der Erfindung vermieden. Sie befaßt sich mit einer Schnellausschaltvorrichtung für elektrische Schalter mit von einem elektrischen Energiespeicher gespeistem elektrodynamischem System und besteht darin, daß sowohl das elektrodynamische System als auch eine den Kontaktdruck erzeugende Einschaltfeder auf ein den beweglichen Kontakt tragendes, elektrisch isolierendes; Organ unmittelbar einwirken und daß zu Beginn der Ausschaltbewegung durch Lösen einer Verklinkung ein mechanischer Energiespeicher freigegeben wird, der entgegen der Wirkung der Einschaltfeder den Schalter in der Ausschaltstellung festhält.

Als elektrische Energiespeicher für diesen Zweck eignen sich insbesondere geladene Kondensatoren. Das elektrodynamische .System kann z. B. aus einer feststehenden Spule mid einer damit induktiv gekop- so pelten zweiten Spule. bestehen, die zweckmäßig nur eine einzige Windungifaufweist. Mit derartigen Anordnungen läßt es sich in einfacher Weise erreichen, daß den zu bewegenden Massen in höchstens- 0,3 ms Schnellausschaltvorrichtung für elektrische Schalter

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr.-Ing. Fritz Kesselring, Küsnacht, Zürich,

und Samuel Hämmerli, Oberengstringen (Schweiz), sind als Erfinder genannt worden

nach Abgabe des Auslösekommandos, z. B. nach Auftreten einer Störung durch Überstrom, eine Beschleunigung von mindestens dem Fünftausendfachen der Erdbeschleunigung erteilt wird. Als mechanische Energiespeicher wird man im allgemeinen mit Vorteil Federanordnungen verwenden, wobei bei hohen Beschleunigungen, d. h. kurzen Ausschaltzeiten, zweckmäßig Federn mit hoher Eigenfrequenz (Dreieckoder Torsionsfedern) angewendet werden.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform einer Betätigungseinrichtung nach der Erfindung im Zusammenhang mit einem sogenannten Sicherungsreduktor dargestellt. Hierin bedeuten 1 und 2 die feststehenden Kontakte, die auf den Isolatoren 3 und 4 mit Hilfe der Schrauben 5 und 6 befestigt sind. 7 und 8 sind Sicherungsträger, die in leitender Verbindung mit den Kontakten 1 und 2 stehen. 9 ist eine Hochleistungssicherung. Die Isolatoren 3 und 4 sind an dem Grundrahmen 10 mit Hilfe der Schrauben 11 und 12 befestigt. 13 ist der bewegliche Kontakt, der über die Schraube 14 mit einer isolierenden Betätigungsstange 15 verbunden ist. Diese weist an ihrem unteren Ende einen kegelförmigen Ansatz 16 auf, in den der Ring 17 aus elektrisch gut leitendem Material, z. B. Kupfer, Aluminium, eingepreßt ist. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, daß der Ring 17 einen Totgang gegenüber dem isolierenden Organ 15, 16 aufweist. 18 ist eine Wicklung, die in die feste Isoliermasse 19 eingebettet ist. Die Zugfeder 20 steht einerseits mit dem Ansatz 21 der Betätigungsstange 15 in Verbindung, andererseits- mit der Schraube 22., die sich gegen den Büge] 23 abstützt. Die Zugfeder 20 bewirkt den erforderlichen Kontaktdruck zwischen den feststehenden Kontakten 1, 2 und dem beweglichen Kontakt 13. Zwischen dem Ring 25 und

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.der unteren Stirnfläche des kegelförmigen Ansatzes 16 besteht ein geringer Luftspalt, damit der Kontaktdruck gewährleistet ist. Die Wicklung 18 steht in Verbindung mit einem nicht dargestellten elektrischen Energiespeicher, z. B. einem geladenen Kondensator. Das elektrodynamische System, bestehend aus der Wicklung 18 und dem Ring 17', bildet einen Energiewandler, der die Energie des elektrischen Energiespeichers in kinetische Energie umsetzt.

Der zweite Energiespeicher ist durch die gespannte Druckfeder 24 gegeben, die sich unten gegen den Bügel 23 und oben gegen den Ring 25 abstützt, der durch die Klinken 26 und 27 zunächst festgehalten wird; diese Klinken werden durch nicht gezeichnete Federn in die dargestellte Lage gedrückt. 28 ist eine einschraubbarc Kappe, die innen eine Puffernase 29, z.B. in Form eines Gummikörpers, trägt.

Tritt im Stromkreis des Sicherungsreduktors eine Störung auf, so wird die Wicklung 18 durch den Strom des elektrischen Energiespeichers sofort erregt, beispielsweise durch Entladung eines geladenen Kon- müssen, densators. Hierdurch entsteht im Ring 17 ein kräftiger Strom, der dem in der Wicklung 18 entgegengesetzt gerichtet ist, wodurch eine dynamische Kraft im abstoßenden Sinne wirksam wird. Diese überträgt sich auf die isolierende Betätigungsstange 15 und damit auch auf den beweglichen Kontakt 13. Die größte Beschleunigung, d. h. also, die größte auf den Ring 17 wirkende Kraft geteilt durch die Summen der Massen von Ring 17, Betätigungsstange 15 und Kontakt 13, soll mindestens das 5000fache der Erdbeschleunigung betragen.

Rechnung und Versuch zeigen, daß auf einen Kupferring von 3 cm Durchmesser und einem Querschnitt von 0,5 · 0,26 cm² durch eine Spule mit zwanzig Windüngen, die von einem Impulsstrom gespeist wird, der nach 0,1 ms einen Höchstwert von 2000 A erreicht, eine größte Kraft von etwa 600 kg einwirkt. Beträgt das Gesamtgewicht der beweglichen Teile(17, 15 und 13) rund 50 g, so ergibt sich eine maximale Beschleunigung vom 12 OOOfachen der Erdbeschleunigung. Der durchlaufene Schaltweg nach 10—⁴s beträgt etwa 0,1 mm; die gah^anische Trennung zwischen den Kontakten 1. 2 und 13 ist daher zu diesem Zeitpunkt sicher erfolgt.

Sowie sich der kegelförmige Ansatz 16 nach oben zu bewegen beginnt, werden die Klinken 26 und 27 nach außen gedrückt und dadurch der Ring 25 sowie die gespannte Feder 24 freigegeben. Diese bewirken nun bei ihrer Aufwärtsbewegung, daß der Kontakt 13 mit Sicherheit bis in seine Ausschaltstellung 13' bewegt und dort festgehalten wird. Die kinetische Energie der bewegten Massen sowie die Restkraft der Feder 24 werden schließlich an dem Pufferkörper 29 abgefangen. Die Wiedereinschaltung erfolgt zweckmäßig dadurch, daß der Ring 25 mit Hilfe einer nicht dargestellten Einrichtung nach unten bewegt wird, bis die Klinken 26 und 27 zum Eingriff kommen. Gleichzeitig damit wird dann auch der Kontakt 13 unter dem Einfluß der Feder 20 in die Einschaltstellung gebracht.

Die Unterbrechung des Stromkreises erfolgt im vorliegenden Fall dadurch, daß der Strom, der zunächst vom festen Kontakt 1 über den beweglichen Kontakt 13 nach dem festen Kontakt 2 fließt, bei der galvanischen Trennung zwischen den Kontakten 1, 2 und 13 auf die Sicherung 9 kommutiert und dort nach Durchschmelzen der Sicherung unterbrochen wird.

Zur Zurücklegung des Schaltweges des beweglichen Kontaktes 13 in die Lage 13' steht im allgemeinen die Schmelzzeit der Sicherung 9 zur Verfügung, die bei großen Überlastungen zwischen 0,5 und 2 ms liegt, dementsprechend muß die Feder 24 bemessen werden. Die am Beispiel eines sogenannten Sicherungsreduktors erläuterte Betätigungseinrichtung kann aber auch für Schnell- und Synchronschalter Anwendung finden. Ferner wird sie mit Vorteil für sogenannte Modulationsschalter, bei denen durch einen überlagerten Impulsstrom ein künstlicher Stromnulldurchgang erzeugt wird, angewendet. In letzterem Fall ist es zweckmäßig, den zur Erzeugung des künstlichen Nulldurchganges erforderlichen Impulsstrom zugleich auch zur Speisung der feststehenden Wicklung 18 mit auszunützen.

Ein besonderer Vorteil der Anordnung nach der Erfindung besteht darin, daß sie auch für Schalter mit großer Schalthäufigkeit Verwendung finden kann, da keinerlei Bestandteile erneuert oder ersetzt werden

Claims

Patentansprüche:

1. Schnellausschaltvorrichtung für elektrische Schalter mit von einem elektrischen Energiespeicher gespeistem elektrodynamischem System, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das elektrodynamische System als auch eine den Kontaktdruck erzeugende Einschaltfeder auf ein den beweglichen Kontakt tragendes, elektrisch isolierendes Organ unmittelbar einwirken und daß zu Beginn der Ausschaltbewegung durch Lösen einer Verklinkung ein mechanischer Energiespeicher freigegeben wird, der entgegen der Wirkung der Einschaltfeder den Schalter in der Ausschaltstellung festhält.

2. Ausschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Teil des Energiewandlers als eine in feste Isoliermasse eingebettete Wicklung ausgebildet ist.

3. Ausschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelung als Verklinkung ausgebildet ist.

4. Ausschaltvorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder konzentrisch um den aus Wicklung und Isoliermasse gebildeten Hohlzylinder angeordnet ist und an ihrem oberen Ende einen Druckring trägt, an dem im gespannten Zustand der Druckfeder die Verklinkung eingreift.

5. Ausschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedereinschaltung durch Spannen der Druckfeder bis zu ihrer Verriegelung erfolgt.

6. Ausschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Teil des elektrodynamischen Energiewandlers fest mit dem isolierenden Organ verbunden ist.

7. Ausschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Teil des elektrodynamischen Energiewandlers einen Totgang gegenüber dem isolierenden Organ aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 227 246; französische Patentschrift Nr. 721 451; britische Patentschrift Nr. 637 393.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

909 610/454 12.