DE1076776B

DE1076776B - Elektrischer Widerstand fuer Leistungsschalter

Info

Publication number: DE1076776B
Application number: DEA32435A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinz Roth
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1959-06-30
Filing date: 1959-07-09
Publication date: 1960-03-03
Also published as: DE1110720B; GB914467A; CH379600A; NL252649A; BE592419A; CH369807A; FR1261556A; FR79525E; US3072766A

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Widerstand, welcher für Leistungsschalter, insbesondere mit Mehrfachunterbrechung, verwendet werden kann. Solche Widerstände werden für verschiedene Zwecke benutzt. Als niederohmige Widerstände dienen sie dazu, die Löschung des Lichtbogens zu erleichtern, insbesondere dadurch, daß die wiederkehrende Spannung stark gedämpft wird. Außerdem haben die Widerstände bei Leistungsschaltern mit Mehrfachunterbrechung die Aufgabe, das Potential der wiederkehrenden Spannung über alle Schaltstellen möglichst gleichmäßig zu verteilen. Schließlich soll der Strom, welcher nach dem Löschen des Lichtbogens durch die Widerstände fließt, so klein gemacht werden, daß er mit Hilfe einfacher Trennstellen leicht abgeschaltet werden kann. Für diesen Zweck werden hochohmige Widerstände verwendet. Während also für die Erleichterung des Abschaltens durch die Dämpfung der wiederkehrenden Spannungen niederohmige Widerstände nötig sind, sind für die Abschaltung des Reststroms hochohmige Widerstände vorteilhafter.

Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Widerstand herzustellen, welcher während des Abschaltens möglichst niederohmig ist, dann aber schneller einen hohen Wert annimmt, um den durchfließenden Strom rasch zu verkleinern.

Die bisher bekannten spannungs- bzw. stromabhängigen Widerstände genügen zur Erfüllung dieser Aufgabe nicht. Ihre Widerstandsänderung ist zu gering. Für die Dämpfung der wiederkehrenden Spannung sind Widerstandswerte von unter 1 Ohm bis höchstens etwa 30 Ohm nötig, während die Verringerung des durch ihn fließenden Stroms bei hohen Spannungen einige tausend Ohm verlangt. Es müßten also solche Widerstände um mindestens drei Größenordnungen veränderlich sein.

Es sind nun Fotowiderstände bekanntgeworden, welche bei elektronischen Steuerungen verwendet worden sind. Diese ändern ihren Wert durch Einwirkung von Licht oder anderer elektromagnetischer Strahlung um einige Größenordnungen. Diese großen Widerstandsänderungen beanspruchen jedoch Zeiten bis zu mehreren ms, welche für die genannten Zwecke zu groß sind (Trägheitseffekt). Daher sind solche Fotowiderstände selten angewendet worden, zumal andere, bessere Mittel, wie Fotozellen, bekanntgeworden sind.

Für die Anwendung bei Leistungsschaltern ist diese Verzögerung aber erwünscht, denn es soll ja die Abschaltung des durch den Widerstand fließenden Stroms um so viel später erfolgen, als Zeit für die Dämpfung der Schwingung der wiederkehrenden Spannung notwendig ist. Es wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, für aus Leistungsschalt- und Elektrischer Widerstand
für Leistungsschalter

Anmelder:

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie,
Baden (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspiru.ch.te Priorität:
Schweiz vom 30. Juni 1959

Dipl.-Ing. Heinz Roth, Neuenhof, Aargau (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

Spannungstrennstellen bestehende Leistungsschalter einen Widerstand zu verwenden, welcher aus einem Widerstandsmaterial besteht, das seinen Widerstandswert durch die beim Schalten entstehende Strahlung des Lichtbogens in mehreren Größenordnungen ändert.

Die Schaltung eines solchen Widerstands erfolgt

in bekannter Weise so, daß er einer oder mehreren Leistungsschaltstellen parallel liegt und eine Spannungstrennstelle mit dieser Parallelschaltung in Reihe geschaltet ist. Diese Spannungtrennstelle schaltet dann den durch den Widerstand fließenden Strom ab, wenn die Leistungsschaltstelle geöffnet ist. Dieser Widerstand besitzt nun durch die Bestrahlung einen möglichst niedrigen Wert. Daher kann er beim Abschalten die im Augenblick des Löschens entstehende wiederkehrende Spannung stark dämpfen; außerdem kann er bei sehr kleinen Werten auch einen Teil des im Lichtbogen fließenden Stroms übernehmen. Wenn der Lichtbogen abreißt, so fließt Strom nur noch durch den Widerstand allein. Dieser liegt dann in Reihe mit der Netzimpedanz. Die durch die Netzimpedanz allein bedingte Spannung würde sich nun über Schwingungen wieder aufbauen. Der Widerstand beseitigt diese Schwingungen und macht den Stromkreis aperiodisch. Nach Wiederkehr der Spannung fließt nur noch ein Strom, welcher durch den Widerstand selbst bestimmt wird, und dieser kann mit einfachen Schaltern abgeschaltet werden, sobald der Wi-

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(!erstand hochohmig ist. Diese Widerstandsänderung ist nun bei einem Fotowiderstand gemäß der Erfindung möglich. In unbelichteten! Zustand hat der Widerstand einen hohen Wert. Gelangt er in den Einfluß des Lichtbogens, so wirkt die entsprechende Strahlung, insbesondere die Lichtwirkung, und der Widerstand verringert seinen Wert um die verlangte Größenordnung. Sobald der Lichtbogen erlischt, nimmt er wieder seinen ursprünglichen Wert an. Wichtig ist hierbei, daß die Zeit, in welcher die Änderung erfolgt, bis etwa 1 ms beträgt, damit der kleine Widerstandswert noch einige Zeit lang vorhanden-ist, nachdem der Lichtbogen bereits verschwunden ist, damit die wiederkehrende Spannung sich aperiodisch aufbauen kann. Bis zur Trennschalterbetätigung muß der Widerstandswert wieder praktisch seine Anfangsgröße erhalten haben.

Der in der Steuerungstechnik unerwünschte Trägheitseffekt wirkt sich also in diesem Fall günstig aus.

Als solches lichtempfindliches Material wird ein- oder mehrkristallines Halbleitermaterial verwendet. Als Beispiel für einkristalline Materialien kommt hierfür Silizium in Frage."

Der durch Zusätze bedingte Störstellengehalt muß dabei so gering sein, daß im normalen Zustand der Widerstandswert hoch genug bleibt. Durch- die Bestrahlung entstehen Ladungsträger, welche den Widerstand entsprechend ihrer Lebensdauer verringern. Durch Beimischung geeigneter Zusätze kann die Lebensdauer der erzeugten Ladungsträger so erhöht werden, daß die Widerstände sich mit der gewünschten Trägheit entsprechend den Erfordernissen der Schalter ändern.

Diese Widerstände werden aus ein- oder mehrkristallinen Plättchen zusammengesetzt, und zwar werden mehrere Plättchen hintereinander geschaltet und mehrere Reihen solcher zusammengesetzten Plättchen parallel geschaltet. Um nun die Widerstände gegen unerwünschte äußere Einflüsse zu schützen, werden sie in ein strahlungsdurchlässiges Rohr gebracht. Hierfür kann man Glas, durchsichtiges keramisches Material, Quarz und Gießharz verwenden. Wichtig ist hierbei ein guter Abschluß gegen die Außenluft. Man kann diePlättchen in ein keramisches Material einbetten, welches durchsichtige Fenster besitzt.

Die Beeinflussung durch den Lichtbogen kann unmittelbar oder mittelbar erfolgen. Beispiele solcher Ausführungen sind in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Bei unmittelbarer Beeinflussung (Fig. 1) muß der Widerstand 1 in der unmittelbaren Nähe der Lichtbogenstrecke 2 angeordnet sein. Zur gleichmäßigen Bestrahlung liegt der Widerstand rotationssymmetrisch um die Lichtbogenstrecke. Der Kontakt ist also in dem hohl ausgeführten Widerstand vorgesehen. Man kann hierbei auch die Löschkammerwand 3 mit Widerstandsmaterial verkleiden, so daß die äußere Hülle des Widerstands die Löschkammerwand bildet, die innere Hülle 4 aus durchsichtigem Material besteht. Mit dem Kontakt in Reihe liegt der Trennschalter 5, welcher den durch den Widerstand 1 fließenden Reststrom abzuschalten hat. Die Betätigung der Kontakte und des Trennschalters ist nicht dargestellt.

Eine andere Möglichkeit (Fig. 2) besteht darin, die Strahlung mittelbar wirken zu lassen. Es wären dann in der Nähe des Lichtbogens nur eine oder mehrere Fotozellen 6 vorzusehen. Diese erzeugen in einem Stromkreis Spannungen, welche in dem Verstärker 7 verstärkt werden. Dieser ist zweckmäßigerweise auf dem Schaltergehäuse aufgebaut. Der Ausgang des Verstärkers betätigt eine elektrische Lichtquelle, welche auf den Widerstand 8 wirkt.

Der besondere Vorteil dieser Anordnungen ist, daß die Änderung zwangläufig eintritt, wenn der Lichtbogen zu brennen beginnt und wieder aufhört. Änderungen in der Brenndauer des Lichtbogens werden also selbsttätig berücksichtigt. Bei Schaltungen kleiner Ströme ist die Bestrahlung weniger stark, wodurch auch der Widerstand weniger geändert wird.

ίο Dann ist aber auch die Wirkung des Widerstands weniger nötig, so daß auch diese Erscheinung sich günstig auswirkt. Es entsteht also der weitere technische Vorteil, daß hierdurch eine weitere Anpassungsmöglichkeit an die Schaltvorgänge erreicht worden ist. Der Hauptvorteil der ganzen Anordnung ist aber, mit einem einzigen Element eine starke Dämpfung der wiederkehrenden Spannung und gleichzeitig eine gute Potentialsteuerung zu erreichen. Ferner kann die Spannungstrennstelle so einfach wie mög-Hch gehalten werden, was eine große wirtschaftliche Ersparnis bedeutet. Die Dauer der Widerstandsänderung kann durch richtige Auswahl des Störstellengehalts von vornherein den erforderlichen Betriebsverhältnissen angepaßt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrischer Widerstand für Leistungsschalter, bestehend aus Leistungsschaltstellen und Spannungstrennstellen, wobei der Widerstand einer oder mehreren Leistungsschaltstellen parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Widerstandsmaterial besteht, welches seinen Widerstandswert durch die beim Schalten entstehende Strahlung des Lichtbogens in mehreren Größenordnungen ändert.

2. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Halbleitermat&- rial besteht und durch Zusätze die Größe und die Geschwindigkeit der Widerstandsänderung festgelegt wird.

3. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einzelnen, in Reihe und parallel liegenden Widerstandsplättchen zusammengesetzt ist, welche durch ein feuerfestes durchsichtiges Rohr zusammengehalten werden, in welche die einzelnen Plättchen eingekittet sind.

4. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er als Ganzes in durchsichtiges Material eingegossen ist.

5. Elektrischer Schaltwiderstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das durchsichtige Rohr aus Quarz besteht.

6. Elektrischer Schaltwiderstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er in durchsichtiges und hitzebeständiges Gießharz eingebettet ist.

7. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er in keramisches Material mit strahlungsdurchlässigen Fenstern eingebettet ist. .""..-."

8. Elektrischer Widerstand nach Anspruchl, dadurch geikennzeichnet, daß er rotationssymmetrisch den Kontakt der Leistungsschaltstelle umgibt.

9. Elektrischer Widerstand nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, daß er an der Löschkammerwand selbst angebracht ist.

10. Elektrischer Widerstand nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerwand die

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äußere Hülle des Widerstandes bildet, während die innere Hülle aus durchsichtigem Material besteht.

11. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand in der Löschkammer der Leistungsschaltstelle angeordnet ist, so daß die Strahlung des Lichtbogens

unmittelbar die Änderung des Widerstandswertes bewirkt.

12. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er im Bereich einer Lichtquelle vorgesehen ist, welche in einem Stromkreis liegt, der durch eine von der Strahlung des Lichtbogens beeinflußte Fotozelle gesteuert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen