DE1172345B

DE1172345B - Elektrische Schalteinrichtung fuer Wechselstrom

Info

Publication number: DE1172345B
Application number: DEL34922A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Floris Koppelmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1959-12-14
Filing date: 1959-12-14
Publication date: 1964-06-18
Also published as: BE598172A; GB915060A; US3223888A; CH389060A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 02 c

Deutsche Kl.: 21c-35/07

Nummer: 1172 345

Aktenzeichen: L 34922 VIII d / 21 c

Anmeldetag: 14. Dezember 1959

Auslegetag: 18. Juni 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schalteinrichtung für Wechselstrom großer Leistung mittels zweier mechanisch arbeitender, in Reihe liegender Schalter und parallel zu jeder Schaltstrecke liegender elektrischer Ventile entgegengesetzter Durchlaßrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wechselstromkreise lichtbogenarm oder lichtbogenfrei zu unterbrechen.

Dem Stand der Technik gehören Schalteinrichtungen an, bei denen zu mechanischen Schaltstrecken elektrische Ventile parallel geschaltet sind. Insbesondere ist eine Anordnung bekannt, bei der zwei Ventile mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung in Reihe

Elektrische Schalteinrichtung für Wechselstrom

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Floris Koppelmann, Berlin-Siemensstadt

Öffnung des Stromkreises die Spannungsbeanspruchung der Ventile beseitigt werden soll, so kann vor

und parallel zu einem oder mehreren Schaltern ge- 15 die Anordnung ein mechanischer Trennschalter gelegt sind. Bei dieser Anordnung sind elektrische Ven- legt werden.

tile auf der Basis von Selen oder Kupferoxydul vor- Damit die neue Anordnung der Schalter und Vengesehen. Selbst wenn man an ihrer Stelle in der heuti- tile bestimmungsgemäß richtig arbeitet, müssen die gen Technik gebräuchliche Ventile auf Silizium- Schalter je nach dem angestrebten Ziel in einer be- oder Germaniumbasis verwendet, so ist ein licht- ao stimmten Reihenfolge und in einer bestimmten Phabogenarmes bzw. lichtbogenfreies Schalten mit dieser senlage zum Wechselstrom bzw. zur Wechselspan-Anordnung nicht möglich. Unabhängig von dem ge- nung betätigt werden. In F i g. 1 ist die Anordnung wählten Zeitpunkt der Schalthandlung wird zwang- nach der Erfindung schematisch dargestellt,
läufig immer an einer Schaltstrecke ein Lichtbogen D₁ und D₂ sind die beiden elektrischen Ventile, die

auftreten. Dieser Mangel liegt darin begründet, daß 25 im Nebenschluß zu den Schaltern S₁ und S₂ liegen, bei dieser Anordnung beide Schaltstrecken gleichzei- ----- - --.

tig geöffnet werden. Die Erfindung gibt eine Lösung an, die denen der bekannten Anordnungen hinsichtlich einer Lichtbogenverringerung überlegen ist.

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltein- 30 Lichtbogenfreie Unterbrechung läßt sich erreichen, richtung für Wechselstrom großer Leistung mittels wenn die Öffnung der Schalter S₁ und S₂ zum Strom

zweier mechanisch arbeitender, in Reihe liegender ^T '-'■-■■ ·■--■>--■< ■ ·■ *-·

Schalter und parallel zu jeder Schaltstrecke liegender elektrischer Ventile entgegegesetzter Durchlaßrichtung. Erfindungsgemäß schalten die beiden me- ₃₅ welle von D₂. Fig. 2b zeigt, daß die Strombeanspruchanischen Schaltstrecken zu versetzten Zeitpunkten chung der Diode D₁ am kleinsten ist, wenn man den dann, wenn das parallel liegende Ventil stromdurch- Ausschaltzeitpunkt S₁ nahe an das Ende der Durchlässig ist. laßhalbwelle von S₁ legt. Mit Rücksicht auf die Ge-Der Vorteil der Einrichtung nach der Erfindung nauigkeit der Synchronisation wird man einen gewisgegenüber den bekannten Schalteinrichtungen liegt 40 sen Sicherheitsabstand τ einhalten müssen, der um so darin begründet, daß die mechanischen Schalter zu kleiner sein kann, je genauer die Synchronisation gelingt. Fig. 2c zeigt das synchronisierte Einschalten mit Entlastung der Schalter S₁ und S₂ beim Einschalten. Dazu wird S₁ in der Durchlaßhalbwelle von D₁ 45 geschlossen, der Strom beginnt erst zu Beginn der nächsten Halbwelle zu fließen. Im Laufe dieser Halb

L der Verbraucher und S₃ ein eventuell vorhandener Trennschalter.

In F i g. 2 ist das Schalten mit einer solchen Anordnung dargestellt.

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synchronisiert wird, und zwar muß, wie in F i g. 2 a dargestellt ist, S₁ während der Durchlaßhalbwelle von D₁ ausschalten, S„ während der Durchlaßhalb-

versetzten Zeitpunkten schalten. Mit größer werdendem, sich dem Zeitintervall einer Halbwelle näherndem Versatz wird die Bildung von Lichtbögen auf rund 50'% aller geschalteten Fälle verringert.

Sind die beiden mechanischen Schalter geschlossen, so ist der Stromkreis geschlossen, ohne daß die Ventile vom Strom durchflossen werden. Sind die beiden mechanischen Schalter geöffnet, so ist der Stromwelle wird S₂ geschlossen und nimmt der Diode D„ den Strom ab. In diesem Falle hat S₁ stromlos einzuschalten, S₂ dagegen spannungslos bzw. nur den

kreis unterbrochen, und je nach der Richtung der 50 Spannungsabfall in Durchlaßrichtung von D₂ zu

Wechselspannung ist eines der beiden Ventile der Sperrspannung unterworfen. Wenn bei dauernder

schalten, der bei Halbleiterdioden in der Größenordnung von IV ist. Fig 2d zeigt die optimale

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Synchronisierung beim Einschalten: S₁ kann beliebig in der Durchlaßhalbwelle von D₁ einschalten, S₂ möglichst bald nach dem Beginn der Durchlaßhalbwelle von D₂. Auch hier wird ein Sicherheitsabstand τ vom Nulldurchgang des Stromes erforderlich sein.

Bei großen Leistungen bietet die Erfindung die Möglichkeit, bei entsprechender Synchronisierung der Schaltzeiten lichtbogenfrei zu schalten,. Der. zusätzliche Aufwand für die Dioden wir4 in ,.vielen Fällen dadurch aufgewogen, daß dieinechahischen Schalter nicht mit Vorrichtungen zur Lichtbogenlöschung, beispielsweise mit Blaskammern, oder nur mit kleineren Blaskammern, ausgerüstet zu werden brauchen. Außerdem kann die Abbrandreserve und der Kontakthub kleiner gehalten werden, was einfächere Schalterkonstruktionen zur Folge hat. Dies gilt besonders für lichtbogenfreies Schalten, wozu eine Synchronisation der Schaltzeitpunkte mit einer Genauigkeit von nur etwa einer Halbwelle erforderlich ist. Bei ganz großen Spannungen oder Strömen müssen entsprechende Dioden ^oder Ventile in Reihe oder parallel geschaltet werden. Bei Grenzleistungen ermöglicht die Erfindung schnelles und sicheres Abschalten, das mit Schaltern allein schwierig ist.

Der Erfindungsgedanke läßt sich auch derart abwandeln, daß statt der mechanischen Schalter unter Umständen auch gesteuerte Gasentladungen oder andere gesteuerte Schaltstrecken verwendet werden können, wenn deren Entionisierungszeiten vergrößert werden sollen. Diese Anwendung setzt voraus, daß die Entionisierungszeit der Ventile kleiner ist als die der parallel geschalteten gesteuerten Schaltstrecken. Die Anordnung nach der Erfindung kann auch für periodische Schaltvorgänge benutzt werden. Sie erweist sich immer dann von Nutzen, wenn durch hohe Schalthäufigkeit der Elektrodenabbrand in den Schaltern oder andere Folgen der Schaltentladungen untragbar sind, beispielsweise bei Motorsteuerungen über Schütze im sogenannten »Tip-Betrieb«.

Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, die Anordnung nach der Erfindung nur für das Schalten der normalen Arbeitsströme heranzuziehen, dagegen für die seltenen Fälle von Kurzschlüssen eine andere im Stromkreis angebrachte Schalteinrichtung zu verwenden. Auf diese Weise kann die Größe der zu verwendenden Ventile in erträglichen Grenzen gehalten werden, beispielsweise kann vor die Schalteinrichtung nach der Erfindung eine Sicherung für Kurzschlußabschaltungen gelegt werden, wobei in Kurzschlußfällen das Öffnen der mechanischen Schalter gesperrt wird. Beim Einschalten der mechanischen Schalter werden zweckmäßigerweise die Schließkommandos von den Spannungen an den Ventilen abgeleitet, da auf diese Weise unmittelbar die positiven Halbwellen von den negativen getrennt sind. Entsprechend beim Ausschalten von den Strömen durch die Ventile.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Schalteinrichtung für Wechselstrom großer Leistung mittels zweier mechanisch ' arbeitender, in Reihe liegender Schalter und parallel zu jeder Schaltstrecke liegender elektrischer Ventile entgegengesetzter Durchlaßrichtung, d a -

.. durch gekennzeichnet, daß die beiden mechanischen Schaltstrecken zu versetzten Zeit-

- - punkten dann schalten, wenn das parallelliegende-Ventil stromdurchlässig ist.

2. Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch Γ; dadurch gekennzeichnet, daß zur Spannungsentlastung der Ventile bei geöffneten mechanischen Schaltern in Reihe mit ihnen ein mechanischer Trennschalter liegt.

3. Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 1 und 2 zum Unterbrechen kleiner Wechselströme im Nulldurchgang, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Schalterkontakte in an sich bekannter Weise aus Kohle, Zink oder einem anderen Material mit niedrigem Mindestlichtbogenstrom bestehen. - -"'

4. Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden zum Unterbrechen großer Wechselstromleistungen, dadurch gekennzeichnet, daß je Schaltstrecke mehrere Dioden in Reihe und/oder parallel liegen.

5. Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden für große Schaltleistungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte der beiden mechanischen Schalter derart auseinanderbewegt, gekühlt oder angeblasen werden oder daß so viele Trennstrecken in Reihe geschaltet sind, daß zwischen ihnen nach einer stromlosen Halbwellenzeit keine Entladung wieder zünden kann.

6. Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei hohen Kurzschlußströmen, welche die Ventile gefährden würden, die öffnung der mechanischen Schalter gesperrt ist.

7. Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch eine derartige Steuerung der Öffnung der Schalter, daß jeder der beiden Schalter kurz vor dem Ende der Durchlaßhalbwelle seines Parallelventils öffnet.

8. Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch eine derartige Steuerung der öffnung der Schalter, daß jeder der beiden Schalter kurz nach dem Anfang der Durchlaßhalbwelle seines Parallelventils einschaltet.

9. Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelschaltung von Schaltern und Ventilen widerstandsarm und induktivitätsarm ausgeführt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 638 981; deutsche Auslegeschriften Nr. 1001372,1005 594; schweizerische Patentschrift Nr. 319 034; britische Patentschrift Nr. 551 443.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen