DE1204302B

DE1204302B - Switching device

Info

Publication number: DE1204302B
Application number: DEW35581A
Authority: DE
Inventors: Thomas E Browne Jun; Albert P Strom
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1962-11-20
Filing date: 1963-11-07
Publication date: 1965-11-04
Also published as: US3249810A; CH413954A; JPS407931B1

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

H02cH02c

Deutsche Kl.: 21 c - 35/02German class: 21c - 35/02

Nummer: 1204 302Number: 1204 302

Aktenzeichen: W 35581 VIII d/21 cFile number: W 35581 VIII d / 21 c

Anmeldetag: 7. November 1963 Filing date: November 7, 1963

Auslegetag: 4. November 1965Opening day: November 4, 1965

Es ist bekannt, das Unterbrechen von Stromkreisen mit Hilfe von Schalteinrichtungen durch Widerstände zu erleichtern, die vor dem öffnen des Stromkreises in diesen eingefügt werden. Die Widerstände haben einmal die Aufgabe, den abzuschaltenden Strom zu begrenzen. Zum anderen schaffen sie dadurch, daß der Leistungsfaktor verbessert wird, günstigere Ausschaltbedingungen. It is known to interrupt circuits with the aid of switching devices through resistors to facilitate, which are inserted into this before opening the circuit. Have the resistances once the task of limiting the current to be switched off. On the other hand, they create by that the power factor is improved, more favorable switch-off conditions.

Beim Einfügen solcher Widerstände in den Stromkreis, das üblicherweise durch öffnen eines den Widerstand überbrückenden Parallelschalters geschieht, können hohe Spannungen entstehen, wenn der Widerstandswert groß ist. Ein hoher Widerstandswert ist aber andererseits erwünscht, um den Strom möglichst stark zu drosseln. Aus diesem Grunde hat man bereits veränderliche Widerstände verwendet, d. h. Widerstände, deren Widerstandswert sich in Abhängigkeit von bestimmten Größen ändert.When inserting such resistors into the circuit, which is usually done by opening one of the Resistance bridging parallel switch happens, high voltages can arise when the resistance value is large. On the other hand, a high resistance value is desirable in order to reduce the current to throttle as much as possible. For this reason, variable resistances have already been used, d. H. Resistors, the resistance of which changes depending on certain quantities.

Unter anderem hat man zur Strombegrenzung spannungsabhängige Widerstände vorgesehen, deren Widerstandswert um so kleiner ist, je größer die am Widerstand liegende Spannung ist. Spannungsabhängige Widerstände verändern ihren spezifischen Widerstand bei den an der Schalteinrichtung vorkommenden Spannungsänderungen aber nur in einem verhältnismäßig kleinen Bereich.Among other things, voltage-dependent resistors have been provided to limit the current The greater the voltage across the resistor, the smaller the resistance value. Voltage dependent Resistors change their specific resistance in the case of those occurring on the switching device But voltage changes only in a relatively small area.

Es ist ferner bekannt, Schalteinrichtungen mit Widerständen zu versehen, deren Widerstandswert sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, und zwar mit steigender Temperatur zunimmt (positiver Temperaturkoeffizient). Als derartige Widerstände mit positiven Temperaturkoeffizienten hat man früher vor allem Eisenwiderstände verwendet, deren Widerstandsänderung für eine wirksame Strombeeinflussung jedoch kaum ausreicht. Moderne temperaturabhängige Widerstände (Thermistoren), die einen wesentlich größeren Widerstandsbereich in Abhängigkeit von der Temperatur durchlaufen, sind dagegen als porzellanähnliche Körper, insbesondere auf der Basis von Bariumoxid und Bariumtitanat, aufgebaut, wie beispielsweise in der amerikanischen Patentschrift 2 976 505 beschrieben ist.It is also known to provide switching devices with resistors whose resistance value changes as a function of temperature, and increases with increasing temperature (more positive Temperature coefficient). Such resistors with positive temperature coefficients were used earlier Mainly iron resistors are used, the change in resistance for an effective influence on the current however hardly sufficient. Modern temperature-dependent resistors (thermistors), the one Go through a much larger resistance range depending on the temperature, are against it built as a porcelain-like body, in particular on the basis of barium oxide and barium titanate, as described, for example, in US Pat. No. 2,976,505.

In der F i g. 1 ist eine typische Kennlinie eines solchen Thermistors dargestellt. Das Schaubild zeigt den spezifischen Widerstand als Funktion der Temperatur. Die Vergrößerung des spezifischen Widerstandes ist so groß, daß der Leitwert (Kehrwert des Widerstandes) auf die Größenordnung von 1% des normalen Leitwertes zurückgeht, wenn die Temperatur von Zimmertemperatur auf annähernd 200° C steigt.In FIG. 1 shows a typical characteristic curve of such a thermistor. The diagram shows the specific resistance as a function of temperature. The increase in the specific resistance is so large that the conductance (reciprocal value of the resistance) is on the order of 1% of the normal conductance decreases when the temperature goes from room temperature to approximately 200 ° C increases.

Die große Widerstandsänderung von Thermistoren SchalteinrichtungThe great change in resistance of thermistors switching device

Anmelder:Applicant:

Westinghouse Electric Corporation,Westinghouse Electric Corporation,

East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dr. jur. G. Hoepffner, Rechtsanwalt,Dr. jur. G. Hoepffner, lawyer,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Albert P. Strom,Albert P. Strom,

Thomas E. Browne jun., Pittsburgh, Pa.Thomas E. Browne Jr., Pittsburgh, Pa.

(V. St. A.)(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. November 1962
(238 872)Claimed priority:
V. St. v. America November 20, 1962
(238 872)

kann jedoch dazu führen, daß am Thermistor eine unerwünscht hohe Spannung auftritt. Deshalb ist erfindungsgemäß dem Thermistor ein spannungsabhängiger Widerstand parallel geschaltet. Dieser spannungsabhängige Widerstand arbeitet im Gegensatz zu den bekannten Schalteinrichtungen mit spannungsabhängigen Widerständen nur dann, wenn der Thermistor stark belastet und die Schalteinrichtung sonst durch zu hohe Spannungen gefährdet werden könnte. Spannungsabhängiger Widerstand und Thermistor ergänzen sich dabei in vorteilhafter Weise, wie im folgenden an Hand der Fig. 2 und 3 näher erläutert wird.however, it can cause an undesirably high voltage to appear on the thermistor. Therefore According to the invention, a voltage-dependent resistor is connected in parallel with the thermistor. This In contrast to the known switching devices, voltage-dependent resistance works with voltage-dependent ones Resistances only when the thermistor and the switching device are heavily loaded otherwise it could be endangered by excessively high voltages. Voltage dependent resistor and thermistor complement each other in an advantageous manner, as in the following with reference to FIGS. 2 and 3 in more detail is explained.

In der F i g. 2 ist die Anordnung einer Schalteinrichtung nach der Erfindung in einem Stromkreis dargestellt, von dem nur die Anschlußklemmen Tl und Γ 2 zu sehen sind. Die Schalteinrichtung besteht aus einem Schaltgerät Gl und der zu diesem parallelliegenden Widerstandskombination aus der Parallelschaltung von Thermistor RT und spannungsabhängigem Widerstand/?V. Mit der Widerstandskombination ist ein zweites Schaltgerät G 2 in Reihe geschaltet. In FIG. 2 shows the arrangement of a switching device according to the invention in a circuit, of which only the terminals T1 and Γ 2 can be seen. The switching device consists of a switching device Gl and the parallel resistor combination of the parallel connection of thermistor RT and voltage-dependent resistor /? V. A second switching device G 2 is connected in series with the resistor combination.

In der Einschaltstellung der Schalteinrichtung sind die beiden Schalter Gl und G 2 geschlossen. Deshalb liegt an den Widerständen RT, RV praktisch keine Spannung, und es fließt nur sehr wenig Strom über die Widerstände.In the switched-on position of the switching device, the two switches Gl and G 2 are closed. Therefore, there is practically no voltage across the resistors RT, RV , and very little current flows through the resistors.

509 720619509 720619

Zum Ausschalten wird zunächst der Schalter Gl geöffnet. Dadurch wird der Strom auf den Thermistor RT kommutiert, der anfangs kalt ist und einen kleinen Widerstandswert aufweist. Der Strom vergrößert mit steigender Temperatur dann aber schnell 5 den Widerstandswert, so daß die schnelle Erhöhung des ohmschen Spannungsfalles / · R in dem Thermistor RT ohne Parallelwiderstand dazu führen würde, daß die Spannung einen Wert von ungefähr dem Zwei- oder Dreifachen des normalen Scheitelwertes erreicht. Bei der Schalteinrichtung nach der Erfindung übernimmt jedoch der spannungsabhängige Widerstand RV, z. B. ein Überspannungsableiterelement, in diesem Falle den größten Teil des Stromes, da sich sein Widerstand mit steigender Spannung verringert. Dies verhindert einen weiteren Spannungsanstieg an dem Thermistor RT. To switch off the switch Gl is first opened. This commutates the current on the thermistor RT , which is initially cold and has a small resistance value. As the temperature rises, the current quickly increases the resistance value, so that the rapid increase in the ohmic voltage drop / · R in the thermistor RT without a parallel resistor would lead to the voltage reaching a value of approximately two or three times the normal peak value . In the switching device according to the invention, however, the voltage-dependent resistor RV, z. B. a surge arrester element, in this case most of the current, since its resistance decreases with increasing voltage. This prevents a further increase in voltage across the thermistor RT.

Nach der Verringerung des Stromes durch die Widerstandskombination wird der Schalter GI geöffnet und dadurch der Stromkreis endgültig unterbrachen. Im Gegensatz zu der Darstellung nach Fig. 2, bei der der Schalter G2 zusammen mit der Widerstandskombination RT, TV parallel zum Schalter Gl liegt, könnte er auch mit der Parallelschaltung aus dem Schalter Gl und den Widerstandener und RV in Reihe geschaltet sein, wie an Hand der F i g. 3 gezeigt ist.After the reduction of the current through the resistor combination, the switch GI is opened and thereby the circuit is finally interrupted. In contrast to the illustration according to FIG. 2, in which the switch G2 together with the resistor combination RT, TV is parallel to the switch Gl, it could also be connected in series with the parallel connection of the switch Gl and the resistors and RV , as on Hand of fig. 3 is shown.

Fig. 3 zeigt eine Schalteinrichtung zum Unterbrechen von Wechselstrom oder Gleichstrom hoher Spannung, denn dem Schaltgerät Gl sind zwei in Reihe geschaltete Widerstandskombinationen, die jeweils aus einem ThermistorRTl bzw. RTl mit einem positiven Temperaturkoeffizienten und einem spannungsabhängigen Ableiterelement RVl bzw. RV 2 bestehen, parallel geschaltet. In Reihe mit der Parallelschaltung des Schalters Gl und der Widerstandskombinationen liegt der Schalter Gl, damit der Stromkreis zwischen den Klemmen Tl und Tl vollständig aufgetrennt werden kann.Fig. 3 shows a switching device for interrupting alternating current or direct current of high voltage, because the switching device Gl are two series-connected resistor combinations , each consisting of a thermistor RTl or RTl with a positive temperature coefficient and a voltage-dependent arrester element RVl or RV 2 , connected in parallel. The switch Gl is in series with the parallel connection of the switch Gl and the resistor combinations so that the circuit between the terminals Tl and Tl can be completely separated.

Auf Grund der Parallelschaltung von RV kann der anfängliche Widerstand parallel zur Schaltstrecke Gl, der durch RT bestimmt ist, außerordentlich klein gemacht werden. Beim Öffnen des Schalters Gl drückt die Lichtbogenspannung schnell einen Parallelstrom in die Thermistorelemente RTl und RTl mit positivem Temperaturkoeffizient. Der Lichtbogen bei Gl wird unstabil und erlischt. Da der Widerstandswert steigt, wird der Strom auf einen kleinen Wert begrenzt, der dann leicht durch den Trennschalter G 2 unterbrochen werden kann.Due to the parallel connection of RV , the initial resistance parallel to the switching path Gl, which is determined by RT , can be made extremely small. When the switch Gl is opened, the arc voltage quickly pushes a parallel current into the thermistor elements RTl and RTl with a positive temperature coefficient. The arc at Gl becomes unstable and extinguishes. As the resistance value increases, the current is limited to a small value, which can then easily be interrupted by the isolating switch G 2.

Wenn z.B. ein Strom von 50000A bei 600V unterbrochen werden soll, drückt eine Lichtbogenspannung von 500 V den Strom in ein Thermistorelement mit 0,01 Ω Widerstand, wodurch der Widerstand des Elementes auf ungefähr 1 Ω vergrößert wird. Mithin sind von dem Schalter G 2 nur noch 600A zu unterbrechen. Die Ableiterelemente RVl und RVl dienen zum Schutz der Thermistoren gegen Überspannungen, wie im Zusammenhang mit F i g. 2 erläutert wurde.For example, if a current of 50000A is to be interrupted at 600V, an arc voltage of 500 V pushes the current into a thermistor element with a resistance of 0.01 Ω, which increases the resistance of the element to approximately 1 Ω. Therefore only 600A are to be interrupted by switch G 2. The arrester elements RVl and RVl serve to protect the thermistors against overvoltages, as in connection with FIG. 2 was explained.

Das erfindungsgemäße Shunten des Thermistors mit spannungsabhängigen Ableiterelementen hat dann, wenn mehrere Thermistoreinheiten in Reihenschaltung in einer Hochspannungsanlage verwendet werden, noch einen besonderen Vorteil. Falls bei einer solchen Reihenschaltung der Widerstand einer Thermistoreinheit schneller steigt als der der anderen in Reihe liegenden, so daß die Tendenz besteht, daß dieser Widerstand mehr als seinen Anteil der Spannung übernimmt, wird der Strom durch diese Thermistoreinheit mit Hilfe des einen Nebenschluß bildenden Ableiterelementes begrenzt, bis die anderen Thermistoreinheiten annähernd denselben Widerstandswert erreichen. Deshalb brauchen bei derartigen Parallelschaltungen die einzelnen Thermistoreinheiten nicht sorgfältig und mühsam einander angepaßt zu werden.The inventive shunting of the thermistor with voltage-dependent diverter elements has when several thermistor units are used in series in a high voltage system be another special advantage. If in such a series connection the resistance of a Thermistor unit rises faster than that of the others in series, so that If this resistance takes more than its share of the voltage, the current will flow through this thermistor unit limited by means of the diverter element forming a shunt until the others Thermistor units achieve approximately the same resistance value. Therefore need with such Paralleling the individual thermistor units does not carefully and laboriously one another to be adjusted.

Claims

Claim:

Switching device for interrupting electrical circuits, consisting of a switching device and a parallel variable resistance with a positive one Temperature coefficient (thermistor), thereby characterized in that the thermistor is connected in parallel with a voltage-dependent resistor is.

Considered publications:
German patents No. 170 074, 236 344,
969 067;

German interpretative document No. 1076 776.

1 sheet of drawings