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Druckgasschalter mit aus Stift und Düse bestehendem Düsenkontakt"
Die Eifindung bezieht sich,- auf einen Druckgasschalter mit aus Stift und Düse bestehendem
Düsenkontakt, bei dem das Druckgas während des Ausschältens _in die Düse geblasen
wird, mit einer Mlfselektröde, die -mit dem düsenförmigen Teil derart zusammengebaut
ist" daß der in der Düse beim Ausschalten entstehende Lichtbögen- mit Hilfe der
Gas= beblasung Häuf die Hilfselektrode kommutiert -wird, und mit einer Gleichrichtefanordnung
als Nebenweg zur Abschältstrecke, sö daß im Nebenweg nur in einer einzigen Richtung
Ström fließen kann.
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Gleichrichter im Zusammenhang mit Leitungsschaltern zu _verwenden,
um das Löschen des Lichtbogens und damit die Abschaltung zu erleichtern, sind seit
langem bekannt. Bereits in der deutschen Patentschrift 638981 ist beschrieben
worden, daß durch Gleichrichterelemente,-welche in Reihe zum Ausschaltkontakt liegen,
eine Erleichterung des Ausschaltens erreicht werden-känn. Hierbei sind zwei Kontakte
vorgesehen, denen je ein Gleichrichter verschiedener Durchlaßrichtung zugeordnet
ist. Die Wirkungsweise einer solchen Anordnung ist, daß beim öffnen beider Kontakte
der Strom in einer Halbwelle bis zum Nullduichgang. weiterfließt, dann aber keine
Möglichkeit mehr besitzt, in der anderen Richtung zu fließen, da der Stromkreis,
der gerade Strom'führt, dann durch den Gleichrichter gesperrt bleibt. Der andere
Stromkreis, durch den vorher kein Strom geflossen ist, bestitzt dann bereits seine
volle Spannungsfestigkeit, so daß auch-dort kein Strom mehr fließen kann. Man kann
dieser Anordnung noch einen weiteren Kontakt parallel schalten, der den normal fließenden
Strom im Dauerbetrieb übernimmt. Dieser muß beim Ausschalten zuerst geöffnet werden,
wobei der entstehende Lichtbogen sofort auf einen Nebenweg kommutiert wird.
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Es ist ferner bekanntgeworden, mit Hilfe von Synchrönisierungseinrichtungen
öder 'Relais bei Schaltern für gehrphasenstrom mit parallel zur Kontaktstrecke jeder
Phase liegendem Halbleiterventil den Zeitpunkt festzulegen, wann -die Kontakte öffnen.
Dieser Zeitpunkt liegt kurz vor dem Nulldurchgang einer Stromhalbwelle in Durchlaßrichtung
der Ventile. In diesem'Fall wird der Strom nach dem Strömnulldurchgang gesperrt,
da die zugehörigen Gleichrichter in Sperrichtung der Momentanwerte des Stromes liegen.
Beim- Abschalten von Drehstrom geht in der dritten Phae der Strom dann sofort auf
Null und löscht ebenfalls sehr rasch. Dadurch ist die Lichtbogenzeit sehr kurz (s.
schweizerisches Patent 387 738). Liegen mit den entgegengesetzt gerichteten Dioden
je ein Schalter in Reihe, so kann" man den Strom in einem Diodenkreis dazu ausnutzen,
um den Schalter des anderen Diödenkreises zu öffnen. Dieser öffnet dann nämlich
stromlos -und verhindert, daß ein Strom entgegengesetzter Richtung zustande kommt
(schweizerisches Patent 390 347).
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Ferner ist bei Schaltern mit parallelgeschalteten Gleichrichterelementen
bekanntgeworden, den Hauptkontakt mit Funkenhörnern zusammenzubauen, in die der
am Kontakt entstehende Lichtbogen hineingeblasen wird, wobei die Hörner mit den
Gleichrichterelementen hintereinandergeschaltet sind. In diesem Fall kommutiert
der Lichtbogen, wenn die Stromrichtung gleich der Durchlaßrichtnng der Dioden ist,
auf das Funkenhom und erlischt (s. deutsche Patentschrift 1005 590). -Der Nachteil
aller dieser Anordnungen ist; daß die Kontakte zu bestimmten Zeiten und in bestimmter
Abhängigkeit voneinander geschaltet werden müssen. Dies erfordert elektrische oder
mechanische Einrichtungen, die den Antrieb stärk verteuern. Auch ist es bisher nicht
bekanntgeworden, Druckluftschalter derart mit Gleichrichterelementen zu versehen,
daß ein Teil der Löschung durch die Druckluft erfolgt und eine weitere Verringerung
der Beanspruchung des Schalters durch die Diode erreicht wird. Insbesondere bei
Druckgasschaltern ist es keineswegs erforderlich, genau den Zeitpunkt der Löschung
fest= zulegen, da diese Schalter einen großen Teil der Abschaltleistung bewältigen
können.
Es wird daher für Druckgasschalter, welche mit einer Hilfselektrode
versehen sind, vorgeschlagen, daß die Gleichrichteranordnung mit der Hilfselektrode
in Reihe liegt, so daß im Nebenweg nur in einer einzigen Richtung Strom fließen
kann.
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Die F i g. 1 bis 5 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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In der F i g.1 ist der Düsenkontakt eines Druckgasschalters dargestellt.
Die zugehörige Druckkammer ist hierbei der übersichtlichkeit halber fortgelassen.
1 ist der feststehende Stift des Kontaktes, 2 das düsenförmige, bewegliche Kontaktstück.
Dieses wird beim Ausschalten, was ebenfalls nicht dargestellt ist, da es ja allgemein
bekannt ist, durch den Druck gegen eine Feder bewegt. 3 ist eine feststehende Hilfselektrode,
welche elektrisch mit dem Gleichrichter 5, welcher vorzugsweise eine Halbleiterdiode
ist, in Reihe liegt. Der Diode 5 kann ein Widerstandsglied 4 parallel geschaltet
werden, welches hochohmig ist und --beispielsweise aus der Kombination eines ohmschen
und eines kapazitiven Widerstandes besteht. Es dient zum Schutz der Diode in bekannter
Weise.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Der Strom fließt bei geschlossenem
Schalter vom Stift 1 über das düsenförmige Kontaktstück 2. Wird nun der Schalter
geöffnet,. so entsteht zunächst ein Lichtbogen zwischen dem Stift 1 und dem Düsenkontaktstift
2. Infolge der durch die Düse während der Abschaltung einströmenden Druckluft wird
der Lichtbogen auf die Hilfselektrode kommutiert. Dies gelingt erst dann, wenn der
Strom gerade in der Durchlaßrichtung der Diode 5 fließt. Wird der Kontakt bereits
geöffnet, wenn die Stromrichtung noch entgegengesetzt der Durchlaßrichtung der Diode
ist, so bleibt der Lichtbogen im wesentlichen zwischen den Kontaktstücken 1 und
2 brennen. Erst bei Umkehr des Stromes wirkt die Gleichrichteranordnung. Dies ist
bei Druckluft-Schaltern ohne weiteres möglich, da durch die Beblasung bereits eine
starke Kühlung des Lichtbogens einsetzt und bei kleineren Leistungen sogar schon
eine Löschung ohne Kommutierung auf den Gleichrichterkreis möglich ist. Man kann
aber auch diesen Fall verhindern, indem durch eine Synchromisiereinrichtung das
Ausschalten des Kontaktes nur dann erfolgt, wenn der Strom gerade in Durchlaßrichtung
der Diode fließt. Dies hängt von der Leistungsfähigkeit der Schalter ab. Bei Bewältigung
der größtzulässigen Abschaltleistung wird durch die Hilfselektrode und die Gleichrichteranordnung
die Schaltung und Löschung erleichtert. Wenn nun der Lichtbogen auf die Hilfselektrode
kommutiert ist, so brennt dieser bis zum Nulldurchgang. Nunmehr ist der Raum zwischen
den beiden Schaltstücken 1 und 2 bereits entionisiert und der Kontaktabstand zwischen
den beiden Schaltstücken genügend groß, so daß eine Wiederzündung unwahrscheinlich
ist. An der Hilfselektrode, an der die Entionisierung noch nicht vollkommen durchgeführt
ist, kann aber ebenfalls kein Strom mehr fließen, da dies die Diode verhindert.
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In der F i g. Z ist eine Anordnung gezeigt, bei der die Hilfselektrode
die Düse selbst darstellt. Diese ist mit 7 bezeichnet. Der Stift 1 ist wieder der
feste Kontaktteil, der bewegliche Gegenkontakt ist mit 6 bezeichnet. Dieser wird
beim Ausschalten nach unten bewegt, so daß sich zwischen den Kontaktstücken 1 und
6 ein Lichtbogen ausbilden kann. Ähnlich wie bei der Anordnung nach F i g. 1 wird
durch den Luft-Strom der Lichtbogen in die Düse geblasen, wenn die Stromrichtung
der Durchlaßrichtung des Halbleiters 5 entspricht.
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F i g. 3 zeigt eine weitere Anordnung, bei der die Hilfselektrode
3 den festen Kontaktteil 1 vor der Ausschaltung berührt. Die Elektrode 3 ist in
diesem Fall beweglich. Die öffnung des Kontaktes ist hierbei an zwei Stellen vorgesehen:
Nämlich auf der Düsenseite, wie in F i g. 1, durch Bewegung des düsenförmigen Kontaktstückes
2 nach rechts und zugleich an der Stelle des Kontaktstückes B. Auch dort wird der
düsenförmige Kontaktteil 2 abgehoben. Zunächst öffnet sich der Hauptkontakt. Es
werden also die Stellen 1 und 2 sowie 2 und 8 geöffnet. Der Strom kann dann über
die Hilfselektrode 3 fließen, wenn er der Durchlaßrichttung der Diode entspricht.
Ist dies nicht der Fall, so müßte sich ein Lichtbogen an den Unterbrechungsstellen
1 und 2 sowie 2 und 8 ausbilden, der dann bei Umkehr der Stromrichtung erlischt.
Will man diesen Lichtbogen vermeiden, so muß man eine Synchronisiereinrichtung vorsehen,
die die Trennung der Kontakte nur dann freigibt, wenn der Strom gerade in der Durchlaßrichtung
der Dioden liegt. Zunächst ist der Kontakt mit der Hilfselektrode 3 noch geschlossen.
Die Hilfselektrode berührt noch den Kontakt 1, so daß der Strom zunächst ohne Lichtbogen
hindurchfließen kann. Erst nach einer kurzen Verzögerung wird auch der Kontakt 1
bis 3 geöffnet, und es entsteht zwischen den Kontaktstücken ein Lichtbogen, der
beim Nulldurchgang löscht.
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Ein Wiederzünden ist dann nicht mehr möglich, da die Hauptkontakte.
so weit geöffnet sind, daß genügende Isolationsfähigkeit vorhanden ist und die Kontaktstrecke
an der Hilfselektrode in der nächsten Halbwelle durch die Diode gesperrt ist.
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F i g 4 zeigt eine weitere Ausführung, bei der die den beweglichen
Kontakt bildende Düse zweiteilig ist. Der eine Teil entspricht dem Düsenkontakt
2, der zweite Teil 10 ist durch eine Isolierschicht 9 von dem ersten
Teil elektrisch getrennt. Der zweite Teil wirkt hierbei als Hilfselektrode, auf
die der Lichtbogen durch die Beblasung kommutiert wird. Die Wirkungsweise ist sonst
die gleiche wie bei den anderen Ausführungen.
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Auch mit Hilfe einer Isolierschicht, welche im Inneren der Düse liegt,
kann eine ähnliche Wirkung erreicht werden, wie F i g. 5 zeigt. Dort ist eine gesonderte
Hilfselektrode 3 vorgesehen, das Innere der Düse ist aber teilweise mit einer Isolierschicht
Il überzogen, um die Kommutierung zu erleichtern.
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F i g. 6 zeigt eine weitere Anordnung, bei der die Kontaktteile 1,
2 und 3 feststehend sind. Beweglich ist ein Kontaktfingerkorb, von dem zwei Kontaktfinger
12 dargestellt sind. Sie stellen die Brücke zwischen den einzelnen Kontaktteilen
1, 2 und 3 dar. Die Düse 2 ist ähnlich wie in der F i g. 4 durch ein Isolierstück
9 von dem Hauptteil 10 der Düse getrennt. Im geschlossenen Zustand des Schalters
fließt der Strom von dem festen Kontaktstück 1 über den Kontaktkorb 12 in den Teil
10 der Düse hinein. Soll der Schalter geöffnet werden, so wird der Kontaktkorb 12
nach rechts verschoben, bis er gänzlich über der Düse 2 und 10 liegt. Dann bildet
sich zunächst ein Lichtbogen aus zwischen dem festen Kontaktstück 1 und dem
Kontaktkorb 12. Dieser kommutiert sehr schnell auf den Teil 2, da dieser dem festen
Kontaktstück 1 näher liegt. Durch die Blasung wird er dann auf den Teil
10 kommutiert. Nun wird der Korb noch weiter
nach rechts
geschoben, so daß er nur noch über den Teil 10 zu liegen kommt. Von diesem
Teil 10 kommutiert er dann auf die Hilfselektrode 3, weil diese Entfernung
kürzer ist. Die Hilfselektrode ist nun über den Gleichrichter 5 mit dem einen Pol
des Schalters verbunden. Die Kommutierung auf ' die Elektrode 3 kann aber nur dann
erfolgen, wenn der Strom gerade in der Durchlaßrichtung der Diode 5 liegt. Ist dies
nicht der Fall, so brennt er während dieser Halbwelle zwischen--1 und 10. Nach der
Kommutierung auf die Elektrode 3 erlischt der Lichtbogen beim Nulldurchgang. Inzwischen
sind die anderen Strecken genügend isolierfest geworden, so daß ein Wiederzünden
des Lichtbogens nicht erfolgen kann.
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Statt der Halbleiterdioden können auch gesteuerte Thyristoren vorgesehen
werden. Die Steuerung erfolgt dabei in bekannter Weise durch Synchronisiereinrichtungen,
so daß der Thyristor nur dann geöffnet wird, wenn die Richtung des Schalterstromes
gerade in Durchlaßrichtung des Thyristors liegt. Man kann durch die Steuerung erreichen,
daß der Thyristor erst kurz vor dem Nulldurchgang des Stromes geöffnet wird. Dadurch
wird die Belastung des Halbleiters und auch die Beanspruchung des Schalters herabgesetzt.
Voraussetzung ist hierfür natürlich, daß auch der Schalter erst kurz vorher geöffnet
wird. Man kann hierbei das Ausschaltvermögen des Schalters noch weiter erhöhen.