DE1250527B - - Google Patents
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Description
Int. Cl.Int. Cl.
H©lhH © lh
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
»0 527 Deutsche Kl.: 21c- 35/07 »0 527 German class: 21c- 35/07
Nummer:Number:
Aktenzeichen:File number:
Anmeldetag:Registration date:
S 100074 VIII d/21 c
13. Oktober 1965
21. September 1967
4. April 1968S 100074 VIII d / 21 c
October 13, 1965
September 21, 1967
April 4th 1968
Auslegetag:
Ausgabetag:Display day:
Issue date:
Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift übereinThe patent specification corresponds to the patent specification
Die bisherigen Synchronschalter weisen Kraftspeicher auf, die für das Ausschalten kurz vor dem Stromnulldurchgang und für das Wiedereinschalten unmittelbar nach dem Stromnulldurchgang zur Wirkung gelangen. Bei den mechanischen Lösungen werden im allgemeinen Ventile betätigt oder Verklinkungen gelöst, worauf dann unter der Wirkung von Druckgasantrieben und/oder Federn die Schaltbewegung zustande kommt. Werden als Kraftspeicher geladene Kondensatoren verwendet, so wird die Schaltbewegung meist mit Hilfe elektrodynamischer Antriebe bewirkt. Unabhängig von der Art des Antriebsystems stehen für die Bewegung der Kontakte nur 1... 2 ms (Millisekunden) zur Verfügung, was sehr große Kräfte erfordert. Zudem macht es Schwierigkeiten, auf Hochspannung liegende Kondensatoren schnell wieder aufzuladen. Es besteht daher ein Bedürfnis nach einem einfachen Synchronschalter, bei dem für die Einleitung der Bewegung ausreichend Zeit zur Verfügung steht. aoThe previous synchronous switches have energy storage devices that are used for switching off shortly before Current zero crossing and for switching on again immediately after the current zero crossing takes effect reach. The mechanical solutions generally operate valves or latches solved, whereupon the switching movement under the action of compressed gas drives and / or springs comes about. If charged capacitors are used as energy storage devices, the Switching movement caused mostly with the help of electrodynamic drives. Regardless of the type of Drive system, only 1 ... 2 ms (milliseconds) are available for the movement of the contacts, which requires very great forces. It also makes it difficult to use capacitors at high voltage recharge quickly. There is therefore a need for a simple synchronous switch, in which there is sufficient time to initiate the movement. ao
Der Synchronschalter nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Löschkontaktsystem, auf das eine vom abzuschaltenden Strom elektrodynamisch erzeugte Haltekraft wirkt, und durch ein vom abzuschaltenden Strom beeinflußtes Abfallmagnetsystem, dessen im Einschaltzustand festgehaltener Anker durch den Ausschaltbefehl freigegeben wird und hierauf in der Umgebung des der synchronen Abschaltung vorangehenden Stromnulldurchganges abfällt, wodurch eine der Haltekraft entgegenwirkende Ausschaltkraft aufgebaut wird.The synchronous switch according to the invention is characterized by an extinguishing contact system on which a holding force generated electrodynamically by the current to be switched off acts, and by one of the current to be switched off Current-influenced waste magnet system, its armature, which is held in the switched-on state, through the switch-off command is released and then in the vicinity of the one preceding the synchronous switch-off Current zero drops, as a result of which a switch-off force counteracting the holding force is built up will.
An Hand von F i g. 1 wird das Prinzip der Synchronsteuerung bei einem erfindungsgemäßen Synchronschalter erläutert;With reference to FIG. 1 shows the principle of synchronous control in a synchronous switch according to the invention explained;
F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Schaltkammer eines Synchronschalters nach der Erfindung mit Solenoidkontakt,F i g. 2 shows a section through a switching chamber of a synchronous switch according to the invention Solenoid contact,
F i g. 3 eine weitere Ausführungsform eines Haltekontaktes für einen erfindungsgemäßen Synchronschalter undF i g. 3 shows a further embodiment of a holding contact for a synchronous switch according to the invention and
F i g. 4 und 5 einen Seiten- bzw. einen Aufriß eines dreipoligen Schalters nach der Erfindung. F i g. Figures 4 and 5 are side and elevation views, respectively, of a three-pole switch in accordance with the invention.
Der verlagerte Kurzschlußstrom / (s. Fig. 1) setzt zur Zeit t0 ein, geht zur Zeit Z1 zum ersten Mal und zur Zeit tz zum zweiten Mal durch Null. Sofern der Überstromschutz zwischen t0 und Z1 beispielsweise zur Zeit t* anspricht, wird ein vom abzuschaltenden Strom / gespeistes Abfallmagnetsystem mechanisch freigegeben. Der Anker fällt dann in der Umgebung von ii ab und öffnet dabei ein Ventil, worauf der Druck ρ und damit die auf einen Kolben SynchronschalterThe shifted short-circuit current / (see FIG. 1) starts at time t 0 , goes through zero for the first time at time Z 1 and for the second time at time t z. If the overcurrent protection responds between t 0 and Z 1, for example at time t *, a drop-out magnet system that is to be switched off / fed is mechanically released. The armature then drops in the vicinity of ii and opens a valve, whereupon the pressure ρ and thus the pressure on a piston synchronous switch
Patentiert für:Patented for:
Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dr.-Ing. Fritz Kesselring, Küsnacht (Schweiz) - -Dr.-Ing. Fritz Kesselring, Küsnacht (Switzerland) - -
wirkende KraftActing force
P(t) = p-AP (t) = p-A
{A = Kolbenquerschnitt) gemäß der strichpunktierten Linie ansteigt und nach beispielsweise 3 ms den Wert P erreicht. Die Druckkraft p wirkt nun auf den beweglichen Schaltkontakt ein, der jedoch durch die elektrodynamische Haltekraft F, die proportional Z2 ist, vorerst festgehalten wird, so daß die Ausschaltbewegung erst einsetzen kann, wenn die elektrodynamische Kraft Fkleiner wird als die Betätigungskraft p. Wird die schraffierte Arbeitsfläche in Fig. 1 so gewählt, daß der bewegliche Kontakt zur Zeit tz die Löschdistanz s sicher erreicht, so kommt eine synchrone Abschaltung zustande. Ströme, deren maximale Haltekraft P kleiner als P ist, werden asynchron unterbrochen. Zum Aufbau der maximalen Ausschaltkraft p stehen somit mehrere Millisekunden zur Verfügung, während dies bei den bisher bekannten Synchronschaltern in Bruchteilen einer Millisekunde erfolgen muß. Der Wert von 3 ms ist deshalb vorteilhaft, weil dann auch eine kurze Halbwelle von z. B. 5 ms Dauer noch sicher unterbrochen werden kann. {A = piston cross-section) increases according to the dash-dotted line and reaches the value P after, for example, 3 ms. The compressive force p now acts on the movable switching contact, which, however , is initially held by the electrodynamic holding force F, which is proportional to Z 2 , so that the switch-off movement can only start when the electrodynamic force F becomes smaller than the actuating force p. If the hatched working area in FIG. 1 is selected so that the movable contact reliably reaches the extinguishing distance s at time t z , then a synchronous disconnection occurs. Currents with a maximum holding force P less than P are interrupted asynchronously. Several milliseconds are thus available to build up the maximum switch-off force p , whereas this has to be done in fractions of a millisecond in the case of the synchronous switches known up to now. The value of 3 ms is advantageous because then a short half-wave of z. B. 5 ms duration can still be safely interrupted.
In Fig. 2 bedeutet 1 die Hochdruck- und 2 die Niederdruckkammer, die beide aus Isoliermaterial bestehen. 3 ist eine gut leitende Metallplatte, mit der der obere Hauptkontakt 4 gasdicht verbunden ist. Der massive Hauptkontaktring 4 weist unten Segmente 4a auf. 5 ist der bewegliche Rohrkontakt, dem der Strom an seinem oberen Ende durch den Gleitkontakt 6 zugeführt wird. An seinem unteren'Ende steht er mit den zwei beweglichen Windungen 7 des Solenoidkontaktes in Verbindung. Mit la sind drei feststehende Windungen des Solenoidkontaktes bezeichnet; die Windungen 7 und la haben den gleichen Windungssinn. Mit dem Rohrkontakt 5 ist ein Dif ferentialkolben 8 fest verbunden, der zweckmäßig au" »Teflon« hergestellt ist. Er gleitet im Innern des Haupt,,In Fig. 2, 1 is the high pressure chamber and 2 is the low pressure chamber, both of which are made of insulating material. 3 is a highly conductive metal plate to which the upper main contact 4 is connected in a gas-tight manner. The massive main contact ring 4 has segments 4a at the bottom. 5 is the movable pipe contact to which the current is supplied at its upper end through the sliding contact 6 . At its lower end it is connected to the two movable windings 7 of the solenoid contact. With la three fixed turns of the solenoid contact are designated; the turns 7 and la have the same sense of winding. With the pipe contact 5 a differential piston 8 is firmly connected, which is expediently made of "Teflon". It slides inside the main "
809 534/100809 534/100
II.
kontaktes 4 und wird durch die öffnungen 9 entlüftet. Mit 10 ist der bewegliche Hauptkontakt bezeichnet; er besteht aus einer Mehrzahl von Kontaktfingern IOa und dem Kontaktgehäuse 10b. Die Kontaktfinger IOa werden durch die Feder 11 gegen die Segmente 4a des oberen Hauptkontaktes 4 und gegen den unteren Hauptkontakt 12 gepreßt. Der untere Hauptkontakt 12 ist seinerseits mit den Windungen la des Solenoidkontaktes leitend verbunden. Die Kontaktfinger IOo sind durch einen Ring 13 abgestützt. Das Kontakt- jo gehäuse IOb weist zwei einander gegenüberliegende Ansätze IOc auf, die mit der später beschriebenen Betätigungsstange 34 zusammenwirken.contact 4 and is vented through the openings 9. With 10 the movable main contact is referred to; it consists of a plurality of contact fingers IOa and the contact housing 10b. The contact fingers IOa are pressed by the spring 11 against the segments 4a of the upper main contact 4 and against the lower main contact 12 . The lower main contact 12 is in turn conductively connected to the turns la of the solenoid contact. The contact fingers IOo are supported by a ring 13 . The contact jo IOb housing has two opposite approaches IOC, which cooperate with the later-described operating rod 34th
Mit 14 ist die untere Lichtbogenelektrode bezeichnet. An dem Hauptkontakt 4 ist das ringförmige, mit Luftspalten versehene Magnetsystem 15 befestigt. 16 ist der zugehörige Abfallanker, der mit der Ventilstange 17 fest verbunden ist, die zudem die beiden Ventilteller 18 und 18ο trägt; sie greift an ihrem unteren Ende in den Schlitz einer Feder 19 ein, über die sie mit dem beweglichen Hauptkontakt 10 in Verbindung steht. 20 ist das rohrförmige Ventilgehäuse. Entsprechend der Bohrung 21 in der Metallplatte 3 weist das Ventilgehäuse eine kreisförmige öffnung 22 auf. Die Stromzuführung zu dem unteren Hauptkontakt 12 erfolgt über das Rohr 23, das den Anschluß 24 und den Hochdruckstutzen 25 trägt. Ein entsprechendes Rohr 26 mit dem Anschluß 27 und dem Niederdruckstutzen 28 dient zur Ableitung der Schaltgase aus der Niederdruckkammer 2. Die U-förmige Leitung 29 stellt über die Steckkontakte 30 die Verbindung zwischen dem Anschluß 27 und der Metallplatte 3 her; sie ist mit einer Isolierung versehen, die dazu dient, einen durch die heißen, ionisierten Gase verursachten Überschlag nach dieser Leitung zu vermeiden. 31 ist die obere Lichtbogenelektrode, die an dem leitenden Zwischenstück 32 ' befestigt ist; dieses trägt an seinem kalottenförmigen Ende den Dichtungsbelag 33. The lower arc electrode is denoted by 14. The annular magnet system 15 provided with air gaps is attached to the main contact 4. 16 is the associated waste anchor, which is firmly connected to the valve rod 17 , which also carries the two valve plates 18 and 18 o; at its lower end it engages in the slot of a spring 19 , via which it is connected to the movable main contact 10 . 20 is the tubular valve housing. Corresponding to the bore 21 in the metal plate 3 , the valve housing has a circular opening 22 . The power supply to the lower main contact 12 takes place via the tube 23 which carries the connection 24 and the high-pressure connection 25. A corresponding pipe 26 with the connection 27 and the low-pressure nozzle 28 serves to discharge the switching gases from the low-pressure chamber 2. The U- shaped line 29 establishes the connection between the connection 27 and the metal plate 3 via the plug-in contacts 30 ; it is provided with an insulation which serves to avoid a flashover caused by the hot, ionized gases after this line. 31 is the upper arc electrode attached to conductive spacer 32 ' ; this carries the sealing lining 33 at its dome-shaped end.
Zur Betätigung des beweglichen Hauptkontaktes 10 dient die Isolierstange 34, die über die Gummihülse 35 in das Innere der Hochdruckkammer 1 eingeführt ist und den beweglichen Hauptkontakt 10 gabelartig umschließt. Wird das linke Ende der Betätigungsstange 34 nach unten bewegt, so verschiebt sich der bewegliche Hauptkontakt 10 nach oben in die Ausschaltlage und umgekehrt. Die Hoch- und die Niederdruckkammer 1 bzw. 2 werden durch den zweiteiligen Isolierring 36 nach Zusammenpressen der Dichtungsringe 37 und 38 miteinander verbunden, und damit wird auch die Metallplatte 3 in ihrer Lage fixiert. Der Ring 39 dient zur Abdichtung des Rohrkontaktes 5 gegen die Metallplatte 3, während der Ring 40 die Windungen 7 und la des Solenoidkontaktes gegeneinander abdichtet. ' Der obere Ventilteller 18λ weist eine elastische Gummimanschette 41 auf, die in dem Zylinder 42 gleitet.To actuate the movable main contact 10 , the insulating rod 34 is used, which is inserted into the interior of the high-pressure chamber 1 via the rubber sleeve 35 and encloses the movable main contact 10 like a fork. If the left end of the actuating rod 34 is moved downwards, the movable main contact 10 moves upwards into the switch-off position and vice versa. The high and low pressure chambers 1 and 2 are connected to one another by the two-part insulating ring 36 after the sealing rings 37 and 38 have been pressed together, and the metal plate 3 is thus also fixed in its position. The ring 39 serves to seal the pipe contact 5 against the metal plate 3, while the ring 40 seals the turns 7 and la of the solenoid contact against each other. The upper valve disk 18λ has an elastic rubber sleeve 41 which slides in the cylinder 42.
Die Wirkungsweise des Schalters ist folgende: Soll ein kleiner Strom unterbrochen werden, so wird das linke Ende der Betätigungsstange 34 nach unten bewegt (s. F i 2. 2). Der bewegliche Hauptkontakt 10 verschiebt sich nach oben, wobei die Kontaktfinger IOa von dem unteren Hauptkontakt 12 abgezogen werden, so daß der Strom auf den Solenoidkontakt 7, la kommutiert wird; gleichzeitig wird der Anker 16 des Magnetsystems 15 freigegeben. Da die Haltekraft infolge des kleinen Stromes in dem Solenoidkontakt 7, la gering ist, fällt der Anker 16 unter der Wirkung des Hochdruckes auf den Ventilteller W>a 527 The mode of operation of the switch is as follows: If a small current is to be interrupted, the left end of the actuating rod 34 is moved downwards (see F i 2. 2). The movable main contact 10 moves upwards, the contact fingers IOa being withdrawn from the lower main contact 12 , so that the current is commutated to the solenoid contact 7, la; at the same time the armature 16 of the magnet system 15 is released. Since the holding force is small as a result of the small current in the solenoid contact 7, la , the armature 16 falls under the effect of the high pressure on the valve disk W> a 527
ab, während der Ventilteller 18 auf das untere Ende des Ventilgehäuses 20 gepreßt wird. Gleichzeitig wird die Manschette 41 vom Zylinder 42 nach innen abgehoben (punktiert angedeutete Lage) und der Raum 21 entlüftet. Der Hochdruck wirkt nun auf die untere Seite des Differentialkolbens 8, wodurch der Rohrkontakt 5 und die damit verbundenen Windungen 7 des Solenoidkontaktes nach oben bewegt werden. Nach Trennung des Solenoidkontaktes tritt ein Lichtbogen zwischen den Elektroden 14 und 31 auf. Das unter Hochdruck stehende Gas strömt in den Rohrkontakt 5 und bewirkt die Löschung des Lichtbogens beim nächsten Stromnulldurchgang.while the valve disk 18 is pressed onto the lower end of the valve housing 20. At the same time, the cuff 41 is lifted inwards from the cylinder 42 (position indicated by dotted lines) and the space 21 is vented. The high pressure now acts on the lower side of the differential piston 8, whereby the pipe contact 5 and the associated windings 7 of the solenoid contact are moved upwards. After the solenoid contact is disconnected, an arc occurs between electrodes 14 and 31 . The high pressure gas flows into the pipe contact 5 and causes the arc to be extinguished the next time the current passes zero.
Die Einschaltung erfolgt, indem die Betätigungsstange 34 an ihrem linken Ende nach oben bewegt wird. Dadurch verschiebt sich der bewegliche Hauptkontakt 10 nach unten in die gezeichnete Lage und nimmt kurz vor der Endstellung über die Feder 19 und die Ventilstange 17 auch den Anker 16 des Magnetsystems 15 mit. Hierdurch wird der Anker 16 wieder auf die Polflächen gepreßt. Gleichzeitig schaltet aber das Ventil 20 um; das Hochdruckgas strömt in den Raum 21 und erzeugt auf der oberen Fläche des Differentialkolbens 8 einen Druck, wodurch der Rohrkontakt 5 mit den Windungen 7 gegen die Windungen la gepreßt wird. Es besteht also auch ohne Strom ein durch den Differentialkolben 8 erzeugter Kontaktdruck. It is switched on by moving the actuating rod 34 upwards at its left end. As a result, the movable main contact 10 moves downwards into the position shown and, shortly before the end position, also takes the armature 16 of the magnet system 15 with it via the spring 19 and the valve rod 17. As a result, the armature 16 is pressed onto the pole faces again. At the same time, however, the valve 20 switches over; the high pressure gas flows into the space 21 and generates a pressure on the upper surface of the differential piston 8 , whereby the pipe contact 5 with the turns 7 is pressed against the turns la. There is thus a contact pressure generated by the differential piston 8 even without current.
Auch bei einer synchronen Abschaltung wird nach Verschieben des Hauptkontaktes 10 ein Druck auf die untere Fläche des Differentialkolbens 8 ausgeübt. Im Gegensatz zai einer asynchronen Abschaltung kann jedoch die Bewegung des Rohrkontaktes 5 und der Solenoidwindungen 7 erst einsetzen, wenn die Haltekraft des Solenoidkontaktes 7, la kleiner wird als die auf den Differentialkolben 8 einwirkende Druckkraft. Die Kräfte und Massen sind nun so aufeinander abgestimmt, daß in der zur Verfügung stehenden Zeit die Löschdistanzs (s. Fi g. 1) sicher erreicht wird. Da der Lichtbogen nach Trennung der Windungen 7 von la sofort nach innen und damit auf die Lichtbogenelektroden 14 und 31 geblasen wird, sinkt die Haltekraft des Solenoidkontaktes fast augenblicklich auf Null, was zu einer Vergrößerung der schraffierten Arbeitsfläche in Fig. 1 beiträgt.Even in the case of synchronous disconnection, after the main contact 10 has been moved , pressure is exerted on the lower surface of the differential piston 8 . In contrast to an asynchronous shutdown, however, the movement of the pipe contact 5 and the solenoid windings 7 can only begin when the holding force of the solenoid contact 7, la is less than the compressive force acting on the differential piston 8. The forces and masses are now coordinated with one another in such a way that the extinguishing distance s (see Fig. 1) is reliably reached in the time available. Since the arc is blown immediately inward and thus onto the arc electrodes 14 and 31 after the turns 7 are separated from la , the holding force of the solenoid contact drops almost instantly to zero, which increases the hatched working area in FIG.
Um geringe Ausschaltwege und eine hohe Spannungssicherheit zu erzielen, ist es zweckmäßig, daß die Unterbrechungsstellen im ausgeschalteten Zustand unter Hochdruck stehen. Dies wird dadurch bewirkt, daß sich der obere Rand des Rohrkontaktes 5 in der punktiert gezeichneten Ausschaltstellung gegen die Dichtung 33 anpreßt. Um andererseits Hauptventile in der Zuleitung zur Hochdruckkammer 1 zu vermeiden, was zusätzlichen Aufwand und eine erhebliche Zeitverzögerung zur Folge hätte, soll die Hochdruckkammer 1 auch im eingeschalteten Zustand gegen die Niederdruckkammer 2 abgedichtet sein. Dies erfolgt mit Hilfe der Dichtung 40 zwischen den beweglichen Windungen 7 und den feststehenden Windungen la des Solenoidkontaktes.In order to achieve short switch-off paths and a high level of voltage security, it is expedient for the interruption points to be under high pressure in the switched-off state. This is achieved in that the upper edge of the pipe contact 5 is pressed against the seal 33 in the disconnected position shown in dotted lines. On the other hand, in order to avoid main valves in the supply line to the high pressure chamber 1 , which would result in additional expenditure and a considerable time delay, the high pressure chamber 1 should also be sealed off from the low pressure chamber 2 when it is switched on. This is done with the aid of the seal 40 between the movable windings 7 and the fixed windings la of the solenoid contact.
Sollte aus irgendeinem Grund (komplizierte Netzstörung, Umschlagstörung od. dgl.) einmal die synchrone Abschaltung nicht zustande kommen, so brennt der Lichtbogen nach dem Stromnulldurchgang während einer vollen Halbwelle weiter. Ist der Strom verhältnismäßig gering, so erfolgt die Unterbrechung im nächsten Siiomnulldurchgang. Bei höheren Kurzschlußströmen tritt jedoch infolge der hohen Schalt-Should for any reason (complicated network fault, cargo handling fault or the like) once the synchronous Shutdown do not come about, the arc burns after the current zero crossing continues during a full half-wave. If the current is relatively low, the interruption takes place in the next Siiom zero crossing. At higher short-circuit currents, however, due to the high switching
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
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DES0100074 | 1965-10-13 |
Publications (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR2215689A1 (en) * | 1973-01-29 | 1974-08-23 | Siemens Ag |
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- 1965-10-13 DE DES100074A patent/DE1250527B/de active Pending
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- 1966-10-06 CH CH1461466A patent/CH447311A/en unknown
- 1966-10-13 JP JP6739666A patent/JPS4428213B1/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR2215689A1 (en) * | 1973-01-29 | 1974-08-23 | Siemens Ag |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CH447311A (en) | 1967-11-30 |
JPS4428213B1 (en) | 1969-11-20 |
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