DE1640236A1

DE1640236A1 - Vakuum-Schalter

Info

Publication number: DE1640236A1
Application number: DE1967G0050535
Authority: DE
Inventors: Lee Thomas Henry; Streater August Leroy
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-07-01
Filing date: 1967-06-30
Publication date: 1970-08-13
Also published as: CH482283A; JPS454572B1; GB1164686A; DE1640236B2; SE339709B; US3469048A

Description

DR.-ING. ERNST SOMMERFELD 1 R Λ Π 7 ^ R 8 MÜNCHEN 23

DR. DIETER v. BEZOLD I D 4 U 4 O O dunantstrasse β

TELEFON: 34 8198 PATENTANWÄLTE " TELEGR.: SOMBEZ

Di. Sommerfeld, Dr. ν. Bezold, S Mündien 23, Dunantstraße 6

C- 6?; Sch/ix
Convention date: JuIiI, 1966
HD- - a868 - Lee «t al
Π.S.-Serial No. : 562. 299

GENERAL. ELEÖTSIG. COMPlNI, Schenectady,N.Y. ,USA

Vakuum — Schalter·

Die Erfindung betrifft elektrische Vakuum-Schalter mit mehreren parallel arbeitenden Kontakten*

Man hat bereits zum Schalt®¹¹ von höheren Strömen vorgeschlagen, Kontakte von Flüssigkeits-oder dass/chaltern parallel zu sehalten* Hierdurch sollte eine Aufteilung des zu unterbrechenden. Gesamtstromes auf die parallel- geschalteten Kontakts und damit eine Verringerung der Belastung der einzelnen Kontakte erreicht werde»* Es hat sich jedoch herauege*- atellt^ daß dieses giel aussero^dentlieii schwer zu err eichen ist» so daß man; von derartigen Anordnungen wieder abgekommen isfe«

Sie H&U;p/feeehwiftrigk<§it liegt darin* eine gleiche Verteilung des Stromes auf die Kontakte sue erreichen« Bei einem Schalter· mit gegeneinander/ beweglichen Kontakten ist hierzu nämlich ams gleichzeitige trennen der Kontakte notwendig» das praktisch nicht zu erreichen let* lafolge der dabei auftretenden, wens auch noch so geringen, zeitliehen Verzögerungen übernimmt schließlich der zuletzt öffnende Kantakt den Gesamtstroa,

und es entsteht nur über ihm ein Lichtbogen, infoXge dessen an diesem Kontakt die gesamte Unterbrechungsbelastung liegt·

Als Abhilfe hat man vorgeschlagen, in Reihe mit jedem Unterbrecher eine Induktivität zu schalten, so daß eine gleichmäßige Aufteilung des Stromes erzwungen würde· Derartige Induktivitäten müssen jedoch ausseror— dentlich groß sein, so daß nicht nur die Kosten des Schalters steigen, sondern an den Unterbrechern beim Abfall des Stromes auf O Schaltüber— spannungen entstehen, welche das Abschalten ihrerseits erschweren·

Es hat sich ferner gezeigt, daß infolge dieser Zeitunterschiede einige der Kontakte kurz vor dem Nulldurchgang, andere dagegen nach dem Null-durchgang des Stromes öffnen» Wenn nun kurz vor dem Stromnulldurchgang an dem ersten sich ö ff enden Kontakt ein Lichtbogen entsteht, so tritt nach dem Nulldurchgang normalerweise keine Rückziin&ung ein, so daß der Strom diese» Kontaktes nun von den anderen nach geschlossenen Kontakten übernommen wird und sich über diesen Ko&takten, wenn sie sich öffnen, ein neuer Lichtbogen entsteht, durch den nun der gesamte Strom fließt,

^ Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, auch bei hohen Strömen die Unterbrechungsbelastung zwischen parallel geschalteten Kontakten oder Unterbrechern zu verteilen, ohne daß dazu große Induktivitäten in Reihe mit den Unterbrechern erforderlich wären· Weiterhin soll die Starkstrofflunterbrechungsbelastung, die nach einem Stromnulldurchgang zwischen einem Paar parallel geschalteter Kontakte aufgeteilt werden, auch wenn nur einer der Kontakte vor dem Stromnulldurchgang bereits geöffnet hat oder einen Lichtbogen zieht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Vermeidung eines mechanischen Antriebe zum gleich«, zeitigen Öffnen der parallel geschalteten Kontakte,

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Gelöst wird diese Aufgabe bei einem elektrischen Schalter mit einem ersten Vakuumunterbrecher, der in einem hochevakuierten Gehäuse ein J?aar gegeneinander bewegbarer Kontakte aufweist, die sich zur Leitung des Stromes zusammenschalten lassen und beim ^rennen einen Lichtbogen zwischen sich ziehen, und mit einem zweiten, getriggerten Vakuumunter— brecher, der innerhalb eines hochevakuierten Raumes ein Paar Primärelek— troden, die eine Trennlage einnehmen-können, und eine bei Anlegen eines Impulssignales einen Lichtbogen zwischen den Primärelektroden auslösende Triggerelektrode aufweist, dadurch, daß eine eiktromechanische Vorrichtung .zur Verbindung der Primärelektroden vorgesehen ist, deren elek— ~ trischer Teil parallel zu den Kontakten liegt und daß eine Impulsschal— tung zum Anlegen eines Impulssignals an die Triggerelektrode vorgesehen ist, die auf ein plötzliches Ansteigen des Stromes durch den ersten Unterbrecher auf eine vorbestimmte Größe anspricht und einen Lichtbogen zwischen den Primärelektroden entstehen Igßt, sobald die Voraussetzungen für das Entstehen eines Lichtbogens zwischen den Kontakten gegebes. sind«.

Anhand der folgenden Beschreibung und der Figuren sei die Erfindung näher erläutert. Es zeigt | Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsfora des erfindungsgemäßen Schalters

Fig. la einen Schnitt längs der Linie la — la der Fig_e 1 Fig. 2 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Der Vakuum-Schalter Io hat nach Fig. 1 ein verschlossenes Gehäuse 11,

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das bis zu einem Druck von Io Torr, oder darunter evakuiert ist. Pas Gehäuse hat eine Wandung 12 aus Isoliermaterial und zwei metallische- Endkappen 13 und l*l· die an den Enden der Wandung 12 durch geeignete Dichtungen 15 vakuumdicht angebracht sind« .

Innerhalb des evakuierten Gehäuses 11 befinden sich ein Paar gegeneinander bewegbare, vorzugsweise scheibenförmige Kontakte 17 und 18. Der obere Kontakt 17 ist als fester Kontakt ausgebildet und wird von der oberen Endkappe 13 mit Hilfe einer röhrenförmigen Haltestange 17a aus leitendem Material gehalten» Der untere Kontakt 18 ist ein beweglicher Kontakt und wird von einer länglichen leitenden Betätigungsstange l8a gehaltert, die durch eine Öffnung der unteren Endkappe Ik ragt. Ein flexibler Metallbalg 2o, der die Betätigungsstange l8a umgibt, gestattet ihr eine senkrechte Bewegung ohne Beeinträchtigung des Vakuums innerhalb des. Gehäuses IL. Der Balg ist beiderseits mit Hilfe einer geeigneten Abdichtung an der Endkappe 2.h und der Betätigungsstange l8s befestigt.

Der au schaltende Strom i-iird dem Schalter Io über die Leitungen 21 und zugeführt, die .jeweils mit der Endkappe 13 bzw. der beweglichen Kontaktstaage l8a verbunden sind_o Die Verbindung der Leitung 21 mit der Endkappe 13 erfolgt über die leitende Schiene 57-9 während die Verbindung der Leitung 22 axt der beweglichen Kontaktetange. X8a üb©r di@ leitende Schien® 5§ uaa das flexible-Kontsktband 59 erfolgte Das KontaJktband verbindet die Kontaktstange iSa mit der Schiene 580

Eine Untertreelmag dieses L&s-tkreises erfolgt durch Antrieb des beWfgliehea Kontakts© IS nach unten mit Hilfe einer geeigneten, nicht dargestellten Vorriehtungg die sieh, unterhalb der Kont dt tstange l8a befindet. Dadurch werden die Kontakts 17 und l8 getrennt und sivischen ihnen entsteht ein Lichtbogen» Handelt es sich.um Wechselstrom, so besteht dieser Lichtbogen bis etwa zur Zeit eines Stromnulldurchgangs; dann erlischt der Bogen

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und kann normalerweise wegen' der hohen Dielektrizität des Vakuums innerhalb des Gehäuses 11.nicht rückzünden· Zur Kondensation der- vom Lichtbogen aus den Kantakten verdampften Metallteile dient in üblicher Weise ein Dampfkondensatxonsschirm 28, der die Kontakte im Abstand umgibt und vorzugsweise elektrisch von ihnen isoliert ist.

Unter bestimmten, noch zu beschreibenden Bedingungen soll der Lichtbogen zwischen den Kontakten 17 und l8 entstehen, so daß er nach dem ersten Stromnulldurchgang rückzündet und den Strom bis zum nächsten Nulldurch— gang führt. Zu diesem Zweck ist ein Triggerspalt 3o im Vakuum-Schalter vorgesehen. '

Dieser Triggerspalt 3o sitzt in einer Ausnehmung 25 in der Mitte des festen Kontaktes 17 und ist vorzugsweise in bekannter Weise konstruiert. Er umfasst einen zylindrischen keramischen Träger 32» der innerhalb der Ausnehmung 25 angeordnet ist, und zwei dünne Metallschichten 33 und 36, die auf der äuseeren Fläche des Keramikträgers mit gegenseitigem Längsabstand angeordnet sind. Diese beiden Metallschichten bilden die Elektroden für den Triggerspalt 30· Sie sind durch eine V—förmige Nut ge·- trennt, die um den. Umfang des Keramikträgere verläuft und deren Wände j vom Keramikträger selbst gebildet werden» Eine der Triggerelektroden ist elektrisch mit der Hauptelektrode 17 verbunden. Die andere Triggerelektrode 36 ist normalerweise von der Hauptelektrode 17 isoliert«

Diese Schichten 33 und 36 bestehen aus einem Meteil, beispielsweise Titan, das ein gute* Getter für fiktive Gas» wie Wasserstoff ist und davon eine große Menge absorbieren kann. Bei einer bevorzugten Ausführunga» fora der Erfindung ist in den beiden Titanschichtea sehr Viel Wasserstoff gespeichert.

Bekanntermaßen ist die Feldlinienverteilung an der "Trennfläche zwischen einem Metall und einem Keramikkörper, die sich in engem Kontakt befinden, für einen übersch,lag an dieser brennfläche sehr günstig. Daher kann eine an den Triggerspalt angelegte relativ niedrige Spannung einen Funkenüberschlag von einer dieser Oberflächen über den Triggerspalt auslösen.

Tritt ein solcher Überschlag des Spaltes 3o ein, so setzt der dabei entstehende Lichtbogen Wasserstoffgas aus den Elektroden 33 und 36 frei, das durch den Lichtbogen ionisiert wird. Der ionisierte Wasserstoff dringt ™ sehr schnell in den Haupt spalt ein und verringert dort die «dielektrische Festigkeit, so daß auch zwischen den Kontakten 17 und l8 ein Lisät« bogen überspringt.

Zum Anlegen einer Spannung an den Triggerspalt verläuft ein. Leiter 38 durch eine Bohrung des Keramikträgers 32© Ab. dessen inneren Ende ist der Leiter 38 mit einer Metallkappe 37 versGtosisst, die sich in elektrischem Kontakt mit der Triggerelektrode 36 befindet« Die Metallkappe 37 ist hermetisch mit dem inneren Ende des Keramikträgers 33 durch eine bekannte ^ Metallkeramikabdichtung verbunden, so daß der hermetische Abschluß des

Gehäuses 11 gesichert ist.

■ Um den Schalter Io von der bein Trennen von Starkstrom auftretenden •Trennungsbelastung zum Teil zu entlasten, ist ein Hilfsvakuum—Trennschalter parallel zum Hauptschalter Io vorgesehen. Dieser Trennschalter 5o» der. ebenfalls durch einen Vakuumepalt getriggart wird, ist etwa in der gleichen Weis· wie der Trennschalter Io aufgebaut, ausser daß seine Elektroden 51 und 52 gegenseitig feststehen und einsa Pri#irapalt 53 zwischen sich bilden. Diese Elektroden 51 und 52 «lad atwa gleich auegebildet wie die Elek-. trodtß 17 und l8 und auf loitenden Stab®«, 51ε fessle 52® fe*f©©frigte_g ii© el®!s—

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trisch und mechanisch an gegenüberliegenden Endkappen 13 bzw. lA· angebracht sind. Der Triggerspalt 3o des Unterbrechers- 5& ist der gleiche wie beim Unterbrecher Io und ist auch mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die Parallelschaltung der Unterbrecherschalter Io und 5o erfolgt beispielsweise durch die in Fig» 1 dargestellten leitenden Schienen 57 und 58» die elektrisch und mechanisch mit den jeweiligen Enden der beiden Unterbrecher verbunden sind* Ein flexibles metallisches Band 59 ist zur Verbindung der unteren Schiene 58 mit der beweglichen Kontaktstange l8a vorgesehen·

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bleibt der getrigger*- te Schalter 5o beim Schalten von niedrigen Strömen in seiner normalen Trennstellung. Der Unterbrecher Io verkraftet alleine derartige Unterbrechungen und braucht nicht durch den getriggerten Vak&ustspalt unterstützt zu werden«

Beim Abschalten hoher Ströme wird jedoch d©r normalerweise nicht leitende getriggerte Trennschalter 5o zum Leiten gebracht, wenn der Strom durch den Trennschalter Io einen vorbestimmten Wert erreicht₆ Dies läßt sich durch eine geeignete stromempfindliche Triggers'ehaltung erreichen_o Bei i der· dargestellten Favm der Erfindung ist ein Stsomtransforaiator vorgesehen, dessen Sekundärwicklung 60 eiasn Seil 5?®. d©r zum Behalt®? 1© führenden Stromschien© 57 umgibt«. ~Mit der Wicklung 60 ist eia Überstromrelais 62 verbundene, dessen Spule bei geschlossen©® Unterbrechen 1© ch&yeh einen normalerweise geschlossjenen Schalter 66 kurzgeschlossen ist₉ der in feekknnter Weise mit dem Unterbrecher Io gekuppelt ist β- Wenn sich der Unterbrecher Io Öffnet, wird der Schalter 66 geöffnet, so daß der Kurzschluss der Relaisspule aufgehoben wird und das Relais auf den Unterbrecher Io durchfließenden Strom ansprechen kann· .

tfenn der durch den Schienenabschnitt 57a fließende Strom einen bestimm—

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ten Wert erreicht, spricht das Überstromrelais 62 an und schließt seine Kontakte 62a. Dadurch wird die Leitung 63 zu einer Impulsquelle 6k angeschaltet, die einen geeigneten Impuls auf den Trigger Jo des Schalters 5o gibt. Der Impuls springt über den Triggerspalt 3o über und erzeugt einen Lichtbogen über den Primärspalt 53 des Schalters 5o. Über diesen Lichtbogen wird der Schalter 5o parallel zum Lichtbogen im Schalter Io geschaltet»

Bei einem Flüssigkeits-oder Gastrennschalter ist zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Verteilung des Stromes zwischen zwei Strom^aden wesentlich mehr als nur da© Vorhandensein paralleler Lichtbogenwege nötig, ^ß&a kommt daher/, weil bei solchen Unterbrechern die Kennlinie zwischen Lichtbogenstrom und Bogenspannung einen fallenden Verlauf hat. Führt ein Unterbrecher einen höheren Strom als der andere, so neigt sei-' ne Spannung zum Absinken. Dadurch neigt wieder der Strom durch den ohne hin den höheren Strom führenden Lichtbogen zum Ansteigen, was ein weite res Absinken der Bogenspannung zur Folge hat, so daß der Lichtbogen noch weiter ansteigt_o Bei derartigen Unterbrechern verursacht daher eine, ungleiche Stromverteilung einen instabilen Zustand, der zu noch weiteren Ungleieimäßigkeit©n führte £Ls Gegenmaßnahme gegen diesen instabilen Zustand kann aas. in Reihe sait den Teilschaltern hohe Induktivitäten schalten, die jedooa teuer sind und die eingangs erwähnten weiteren Probleme aufwexien«

Die soeben erwähnte Instabilität tritt nicht ein, wenn zwei hohe Ströme führende Vakuumschalter parallel geschaltet werden· Dies rührt daher, daß HoehstromvakBum-iichtbögen im Gegensatz zum fallenden Verlauf bei anderen Unterbrechern einen steigenden Verlauf der Stromspannungskenn*- linie zeigen. Wenn der Strom in einem Vakuurabogen anfängt größer zu werden als der Strom in dem anderen Bogen, so steigt die Spannung in

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dem den größeren Strom führenden Lichtbogen, so daß die Ströme durch die beiden parallen Lichtbögen sich einander angleichen. Aus diesem Grunde werden große Induktivitäten, wie sie bisher bei der Parallelschal·» tung von Unterbrechern notwendig waren, überflüssig· Bei bestimmten An— wendungsfallen der Erfindung kann jedeeh die Verwendung kleiner Induktivitäten von Vorteil sein· ,

Unterhalb eines bestimmten Stromwertes zeigt der Vakuum—Lichtbogen nämlicht nicht den ansteigenden Verlauf der Stromspannungskennlinie, sondern die Bogenspannung ist im wesentlichen unabhängig vom Stromkonstant· Bei diesen kleinen Strömen tritt der selbstausgleichende Effekt praktisch M nicht ein, jedoch ist dies nicht von Bedeutung bei der Erfindung, da eine gleiche Verteilung niedriger Ströme nicht erforderlich ist, da kleine Ströme- bereits von einem der beiden Schalter allein verkraftet werden»

Damit eine- etwa gleiche Verteilung hoher Ströme zwischen den beiden kuumunterbrechern Io und 5o erreicht wird, sollen die beiden Unterbrecher Io und 5o so ausgebildet sein, daß bei einem jeweiligen Momentanstrom an ihnen etwa die gleiche Bogenspannung entsteht» Bei hohen Strömen hängt die Große der Lichtbogenspannung für einen bestimmten Stroas hauptsächlich von der Form der Elektroden oder Kontakte und in geringereu Ausmaß vom Elektrodenmaterial ab. Aus diesem Grunde sieht die Erfindung vorzugsweise Elektroden 51t52 von gleicher Form und Größe wie die Kontakte 17ml8 und aus gleichem nicht Hitze beständigem (non-refractory) Materiel vor· Beispielsweise haben in einer bevorzugten Ausführungeform die Kontakte 17 und l8 und die Elektroden 51 und 52 etwa . ■piralförmige Schlitz«, wie es in der Technik bekannt ist. Dies« Schlitze eind in Fig. 1« mit 79 bezeichnet und bewirken, daß der Lichtbogen ueläuft, so daß «in starker Strom besser unterbrochen wird* Derartig· fchlitze eind in beiden Kontakten 18 und 17 und beiden Elektroden 51. und

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52 vorgesehen. Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Aus führ ungs,— form bestehen die Kontakte 17 und l8 ebenso wie die Elektroden 51 52 vollständig aus Kupfer, jedoch enthalten die Kontakte 17 und 18 eine geringe Menge Wismut in ihren Kontaktflächen, so daß ein Schmelzen der Kontakte verhindert wird. -

Wenn die geometrische Form der beiden Schalter so unterschiedlich ist, dsgß nennenswert verschiedene Bogenspannungen bei einem bestimmten Strom in ihnen entstehen, dann tritt zwischen den beiden Schaltern Io und 5® eine ungleiche Stromverteilung auf. Wenn auch eine etwa gleiche Auf- ^ teilung erreicht werden soll, stört diese ungleiche Verteilung bei bestimmten Anwendungsfällen jedoch nicht allzu sehr, da der bereits er= wähnte steigende Verlauf der Stromspannungs-Kennlinie auch hier das Entstehen instabiler Verhätnisse verhindert.

Ein getriggerter Vakuumspalt wird bei Anlegen ©ines iriggersignals, das einen Überschlag des ^Triggerspaltes b@wi^kt_s nicht leitend, sofern nicht eine bestimmte Spannung zwischen dea Primärelektroden herrscht. Wenn der Unterbrecher Io zündet ist die zwischen den Primärelektroden 51*52 des getriggerten Sehalters 5o herrschende Spannung etwa gleich ψ der am Unterbrecher Io liegenden Spannung. Die jeweilige Bogenspaxmung ändert sich wiederum direkt mit dem jeweiligen durch den Unterbrecher Io fließenden Strom, wie bereits erwähnt. Das Überstromrelais 62 wird daher so eingestellt, daß es seine normalerweise geöffneten Kontakte nur dann schließt, wenn der Strom dureh den Unterbrecher Io genügend.hoch ist, um eine Bogenspannung zu erzeugen, die ausreicht, um bei Anlegen eines Triggerimpulses an den Triggerspalt 3o des Schalters 5o einen Überschlag zwischen den Primärspalt 53 zu erzeugen« Hat der Strom diesen Wert, so kommt der positive Zusammenhang zwischen Bogenspannung und Strom zur Auswirkung und es entstellt swiasoh©«. dem feeifes

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wenn sie beide leiten, eine etwa gleiche Stromverteilung. Durch Einschalten einer geringen Induktivität in die parallelen Strompfade durch die Unterbrecher Io und 5o läßt sich eine höhere Spannung am Spalt 53 zum Hervorrufen des ersten Überschlags beim Triggern erzielen; aus diesem Grunde ist es manchmal zweckmäßig, diese kleine Induktivität einzufügen. Vorzugsweise haben jegliche Induktivitäten in den parallelen Strom pfaden die gleiche Größe·

Es sei nun angenommen, daß der getriggerte Schalter 5o in einen leitenden Zustand gebracht ist, so daß der gesamte Strom sich zwischen die Schalter Io und 5o verteilt hat, bis ein Stromnulldurchgang erreicht ist. Die beiden Bögen erlöschen beim Nulldurchgang, und die wieder ansteigende Spannung baut sich schnell über den nun in den beiden Unterbrechern und 5ö vorhandenen Spalten auf. Wird die Isolationsfähigkeit zwischen den Spalten schneller wieder hergestellt als die Spannung sich aufbaut, dann entsteht kein neuer Lichtbogen, und der Strom ist unterbrochen« Wenn jedoch an einem der Spalte infolge dsr Wiederkehrspannung ein Durchbrueh eintritt, so brennt der dort entstehende Lichtbogen bis zun nächsten Hull» durchgang. Entsteht beispielsweise so im Unterbrecher Io infolge der Wiederkehrspannung ein Überschlag, dann führt dieser Unterbrecher den sich daraus ergebenden Strom, bis dieser einen vorbestimmten Wert erreicht, bei dem das Überstromrelais 62 den zweiten Unterbrecher 5® in den Stromkreis eine ehaltet.. Danach verteilt sich der Strom gleichmäßig zwischen den Unterbrechern Io und 5o. Es sei angenommen₉ daß das Beiais 62 beim Stromnulldurchgang abschaltet und dann bei Erreichen des vorbestimmten Stromes erneut anspricht«

Tritt im Schalter 5o ein Überschlag infolge der Wiederkehrspannung ein, dann führt dieser Sdhalter zunächst den sich ergebenden Strom. Erreicht dieser jedoch den vorbestimmten Wert, so wird der dann offene Hauptun-

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terbrecher Io zum Leiten gebracht, so daß sich der Gesamtstrom wieder aufteilt. Zum Triggern des Hauptunterbrechers Io ist die Sekundärwicklung ^Br eines Stromwandlers induktiv mit dem Abschnitt 57b der Stromschiene 31'» welche zum Schalter 5o führt, gekoppelt· An diese Sekundärwicklung ?o ist ein Überstromrelais 72 angeschlossen« Es sei angenommen, daß das Überstroiarelais 72 beim ersten Stromnulldurchgang abgefallen ist. Erreicht der Strom durch den Leiter 57b eine vorbestimmte Größe, dann schließt das Überstromrelais 72 seine normalerweise geöffneten Kontakte 72a, so daß die Impulsquelle 7k über die Leitung 73 angeschaltet wird« Die Impulsquelle 7^^einen Triggerimpuls an den Triggerspalt- 3o des Unterbrechers lo> Dadurch wird der geöffnete Unterbrecher Io in der vorher beschriebenen Weise leitend, so daß in der gewünschten Weise zwei parallele Strompfade durch die beiden Vakuumschalter Io und 5© <3?eigildet werden·

Der Hauptunterbrecher Io nach Fig. 1-ist so ausgelegt, daß er die vollen Dauer- und Augenblicksströrae selbst führen kann. Damit entfällt die Notwendigkeit für bewegliche Kontakte im Hilfsschalter 5o und natürlich für einen mechanischen Antrieb und einen Vakuumbalg für den Schalter 5o. Dies alles trägt zur Verringerung der Kosten bei.

Eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig, 2 dargestellt, bei der zwei mit den Schaltern der Fig. 1 identische Schalter £. und B parallel' geschaltet sind« Diese Schalter sind so ausgebildet, daß sie durch einen schematisch mit 8o bezeichneten Antrieb ungefähr gleichzeitig geöffnet werden können« In der Praxis öffnen zw«r die beiden Schalter nicht genau gleichzeitig, so daß ein Kontaktsatz etwas später als der andere öffnet· Ist in die beiden parallele Strompfade genügend Induktivität eingeschaltet, so entsteht in dem zuerst öffnenden Schalter ein Bogen· Über dem anderen Kontaktsatz entsteht ein Bogen, wenn dieser öffnet« Nimmt man einen relativ hohen Gesamtstrom an, so tritt eine etwa gleiche Ver-

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teilung des Stromes zwischen- den Unterbrechern ein»

Beim Stromnulldurchgang erlöschen die Bogen, wie es im Zusammenhang mit Fig. 1 erklärt ist, und über den beiden parallelen Spalten baut sich schnell die Wiederkehrspannung auf. Ist sie genügend- koch, um einen der Spalte au überschlagen, so fließt der Strom durch diesen Spalt, biac er einen Wert erreicht, bei dem eins der Überstromrelais 62 oder 72 anspricht₀ Dadurch wird der andere Vakuumunterbrecher iÄ Stromkreis wirksam, so daß der Gesamtstrom sich gleichmäßig auf beide unterbrecher aufteilt.

Ein Umstand, der bisher beim Parallelbetrieb zweier Unterbrecher zu Schwierigkeiten geführt hat, war der nicht zu beherrschende Synchronismus beim " Öffnen der Schalter. Infolge dessen öffnete beispielsweise ein Schalter !kurz vor und der andere kurz nach ,einem Stromnulldurchgang. Wenn zwei übliche Vakuumunterbrecher mit jeweils getrennten Kontakten parallel liegen und in dieser Weise betrieben werden (wobei also ihr Öffnen jeweils

zeitlich vor bzw. nach einem Nulldurchgang erfolgt) treten große Schwierigkeiten hinsichtlich des Zünden» eines BOgens nach dem ersten Stromnulldiirchgang über den Eontakten auf» welche vor dem Stromnulldurchgang geöffnet haben, ©»roh Einschalten eiaer nicht zu großen Induktivität in Reihe mit jedem Unterbrecher Mißt sich erreichen, daß die Kontakte, die kurz vor j dem Stromnulldurchgang geöffnet haben, einen Lichtbogen ziehen, jedoch entsteht dieser Lichtbogen nach dem Stromnulldurchgang nicht aufs neue, sondern der gesamte: Strom fließt durch den noch geschlossenen Kontakt dee anderen; Unterbtrecher», uaÄ wenn dieser sich Öffnet, durch den dort entstehenden Lichtbogen« Damit fließt nach fern Stromnulldurehgang kein Strom ober- die Kontakte de* tfeterbjrecheraj der vor dtem WulldürokgeÄg geöffnet hat, so daß eich der Strom im weiteren Verliiuf de? Trennvog'gang· nicht auf beide Schalter aufteilen kann.

Sei de» eriindungegtBäßen Scheiter wird dagegen auch im späteren Verlauf

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des Schaltvorgangs eine, Aufteilung des Stromes auf sämtliche Unterbreicher erzwungen, selbst wenn die beiden Unterbrecher jeweils vor bzv?c nach einem Stromnulldurchgaag öffnen. So sei beispielsweise angenommen, daß der eine Unterbrecher Io (bzw. A) kurz vor einem Stromnulldurchgang öffnet, so daß ein Bogen zwischen seinen Kontakten 1? und 18 entsteht, der bis zum Stromnulldurchgang stehen bleibt und dann erlischt_β Nachdem Stromnulldurchgang fließt der gesamte Strom zunächst durch die noch geschlossenen Kontakte des Unterbrechers B₁ der diesen Strom so lange führt, bis er einen bestimmten Wert erreicht, bei dem das Überstromrelais 72 anspricht und die Impulsquelle 7k zur Abgabe eines Triggerimpulses an den Unterbrecher A veranlasst« Dadurch wird der Unterbrecher A leitend, so daß der gesamte Strom zwischen die beiden Unterbrecher A und B aufgeteilt wird. Während dieser Zeit starken Btromflusses wird die StromuRtertore— chungsbelastung in der gewünschten Weise zwischen die beiden Unterbre« eher aufgeteilt, selbst wenn sie sich jeweils vor bzw_enaeh einem Strom— nulldurchgang öffnen«

Dieses Problem des zeitlich gegen den Strommilldurchgang verschobenen Öffnena läßt sich mit dem Unterbrecher nach Fig. 1 sehr leicht beherrschen. Nimmt man beispielsweise an, daß der Unterbrecher Io kurz vor einem Stromnulldurchgang geöffnet hat, so brennt über ihm ein Lichtbogen bü zum StroBmulldurehgang, der dann erlöscht, wonach sich in üblicher Weise die Wiederkehr spannung aufbaut« Hält der dann zwischen den Kontakten de» Unterbrecher« Io bestehende Spalt diese Wiederkehrspannung ausj so ist der UnterbrftcliungaVorgang beendet. Bricht er jedoch durch, wenn er noch recht achmal ist, dann zündet der Bogen zwischen den Kontakten 17 uad 18; auf* neue und der Strömfluß im Unterbrecher Io tritt wieder •in.

Erreicht er »inen werbestiautt«a Wert, *o spria-fet «t«s§ ISs^rÄtr^ssrafeis &Z

an, so daß die Impulsquelle 6*f einen Triggerimpuls: an den Triggerspalt Jo des Schalters 5o gibt. Dadurch wird der Schalter 5o Mtend, und der Se-. samtstrom teilt sich in der gewünschten Weise zwischen den Unterbrechern Io und 5o auf.

Bei dem Unterbrechersehalter nach Fig. 2 sind zwei Steuerschalter 66, die dem Steuerschalter 66 der Fig. 1 entsprechen, vorgesehen, die verhindern, daß die Impulsquellen bei geschlossenen Unterbrechern arbeiten« Wird das Öffnen eines Unterbrecherschalters eingeleitet, so werden diese Schalter 66 durch geeignete nickt dargestellte Mittel geöffnet, so daß die Überstromrelais 62 und 72 auf die in den ihnen zugeordneten Schal— Λ tern fließenden Ströme ansprechen können.

Bei dem Unterbrecherschalter nach Fig. 3 hat jeder Unterbrecher ein Paar Triggerspalte, und zwar an jeder Elektrode einen. Mit Ausnahme des zusätzlichen Triggerspaltes an den unteren Elektroden sind die Unterbrecher genauso aufgebaut wie in Fig. 1. Der zusätzliche Trigger-, spalt 13o gleicht dem Triggerspalt 3o in der oberen Elektrode. Die- Triggerspalte 130 werden wiederum durch eine Impulsquelle gesteuert, die jeweils in Abhängigkeit von dem einen bestimmten Wert übersteigenden Strom durch den anderen Unterbrecher wirksam wird. In der schematischen Darstellung steuert ein Stromwandler l?o ein Überstromrelais 172, das eine Leitung 175 zur Impulsquelle Y7k anschaltet, wenn der Strom im Unterbre— ciier' 5o einen bestimmten Wert übersteigt» Ein Stromwandler I60 steuert ein Überstromrelais I62, das eine Leitung I63 für eine Impulsquelle l6*f anschaltet, wenn der Strom durch den Schalter Io einen bestimmten Wert übersteigt. Durch geeignete nicht dargestellte Mittel werden die Steuerschalter 66 in Abhängikeit vom Unterbrecherschalter geöffnet, so daß die Überstromrelais ansprechbereit gemacht werden.

Bei den verschiedenen dargestellten Ausführungsformen ist für jeden Trig-

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gerspalt eine besondere Impulsquelle dargestellt worden, dies ist jedoch hauptsächlich zum besseren Verständnis der Funktionsweise geschehen·
Selbstverständlich können auch andere geeignete Impulsanordnungen gleich gut benutzt werden.

Wenn vorstehend auch nur zwei parallele Ünterbrecherschalter beschrieben worden sind, so versteht es sich, daß auch weitere Unterbrecher zur Bildung von noch mehr parallelen Strompfaden zugeschaltet werden können, so daß sich noch höhere Ströme schalten lassen.

Patentansprüche:

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Claims

U.S.-Serial No.; 562 299 ,. m

Convention date: Juli 1, 1966·
-11D - 2868 - Le* et al.

Pat entansprüche

1· Elektrischer Trennschalter mit einem ersten Vakuum-Unterbrecher, der ein hochevakuiertes Gehäuse und ein Paar gegeneinander bewegbarer Kontakte innerhalb des Gehäuses aufweist, die sich gegenseitig berühren können und trennbar sind, so daß ein Lichtbogen zwischen ihnen entsteht, mit einem zweiten Unterbrecher, der als ge— triggerter Vakuum-Unterbrecher ausgebildet ist und ein Paar· in Λ gegenseitigem Abstand befindlicher Primärelektroden in einem Hochvakuum sowie einen Triggerspalt zur Ausbildung eines Lichtbogens zwischen den Primärelektroden bei Anlegen eines Impulssignales an den Triggerspalt aufweist, gekennzeichnet durch eine elektromechanische Vorrichtung (60,62) zum Parallelschalten der Primärelektroden (51,52) zu den Kontakten (17,l8) des ersten Unterbrechers (Io), durch eine ein Impulseignal an den Triggerispalt (3o) anlegende Impulsquelle (7*0'» die bei Überschreiten des durch den ersten Unterbrecher (lo) fließenden Stromes über einen vorbestimmten Wert wirksam wird, so daß zwischen eben Primärelektroden (51952) ein Lichtbogen gezündet wird, wenn ein Lichtbogen zwischen den Kontakten (17,18) des ersten Unterbrechers (lo) entstehtβ

2e Unt©rbrecherachalt©E nach Anspruch 1, dadurch g β k e η η — zeichnet, daß der vorbestiamte Wert des Stroees so hoch gewählt ist, daß die sus ersten Unterbrecher (lo) anstehende jeweilige Bogeaspanaung genügend hoch zum Zünden eines Lichtbogens Über dea 3?s?iaärelektr©&en (51_?52) bei Anlegen eines Xmpuleeigna,-

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les an den Triggerspalt (3o) ist.

3» Unterbrecherschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Strom so hoch gewählt ist, daß die nach einem Durchbruch des zweiten Unterbrechers (5o) am ersBten Unterbrecher (Ib) entstehende Bogenspannung von der Größe des Stromes unmittelbar abhängig ist.

4-, ünterbrecherschalter nach den Ansprüchen 1 bis 3» bei dem die Primärelektroden des zweiten Unterbrechers als gegeneinander bewegbare Kontakte ausgebildet sind, g e k en η zeichnet durch eine die beiden Unterbrecher (A₁B) beim Trennen des Schalters etwa gleichzeitig öfflende Vorrichtung (8o)·

5· Unterbrecherschalter nach einem oder mehreraS der vorstehenden Ansprüche-, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Elektroden (17,18,51,52) so weit übereinstimmt, daß bei einer bestimmten Höhe des Bogenstroms in einem Strombereich, bei dem die Bogenspannung sich positiv mit dem Bogenstrom ändert, an beiden Unterbrechern etwa gleiche Bogenspannungen entstehen.

009033/16-09