DE1806339B2

DE1806339B2 - Anordnung zur strombegrenzenden Ausschaltung von Gleich- und Wechselströmen

Info

Publication number: DE1806339B2
Application number: DE1806339A
Authority: DE
Inventors: Eckardt Von Dipl.-Ing. 3501 Simmershausen Bonin; Rudolf Dipl.-Ing. 3500 Kassel Koetzold
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1968-10-31
Filing date: 1968-10-31
Publication date: 1978-07-27
Also published as: DE1806339A1; DE1806339C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur strombegrenzenden Ausschaltung von Gleich- und Wechselströmen, bei der einem Kommutierungsschalter ein ungeladener Kondensator parallel liegt. Solche Schaltanordnungen werden vorzugsweise bei Wechselströmen für strombegrenzende Kurzschlußabschaltungen verwendet, während sie bei Gleichströmen zur Unterbrechung von Vetriebsströmen dienen.

Anordnungen zur strombegrenzenden Ausschaltung sind bereits in mehreren Ausführungsformen bekannt.

Beispielsweise werden in einem Lichtbogenschalter für Gleich- und Wechselstrom hohe Gegenspannungen erzeugt oder bei einem reinen Gleichstromschalter ein vorgeladener, parallel liegender Kondensator auf eine Schaltstrecke geschaltet, wobei infolge einer Stromüberlagerung ein Stromnulldurchgang entsteht, in dem die Schaltstrecke löschen kann. Die magnetische Energie des Kreises muß dabei anschließend von dem Kondensator aufgenommen werden, der deswegen sehr groß sein muß und damit auch hohe Kosten verusacht.

Andererseits sind für Gleich und Wechselstrom Anordnungen bekannt, bei denen ein ungeladener Kondensator auf eine Schaltstrecke geschaltet wird, deren Spannung aber dabei genügend hoch sein muß,

is damit der Strom auf den Kondensator bei gegebener Größe kommutieren kann. Dieser Strom ruft dann eine steil ansteigende Ladespannung am Kondensator hervor, die mit Hilfe eines z. B. spannungsabhängigen Parallelwiderstandes auf eine zulässige Höhe begrenzt wird. Der Widerstand nimmt dabei so viel Energie auf, daß der Strom auf einen niedrigen Wert begrenzt wird, der dann durch eine weitere in Reihe liegende Schaltstrecke, die z. B. bei Wechselstrom den nächsten natürlichen Stromnulldurchgang ausnutzt, unterbrochen wird. Bei Gleichstrom jedoch muß dieser Schalter noch eine recht hohe Lichtbogenspannung aufbringen, um den endgültigen Nulldurchgang zu erzwingen. Würde ein solcher Schalter nicht vorgesehen werden, so könnte der Strom nur auf einen Wert begrenzt werden, der sich entsprechend dem Widerstand einstellt.

Weiterhin ist bekannt, einem Leistungsschalter eine von einem Hilfsschalter und einem Kondensator überbrückte Drossel mit Eisenkern vorzuschalten (DE-AS 11 29 222). Die nur im Kurzschlußfall in die Leitung geschaltete gesättigte Drossel hat hier die Aufgabe, die Stromsteilheit während der Nulldurchgänge abzuflachen. Die Schaltung ist nur für Wechselstrom geeignet.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, den Kurschlußstrom aus einem Kommutierungsschalter mit Hilfe eines Kondensators auf eine Strombegrenzungsdrossel zu kommutieren, wobei sich wiederum ein Strom entsprechend der Drosselgröße einstellt. Um dabei die Einschwingvorgänge in der Parallelschaltung der Drossel und des Kondensators zu dämpfen, wird ein hochohmiger Parallelwiderstand an der Drossel vorgesehen.

Die Erfindung, die ebenfalls von einem Kommutierungsschalter mit einem parallel liegenden, ungeladenen Kondensator ausgeht, ist nun dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator eine ungesättigte Drossel parallel geschaltet ist und die Parallelschaltung aus Kondensator und Drossel mittels eines in Reihe liegenden schnell schließenden und nach der Kommutierung wieder öffnenden Schalters zu- und abschaltbar ist. Hierbei kommt es zu einem Stromnulldurchgang, weil die Drossel während des Einschwingvorganges infolge der sich am Kondensator einstellenden Ladespannung gezwungen wird, Energie aufzunehmen. Zweckmäßigerweise ist dabei nach Erreichen des Stromnulldiirchganges in dem sich schnell schließenden und wieder öffnenden Schalter mit Hilfe eines weiteren Schalters ein Dämpfungswiderstand parallel zu der Parallelschaltung aus Kondensator und Drossel einschaltbar. Eine solche Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß der Kondensator nicht so groß zu sein braucht und die Spannung an ihm nicht so hoch wird, wie bei der bekannter. Schaltungsanordnung mit einer

Stromüberlagerung, da die Drossel den größten Teil der Energie aufnimmt. Die Spannung an dieser Parallelschaltung aus Kondensator und Drossel kann beliebig schnell anwachsen, sofern es die elektrische Festigkeit der übrigen Schaltungselemente erlaubt. Dai.iit kann die von der Stromquelle nachgelieferte Arbeit klein gehalten werden, und die Schaltarbeit, die in dieser Parallelschaltung gespeichert werden muß, verringert sich dadurch auch. Wegen der nur kurzzeitigen Belastung der Drossel darf diese relativ schwach und kostensparend ausgelegt sein. Die Schaltarbeit, die in dem Kondensator in Form von elektrischer Energie und in der Drossel von magnetischer Energie gespeichert ist, kann anschließend in einem Dämpfungsvorgang in Wärme umgewandelt werden. Dieser Vorgang wird, wie bereits erwähnt, mit Hilfe des parallel geschalteten Dämpfungswiderstandes beschleunigt.

Da die mechanische Ausbildung eines sich schnell schließenden und wieder öffnenden Schalters sehr schwierig ist, kann dieser Schalter auch al; Thyristor bzw. als Antiparallelschaltung von Thyristoren ausgebildet sein, dem bzw. der nur ein Steuerimpuls zugeführt und sofort wieder weggenommen wird. Andererseits ist es aber auch möglich, den Schalter so auszubilden, daß er in einen Einschalter und einen Ausschalter aufgeteilt ist.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung. In Fig. 1 ist mit 5| der Kommutierungsschalter und mit £2 der das Kondensator-Drosselglied-Parallelschaltung CL einschaltende und wieder ausschaltende Schalter bezeichnet. Nachdem Si geöffnet hat und eine ausreichende Kommutierungsspannung erzeugt, leitet S2 durch Zuschalten den Kommutierungsvorgang ein; Si kann unterbrechen, wenn der Strom vollkommen auf das CL-Glied kommutiert ist. Während des Einschwingvorganges der Kommutierung erreicht der Strom in S'2 auch einen Nulldurchgang, so daß nun der Strom endgültig unterbrochen werden kann.

Fig.2 zeigt eine Schaltung, in der zur schnelleren Dämpfung des kommutierten Stromes ein Schalter S4 einen Dämpfungswiderstand R einschaltet. Ferner ist in dieser Figur gezeigt, daß der Schalter Sj in einen Einschalter S'2 und einen Ausschalter Sj aufgeteilt ist.

F i g. 3 zeigt nun, daß der Schalter S3 wahlweise in den Parallelzweig oder in den Hauptzweig in Reihe mit dem Schulter Si und dem Parallelzweig gelegt werden kann, wobei dieser Schalter S3 auch als Teilschaltstrecke eines Schalters mit mehreren in Reihe liegenden Schaltstrekken ausgebildet sein kann, dessen andere Teilschaltstrecken entweder den Kommutierungsschalter bilden oder unmittelbar in Reihe mit dem Kommutierungsschalter Si liegen und hier z. B. als synchron mit diesem Schalter schaltende Vakuumschaltstrecken zur Erhöhung der wiederkehrenden Spannungsfestigkeit dienen.

An Stelle der in F i g. 2 gezeigten Einzelschaltelemente Si zur Kommutierungspannungserzeugung, S'2 zum Einleiten des Kommutierungsvorgangs und S3 zum Unterbrechen des begrenzten Stromes im Nulldurchgang kann auch eine enge räumliche Kombination mit Vorteil verwendet werden. Die aus dem Schaltelement S\ zum Zwecke der Erzeugung der hohen Lichtbogenspannung abgezogene Energie wird zum Triggern des Zuschaltelements S'2 verwendet. S'2 kann dabei als triggerbare Funkenstrecke ausgeführt werden. Durch

3u eine räumliche Anordnung dieser Schaltelemente zueinander kann man auch eine zeitliche Zuordnung der Schaltvorgänge erreichen, wenn man z. B. an die begrenzte Ausbreitungsgeschwindigkeit eines aus Si austretenden Plasmas denkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur strombegrenzenden Ausschaltung von Gleich- und Wechselströmen, bei der einem ICommutierungsschalter ein ungeladener Kondensator parallel liegt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (C) eine ungesättigte Drossel (L) parallel geschaltet ist und die Parallelschaltung aus Kondensator (C) und Drossel (L) mittels eines in Reihe liegenden schnell schließenden und nach der Kommutierung wieder öffnenden Schalters (S₂) zu- und abschaltbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen des Stromnulldurchganges im Schalter (S₂) mit Hilfe eines weiteren Schalters (Sa) ein Dämpfungswiderstand (R) parallel zu der Parallelschaltung aus Kondensator (C) und Drossel (Xjeinschaltbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (S₂) als Thyristor oder als eine Antiparallelschaltung von Thyristoren ausgebildet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion des Schalters (S₂) auf einen Einschalter (S'₂) und einen Ausschalter (Sz) aufgeteilt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (Si) ein Halbleiter-Schaltelement ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (S3) in Reihe mit dem Kommutierungsschalter (S\) und der Parallelschaltung aus Kondensator (C) und Drossel (L) liegt und als Teilschaltstrecke eines Schalters mit mehreren in Reihe liegenden Schaltstrecken ausgebildet ist, dessen andere Teilschaltstrecken entweder den Kommutierungsschalter bilden oder unmittelbar in Reihe mit dem Kommutierungsschalter (S]) liegen und hier z. B. als synchron mit diesem Schalter schaltende Vakuumschaltstrecken zur Erhöhung der wiederkehrenden Spannungsfestigkeit dienen.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (S₂) eine getriggerte Funkenstrecke ist.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (S₂) eine Funkenstrecke im Schalter (S\) ist, die durch den hocherhitzten, in diesem Schalter erzeugten Gasstrahl getriggert wird.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschaltaugenblick durch die räumliche Stellung der Funkenstrecke zum Schalter (S\) auf einen günstigen Triggerzeitpunkt einstellbar ist.