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Schaltanordnung für den einsatz von Niederspannungs Wechselstrom-Vakuumschaltkammern
zum Schalten von Gleichstromkreisen Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung,
die es ermöglicht, Vakuumschaltkammern für Niederspannungs-Wechselstromschütze auch
zum Schalten von Gleichstromkreisen einzusetzen.
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In den bekannten spezifisch zum Schalten von Wechseistronikreisen
ausgelegten Schalteinrichtungen, insbesondere auch in Wechselstromschützen für Niederspannung,
brennt der Lichtbogen nach Öffnen der Kontaktstelle bis zum nächsten natürlichen
Nulldurchgang ziels zu unterbrechenden Wechselstromes. Steigt anschließend die wiederkehrende
elektrische Festigkeit der Schaltstrecke schneller-an als die wiederkehrende Spannung,
ist die Abschaltung erfolgreich vollzogen und es bedarf keiner besonderen Einrichtungen,
dem Lichtbogen z.B.
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mittels einer magnetischen Blasung oder anderer bekannter Mittel eine
hohe Brennspannung aufzuzwingen.
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Diese spezifische Wechselstromlichtbogenlöschung wird auch mit Erfolg
und verbunden mit anderen Vorteilen in Niederspannungs-wechselstromschützen mit
Vakuumschaltkammern genutzt. Durch die nach dem Löschen des Lichtbogens in jedem
nachfolgenden natürlichen Nulldurchgang des Wechseistromes sich einstellende hohe
wiederkehrende elektrische festigkeit sind Vakuumschaltkammern hierfür besonders
geeignet.
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Wegen der niedrigen und konstanten Lichtbogenspannung sind sie jedoch
allein zum Abschaltet von Gleichstromkreis.n nicht einsetzbar. Trotzdem VärO es
vorteilhaft, auch für Niederspannungsschütze zum Schalten von Gleichstromkreisen
die anderen Vorzüge einer Vakuumschaltkammer nutzen zu können.
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Es sind nun verschiedene Einrichtungen bekannt geworden, die insbasondere
für Hochspannungs-Gleichstromkreise nach Lösungen suchen, Gleichströme auch ohne
eine normalerveise extrem hohe Brennspannung des Lichtbogens zu unterbrechen.
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So wird in einer Gruppe von Lösungsvorschlägen eine mehrstutige Abschaltung
durch Einschalten von Widerständen öder Kondensatoren mittels zeitlich gestaffelt
sich öffnender Hilfseinrichtungen angegeben (DT-PS 931 609, DT-PS 957 138, DT-PS
1 272 418).
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Einer weiteren Gruppe von bekannten Anordnungen liegt der Gedanke
zugrunde, durch zusätzliche Maßnahmen einen den Verhältnissen bei Wechselstrom ähnlichen
Zustand zu erreichen, indem durch einen über lagerten Wechselstrom eine kurzzeitige
Stromrichtungsumkehr und danit ein Stromnulldurchgang und ein Löschen des Lichtbogens
in diesem Moment erzwungen wird (DT-PS 973 362). Andere bekannt gewordene Einrichtungen
benutzen hierzu die Entladung eines Kondensators über die geöffneten Schaltstücke
bzw. den zwischen den Schaltstücken brennenden gleichstromlichtbogen mit einer dem
abzuschlatenden Strom entgegengesetzten Stroirichtung. Dadurch wird ebenfalls ein
künstlicher Stromnulldurchgang erzwungen (DT-PS 902 517, DT-AS 1 249 970, DT-AS
1 059 074, DT-AS 1 167 939, DT-AS 1490434).
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Diese zum Abschalten von Gleichstromkreisen mit einer hohen Nennspannung
(Mittel- oder Hochspannungsnetze) vorgesehenen Anordnungen verlangen jedoch noch
sehr aufwendige Vorrichtungen, um die nac dem erzwungenen Stromnulldurchgang mit
einem sehr steilen Anstieg wiederkehrende Spannung zu beherrschen und eine Wiederzündung
der unter normalen atmosphärischen Bedingungen oder unter höherem Druck arbeitenden
Kontaktanordnungen und damit ein Fehlschlagen der Abschaltung zu verhindern.
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Dieser sehr hohe Aufwand verbietet. den Einsatz dieser Anordnungen
zum Schalten von Gleichstromkreisen ilt Niederspannung. Unter diesen Voraussetzungen
bliebe es wirtschaftlicher, den Bedingungen zum Unterbrechen von gleichströmen angepaßte
bzw. dafür konstruierte Geräte bzw. Lichtbogenlbschelnrichtungen weiter su verwenden,
die mit Lichtbogenspannungen arbeiten, die über der Netzspannung liegen de Werte
erreichen, z.B. durch eine magnetische Blasung oder die Reihenschaltung mehrerer
solcher Schaltstrecken.
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Es sind weiterhin Schaltanordnungen bekannt geworden, die zum Abschalten
von Gleichstromkreisen Vakuumschaltkammern einsetzen. So ist eine Vakuumschaltkarmer
mit einem sehr guten Vakuum (10-6 Torr und darunter) bekannt geworden (DT-PS 941
736), bei der über eine zusätzliche Elektrode ein elektrisches Feld der Schaltstrecke
über lagert wird, um durch eine Ablenkung der Elektronen eine Lichtbogenlöschung
zu erreichen. Diese auch zum Löschen von Gleichstromlichtbögen vorgeschlagene Anordnung
ist jedoch nur für sehr kleine Ströne in einem für eine größere technische Anwendung
nicht brauchbaren zu niedrigen Bereich verwendbar.
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Bei einer anderen bekannt gewordenen Anordnung (DT-AS S 194 VIII b/
21c) zum Unterbrechen gröberer Wechsel ströme bei hohen Spannungen wird eine Vakuumschaltkammer
in Verbindung mit einer Anordnung zum synchronen Öffnen der Kontaktstelle vorgesehen.
In Erweiterung dieser Lösung wird vorgeschlagen, diese Anordnung auch zum Unterbrechen
von Gleichstrom zu verwenden, indem durch nicht näher beschriebene Mittel ein Durchschwingen
des Stromes durch den Nullpunkt veranlaßt wird, worauf die Synchronsteuerung ansprechen
und die Stromunterbrechung mittels des Vakuumschalters bewirken soll. Diese Anordnung
ist ebenfalls sehr aufwendig und für den Einsatz als Niederspannungs-Gleichstroaschüt
z daher nicht geeignet.
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Ziel der vorliegenden erfindung ist der Einsatz von Vakuumschaltkammern
für Niederspannungs-Vechselstromschlltze auch zum Abschalten von Gleichstromkreisen
in einem für Niederspannungs-Gleichstromschütze zugehörenden Strombereich mit einem
fUr deren Einsatz notwendigen.
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aber wirtschaftlich vertretbaren geringen Aufwand.
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D.r Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand der bisher
bekannt gewordenen Schaltanordnungen zur Unterbrechung von Gleichstromkreisen mit
spezifischen Wechselstromschalteinrichtungen zu vermeiden und eine auch £ir Niederspannung
anwendbare Lösung unter Einsatz normaler Vakuumschaltkammern für Wechselspannungen
bis 1 kV zu finden.
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Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der Vakuumschalt kammer
eine Reihenschaltung von Kondensator und einem Schaltelement parallel geschaltet
ist, daß das Schaltelement durch einen von der sich öffnenden Vakuumschaltstrecke
abgeleiteten Steuerimpuls betätigbar ist und daß die durch das Schaltelement gesteuerte
Entladung des Kondensators über die geöffnete Vakuumschaltstrecke in an sich bekannter
Weise des zu unterbrechenden Strom entgegengerichtet ist und einen Stromnulldurchgang
erzwingt.
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In Yeitarbildung der Erfindung dient zur Erzeugung des Steuerimpulses
ein vom Antrieb der Vakuumschaltkammer betätigbarer Hilfsschalter oder ein von der
Lichtwirkung des Vakuumbogens beaufschlagter opto-elektronischer Wandler.
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Als Schalteleoent kann entweder ein Thyristor eingesetzt sein oder
aber eine weitere allein fur den Entladestrom des Kondensators bemessene Vakuumschaltkammer,
die durch den Steuerimpuls kurzzeitig geschlossen wird, eilen Entladevorgang des
Kondensators einleitet und sofort wieder geöffnet wird und dadurch den entladestromkreis
sicher unterbricht. Ebenso kann als Schaltelement eine an sich bekannte, durch einen
Spannungsimpuls zündbare, mechanisch nicht betätigbare Vakuumschaltstrecke eingesetzt
sein.
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Die erfindungsgemäße schaltanordnung soll nachstehend anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
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In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1: ein Prinzipschaltbild
der Schaltenordnung mit einem thyristor mit Schaltelement; Fig. 2: ein prinzipschaltbild
der Schaltenordnung mit einer zündberen Vakummzchaßtrecke als schaltelement.
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In Reihe mit dem Verbraucher 1 ist die Vakuumschaltkammer 2 geschaltet.
Der Kondensator 3 ist Uber den Vorwiderstand 4 aufladbar.
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In Reihenschaltung mit den Kondensator 3 liegt das Schaltelement ii
Form eines Thyristors 5 oder einer durch Spannungsimpuls zündbaren Vakuumstrecke
6. Zur Erzeugung der Steuerimpulse dient der mit dem Antrieb 7 der Vakuumschaltkammer
2 gekoppelte Hilfsschalter 8 bzw.
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der durch die Lichtwirkung des gezogenen Vakuumbogens beaufschlagte
opto-elektronische Wandler 9.
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Nach Einschalten des Verbrauchers 1 durch die Vakuumschaltkammer 2
wird in an sich bekannter Veise der Kondensator über den Vorviderstand 4 aufgeladen.
Beim Ausschaltvorgang wird bei der Schaltanordnung nach Fig. 1 durch den Antrieb
7 der öffnenden Schalt stücke der Vakuumschaltkammer der Hilfzschalter 8 geschlossen,
wodurch der Thyristor 5 geztindet wird. Hierdurch wird bewirkt, daß nach dem öffnen
der Schzltstücke der Vakuumschaltkammer 2 und dem Entstehen eines Vakuumlichtbogens
mit einer üblichen niedrigen Brennspannung der Kondensator 3 über den Vakuuilichtbogen
entladen wird. Der Engt.
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ladestrom des Kondensators 3 ist dem abzuschaltenden Strom durch den
Verbraucher entgegengerichtet und erzwingt einen Stromnulldurchgang des abzuschaltenden
Stromes. Damit erlischt der Lichtbogen in der Vakuumschaltkammer 2 und der Strom
durch den Thyristor 5 fällt unter den Haltestrom, so daß dieser gesperrt wird. Durch
die der Vakuuischaltstrecke eigene wiederkehrende elektrische Festigkeit ist eine
sichere Ausschaltung gewährleistet.
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Bei der Schaltanordnung nach Fig. 2 ist bei ansonsten gleicher Anordnung
als Schaltelement eine durch Spannungsimpuls züdbare Vakuumschaltstrecke 6 eingesetzt,
und nur Erzeugung des Steuerimpulses dient z.B. ein von der Lichtwirkung des Vakuumbogens
beaufschlagter opto-elektronischer Wandler 9.