DE2800076A1

DE2800076A1 - Strombegrenzungsschalter mit elektronischer steuerschaltung

Info

Publication number: DE2800076A1
Application number: DE19782800076
Authority: DE
Inventors: Andre Ducluzaux; Jean-Marc Quinodoz
Original assignee: Merlin Gerin SA
Current assignee: Merlin Gerin SA
Priority date: 1977-01-07
Filing date: 1978-01-02
Publication date: 1978-07-20
Also published as: FR2377086A1; DE2800076C2; FR2377086B1; IT1117333B

Description

MERLIN GERIN, Grenoble (Frankreich)

STROMBEGRENZUNGSSCHALTER MIT ELEKTRONISCHER STEUERSCHALTUNG.

Die Erfindung betrifft einen Strombegrenzungsschalter mit einer elektrodynamischen Antriebsanordnung zur Schnellöffnung des Schalters und einem elektrischen Kraftspeicher zum Speisen der elektrodynamischen Antriebsanordnung.

Die französische Patentschrift Nr. 2.247.118 beschreibt einen Strombegrenzungsschalter dieser Art, wobei die elektrodynamische Antriebsanordnung, insbesondere durch Thomson-Effekt, die Kontakte schnell öffnet. Eine Verklinkung hält die durch eine Feder in die Schliessrichtung getriebenen Kontakte in der offenen Lage, und die Klinke wird durch eine elektrodynamische Betätigungsanordnung gesteuert. Die die elektrodynamischen Anordnungen steuernden Stromimpulse werden 'durch den Entladestrom von Kondensatoren gebildet. Die elektrodynamische angetriebenen Kontakte bewegen sich sehr schnell und bewirken eine beträchtliche Strombegrenzung beim Offnen des Schalters, aber diese schnellen Kontakt

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bewegungen haben einen grossen Verschleiss und heftige Stösse zur Folge.

Die Erfindungsaufgabe ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen dauerhaften und betriebssicheren Strombegrenzungs-Schnellschalter zu schaffen.

Der Strombegrenzungsschalter gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kraftspeicher aus zwei Teilen besteht, wobei ein Kraftspeicherteil zum Ausschalten des Schalters im normalen Betrieb genügt, und dass die elektrodynamische Antriebsanordnung wahlweise an einem Kraftspeicherteil zur Öffnung des Schalters im normalen Betrieb und an den beiden Kraftspeicherteilen bei Kurzschluss anschliessbar ist.

Durch Unterteilung des Kraftspeichers bzw. der Kondensatoren in zwei Teile können der Stromimpuls und die Ausschaltkraft der Kontakte geändert werden und die volle, von allen Kondensatoren gelieferte Kraft wird nur zum Ausschalten eines Kurzschlusses benutzt. Diese Unterteilung hat den weiteren Vorteil, beim Ausfallen eines Speicherteiles den Schalter noch mit dem anderen gesunden Teil öffnen zu können.

Die Antriebsanordnung der Kontakte besitzt eine Spule und eine gegenüber der Spule stehende Scheibe, die beim Erregen der Spule abgestossen wird. Eine ähnliche Anordnung steuert die das Einschalten steuernde Klinke.

Das Entladen der Kondensatoren wird durch eine elektronische Schaltung mit Thyristorengesteuert. Bei einem Kurzschluss werden

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die beiden je einem Kraftspeicher- oder Kondensatorbatterieteil zugeordneten Thyristoren gezündet. Beim Ausschalten im normalen Betrieb, also nur des Nennstromes des Schalters, wird ein Thyristor gezündet und der durch einen Batterieteil gelieferte Impuls ist schwächer. Die Thyristoren können selbstverständlich durch equivalente Elemente, sowie Transistoren, Röhren, usw. ersetzt werden.

Es ist wichtig, jegliche Fehlschaltung zu vermeiden, und die elektronische Steuerschaltung gemäss der Erfindung ermöglicht eine einfache Selbstkontrolle des Schalters bzw. der Ladung der Kondensatoren, der Lage der Kontakte, der Speisung der Hilfsschaltungen, des Verschleisses der Kontakte usw. Die Kondensatoren und die Steuerschaltung können gemeinsam für alle Pole des Schalters sein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen naher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 einen Schnitt eines Schalterpoles; Fig. 2A und 2B das zugehörige Schaltschema.

Fig. 1 stimmt mit Fig. 1 der französischen Patentschrift 2.247.118 Uberein, und man erkennt den beweglichen Teil 10 mit der Kontaktbrücke 12 und die gegenüber der Spule 16 stehende Scheibe 14. Die Verklinkung 18 mit den Klemmrollen 20 hält den beweglichen Teil 10 in der Öffnungsstellung, und die Spule 22 mit der gegenüberstehenden Scheibe 24 steuert die Befreiung der Klinke 18 und das Einschalten des Schalters durch die Feder 26.

Die Spule 22 ist in einem Stromkreis mit einem Thyristor 28 und einem Kondensator oder Kondensatorbatterie ^O geschaltet. In Shn-

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licher Weise wird die Spule 16 durch einen Kondensator oder Kondensatorbatterie 32, die aus zwei parallel geschalteten Teilen 34, 36 besteht, gespeist. Jeder Teil 34, 36 kann durch einen Thyristor 42, 44 mit einer Steuerelektrode 38, 40 die Spule 16 speisen. Soll der gezeichnete offene Pol geschlossen werden, wird ein Impuls an die Steuerelektrode 29 des Thyristors 28 angelegt und der Kondensator 30 entlädt sich durch die Spule 22. Die zurtlckgestossene Scheibe 24 schlägt gegen die Rollen 20 und löst somit die Verklinkung 18. Der Schalter wird durch die Feder 26 geschlossen und in diesem Zustand steht die Scheibe 14 gegenüber der Spule 16. Soll nun ausgeschaltet werden, so erhalten die Steuerelektrode 38 und/oder 40 der Thyristoren 42 und/oder 44 einen Impuls. Zur näheren Erläuterung dieser Wirkungsweise kann auf die obengenannte französische Patentschrift zurückgewiesen werden, und es wird nur bemerkt, dass jeder Pol eines Schalters seine eigene Antriebsanordnung haben kann, oder dass ein gemeinsamer Antrieb mehrere Pole zugleich antreiben kann.

Bezugnehmend auf Fig. 2 sieht man die drei je einem Pol eines dreipoligen Schalters zugeordneten Spulen 22, 22*, 22", die in Seriensohaltung an dem Kondensator 30 geschaltet sind. Die Spulen 16, 16*, 16" sind gleichfalls in Serie an dem Kondensator 32 geschaltet. Die Kondensatoren 30, 32 werden durch den im Stromkreis 46 liegenden und durch das Netz 50 gespeisten Wandler 48 geladen, und ein Regler 52 steuert einen im Stromkreis 46 geschalteten Thyristor 54, um die Ladung der Kondensatoren auf einem konstanten Wert zu halten. Messwert-Geber 56, 58 zeigen bzw. eine über einer maximalen Spannung Umaxi oder unter einer minimalen Spannung Umini liegende Ladespannung U. Der Wandler 48 speist ebenfalls Hilfsstrom-

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kreise 6O mit einem Messwerfe-Geber 62, der ein Abfallen der Spannung V unter einen Schwellwert Vmini anzeigt.

Die Ausgänge von den die Kontaktbrückenlage 12 anzeigenden Messwert-Gebern 64 sind einserseits mit einem die unterschiedliche; Lage der Kontakte anzeigenden Block 66 verbunden und andererseits mit einem Block 68 von Hilfskontakten. Ein an das Netz 50 angeschlossener Stromwandler 70 speist einen Uberstromanzeigeblock 72, der mit einem Pendelsperrblock 74 mit einem Anzeiger 76 und einem ZurUckstellknopf 78 verbunden ist.

Ein SelbstUberwachungsblock 80 des Schalters und der elektronischen Steuerung erhalt das Signal von einer "Oder"-Pforte 82. Auf die Eingänge der "Oder"-Pforte 82 wirken : die Signale der Messwert-Geber 56, 58 von Überladung und Unterladung der Kondensatoren 30, 32; das Signal des unterschiedlichen Kontaktlageblockes 66 und andere Sicherheitssignale sowie ein Uberheizungssignal oder ein Verschleisssignal. Der SelbstUberwachungsblock 80 speichert das Informationssignal Über den Betriebszustand des Schalters und besitzt einen Anzeiger 84 und einen ZurUckstellknopf 86. Das durch den Block 80 gelieferte Signal bei gutem Betriebszustand wirkt auf einen Eingang einer "Und"-Pforte 88, deren Ausgang mit der Steuerelektrode 29 des Einschaltthyristors 28 verbunden ist. Die anderen Eingänge der "Und"-Pforte 88 erhalten : das Schliessbefehlsignal, das Nichtöffnungsbefehlsignal, das Nichtpendelsperrsignal des Blockes 74, das Kontaktöffnungsanzeigesignal 12 und die Spannungssignale der Messwert-Geber 58 und 62. Die "Und^w-Pforte 88 liefert einen ZUndimpuls des Thyristors 28, und das Einschalten des Schalters ist also nur bei Vorhandensein aller dieser Signale an den Eingängen der Pforte 88 möglich.

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Die Steuerelektroden 38 des Thyristors 42 ist am Ausgang einer "Und"-Pforte 90 und die Steuerelektrode 40 des Thyristors 44 am Ausgang einer "Und"-Pforte 92 verbunden. Diese "Und"-Pforte 90', 92 hat je zwei Eingänge. An einem Eingang der ⁿUndⁿ-Pforte 90 wirkt das Signal des Blockes 68, das das Schliessen aller Kontakte 12 anzeigt. Der andere Eingang ist mit dem Ausgang einer "Oder-Pforte 94 mit drei Eingängen verbunden, und diese Eingänge erhalten ein Offnungsbefehlsignal, ein durch den Messwert-Geber 62 geliefertes Spannungsabwesenheitssignal und ein Ausgangssignal einer "Oder"-Pforte 96. Dieses letztere Signal wirkt auch auf einen Eingang der "Und"-Pforte 92, deren anderer Eingang das Signal des Blockes 68, das das Schliessen der Kontakte 12 anzeigt, empfängt. Auf die beiden Eingänge der "Oder"-Pforte 96 wirken bzw. das Ausgangssignal der "Oder"-Pforte 82 und das Überstromsignal des Blockes 72.

Der Teil 34 der Kondensatorbatterie 32 besitzt drei Kondensatoren 98, 98*, 98" in paralleler Schaltung mit Zwischenschaltung von Dioden 100, die ein Entladen eines gesunden Kondensators in einem fehlerhaften Kondensator verhindert.

Die Wirkungsweise des Schalters ist folgende :

Normalerweise sind die Kondensatoren 30, 32 geladen und ihre gute Ladung wird durch die Messwert-Geber 56, 58 geprüft. Wenn der Schalter offen ist, kann die "Und"-Pfotte 88 einen ZÖndimpuls des Thyristors 28 aussenden, wenn alle ihre Eingänge ein Signal empfangen, d.h., dass die folgenden Bedingungen erfüllt sein müssen: Vorhandensein eines Schliessbefehls und Abwesenheit eines Öffnungs-

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befehls; Kontakte offen, Vorhandensein von Spannung an den Kondensatoren 30, 32 und an den Hilfsschaltungen; Abwesenheit eines Pendelsperrsignals und eines Selbstüberwachungssignals. Das Schliessen des Schalters ist also nur möglich, wenn die Selbstüberwachungsvorrichtung keinen Fehler anzeigt und wenn der Schalter im Stande ist, sich wieder zu öffnen, das bedeutet, dass die Kondensatoren geladen sind und die Hilfsschaltungen unter Spannung stehen.

Die Öffnung des Schalters kann auf zweierlei Weise gesteuert werden:

Eine normale Öffnung wird durch Zünden des Thyristors 42 und Entladen des Teiles 34 der Kondensatoren 32 in die Spulen 16, 16*, 16" bewirkt. Das Zünden des Thyristors wird in diesem Falle durch die "Und"-Pforte 90 bewirkt, wenn ein Signal an den beiden Eingängen vorhanden ist, d.h., wenn einerseits dee Schalter geschlossen ist und andererseits bei Vorhandensein eines Offnungsbefehles oder bei Spannungsabwesenheit der Hilfsschaltungen, die auf die "Oder"-Pforte 94 wirken.

Eine Schnellöffnung wird durch gleichzeitiges Zünden der Thyristoren 42, 44 und Entladen der Teile 34, 36 der Kondensatoren 32 in die Spulen 16, 16^T, 16" bewirkt. Diese Sehne11Öffnung entsteht, wenn der Block 72 an die "Oder"-Pforte 96 ein KurzSchlusssignal abgibt oder wenn die "Oder"-Pforte 82 ein Selbstüberwachungssignal an den anderen Eingang der "Oderⁿ-Pforte 96 abgibt. Das Ausgangssignal der "Oder"-Pforte 96 wirkt direkt auf die "Und"-Pforte 92 des Thyristors 44 und, über die "Oder^-Pforte 94, auf die "Und"-Pforte 90 des Thyristors 42. Beim Ausfallen eines Entladestromkreises kann der gesunde Entladestromkreis den Schalter jedoch

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offnen, da die beiden Thyristoren 42, 44 gleichzeitig gezündet werden, aber der Schalter öffnet sich langsamer, genau wie bei der oben beschriebenen normalen Öffnung. Die ^MUnd"-Pforten90, leiten das Offnungssignal nur weiter, wenn die Kontakte 12 geschlossen sind.

Manche der beschriebenen Sicherheitsstromkreise können gegebenenfalls weggelassen oder andere können hinzugefügt werden.

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MERLIN GERIN, Grenoble (Frankreich)

PATENTANSPRÜCHE

/ 1./strombegrenzungsschalter mit einer elektrodynamischen Antriebsanordnung zur Schnellöffnung des Schalters und einem elektrischen Kraftspeicher zum Speisen der elektrodynamischen Antriebsanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kraftspeicher (32) aus zwei Teilen (34, 36) besteht, wobei ein Kraftspeicherteil zum Ausschalten des Schalters im normalen Betrieb genügt, und dass die elektrodynamische Antriebsanordnung (16, 14) wahlweise an einem Kraftspeicherteil (34) zur Öffnung des Schalters im normalen Betrieb und an den beiden Kraftspeicherteilen (34, 36) bei Kurzschluss anschliessbar ist.
2. Strombegrenzungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrodynamische Antriebsanordnung eine Offnungsspule (16) und eine davor stehende leitende Scheibe (14) aufweist, so dass ein Stromimpuls in die Spule (l6) ein heftiges Abstossen der Scheibe (14) durch den Thomson-Effekt bewirkt, und dass der Kraftspeicher (32) aus einer Kondensatorbatterie besteht.
3. Strombegrenzungsschalter nach Anspruch 2, mit einer

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Schliesssteuerung durch Thomson-Effeiet, gekennzeichnet durch einen zweiten Kraftspeicher (30) und eine zweite elektrodynamische Antriebsanordnung mit einer Spule (22) und einer Scheibe (24), die beim Entladen des zweiten Kraftspeichers (30) durch die Spule (22) das Schliessen des Schalters steuert.
4. Mehrpoliger Strombegrenzungsschalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Pol mit seiner eigenen elektrodynamischen Antriebsanordnung versehen ist, und dass der Öffnungskraftspeicher (32) gemeinsam ist für alle Pole.
5- Strombegrenzungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Öffnungskondensatorbatterie (32), die aus zwei Teilen (34, 36) besteht, einen mit dem ersten Teil (34) verbundenen Thyristor (42) zur Steuerung einer normalen Öffnung des Schalters, und einen zweiten mit dem zweiten Teil (36) verbundenen Thyristor (44) zur Steuerung einer Öffnung bei Kurzschluss, wobei eine elektronische Schaltung bei Kurzschluss die beiden Thyristoren (42, 44) zugleich zündet, und einen dritten mit einem Schliesskondensator (30) verbundenen Thyristor (28) zur Steuerung einer Schliessung des Schalters.
6. Strombegrenzungsschalter nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine elektronische Schaltung mit einer Ladungsprüfvorrichtung (56, 58) der Kondensatoren (30, 32), einer Schaltung (58, 88) zur Verriegelung des dritten Thyristors (28) bei ungenügender Ladung und einer Schaltung (56, 58, 82) zur Zündung des ersten und zweiten Thyristors (42, 44) bei ungenügender oder zu hoher Ladung der Kondensatoren (32).

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7. Strombegrenzungsschalter nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen Lageanzeiger der Kontakte aller Pole und eine Schaltung, die bei verschiedener Lage ein Zünden des ersten und zweiten Thyristors (42, 44) und ein Offnen des Schalters bewirkt.

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