DE2802556A1

DE2802556A1 - Schaltanordnung zum abschalten von gleichstroemen grosser stromstaerke bei hohen spannungen

Info

Publication number: DE2802556A1
Application number: DE19782802556
Authority: DE
Inventors: Karl Prof Dr Ing Bopp
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1978-01-19
Filing date: 1978-01-19
Publication date: 1979-07-26
Also published as: ZA79203B; IT1110903B; IT7919408A0

Description

Schaltanordnung zum Abschalten von Gleichströmen
großer Stromstärke bei hohen Spannungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Der Trend zu höheren Geschwindigkeiten führt auch auf dem Bahngebiet zu immer größeren erforderlichen Antriebsleistungen. Dabei steigt die erforderliche Traktionsleistung mit der 3. Potenz der Geschwindigkeit an. Aus Gründen der Leistungsfhigkeit der Strecke muß die Versorgungsspannung möglichst hoch gewählt werden. Dadurch kann z.B. bei Gleichspannung der Übergang von 3 kV zu 6 kV Fahrdrahtspannung notwendig werden. Die Verarbeitung der mit dieser hohen Gleichspannung angebotenen Traktionsenergie ackt es den neuen Antriebstechniken für elektrische Triebfahrzeuge ggf auch bei de: Schwebetechniken mit den Mitteln der Leistungselektronik keine prinzipiellen Schwierigkeiten und wird auch so ausgeführt. Diese Spannung wäre auch fr eine Versorgung asynchroner Linearmotoren über Wechseirlchter gut geeignet. Die Einführung der o kV-Gleichspannungstechnik scheitert bisher an der sicheren Schaltbeherrschung dieser Spannung. So lassen sich einerseits die Prinzipien der bewährten Lichtbogenlöschtechnik bei 3 kV-Gleichspannungsschaltern mit Kontakten nicht ohne weiteres im praktischen Betrieb auf Schaltgeräte betragen, bei denen die Spannung m.it 2 Schaltstrecken in Reihe abgeschaltet werden kann. Andererseits verlangt die Bewältigung des Schaltproblems -.it Mitteln der Leistungselektronik einen derartig hohen Aufwand an Geräten, der, verbunden mit dem hohen Gewicht und großen Raumbedarf auf dem Fahrzeug, als Lösung unzumutbar ist Darüber hinaus sind solche elektronischen Schaltgeräte nicht kurzschlußfest.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung zu entwickeln, mit der unter Verwendung von üblichen 3 kV-Gleichspannungs schaltern 6 kV sicher geschaltet werden können.
Diese Aufgabe wird für eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art nach der Erfindung gemaß dem kennzeichnenden Teil des Ans-pruchs 1 gelöst.
Durch die Erfindung wird praktisch an der einen Schaltstrecke durch dynamische Stromaufteilung und jeweilige Stromführung über den Kondensator eine Stromreduzierung, ggf. bis zum Wert Nuli, erzwungen. Ein Vorgang, der dem bei der Wechselstromabschaltung beim Stromnulldurchjar,g ähnelt. Die Lichtbogenarbeit des Schalters kann dadurch erheblich verringert werden.
Für Hochspannungswechselstromschalter ist es beat, zur Vergleichmäßigung der Spannungsaufteilung der Einschwingspannung über den beiden reihengeschalteten Schaltstrecken eines Schalters jede mit einem Kondensator zu beschalten.
Es ist andererseits für solche Wechselstrornschalter auch bekannt, einen dieser Kondensatoren durch einen geeigneten Widerstand zu ersetzen. Die Spannungsaufteilung wird dadurch an den beiden Schaltstrecken wesentlich gewandert und die Fähigkeit des Schalters, große Ströme abzuschalten, verbessert. Bei Wechselstromschaltern liegt jedoch das Problem anders als beim Erfindungsgegenstand, wo es gilt, die gerade fließenden hohen Ströme zu Null zu bringen, ein Problem, was sich beim Wechselstromschalter durch die natürlichen Stromnulldurchgänge von selbst ergibt. Die Kondensator ren und RC-Kombinationen haben bei Wechselstromschaltern nichts mit einer Lichtbogenlöschung zu tun, sondern haben nur Spannungsaufteilungsaufgaben. An Hand von schematischen Schaltbeispielen wird die Erfindung im folgenden kurz erläutert.
Fig. 1 zeigt einen mechanischen Schalter 1 mit zwei in Reihe liegenden, annähernd synchron betätigbaren Schaltstrecken 2 und 3, mit denen eine an einer hohen Gleichspannunq, hier z.B. 6000 V liegende Last 4, z.B. ein Motor, geschaltet werden soll. Bei den Schaltstrecken 2 und 3 kann es sich um Cl-oder Luftschaltstrecken handeln. Der Schaltstrecke 2 ist e; Kondensator 5 hoher Kapazität, ggf. mit einem nederohmIgt-r Schutzwiderstand 6 für den Schaltkontakt In Reihenschattur.g, parallelgelest. Wenn der Schalter 1 geschlossen ist,- ddnn fällt über den Schaltstrecken 2 und 3 praktisch keine Spannung ab, der Kondensator 5 ist kurzgeschlossen und spannungslos. Wird der Schalter 1 geöffnet, dann tritt eie Spannungsaufteilung an den beiden Schaltstrecken 2 und 3 aur. Die Teilspannung über der Schaltstrecke 2 (z.B. 3000 V =) liegt damit auch am Kondensator 5 an, und die aufkommende Lichtbogenspannung treibt schlagartig einen Ladestrom, der um so größer ist, je höher die anliegende Teilspannung ist. Bei genügender Kapazität des Kondensators kann der Ladestrom für eine bestim.m.-te Zeit so groß gehalten werden, daß er praktisch dem gesamten bisher über die Schaltstrecke 2 fließenden Laststrom entspricht. Das können bei bekannten Anwendungsfällen einige 1000 A sein. Der Laststrom kommutiert somit auf den Kondensator 5 und wird im Idealfall an der Schaltstrecke 2 selbst zu Null. In der Praxis verbleibt an der Schaltstrecke 2 jedoch ein Reststrom, der durch Lichtbogengegenspannung zu Null gebracht werden muß. Die Schaltstrecke 2 ist jedoch wesentlich von der normalen Lichtbogenarbeit entlastet, und der Lichtbogen erlischt nach einem kleinen Ausgangsvorgang relativ schnell, bei manchen Kombinationen der Lastinduktivität und des Kondensators 5 mit schnell abklingenden Schwingungen.
Für die Schaltstrecke 3 verbleibt damit im wesentlichen nur noch der geringer werdende Ladestrom des Kondensators 5, der jedoch nicht ausreicht, den dort stehenden Lichtbogen weiter zu unterhalten, wodurch auch dieser Lichtbogen erlischt. Zur weiteren Entlastung der Schaltstrecke 3 klnr.
diese entsprechend der Fig. 2 noch mit einem hochohmigen Parallelwiderstand 7 beschaltet werden.
2 Patentansprüche 5 Seiten Beschreibung

Claims

Patentansprüche: 1. Schaltanordnung zum Abschalten von Gleichströmen großer Stromstärke bei hohen Spannungen, dadurch geezeichnet, daß wenigstens zwei in Reihe liegende, annähernd synchron betätigbare Schaltstrecken (2,3) Verwendung finden, von denen mindestens eine Schaltstrecke (2) mit einem Hochleistungskondensator (5) beschaltet ist, der bei Kontakttrennung den Laststrom wenigstens teilweise als Ladestrom aufnimmt und eine zeitweilige Stromabsenkung an der Schaltstrecke bis zur Lichtbogenlöschung bewirkt.
2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Schaltstrecken (3) mit einem hochohmigen Parallelwiderstand (7) beschaltet ist.