DE280703C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

in BADEN, Schweiz.

eine Hilfsspannung gelegt wird.

In denjenigen Fällen, in denen der Wechselstrombetrieb elektrischer Maschinen oder Apparate eine stufenweise oder stetige Änderung der Betriebsspannung erfordert, können Schalt anordnungen benutzt werden, bei welchen parallel zu der zu regelnden Hauptspannung oder einem Teil davon eine veränderliche oder einstellbare Hilfsspannung gelegt wird. Der Hauptstrom kann hierbei dauernd oder nur

ίο vorübergehend über den Träger der Hilfsspannung geleitet werden.

In Fig. ι ist eine derartige bekannte Anordnung veranschaulicht, bei welcher der Hauptstrom dauernd über den Träger der Hilfs-

!5 spannung geleitet ist. T ist ein an das gegebene Wechselstromnetz angeschlossener Transformator, dem die veränderliche Hauptspannung Efi entnommen werden soll. Seine Primärwicklung P liegt an der gegebenen Netzspannung £_Λ·. Seine Sekundärwicklung S besitzt außer der Endleitung d noch Anzapfungen a, b und c. Die veränderliche Hauptspannung Eh wird in diesem Falle nicht direkt der Endleitung und den Anzapfungen, sondem über den Hilfstransformator t entnommen. Der Transformator t ist hier der Träger der Hilfsspannung ei,, welche einer Sekundärwicklung s entnommen wird und deren Größe genau dem zwischen α und b, b und c bzw. c und d herrschenden Spannungsteil e'j, entspricht. Seine Primärwicklung ist über den Umschalter U an eine Spannung e_p angeschlossen. Von der Mitte ο der Sekundärwicklung s ist die Leitung g abgezweigt, während die Enden m und η von s durch die Schalter oder Schützen i, 2, 3 und 4 an die Leitung a, b, c und d angeschlossen werden können. Die Hauptspannung Ea, welche zwischen der Leitung g und Erde herrscht, wird dadurch verändert, daß durch Betätigung der Schalter 1, 2, 3 und 4 (und des Umschalters U) die Wicklung s einmal an die Leitung λ allein, dann an die Leitung α und b, dann an die Leitung b und c, dann an c und d und schließlich an die Leitung d allein angeschlossen ist. Das Potential des Anschlußpunktes 0 und das der Leitung g wird hierbei stufenweise erhöht und kann bei umgekehrter Reihenfolge des Schaltens in analoger Weise erniedrigt werden.

Es zeigt sich nun aber, daß ζ. B. wenn die Schalter 1 und 2 geschlossen sind, der Strom / mit dem halben Wert jeden der beiden Schalter durchfließt, und daß beim Öffnen eines

der beiden Schalter ein Strom — abgeschaltet wird. Diese Stromabschaltung ist aber, besonders wenn es sich um große Stromstärken handelt, sehr nachteilig für die Schalter, da die auftretenden Funken die Kontaktflächen

zerstören und leicht, infolge Bildung stehender Lichtbogen, zu Kurzschlüssen führen können. Man ist gezwungen, große und gegen Überschlagen gesicherte Schalter zu verwenden, wodurch aber die Betätigung derselben erschwert wird und die Anlagekosten erheblich gesteigert werden.

Zur Vermeidung dieses Übelstandes ist bereits bei Verwendung von Potentialreglern als

ίο Träger der Hilfsspannung vorgeschlagen worden, Einrichtungen zu treffen, welche gestatten, die Größe und Phase der Spannung des Potentialreglers <3_ft derart einzustellen, daß jeweils diejenige Verbindung des Hilfsspannungsträgers mit der gegebenen Hauptspannungsquelle, welche geschaltet werden soll, möglichst stromlos ist. Wenn man nämlich den Strom-■ kreis betrachtet, welcher gebildet wird aus dem zwischen den beiden gleichzeitig ge-

ao schlossenen Schaltern liegenden Teil des Hauptspannungsträgers und der zu diesem Teil parallelen Hilfsspannungswicklung, so ist leicht zu erkennen, daß in diesem Stromkreis ein Ausgleichstrom fließen wird, wenn die beiden einander entgegengerichteten Spannungen — ß/j und e'h — nicht einander der Größe und Phase nach gleich sind.

Ist in Fig. 1 der Schalter 1 und 2 geschlossen und sei e/_t 5 e'/,, dann wird der entstehende Ausgleichstrom die Schalter 1 und 2 in entgegengesetzter Richtung durchfließen. Da nun

beide Schalter außerdem von einem Strom -^-

in gleicher Richtung durchflossen werden, so werden sich in dem einen Schalter die Ströme addieren, im anderen subtrahieren. Ist die Stromstärke des Ausgleichstromes ebenfalls

gleich —, dann ist der resultierende Strom in

. einem der beiden Schalter = o. Dieser Schalter könnte also geöffnet werden. Welcher von beiden Schaltern stromlos wird, hängt ganz davon ab, ob die Spannung g/, kleiner oder größer als e'h ist.

Die Änderung der Größe g/, läßt sich bei einem, Potentialregler in verschiedener Weise, z. B. durch Änderung der relativen Lage des Sekundärteiles oder durch Änderung der primär zugeführten Spannung erreichen.

An Stelle des Potentialreglers könnte auch ein Transformator gewöhnlicher Bauart treten, nur müssen auch hier Einrichtungen getroffen sein, welche gestatten, die Sekundärspannung des Hilfstransformators größer, gleich und kleiner als die parallel liegende Spannung des Haupttränsformators zu machen. Außerdem muß die Richtung der Hilfsspannung selbst umkehrbar sein, um von einer tieferen auf eine höhere Spannungsstufe (und umgekehrt) übergehen zu können.

In Fig. 2 ist die Bedeutung der Buchstaben die gleiche wie in Fig. 1. Die Sekundärwicklung s besitzt drei Ableitungen m, in' und n, wobei zwischen m und m' ein Ohmscher Widerstand W geschaltet ist, auf welchen der Kontakt/i gleitet. Ist Schalter 1 und 2 geschlossen, dann kann Kontakt K über diesen Widerstand von der Leitung m nach m' und umgekehrt geführt werden. Die Sekundärspannung des" Transformators t variiert dann zwischen einem Minimalwert e"h und einem Maximalwert e"h, wobei' e"i, -< e'/, < e"h sein soll. Je nachdem nun der Kontakt K sich der Leitung m' oder m nähert, wird entweder Schalter 1 oder Schalter 2 stromlos und kann ohne Funkenbildung geöffnet werden. Um nun nach Öffnung des Schalters 1 zur Regelung der Hauptspannung das nunmehr freie Ende von s an die Leitung c anschließen zu können, wird der Kontakt K so eingestellt, daß nach Schließung des Schalters 3 dieser Schalter keinen Strom führt. In dieser Weise kann weiter verfahren werden, und man erkennt leicht, daß die Abweichung der Spannung e"/, minimal und e"/, maximal

von. e'h nur etwa der dem Strom — entsprechenden Kurzschlußspannung des Haupttransformators T, bezogen auf die Spannnng e'h entsprechen muß.

Zu einer besonders vorteilhaften Anordnung gelangt man aber, wenn man gemäß vorliegender Erfindung die Hilfsspannung aus Spannungen zweier oder mehrerer in Reihe geschalteter Hilfsspannungsträger zusammensetzt, da man j diese hierbei zum Teil als Nebenschluß-, zum Teil als Serientransformatoren ausbilden kann. Die Zerlegung der Hilfsspannung in Teilspannungen geschieht nun zweckmäßig in der Art, daß eine Teilspannung die Größe derjenigen Spannung hat, welche einer Schaltstufe am Haupttransformator entspricht, während die andere Teilspännung nur groß genug sein muß, um den zur Stromlosmachung nötigen Ausgleichstrom zu erzeugen. Die letztgenannte Spannung ist demnach von relativ kleinem Betrag, und ihr Träger stellt das einzige Zusatzglied zu den bisher verwendeten Schaltanordnungen dar.

Besteht nun die Hilfsspannung, wie beschrieben, aus einem (der Stufenspannung entsprechenden) Teil konstanter Größe und einem (zur Stromlosmachung des Schalters dienenden) veränderlichen Teil, dann kann die Einrichtung derart getroffen werden, daß die Einstellung der genannten Hilfsspannung in Abhängigkeit vom Netzstrom selbsttätig so erfolgt, daß für jeden Wert des Netzstromes die Hilfsspannung um den zur Stromlosmachung des zu betätigenden Schalters notwendigen Betrag erhöht oder erniedrigt wird.

Es kann dies dadurch erreicht werden, daß die Größe des- veränderlichen Teiles der Hilfs-

Spannung mit dem Hauptstrom gleichsinnig veränderlich, gegebenenfalls ihm proportional gemacht wird. Da nämlich der unbedingt erforderliche veränderliche Teil der Hilfs.spannung dem Wert e'h - &"h bzw. e"/_t - e'i, entspricht, muß er also nur den dem Hauptstrom proportionalen inneren Spannungsverlust zwischen den Anzapfungen des Hauptstromtransformators ausgleichen. Verwendet man als

ίο Träger dieses Hilfsspannungsteiles nun z. B. einen vom Hauptstrom durchflossenen Serientransformator, dessen Sekundärteil in den Hüfskreis eingeschaltet ist, dann ist der veränderliche Teil der Hilfsspannung proportional dem Hauptstrom, und je nach der Größe und Richtung dieses Spannungsteiles kann der eine oder andere Schalter für jeden Wert des Stromes stromlos gemacht werden. Um also hier die Schalter abwechselnd zu bedienen, ist immer eine Umschaltung des Sekundärteiles des Serientransformators erforderlich. Zur Vermeidung dieser Umschaltung wird am besten gemäß Fig. 3 und 4 der mit dem Hauptstrom gleichsinnig veränderliche Hilfsspannungsteil abwechselnd in zwei Serientransformatoren I_x und t₂ erzeugt, welche derart angeordnet sind, daß jeder für sich allein wirkend den Hauptstrom durch einen, aber nicht den gleichen Schalter treibt, und die so beeinflußt werden, daß beim Öffnen oder Schließen eines Schalters der zugeordnete Serientransformator (durch den Schalter 6) kurzgeschlossen ist, während der andere den Strom leitet, wobei der Kurzschluß des Serientransformators durch Kurzschluß einer dritten Wicklung für relativ kleine Stromstärke erfolgen kann.

Wird der Hauptstrom wie in Fig. 3 dauernd über den oder die Träger der Hilfsspannung geleitet, dann ist es empfehlenswert, ihn in der Ruhelage der Schalter über zwei Schalter zu entnehmen, damit jeder Schalter nur einen Teil des Hauptstromes dauernd zu führen hat. Wenn also kein Schalten stattfindet, sollen in diesem Falle beide Serientransformatoren sich im Kurzschluß befinden, damit sich eine Stromverteilung auf beide Schalter einstellen kann. Der Übergang von Kurzschluß eines Serientransformators zum Kurzschluß beider und umgekehrt geschieht vorteilhaft zur Vermeidung von Stromstößen in kontinuierlicher Weise, also ohne Aufheben eines Kurzschlusses überhaupt.

Wird der Hauptstrom jedoch, wie in Fig. 4.

dargestellt, nur vorübergehend, und zwar nur während des Schaltvorganges über den oder die Träger der Hilfsspannung geleitet, dann leitet, in der Ruhelage der Schalter, nur der eine Serientransformator den Strom über einen einzigen Schalter, und zwar derart, daß der Träger des wesentlichen Teiles der Hilfsspannung stromlos ist. Hierdurch erreicht man den erheblichen Vorteil, diesen Hilfsspannungsträger sehr klein dimensionieren zu können, weil er nur ganz kurzzeitig beansprucht wird. Zur näheren Erläuterung der Fig. 3 und 4 sollen nachfolgend die einzelnen Schaltvorgänge der Reihe nach aufgezählt werden, wenn vom Schalte ι auf den Schalter 3 übergegangen werden soll. Wir gehen dabei von der in den Figuren dargestellten Anfangsstellung sämtlicher Schalter aus. .

Es sei noch zuvor bemerkt, daß die Serientransformatoren ij und t₂ je drei Wicklungen besitzen, von denen die primäre und sekundäre gleiche Windungszahlen besitzen, während die dritte nur dazu dient, den Transformator vermittels des Schalters 6 kurzzuschließen. In der Anfangsstellung der Fig. 3 führt die primäre und sekundäre Wicklung des Serientransformatoren den vollen Strom, so daß ; also dieser Strom nur über den Schalter 1 ' fließt. Der Transformator ί_ί befindet sich im

■ Kurzschluß, und die Amperewindungen seiner 'ebenfalls vom vollen Strom durchflossenen Primärwicklung werden durch die dritte Wick- ; lung kompensiert. Zunächst muß also, um ^: den Schalter 1 öffnen zu können, der ganze ' Strom über den Schalter 2 geleitet werden. j Es geschieht dies durch Umlegen des Schal- ; ters 6 (nach rechts), so daß jetzt der Serientransformator I₁ den Strom leitet, während sich t₂ im Kurzschluß befindet. Dadurch wird der ganze Hauptstrom dem Schalter 2 entnommen, während Schalter 1 stromlos wird. Nunmehr kann Schalter 1 geöffnet werden. Um nun Schalter 3 schließen zu können, muß die Spannungsrichtung in der Wicklung s umgekehrt werden. Zu diesem Zwecke werden die Gleitkontakte K₁ und K₂ auf dem an der Spannung e_p liegenden Widerstand w so verschoben, daß sie ihre Stellung vertauschen.' Ist auf diese Weise die Spannungsrichtung in s geändert, dann kann ohne weiteres der Schalter 3 eingelegt werden, da der' Serientransformator t_x auch dann noch bewirkt, daß der volle Hauptstrom : dem Schalter 2 entnommen wird; erst nach ] Zurücklegen des Schalters 6 in die Anfangslage (also nach links) wird der Strom allein über den Schalter 3 geleitet. In der Zwischen- : lage des Schalters 6, in der also beide Trans-

■ formatortn i, und t₂ kurzgeschlossen sind, wird . der Hauptstrom beide eingelegte Schalter zur Hälfte durchfließen. In dieser Weise kann der Schaltvorgang wiederholt und fortgesetzt werden.

In ähnlicher Weise ist bei der Anordnung nach Fig. 4 zu verfahren. Der Unterschied gegen Fig. 3 besteht im wesentlichen darin, daß die Leitung g nicht an die Mitte von s, sondern an die Enden dieser Wicklung, und zwar durch den Schalter 7 angeschlossen wird, um zu vermeiden, daß der Hilfstransfomator t dauernd unter Strom steht. Während das

Stromlosmachen und öffnen des Schalters ι hier also in genau gleicher Weise wie bei Fig. 3 erfolgt, muß, bevor der Schalter 3 geschlossen wird, die Leitung g an s durch den Schalter 7 gelegt werden. . Dies darf jedoch erst in dem Moment geschehen, in welchem die Spännung in s durch Zusammenschieben der Kontakte k_x und k_% den Wert 0 erreicht hat. Die Umschaltung der Spannung in s geschieht also hier in zwei Etappen, zwischen denen der Schalter 7 umgelegt wird. Man erkennt leicht, daß der Transformator t nur ganz kurzzeitig Strom führt, so daß er relativ geringe Dimensionen erhalten kann.

Besteht die Hilfsspannung gemäß vorliegender Erfindung aus mehreren Teilen, dann kann jeder Teil einen Träger beliebiger Art erhalten, und die Regelung des veränderlichen Teiles der Hilfsspannung kann in einer ihrem Träger entsprechenden Art, wie bereits beschrieben, erfolgen.

Eine äußerst feine Einstellung und Regelung der Hilfsspannung ist auch ohne Verwendung der relativ schweren ruhenden Transformatoren oder Potentialregler dadurch möglich, daß man die Hilfsspannung einem eventuell rasch laufenden Hilfsgeneratpr entnimmt, dessen Erregung in bekannter Weise geändert und erforderlichenfalls auch umgeschaltet werden kann.

Dieser Hilfsgenerator kann ein in gewöhnlicher Art durch einen besonderen Motor angetriebener Generator mit durch Gleichstrom erregten Polen, oder ein Kollektorgenerator gegebenenfalls mit zwei zu einander senkrechten Bürstensätzen sein, wobei diese Maschine die Konbination eines Motors mit einem Generator darstellen kann, indem der eine Bürstensatz, den Motorstrom führt, der dazu senkrechte jedoch den Generatorstrom liefert. Es ist auch möglich, diese Zusatzspannung einem regelbaren Umformer oder einem Frequenzwandler oder einer Asynchronmaschine zu entnehmen. Alle diese Maschinen sollen hier unter den Sammelbegriff »Hilfsgenerator« zusammengefaßt werden. Wo es sich um Asynchrongeneratoren handelt, können Schwungmassen verwendet werden, um die vorübergehenden, während des Schaltvorganges auftretenden Belastungsstöße aufzunehmen. Durch Kompoundwicklungen kann die Spannung des Generators von dem Belastungsstoß abhängig oder unabhängig gemacht werden. Ist der Träger des veränderlichen Teiles ein Potentialregler oder Generator, dann wird es sich empfehlen, diesen Träger nicht direkt, sondern über einen Transformator in den Hilfsspannungskreis einzuschalten, damit er nicht für die relativ hohe Netzstromstärke bei relativ geringer Klemmenspannung zu bemessen ist, sondern für normale und beliebig wählbare Werte der Stromstärke und Spannung gebaut werden kann.

Ist durch den Gegenstand der Erfindung nun auch das Mittel zum funkenlosen Schalten gegeben, so ist doch ein wichtiger Umstand der, daß der Schaltvorgang nicht zu früh oder 6g zu spät eingeleitet oder beendet wird. Man kann bei Bahnbetrieb dem Fahrer die Kontrolle über alle Schalt vorgänge jedoch nicht zumuten, sondern es muß eventuell durch automatisch wirkende Vorrichtungen verhütet werden, daß im unrichtigen Augenblick geschaltet wird. Gemäß vorliegender Erfindung soll nun diese automatisch wirkende Vorrichtung ebenfalls in Abhängigkeit vom Hauptstrom in Aktion treten, indem die selbstsperrenden Vorrichtungen den Schaltvorgang so lange verhindern, als der Strom in der zu schaltenden Verbindung einen Mindestwert noch nicht unterschritten hat und die gegebenenfalls selbsttätig den Schaltvorgang einleiten oder vollziehen, wenn der Mindestwert des Stromes erreicht oder unterschritten ist.

Claims (9)

Patent-An sprüche:

1. Einrichtung zur Ermöglichung des stromlosen Ein- und Ausschaltens von Schaltern, Schützen u. dgl. während des Betriebes mit Wechselstrom bei Schaltanordnungen, bei welchen parallel zu der zu regelnden Hauptspannung oder zu einem Teil derselben eine Hilfsspannung gelegt go wird, deren Größe und Phase während des Schaltvorganges von Hand oder selbsttätig so eingestellt wird, daß jeweils diejenige Verbindung des Hilfsspannungsträgers mit der gegebenen Hauptspannungsquelle, welche geschaltet (gelöst oder hergestellt) werden soll, möglichst stromlos ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung aus Spannungen zweier oder mehrerer in Reihe geschalteter Hilfsspannungsträger zusammengesetzt ist.

2. Einriqhtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den mit- oder gegeneinander gerichteten Teilen der Hilfsspannung mindestens einer veränderlieh bzw. einstellbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und' 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teile der Hilfsspannung getrennte Träger erhalten, wobei als Träger in beliebiger Kombination Transformatoren, Potentialregler und Generatoren verwendet werden können.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der als Träger des veränderlichen Teiles der Hilfsspannung dienende Potentialregler oder Generator über einen Transformator in den Hilfsspannungskreis eingeschaltet ist.

5. Einrichtung nach Ansprach 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des veränderlichen Teiles der Hilfs-

spannung mit dem Hauptstrom gleichsinnig j veränderlich, gegebenenfalls ihm proportional gemacht wird.

6. Einrichtung nach Anspruch ι bis 5, dadurch gekennzeichnet," daß der Träger des mit dem Hauptstrom gleichsinnig veränderlichen Hilfsspannungsteiles ein in den j Hilfsspannungskreis oder in einem mit diesem verketteten Stromkreis eingeschalteter Serientransformator (oder Serienpotentialregler) ist, wobei der Hauptstrom oder ein ihm proportionaler Strom eine Wicklung des Serientransformators durchfließt.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Hauptstrom gleichsinnig veränderliche Hilfsspannung abwechselnd in zwei Serientransformatoren erzeugt wird, welche derart angeordnet sind, daß jeder für sich allein wirkend den Hauptstrom durch einen, aber nicht den gleichen Schalter treibt, und die so beeinflußt werden, daß beim Öffnen oder Schließen eines Schalters der zugeordnete Serientransformator kurzgeschlossen ist, während der andere den Strom leitet, wobei der Kurzschluß des Serientransformators durch Kurzschluß einer dritten Wicklung für relativ kleine Stromstärke erfolgen kann. ,

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich, falls der Hauptstrom dauernd über den Träger der Hüfsspannung geleitet wird, beide Serientransformatoren dann im Kurzschluß befinden, wenn kein Schalten stattfindet, wobei der Übergang vom Kurzschluß des einen Serientransformators zum Kurzschluß beider und schließlich zum Kurzschluß des anderen kontinuierlich, also ohne Aufheben eines Kurzschlusses überhaupt erfolgen kann.

9. Einrichtung nach. Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß selbstsperrende Vorkehrungen getroffen werden, die selbsttätig den Schaltvorgang verhindern oder hemmen, solange der Strom in der zu schaltenden Verbindung einen Mindestwert noch nicht unterschritten hat und die gegebenenfalls selbsttätig den Schaltvorgang einleiten oder vollziehen, wenn der Mindestwert des Stromes unterschritten ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.