DE3622098A1 - Lichtbogenloser stromschalter - Google Patents

Description

Mehrere Festkörper-Schaltvorrichtungen haben sich als brauch­ bar erwiesen, um die Größe des Lichtbogens wesentlich zu vermindern, der zwischen öffnenden Kontaktstücken innerhalb eines geschützten Stromkreises auftritt. Die Vorrichtungen weisen im allgemeinen eine Zusammenschaltung von Halbleiter­ elementen auf, die so gewählt sind, daß sie den unterbroche­ nen Strom sofort bei der Kontakttrennung von den öffnenden Kontaktstücken wegleiten.

An anderer Stelle (US-Patentanmeldung 6 10 947, Anmeldetag 16. Mai 1984, Titel "Solid State Current Limiting Interrup­ ter") ist eine Vorrichtung angegeben, die im wesentlichen aus der Parallelschaltung eines spannungsgesteuerten Ele­ mentes und eines stromgesteuerten Elementes besteht, die den öffnenden Kontaktstücken parallel geschaltet sind. Un­ mittelbar nach der Kontakttrennung wird der Strom von den Kontaktstücken zunächst auf das stromgesteuerte Element und dann auf das spannungsgesteuerte Element übertragen. Die Zeitverzögerung zwischen dem Augenblick der Kontakt­ trennung und dem Übergang des Stromes von den Kontaktstük­ ken weg liegt innerhalb weniger Mikrosekunden. Der Licht­ bogen, der während dieser kurzen Zeitperiode auftritt, hat eine minimale Wirkung auf bekannte Kontaktmaterialien. Diese Materialien weisen im allgemeinen eine Vereinigung von Silber und Wolfram oder Wolframcarbid auf. Das Silber sorgt für eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit zwischen den Kontaktstücken im Schließzustand, und das Wolfram sorgt für einen Schutz gegen Spritzen oder Zer­ stäuben der Kontaktstücke während des Bestehens des Licht­ bogens.

Die deutsche Patentanmeldung P 35 44 647.1 schlägt die Zu­ sammenschaltung eines einen positiven Temperaturkoeffizien­ ten aufweisenden Elementes mit einem spannungsgesteuerten Element parallel zu den öffnenden Kontaktstücken vor, um die Lichtbogenbildung wesentlich zu vermindern. Ferner schlägt die deutsche Patentanmeldung P 35 43 804.5 die Verwendung einer Zener-Diode und eines Triacs vor, um den Strom von den öffnenden Kontaktstücken weg auf die span­ nungsgesteuerte Vorrichtung zu übertragen. Alle diese Vor­ richtungen weisen jedoch eine gewisse endliche Zeitverzö­ gerung zwischen der Zeit der Kontakttrennung und dem Über­ gang des Stromes auf den Festkörper- bzw. Halbleiterschal­ ter auf. Wenn das Auftreten eines Lichtbogens vollständig beseitigt werden könnte, so daß die Kontaktstücke getrennt werden können ohne nachteilige Wirkungen des Lichtbogens, dann können sowohl die Größe der Kontaktstücke als auch die Kosten der Kontaktmaterialien wesentlich gesenkt werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb im wesentlichen darin, einen Schalter und ein Verfahren zu schaffen, die das Auftreten eines Lichtbogens zwischen öff­ nenden Kontaktstücken sowohl unter normalen Betriebsbedin­ gungen als auch beim Auftreten eines Überlastzustandes vollständig eliminieren.

Erfindungsgemäß wird ein lichtbogenloser Schalter geschaffen, der eine Steuerschaltung, eine Impedanzschaltung und eine Stromunterbrechervorrichtung aufweist. Die Impedanzschal­ tung leitet den Strom durch zwei trennbare Kontaktstücke zu der Stromunterbrechungsvorrichtung, bevor die Öffnung der Kontaktstücke herbeigeführt wird. Der durch die Kon­ taktstücke fließende Strom im Augenblick der Trennung bzw. Öffnung reicht nicht aus, um einen wesentlichen Lichtbogen auszubilden.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der lichtbogen­ losen Schaltvorrichtung gemäß einem Ausführungs­ beispiel der Erfindung.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung von einem Aus­ führungsbeispiel der lichtbogenlosen Schaltvor­ richtung gemäß Fig. 1 unter Verwendung eines bi­ polaren Transistors.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung von einem ande­ ren Ausführungsbeispiel der lichtbogenlosen Schalt­ vorrichtung gemäß Fig. 1 unter Verwendung eines Feldeffekt-Transistors parallel zu einem Konden­ sator.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung von einem wei­ teren Ausführungsbeispiel der lichtbogenlosen Schaltvorrichtung gemäß Fig. 2 mit einem Metall­ oxid-Varistor parallel zu dem Feldeffekt-Transis­ tor.

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der lichtbogen­ losen Schaltvorrichtung gemäß Fig. 1 unter Ver­ wendung eines Stromtransformators in Verbindung mit einem bipolaren Darlington-Transistors zum Umschalten des Stromes auf den Stromschalter.

Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der Stromwellen­ komponenten und der Spannungskurve der Steuer­ schaltung auf einer gemeinsamen Zeitachse.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines lichtbogenlosen Stromschalters 10, bei dem eine Steuerschaltung 11 durch eine Steuerleitung 20 mit einer steuerbaren Reihen-Impedanz­ schaltung 12, die im folgenden Impedanzschaltung genannt wird, mit einem Stromschalter 13 durch eine Steuerleitung 18 und mit dem Brückenkontakt 17 und von zwei feststehenden Kontaktstücken 15, 16 innerhalb eines Schalters 14 durch eine Steuerleitung 19 verbunden ist. Ein stromführender Leiter 35 innerhalb eines Stromkreises ist mit einem Leiter 31 durch eine Reihenschaltung aus dem Schalter 14 und der Impedanzschaltung 12 verbunden. Normalerweise fließt ein Strom durch den Stromkreis vom Leiter 35 durch die Kontakt­ stücke 15, 16, 17 und die Impedanzschaltung 12, die eine klei­ ne Impedanz in der Größenordnung des elektrischen Wider­ standes der Kontaktstücke darstellt. Der Stromschalter 13 hat eine genügend hohe Impedanz, so daß ein vernachlässig­ barer Strom durch den Stromschalter bei dem kleinen Span­ nungsabfall fließt, der durch die Kontaktstücke und die Impedanzschaltung gebildet wird. Wenn der Kreisstrom unter­ brochen werden soll, wird die Impedanz der Impedanzschaltung 12 vergrößert, um den Kreisstrom über den Stromschalter 13 umzuleiten. Die durch die Impedanzschaltung 12 gebildete Impedanz muß dann recht groß gemacht werden in bezug auf die Impedanz, die durch den Stromschalter 13 ausgebildet wird; vorzugsweise wird dann ein Leerlauf ausgebildet. Die Spannung über der Impedanzschaltung wächst mit der Im­ pedanz an, die durch die Impedanzschaltung ausgebildet wird, wegen der Induktanz des Pfades durch den Stromunter­ brecher, die Impedanzschaltung und die Kontaktstücke. Um die Impedanzschaltung vor einer überhöhten Spannung zu schützen, ist es notwendig, die Spannungserhöhung zu be­ grenzen, indem die Spannung auf einen sicheren Wert ge­ klemmt wird oder durch Begrenzen der Änderungsgeschwindig­ keit der Spannung.

Es können verschiedene Schaltvorrichtungen innerhalb der Impedanzschaltung verwendet werden, um die Impedanz und somit die Spannung zu verändern, wie beispielsweise Ab­ schaltthyristoren (Gate Turn-Off-Thyristoren), Widerstände mit positivem Temperaturkoeffizienten, bipolare Transis­ toren und Feldeffekt-Transistoren, die im folgenden näher erläutert werden. Die gesteuerte Änderungsgeschwindigkeit dieser Spannung kann durch Kondensatoren oder Schaltvor­ richtungen durch die Steuerschaltung 11 erhalten werden oder sie kann innerhalb der Schaltvorrichtung selbst ausge­ bildet werden. Es können getrennte Schaltungselemente ver­ wendet werden, um diese Spannung zu begrenzen, wie bei­ spielsweise Varistoren oder Zener-Dioden, entweder allein oder in Zusammenschaltung, mit einer Begrenzung der Ände­ rungsgeschwindigkeit. Zusätzlich kann ein Impedanz-Anpas­ sungstransformator zwischen der Impedanzschaltung und der elektrischen Schaltungsanordnung eingesetzt werden in Ab­ hängigkeit von den Eigenschaften der jeweiligen Schaltvor­ richtung, die in der Impedanzschaltung gewählt ist. Die Impedanzschaltung 12 muß kontinuierlich normalen Kreisstrom führen, beispielsweise 500 Ampere bei einem Abfall von bei­ spielsweise 10 Millivolt, was eine kontinuierliche Lei­ stungsabfuhr von 5 Watt zur Folge hat. Wenn die Schaltvor­ richtung innerhalb der Impedanzschaltung auf eine hohe Spannung geschaltet wird, steigt der Spannungsabfall dann auf etwa 20 Volt an, um für einen effektiven Übergang des Kreisstromes auf den Stromunterbrecher 13 innerhalb weniger Mikrosekunden zu sorgen. Die Schaltvorrichtung besteht aus Halbleiterelementen, die im allgemeinen Einschränkungen unterliegen zwischen Leitungsspannungsabfällen und Sperr­ spannungsvermögen. Ein kleiner Spannungsabfall tritt ge­ wöhnlich in Verbindung mit einer kleinen Sperrspannung für eine bestimmte Vorrichtung auf. Die meisten zur Verfügung stehenden Schaltvorrichtungen weisen jedoch ausreichend hohe Spannungsabfälle mit einem ausreichend hohen Sperr­ spannungsvermögen auf, so daß ein Impedanzanpassungstrans­ formator verwendbar ist zum Anpassen der Schaltvorrichtungen an die elektrischen Schaltungsanordnungen. Der Stromschal­ ter 13 muß sofort bei einer Umschaltung den Kreisstrom an­ nehmen, aber da er den Kreisstrom nicht kontinuierlich führt, kann er einen höheren Spannungsabfall aufweisen, beispielsweise in der Größenordnung von wenigen Volt. Nach dem Übergang des Kreisstromes von den Kontaktstücken 15-17 auf den Stromschalter 13 über den Leiter 32 öffnen die Kontaktstücke dann durch ein Signal von der Steuerschaltung 11 an einen schaltbaren Stellmechanismus, wie er beispiels­ weise in der US-PS 40 01 742 beschrieben ist. Nachdem die Kontaktstücke sich eine ausreichende Strecke getrennt haben, in der Größenordnung von 0,125 bis 0,25 mm (0,005 bis 0,010 Zoll), was ausreichend ist, um der Leerlaufspannung ohne Überschlag standzuhalten, wird der Stromschalter 13 auf eine hohe Spannung über der Kreisspannung angehoben, damit der Kreisstrom schnell auf Null abfällt und damit die Unterbre­ chung des Kreisstromes abgeschlossen wird. Wenn die Eigen­ schaften des Stromschalters 13 so sind, daß der Kreisstrom nicht auf Null abfällt, kann ein Hilfsschalter (nicht ge­ zeigt) verwendet werden, um den Unterbrechungsprozeß zu vervollständigen. Der Hilfsschalter sollte auch verwendet werden, wenn es gewünscht wird, den Schalter 14 nach einer vorbestimmten Zeitperiode automatisch wieder zu schließen.

Der Stromschalter 13 kann einen strombegrenzenden Halblei­ terschalter oder Halbleiterschalter aufweisen, wie sie in der eingangs genannten deutschen Patentanmeldung P 35 44 547.1 angegeben sind.

Ferner kann innerhalb des Stromschalters 13 gemäß der Erfin­ dung ein elektrodynamischer Schalter verwendet werden, wie er in der deutschen Patentanmeldung P 35 44 649.8 ange­ geben ist, bei dem magnetisch gepulste, parallel im Abstand angeordnete Kontaktarme als Hilfskontaktträger verwendet werden. Die Funktion des Stromschalters 13, der dem Schal­ ter 14 und der Impedanzschaltung 12 durch Leiter 32, 33 pa­ rallel geschaltet ist, besteht darin, einen parallelen Pfad mit kleinem Widerstand für den Kreisstrom auszubilden, wenn der Schalter 14 geöffnet werden soll, um den Strom durch die Kontaktstücke 15 bis 17 des Schalters wesentlich zu senken, wenn die Kontaktstücke getrennt werden. Wie be­ reits ausgeführt wurde, leitet die Impedanzschaltung 12 den Strom von dem Schalter 14 weg über den Stromschalter 13, bis die Kontaktstücke 15 bis 17 getrennt werden. Wenn die Kontaktstücke eine ausreichende Strecke getrennt sind, um das Auftreten eines Lichtbogens zu verhindern, wird der Stromkreis innerhalb des Stromschalters 13 unterbrochen. In der Schaltertechnik ist bekannt, daß die elektrische Energie, die durch die Schalterkomponenten bewältigt wer­ den muß, je kleiner ist, desto schneller die Kontaktstücke auf Befehl getrennt werden. Eine Einrichtung zum schnellen Trennen des Brückenkontaktes 17 von den feststehenden Kon­ taktstücken 15, 16 ist in der deutschen Patentanmeldung P 35 44 650.1 angegeben.

Eine einfache Impedanzschaltung 12 wird durch die Zusam­ menschaltung eines bipolaren Transistors 21 und einer Zener-Diode 22 innerhalb der lichtbogenlosen Schaltvorrich­ tung 36 gemäß Fig. 2 erhalten. Der Transistor, der eine Niederspannungs-Hochstromvorrichtung ist, wenn eine Basis­ ansteuerung über den Leiter 25 von der Steuerschaltung 1 zugeführt wird, schaltet schnell auf eine höhere Zener- Diodenspannung um, wenn die Basisansteuerung beseitigt wird, um den Kreisstrom von dem Schalter 14 weg auf den Stromschalter 13 zu übertragen. Die Steuerleitung 20 von der Steuerschaltung 11 kann mehrere Leiter aufweisen in Abhängigkeit von den Schaltungselementen innerhalb der Impedanzschaltung 12. Die Leiter innerhalb der Steuer­ leitung 20, wie beispielsweise die Leiter 25, 26, sind in den Fig. 2 bis 4 dementsprechend dargestellt. Eine elektrische Verbindung zwischen der Steuerschaltung 11 und der Impedanzschaltung 12 durch den Leiter 25 wird durch den Leiter 26 vervollständigt. Sobald der Kreis­ strom auf den Stromschalter 13 übertragen worden ist, wird der Brückenkontakt 17 von den feststehenden Kontakt­ stücken 15, 16 getrennt durch Betätigung der Steuerleitung 19, um den kleinen Reststrom durch die Impedanzschaltung 12 und den Schalter 14 zu unterbrechen, nachdem der Kreis­ strom auf den Stromschalter 13 übertragen worden ist. Die Zener-Diode 22 stellt sicher, daß die Spannung über dem Emitter und Kollektor des bipolaren Transistors auf einem sicheren Wert bleibt, und kann in einigen Anwendungsfällen durch richtige Steuerung der Abschaltzeit des Transistors eli­ miniert werden.

Der lichtbogenlose Schalter 37 gemäß Fig. 3 verwendet eine Impedanzschaltung 12, die aus einem Feldeffekt-Transistor (FET) 23 mit einem Kondensator C besteht, der über Drain und Source geschaltet ist. Der Leiter 25 legt eine Vor­ spannung an das Gate von der Steuerschaltung 11 an, die durch den Leiter 26 elektrisch mit der Impedanzschaltung verbunden ist. Der FET hat eine sehr hohe Impedanz, im Be­ reich von Megohm, nahe dem Leerlaufwiderstand, wenn keine Vorspannung an das Gate angelegt ist, und er hat eine sehr kleine Impedanz nahe einem Kurzschluß, wenn eine Gate-Vor­ spannung angelegt ist. Dadurch werden auf effektive Weise zwei Strompfade von dem Leiter 35 ausgebildet, nämlich den­ jenigen durch den Schalter 14 und den FET zum Leiter 31, wenn eine Vorspannung an das Gate angelegt ist, und durch den Leiter 32, den Stromschalter 13 und den Leiter 33, wenn die Vorspannung nicht am Gate anliegt, um den Strom zu unterbrechen. Der Kondensator dient dazu, die FET-Span­ nung auf einen sicheren Wert zu begrenzen, und er kann durch eine richtige Steuerung der Abschaltzeit des FET eliminiert werden.

Der lichtbogenlose Stromschalter 38 gemäß Fig. 4 ist ähn­ lich demjenigen gemäß Fig. 3, wobei ein Metalloxid- oder Siliziumcarbid-Varistor 24 den Kondensator C für den glei­ chen Zweck ersetzt. In einigen Anwendungsfällen ist der Varistor nicht erforderlich. Die Steuerschaltung 11 ist mit dem Gate des FET über die Leitung 25 und mit der Impe­ danzschaltung 12 über den Leiter 26 verbunden. Der Strom geht sofort auf den Stromschalter 13 über, wenn der FET- Widerstand vor dem Öffnen des Schalters 14 ansteigt. Der Stromschalter 13 kann den Strom durch Selektion eines span­ nungsabhängigen Elementes unterbrechen, das eine höhe Klemmspannung als die Systemspannung aufweist, woran sich eine Betätigung eines Hilfsschalters anschließen kann, wenn dies gewünscht ist.

Eine kleinere Impedanz kann erreicht werden durch Verwen­ dung der Impedanzschaltung 12, die in dem lichtbogenlosen Schalter 42 gemäß Fig. 5 verwendet ist. Die Steuerschal­ tung 11 dieses Ausführungsbeispiels besteht im wesentlichen aus einer Transistorbasis-Steuerschaltung, die mit der Basis eines ersten Transistors Q ₁ über den Leiter 25 und mit dem Emitter eines zweiten Transistors Q ₂ über den Lei­ ter 26 verbunden ist. Die Transistoren Q₁, Q₂ sind als ein Darlington-Leistungstransistor geschaltet. Die Steuer­ schaltung sorgt für eine Basisansteuerung des Transistors Q₁, dessen Kollektor mit dem Kollektor des Transistors Q ₂ und dessen Emitter mit der Basis des Transistors Q ₂ ver­ bunden ist. Wenn beide Transistoren Q ₁ und Q ₂ durchge­ schaltet sind, liegt der Spannungsabfall über den Leitern 26, 27 in der Größenordnung von wenigen Volt. Ein span­ nungsgesteuertes Element, wie beispielsweise der Metalloxid- Varistor 24 ist über die Leiter und über die Sekundärwick­ lung 30 eines Transformators 28 durch einen Brückengleich­ richter geschaltet, der aus Dioden D ₁-D ₄ besteht. Der Transformator weist einen Kern 29 und eine eine einzige Windung aufweisende Primärwicklung 34 auf, die mit dem Lei­ stungsbus 35 in Reihe geschaltet ist. Der Schalter 14 weist einen Brückenkontakt 17 auf, der zwei feststehende Kontaktstücke 15, 16 miteinander verbindet, um den Strom I ₁ zu leiten, der durch den Leistungsbus fließt. Wenn die Transistoren Q₁, Q₂ durchgeschaltet sind, ist die Ausgangs­ spannung über der Sekundärwicklung 30 und dem Metalloxid- Varister 24 auf einem kleinen Wert. Wenn die Basisansteue­ rung zum Transistor Q ₁ abgeschaltet wird, fällt der Basis­ strom I _B auf Null ab, und beide Transistoren Q ₁ und Q ₂ sperren, wodurch die Ausgangsspannung der Sekundärwicklung 30 auf die Klemmspannung des Metalloxid-Varistors 24 an­ steigen kann. Für die Zwecke dieses Ausführungsbeispiels ist der Transformator 28 mit einem Windungsverhältnis von 100 zu 1 versehen, und der Metalloxid-Varistor 24 hat eine Kleimmspannung von 500 Volt. Der Strom durch die Primär­ wicklung des Transformators ist mit I ₂ bezeichnet, wogegen der Kreisstrom durch den Leistungsbus 35 mit I ₁ bezeichnet ist. Der Kreisstrom, der durch den Stromschalter 13 fließt, der dem Schalter 14 durch die Leiter 32, 33 parallel ge­ schaltet ist, ist mit I ₃ bezeichnet. Um eine lichtbogenlose Stromunterbrechung über den Kontaktstücken 15, 16 auszubil­ den, wenn diese getrennt sind, wird der Strom I ₁ durch den Stromschalter 13 abgeleitet, bevor die Kontakttrennung eingeleitet wird. Dies hat zur Folge, daß nur ein kleiner Magnetisierungsstrom in den Kontaktstücken verbleibt, der nicht ausreicht, um einen wesentlichen Lichtbogen zwischen den Kontaktstücken zu erzeugen. So lange die Transistoren Q₁, Q ₂ durchgeschaltet sind, ist die Spannung über dem Metalloxid-Varistor 24 wesentlich kleiner als die Klemm­ spannung und es fließt kein Strom durch den Metalloxid- Varistor. Wenn die Steuerschaltung 11 den Basisstrom zum Transistor Q ₁ abschaltet, fällt der Basisstrom I _B schnell auf Null ab. Die Spannung V ₂ über dem Ausgang der Sekun­ därwicklung 30 und des Metalloxid-Varistors 24 wächst schnell auf die Klemmspannung des Metalloxid-Varistors an, der seinerseits eine Spannung V ₁ über der Primärwicklung 34 entwickelt. Die Spannung über der Primärwicklung leitet den Kreisstrom von den Kontaktstücken 15, 16 weg zum Leiter 32 und dem Stromunterbrecher 13.

Die Transistorbais-Steuerfunktion 20 der Steuerschaltung 11 kann auf einfache Weise auf ein Element zum Abtasten des Ausgangsstromes I ₄ des Transformators 28 ansprechen, oder der Transformator kann in einer Auslöseeinheit ent­ halten sein, wie es in der US-PS 42 66 259 beschrieben ist. Weiterhin kann ein digitales Äquivalent für die vorgenann­ te, bekannte Auslöseeinheit oder es kann ein Mikroprozessor verwendet werden zum Betätigen des Schalters 14, des Strom­ schalters 13 und auch der Impedanzschaltung 12, wenn dies gewünscht ist. Die Steuerschaltung 11 ist zwar in diesem Ausführungsbeispiel für die lichtbogenlose Unterbrechung eines Fehlerstromes in einer geschützten Schaltungsanord­ nung beschrieben, aber die Steuerschaltung kann auch in allen anderen Anwendungsfällen verwendet werden, wo eine lichtbotenlose Unterbrechung gewünscht sein kann, wie bei­ spielsweise in explosiven Umgebungen, wo die Kontaktstücke aus anderen als Überlastschutzzwecken geöffnet werden müssen.

Die Beziehung zwischen den Strömen, die in der Schaltungs­ anordnung gemäß Fig. 5 auftreten, ist graphisch in Fig. 6 dargestellt als eine Funktion der Zeit, ausgedrückt in Mikrosekunden, für nominelle Werte von Spannung und Strom. Für den Transformator 28 mit einem Windungsverhältnis von 1 zu 100 hat, wenn der Basisstrom I _B zu einer Zeit t ₁ ab­ geschaltet wird, der Kreisstrom I ₁ einen Wert von 5000 A, so daß ein Sekundärstrom I ₄ von 50 A in der Impedanzschal­ tung erzeugt wird. Die Spannung V ₂ über der Sekundärwick­ lung 30 steigt von 3 V auf die Klemmspannung von 500 V des Metalloxid-Varistors 24 an, was einen Anstieg von 30 Millivolt auf 5 Volt über der eine einzige Windung aufwei­ senden Primärwicklung bei V ₁ bedeutet. Diese Spannung von 5 V reicht aus, um den Kreisstrom I ₁ auf den Halbleiter­ schalter 13 zu übertragen, was bei I ₃ angegeben ist, und zu bewirken, daß der Kreisstrom I ₂ durch die Kontaktstücke zur Zeit t ₂ auf einen kleinen Wert abfällt. Zur Zeit t ₃ werden die Kontaktstücke 15, 16 geöffnet, wie es in der vorgenannten US-PS 42 66 259 beschrieben ist, um den rest­ lichen Magnetisierungsstrom I ₂ durch die Kontaktstücke zu unterbrechen, wodurch die Ausgangsspannung V ₂ über der Sekundärwicklung und die Spannung V ₁ über der Primärwick­ lung schnell auf Null abfällt, und zu dieser Zeit wird der Strom I ₃ gleich dem Strom I₁. Der Kreisstrom I ₁ ist in gestrichelten Linien dargestellt für einen Vergleich mit dem Strom I₃, der nun durch den Festkörper- bzw. Halbleiter­ schalter fließt. Zu einer gewissen späteren Zeit als t ₃, wenn die Kontaktstrecken des Schalters 14 die erforderliche Spannung führen können, wird der Festkörper- bzw. Halblei­ terschalter 13 wirksam, der Strom I ₃ fließt durch das span­ nungsgesteuerte Element innerhalb des Festkörper- bzw. Halbleiterschalters und die hohe Spannung treibt den Strom rasch auf Null, da die Systemspannung kleiner als die Klemm­ spannung des spannungsgesteuerten Elementes ist.

Somit wird deutlich, daß durch Ableiten des Stromes von zwei trennbaren Kontaktstücken bevor der Strom durch die Kontaktstücke unterbrochen wird, und durch Lei­ ten des Stromes durch einen richtig ausgelegten Strom­ schalter die Kontaktstücke getrennt werden können ohne Auftreten irgendeines signifikanten Lichtbogens.

Claims (23)

1. Stromschalter mit zwei trennbaren Kontaktstücken, die mit einer elektrischen Schaltungsanordnung in Reihe geschaltet sind, gekennzeichnet durch
eine erste Schaltungsanordnung (13), die den Kon­ taktstücken (15, 16) parallel geschaltet ist, zum Leiten des Kreisstromes von den Kontaktstücken weg für eine vorbestimmte Zeitperiode und zum Unterbrechen des Kreisstromes,
eine zweite Schaltungsanordnung (12), die mit den Kontaktstücken (15, 16) in Reihe geschaltet ist, zum Übertragen des Kreisstromes auf die erste Schaltungsanordnung (13), bevor die Kontaktstücke getrennt werden, und
eine Betätigungs- bzw. Stelleinrichtung (11) zum Trennen der Kontaktstücke, während die erste Schaltungsanordnung (13) den Kreisstrom leitet.

2. Stromschalter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltungsanordnung (13) Transistor­ mittel aufweist zum Leiten und Unterbrechen des Kreisstromes.

3. Stromschalter nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß ein spannungsabhängiges Element mit einer vorbestimmten Klemmspannung zum Schützen des Transistors vorgesehen ist.

4. Stromschalter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltungsanordnung (13) einen Widerstand mit einem positiven Temperatorkoeffi­ zienten aufweist zum Leiten und Unterbrechen des Kreisstromes.

5. Stromschalter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltungsanordnung (12) ein variables Impedanzelement aufweist zum Ausbilden einer ersten Reihen-Impedanz, damit der Kreis­ strom durch die trennbaren Kontaktstücke (15, 16) fließt, und zum Ausbilden einer zweiten Reihen- Impedanz, die größer als die erste Reihen-Impedanz ist, damit der Kreisstrom auf die erste Schal­ tungsanordnung (13) übergeht.

6. Stromschalter nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltungsanordnung (12) einen bipolaren Transistor (21) aufweist, der durchge­ schaltet wird zum Ausbilden der ersten Reihen- Impedanz, und der gesperrt wird zum Ausbilden der zweiten Reihen-Impedanz.

7. Stromschalter nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltungsanordnung (12) einen Feldeffekt-Transistor (23) aufweist, der durchge­ schaltet wird, um die erste Reihen-Impedanz aus­ zubilden, und der gesperrt wird, um die zweite Reihen-Impedanz auszubilden.

8. Stromschalter nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltungsanordnung (12) einen Thyristor aufweist, der durchgeschaltet wird, um die erste Reihen-Impedanz auszubilden, und der gesperrt wird, um die zweite Reihen-Impedanz aus­ zubilden.

9. Stromschalter nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß das spannungsabhängige Element einen Metall­ oxid- oder Siliziumcarbid-Varistor (24) aufweist.

10. Stromschalter nach einem der Ansprüche 6 bis 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltungsanordnung (12) mit dem elektrischen Stromkreis durch einen Transformator (28) verbunden ist.

11. Stromschalter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (11) zum Betätigen der ersten Schaltungsanordnung (13), der zweiten Schaltungsanordnung (12) und der Stelleinrichtung vorgesehen ist.

12. Stromschalter nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator-Ausgangswicklung ein span­ nungsabhängiges Element parallel geschaltet ist.

13. Stromschalter nach Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet, daß das spannungsabhängige Element über einen Gleichrichter der Transformator-Ausgangswicklung parallel geschaltet ist.

14. Stromschalter nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (28) eine Primärwicklung (34) mit einer einzigen Windung aufweist.

15. Stromschalter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind zum Einleiten des Stromübergangs beim Auftreten eines vorbestimm­ ten Stromes durch die Schaltungsanordnung.

16. Stromschalter nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 15 , dadurch gekennzeichnet, daß
die zwei trennbaren Kontaktstücke in einer ge­ schützten Schaltung angeordnet sind unter der Steuerung eines Stellmechanismus zum Unterbre­ chen eines vorbestimmten Stromes durch die Schal­ tungsanordnung,
ein Festkörper- bzw. Halbleiterschalter den Kon­ taktstücken parallel geschaltet ist zum Ableiten des Stromes von den Kontaktstücken weg und zum Übertragen des Stromes auf ein spannungsabhängiges Element, damit der Strom auf einen vorbestimmten kleinen Wert abfällt,
mit den Kontaktstücken ein Transformator in Reihe geschaltet ist, der eine Ausgangs- bzw. Sekundär­ wicklung parallel zu einem Leistungstransistor aufweist, und
Mittel vorgesehen sind zum Anlegen eines Steuer­ signals an den Leistungstransistor, um die Se­ kundärwicklung des Transformators auf einer ersten Spannung zu halten, während die Kontaktstücke geschlossen sind, und zum Beseitigen des Steuer­ signales zum Leistungstransistor unmittelbar vor einem Trennen der Kontaktstücke, um die Spannung der Sekundärwicklung des Transformators auf eine zweite Spannung anzuheben, die größer als die erste Spannung ist.

17. Verfahren zum Unterbrechen eines Stromes in einer Schaltungsanordnung , dadurch gekennzeichnet, daß
zwei trennbare Kontaktstücke mit einer ersten Schaltungsanordnung in einem Stromkreis in Reihe geschaltet werden,
eine zweite Schaltungsanordnung den Kontaktstücken und der ersten Schaltungsanordnung parallel ge­ schaltet wird,
die erste Schaltungsanordnung betätigt wird, damit ein Teil des Kreisstromes auf die zweite Schal­ tungsanordnung übertragen wird, bevor die Kontakt­ stücke geöffnet werden,
die Kontaktstücke geöffnet werden, um den verblei­ benden Stromfluß durch die Kontaktstücke zu unter­ brechen, und
die zweite Schaltungsanordnung betätigt wird zum Verkleinern des übertragenen Kreisstromes auf einen vorbestimmten kleinen Wert.

18. Verfahren nach Anspruch 17 , dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes spannungsabhängiges Element in der zweiten Schaltungsanordnung angeordnet und der Kreisstrom durch das erste spannungsabhängige Element geleitet wird, damit der übertragene Kreisstrom auf den vorbestimmten kleinen Wert sinkt.

19. Verfahren nach Anspruch 18 , dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltungsanordnung über einen Transformator mit dem elektrischen Stromkreis verbunden wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Leistungstransistor der Sekundärwicklung des Transformators parallel geschaltet wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis des Leistungstransistors ein Basis­ steuerstrom zugeführt wird, um den Leistungs­ transistor durchzuschalten und die Sekundär- bzw. Ausgangswicklung des Transformators auf einer ersten vorbestimmten Spannung zu halten.

22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor eines zweiten Leistungstransis­ tors mit dem Kollektor des Leistungstransistors verbunden wird, der Emitter des zweiten Leistungs­ transistors mit der Basis des Leistungstransistors verbunden wird und die Basis des zweiten Leistungs­ transistors schaltbar mit einer Basisstromquelle verbunden wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichrichter zwischen die Sekundärwicklung des Stromtransformators und den Leistungstransistor geschaltet wird.