DE375318C

DE375318C - Fast acting overcurrent switch

Info

Publication number: DE375318C
Application number: DEI20565D
Authority: DE
Original assignee: INT GENERAL ELECTRIC CO Inc
Current assignee: INT GENERAL ELECTRIC CO Inc
Priority date: 1918-02-01
Filing date: 1920-07-11
Publication date: 1923-05-12
Also published as: FR535470A; BE334350A; FR30754E; FR30400E; FR31376E; US1323798A; NL9104C; FR32877E; USRE15441E

Description

AUSGEGEBEN
AM 12. MAI 1923ISSUED
ON MAY 12, 1923

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Die Erfindung bezieht sich auf rasch öffnende Uberstromschalter und ist überall anwendbar, wo ein elektrischer Strom rasch unterbrochen werden muß, erweist sich aber als besonders nützlich beim Schütze dynamoelektrischer Maschinen vor übermäßigen Stromstößen. Bei Gleichstrommaschinen verursachen solche übermäßigen Stromstöße sowohl Rundfeuer an .den Kollektoren als auch Beschädigung der Isolierung der Maschinen. Übermäßige I Stromstöße als Folge von Kurzschlüssen sind besonders schädlich, und da in sehr kurzer Zeit nach dem Eintreten des Kurzschlusses eine überaus hohe Stromstärke erreicht wird, so muß der Stromunterbrecher äußerst rasch arbeiten, weil sonst die Maschine beschädigt wird, bevor der Unterbrecher in Tätigkeit tritt. Solche außerordentlichen Bedingungen schließen die Anwendung der gebräuchlichen Stromunterbrecher aus, bei denen das bewegliche Schaltkontaktglied in der SchlußstellungThe invention relates to quick opening circuit breakers and is ubiquitous applicable where an electrical current must be interrupted quickly, but proves to be particularly useful in Protect dynamo-electric machines from excessive electrical surges. With DC machines cause such excessive power surges both round fires on .den collectors and damage the insulation of the machines. Excessive I current surges as a result of short circuits particularly harmful, and there in a very short time after the occurrence of the short circuit an extremely high amperage is achieved, the circuit breaker must be extremely rapid work, otherwise the machine will be damaged before the interrupter starts to work occurs. Such extraordinary conditions exclude the application of the customary ones Circuit breaker, in which the movable switching contact member in the final position

durch Klinken u. dgl. entgegen der AYirkung einer Kraft gehalten wird, weil derartige Vorrichtungen unzulässige Verzögerungen in der Wirkung des Unterbrechers herbeiführen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, Unterbrecher ohne Gesperre, wie Klinken u. dgl., zu bauen und das bewegliche Schaltglied mittels eines Elektromagneten geschlossen zu halten, der auf Differenz geschaltete Xebenschluß- und Reihenwicklungen enthält, wobei die Nebenschlußwicklung das Schaltglied in seiner Schließstellung erhält und die Reihenwicklung entgegenwirkt, so daß der Stromkreis bei Überlastung geöffnet wird. Bei der gewöhnlichen Ausführung haben solche Unterbrecher den großen Fehler, daß, wenn ein plötzlicher starker Stromstoß, z. B. ein Kurzschluß, eintritt, eine Induktionswirkung zwischen der Nebenschluß- und der Reihenwicklung zustande kommt, so daß tatsächlich der Unterbrecher für eine erhebliche und gefährliche Zeitdauer geschlossen erhalten wird. Ein Ziel der Erfindung ist die Beseitigung dieses Übelstandes.by pawls and the like against the action a force is held because such devices undue delays in the Bring effect of the interrupter. It has already been suggested that breakers Without locking, such as pawls and the like. To build and the movable switching element to keep closed by means of an electromagnet, the Xebenschluß- and series windings, the shunt winding maintaining the switching element in its closed position and the series winding counteracts, so that the circuit is opened in case of overload. In the usual design, such breakers have the big mistake that when a sudden high surge of current, e.g. B. a short circuit, occurs, an induction effect between the shunt and series winding comes about so that actually the breaker for a considerable and dangerous Period of time is kept closed. One aim of the invention is to eliminate this drawback.

Zu diesem Zweck wird ein Haltemagnet mit einer Xebenschlußwicklung vorgesehen, und der die Abschaltung bewirkende Leiter wird in solcher Weise angeordnet, daß zwischen ihm und der Xebenschlußwicklung keine wesentliche Induktionswirkung bei einer plötzlichen Änderung der Stromstärke, z. B. infolge Kurzschlusses, sich ergibt. Obgleich der wirksame Leiter eine Wicklung o. dgl. darstellen kann, wird in der von der Erfindung bevorzugten Form ein gerader Leiter angewandt. Dieser ist so angeordnet, daß der Anker des Elektromagneten, der das Schaltglied in seiner Schließstellung erhält, ohne erhebliche Heruntersetzung oder sonstige Beeinträchtigung der Kraftlinienzahl im Kern des Elektromagneten entmagnetisiert wird, indem die Wirkung des Leiters sich darauf beschränkt, den Kraftlinienfluß auf einen Nebenweg um den Anker herum entsprechend einer im voraus bestimmten Stromstärke abzulenken. Der Anker wird auf diese Weise . entmagnetisiert, ohne daß sich eine wesentliche Änderung im gesamten Kraftlinienfluß ergibt, der durch die Nebenschlußwicklung erzeugt ist. Um den L^nterbecher besonders rasch auf eine plötzliche Änderung der Stromstärke ansprechen zu lassen, wird bei einer Ausführungsform der Erfindung eine einstellbare Induktionsnebenwicklung parallel an dem iyjrksamen Leiter vorgesehen, so daß bei scmieUen Stromänderungen die Stromstärke in diesen-^^ascher anwächst als in dem vom UnterbrecherMiberwachten Stromkreise.For this purpose, a holding magnet with a shunt winding is provided, and the conductor causing the disconnection is arranged in such a way that between it and the shunt winding no significant induction effect in the event of a sudden change in the current strength, z. B. as a result of a short circuit. Although the effective conductor is a winding o. The like. In the form preferred by the invention, a straight one Ladder applied. This is arranged in such a way that the armature of the electromagnet that controls the Switching element receives in its closed position without significant reduction or other Impairment of the number of lines of force in the core of the electromagnet is demagnetized, in that the action of the conductor is limited to the flux of the lines of force on one Aside to divert around the armature according to a predetermined current strength. The anchor will be this way. demagnetized without showing any substantial Changes in the total flux of force lines produced by the shunt winding is. Around the lter cup particularly quickly to a sudden change in the strength of the current to respond, in one embodiment of the invention, an adjustable one Induction secondary winding provided in parallel on the iyjrksamen conductor, so that at Current changes affect the strength of the current in this - ^^ grows more rapidly than in the circuits monitored by the interrupter.

Um einen gufen^Kontakt zwischen den Schaltkontaktflächen ztt - erhalten, ist es wünschenswert, Wischkontaiste vorzusehen; aber die gewöhnliche Form derartiger Wischkontakte würde den Zweck dieser Erfindung nicht in allen Fällen erreichen, weil der bewegliche Kontakt den ortsfesten erst eine erheblicbe Zeit nach Bewegungsbeginn verläßt. Ein Ziel der Erfindung besteht daher darin, an Wischkontakten die Unterbrechung des Stromes sogleich beim Beginn der Bewegung des Schaltgliedes herbeizuführen. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß der den Erfindungsgegenstand bildende Unterbrecher mit zwei beweglichen Kontaktgliedern ausgerüstet ist, die verschieden große Schaltgeschwindigkeiten haben, wobei das Schaltglied, welches für gewöhnlich in die Offenstellung strebt, sehr leicht ist und das andere Schaltglied, das verhältnismäßig schwer ist, nachgiebig angeordnet und in solcher Richtung nach dem leichten Kontakt hin gedrückt wird, daß beide Kontakte beim Schließen eine Wischwirkunü," liefern. Wenn der Unterbrecher sich öffnet, so löst das leichte Schaltglied unverzüglich seinen Eingriff mit dem schwereren Kontakt und wird dann rasch beschleunigt; hingegen folgt der schwerere Kontakt nicht unverzüglich dem leichteren Kontakte. Auf diese Weise ist sowohl die Geschwindigkeit der Stromunterbrechung als auch zugleich die Wischwirkung beim Schließen gesichert. Die Zeichnung zeigt in
Abb. ι eine Ausführungsform der Erfindung im Aufriß nebst Schaltschema für den Fall, daß der Unterbrecher eine dynamoelektrische Maschine vor Rundfeuer beim Kollektor schützt.In order to obtain good contact between the switch contact surfaces, it is desirable to provide wiping contacts; but the usual form of such wiping contacts would not achieve the purpose of this invention in all cases because the movable contact leaves the stationary contact only a considerable time after the start of movement. One aim of the invention is therefore to bring about the interruption of the current at wiping contacts immediately at the start of the movement of the switching element. This aim is achieved in that the interrupter forming the subject of the invention is equipped with two movable contact members which have different switching speeds, the switching member, which usually strives in the open position, is very light and the other switching member, which is relatively heavy, resiliently arranged and pushed in such a direction after the light contact that both contacts provide a wiping effect when closing. When the breaker opens, the light switching element immediately releases its engagement with the heavier contact and is then accelerated rapidly; the heavier contact does not immediately follow the lighter contact
Fig. Ι an embodiment of the invention in elevation together with a circuit diagram for the case that the interrupter protects a dynamo-electric machine from round fire at the collector.

Abb. 2 ist ein vereinfachtes dem der Abb.. 1 einigermaßen ähnliches Schema, welches einen Induktionsnebenschluß zu dem wirksamen Leiter zeigt, undFig. 2 is a simplified version of that of Fig. 1 somewhat similar scheme showing an induction shunt to the effective Head shows and

Abb. 3 eine Einzeldarstellung eines Teiles des Unterbrechers, die zeigt, in welcher Weise der die Entmagnetisierung des Ankers des Elektromagneten herbeiführende Leiter im Magnetkreise des Elektromagneten angeordnet ist.Fig. 3 is a detailed representation of part of the breaker, showing in what way the conductor in the Magnetic circuits of the electromagnet is arranged.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist die folgende: Das Schaltglied 3 (Abb. 1 und 2) wird von Hand oder durch einen Zug des Magneten 16' in seine Schließstellung be- no wegt. Beim Schließen kommt der Kontakt 11 mit dem schweren Kontakt 12 in Berührung und veranlaßt ihn, sich um seinen Gelenkzapfen 17 entgegen der Kraft der Feder 15 zu bewegen, wodurch eine AVisch wirkung an den Kontakten zustande kommt. Wenn die Kontakte geschlossen sind, ist der Widerstand r kurzgeschlossen durch den Leiter 10, den biegsamen Leiter 18, die Kontakte 11 und 12, die biegsame Leitung 19 und die magnetische Blaswicklung 20. Der am Schaltglied 3 befestigte Anker 5 überbrückt denThe mode of operation of the arrangement is as follows: The switching element 3 (FIGS. 1 and 2) is moved into its closed position by hand or by pulling the magnet 16 '. When closing, the contact 11 comes into contact with the heavy contact 12 and causes it to move about its pivot pin 17 against the force of the spring 15, whereby an AVisch effect on the contacts comes about. When the contacts are closed, the resistor r is short-circuited by the conductor 10, the flexible conductor 18, the contacts 11 and 12, the flexible line 19 and the magnetic blown winding 20. The armature 5 attached to the switching element 3 bridges the

Luftspalt 13 zwischen den Polen 8 und 9 des Elektromagneten 4, und das Schaltglied wird in dieser Schlußstellung entgegen der Kraft der Feder 6 vermöge der magnetischen Anziehung gehalten, welche von dem durch die vom Generator her oder durch eine besondere Stromquelle erregte Nebenschlußwicklung 7 des Elektromagneten hervorgebrachten Kraftiinienfluß herbeigeführt wird. Die Wicklung 7 kann durch den Widerstand r' geregelt werden. Obgleich im wesentlichen der volle Generatorstrom durch den Leiter 10 fließt, wird doch, sofern er nicht die vorgeschriebenen Grenzen überschreitet, der von der Wicklung 7 hervorgebrachte Kraftlinienfluß nur unwesentlich beeinträchtigt. Der : magnetische, vom Leiter 10 hervorgebrachte Kraftlinienfluß verursacht eine Abdrängung der Kraftlinien vom Anker 5 weg.Air gap 13 between the poles 8 and 9 of the electromagnet 4, and the switching element is held in this final position against the force of the spring 6 by virtue of the magnetic attraction produced by the shunt winding 7 of the electromagnet excited by the generator or by a special power source Force line flow is brought about. The winding 7 can be regulated by the resistance r ' . Although essentially the full generator current flows through the conductor 10, if it does not exceed the prescribed limits, the flux of force lines produced by the winding 7 is only insignificantly impaired. The magnetic flux of lines of force produced by the conductor 10 causes the lines of force to be displaced away from the armature 5.

Wenn ein Kurzschluß oder eine Überlastung vorkommt, wird die Abdrängwirkung so groß, daß der Weg nahezu des gesamten von der Wicklung 7 hervorgebrachten Kraftlinienflusses verändert und der Kraftlinien- [ fluß vom Anker 5 nach einem Nebenweg ab- j gedrängt wird, wobei der vollständige Kraft- j fluß des Elektromagneten nichtsdestoweniger \ im wesentlichen in seinem Betrage unver- I ändert bleibt. Wenn der Anker auf diese Weise für einen Augenblick nahezu 'entmagnetisiert ist, veranlaßt die Feder 6 das Schaltglied 3, sofort die Berührung der Kontakte 11 und 12 zu lösen und somit den Strom rasch zu unterbrechen. Dadurch wird der ' Widerstand r in den Generator Stromkreis eingeschaltet, bevor ein Rundfeuer am Kollektor entstehen kann. Die Lage des Leiters 10 und I der Wicklung 7 ist so gewählt, daß eine merk-' liehe gegenseitige Induktion nicht stattfinden kann.If a short circuit or an overload occurs, the displacement effect becomes so great that the path of almost the entire force line flow produced by the winding 7 changes and the force line flow is pushed away from the armature 5 to a secondary path, with the complete force line flow. j flux of the electromagnet nonetheless \ substantially in its absolute value remains unver- I changes. If the armature is almost 'demagnetized in this way for a moment, the spring 6 causes the switching element 3 to immediately release the contact of the contacts 11 and 12 and thus to interrupt the current quickly. As a result, the 'resistor r is switched on in the generator circuit before a round fire can arise on the collector. The position of the conductors 10 and I of the winding 7 is chosen so that a noticeable mutual induction cannot take place.

Die Wirkungsweise der im vereinfachten ' Schema nach Abb. 2 dargestellten Anordnung ist nahezu die gleiche wie bei der Anordnung nach Abb. 1, abgesehen davon, daß in Abb. 2 die obenerwähnte einstellbare Induktionswicklung 16 im Nebenschluß zum Leiter 10 vorgesehen ist. Die Blaswickltmg 20 ist in j dieser Abbildung im Hauptkreise des Generators angeordnet und nicht im Nebenschlußkreise zum Widerstandr. Die Wirksamkeit der Blaswicklung wird durch diese Anordnung vergrößert, weil der Ausblaskraftfluß wegen des durch den Widerstand r gehenden Nebenschlußstromes nicht so rasch heruntergeht wie der Strom durch die Kontakte, und weil ein wesentlicher Betrag der Induktion von dem den Leiter 10 einschließenden Stromkreise weggenommen wird. Die Wirkungsweise der Einrichtung ist im wesentlichen die gleiche wie die schon beschriebene. Der Unterbrecher spricht nur wegen des Induktionsnebenschlusses 16 noch rascher auf plötzliche Änderungen in der Stromstärke an wie bei der Anordnung nach Abb. 1.The mode of operation of the arrangement shown in the simplified diagram of Fig. 2 is almost the same as in the arrangement of Fig. 1, except that in Fig. In this figure, the blower winding 20 is arranged in the main circuit of the generator and not in the shunt circuit to the resistor. The effectiveness of the blow winding is increased by this arrangement because the blowout force flow does not decrease as rapidly as the current through the contacts because of the shunt current passing through resistor r, and because a substantial amount of induction is removed from the circuitry including conductor 10. The operation of the device is essentially the same as that already described. Only because of the induction shunt 16 does the breaker respond even more quickly to sudden changes in the current strength than in the arrangement according to FIG. 1.

Ist der Schalter offen, so sind die Kontakte 23 durch das Schaltglied 24 überbrückt, das durch das S.chaltglied 3 betätigt worden ist. Durch Druck auf den Knopf 22 kann jetzt die Wicklung 21 und durch deren Wirkung die Wicklung 16' erregt werden, so daß diese den Schalter wieder schließt.If the switch is open, the contacts 23 are bridged by the switching element 24, which has been actuated by the switching element 3. By pressing button 22 you can now the winding 21 and the effect of which the winding 16 'are excited so that this closes the switch again.

Claims

Patent Claims:

1. Fast-acting overcurrent switch, the switching element of which comes from the armature of a magnet is held in the closed position against the action of a spring, characterized by means of a device for deflecting the magnetic flux which responds to overcurrent in the circuit of the holding magnet from the armature, so that the holding effect of the magnet is weakened and the switching element is interrupted of the electrical circuit is made possible.

2. Switch according to claim 1, characterized in that in the vicinity of the an air gap of the holding magnet bridging armature a stationary conductor go is arranged in such a way that the flow of force lines in the armature is weakened in the event of an overcurrent and the armature is thereby released for contact opening.

3. Switch according to claim 1 or 2, characterized in that the flow of force of the armature changing conductors are arranged within the air gap.

4. Switch according to claim 1, 2 or, 3, characterized in that the conductor changing the force flow of the armature is designed as a straight conductor.

5. Switch according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that of the two interacting contact members of the switch that is connected to the armature with a large Sclialtweg covers high speed, while the other contact member, the resilient is pressed against the former contact member, a relatively small displacement experiences at low speed.

For this purpose ι sheet of drawings.