DE3910010C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vakuum-Trennschal­ ter mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein solcher Schalter ist aus JP-U-50-34 064 bekannt.

Gewöhnlich umfaßt ein Gleichstrom-Trennschalter einen Kon­ densator und eine Spule, d.h. einen zu einem Trennschalter, etwa einem Vakuum-Trennschalter, parallelgeschalteten LC- Schwingkreis. Beim Öffnen des Vakuum-Trennschalters wird gleichzeitig ein Gleichstrom durch den LC-Schwingkreis ge­ schickt, so daß er in einen oszillierenden Strom umgewandelt wird, der durch den Trennschalter fließt. Der oszillierende Strom wird beim Nulldurchgang durch eine Elektrode des Trenn­ schalters unterbrochen. Sofern nicht bei hohem Gleichstrom durch den LC-Schwingkreis die Trennzeit des Vakuum-Trennschal­ ters kurz ist, steigt der hohe Gleichstrom zeitlich an, was zu dem Nachteil führt, daß eine Stromunterbrechung verhindert wird.

Herkömmliche mechanische Mechanismen, etwa Hebelverbin­ dungen, sind bezüglich einer Verkürzung der Kontakt-Trennzeit von Vakuum-Trennschaltern begrenzt. Um in dieser Hinsicht Ver­ besserungen zu erreichen, sind in JP-U-50-34 064 und JP-A-59­ 2 24 022 ein Vakuum-Trennschalter bzw. ein Trennschalter vorge­ schlagen worden, bei denen ein Strom durch eine elektromagne­ tische Repulsionswicklung fließt und die Unterbrechung durch elektromagnetische Kräfte erfolgt, die durch einen in einer Kurzschlußplatte induzierten Strom in einander abstoßenden Richtungen erzeugt werden.

Bei diesen Trennschaltern wird jedoch die Kontakt-Trenn­ geschwindigkeit zu hoch. Beim Unterbrechen eines hohen Stroms wandert daher ein an einer bewegbaren Elektrode gezündeter Lichtbogen zu einem Balg, bevor er sich zwischen der bewegba­ ren und einer festen Elektrode ausreichend verlängert hat. Da­ her schmilzt der Balg, und der Unterbrechungsvorgang läßt sich infolgedessen nicht verbessern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vakuum- Trennschalter anzugeben, bei dem die Zündung eines Lichtbogens an einer anderen Stelle als der Elektrode verhindert wird, um den Unterbrechungsvorgang zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Fließt durch die Repulsionswicklung ein Gleichstrom, so wird ein Magnetfluß erzeugt, der bei Durchsetzen der Kurz­ schlußplatte in dieser einen Wirbelstrom erzeugt. Der von dem Wirbelstrom erzeugte Magnetfluß und der Magnetfluß der Repul­ sionswicklung sind einander entgegengerichtet. Die dadurch hervorgerufene elektromagnetische Abstoßungskraft bewirkt, daß sich der Kurzschlußring und der bewegbare Stab mit hoher Ge­ schwindigkeit in derartiger Richtung bewegen, daß sie sich von der festen Elektrode entfernen. Während dieser Zeit bleibt der Lichtbogen zwischen der festen und der bewegbaren Elektrode gezündet, und der Magnetfluß aus der Repulsionswicklung hält weiterhin ein zu dem Lichtbogen paralleles Magnetfeld auf­ recht. Dadurch wird der Lichtbogen davon abgehalten, sich von den Elektroden zu entfernen, was zu einer Verbesserung des Unterbrechungsvorgangs führt.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Vakuum-Trenn­ schalter,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer elektro­ magnetischen Repulsionswicklung und eines Kurz­ schlußrings, wie sie in dem Trennschalter nach Fig. 1 verwendet werden, und

Fig. 3 ein Kennliniendiagramm der verschiedenen, in dem Trennschalter nach Fig. 1 auftretenden Magnet­ flüsse als Funktion der Elektrodentrennzeit.

Der in Fig. 1 dargestellte Vakuum-Trennschalter weist einen auf einem Wagen 1 angeordneten Rahmen 2 mit einem Vaku­ umgefäß 3 auf, das durch hermetischen Verschluß der beiden En­ den eines isolierenden Zylinders 4 mit Stirnplatten 5 herge­ stellt ist. In dem Vakuumgefäß 3 stehen eine feste Elektrode 6 und eine bewegbare Elektrode 7 einander gegenüber. An der Rückseite der festen Elektrode ist ein fester Stab 8, an der bewegbaren Elektrode 7 ein bewegbarer Stab 9 angebracht, wobei die beiden Stäbe 8 und 9 aus dem Vakuumgefäß herausra­ gen. Der feste Stab 8 ist an seinem äußeren Ende mit einem Hauptstromkreisleiter 10, der bewegbare Stab 9 an einer Zwi­ schenstelle mit einem Hauptstromkreisleiter 11 elektrisch ge­ koppelt. Die Leiter 10 und 11 werden jeweils am einen Ende mit einem innerhalb einer (nicht gezeigten) verschlossenen Schalt­ tafel angeordneten Unterbrechungsteil elektrisch verbunden bzw. von diesem getrennt. Das andere Ende jedes Hauptstrom­ kreisleiters 10 und 11 ist abgewinkelt. Jeder der beiden abge­ winkelten Teile ist über einen Porzellanisolator 12 am Rahmen 2 abgestützt.

In dem Rahmen 2 ist ein herkömmlicher (nicht gezeigter) Schließmechanismus zum Schließen der bewegbaren Elektrode 7 gegenüber der festen Elektrode 6 angeordnet. Ein Schließhebel dieses Schließmechanismus ist dabei über einen isolierenden Kopplungsabschnitt 13 mit dem bewegbaren Stab 9 gekoppelt. Zwischen dem bewegbaren Stab 9 und der Stirnplatte 5 ist ein Balg 14 angebracht, der eine Bewegung des Stabes 9 in Richtung der Pfeile x1 und x2 gestattet. Die Pfeile x1 und x2 geben die Richtungen an, in denen die Elektroden 6 und 7 miteinander verbunden bzw. voneinander getrennt werden. Außerhalb des Va­ kuumgefäßes 3 sind ferner entsprechend den Elektroden 6 und 7 ein Kurzschlußring 16 und eine elektromagnetische Repulsions­ wicklung 17 angeordnet, die auch in Fig. 2 dargestellt sind.

Der Kurzschlußring 16 wird dadurch hergestellt, daß aus einer Kupferplatte eine Ringform herausgeschnitten wird. An der Rückseite des Kurzschlußrings 16 sind mehrere isolierende Kopplungsglieder 18 befestigt, die jeweils mit einem Ende an dem bewegbaren Stab 9 angebracht sind. Die dem Kurzschlußring 16 entsprechende Repulsionswicklung 17 besteht aus einer ring­ förmigen leitfähigen Wicklung und wird über ein Stützelement 19 von dem Rahmen 2 getragen. Zwischen der Repulsionswicklung 17 und dem Stützelement 19 ist ein Isolierteil 20 angeordnet. Außerdem ist die Repulsionswicklung 17 mit einer Stromversor­ gung 21 verbunden.

In der Stromversorgung 21 ist eine Wechselstromquelle 210 mit der Primärwicklung 220 eines Transformators 22 verbunden, dessen Sekundärwicklung 221 mehrere über einen Umschalter 23 in den Stromkreis einschaltbare Abgriffe 222 aufweist. Zwi­ schen einem Ende der Sekundärwicklung 221 des Transformators 22 und einem Ende der Repulsionswicklung 17 liegen eine Diode 24 und ein Schalter 25. Zwischen dem Verbindungspunkt der Dio­ de 24 mit dem Schalter 25 einerseits und dem Verbindungspunkt des Umschalters 23 mit dem anderen Ende der Repulsionswicklung 17 andererseits liegt ein zu der Repulsionswicklung 17 paral­ lelgeschalteter Kondensator 26. Der Schalter 25 wird von einem in den Hauptstromkreisleiter 10 eingeschalteten Stromtransfor­ mator gesteuert. Bei Auftreten eines Kurzschlußstroms wird der Schalter 25 durch den gemessenen Strom geschlossen. Wird kein Kurzschlußstrom gemessen, so ist der Schalter 25 offen.

Der aus der Wechselstromquelle 210 fließende Wechselstrom wird durch die Diode 24 gleichgerichtet. Mit diesem Gleich­ strom wird der Kondensator 26 geladen. Wird nun ein in dem Hauptstromkreisleiter 10 fließender Kurzschlußstrom durch den oben erwähnten (nicht gezeigten) Stromtransformator erfaßt, so wird der Schalter 25 geschlossen, und der Kondensator 26 ent­ lädt sich über die Repulsionswicklung 17, die einen in Fig. 2 und 3 gezeigten Magnetfluß Φ_C erzeugt. Der Magnetfluß Φ_C durchsetzt den Kurzschlußring 16 und induziert in diesem einen Wirbelstrom I, der seinerseits einen zu dem Magnetfluß Φ_C entgegengerichteten Magnetfluß Φ_S erzeugt. Die Magnetflüsse Φ_C und Φ_S wirken gegeneinander. Durch die auf diese Weise erzeugte elektromagnetische Abstoßungskraft wird der Kurz­ schlußring 16 in Richtung des Pfeils x2 bewegt. Dadurch werden die Elektroden 6 und 7 getrennt und ein Lichtbogen erzeugt. Die Magnetflüsse Φ_C und Φ_S bilden zu dem Lichtbogen paral­ lele Magnetfelder. Da sich der Magnetfluß Φ_S in einer sich von dem Lichtbogen trennenden Richtung bewegt, wirkt haupt­ sächlich der Magnetfluß Φ_C als das zu dem Lichtbogen paral­ lele Magnetfeld. Auf diese Weise bleibt, obwohl sich die be­ wegbare Elektrode 7 durch die Verwendung der elektromagneti­ schen Repulsionswicklung 17 mit hoher Geschwindigkeit von der festen Elektrode 6 entfernt, der Lichtbogen von dem parallelen Magnetfeld umgeben. Daher bewegt er sich nicht von den Elek­ troden weg, so daß der Unterbrechungsvorgang verbessert wird.

Der Unterbrechungsvorgang kann insbesondere durch Anord­ nen des Kurzschlußrings und der elektromagnetischen Repul­ sionswicklung an den Elektroden entsprechenden Stellen außer­ halb des Vakuumgefäßes zur Verstärkung des parallelen Magnet­ feldes verbessert werden. Da das parallele Magnetfeld auf den Lichtbogen einwirkt, läßt sich die Wirkung der Unterbrechung weiter verbessern.

In dem obigen Ausführungsbeispiel ist zur Erzeugung eines zu dem Lichtbogen parallelen Magnetfeldes keine eigene Wick­ lung erforderlich, da dies bereits durch die elektromagne­ tische Repulsionswicklung 17 erzeugt wird. Daraus resultiert ein platzsparender Aufbau.

Durch entsprechende Auswahl eines der Abgriffe 222 mit­ tels des Umschalters 23 läßt sich bei dem obigen Ausführungs­ beispiel der durch die Repulsionswicklung 17 fließende Gleich­ strom und damit der Magnetfluß Φ_S erhöhen oder verringern. Dadurch kann der Magnetfluß entsprechend der erforderlichen Unterbrechungsleistung eingestellt werden. Sind mehrere Vakuum-Trennschalter mit gleichen Leistungen vorhanden, so können die gleichen Abgriffe verwendet werden.

Aufgrund des in dem obigen Ausführungsbeispiel verwende­ ten Kondensators 26 nimmt der zwischen den Elektroden wirkende Magnetfluß Φ_S mit der Zeit ab. Auf diese Weise wird der Lichtbogen mit der Zeit t zunehmend gedämpft, wodurch der Un­ terbrechungs-Strompegel klein gemacht werden kann.

Der hier beschriebene Vakuum-Trennschalter kann in einem Gleichstromunterbrecher wie auch in einer geschlossenen Schalt­ anlage eingesetzt werden.

Claims (7)

1. Vakuum-Trennschalter, umfassend

• - mindestens ein eine feste Elektrode (6) und eine beweg­ bare Elektrode (7) aufweisendes, in einem Vakuumgefäß (3) an­ geordnetes Elektrodenpaar, wobei die Elektroden (6, 7) stirn­ seitig aneinanderstoßen,
• - einen festen und einen bewegbaren Stab (8, 9), die in Axialrichtung des Gefäßes (3) und von den Elektroden (6, 7) aus dem Vakuumgefäß (3) nach außen verlaufen, wobei der beweg­ bare Stab (9) zur Stromunterbrechung in Axialrichtung derart bewegbar ist, daß sich die bewegbare Elektrode (7) von der festen Elektrode (6) entfernt,
• - eine in der Umgebung des Elektrodenpaars (6, 7) ange­ ordnete elektromagnetische Repulsionswicklung (17) und
• - ein mit dem bewegbaren Stab (9) verbundenes Kurzschluß­ teil (16),

dadurch gekennzeichnet, daß auch das Kurzschlußteil (16) in der Umgebung des Elektrodenpaars (6, 7) angeordnet sowie als Kurzschlußring ausgebildet ist, so daß zwischen den Elek­ troden (6, 7) eine elektromagnetische Abstoßkraft erzeugbar ist.

2. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring (16) und die Repulsionswicklung (17) das Vakuumgefäß (3) außen umgeben.

3. Trennschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Repulsionswicklung (17) über eine Isoliereinrichtung (19) von einem Rahmen (2) getragen ist.

4. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Repulsionswicklung (17) an eine Gleichstromversorgung (21) angeschlossen ist.

5. Trennschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Gleichstromversorgung (21) und die Repul­ sionswicklung (17) ein Kondensator (26) und ein Schalter (25) eingeschaltet sind und der Schalter (25) bei abnormem Strom­ fluß durch den bewegbaren Stab (9) schließt, um den Konden­ sator (26) über die Repulsionswicklung (17) zu entladen.

6. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der Repulsionswicklung (17) an einen Gleichrichter (24) angeschlossen ist, der seinerseits an ein Ende der Sekundärwicklung (221) eines Transformators (22) angeschlossen ist, und daß das andere Ende der Repulsionswick­ lung (17) an einen Schalter (23) angeschlossen ist, der sei­ nerseits an einen Abgriff (222) der Sekundärwicklung (221) des Transformators (22) angeschlossen ist.