DE4003722A1 - Verfahren zum schalten eines elektrischen stromkreises und einrichtung zu seiner durchfuehrung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Geräte, insbesondere ein Verfahren zum Schalten eines elektrischen Stromkreises und eine Einrichtung zu seiner Durchführung.

Die Erfindung kann in elektrischen Schaltgeräten zum Schalten von Leistungskreisen, darunter auch in Störfällen zur Begrenzung und Abschaltung von Kurzschlußströmen verwendet werden.

Bekannt ist ein Verfahren zum Schalten elektrischer Wechselstromkreise (I. S. Taev, A. G. Gadzhello u. a. "Grundlagen der Theorie der elektrischen Geräte/Osnovy teorii elektricheskikh apparatov/", 1987, Verlag "Vysshaja shkola", Moskau, S. 184 bis 187), welches darin besteht, daß die genannten Stromkreise durch die darin vorgesehenen Kontakte, die mit einem Antrieb verbunden sind, geöffnet werden und zwischen die Kontakte ein dielektrisches Mittel (Luft, Vakuum u. ä.) eingeführt wird.

Bei der Durchführung dieses Verfahrens wird zwischen den auseinandergehenden Kontaktstücken der Kontakte ein Lichtbogen gebildet, der durch Verwendung einer Funkenlöschkammer mit Deionisierungsgittern zu löschen ist, welche die Kammer in einige hintereinandergeschaltete Schaltstrecken zwischen den Platten des Deiongitters unterteilen. Die Löschung des Lichtbogens wird hierbei nach dem Nulldurchgang des im Stromkreis fließenden Stromes sowie dadurch gewährleistet, daß keine Wiederherstellung des Lichtbogens wegen der großen Anzahl Schaltstrecken zwischen den Platten des Deiongitters möglich ist. Das erwähnte Verfahren zum Schalten elektrischer Wechselstromkreise fand eine weitgehende Anwendung in Schaltgeräten.

Jedoch wird beim Schalten von großen Strömen, insbesondere in Störfällen der elektrischen Stromkreise bei Abschaltung von Kurzschlußströmen, die Lichtbogenenergie so hoch, daß es zu einem schnellen Verschleiß der Hauptelemente des zu schaltenden Stromkreises - der Schaltgeräte, der Speisequelle, Leitungen u. dgl. - kommt. Es bietet sich keine Möglichkeit, die Schaltgeschwindigkeit, Sicherheit und Verschleißfestigkeit der Schaltgeräte unter Verwendung des bekannten Schaltverfahrens aufgrund herkömmlicher Methoden zu erhöhen, weil der entstehende Lichtbogen beim Öffnen der Kontakte erst beim Nulldurchgang des Lichtbogenstroms gelöscht werden kann. Deshalb darf die Brennzeit des Lichtbogens an den Kontakten nicht auf die Werte verkürzt werden, die geringer als die halbe Periode der Stromfrequenz im zu schaltenden Stromkreis sind, was gerade eine niedrige Sicherheit des Verfahrens bei dessen Verwendung in elektrischen Starkstromkreisen bedingt.

Es ist ein Verfahren zum Schalten eines elektrischen Stromkreises bekannt, das das Öffnen der Hauptkontakte des zu schaltenden Stromkreises und die Einführung eines dielektrischen Einzelteils in den Kontaktzwischenraum beinhaltet (FR-A 23 38 561).

Das Verfahren besitzt einen prinzipiellen Unterschied, der darin besteht, daß das Öffnen der Kontakte mit Hilfe eines dielektrischen Einzelteils erfolgt, das leicht ausgeführt und in umittelbarer Nähe der zu schaltenden Kontakte angeordnet sein kann. Dies gestattet es, eine verhältnismäßig hohe Schnellwirkung beim Öffnen der Kontakte zu erreichen. Das Verfahren ermöglicht auch eine Automatisierung der Schaltvorgänge der elektrischen Stromkreise, darunter auch eine gleichzeitige Trennung mehrerer Kontakte durch nur ein dielektrisches Einzelteil.

Nach dem bekannten Verfahren lassen sich nur Schwachstromkreise schalten. Es bestehen einige Gründe, die der Anwendung desselben zum Schalten der elektrischen Starkstromkreise im Wege stehen. Der zu schaltende Strom darf beim Öffnen des Stromkreises mit einem Kontakt 0,9 A, mit zwei Kontakten 4 A und bei gleichzeitiger Trennung von drei hintereinandergeschalteten Kontakten 16 A nicht überschreiten. Eine Erhöhung des Stroms im zu schaltenden Stromkreis führt zur Entstehung eines Lichtbogens zwischen den auseinandergehenden Kontaktstücken, der durch das dielektrische, in den Kontaktzwischenraum einzuführende Einzelteil gedehnt wird und dessen Fußpunkte durch dieses Teil über die Kontaktstücke bewegt werden, wobei der Lichtbogen jedoch nicht erlöschen kann. Der entstandene Lichtbogen kann nur beim Nulldurchgang des Lichtbogenstroms erlöschen. Daneben wird die Löschung des Lichtbogens durch Einführung des dielektrischen Einzelteils in dessen Säule erschwert, weil der Lichtbogen nicht in Strecken aufgeteilt, sondern lediglich gedehnt wird, wobei der Lichtbogenstrom nicht begrenzt wird. Das bekannte Verfahren sieht keine zeitabhängige Einführung des dielektrischen Einzelteils in den Kontaktzwischenraum vor und berücksichtigt diesen Umstand (Bewegungsgeschwindigkeit des dielektrischen Einzelteils) nicht sowie bedingt keine Konfiguration von Teilen und Kontakten, keine Schlitzbreite zwischen den öffnenden Kontaktstücken der Kontakte, keine Notwendigkeit einer Löschung und einer Berührung mit den elektrodennahen Entstehungspunkten des Lichtbogens. Die zur Bewegung des dielektrischen Einzelteils verwendeten Antriebe (Druckwasser-, Elektromagnet-, Druckluftantriebe) können im Prinzip nicht die Schnelligkeit der Einführung des dielektrischen Einzelteils in den Kontaktzwischenraum sichern, die die Entstehung eines Lichtbogens verhindert. Wenn die aufgezählten Bedingungen dennoch erfüllt und eine Entstehung des Lichtbogens vermieden wären, würden im zu schaltenden Stromkreis Überspannungen einer unzulässigen Größe und Anstiegssteilheit auftreten, deren Löschung äußerst kompliziert ist.

Es ist eine Einrichtung zum Schalten eines elektrischen Schaltkreises ("Teorÿa elektricheskikh apparatov/Theorie der elektrischen Apparate/" unter Redaktion von G. N. Alexandrov, Verlag "Vysshaja shkola", Moskau, 1985, S. 178 bis 180) bekannt, welche einen automatischen Ausschalter darstellt und über Hauptkontakte verfügt, die in den zu schaltenden Stromkreis eingeschaltet sind, sowie einen Kontaktantrieb und Deiongitter enthält. Bei Eintreffen eines Abschaltbefehls gehen die Hauptkontakte unter der Wirkung des Antriebs, der aus Federn aufgebaut ist, voneinander weg, wobei ein zwischen diesen entstehender Lichtbogen in die Deiongitter hineingeschoben, in einige Teilstrecken aufgeteilt wird und beim nächsten Stromnulldurchgang der Lichtbogen erlischt.

Der entstehende Lichtbogen verursacht einen Kontaktverschleiß, wobei mit steigendem Strom der Verschleiß stark zunimmt und der Ausschalter beim Schalten der Grenzstromwerte diese bis zum vollständigen Verschleiß der Kontakte 3 bis 5 Male abzuschalten vermag. Darüber hinaus führt das Durchfließen von starken Störfallströmen zur Zerstörung der Speisequellen und Kabel. Daher besitzt der elektrische Stromkreis mit einem solchen Schaltgerät keine ausreichende Zuverlässigkeit und Gefahrlosigkeit der Stromversorgung elektrischer Verbrauchsgeräte.

Ferner ist eine Einrichtung zum Schalten eines elektrischen Stromkreises (FR-A 23 38 561) bekannt, die über Hauptkontakte, die aus beweglichen und festen Kontaktstücken bestehen, und über ein dielektrisches Einzelteil verfügt, das mit einem Antrieb verbunden ist. Das dielektrische Teil ist als Keil ausgebildet, dessen Spitze in den Kontaktzwischenraum der Kontaktstücke unter der Wirkung des Antriebs hineingeführt wird, mit dem dieses Teil mit Hilfe eines Halters verbunden ist. Als Antrieb kann ein Hydraulik-, Elektromagnet- oder Druckluftantrieb in Frage kommen. Bei Eintreffen eines Befehls zum Öffnen der Kontakte wird das dielektrische keilförmige Teil unter Einwirkung des Antriebs in den Kontaktzwischenraum eingeführt und trennt sie voneinander. Im Bereich kleiner Ströme erfolgt die Trennung der Kontakte ohne Lichtbogen, was einen zweifellosen Vorzug derartiger Schaltgeräte darstellt.

Allerdings entsteht bei Vergrößerung des Stroms zwischen den öffnenden Kontaktstücken ein Lichtbogen, der durch das dielektrische keilförmige Teil gedehnt, aus der Kontaktgabezone herausgedrückt wird, aber nicht gelöscht werden kann. Mit Rücksicht darauf, daß der Lichtbogen unmittelbar zwischen zwei Kontaktstücken ohne Aufteilung in Teilstrecken brennt und dementsprechend den fließenden Strom praktisch nicht begrenzt, wird der Kontaktverschleiß stark vergrößert.

Daneben erlaubt die in der bekannten Einrichtung vorgeschlagene Konfiguration der Kontakte und des dielektrischen Einzelteils es nicht, eine Bildung von elektrodennahen Funken- und Lichtbogenpunkten zu vermeiden, wobei die verwendeten Antriebe die notwendige Bewegungsgeschwindigkeit des dielektrischen Einzelteils nicht gewährleisten können, die es ermöglicht, die Entstehung eines Lichtbogens zu verhindern.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schalten eines elektrischen Stromkreises zu entwickeln, bei dem durch Einführung zusätzlicher Verfahrensschritte und durch die Reihenfolge ihrer Ausführung der Wert des zu schaltenden Stroms begrenzt und eine lichtbogenfreie Umschaltung der Haupt- und Hilfskontakte der Schaltgeräte gewährleistet werden kann, und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, deren schaltungsmäßige und konstruktive Ausführung eine optimale Realisierung des Verfahrens ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Verfahren zum Schalten eines elektrischen Stromkreises, das das Öffnen der Hauptkontakte des zu schaltenden Stromkreises und die Einführung eines dielektrischen Einzelteils in den Kontaktzwischenraum umfaßt, gemäß der Erfindung jeder Hauptkontakt durch mindestens einen Strompfad aus Hilfskontakten überbrückt wird, wobei jeder Haupt- und Hilfskontakt durch mindestens eine doppelte Anzahl von weiteren Hilfskontakten überbrückt wird, während der letzte Strompfad der Hilfskontakte durch Begrenzungswiderstände überbrückt wird, die Einführung des dielektrischen Einzelteils in den Kontaktzwischenraum so vorgenommen wird, daß es zuerst in den Raum zwischen den Hauptkontakten und dann in den Raum zwischen den Hilfskontakten jedes Strompfades nach dem Öffnen der Kontakte des vorhergehenden Strompfades eingeführt wird, wobei die Einführung des dielektrischen Einzelteils in den Kontaktzwischenraum innerhalb einer Zeitspanne vorgenommen wird, die kürzer als die Zeit ist, bei der eine Explosion einer metallischen Brücke geschehen kann, die beim Öffnen der Kontakte gebildet wird, und das dielektrische Einzelteil so bewegt wird, daß seine ganze Oberfläche mit mindestens einem der Kontaktstücke in jedem Kontakt in Berührung steht, und eine endgültige Trennung des Stromkreises nach dem Öffnen des letzten Strompfades der Hilfskontakte erfolgt.

Die gestellte Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Schalten eines dielektrischen Stromkreises, welche Hauptkontakte, die bewegliche und feste Kontaktstücke aufweisen, und ein dielektrisches Einzelteil, das mit einem Antrieb verbunden ist, enthält, gemäß der Erfindung mindestens einen Strompfad von Hilfskontakten mit beweglichen und festen Kontaktstücken, der zu den Hauptkontakten parallelgeschaltet ist und mindestens eine doppelte Anzahl von Kontakten einschließt, und Begrenzungswiderstände enthält, die parallel zu dem letzten Strompfad von Hilfskontakten geschaltet sind, wobei die beweglichen Kontaktstücke der Haupt- und Hilfskontakte an einer Isolierplatte paarweise auf verschiedenen Seiten einander gegenüber eingebaut und gleichsinnig und parallel zueinander geschaltet sind.

Es ist zweckmäßig, daß die vollständige Einführung des dielektrischen Einzelteils zwischen sämtliche Haupt- und Hilfskontakte beim Schalten des elektrischen Stromkreises im Luftmedium während einer Zeit von unter 1 ms vorgenommen wird.

Es ist zweckdienlich, daß der den Kontakten zugewandte Abschnitt des dielektrischen Einzelteils ein stufenweises Profil aufweist, wobei die Hauptkontakte und jeder Strompfad der Hilfskontakte in einer gleichen Linie gegenüber den zugehörigen Stufen des dielektrischen Einzelteils liegen.

Es kann auch zweckmäßig sein, wenn der den Kontakten zugewandte Abschnitt des dielektrischen Einzelteils ein Linienprofil aufweist und daß die Hauptkontakte und jeder Strompfad der Hilfskontakte in bezug auf diesen Abschnitt des dielektrischen Einzelteils stufenweise angeordnet sind.

Es ist von Vorteil, daß die beweglichen Kontaktstücke außerhalb der Kontaktgabezone derselben mit den festen Kontaktstücken der Kontakte in Isolierkapseln untergebracht sind.

Es ist günstig, daß die Strompfade der Hilfskontakte an die Hauptkontakte mittels Schwellenwertelementen angeschlossen sind.

Es ist vorteilhaft, daß jedes Schwellenwertelement aus gegensinnig und parallel geschalteten Halbleitergeräten aufgebaut ist.

Außerdem kann jedes Schwellenwertelement als Kontakt ausgebildet sein, der vor dem Öffnen der Hauptkontakte geschlossen wird.

Die vorgeschlagene Erfindung ermöglicht eine Erhöhung der Sicherheit der Schaltgeräte, der Verschleißfestigkeit derselben, eine mehrfache Senkung des Grenzwertes des zu schaltenden Stroms in Notbetriebszuständen elektrischer Versorgungsnetze und damit eine Steigerung der Betriebssicherheit der letztgenannten.

Im weiteren wird die vorgeschlagene Erfindung an Hand konkreter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild zum Schalten eines elektrischen Stromkreises mit einem Hauptkontakt gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild zum Schalten eines elektrischen Stromkreises mit zwei Hauptkontakten gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine gegenseitige Anordnung der Kontaktstücke des Haupt- oder Hilfskontaktes und des dielektrischen Einzelteils vor dem Augenblick des Schaltens;

Fig. 4 eine Gesamtansicht der Bauart der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Schalten eines elektrischen Stromkreises mit einem dielektrischen Einzelteil, das ein gestuftes Profil aufweist;

Fig. 5 eine Gesamtansicht der Bauart der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Schalten eines elektrischen Stromkreises mit stufenweiser Anordnung von Hilfskontakten;

Fig. 6 eine Bauart einer dreipoligen Einrichtung zum Schalten eines elektrischen Stromkreises gemäß der Erfindung;

Fig. 7 Schwellenwertelemente, die aus gegensinnig und parallel zueinander geschalteten Dioden aufgebaut sind;

Fig. 8 Schwellenwertelemente, die aus gegensinnig und parallel zueinander geschalteten Thyristoren aufgebaut sind;

Fig. 9 Schwellenwertelemente, die als Kontakt eines Schaltgerätes ausgebildet sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Schalten eines elektrischen Stromkreises besteht im folgenden.

Das Verfahren beruht darauf, daß eine schnellwirkende Begrenzung des Stromes des zu schaltenden Stromkreises vor dessen endgültiger Trennung vorgenommen wird. Wiederum beruht die schnellwirkende Begrenzung des Stroms auf einem beträchtlichen Unterschied zwischen der am Kontaktzwischenraum anstehenden und zur Aufrechterhaltung eines brennenden Lichtbogens an den Kontakten notwendigen Spannung und der zur Wiederherstellung des Lichtbogenbrennens zwischen den geöffneten Kontakten erforderlichen Durchschlagsspannung des Kontaktzwischenraums (Kontaktabstandes). Sollte im ersten Fall eine Spannung benötigt werden, die die elektrodennahen Spannungsabfälle, welche für die verwendeten Werkstoffe der Kontakte (z. B. Kupfer, Silber), die in Luft geöffnet werden, etwa 15 bis 20 V betragen, so ist zur Wiederherstellung des Lichtbogens an den geöffneten Kontakten beim Entfernen derselben voneinander z. B. um 1 mm eine Spannung von 150 V erforderlich. Zugleich muß beachtet werden, daß eine zwischen den voneinander abhebenden Kontaktstücken der Kontakte anliegende Spannung von einigen Volt (3 bis 5 V) zur Entstehung eines Funkendurchbruchs des Kontaktzwischenraums an den voneinander weggehenden Kontaktstücken führt. Mit einer Erhöhung des zu schaltenden Stroms und damit der zu schaltenden Spannung geht ein Funke ohne zusätzliche Maßnahmen in einen Lichtbogen über.

Die obenaufgeführten allgemein bekannten Lehrsätze sind Ausgangspunkte zur Bestimmung der Bedingungen für die Auswahl eines zeitabhängigen Schaltbetriebs und der Schaltparameter elektrischer Starkstromkreise im erfindungsgemäßen Schaltverfahren.

Um einen Übergang des Funkens in einen Lichtbogen zwischen den voneinander weggehenden Kontaktstücken der Kontakte, d. h. eine Explosion einer metallischen Brücke zu vermeiden, darf man keine Überschreitung der Spannung, bei der der Lichtbogen an den zu schaltenden Kontakten entsteht, zulassen, wobei durch das dielektrische Einzelteil elektrodennahe Funkenbildungspunkte abgeschnitten und abgerieben sowie durch dieses Teil die Kontaktflächen gekühlt, eingeebnet und überdeckt werden müssen. In diesem Fall erfolgt ein lichtbogenfreies Öffnen der Kontakte. Um eine Überschreitung der Spannung der Lichtbogenentstehung an den zu schaltenden Kontakten zu vermeiden, Überspannungen im Stromkreis zu senken und die Bedingungen für das Abschneiden der elektrodennahen Lichtbogenbildungspunkte zu erleichtern, wird der Hauptkontakt 1 (Fig. 1) durch zwei Strompfade 2, 3 überbrückt, die sich aus hintereinandergeschalteten Hilfskontakten 4 zusammensetzen. Dabei besteht der Strompfad 2 aus zwei Hilfskontakten 4, von denen jeder wiederum durch vier weitere Hilfskontakte 4 des Strompfades 3 überbrückt wird. Zu jedem Hilfskontakt 4 des Strompfades 3 ist ein Begrenzungswiderstand 5 parallelgeschaltet.

Die Strompfade 2, 3 der Hilfskontakte 4 und die Begrenzungswiderstände 5 werden an den Hauptkontakt 1 über ein Schwellenwertelement 6 angeschlossen.

Ein anderes Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Schalten eines elektrischen Stromkreises, welches ein sicheres Schalten von Strömen einer Stärke von einigen 10 kA ermöglicht, ist in Fig. 2 dargestellt, wo jeder Hauptkontakt 1 und jeder Hilfskontakt 4 des Strompfades durch eine verdoppelte Anzahl von Hilfskontakten 4 überbrückt ist.

Das Schalten des elektrischen Stromkreises erfolgt durch aufeinanderfolgendes Öffnen der Kontaktstücke 7, 8 (Fig. 3) der Hauptkontakte 1 (Fig. 1) und dann der Kontaktstücke 7′, 8′ (Fig. 3) der Hilfskontakte 4 (Fig. 1) der Strompfade 2, 3. Da die Hauptkontakte 1 durch die parallelgeschalteten Strompfade 2 und 3 der Hilfskontakte 4 und durch die Begrenzungswiderstände 5 geshuntet sind, wird nach deren Öffnen der zu schaltende Strom zu den genannten überbrückenden Strompfaden 2, 3 und den Widerständen 5 übergeleitet, wobei die Hauptkontakte 1 lichtbogenfrei geöffnet werden. Ein dabei auftretender Funke wird durch das dielektrische Einzelteil 9 (Fig. 3) abgeschnitten. Darauf öffnet man lichtbogenfrei die Hilfskontakte 4 (Fig. 1) des Strompfades 2, die überbrückt durch den Strompfad 3 und die Widerstände 5 bleiben. Nach dem Öffnen der Hilfskontakte 4 des Strompfades 3 wird der Strom in die Widerstände 5 übergeleitet und dadurch auf einen gewünschten Wert begrenzt.

Die endgültige Trennung des elektrischen Stromkreises mit begrenztem Wirkstrom wird durch einen Kontakt 10, z. B. einen Schalter, vorgenommen, der nach erfolgtem Öffnen der Hilfskontakte 4 des letzten Strompfades 3 geöffnet wird.

Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise für das Schalten elektrischer Stromkreise in Notbetrieben, d. h. für die Abschaltung von Kurzschlußströmen im Stromkreis bestimmt. Das Verfahren soll dann effektiv sein, wenn der Kurzschlußstrom auf die Höhe eines kritischen Wertes herabgesetzt ist, der die Funktion der Schutzeinrichtungen und eine einfache endgültige Unterbrechung dieses Kurzschlußstromes gewährleistet.

Daneben zwingt die Bedingung, unter der eine Überschreitung der zulässigen Spannung der Lichtbogenentstehung an den zu schaltenden Haupt- und Hilfskontakten 1 bzw. 4 vermieden werden muß, zur Durchführung des Öffnens der Kontakte 1, 4 der Strompfade 2, 3 beim Fließen eines Stroms I durch die Kontakte 1, 4, dessen Wert sich ermittelt zu

I = nU/R,

worin U die Spannung der Lichtbogenentstehung an einem Paar von Kontakten 1 oder 4 (die aus Nachschlagewerken in Abhängigkeit vom Kontaktwerkstoff bestimmt wird), n die Anzahl von gleichzeitig zu schaltenden Kontakten 1 oder 4 und R der Ersatzwiderstand der Strompfade, die den zu schaltenden Stromkreis shunten, sind.

Kennt man eine Kennlinie für den Kurzschlußstromdurchgang, so läßt sich ohne weiteres die Zeit ermitteln, in der der kritische Wert des zu schaltenden Stroms erreicht wird und die gerade die erforderliche Öffnungszeit eines bestimmten Strompfades der Hilfskontakte 4 festlegt. So darf beispielsweise für den elektrischen Stromkreis mit einer Speisequelle bis 1000 kVA die Schaltzeit der in Luftumgebung befindlichen Hauptkontakte 1 und Hilfskontakte 4 nicht länger als 1 ms sein.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Schalten eines elektrischen Stromkreises enthält Hauptkontakte 1 (Fig. 4, 5), die aus beweglichen und festen Kontaktstücken 7 und 8 bestehen, sowie Hilfskontakte 4, die sich ebenfalls aus beweglichen und festen Kontaktstücken 7′ und 8′ zusammensetzen, welche an einer Isolierplatte 11 (Fig. 3) paarweise auf verschiedenen Seiten eingebaut sind. Die beweglichen Kontaktstücke 7 und 7′ sind außerhalb des Kontaktgabebereiches mit den festen Kontaktstücken 8 bzw. 8′ in Isolierkapseln 12 untergebracht. Parallel zum letzten Strompfad 3 (Fig. 1) der Hilfskontakte 4 sind Begrenzungswiderstände geschaltet, die aus einem Werkstoff mit hohem Widerstand gefertigt sind. Die Kontaktgabezonen der Haupt- und Hilfskontakte 1 bzw. 4 (Fig. 4) sind in einer gleichen Linie ausgerichtet. In unmittelbarer Nähe der Kontaktgabelinien der Kontakte 1, 4 befindet sich ein dielektrisches Einzelteil 9, das ein stufenweises Profil aufweist und an einem bewegten Teil 13 eines Induktionsantriebs 14 vom dynamischen Typ angebracht ist, der Anschlußenden 15 für den Anschluß einer Wicklung hat. Die beweglichen Kontaktstücke 7 sind mittels Federn angedrückt.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform der Einrichtung mit einem dielektrischen Einzelteil 9, das ein Linienprofil aufweist, und mit einer stufenweisen Anordnung der Strompfade 2, 3 der Hilfskontakte 4 gezeigt.

Eine dreipolige Ausführungsvariante der Einrichtung ist in Fig. 6 dargestellt, wo eine paarweise Anordnung der beweglichen und festen Kontaktstücke 7, 8 der Kontakte 1 (Fig. 1) anschaulich wiedergegeben ist. Die beweglichen Kontaktstücke 7 (Fig. 6) sind an die festen Kontaktstücke 8 mit Hilfe von Federn 16 angedrückt, die auf eine Achse 17 aufgesetzt sind. Die Anschlußenden 18 für den Anschluß des Schaltgeräts sind mit den beweglichen Kontaktstücken 7 über biegsame Verbindungen 19 verbunden.

Die dielektrischen Einzelteile 9, deren Anzahl der Polzahl entspricht, sind am bewegten Teil 13 des Induktionsantriebs 14 vom dynamischen Typ eingebaut.

Die Strompfade 2, 3 (Fig. 1) der Hilfskontakte 4 und die Begrenzungswiderstände 5 sind an die Hauptkontakte 1 über Schwellenwertelemente 6 angeschlossen, von denen jedes entweder aus gegensinnig und parallel zueinander geschalteten Dioden 20, 21 (Fig. 7) oder aus mit Hilfe von Widerständen 24, 25 und Zener-Dioden 26, 27 steuerbaren Thyristoren 22, 23 (Fig. 8) aufgebaut oder als Kontakt 28 (Fig. 9) ausgebildet ist, der die Strompfade 2, 3 (Fig. 1) der Hilfskontakte 4 an den Hauptkontakt 1 vor dem Öffnen des letzteren anschließt.

Die Einrichtung zum Schalten eines elektrischen Stromkreises, welche das erfindungsgemäße Verfahren realisiert, funktioniert wie folgt.

Im Normalbetrieb sind die Hauptkontakte 1 (Fig. 1 bis 4) geschlossen, so daß der Vollstrom des elektrischen Stromkreises durch diese fließt. In den Strompfaden 2, 3 der Hilfskontakte 4 und über die Begrenzungswiderstände 5 fließt kein Strom, weil die Schwellenwertelemente 6 offen (nichtleitend) sind.

Sobald ein Befehl von den Schutzeinrichtungen bei einer Beschädigung des Netzes oder bei Entstehung eines Fehlerstroms eingetroffen ist, wird durch das bewegte Teil 13 (Fig. 4) des Induktionsantriebs 14 vom dynamischen Typ das dielektrische Einzelteil 9 zu der Kontaktgabezone der Haupt- und Hilfskontakte 1 bzw. 4 hin verschoben. Die Haupt- und Hilfskontakte 1 bzw. 4 sind so konstruktiv ausgeführt, daß der Strom über ihre beweglichen Kontaktstücke 7, 7′ in einer Richtung fließt, d. h. eine gleichsinnige Parallelschaltung ist verwirklicht, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Durch eine solche Schaltungsart werden mit einer Erhöhung des fließenden Stroms durch elektrodynamische Kräfte die beweglichen Kontaktstücke 7, 7′ an die festen Kontaktstücke 8, 8′ angedrückt. Dies ermöglicht das Vermeiden einer Kontaktabhebung beim Durchfließen von Fehlerströmen und den Verzicht auf kostspielige Kontaktauflötungen.

Das dielektrische Einzelteil 9 wird zuerst in den Kontaktzwischenraum der Hauptkontakte 1 eingeführt und trennt diese. Die dabei entstehenden Funkengebilde werden durch das dielektrische Einzelteil 9 abgeschnitten und gekühlt, wodurch verhindert wird, daß der Funke zu einem Lichtbogen übergeht. Dies wird dadurch gewährleistet, daß das dielektrische Einzelteil 9 mit Reibung über alle Kontaktstücke 7, 8 (Fig. 3) bewegt und danach mit Reibung auf die Isolierplatte 11 und die Isolierkapsel 12 des beweglichen Kontaktstücks 7 oder 7′ überführt wird. Da die Bewegungsbahn des dielektrischen Einzelteils 9 mit der Konfiguration der festen Kontaktstücke 8, 8′ zusammenfällt, bewegt sich das dielektrische Einzelteil 9 mit Reibung über die gesamte Oberfläche der Kontaktstücke 7, 7′, 8, 8′ und überdeckt die ganze Fläche der Kontakte 1, wodurch die Möglichkeit der Widerherstellung eines Lichtbogens vermieden wird. Nach erfolgter Trennung der Hauptkontakte 1 wird der Strom in die Strompfade 2, 3 der Hilfskontakte 4 und in die Begrenzungswiderstände 5 übergeleitet, deren Ersatzwiderstand größer als der Widerstand der Hauptkontakte 1 ist.

Durch die weitere Bewegung des dielektrischen Einzelteils 9 (Fig. 4) wird mit seiner nächsten Stufe der erste Strompfad 2 (Fig. 1) der zugehörigen, wiederum durch den zweiten Strompfad 3 von Hilfskontakten 4 und die Widerstände 5 überbrückten Hilfskontakte 4 geöffnet. Das Öffnen der ersten Stufe der Hilfskontakte 4 erfolgt ebenfalls lichtbogenfrei, und die Funkengebilde werden durch das dielektrische Einzelteil 9 abgeschnitten. Analog werden die Hilfskontakte 4 des letzten Strompfades 3 getrennt, und der Strom wird in die Begrenzungswiderstände 5 geleitet. Aus dem gezeigten Schaltbild ist zu erkennen, daß jeder nachfolgende Nebenschluß-Strompfad 2, 3 eine zunehmende Anzahl von Kontakten 4 enthält, so daß damit der Widerstand erhöht wird. Dadurch wird es möglich, einen ansteigenden zu schaltenden Strom stufenweise zu vermindern, während die Stufentrennung der hintereinandergeschalteten Hilfskontakte 4 einen wesentlich leichteren Betrieb für die letzteren und eine sichere und lichtbogenfreie Unterbrechung der Kontakte 4 sichert.

Im Normalbetrieb fließt durch die Strompfade 2, 3 der Hilfskontakte 4 kein Strom, weil die Schwellenwertelemente 6 sperren. In Fig. 7 ist eine Ausführungsvariante der Schwellenwertelemente 6 in Form von gegensinnig und parallel zueinander geschalteten Dioden 20, 21 gezeigt. Da an den geschlossenen Hauptkontakten 1 das Potential einige 10 mV beträgt, befinden sich die Dioden 20, 21 im gesperrten Zustand, so daß durch diese und damit durch die Strompfade 2, 3 der Hilfskontakte 4 kein Strom fließt. Beim Öffnen der Hauptkontakte 1 wächst die Spannung an ihnen an, die Dioden 20, 21 werden leitend und der Vollstrom wird in die Hilfsstrompfade 2, 3 übergeleitet. Der Spannungsabfall an den Dioden 20, 21 hat keinen Einfluß auf die ablaufenden Vorgänge, weil er 0,7 bis 1 V nicht übersteigt.

Ähnlich arbeiten die Schwellenwertelemente 6, in denen eine gegensinnige Parallelschaltung von Thyristoren 22, 23 (Fig. 8) angewandt ist. Beim Öffnen der Hauptkontakte 1 werden die Thyristoren 22, 23 durch eine Spannung entsperrt, die über zugehörige Steuerschaltkreise - einen Widerstand 25, eine Zener-Diode 27 bzw. einen Widerstand 24 und eine Zenerdiode 26 - angelegt wird. Die Durchbruchsspannung der Zener-Dioden 26, 27 ist ausgehend von dem möglichen Spannungsabfall an den Hauptkontakten 1 gewählt.

Das als Kontakt 28 (Fig. 9) augebildete Schwellenwertelement 6 ist im Normalbetrieb geöffnet, wobei dieser Kontakt unmittelbar vor dem Öffnen des Hauptkontaktes 1 geschlossen wird und die Strompfade 2, 3 der Hilfskontakte 4 zuschaltet.

Durch endgültige Überleitung des Stromes in die Widerstände 5 (Fig. 1) wird die Begrenzung des Stromwertes auf die vorgegebene Höhe gewährleistet, der Winkel zwischen genanntem Strom und Speisespannung verringert, was die Möglichkeit bietet, im weiteren den elektrischen Stromkreis leicht abzuschalten, der sich im Notzustand befindet.

Ein begrenzter Reststrom kann z. B. durch einen (leistungsarmen) Schwachstrom-Selbstschalter abgeschaltet werden, der mit den Strompfaden 2, 3 der Hilfskontakte 4 und den Begrenzungswiderständen 5 in Reihe geschaltet ist, weil sie im Normalbetrieb den Laststrom nicht durchlassen und kurzzeitig arbeiten. Man kann auch ein Schwellenwertelement 6 verwenden, das als Kontakt 28 (Fig. 9) ausgebildet ist, der die Strompfade 2, 3 der Hilfskontakte zuschaltet und dann diese abschaltet, oder können steuerbare Halbleiter-Schwellenwertelemente 6 verwendet werden, die gesperrt werden, nachdem der Strom in die Begrenzungswiderstände übergeleitet worden ist.

Denkbar ist die Einschaltung eines zusätzlichen Kontaktes mit Lichtbogenlöschung oder eines Selbstschalters in den Hauptstromkreis.

Durch Einführung einer effektiven Strombegrenzung bietet sich die Möglichkeit an, ein schnellwirkendes Kurzschließen der Ausgangskreise des Schaltgeräts ohne Vergrößerung des zu schaltenden Stroms vorzunehmen, was für die Schaffung von gefahrlosen schnellwirkenden Schutzabschaltungssystemen von wichtiger Bedeutung ist.

Somit gestattet die vorgeschlagene Erfindung:

• - die Verschleißfestigkeit der Schaltgeräte vielfach zu erhöhen. Das wird durch Gewährleistung eines lichtbogenfreien Öffnens der Kontakte 1, 4 (Fig. 1) dank der Überbrückung derselben durch die Strompfade 2, 3 der Hilfskontakte 4 und die Widerstände 5 sowie durch das Abschneiden der sich zwischen den voneinander abhebenden Kontaktstücken 7, 7′ und 8, 8′ bildenden Funkenstrecken mittels des dielektrischen Einzelteils 9 (Fig. 3) erreicht;
• - die Zuverlässigkeit der Hauptbauelemente des elektrischen Leistungskreises - Speisetransformatoren, zu schützende Schaltgeräte, Kabel, Verbraucher - zu steigern. Dies wird durch mehrfache Herabsetzung des Stroms in Notbetrieben und durch Vermeiden von Stoßkurzschlußströmen erzielt;
• - hohe Ströme (bis zu einigen 10 kA) stabil und lichtbogenfrei zu schalten. Das wird durch den Aufbau der elektrischen Kommutierungsschaltung und durch die Reihenfolge der auszuführenden Schritte gewährleistet,
• - die Betriebsbedingungen für zu schützende elektrische Anlagen bedeutend zu erleichtern und die Forderungen an diese zu senken. Dies wird dadurch erzielt, daß die bei Notbetriebszuständen fließenden Ströme sicher herabgesetzt und damit die Forderungen an die Wärmebeständigkeit elektrischer Geräte gesenkt werden;
• - die Betriebssicherheit der Elektroenergieversorgungssysteme zu erhöhen. Dies wird durch Erhöhung der Zuverlässigkeit der Bauelemente des Leistungskreises, Herabsetzung von fließenden Stromstärken erreicht;
• - die Anwendungsgebiete elektrischer Ausrüstungen durch mögliche Anwendung derselben unter besonders gefährlichen Betriebsbedingungen zu erweitern;
• - auf der Basis des erfindungsgemäßen Schaltverfahrens prinzipiell neue Elektroenergieversorgungssysteme, insbesondere schnellwirkende, die die Abschaltung elektrischer Stromkreise in einer Zeit von 1 bis 2 ms gewährleisten, zu schaffen;
• - das Prinzip der Baukastenbauweise für schnellwirkende Strombegrenzungseinrichtungen bei verschiedenen Einsatzbedingungen, insbesondere zum Schutz von Halbleiterwandlern zu verwirklichen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Schalten eines elektrischen Stromkreises durch

• - Öffnen der Hauptkontakte (1) des zu schaltenden Stromkreises und
• - Einführung eines dielektrischen Einzelteils (9) in den Kontaktzwischenraum (9),

dadurch gekennzeichnet, daß

• - jeder Hauptkontakt (1) durch mindestens einen Strompfad (2, 3) aus Hilfskontakten (4) überbrückt wird, wobei
  • - jeder Haupt- und Hilfskontakt (1 bzw. 4) durch mindestens eine verdoppelte Anzahl von weiteren Hilfskontakten (4) überbrückt wird,
• - während der letzte Strompfad (3) von Hilfskontakten (4) durch Begrenzungswiderstände (5) überbrückt wird,
• - die Einführung des dielektrischen Einzelteils (9) in den Kontaktzwischenraum so vorgenommen wird, daß es
  • - zuerst in den Raum zwischen den Hauptkontakten (1) und
  • - dann in den Raum zwischen den Hilfskontakten (4) jedes Strompfades (2, 3) nach dem Öffnen der Hilfskontakte (4) des vorhergehenden Strompfades (2) eingeführt wird,
• - wobei die Einführung des dielektrischen Einzelteils (9) in den Kontaktzwischenraum innerhalb einer Zeitspanne vorgenommen wird, die kürzer als die Zeit ist, bei der eine Explosion einer metallischen Brücke geschehen kann, die beim Öffnen der Kontakte (1, 4) gebildet wird,
• - und daß das dielektrische Einzelteil (9) so bewegt wird, daß seine ganze Oberfläche mit mindestens einem der Kontaktstücke (7 oder 7′ oder 8 oder 8′) in jedem Kontakt (1 oder 4) in Berührung steht, und
• - eine endgültige Trennung des Stromkreises nach dem Öffnen des letzten Strompfades (3) von Hilfskontakten (4) erfolgt.

2. Verfahren zum Schalten eines elektrischen Stromkreises nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vollständige Einführung des dielektrischen Einzelteils (9) zwischen sämtliche Haupt- und Hilfskontakte (1 bzw. 4) beim Schalten des elektrischen Stromkreises im Luftmedium in einer Zeit von unter 1 ms vorgenommen wird.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Schalten eines elektrischen Stromkreises nach Ansprüchen 1, 2, welche
Hauptkontakte (1), die bewegliche und feste Kontaktstücke (7 bzw. 8) aufweisen, und
ein dielektrisches Einzelteil (9), das mit einem Antrieb (14) verbunden ist,
enthält, gekennzeichnet durch

• - mindestens einen Strompfad (2, 3) von Hilfskontakten mit beweglichen und festen Kontaktstücken (7′, 8′), der zu den Hauptkontakten (1) parallelgeschaltet ist und mindestens eine doppelte Anzahl von Kontakten (4) enthält, und
• - Begrenzungswiderstände (5), die parallel zu dem letzten Strompfad (3) von Hilfskontakten (4) geschaltet sind,
• - wobei die beweglichen Kontaktstücke (7, 7′) der Haupt- und Hilfskontakte (1 bzw. 4) an einer Isolierplatte (11) paarweise auf verschiedenen Seiten einander gegenüber eingebaut und gleichsinnig und parallel zueinander geschaltet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Kontakten (1, 4) zugewandte Abschnitt des dielektrischen Einzelteils (9) ein stufenweises Profil aufweist, wobei die Hauptkontakte (1) und jeder Strompfad (2, 3) der Hilfskontakte (4) in einer gleichen Linie gegenüber den zugehörigen Stufen des dielektrischen Einzelteils (9) liegen.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der den Kontakten (1, 4) zugewandte Abschnitt des dielektrischen Einzelteils (9) ein Linienprofil aufweist und
• - die Hauptkontakte (1) und jeder Strompfad (2, 3) der Hilfskontakte (4) in bezug auf diesen Abschnitt des dielektrischen Einzelteils (9) stufenweise angeordnet sind.

6. Einrichtung nach Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Kontaktstücke (7, 7′) außerhalb der Kontaktgabezone derselben mit den festen Kontaktstücken (8, 8′) der Kontakte (1, 4) in Isolierkapseln (12) untergebracht sind.

7. Einrichtung nach Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strompfade (2, 3) der Hilfskontakte (4) an die Hauptkontakte (1) über Schwellenwertelementen (6) angeschlossen sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schwellenwertelement (6) aus gegensinnig und parallel geschalteten Halbleiterelementen (20, 21, 22, 23) aufgebaut ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schwellenwertelement (6) als Kontakt (28) ausgebildet ist, der vor dem Öffnen der Hauptkontakte (1) geschlossen wird.