-
Überstromschnellschalter. Die Erfindung bezieht sich auf Schnellschalter,
die in Wechselstromnetzen oder solchen Gleichstromnetzen verwendet werden sollen,
in denen sich die Stromrichtung umkehrt, wie dies z. B. bei Bahnbetrieben mit Nutzbremsung
der Fall ist.
-
Vorwiegend bezieht sich die Erfindung auf Solche Schnellschalter,
:die in der Einschaltstellung lediglich durch einen Haltemagneten festgehalten werden.
Diesem Haltemagneten wirkt eine von dem zu überwachenden Strom durchflossene Stromschleife
entgegen. Bei Überschreitung einer bestimmten Stromstärke wird der Haltemagnet durch
die Stromschleife so geschwächt, daß er den Schalthebel des Schalters losläßt.
-
Derartige Schalter hat man bisher nur in Netzen mit .gleichbleibender
Stromrichtung verwenden können, da die von dem zu überwachenden Strom erzeugten
Feldlinien nur in einer Stromrichtung dem Haltemagneten entgegen wirken, während
sie in der anderen Stromrichtung mit den Feldlinien des Haltemagneten zusammen wirken,
so daß ein Loslassen des Schalthebels dann nicht eintritt.
-
Gemäß der Erfindung werden derartige Überstromschalter auch für Netze
mit sich ändernder Stromrichtung verwendbar gemacht, und zwar dadurch" daß die von
dem zu überwachenden Strom durchflossene Stromschleife über gleichrichtende Vorrichtungen,
z. B. Elektronenröhren, an das Netz angeschlossen ist. Durch die Ventilwirkung dieser
Röhren wird erreicht, daß der Strom der Stromschleife immer nur in einer bestimmten
Richtung zugeführt wird, ohne Rücksicht darauf, in welcher Richtung er in dem Netz
fließt.
-
Zweckmäßig ordnet man parallel zur Stromschleife einen Widerstand
mit hoher Induktivität an. Durch diesen Widerstand wird die Stromverteilung zwischen
der Stromschleife und dem Widerstand in der Weise beeinflußt, daß bei plötzlich
ansteigendem Strom, z. B. bei Kurzschlüssen, der größere Teil des Stromes in die
Stromschleife abgedrängt wird, so daß in diesem Falle der Schalter bereits bei niedrigeren
Stromstärken anspricht als bei langsamer ansteigendem Überstrom, z. B. bei Überlastungen,
bei denen die Stromverteilung zwischen Stromschleife und Induktivität ungefähr gleichmäßig
ist.
-
In der beiliegenden Zeichnung sind eine Reihe von Ausführungsbeispielen
dargestellt, an Hand deren die Erfindung näher erläutert werden soll.
-
In Abb. i ist der Schalter einpolig dargestellt. Das zu überwachende
Netz, welches entweder ein Wechselstromnetz oder ein Gleichstromnetz mit sich verändernder
Stromrichtung sein kann, ist mit 52 bezeichnet. Der Schalter io besteht in an sich
bekannter Weise aus einem festen Kontakt 32 und einem drehbar gelagerten Schalthebel
31. Zum Einlegen des Schalters dient ein Kniehebel 14" der mittels eines Relais
14 betätigt wird. Das Relais 14 wird durch ein Relais 29 gesteuert, welches seinerseits
durch Schließen des Druckknopfschalters 28 erregt werden kann. Der 'Schalthebel
31, an welchem der eine Ankerplatte tragende Hebel 15 angelenkt ist, wird durch
den Haltemagneten 13 gegen die Wirkung der Feder 12 in der Einschaltlage festgehalten.
Der Haltemagnet wird durch eine Spule 16 erregt, die über einen Druckknopfschalter
26 und einen Widerstand 27 an ein .Gleichstromnetz 53 angeschlossen ist. Der Widerstand
27 kann über den Druckknopfschalter 28 und die bei eingelegtem Schalter geschlossenen
Kontakte 3o kurzgeschlossen werden. Hierdurch wird die Eri egung der Spule 16 verstärkt.
Die Spule 16 ist so angeordnet, daß ,der von ihr erzeugte magnetische Fluß in der
durch die Pfeile angegebenen Richtung fließt. Die dem Haltemagneten entgegenwirkende
Stromschleife ist mit 17 bezeichnet. Der von dieser erzeugte Fluh muß natürlich
stets in der der Richtung des Haltemagnetenflusses entgegengesetzten Richtung fließen.
-
Um dies zu erreichen, wird gemäß der Erfindung die Spule 17 über Elektronenröhren
19, 2o und Transformatoren 21, 22 von dem Netz 52 aus gespeist. Wie aus der Zeichnung
zu ersehen ist, sind die Röhren so angeordnet, daß.:der Strom infolge der Ventilwirkung
der Röhren immer nur in einer Richtung durch die Stromschleife 17 fließen kann.
-
Die Röhren i9 und 2o können in irgendeiner bekannten Weise ausgeführt
sein. Besonders günstig sind elektrolytische Röhren mit Tantal-Kathod'e. Zweckmäßig
ordnet man in dem Röhrenstromkreis noch Drosselspulen 23 und 24 an, welche die Pulsation
des gleichgerichteten Stromes ausgleichen.
-
Um die Stromstärke, bei der der Schalter
anspricht,
von der Schnelligkeit, mit der der Überstrom zunimmt, abhängig zu machen, liegt
parallel zu der Stromschleife 17 ein hoch induktiver Widerstand 25. Durch die Induktivität
dieses Widerstandes wird, wie bereits erwähnt, die Stromverteilung zwischen Stromschleife
und Widerstand 25 in der Weise beeinflußt, daß bei sehr rasch zunehnien:.lein Strom
der größere Teil des Stromes durch die Schleife 17 fließt, so daß in diesem Fall
der Schalter schon bei erheblich geringeren Stromstärken anspricht als bei langsam
ansteigendem Strom, der sich gleichmäßig auf Stromschleife und Widerstand verteilt.
Durch geeignete Bemessung der Ohmschen und induktiven Widerstände der Stromschleife
und des Widerstandes 25 kann man erreichen, daß der Schalter selbst bei sehr hohen
Überströmen nur dann anspricht, wenn der Strom mit einer bestimmten :Mindestgeschwindigkeit
zunimmt. Ferner kann man durch geeignete Bemessung des Widerstandes 25, der Stromschleife
17 sowie der Auslösezeit des Schalters erreichen, daß der Moment des Ausschaltens
mit einem Nulldurchgang des Netzstromes zusammenfällt.
-
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Sobald man den Schalter
28 schließt, wird das Relais 29 erregt und schließt seine Kontakte. Infolgedessen
wird das Relais 14 erregt, welches mittels des Kniehebels 14" den Schalter einlegt.
Infolge des Einlegens des Schalters werden auch die Kontakte 30 geschlossen, so
daß die Erregerspule des Relais 29 über den Schalter 28 und die Kontakte 3o kurzgeschlossen
ist. Das Relais 29 fällt infolgedessen ab und unterbricht den Stromkreis des Einschaltrelais
14 wieder.
-
Bei normalem Betrieb ist der über die Röhren i9, 2o und die Transformatoren
2i, 22 durch die Spule 17 fließende Strom unzureichend, um den Haltemagneten 13
so weit zu schwächen, daß er den Schalthebel 31 losläßt.
-
Sobald ein Überstrom auftritt, wächst die Wirkung der Stromschleife
17. Wenn eine bestimmte Stromstärke erreicht ist, löst der Schalter aus. Die Höhe
der Stromstärke, bei der dies der Fall ist, ist, wie bereits erwähnt, davon abhängig,
mit welcher Geschwindigkeit der Strom anwächst, Will man erreichen, daß der Schalter
nur dann anspricht, wenn der Überstrom mit einer bestimmten Geschwindigkeit einsetzt,
so muß man die Anordnung in der in Abb. 2 dargestellten Weise treffen. Bei dieser
ist der Nebenschlußwiderstand 25 fortgelassen und die Stromschleife 17 an die Sekundärwicklung
33 eines Transformators 34 angeschlossen. Die Primärwicklung 35 dieses Transformators
wird über die Stromtransformatoren 2i" bzw. 22" und die Röhren i9 bzw. 2o gespeist,
und zwar mit einem gleichgerichteten Strom, der eine Funktion des in dem Netze 52
fließenden Stromes ist. Wächst der Strom in dem Netze 52 nur langsam an, so besitzt
der in der Sekundärwicklung 33 des Transformators 34 induzierte Strom nur eine zu
vernachlässigende Größe. Sobald aber ein Kurzschluß in dem zu überwachenden Stromkreis
auftritt, fließt ein verhältnismäßig starker Strom in der Wicklung 33, welcher genügt,
die Auslösung des Schalters zu veranlassen.
-
Die Stromtransformatoren 21, und 22Q können in Reihenschaltung in
einer der Leitungen des Netzes 52 liegen oder aber, wie es bei den in Abb. i dargestellten
Ausführungsbeispiel der Fall ist, in Parallelschaltung.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 sind die Röhren i9 und 2o
sowie die mit diesen verbundene Stromschleife 17 über Drosselspulen 34, 35 an das
Netz 52 angeschlossen. Parallel zu der Stromschleife 17 liegt wieder der induktive
Widerstand 25. Bei dieser Ausführung schwächen die Drosseln 34 und 35 bereits die
Pulsation des gleichgerichteten Stromes ab, so daß nicht, wie bei den vorhergehenden
Ausführungen, erforderlich ist, besondere Drosselspulen 23 und 24 anzuordnen.
-
Man kann auch, wie es in Abb. 4 dargestellt ist, die Röhren i g, 2o
über nicht induktive Widerstände 36 und 37 speisen. Um Pulsationen des gleichgerichteten
Stromes zu vermeiden, die besonders dann auftreten, falls die Induktivität der Stromschleife
17 klein ist, sind bei diesem Ausführungsbeispiel wieder die Drosselspulen 23 und
24 vorgesehen. Die Anordnung gemäß Abb.4 ist besonders geeignet, wenn in dem Netz
52 ein seine Richtung ändernder Gleichstrom fließt. Wie bei den übrigen Anordnungen
spricht der Schalter bei einem geringeren Wert an, wenn der zu überwachende Strom
rasch anwächst, als wenn die Zunahme des Stromes langsam eintritt.
-
In Abb. 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das Wechselstromnetz
54 durch einen dreipoligen Schnellschalter 38 geschützt ist, der als Ölschalter
ausgebildet ist. Der kßntakthebel dieses Schalters ist mit 39 bezeichnet und in
einem Ölbehälter 40 angeordnet. Soll der Schalter zum Abschalten hoher Spannungen
und Leistungen benutzt werden, so sieht man zweckmäßig noch an sich bekannte Löschkammern
41 vor. Durch den Einfluß einer Feder 42 ist der Schalter bestrebt, in der Offenstellung
zu verharren. Mittels eines Steuerhebels 43 kann er in die Geschlossenstellung gebracht
werden,
in der er durch den Anker 44 und den Haltemagneten
13 festgehalten wird. Die dem Haltemagneten entgegenwirkende Strömschleife
17, zu welcher der induktive Widerstand 25 parallel liegt, ist über
ein Entladungsgefäß 45 und Stromtransformatoren 46, 471 4.g. 49 und 50, 51 an das
zür überwachende Netz 54 angeschlossen. Die Stromschleife 17 wird also von
einem gleichgerichteten Strom durchflossen, dessen Wert sowohl von der Größe des
Stromes in den drei Netzphasen als auch von :der Schnelligkeit der Zunahme des Stromes
in dem Netz 54 abhängig ist. Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, liegen die Primärwicklungen
der Stromtransformatoren in Parallelschaltung zu je einer der Leitungen des Netzes
54, während die Sekundärwicklungen in Reihe geschaltet sind. Der Mittelpunkt jedes
Paares von Sekundärwicklungen ist an die zu der Stromschleife 17 führende Leitung
52 angeschlossen, während die Enden der Sekundärwicklungen zu je einer Anode des
Entladungsgefäßes 45 geführt sind. 53 ist die für alle Anoden gemeinsame Kathode
des Entladungsgefäßes.
-
An Stelle des für alle Transformatoren gemeinsamen Entladungsgefäßes
kann man natürlich auch für jeden Transformator eine besondere Röhre vorsehen. Ferner
kann man auch reihengeschaltete Transformatoren oder Drosselspulen sowie Ohmsche
Widerstände verwenden.
-
Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Abb. 5 ist folgende: Sobald
man den Schalter 39 mittels des Steuerhebels 43 eingelegt hat, ist das Netz 54 mit
seinen Abzweigen verbunden. Wenn in dem Netz 54 der Strom seine normale Höhe hat,
so reicht der in die Stromschleife 17 über die Transformatoren des Entladungsgefäßes
fließende Strom nicht aus, -um die Wirkung des Haltemagneten 13 so weit zu schwächen,
daB der Schalter auslöst.
-
Sobald aber ein Überstrom in dem zu überwachenden Netz auftritt, nimmt,
wie bereits beschrieben, die Wirkung der Stromschleife so weit zu, daß der Schalter
abfällt. Die Höhe des Stromes, bei dem dies eintritt, richtet sich danach, ob der
Strom langsamer oder rascher zunimmt.
-
Verwendet man mehrere der im vorstehenden beschriebenen Schalter in
einem Netz, und ist es wünschenswert, daß einer der Schalter bei plötzlich zunehmender
Stromstärke sehr rasch anspricht, während die anderen langsamer ansprechen sollen,
so muB man bei diesen Schaltern an Stelle des parallel zu der Stromschleife liegenden
induktiven Widerstandes einen nicht induktiven Widerstand oder einen Kondensator
anordnen. Die mit einem solchen Widerstand ausgerüsteten Schnellschalter sprechen
dann etwas später als die mit einem induktiven Widerstand ausgerüsteten Schalter
an.