DE539555C - Elektrischer Mehrfachschalter fuer Mehrphasenstromkreise - Google Patents

Description

Bur. Ind.

AUSGEGEBEN AM 4. DEZEMBER 1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVl 539 KLASSE 21 c GRUPPE

Elektrischer Mehrfachschalter für Mehrphasenstromkreise Patentiert im Deutschen Reiche vom 6. Juli 1924 ab

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Schalter zur Unterbrechung von Mehrphasenstromkreisen, und zwar auf Schalter mit einer Mehrzahl von Unterbrechungsstellen. Insbesondere betrifft sie solche Vorrichtungen, durch die die Unterbrechung des Stromkreises durch die Trennung von Kontakten unter Öl oder einer anderen Flüssigkeit erfolgt, wenngleich die Erfindung auf diese

to Axt der Anwendung nicht beschränkt ist.

In den nachstehenden Erörterungen sind für die in Frage kommenden technischen Begriffe gewisse Ausdrücke verwendet, die zur Vermeidung von Mißverständnissen zunächst erläutert sein mögen. Es ist dort die Rede von Kontaktpaaren. Hierunter sind zwei gegeneinander bewegliche Kontakte zu verstellen, zwischen denen bei der Trennung ein Lichtbogen entsteht. Wie auch sonst meistens üblich, ist einer der Kontakte in der Regel fest und der andere beweglich. Festzuhalten ist, daß parallel mit solchen Kontaktpaaren, noch andere Paare von. größeren Kontakten geschaltet sein können, die so angeordnet sind, daß die bei der Trennung entstehenden Lichtbogen an diesen größeren Paaren, nicht aber an den vorerwähnten kleineren sich bilden.

Von diesen Kontaktpaaren wird nachstehend dargelegt, daß die sie bildenden Kontakte voneinander getrennt werden. Eine solche Trennung vollzieht sich in dem Augenblick, in dem die mechanische Berührung der beiden ein Paar bildenden Kontakte aufhört, also in dem Augenblick, in dem ein Lichtbogen sich bilden würde, wenn das Kontaktpaar stromdurchflossen wäre. Das Kontaktpaar bildet in diesem Augenblick eine Unterbrechung oder eine Unterbrechungsstelle.

Der Schalter, von dem nachstehend die Rede ist, hat eine Anzahl von Schalterelementen. Unter einem Schalterelement wird derjenige Teil des Schalters verstanden, der hintereinandergeschaltet ist mit einem Leiter des Mehrphasensystems, in dem der Schalter verwendet wird; jeder dieser Leiter verbindet eine bestimmte Klemme an der Stromquelle mit einer bestimmten Klemme am Stromverbraucher. Beispielsweise hat ein Dreiphasenschalter drei Schalterelemente, ganz unabhängig davon, wieviel bei der Unterbrechung voneinander zu trennende Kontaktpaare in jedem dieser Elemente vorgesehen sind.

Die Erfindung geht aus von den bisher im allgemeinen verwendeten Schaltern, bei denen die gegenseitige Trennung der Kontakte zweier oder mehrerer Kontaktpaare gleichzeitig oder doch annähernd gleichzeitig

vor sich geht. Hier bestehen große Verschiedenheiten im Ergebnis der Unterbrechung, die unter anderem auf dem Wert der Stromstärke im Augenblick der Trennung der Kontakte voneinander beruhen. Die beim Unterbrechungsvorgang frei werdende Energie, die in Form der Wärme der nach der Trennung der Kontakte entstehenden Lichtbogen frei wird, kann ihrem Betrag nach sehr klein oder sehr groß sein bei im übrigen gleichem Zustand des äußeren Stromkreises, je nach dem im Augenblick der Schaltung vorhandenen Wert der Stromstärke.

Der Zweck der Erfindung ist es, in jedem besonderen Fall die durchschnittliche und auch die Höchstenergie, die beim Unter;-brechungsvorgang frei wird, herabzusetzen und dadurch die Leistungsfähigkeit des Schalters zu erhöhen.

Zu demselben Zweck hat man bereits bei Einphasenschaltern mit einer Mehrzahl von hintereinandergeschalteten Kontaktpaaren diese so angeordnet, daß die Kontakte der Paare nacheinander getrennt wurden. Dies hat zur Folge, daß wenigstens an einem der verschiedenen Kontaktpaare die Trennung in dem Augenblick erfolgt, in dem sich der Strom dem Wert Null nähert. Weiter ist es bekannt, in Mehrphasenstromkreisen Mehrfachschalter zu verwenden, bei denen die erste Unterbrechung an zwei Kontaktpaaren gleichzeitig, die zweite Unterbrechung an zwei anderen Kontaktpaaren wieder gleichzeitig erfolgt usw. Demgegenüber sieht die Erfindung bei einem Mehrfachschalter für Mehrphasenstromkreise mit je einem mit zwei oder mehreren hintereinandergeschalteten Unterbrechungsstellen versehenen Schalterelement in jeder Phase vor, daß die erste: Unterbrechung in allen den verschiedenen Phasen nacheinander, nicht gleichzeitig, erfolgt und daß nach der ersten Unterbrechung in jeder Phase, die zweite Unterbrechung in den verschiedenen Phasen ebenfalls nacheinander, und zwar in derselben Reihenfolge wie die erste Unterbrechung, vor sich geht und so weiter auch für die anderen Unterbrechungsstellen. Hierdurch entsteht der Vorteil, daß eine größere Anzahl von Unterbrechungsstellen nacheinander in Tätigkeit tritt, ohne daß dazu eine übergroße Zahl von Kontaktpaaren nötig wäre. Die Erfindung kann beispielsweise auf Unterbrecher angewendet werden, die nur zwei Unterbrechungsstellen in jeder der drei Phasen haben, wobei dann die Leitung an sechs Stellen hintereinander unterbrochen wird.

Dadurch, daß beim Öffnen des Schalters sämtliche Kontaktpaare der verschiedenen Schalterelomente in einer bestimmten Zeitfolge nacheinander getrennt werden, und zwar während einer Periode oder eines Teiles einer solchen, wird in gleicher Weise wie bei Schaltern mit nacheinander trennenden Kontaktpaaren erreicht, daß wenigstens eines der Kontaktpaare in einem solchen Punkt der Periode oder in der Nähe desselben getrennt wird, in welchem der Betrag der abzuschaltenden Energie wesentlich kleiner ist als ihr Höchstwert.

Wenn beispielsweise zwischen zwei Leitungen ein Kurzschluß eintritt, liegen die Kontaktpaare in den beiden mit diesen Leitungen hintereinandergeschalteten Schalterelementen in Reihe, und da die Trennung der Kontakte nacheinander stattfindet, ergibt sich eine größere Unterbrechungskapazität. In der Zeichnung ist die Erfindung an verschiedenen zweckmäßigen Ausführungsbeispielen von Schalterelementen erläutert. Die Abbildungen zeigen Schalter elemente, von denen je eines in Reihe-mit jeder Leitung eines Mehrphasennetzes liegt; diese Schalterelemente arbeiten für die verschiedenen Leitungen gemäß der Erfindung zusammen.

Abb. ι zeigt schematisch eine Ausführungsform eines einzelnen Schalterelementes, Abb. 2 in ähnlicher Darstellung ein zweites Bei- go spiel; Abb. 3 ist eine Ansicht der Teile nach Abb. 2, von links gesehen; Abb. 4 stellt eine weitere Ausführungsform eines Schalterelementes schematisch dar.

Diese Zeichnungen zeigen, wie durch Verwendung von Kontaktstücken verschiedener Länge die Unterbrechungen an einem einzigen Schalterelement so eingerichtet werden können, daß sie nacheinander und nicht gleichzeitig in Wirksamkeit treten. Ebenso können Kontaktstücke von verschiedener Länge, in den verschiedenen Schalterelementen auch dazu verwendet werden, um sicherzustellen, daß die Unterbrechungen in verschiedenen Phasen nicht gleichzeitig eintreten.

Abb. ι zeigt ein Schalterelement von bekannter und viel benutzter Bauart, bei dem ein beweglich gelagerter Hauptkontakt 10 und zwei feste Kontakte 11 vorhanden sind. In bekannter Weise sind ferner zwei Paare von Funkenkontakten 12, 13 vorgesehen, die in diesem Ausführungsbeispiel die in Reihenschaltung liegenden Kontaktpaare mit aufeinanderfolgender Trennung der Kontakte darstellen. Die Kontakte 12 sind zusammen mit der Kontaktbürste 10 beweglich, indem sie wie der Kontakt 10 von einer Stange 14 mittels eines Querstückes 15 getragen werden. Beide Kontakte 12 sind gegenüber den Kontakten 13 auf diesem Querstück 15 einstell- iao bar angebracht und werden federnd gegen diese gedrückt, so daß der Zeitabstand zwi-

sehen dem Auseinandergehen der Kontakte des einen Paares und demjenigen, des anderen Paares genau geregelt werden kann.

In der Ausführungsform der Abb. 2 und 3 ist die Erfindung angewendet auf ein Schalterelement mit Fingerkontakten. Die festen Hauptkontakte sind wie in Abb. 1 mit 11 und die Hilfskontakte mit 12 und 13 bezeichnet. Diese Hilfskontaktpaare nun sind, • 10 wie die Zeichnung ohne weiteres erkennen läßt, so angeordnet, daß an ihnen die Kontakte nacheinander, nicht gleichzeitig, getrennt werden.

Bei beiden Ausführungsformen (Abb. 1 bis 3) wird der Stromkreis an den Hilfskontakten 12 und 13 endgültig unterbrochen. In gewissen Fällen aber kann man auch die Hilfskontakte weglassen und die Kontakte des Hauptkontaktpaares so trennen, daß ein

ao Kontakt eines solchen Paares, z. B. einer der Kontakte 11 und der zugehörige Gegenkontakt 10, früher voneinander getrennt werden als die des anderen Kontaktpaares 10, 11. Abb. 4 zeigt eine bekannte Bauart eines Schalterelementes mit mehr als zwei in Reihe geschalteten Unterbrechungsstellen, bei dem die Hauptkontakte 11 außen neben den Hilfskontakten liegen und die letzteren, sowohl die festen wie die beweglichen Kontakte der einzelnen Paare, von Isolierkörpern 16 getragen werden. Die Hilfskontakte sind so angeordnet, daß sie, wenn die Brücke mit dem beweglichen Kontaktglied 10 zur Trennung der Hauptkontakte gesenkt wird, nacheinander von ihren Gegenkontakten getrennt werden. Die Längeneinstellung der einzelnen Kontaktteile der Hilfskontakte ist auf der Zeichnung der größeren Klarheit wegen übertrieben dargestellt. Zu erkennen ist, daß die Unterbrechung des Stromkreises an den Hilfskontakten nacheinander von rechts nach links fortschreitet.

In jedem Fall werden ähnliche Schalterelemente in den übrigen Phasen der Anlage vorgesehen, beispielsweise bei einem Dreifachunterbrecher drei Schalterelemente. Die Querstücke oder Brückenstücke 15 werden alle zu gleicher Zeit bewegt; aber die Kontakte 12 sind alle von verschiedener Längenbemessung, so daß niemals zwei Unterbrechungsstellen zugleich in Tätigkeit treten, sondern der erfindungsgemäße Schaltvorgang erzielt wird.

Bei Einstellung der Kontakte in einem Fall, in dem mit einer wegen irgendeiner Fehlstelle unsymmetrisch gestalteten Stromwelle nicht gerechnet zu werden braucht, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Unterbrechungen über ein Zeitintervall entsprechend einer halben Periode der Frequenz des Systems zu verteilen. Wenn daher, wie es vorteilhaft erscheint, die Unterbrechungen in gleichen Zeitabständen erfolgen, so wird die halbe Periode in ebenso viele Teile geteilt, als Unterbrechungsstellen vorhanden sind. Sind £ beispielsweise nur zwei Unterbrechungsstellen vorgesehen, so würde dieser Zeitabstand Y₄ Periode entsprechen, so daß wenigstens an einem Kontaktpaar die Unterbrechung innerhalb V_s Periode vor sich geht, gerechnet von dem Augenblick, in dem der Strom in dieser Phase durch Null geht. Ebenso würde, wenn drei Unterbrechungsstellen vorgesehen sind, der Zeitabstand gleich Ve Periode sein und der gesamte Zeitabstand zwisehen der ersten bis zu der letzten Unterbrechung gleich V3 Periode.

Besonderer Beachtung bedarf ein Fall, bei dem infolge eines Kurzschlusses der Strom innerhalb r Periode ganz unsymmetrisch wird, wenn also, der Wert einer Stromspitze Null oder beinahe Null ist. Unter diesen Umständen hat sich gezeigt, daß die beste Einstellung der Kontakte eine solche ist, daß die Unterbrechungen auf ein Zeitintervall von 8, einer ganzen Periode verteilt werden. Wenn hierbei nur zwei Unterbrechungsstellen vorhanden sind, würde die Unterbrechung an beiden Stellen in einem Zeitabstand von Y₂ Periode erfolgen, beim Vorhandensein von drei Unterbrechungsstellen in einem Zeitabstand von V3 Periode usw. Im allgemeinen würde also für den Fall einer unsymmetrischen Stromwelle bei n-Unterbrechungsstellen der Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Unterbrechungen gleich

— Periode sein, und der Gesamtabstand von der ersten bis zur letzten Unterbrechungsstelle gleich Perioden.

Da die Geschwindigkeit der Kontaktbewegung nicht für alle Konstruktionen und alle Ausführungen einen und denselben Wert hat, so soll aber schon aus diesem Grunde io_; die Erfindung nicht etwa auf die oben beispielsweise erwähnten Zeitabstände beschränkt sein.

In der Praxis erscheint es am zweckmäßigsten, die Zeitabstände zwischen den m Kontakten der Kontaktpaare für die geringste wahrscheinlich eintretende Geschwindigkeit der Kontaktbewegung zu wählen. Sind mehrere Kontaktpaare vorhanden, so entstehen weniger Verluste, wenn der Ab- 11; stand gegenüber dem theoretisch besten Wert etwas größer gewählt wird, als wenn man ihn um ebensoviel kleiner nehmen würde.

Ein Schalterelement, wie es beispielsweise 12c in den Abb. 1 bis 4 dargestellt ist, wird in Reihe mit jeder Leitung eines Mehrphasen-

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Stromkreises vorgesehen: die einzelnen Schalterelemente sind gemäß der Erfindung so zueinander angeordnet, daß die Kontaktpaare .bei sämtlichen Elementen nacheinander während einer Periode oder eines Teiles einer solchen getrennt werden, damit sichergestellt wird, daß wenigstens an einer Stelle die Trennung an einem dafür günstig gelegenen Punkt der Stromkurve stattfindet. Die verschiedenen Schalterelemente sind zu einem einzigen Mehrphasenschalter vereinigt, der die nötige Anzahl von Kontaktpaaren hat. Dabei sind die Schalterelemente so miteinander kombiniert, daß während des Zeitab-Standes zwischen der Trennung der Kontakte zweier Kontaktpaare bei einem Element ein Kontaktpaar von einem anderen Element getrennt wird, und zwar in regelmäßigen Zeitabständen zwischen der Trennung an den verschiedenen Kontaktpaaren.

In einem dreipoligen Schalter mit zwei Unterbrechungsstellen in jedem Schalterelement kann man gute Ergebnisse für Netze mit völlig symmetrischer Stromvertei-2g lung während einer Periode erzielen, wenn man die Kontaktpaare an jedem Element so einstellt, daß die. Kontakte im Abstand von ³/s einer Periode getrennt werden. Dieser Abstand ist gleich einem Abstand von Vi Periode, wie vorstehend für ein symmetrisches Netz beschrieben, plus einer Toleranz von Ve Periode. Stellt man die Kontakte also so ein, daß die Kontaktpaare in jedem. Element in einem Abstand von ³/_s einer Periode getrennt werden und daß das Kontaktpaar, das bei jedem Element zuerst unterbricht, mit einem Abstand von Vs Periode vor dem zuerst getrennten Kontaktpaar des "benachbarten Elementes in Tätigkeit tritt, so öffnen die Kontaktpaare an allen drei Elementen nacheinander mit einem Abstand von Ve Periode bei einem Gesamtabstand von ^δ/₃ einer Periode zwischen der Trennung am ersten und derjenigen am letzten Kontaktpaar.

Bei Anwendung der Erfindung auf einen Schalter mit drei Polen oder Elementen mit doppelter Unterbrechung, für einen Stromkreis mit 50 Perioden und einer Unterbrechungsgcschwindigkeit von 50 Zoll (125 cm) in der Sekunde, was den praktisch vorkommenden Werten entsprechen dürfte, kann man die obenerwähnten Perioden in den Bruchteilen eines Zolls darstellen: Vs einer Periode ist gleich ¹Z₈ Zoll, und die Kontakte werden so eingestellt, daß der größte Unterschied in der Stellung ⁵/s Zoll (16 mm) beträgt. Während diese Einstellungen gute Ergebnisse geliefert haben bei Gelegenheit von Versuchen, bei denen die Langsamkeit der Stromunterbrechung Zeit gewährte für die | Wandlung aus völlig unsymmetrischer Belastung, wird es sich, wie schon an anderer Stelle erwähnt, empfehlen, in allen Fällen, wo mit unsymmetrischen Belastungen durchaus gerechnet werden muß, die vorerwähnten Abstände und Zeitunterschiede zu verdoppeln.

Aus vorstehendem ergibt sich, daß die Abstände bei Stromunterbrechungen mit Beschleunigungsfedern oder anderen Mitteln, die eine höhere Unterbrechungsgeschwindigkeit herbeiführen, größer werden müssen.

Für einen zweiphasigen Schalter werden die Kontaktpaare 5σ angeordnet, daß sie in beiden Schalterelementen abwechselnd mit gleichen Zeitabständen trennen, bei einem vierphasigen Schalter wird ein Kontaktpaar in jedem Element getrennt, bevor das zweite Kontaktpaar in irgendeinem Element getrennt wird, und diese Ordnung muß durch die ganze Reihe von Kontaktpaaren aufrechterhalten werden bei gleichen Zeitabständen. In den vorstehenden Darlegungen ist die zweckmäßigste Wirkungsweise eines Schalters nach der Erfindung bei einer gegebenen Anzahl von Kontaktpaaren dahin erläutert, daß die Trennung in der Nachbarschaft des Nullpunktes der Stromkurve stattfinden solle. Es muß aber festgestellt werden, daß diese Erläuterung keineswegs vollständig ist und durchaus nicht alle möglichen Fälle der Erfindung umfaßt. Immerhin läßt sich sagen, daß ein nach der Erfindung ausgeführter Schalter scf arbeitet, daß wenigstens eines der Kontaktpaare an einem Punkt der Stromkurve getrennt wird, der dem günstigsten Punkt so nahe liegt als praktisch möglich, je nach den jeweilig obwaltenden Bedingungen.

Gegebenenfalls kann der Ausschalter mit einer Verriegelungsvorrichtung versehen werden, die die Trennung der Unterbrecherkontakte verhindert, bis die Hauptkontakte voneinander getrennt worden sind. Dadurch würde die Entstehung eines Lichtbogens quer durch die Hauptkontakte verhindert. Weiter kann eine magnetische Verriegelungs- oder Verzögerungsvorrichtung vorgesehen werden, die die Trennung der Unterbrecherkontakte so lange verhindert oder verzögert, bis der Strom auf einen vorausbestimmten geringen Wert herabgegangen ist. Derartige Vorrichtungen sind bekannt und bilden an und für sich nicht den Gegenstand der Erfindung.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Elektrischer Mehrfachschalter für Mehrphasenstromkreise mit je einem mit zwei oder mehreren hintereinandergeschalteten Unterbrechungsstellen versehenen Schalterelement in jeder Phase, dadurch

   gekennzeichnet, daß die erste Unterbrechung in allen den verschiedenen Phasen nacheinander, nicht gleichzeitig, erfolgt und daß nach der ersten Unterbrechung in jeder Phase die zweite Unterbrechung in den verschiedenen Phasen ebenfalls nacheinander, und zwar in derselben Reihenfolge wie die erste Unterbrechung, vor sich geht, und. so weiter auch für die weiteren Unterbrechungsstellen.
2. 2. Elektrischer Mehrfachschalter für Dreiphasenstrom nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß alle Unterbrechungen in im wesentlichen gleichen Zeitabständen vor sich gehen.
3. 3. Elektrischer Mehrfachschalter nach Anspruch 1 oder 2 mit η in Reihe geschalteten Kontaktpaaren in jeder Phase, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitunterschied zwischen der ersten und der letzten Unterbrechung in jeder Phase annähernd gleich dem
   Periode bemessen ist.

   η — ι

   ten Teil einer

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen