DE564769C

DE564769C - Einrichtung zur Verminderung der Ausloesezeit selbsttaetiger elektrischer Schalter

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Publication number: DE564769C
Application number: DEA50954D
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1927-05-07
Filing date: 1927-05-17
Publication date: 1932-11-23
Also published as: FR653850A; US1889479A; CH127386A; NL24832C

Description

Die Auslösung gewöhnlicher elektrischer Schalter erfolgt meist in der Weise, daß man auf den beweglichen Schalterkontakt eine Feder- oder Gewichtskraft wirken läßt, die beim Normalbetrieb verriegelt ist und bei Überschreitung des Grenzstromes durch Lösung der Verriegelung freigegeben wird. Der Schalter wird dann augenblicklich, immerhin jedoch nach Beschleunigung seiner beweglichen Massen, geöffnet. Um die Schalterauslösung rascher erfolgen zu lassen, würde es genügen, die Federkraft — Gewichte kommen für Schnellschalter wegen der zu beschleunigenden Massen nicht in Frage — zu vergrößern; eine verstärkte Feder hat aber eine größere Reibung an dem Auslösegesperre zur Folge, was wiederum die Erhöhung der Auslösekraft bedingt. Daher kommt man bald zu einer Grenze,

ao über welche hinaus man aus praktischen und wirtschaftlichen Gründen die Federkraft für die Ausschaltbewegung nicht mehr vergrößern darf. Da aber für gewisse Betriebe eine ganz besonders rasche Schalterauslösung nötig ist, hat man zahlreiche Wege beschritten, um die Zeit der Schalterauslösung zu verkürzen.

Unter anderem ist es bekannt geworden, elektrodynamische Kräfte zur Einwirkung auf das Schaltglied heranzuziehen, wobei sich der Schalter um so energischer öffnet, je steiler der Strom ansteigt. Andererseits hat man auch bereits das Schaltglied von mehreren Kräften beeinflußt, die sowohl unabhängig voneinander als auch gleichzeitig die Schalteröffnung verursachen können. Diese Kräfte, \'on denen die eine von· einer Feder geliefert wird, können unabhängig voneinander auf das bewegliche Schaltglied einwirken, so" daß sowohl jede für sich als auch beide gemeinsam die Öffnung des Schalters bewirken können.

Die Erfindung besteht nun darin, daß die Federkraft, welche im eingeschalteten Zustande des Schalters durch mechanische Verriegelung unwirksam gemacht ist und bei Überschreitung eines Grenzstromes entriegelt wird, mit dem beweglichen Schaltglied über einen Freilauf bzw. eine Feder derart gekuppelt ist, daß die Kupplung in der Ausschaltrichtung des Schalters starr, in der Einschaltrichtung dagegen gelöst oder elastisch ist, während die weitere, lediglich von dem Wert des Stromanstieges abhängige Auslösekraft auf das Schaltglied derart einwirkt, daß die Öffnung des Schalters unabhängig davon erfolgt, ob die Verriegelung der Federkraft gelöst ist oder nicht.

Dieses neue Mittel zur Beschleunigung des Ausschaltvorganges läßt eine große Menge

von Ausführungsmöglichkeiten zu, von denen drei an Hand der Zeichnung erläutert werden sollen. Abb. ι stellt das Schaltschema eines Schnellschalters, Abb. 2 und 3 eine Einzelheit desselben in zwei Varianten dar; in Abb. 4 und 5 ist eine weitere Variante veranschaulicht, wie sie für Rückstromauslösung in Frage kommt.

Bei diesem Schalter wirken gemäß Abb. 1 /o auf das bewegliche Schaltglied a, welches in eingeschaltetem Zustand an der festen Schaltbürste b anliegt, bei der Ausschaltung zwei Auslösekräfte, eine Klinkenauslösung und eine elektrodynamische Auslösung. Da die eine der anderen weder gleich zu sein noch mit ihr synchron zu wirken braucht, sind sie nicht starr, sondern elastisch miteinander gekuppelt. Die Schalterwelle ist daher aus zwei Teilen c und d zusammengesetzt; das bewegliche Schaltglied a- sitzt fest auf dem Teil c der Welle und ist mit dem Teil d derselben durch eine Freilaufkupplung oder durch die ähnlich wirkende Feder e verbunden, die an einem Stift s des Schaltgliedes a befestigt ist; auf dem Wellenstück d sitzt ferner ein Mitnehmerhebel r. Die Ausschaltfeder / der Klinkenauslösung greift an dem auf dem Wellenstück d sitzenden Hebel g an, der durch die Klinke h in der Einschaltstellung gehalten wird. Diese steht unter dem Einfluß des Höchststrommagnets i. Auf der anderen Seite liegt im Magnetfelde der Spule m die als Drehspule ausgebildete Kurzschlußwindung k, die auf Stromänderungen anspricht und auf dem Teil c der Schalterwelle sitzt. Um eine ungewollte Schalteröffnung beim Einschalten auf induktionsfreie Vollast zu verhindern, kann man die elastische Kupplung e (bzw. den Freilauf) zwisehen den Wellen c und d willkürlich verriegelbar machen.

Wie aus Abb. 2 hervorgeht, liegt diese Kurzschlußwindung in dem konzentrisch zur Drehachse c der Drehspule k verlaufenden Luftspalt I eines von der Hauptstromwickluug m erregten dreischenkligen Magnetkernes n. Bei raschem Stromanstieg wird in ihr transformatorisch ein der Feldänderung proportionaler Kurzschlußstrom induziert, der der Feldänderung entgegenwirkt; da zwei Seiten der Spule k aber von den durch gestrichelte Linien angedeuteten Kraftlinien im Luftspalt I des Magnets η geschnitten werden, wird auf ihre vom Kurzschlußstrom durchflossenen Außenleiter im Sinne der ausgezogenen Pfeile eine elektrodynamische Kraft ausgeübt, die um so größer ist, je rascher der Strom in der Spule m ansteigt und je größer sein Absolutwert ist. Um die Wirkung zu erhöhen, könnten die beiden magnetischen Kreise, von denen der eine der transformatorischen Induktion des Kurzschlußstromes, der andere der Erzeugung des Drehmomentes der Spule dient, voneinander getrennt werden (Abb. 4 und 5), da ja fis die Kurzschlußwindung k das von der Primärspule m erzeugte Feld dämpft.

Bei einem Kurzschluß im Stromkreise des Schalters a., b ist die Wirkung so, daß infolge des momentanen Stromanstiegs die Spule k 7» ein Drehmoment erfährt und den Schalthebel α von der Bürste b abhebt; zugleich ist aber durch den Überstrom die Klinke h gelöst worden, so daß nunmehr die Feder / über den Hebel g, das Wellenstück d und die Kupplungsfeder e bzw. über die Mitnehmervorrichtung r, s ebenfalls ein Ausschaltmoment im gleichen Sinne wie die Spule k auf den Schalthebel α ausübt, noch ehe der Kurzschlußstrom im Hauptstromkreis seinen Höchstwert erreicht hat und konstant geworden ist. Man erkennt daraus, daß der Schalter außerordentlich rasch auslöst. Die Löschung des Schaltlichtbogens kann dabei auf irgendeine bekannte Art und Weise erfolgen, die mit der vorliegenden Erfindung nichts zu tun hat.

Daß die Spule k auch bei betriebsmäßigen Stromanstiegen unterhalb des Grenzstromes ein Drehmoment ausübt, das den Kontakt- go druck zwischen α und b vermindert oder auch zu kurzzeitigen Öffnungsbewegungen des Schalters führt, ist in vielen Betrieben ohne weiteres zulässig oder gar erwünscht; durch die Kraft der Feder e wird der Schalter dann jeweils sofort wieder geschlossen, bevor der Lichtbogen zwischen den Schaltkontakten abgerissen ist. Es ist aber auch möglich, Vorkehrungen zu treffen, daß der Stromanstieg nur dann ein Drehmoment in der Spule k erzeugt, wenn der Absolutwert des Stromes eine gewisse Höhe überschreitet.

Gemäß Abb. 3 kann der Eisenkreis für die Spule k auch in zwei getrennte Kreise ri und n" aufgelöst werden, deren jeder seine eigene Erregerspule m' und m" besitzt und die zu beiden Seiten der Spulenachse c, gegebenenfalls symmetrisch zu ihr, angeordnet sind.

Anstatt die elektrodynamische Wirkung des Stromes oder Stromanstiegs für die Schalteröffnung unmittelbar nutzbar zu machen, kann man sie auch mittelbar zur Freigabe oder Auslösung jeder anderen Kraftwirkung auf den beweglichen Schaltkontakt heranziehen, beispielsweise zur Öffnung oder Schließung. des Ventils eines den Schaltarm bewegenden Druckluftmotors oder zur Kupplung des Schaltarms mit einer dauernd rotierenden Schwungmasse u. a. m.

Will man die Schnellauslösung des Schalters nur bei Rückstrom haben, bei Vorwärts-

strom dagegen keine oder nur eine gewöhnliche, gegebenenfalls zeitverzögerte Überstromauslösung, so kann man dies z. B. durch eine andersartige Ausbildung des elektrodynamischen Auslöseantriebs der Abb. 2 oder 3, etwa nach Abb. 4 und S, erreichen. Danach werden entsprechend der bereits erwähnten Variante die beiden Magnetkreise für transformatorische und motorische Beeinflussung der Kurzschlußspule k voneinander getrennt, und der Magnetkreis für motorische Beeinflussung wird als permanenter Magnet ausgebildet oder mit Gleichstrom derart fremd erregt, daß seine Richtung von der Richtung des zu schaltenden Hauptstromes unabhängig bleibt.

Abb. 4 zeigt bei einer Ausführungsform eines nur auf Rückstrom ansprechenden Schalterantriebes den Magnetkern für die

ao transformatorische Induktion der mit der Schalterachse c gekuppelten Triebspule k in Ansicht und den Magnetkreis für die Erzeugung der Bewegung der Spule k im Schnitt, während in Abb. 5 der Grundriß dieser An-Ordnung veranschaulicht ist, wobei der erstgenannte Magnetkern geschnitten, der letztgenannte Magnetkreis in Ansicht dargestellt ist. Die vom Hauptstrom durchflossene Spule ;;/· ist mit der Kurzschluß windung k durch den hier luftspaltlosen geblätterten Eisenkern η \-erkettet. Zugleich liegen die Langseiten der Spule k im Luftspalt / eines feststehenden, aus zwei Teilen 0 und p zusammengesetzten Eisenkreises, der durch die Wicklung q fremd erregt wird. Der Eisenkreis 0, p ist nun so angeordnet, daß in der Ruhelage, bei geschlossenem Schalter a, b, die Spule k etwa an der Grenze des Luftspaltes / liegt. Ferner sind die beiden Magnetkreise so erregt, daß bei einem Rückstrom im Hauptstromkreis, welchem der Schalter a, b und die Spule m angehören, die Spule k in den Luftspalt / hineingezogen, bei Vorwärtsstrom dagegen aus dem Luftspalt herausgestoßen wird. Für den ersteren Fall gelten die in die Abb. 4 und 5 eingetragenen Pfeile. Tritt also ein Rückstrom auf, so wird beim Ansteigen des Rückstromes der Schalterkontakt α (Abb. 1) in der Öffnungsrichtung mitgenommen; klingt der Rückstrom wieder ab, bevor er die für die Auslösung der Klinke h erforderliche Höhe erreicht hat, so dreht sich die Spule k in umgekehrter Richtung und schließt den Schalter a, b wieder.

Bei einem plötzlichen Anwachsen des Vorwärtsstromes wird die Spule k, die für die Drehung entgegengesetzt der gezeichneten Pfeilrichtung mit einem Freilauf versehen sein mag, aus dem Luftspalt / heraus in eine feldfreie Zone getrieben; dort verbleibt sie, weil das treibende Feld fehlt, auch dann noch, wenn der Vorwärtsstrom wieder abklingt. Sie kann erforderlichenfalls durch eine besondere Rückführfeder in die Bereitsschaftsstellung zurückgebracht werden.

Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung ist es, daß man den Schalter a, b auf Vollast einlegen kann, ohne infolge der plötzlichen bedeutenden Stromänderung eine Auslösung befürchten zu müssen, weil durch den Stromanstieg im Vorwärtssinne die Spule k in der Schließrichtung des Schalters bewegt wird.

Die Höchststromauslösung f, g, i, h des Schalters a, b soll natürlich bei beiden Stromrichtungen arbeiten, damit Überlastungen und Verbrennungen der zu schützenden Maschinen oder Apparate vermieden werden. Die letztbeschriebene Kombination eignet sich besonders für Gleichrichteranlagen. Hier wirkt sie bei Rückzündungen selektiv, d. h. nur derjenige Gleichrichter wird abgeschaltet, bei dem eine schwere Rückzündung vorliegt. Bei leichteren Rückzündungen, bei denen der Rückstrom nicht die Höchststromgrenze erreicht, findet eine endgültige Abschaltung überhaupt nicht statt, sondern der Schalter wird nur während des Rückstromanstiegs geöffnet und beim Abfallen des Rückstroms sofort wieder geschlossen. Ein derartiges Arbeiten der Einrichtung wird in der Praxis des Gleichrichterbetriebes verlangt.

Die transformatorische Übertragung einer Stromänderung auf die Drehspule kann auch mittels Stromwandler erfolgen, wie in Abb. 6 dargestellt. Hier wird die mit der Schalterachse c gekuppelte Drehspule k mittels Stromwandlers t gespeist. Da bei einem Kurzschluß die Spannung plötzlich absinkt, kann man zur Erregung des motorisch wirksamen Magnetfeldes einen Spannungswandler ν benutzen, dem primär ein Widerstand u vorgeschaltet sein kann und der sekundär die Magnetwicklung q speist. Ein derartiges Antriebssystem des Schalters a, b kann ebenfalls so geschaltet werden, daß es nur bei Rückstrom anspricht.

Claims

Patentansprüche:

i. Einrichtung zur Verminderung der Auslösezeit selbsttätiger elektrischer Schalter, auf deren bewegliches Schaltglied beim Ausschalten sowohl die Kraft einer Feder als auch eine weitere Antriebskraft mechanisch übertragen wird, welche voneinander unabhängig auf das Schaltglied einwirken, so daß sowohl jede für sich als auch beide gemeinsam die Öffnung des Schalters hervorrufen können, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft (f), welche im eingeschalteten Zustande des Schalters durch mechanische

Verriegelung unwirksam gemacht ist und bei Überschreitung eines Grenzstromes entriegelt wird, mit dem beweglichen Schaltglied über einen Freilauf (r) bzw. eine Feder (e) derart gekuppelt ist, daß die Kupplung in der Ausschaltrichtung des Schalters starr, in der Einschaltrichtung dagegen gelöst oder elastisch ist, während die weitere, lediglich von dem ίο Wert des Stromanstieges abhängige Auslösekraft auf das Schaltglied derart einwirkt, daß die Öffnung des Schalters unabhängig davon erfolgt, ob die Verriegelung der Federkraft gelöst ist oder nicht.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lediglich von dem Wert des Stromanstieges abhängige Kraft unmittelbar auf das Schaltglied selbst einwirkt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Auslösekraft in an sich bekannter Weise elektrodynamisch oder elektromagnetisch erzeugt wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der weiteren Auslösekraft eine mit dem beweglichen Schaltglied gekuppelte Drehspule (k) dient, die im Luftspalt eines Magnetkreises angeordnet ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehspule vom Hauptstrom durchflossen wird.
6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom auf die Drehspule transformatorisch übertragen wird.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule in sich kurzgeschlossen ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule nur aus einer einzigen Windung besteht.
9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (k) von zwei getrennten Magnetkreisen beeinflußt wird, deren einer (0, p) motorisch und deren anderer (n) transformatorisch auf sie einwirkt (Abb. 4 und 5).
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der transformatorisch wirkende Magnetkreis von dem zu schaltenden Hauptstrom erregt wird.
11. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule unter dem Einfluß nur eines einzigen Eisenkreises steht, in welchem sowohl das transformatorisch als auch das motorisch wirksame Feld erzeugt wird (Abb. 2).
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem gemeinsamen Eisenkreis nur ein einziges Feld erzeugt wird, das sowohl transformatorisch als auch motorisch auf die Spule wirkt.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkreis symmetrisch zur Drehachse der Drehspule angeordnet ist.
14. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehspule von einem im Hauptstromkreis liegenden Stromwandler (i) gespeist wird (Abb. 6).
15. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das motorisch wirksame Magnetfeld ebenfalls vom Hauptstrom erregt wird.
16. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das motorisch wirksame Magnetfeld von einem permanenten Magnet erzeugt wird.
17. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das motorisch wirksame Magnetfeld fremd erregt wird.
18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das motorisch wirksame Magnetfeld über einen an der Gleichstromspannung liegenden Spannungswandler (v) erregt wird (Abb. 6). 9"
19. Einrichtung nach Anspruch 4, insbesondere für Rückstromauslösung, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehspule am Ende eines Luftspaltes liegt und die Erregerwicklungen so geschaltet sind, daß die Drehspule bei Rückstrom in den Luftspalt hineingezogen, bei Vorwärtsstrom aus ihm herausgestoßen wird.
20. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf oder die elastische Kupplung willkürlich verriegelbar ist, zum Zwecke, die ungewollte Schalteröffnung beim Einschalten auf induktionsfreie Vollast zu verhindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen