DE619689C - Einrichtung zum Unterbrechen von Wechselstromkreisen - Google Patents

Description

Ih elektrischen Anlagen müssen die Leistungsschalter Ströme von sehr verschiedener Größe unterbrechen, da die Kurzschlußströme, die in neuzeitlichen Anlagen auftreten, außer-5 ordentlich viel größer sind als die normalen Betriebsströme.

Der normale Ölschalter schaltet zwar kleinere Stromstärken mit sehr kurzer Lichtbogendauer ab; dagegen hat er bei der Unterbrechung großer Ströme eine ziemlich lange Abschaltzeit und dabei eine starke Gasentwicklung, da der Lichtbogen dann über vielen Halbwellen stehenbleibt. Infolgedessen ist er auch stark beansprucht.

Leistungsschalter mit Lichtbogenblasung durch eine Serienspule, insbesondere die für die Abschaltung höherer Leistungen bekanntgewordenen Entionisierungsschalter, zeigen dagegen den Nachteil, daß sie, weil sie für

ao die hoben auftretenden Kurzschlußströme berechnet sind, bei kleineren Strömen leicht versagen, weil dann das Blasfeld, welches sich im quadratischen Verhältnis mit den Strömen ändert, zu schwach wird.

Diese Nachteile werden durch eine Einrichtung vermieden, die zur Unterbrechung eines Wechselstromkreises die an sich bekannte Einschaltung eines Reihenwiderstandes vor der eigentlichen Stromunterbrechung benutzt, wobei der Reihenwiderstand durch Öffnen eines oder mehrerer lichtbogenziehender Hilfskontaktpaare in den Stromkreis eingeschaltet wird. Nach der Erfindung wird bei einem derartigen Schalter mit Reihenwiderstand der Reihenwiderstand im Verhältnis zur Zahl der Hilfskontaktpaare so bemessen, daß Lichtbögen an den Hilfskontakten entstehen, die beim ersten Stromnulldurchgang erlöschen.

Hierdurch ist erreicht, daß der im Hauptschalter zu unterbrechende Strom auf alle Fälle sehr rasch, nämlich innerhalb einer einzigen Halbwelle auf Werte vermindert wird, für die der Hauptschalter leicht bemessen werden kann, weil dessen Abschaltung dann gar keine Schwierigkeiten verursacht und mit kürzester Lichtbogendauer erfolgen kann.

Die Anwendung von Reihenwiderständen bei Leistungsschaltern zur Erleichterung der Abschaltung ist bekannt. Bei den bekannten Schaltern wurde der Reihenwiderstand immer mit Rücksicht auf die abzuschaltende Leistung, also im Verhältnis zur Reaktanz des Stromkreises, bemessen; beispielsweise hat man vorgeschlagen, als günstigsten Widerstandswert das 8- bis 1 of ache der Kurzschlußimpedanz zu wählen. Bei der Erfindung kommt es dagegen* nicht darauf an,' eine in allen Fällen gültige Vorschrift für die Größe des Gesamtwiderstandes im Hinblick auf die abzuschaltende Leistung zu geben, sondern es soll nur

seine bemessung im Verhältnis zur· Zahl der Hilfslichtbogen bestimmt werden, wobei durch die Vorschrift nach der Erfindung eine besonders schnelle Verminderung des abzuschaltenden Stromes mit einfachen Mitteln erreicht ist. Zum Einschalten des Reihenwiderstandes können nämlich ganz kurze Lichtbogen und. wegen der kurzen Lichtbogendauer ganz einfache . Kontaktsysteme benutzt ίο werden.

Das Erlöschen der den Reihenwiderstand kurzschließenden Lichtbogenstrecken beim ersten Stromnulldurchgang unter der Voraussetzung einer richtigen Wahl des Reihen-Widerstandes im Verhältnis zur Zahl der Hilfslichtbogen erklärt sich aus dem Verlauf der Entionisierung, wie sie bei kurzen Wechselstromlichtbögen nach dem Stromnulldurchgang eintritt und die durch das Schaubild Fig·, ι dargestellt wird.

In dem Schaubild Fig. 1 ist auf der waagerechten Achse die Zeit nach dem Stromnulldurchgang aufgetragen, auf der. senkrechten Achse die wiederkehrende Durchschlagsfestigkeit des Lichtbogenpfades, gemessen zwischen den Lichtbogenelektroden in Volt. Man sieht, daß 250 Volt wiederkehrende Spannung einen Wechselstromlichtbogen überhaupt nicht wieder zu zünden vermögen, weil der Raum eines kurzen Lichtbogens noch im Augenblick des Stromnulldurchganges eine dielektrische Festigkeit wiedererlangt, die eine Spannung von 280 bis 250 Volt zu halten vermag. Dies erklärt sich aus der hohen Entionisierungsgeschwindigkeit der sogenannten Kathodenschicht, d.i. einer dünnen, der Kathode unmittelbar benachbarten Luftschicht. Durchschlagsfestigkeiten, die über, 250 Volt liegen, erlangt der Lichtbogenpfad erst einige"' Zeit nach dem Stromnulldurchgang,' und zwar ist die 'erforderliche Zeit um so größer, je höher diese Isolierfestigkeit sein soll.

In einem- Wechselstromkreis tritt nun unmittelbar nach dem Stromnulldurchgang die wiederkehrende Spannung auf. Diese wiederkehrende Spannung ist die Ursache für die Neuzündung des Lichtbogens, falls sie über 250 Volt liegt und dann schneller eintrifft als die 'entsprechende Isolierfestigkeit gemäß go Fig. i. In den in der Praxis vorkommenden Starkstromanlagen liegen nun die Verhältnisse in der Regel so, daß die Wiederkehrzeit der vollen Zündspannung nach- dem Stromnulldurchgang eine wesentlich kürzere ist als die Zeit, welche der Lichtbogenpfad zur Wiedergewinnung einer höheren Festigkeit als 250 Volt nach Fig. 1 benötigt. Infolgedessen wird ein Erlöschen eines Wechselstromlichtbogens mit mehr als 250 Volt Spannung in der Regel nicht 'eintreten können, wenn nicht die wiederkehrende Spannung verzögert wird.

Diese Verzögerung kann in an sich bekannter Weise durch Parallelschalten einer entsprechend bemessenen Impedanz, beispielsweise eines Ohmschen Widerstandes oder eines Kondensators, zum Lichtbogen erreicht werden, und zwar erreicht man eine um so größere Verzögerung, je. kleiner man bei der gegebenen Stromstärke und Frequenz den Nebenschlußwiderstand· wählt.

Eine sichere obere Grenze für die Wahl eines Ohmschen Parallelwiderstandes R, der das Erlöschen eines Wechselstromlichtbogens beim ersten Stromnulldurchgang gewährleistet, gibt die Formel

R-J -ω ]/ä~ = 2 · 5 · io^e .

In dieser Formel bedeutet R den Ohmschen Widerstand, / den Strom in Ampere, ω die Winkelfrequenz = 2 π /, wenn / die Frequenz ist. Für einen 5operiodischen Stromkreis errechnet sich daraus

_ 6000

/

Diese Formel gilt für den Fall, daß die Spannung der Lichtbogenstrecke gegenüber 250 Volt groß ist. Liegt die Spannung der Funkenstrecke näher der 250-Volt-Grenze, dann kann der Widerstand größer gewählt werden. Beispielsweise gilt für eine wiederkehrende Spannung der Lichtbogenstrecke in der Nähe von 3 50 Volt

— 5⁰⁰⁰⁰~. _—— .

Bei der Wahl des Vorschaltwiderstandes müssen also die Spannung, der Strom und die Frequenz des Stromkreises berücksichtigt werden.

Um die Spannung an dem Vorschaltwiderstand und damit auch seinen Wert größer wählen zu können, kann man mehrere Lichtbogenziehkontakte, die bei oder vor der Stromunterbrechung gleichzeitig geöffnet werden, in Reihe schalten. Es muß dann nur dafür gesorgt werden, daß sich die wiederkehrende Spannung auf diese in Reihe geschalteten Unterbrechungsstellen gleichmäßig verteilt, so daß nicht 'eine davon überbeansprucht wird, no Man kann zu diesem Zweck elektrostatische Schirme anordnen, die auf bestimmten Potentialen gehalten sind, oder Kondensatoren.

Wenn der Strom vor dem endgültigen Unterbrechen auf einen kleineren Wert vermindert werden soll, als durch Einschalten einer "einzigen Vor stufenimpedanz möglich ist, können in bekannter Weise mehrere Vorschaltimpedanzen vorgesehen sein, die vor oder mit dem Öffnen des Hauptschalters durch Lichtbogenstrecken stufenweise eingeschaltet werden.

In den Fig. 2 bis 6 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

In Fig. 2 bedeutet 10 einen Ölschalter, 11 die Vorschaltimpedanz. 12, 13, 14 und 15 sind die Lichtbogenziehkontakte, welche die Vorstufenimpedanz 11 bei geschlossenem Stromkreis kurzschließen. Der Widerstand 11 ist nach der obigen Formel bemessen. Um den Stromkreis zu unterbrechen, werden gleichzeitig mit dem Öffnen oder kurz vor dem Öffnen des Ölschalters 10 die Lichtbogenziehkontakte 12 bis 15 geöffnet und dadurch innerhalb einer Halbwelle der Widerstand 11 mit dem Ölschalter in Reihe geschaltet. Der durch diesen Widerstand verminderte Strom wird von dem Ölschalter mit Sicherheit und bei kurzer Lichtbogendauer abgeschaltet.

Fig. 3 zeigt die Anwendung von zwei Vorschaltimpedanzen 16 und Ij₁ die je durch vier in Reihe geschaltete Lichtbogenstrecken 18 bis 21 und 22 bis 25 kurzgeschlossen werden.

Fig. 4 zeigt die Anordnung der Lichtbogenstrecken 12 bis 15 in besonderen Funkenkammem 26 bis 29. Die Funkenkammern sind an ihrem oberen Ende mit parallelen leitenden Blechen 30 ausgerüstet, zwischen denen die aus dem Lichtbogen stammenden Gase aus den Funkenkammern entweichen, wobei diese Gase entionisiert werden. Die Funkenkammem sind mit elektrostatischen Schirmen 31 bis 34 umgeben, die aus Leitern bestehen. Der Schirm 31 ist an. den Leiter 35 angeschlossen, hat also das Potential des linken Leitungsendes der Hauptleitung. Der Schirm 34 ist an den Leiter 3 6 angeschlossen, besitzt also das Potential des rechten Endes der Hauptleitung. Die Schirme 32 und 33 sind an den Leiter 2,7 angeschlossen, der durch die Leitung 38 mit dem Mittelpunkt des Vorschaltwiderstandes 11 verbunden ist. Er hat also das mittlere Potential. Durch diese elektrostatischen Schirme wird erreicht, daß sich die wiederkehrende Spannung gleichmäßig auf die Funkenstrecken 12 bis 1S verteilt.

In Fig. 5 bedeutet 40 eine Entionisierungskammer, in welcher der Unterbrechungslichtbogen, der zwischen den Kontakten 41, 42 gezogen wird und aufwärts steigt, durch leitende Bleche 43 in viele einzelne Lichtbogen unterteilt und in dieser Form beim Stromnulldurchgang durch Entionisierung gelöscht wird. ■ 44, 45 ist ein diesem Hauptschalter vorgeschalteter Funkenziehkontakt, zu welchem der Widerstand 46 parallel liegt.

Fig. 6 zeigt das Schaltbild dieser Anordnung. Der Funkenziehkontakt 44, 45 öffnet sich gleichzeitig oder etwas vor dem Hauptschalter 41,42.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Unterbrechen von Wechselstromkreisen, bei welcher vor der endgültigen Unterbrechung ein Reihenwiderstand durch Öffnen eines oder· mehrerer diesen Widerstand kurzschließender lichtbogenziehender Hilfskontaktpaare in den Stromkreis 'eingeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der» Reihenwiderstand im Verhältnis zur Zahl der Hilfskontaktpaare so bemessen ist, daß Lichtbogen an den Hilfskontakten entstehen, die beim ersten Stromnulldurchgang erlöschen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung mehrerer in Reihe liegender und gleichzeitig· öffnender Lichtbogenziehkontakte für das Kurzschließen der Vorschaltwiderstände die wiederkehrende Spannung auf diese Unterbrechungsstellen durch Anordnung elektrostatischer Schirme, die auf bestimmten Potentialen gehalten sind, oder durch Kondensatoren gleichmäßig verteilt wird.

3. Verwendung der Einrichtung nach Anspruch 1 für mehrere Vorschaltwiderstände, die vor oder mit dem Öffnen des Hauptschalters stufenweise eingeschaltet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen