DE643404C - Einrichtung zum Unterbrechen von Hochleistungswechselstromkreisen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Unterbrechen von Hochleistungswechselstromkreisen mit Hilfe einer stetig veränderlichen Selbstinduktivität.

Die bei der Unterbrechung von Hochleistungswechselstromkreisen verwendeten neuzeitlichen Hochleistungsschalter bewältigen die große Abschaltleistung durchwegs in einem Unterbrechungslichtbogen, mit dessen

xo Löschung sich die moderne Schaltertechnik hauptsächlich befaßt. Schalter für die lichtbogenfreie Unterbrechung von Stromkreisen, z. B. in Widerständen, können aus Gründen des Material- und Platzbedarfs nur für sehr kleine Unterbrechungsströme und Unterbrechungsleistungen praktisch Anwendung finden.

Es ist auch eine Schalteinrichtung mit einer stetig veränderlichen Selbstinduktivität bekannt, welche eine Drosselspule mit Eisenrückschluß für die Kraftlinien zur Herabdrosselung des zu unterbrechenden Stromes benutzt. Dabei wird ein Eisenkern, der sich beim Einschalten der Drosselspule in den Stromkreis außerhalb der Drosselspule befindet, während des Unterbrechungsvorganges in die Drosselspule hineingezogen, so daß sich deren magnetische Leitfähigkeit und mithin ihre Induktivität vergrößert. Diese Einrichtung ist wegen des Eisenrückschlusses der Drossel nur für eine solche magnetische Erregung brauchbar, bei der die Drossel unterhalb der Sättigungsgrenze arbeitet. Die Bemessung bleibt in praktisch brauchbaren Grenzen überhaupt nur für verhältnismäßig kleine Ströme.

Die Erfindung befaßt sich mit der Unterbrechung von Hochleistungsstromkreisen, welche sehr hohe Stromstärken und Spannungen aufweisen. Es soll eine Einrichtung geschaffen werden, welche die Stromunterbrechung mit kleinen L^Tnterbrechungslichtbögen, unter Umständen sogar unter Vermeidung solcher Unterbrechungslichtbögen überhaupt, bewerkstelligt, und zwar bei geringem Material- und Platzbedarf der Einrichtung, der ihre praktische Verwendung ermöglicht.

Die Erfindung besteht darin, daß Drosselspulen ohne Eisenrückschluß und von einer solchen Bemessung angewendet werden, daß ihre spezifische Strombelastung jenen Wert übersteigt, der für Dauerbelastung zulässig wäre, und daß die Drosselspulen während des Ausschaltvorganges in wenigen Halbwellen des Wechselstromes auf ihren höchsten Induktivitätswert gelangen.

Die kurze Einschaltdauer der Drossel wird somit benutzt, um dem Leiter eine hohe spezifische Strombelastung zu geben und mithin mit hohen Amperewindungszahlen und sehr

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Or.-Ing. Carl Reher in Berlin-Halensee.

hohen Induktionen zu arbeiten. Die Drossel ist mithin zum Unterschied von der bekannten Einrichtung hoch gesättigt. Hierdurch kann sie klein und wirtschaftlich bemessen werden. Da die Drossel keine Eisenkerne besitzt, ist auch ihre Isolation gegen hohe Spannungen (Sprungwellen) leicht möglich, und die darin entwickelte Wärme kann leicht abgeführt werden.

ίο Es ist somit durch die Erfindung möglich, unter verhältnismäßig geringem Materialaufwand auf verhältnismäßig kleinem Raum mindestens einen erheblichen Teil der Abschaltleistung, z. B. ²/₃ davon, lichtbogenfrei '5 zu bewältigen. Bei Verwendung eines zusätzlichen Schalters für die endgültige Unterbrechung braucht dieser daher nur für einen Bruchteil der Abschaltleistung, die in dem betreffenden Punkt des Netzes auftritt, bemessen zu sein.

Es sind in Hochleistungsnetzen Kraftwerkdrosselspulen bekannt, welche dazu dienen, den Strom bei Auftreten eines Kurzschlusses augenblicklich zu begrenzen, und die daher dauernd im Stromkreis liegen. Bei der Erfindung handelt es sich jedoch nicht darum, auftretende Kurzschlußströme zu begrenzen, weshalb die Induktivitäten nicht dauernd im Stromkreis liegen, sondern durch Relais o. dgl. nur für den Abschaltvorgang eingeschaltet werden und daher mit Rücksicht auf die kurzzeitigen Belastungen außergewöhnlich hoch belastet werden können.

Es ist wesentlich, daß keine Ohmschen, sondern praktisch rein induktive Widerstände angeordnet werden, weil einerseits Ohmsche Widerstände für hohe Leistungen umfangreich und teuer werden und andererseits durch Einschaltung Ohmscher Widerstände der Strom zunächst nur langsam zurückgeht, weil sich der Ohmsche Spannungsabfall rechtwinklig zur Maschineninduktivität addiert.

Die Einschaltung der Drossel kann entweder gerade so erfolgen wie die Ausschaltung, nur in umgekehrter Richtung, oder man kann die Einschaltung in an sich bekannter Weise ohne Benutzung der Regelbarkeit der Induktivität durch Aufhebung der direkten Überbrückung derselben vornehmen.

Es ist zweckmäßig, die einzuschaltende Induktivität in an sich bekannter Weise dauernd kurzgeschlossen in den Stromkreis zu legen und zwecks Unterbrechung des Stromkreises den Kurzschluß der Induktivität durch das Ausschaltkommando aufzuheben. Insbesondere empfiehlt es sich, die veränderliche Induktivität nach der Abschaltung des Stromkreises mit beiden Enden in an sich bekannter Weise vom Stromkreis abzuschalten, um die Isolation der Induktivität schwächer halten zu können. Die Isolation der Drossel ist nämlich in diesem Fall stets nur kurzzeitig durch die Spannung beansprucht.

Im folgenden sind einige Ausführungsformen der Erfindung angegeben.

Man kann eine mit der vollen Windungszahl in den Stromkreis eingeschaltete Induktivität verwenden, deren Größe durch gegenseitige Lagenänderungen ihrer Leiter oder Windungen verändert wird. Dies läßt sich beispielsweise so durchführen, daß durch gegenseitige Lagenänderung der Leiter die von den Windungen umschlossene Fläche verändert wird. Die Drossel ist in diesem Fall aus biegsamen Leitern hergestellt oder besteht aus einem Gelenkrahmen, wie er in Fig. ι und 2 der Zeichnung schematisch veranschaulicht ist. Die Fläche wird im Verlauf des Schaltvorganges künstlich vergrößert und dadurch die Induktivität gesteigert. Eine andere Ausführungsmöglichkeit besteht darin, daß durch gegenseitige Verschiebung der Windungen einer Drosselspule in axialer Richtung die Entfernung der Windüngen voneinander verändert wird. Je mehr die Windungen einander genähert werden, desto stärker wird die magnetische Koppelung und desto größer daher die Induktivität. Man kann hierfür Zylinderspulen oder Kegelspulen mit in axialer Richtung verschiebbaren Windungen verwenden.

Die Induktivität kann ferner aus zwei oder mehr gegeneinander verschiebbar oder verdrehbar angeordneten Spulen bestehen. Die Drossel kann dann entweder nach Art der bekannten Drehtransformatoren oder Variometer angeordnet sein, wie die Fig. 3 bis 5 veranschaulichen, oder sie kann so ausgebildet sein, wie aus den Fig. 6 und 7 hervorgeht. Nach den Fig. 3 bis 5 besteht die Drossel aus den beiden in Reihe geschalteten Spulen 1 und 2, die um eine gemeinsame Achse drehbar konzentrisch ineinander angeordnet sind. Die Schaltung ist derart, daß die Ströme in den beiden Spulen in der in Fig. 3 angegebenen Stellung entgegengesetzt gerichtet sind. In dieser Stellung besitzt die Drossel die kleinste Induktivität. Zur Vergrößerung der Induktivität wird die Spule 2 im Uhrzeigersinn gedreht. In der in Fig. 4 angegebenen Stellung besitzt die Induktivität eine mittlere Größe, in der Stellung der Fig. 5, in welcher die Ströme in den Spulen 1 und 2 -gleichgerichtet sind, hat die Induktivität den höchsten Wert.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine besonders brauchbare bauliche Anordnung für dreiphasige Induktivitäten. In jeder Phase sind zwei äußere Scheibendrosseln 3 und 4 und eine mittlere Scheibendrossel 5 vorhanden. Die mittlere Scheibendrossel kann in der

Richtung ihrer Ebene aus den äußeren Scheibendrosseln herausgezogen werden. Die innere Drossel 5 ist umgekehrt gewickelt wie die äußeren Drosseln 3 und 4, und alle drei Teile sind in Reihe geschaltet. In der in Fig. 6 dargestellten Stellung heben sich die Amperewindungen auf, und die Induktivität hat ihren kleinsten Wert. Diese Stellung hat die Drossel vor der Schaltung. In der Stellung Fig. 7, welche nach der Abschaltung des Stromkreises vorhanden ist, hat die Induktivität ihren höchsten Wert.

Eine weitere Ausführungsforrn der Erfindung besteht darin, daß die Drosselspule mit

t5 einer Schaltvorrichtung verwendet wird, durch welche die Windungen der Drosselspule stetig eingeschaltet werden können. Man kann beispielsweise eine Bürste sich auf den Windungen schleifend bewegen lassen, indem man entweder der Drosselspule eine Drehbewegung um ihre Achse erteilt und die Bürste auf der blanken Windung führt, oder bei stillstehender Drossel der Bürste eine entsprechende rotierende und fortschreitende Bewegung erteilt. Man kann auch zur Schaltung anstatt der Bürste einen längs der Windungen geblasenen Lichtbogen verwenden. Die Blasung kann eine pneumatische oder magnetische sein.

Ferner ist es möglich, einen in den Stromkreis eingeschalteten Leiter mit einer Wickelvorrichtung zu verwenden, welche aus diesem Leiter während des Schaltvorganges eine Drossel formt. In Fig. 8 ist diese Einrichtung schematisch angegeben, wobei mit 6 und 7 rotierende Wickeldorne bezeichnet sind. 8 ist der zu einer Drossel zu wickelnde Leiter, der in einer Führungsvorrichtung 9 geführt ist, welche gleichzeitig zur Stromabnähme dient. Auf einem dritten Wickeldorn 10 ist Isolierband 11 aufgewickelt, welches man gleichzeitig mit dem Leiter 8 in die Drossel einlaufen läßt, die sich auf dem Wickeldorn 7 bildet. Der Stromkreis ist an die beiden Leitungen 12 und 13 angeschlossen. Zu Beginn des Schaltvorganges ist der ganze Leiter 8 auf den Dom 6 aufgewickelt, und sämtliche Windungen stehen miteinander in Kontakt und sind daher kurzgeschlossen.

Zum Zwecke der Einschaltung läßt man den Dorn 7 rotieren, wodurch sich der Leiter 8 auf den Dorn 7 aufwickelt. Das Isolierband 11 läuft zwischen die Windungen ein, so daß sich die einzelnen Windungen isoliert aufeinanderlegen. Die auf diese Weise auf dem Dorn 7 aufgebaute Drossel wird also mit einer entsprechend der Zunahme ihrer Windungszahl steigenden Induktivität in den Stromkreis eingeschaltet. Man kann auch mehrere in Reihe liegende Spulen in jeder Phase gleichzeitig wickeln lassen, um möglichst schnell viel Windungen zu erhalten. Die Spulen können auf einen gemeinsamen Dorn parallel aufgewickelt werden; zur Verstärkung der Wirkung kann man die Spulen noch so anordnen, daß sie magnetisch miteinander gekoppelt sind.

Die zuletzt beschriebenen Anordnungen, bei denen die Windungen der Drosselspule stetig zunehmend eingeschaltet werden, haben gegenüber den zuerst beschriebenen Anordnungen mit einer ständig mit ihrer vollen Windungszahl im Stromkreis liegenden Drossel den Vorteil, daß Induktivität und Widerstand beim Werte Null anfangen, so daß keinerlei Einschaltstromstoß erfolgt.

Das Verfahren läßt sich noch dadurch vervollkommnen, daß mehrere Induktivitäten in Hintereinanderschaltung nacheinander zur Wirkung gebracht werden. Insbesondere kann man den zuerst zur Wirkung kommenden Induktivitäten eine geringere und den folgenden eine immer höhere Windungszahl geben und den Drahtquerschnitt der ersteren größer bemessen als den der folgenden, um so eine möglichst gute Materialausnutzung zu erhalten. Man kann ferner durch die vorangehende Induktivität immer die nachfolgende auslösen lassen.

Die veränderliche Induktivität, der Kurz-Schlußschalter und der Endunterbrechungsschalter werden zweckmäßigerweise zu einer einzigen baulichen Einheit vereinigt.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Unterbrechen von Hochleistungswechselstromkreisen mit Hilfe einer stetig veränderlichen Selbstinduktivität, die mit ihrer Einstellung auf i°° den geringsten Induktivitätswert durch das Ausschaltkommando in den Stromkreis eingeschaltet und anschließend auf ihren höchsten Induktivitätswert gebracht wird, worauf die endgültige Unterbrechung des herabgedrosselten Stromes erfolgt, gekennzeichnet durch die Anwendung von Drosselspulen ohne Eisenrückschluß von einer solchen Bemessung, daß ihre spezifische Strombelastung jenen Wert übersteigt, der für Dauerbelastung zulässig wäre, und daß die Drosselspulen während des Ausschaltvorgangs in wenigen Halbwelten des Wechselstromes auf ihren höchsten Induktivitätswert gelangen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Induktivität nach der Abschaltung des Stromkreises mit beiden Enden vom Stromkreis abgeschaltet wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, da-

durch gekennzeichnet, daß die Induktivität mit der vollen Windungszahl in den Stromkreis eingeschaltet und ihre Größe durch gegenseitige Lagenänderung ihrer Leiter oder Windungen verändert \vird.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch gegenseitige Lagenänderung der Leiter die von den Windungen umschlossene Fläche verändert wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch gegenseitige Verschiebung der Windungen der Drosselspule in axialer Richtung die gegenseitige Entfernung der' Windungen voneinander verändert wird,.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität aus zwei oder mehr gegeneinander verschiebbar oder verdrehbar angeordneten Spulen besteht.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule mit einer Schaltvorrichtung versehen ist, durch welche die Windungen der Drosselspule während des Abschaltvorgangs stetig nacheinander eingeschaltet werden.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in den Stromkreis eingeschalteten Leiter mit einer Wickelvorrichtung, welche aus diesem Leiter während des Abschaltvorganges eine Drossel formt.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Induktivitäten in Hintereinanderschaltung nacheinander zur Wirkung gebracht werden.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zuerst zur Wirkung kommenden Induktivitäten eine geringere und die folgenden Induktivitäten eine immer höhere Windungszahl besitzen und daß der Drahtquerschnitt der ersten Induktivitäten größer ist als der der folgenden Induktivitäten.

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Einschaltung der vorangehenden Induktivität die Einschaltung der nachfolgenden Induktivität ausgelöst wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen