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Störschutzvorrichtung für periodisch betätigte Kontakteinrichtungen,
insbesondere für mechanische Stromumformer Die Erfindung betrifft seine Verbesserung
an mechanischen Kontakteinrichtungen, welche periodisch betätigt werden, vorzugsweise
für Starkstrom und insbesondere für mechanische Stromumformer, bei denen der gewöhnlich
durch seinen Synchronantriebgmotor herbeigeführte Schalttakt der Unterbrechungseinrichtung
mit dem Stromverlauf derart synchronisiert ist, daß die Unterbrechungen jedesmal
in einer Zeitspanne erfolgen, während welcher die Augenblickswerte des Stromes in
dem zu unterbrechenden Kreis grade sehr klein und daher praktisch vernachlässigbar
sind, so daß nur geringes oder überhaupt kein Schaltfeuer entsteht. Die zeitliche
Folge der Betätigung der verschiedenen Kontaktpaare mehrphasiger Anordnungen ist
-dabei durch .die Antriebsvorrichtung im wesentlichen nach Maßgabe des Verlaufes
der Spannungskurve festgelegt.
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Tritt nun ein Kurzschluß oder sein Erdschluß oder eine ähnliche Störung
vor Ader Kontakteinrichtung im speisenden Netz oder hinter der 'Kontakteinrichtung
in dem gespeisten Anlagenteil .a:uf, so entstehen Ausgleichsströme, durch welche
die Ilhasensymmetrie und idamit die regelmäßige Phasenfolge der Ströme gestört wird.
Die Kontakte würden dann unter Umständen schweren Beschädigungen ,durch Lichtbögen
ausgesetzt sein, wenn die -Unterbrechungsvorgänge auch nach Eintritt der Störung
mit der gleichen Regelmäßigkeit wie vor Eintritt des Störungsfalles fortgesetzt
werden würden. Es könnte sieh donnereignen, @daß der über ein Kontaktpaar fließende
Strom gerade in dem
Augenblick einen hohen Wert hat, wenn. sich
dieses Kontaktpaar wieder öffnet.
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Erfindungsgemäß ist zum Schutze der Kontakte eine von dem zu unierbrechenden
Strom beeinflußte Sperreinrichtung vorgesehen; welche im Störungsfall,die Öffnung
der in diesem Augenblick gerade geschlossenen Stromkreise verhindert: Das kann auf
zweierlei Art und Weise geschehen, nämlich einmal durch mechanische Einwirkung auf
Teile der Antriebsvorrichtung mit Hilfe eines oder mehrerer mechanischer Auslöser,
oder zweitens indem die Hauptkontakte -durch parallel geschaltete Hilfskontakte
überbrückt werden, welche mit Hilfe von Relais geschlossen werden, bevor die regelmäßig
weiterlaufende mechanische Antriebsvorrichtung die zugehörigen Hauptkontakte wieder
-öffnet. Der zuerst genannte Weg ist insbesondere für Kontakte mit bin und her gehender
Bewegung geeignet, z. B. für Abhebekontakte, die nach Art der Ventile von Brennkraftmaschinen
von Nocken, Kurbeln o. dgl. über Stößel oder ähnliche, vorzugsweise nachstellbare
Zwischenelernente angetrieben werden. Für umlaufende Kontakteinrichtungen' ist die
elektrische überbrükkung besser geeignet.
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Die mechanische Sperrung der bei Eintritt der Störung gerade geöffneten
Kontakte wird entweder so ausgeführt, daß die Kontakte in der geöffneten Stellung
festgehalten werden; dann entstehen keine weiteren Kurzschlußkreise .außer denen,
die von den bei Eintritt der Sperre gerade in der Kommutierung befindlichen Phasen
gebildet werden. Hierzu müssen zwei Sperrglieder vorgesehen sein, eins für die Sperrung
im geschlossenen und Beins für :die Sperrung im geöffneten Zustand, oder die Sperrklinke
muß doppelt wirkend ausgebildet sein.
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Einfacher wird der Mechanismus, wenn sämtliche Kontaktpaare im geschlossenen
Zustand gesperrt werden. Diejenigen, welche bei Eintritt der Störung gerade offen
sind, werden in diesem Falle von der Antriebsvorrichtung noch einmal geschlossen,
um dann in dieser Stellung festgehalten zu werden.
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Um Schädigungen der Einrichtung durch die infolge der Kurzschließung
rasch ansteigenden Ströme zu verhindern, sind in den Zuleitungen zur Kontakteinrichtung
an sich bekannte Schnellschalter öder Sicherungen mit Lichtbogenlöscheinrichtungen
einzubauen, welche die Stromzufuhr unterbinden, bevor sich die Kurzschlußströme
vollständig ausgebildet haben. Schnellschalter verdienen den Vorzug, w=eil sie mit
einer Einrichtung zum selbsttätigen Wiedereinschalten ausgerüstet werden können.
Die selbsttätige Inbetrebnahrne des Kontaktumformers erfolgt dann j vorteilhaft
in der Weise, daß nach der Ingangsetzung und Synchronisierung der Antriebsvorrichtung
zunächst der wechselspannungsseitig angeschlossene Umformer über ein=en allmählich
bis zur völligen über-. brückung vermind=erten Anlaßwiderstand auf eine kleine.
Grundlast geschaltet und dann die gleichstromseitige Hauptlast zugeschaltet wird.
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Zur Steuerung der Schutzvorrichtung werden wegen ihres fast trägheitslosen
Ansprec 'hens und Arbeitens mit Vorteil Entladungsgefäße verwendet, deren Steuergitter
(bzw. Zündelektrode) von dem zu unterbrechenden Strom be:einflußt wird.
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Von besonderem Vorteil ist die Erfindung für solche Kontakfieinrichtungen,
denen.eine sich sprunghaft sättigende, gegebenenfalls vormagnetisierte Schaltdrossel
vorgeschaltet ist, durch welche die Kurve des zu unterbrechenden Wechselstromes
derart verzerrt wird, daß in der Nähe des Stromnülldurchganges eine stromschwache
Pause von bis zu einer oder mehreren Millisekunden Dauer entsteht, während w=elcher
der Strom vernachlässigbar klein ist, wobei gleichzeitig :ein vorzugsweise kapazitiver
Nebenstrompfad parallel zu den Hauptkontakten gelegt sein kann, durch welchen der
Wiederanstieg der Spannung an den Kontakten so verlangsamt wird, daß die Kontaktunterbrechung
im Normalbetrieb ohne die Ausbildung von Schaltfeuer vor sich geht. Durch derartige
Schaltdrosseln wird die Höhe des sich ausbildenden Kurzschlußstromes infolge ihrer
Induktivität, die insbesondere im Ungesättigten Zustand sehr groß ist, begrenzt.
Durch ;entsprechende Bauart der Schaltdrosseln kann erreicht werden, daß der Kurzschlußstrom
nach seiner vollen Ausbildung von d=er gleichen Größenordnung ist -,vie der Nennstrom,
also höchstens etwa das Zweibis Vierfache des Nennstromes beträgt. Ein derart begrenzter
Dauerkurzschlußstrom kann meist ohne Schaden eine Zeitlang ertragen werden, so däß
unter Umständen, wenn die Störung lediglich vorübergehend war, der regelmäßige Betrieb
wieder aufgenommen werden kann, ohne daß eine Abschaltung erfolgt. Bei länger dauernden
Störungen genügt zur Abschaltung der Anlage eine weniger schnell arbeitende Schalteinrichtung
als oben beschrieben.
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Es ist bekannt, Gleichrichterventile in zwei Gruppen anzuordnen, von
denen die eine die positiven, die andere die negativen Halbwellen des Stromes führt
und gleichrichtet (Graetzschaltung). Eine derartige Schaltung kann natürlich ;auch
bei Stromrichtern mit mechanischen Kontakteinrichtungen ,angewendet werden. Besteht
eine derartige Schaltung beispielsweise aus zwei mal drei Kontaktpaaren,
welche
von der Sekundärwicklung eines Dreiphasentransformators gespeist werden, so verwendet
man vorteilhaft zur elektrischen fiJberbrückung sämtlicher Kontaktpaare zwei Schaltapparate,
von denen jeder aus drei festen Kontaktstücken und einer beweglichen, sich auf diese
drei festen Kontaktstücke auflegenden Brücke besteht. Eine sichere Berührung einer
starren Platte ist noch :gerade mit drei Auflagepunkten möglich. Man vermeidet durch
die Auftrennung der Kurzschließer in zwei Gruppen seinen direkten Kurzschluß des
Gleichstromnetzes. Die Auslösung dieser Parallelkontakte erfolgt zweckmäßigerweise
magnetisch über ein gittergesteuertes Gasentladungsgefäß. Dieses kann seinen Zündimpuls
erhalten von sechs sich sättigenden Drosselspulen, welche wie die obererwähnten
Schaltdrosseln einen Kern aus hochwertigem Siliciumeisen besitzen, über die sechs
Hauptanodenzuleitungen des Gleichrichters geschoben sind, und welche so vormagnetisiert
sind, daß sie während des normalen Betriebes stets gesättigt sind -und nur bei auftretendem
Rückstrom aus der Sättigung herauskommen und dann über das Gitter das Uas@entladungsgefäß
zünden. Diese Drosseln verzögern ferner für .einen bestimmten Bereich das Ansteigen
des Kurzschlußstromes, da sie beim Durchgang durch den Entsättigungszustand einen
um eine oder mehrere Größenordnungen höheren Widerstandswert haben, der nach Erreichung
der Sättigungsgrenze in umgekehrter Richtung wieder auf einen vernachlässigbar kleinen
Wert zurückspringt.
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Man kann auch zur Steuerung der überbr ückungsrtelais auf das Gitter
des Entladungsgefäßes noch eine Spannung wirken lassen, welche von dem Ankerstrom
eines kleinen Synchronmotors geliefert wird, der an der speisenden Drehstromspannung
hängt. Sobald diese speisende Drehstromspannung gestört wird, wird der Ankerstrom
des Synchronmotors plötzlich sich ändern, und das Gasentl,adungsgefäß zündet. Man
kann den Rotor des Synchronmotors von der Gleichspannung her erregen rund erhält
dann .eine Zündung des G;asentladungsgefäßes - auch bei plötzlichen Änderungen der
Gleichstromspannung.
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Man kann vorteilhafterweise die mechanischen Relais durch Hg-Dampfgefäße
ersetzen, welche im Augenblick der Störung durch eine in die Hauptelektrode stetig
ieintauchende Zündelektrode gezündet werden. Für beide Hauptelektroden verwendet
man zweckmäßigerweise flüssiges Quecksilber, um in beiden Richtungen Stromfluß zu
haben, wobei alsdann jede Hauptelektrode mit einer Zündelektrode versehen wird.
Der Spannungsabfall des gezündeten Entladungsgefäßes würde etwa 20 Volt sein, also
klein genug, um die Hauptkontakte vor Feuer zu schützen. Rohre für io ooo V Sperrspannung
sind praktisch. herstellbar. Da der Strom nur Bruchteile seiner Sekunde fließt und
dann voneinem Schnellschalter o. dgl.unterbrochen wird, sind auch Ströme von 5oooA
noch in kleinen abgeschmolzenen Glasgefäßen zulässig. Die Zündung kann durch ein
gittergesteuertes, Gasientladungsgefäß und leinen Kondensatorstromstoß in weniger
als 10-4 3 herbeigeführt werden. Für leinen sechsphasigen Gleichridhter in
Grlaltung sind zwei Gefäße mit je drei Anoden erforderlich. Da die Gefäße
im normale Betrieb stromlos sind, so weisen sie große Spannungssicherheit auf. Die
Kosten und der Aufwand für die Zündung wären wahrscheinlich geringer als bei mechanischen
Relais, da diese -um so größer werden, je schneller sie schalten sollen.