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Elektrische Schalteinrichtung Es ist oft notwendig, Schalteinrichtungen
in sehr kurzer Zeit zu betätigen. Ein normaler Leistungsschalter läßt sich bei Anwendung
besonderer Maßnahmen in etwa 0,4 Sek. zum Einschalten bzw. Ausschalten bringen.
Mit Stromrichtern kann man dagegen die Einschaltung oder Ausschaltung eines Stromkreises
in dem Bruchteil einer Periode vornehmen. Wenn man also einen Starkstromkreis in
sehr kurzer Zeit einschalten oder ausschalten will, so kann man dies durch Verwendung
von Stromrichtern und von Schaltern ausführen.. Man hat deshalb auch schon Druckgasschalter
nach der Bauart der Lichtbogenstromrichter entwickelt, bei denen eine oder mehrere
Elektroden (Kontakte) beweglich ausgebildet sind und zur Löschung des zwischen den
Kontakten gezogenen Lichtbogens die bei Lichtbogenstromrichtern üblichen Verfahren
benutzt werden. Diese Schalter haben aber den Nachteil, daß die bei Lichtbogenstromrichtern
bekannte künstliche Zündung von Lichtbögen nicht verwendet wird und somit die elektrisch
leitende Verbindung der Kontakte mit Rücksicht auf den Schaltmechanismus nicht sehr
schnell erfolgen kann. Deshalb soll gemäß der Erfindung als Druckgasschalter ein
Lichtbogenstromrichter mit künstlicher Zündung der Lichtbögen zwischen den Kontakten
des Druckgasschalters verwendet werden. Der erfindungsgemäße Stromrichterschalter
kann dann sowohl als Ventil als auch als Schalter arbeiten. Als Ventil arbeitet
die Einrichtung mit periodischer Zündung (die jedoch hier im allgemeinen in beiden
Halbperioden der Wechselspannung zündet) und mit feststehenden Elektroden; als Schalter
werden die Elektroden oder Teile der Elektroden 'bewegt.
Zur Einschaltung
eines Stromkreises wird der Stromrichterschalter normal mit Hilfslichtbogen in beiden
Halbperioden der anliegenden Wechselspannung gezündet. Gleichzeitig wird ein Mechanismus
betätigt, der die Hauptelektroden oder Teile der Hauptelektroden aufeinander zu
bewegt. Wenn die Hauptelektroden etwa wie die Stiftelektroden eines I^reistrahlschalters
sich berühren, ist die Einschaltung vollzogen, und die Zündung kann unterbleiben.
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Zum Ausschalten können die Stiftelektroden in sehr kurzer Zeit zurückbewegt
«-erden; der Vorteil dabei ist, daß in diesem Stromrichterschalter schon ein kleiner
Elektrodenabstand zur völligen Unterbrechung des Lichtbogens genügt. Wenn andererseits
das Ausschalten zu einem ganz bestimmten Zeitpunkt erfolgen soll, so kann auch das
Ausschalten unter Verwendung der ventilmäßigen Zündung vorgenommen werden. Während
der Kontakttrennung wird dann wieder eine periodische Zündung vorgenommen, und diese
Zündung wird zu dem bestimmten Zeitpunkt gesperrt.
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Bei der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung können dieselben Ausgestaltungsmittel
Verwendung finden, die im Druckgasschalter-bzw. Lichtbogenstromrichterbau an sich
allgemein üblich sind.
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Als Ausführungsbeispiel der Erfindung sei in Abb. i ein solcher Stromrichterschalter
mit Zwillingshilfslichtbogenzündung gezeigt. In einem druckfesten Gehäuse, das aus
den metallenen Deckplatten B und P und dem Isolierzylinder E gebildet ist, stehen
sich die beiden stiftförmigen Schaltkontakte A und S gegenüber, die in Stopfbüchsen
beweglich durch die Deckplatten B und P geführt sind. Die Stromzuführung
zu diesen Stiftkontakten A und S erfolgt über die mit den entsprechenden Deckplatten
in elektrischer Verbindung stehenden Kontaktstücke D und 0, die in haubenförmig
ausgebildeten Ansätzen der Deckplatten angeordnet sind. Im Innern dieses Stromrichterschalters
sind zwei Zündelektrodenschirme J und @K so angeordnet, daß im geschlossenen Zustand
des Stromrichterschalters die Stiftkontakte :-1 und S durch Zentralöffnungen dieser
Zündschirmelektroden hindurchtreten und sich berühren können. Die Stromzuführung
zu den Zündschirmelektroden J und K erfolgt über die nach außen geführten Anschlüsse
L und H. Der Abstand zwischen den Elektroden J und K wird durch ein Isolierteil
G aufrechterhalten, welches mit einem Lochkranz H versehen ist. Gegen die Deckel
B und P sind die Elektroden J und K mittels der Isolierzylinder F und N so abgestützt,
daß drei getrennte Räume im Schaltergehäuse entstehen. Dem äußeren dieser Räume,
der sich zwischen dem Isolierzylinder E und den Isolierzylindern F und N befindet,
kann Druckgas durch den Anschluß R zugeführt werden. Das zugeführte Druckgas tritt
dann durch den Lochkranz H zwischen die Zündschirmelektroden J und K ein und strömt
durch deren Zentralöffnungen an den Stiftkontak-. ten A und S vorbei in die beiden
anderen Räume ein, die sich innerhalb der Isolierzylinder F und N befinden. Aus
diesen beiden Räumen kann dann das Druckgas durch die Öffnungen C im Deckel B und
durch die Öffnungen O im Deckel P wieder austreten.
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Der Vorgang des Einschaltens mittels eines solchen Stromrichterschalters
nach Abb. i sei an Hand der Abb.2, deren Bezugszeichen mit denen der Abb. i übereinstimmen,
näher beschrieben. Die beiden Schaltstifte A und S sind in Abb. 2 im »Aus«-Zustand
des Stromrichterschalters gezeichnet. Sie stehen dann nur wenig über die haubenförmigen
Ansätze der Deckplatten B und P hervor. Durch einen an die Anschlüsse L und 111
angeschalteten Zündkreis, der weiter unten beschrieben werden soll, wird zwischen
den Zündschirmelektroden J und K ein Hilfslichtbogen gezündet. Das durch den Lochkranz
H eintretende und durch die Zentralöffnungen der Elektroden J und K austretende
Druckgas bewegt den gezündeten Hilfslichtbogen so, daß er schließlich die zurückgezogenen
Kontaktstifte A und S berührt, wie es in Abb. 2 gezeigt ist. In dieser Abbildung
ist die eben beschriebene Gasströmung strichpunktiert eingezeichnet und der Hilfslichtbogen
mit Z bezeichnet. Wie schon oben gesagt, ist nun durch den Hilfslichtbogen Z eine
Verbindung zwischen den Kontaktstiften A und S derart hergestellt, daß der mit diesem
Stromrichterschalter zu schaltende Stromkreis sich über den nunmehr zwischen A und
S sich ausbildenden Lichtbogen schließt. Bei dauernder Weiterzündung von Hilfslichtbögen
können nunmehr die Stiftkontakte A und S aufeinander zu bewegt werden, bis eine
Berührung zwischen ihnen eintritt. Die Zündung kann dann abgeschaltet werden.
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Zur Erzeugung des zum Betrieb des Stromxichterschalters erforderlichenHilfslichtbogens
kann gemäß der Erfindung beispielsweise eine Schaltung nach Abb. 3 benutzt werden,
in der wieder die Schalterteile gleichsinnig mit Abb. i und 2 bezeichnet sind. An
den in der Abb. 3 angedeuteten Klemmen i und 2, die mit den Deckplatten B und P
in Verbindung stehen, ist der zu schaltende Starkstromkreis angeschlossen. Gleichzeitig
ist an die Deckplatten B und P ein symmetrischer Spannungsteiler angeschlossen,
dessen beide Hälften aus dein Widerstand R, und der Kapazität Cl und
dem
Widerstand R2 und der Kapazität C. bestehen. Tr ist der sog. Zündtransformator,
mittels dessen der Hilfslichtbogen erzeugt wird. Die Oberspannungsseite dieses Zündtransformators
ist über die Anschlüsse L und M (Abb. 2) mit den Zündschirmelektroden J und K verbunden.
Die Mitte dieser Oberspannungswicklung ist beispielsweise über den Widerstand R3
mit der elektrischen Mitte des soeben beschriebenen Spannungsteilers verbunden.
Die Unterspannungsseite des Zündtransformators Tr wird durch geeignete Maßnahmen
so erregt, daß in jeder Halbperiode zwischen den Elektroden T und K eine hohe Spannung
auftritt, die zum Überschlag zwischen diesen beiden Elektroden und danach zur Ausbildung
eines Hilfslichtbogens führt.
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Im ausgeschalteten Zustand muß der Stromrichterschalter natürlich
unter Druck gehalten werden, damit kein Überschlag zwischen den Schalterkontakten
A und S stattfindet. Wenn eine Schaltung nicht bevorsteht, kann andererseits ein
zusätzlicher Trennschalter den Stromrichterschalter abschalten, so daß eine Druckhaltung
oder Gasströmung nicht erforderlich ist. Wenn der Stromrichterschalter jedoch schaltbereit
sein soll, müssen bei einer Ausführungsform gemäß Abb. i ständig Druck und -Strömung
vorhanden sein. Man kann jedoch die Notwendigkeit des ständig vorhandenen Druckes
und einer ständig bestehenden Gasströmung für den schaltbereiten Stromrichterschalter
dadurch umgehen, daß man eine zwangläufige Kopplung von Schalterbewegung und Druckgasströmung
im Schalter vornimmt. Dies kann gemäß der Erfindung dadurch geschehen, daß man beispielsweise
den Stromrichterschalter mit Druckluftantrieb .ausbildet, und zwar derart, daß gleichzeitig
beim Ein- oder Ausschalten des Schalters mittels Druckluft ein Teil dieser Druckluft
zur Ausbildung einer Druckgasströmung im Stromrichterschalter ausgenutzt wird. Ein
Beispiel für eine solche Anordnung ist in Abb. 4 gezeigt.
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In dieser Abb. 4 ist ein Stromrichterschalter gemäß der Erfindung
dargestellt, der in seinem Aufbau dem in Abb. i gezeigten Ausführungsbeispiel gleicht;
nur sind auf den Deckeln dieses Stromrichterschalters noch zwei Arbeitszylinder
5 und 6 angeordnet. Im Zylinder 5 kann sich der Kolben 3, der mit dem Kontaktstift
i verbunden ist, bewegen; im Zylinder 6 bewegt sich der Kolben 4, der mit dem Schaltstift
2 des Stromrichterschalters verbunden ist. Der Stromrichterscbalter ist in Abb.
4 in geschlossenem Zustand dargestellt. Es soll im folgenden der Verlauf des Ausschaltvorganges
beschrieben werden.
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Zum Ausschalten wird" der Anordnung durch die Rohrleitung 17 Druckluft
zugeführt. Diese Druckluft strömt einerseits zum Teil durch die Rohrleitungen 13
und 12 vor den Kolben 3 und durch die Rohrleitungen io und 8 vor den Kolben 4 und
bewegt die beiden Kolben auseinander, wobei gleichzeitig sich die beiden Kontaktstifte
i und 2 des Stromrichterschalters voneinander entfernen. Gleichzeitig strömt aber
auch der größte Teil der zugeführten Druckluft durch die Rohrleitung 18 in das Membrangehäuse
24 und gleichzeitig durch die Rohrleitung 21 in das Membrangehäuse 23. Im Membrangehäuse
24 wird durch die zuströmende Druckluft der Ventilkegel 25, der an der Membran 26
befestigt ist, abgehoben und die durch das Rohr 18 eintretende Druckluft strömt
an dem abgehobenen Ventilkegel vorbei in die Rohrleitung 2o. Diese durch die Rohrleitung
2o in den Stromrichterschalter eintretende Druckluft bewirkt eine .Beblasung des
zwischen den Schalterkontakten i und 2 gezogenen Lichtbogens in dem bereits eingangs
beschriebenen Sinne. Die durch die Rohrleitung 21 in das Membrangehäuse 23 eintretende
Druckluft drückt auf die Membran 27 und preßt dadurch den Ventilkegel 28 fest auf
seinen Sitz, so daß die in der Rohrleitung 2o befindliche Druckluft nicht am Ventilkegel
28 vorbei durch die Rohrleitungen ig, 15, 14, 11, 9 und 7 Gegendruck auf die Kolben
3 und 4 ausüben und damit die Schalterbewegung hemmen kann.
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Beim Einschalten arbeitet die Anordnung sinngemäß ebenso, nur wird
jetzt durch die in der Rohrleitung 16 eintretende Preßluft der Ventilkegel
28 abgehoben und dadurch Druckgasströmung auf den Stromrichterschalter gegeben.
Zugleich wird im Membrangehäuse 24 'der Ventilkegel 25 geschlossen und eine Absperrung
der Rohrleitung 18 gegen die unter Druck stehende Rohrleitung 2o vorgenommen.
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Wünscht man zur Ersparnis an Druckluft, daß bei Erreichen des Aus-
oder Ein-Zustandes des Schalters die Gasströmung automatisch abgesperrt wird und
daß nur noch Druck im Schalterinneren verbleibt, so kann man mit den beweglichen
Schaltkontaktstiften des Stromrichterschalters eine Steuervorrichtung koppeln, die
bei Erreichen des Aus- oder Ein-Zustandes die Abströmöffnungen für das Schalterdruckgasschließen.
Bei einem Schalter nachAbb. i müßten also im gegebenen Zeitpunkt dieÖffnungenC imDeekelBund
die üffnungen0 im Deckel P geschlossen werden. Ein Ausführungsbeispiel für eine
derartige Anordnung ist in Abb. 5 für eine Schalterhälfte gezeigt.
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i und 2 in dieser Abb. 5 sind die beiden beweglichen Schaltkontaktstifte,
die in der Ein-Stellung gezeichnet sind. Der Kontakt-
Stift 2 trägt
innerhalb des mit dem Schalterdeckel in Verbindung stehenden Kolbengehäuses 29 zwei
Stellringe 3o und 31- Zwischen diesen beiden Stellringen ist leicht beweglich ein
Kolben 32 auf dem Kontaktstift 2 angeordnet, der mittels der Feder 33 gegen den
Stellring 30 gedrückt wird. In der gezeichneten Stellung werden mittels dieses
Kolbens 32 die Öffnungen 34 im Gehäuse 29 verschlossen, so daß im Inneren des Stromrichterschalters
befindliches Druckgas nicht nach außen entweichen kann. Am Schaltstift i ist dieselbe
Anordnung angebracht. Werden nun die beiden Schaltstifte i und 2 auseinanderbewegt,
so gibt am Schaltstift 2 der Kolben 32 die Öffnungen 34 frei. Das im Schalterinneren
befindliche Druckgas kann nun durch die Öffnungen 34 in das Innere des Kolbengehäuses
29 eintreten, am Kolben 32 vorbeiströmen und durch die Öffnungen 35 nach außen entweichen.
Hat der Stromrichterschalter seine Aus-Stellung erreicht, so legt sich der Kolben
32 gegen die Öffnungen 35. und verhindert damit ein weiteres Abströmen des Druckgases.
Das Druckgas kann also tatsächlich nur dann abströmen, wenn sich die Kontaktstifte
i und 2 in Bewegung befinden. Durch die federnde Anordnung des Kolbens 32 auf dem
Kontaktstift 2 wird erreicht, daß auch bei Abbrand an der Spitze des Stiftes 2 der
Kolben 32 stets die Öffnungen 34 dicht verschließt, wenn der Schalter eingeschaltet
ist. Nach der Aus-Schaltseite hin ist eine solche federnde Bewegung des Kolbens
nicht ohne weiteres erforderlich, vielmehr kann hier der Kolben 32 zugleich als
Anschlagsbegrenzung für die Ausschaltbewegung des Kontaktstiftes 2 dienen.
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Der die Unterspannungsseite des Zündtransformators Tr (Abb. 3) erregende
Kreis muß ebenfalls mit der Schalterbewegung oder mit den die Schalterbewegung steuernden
Organen verkoppelt sein. Durch diese zwangsläufige Verkoppelung ist zu bewirken,
daß mit Beginn des Einschaltens des Stromrichterschalters die Hilfslichtbogenzündung
eingeschaltet wird und nach Beendigung der Einschaltbewegung wieder ausgeschaltet
wird. Dies kann z. B dadurch geschehen, daß mittels Hilfskontakte, die mit den Schalterkontakten
oder mit den die Einschaltung bewirkenden Steuerorganen des Schalters in Verbindung
stehen, beispielsweise ein AEG-Thyratron im Unterspannungskreis des Zündtransformators
gitterseitig so gesteuert wird, daß es während des Einschaltens die Zündanlage zum
Arbeiten freigibt. Dasselbe AEG-Thyratron kann auch mit denselben Mitteln während
des Ausschaltens zur Freigabe des Arbeitens der Hilfslichtbogenzündung herangezogen
werden. Die Freigabe des Arbeitens der Hilfslichtbogenzündung während des Ausschaltens
des Stromrichterschalters braucht aber nicht zwangsläufig erfolgen. Es sind daher
weitere Mittel zu verwenden, die nur nach Wunsch ein Arbeiten der Hilfslichtbogenzündung
während des Ausschaltens gestatten.
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Wie bereits erwähnt, sind die in den Abbildungen dargestellten Anordnungen
nur als Beispiele anzusehen. Man kann den Grundgedanken der Erfindung, nämlich einen
Schalter mit einem Stromrichter in ein und demselben Gerät zu vereinigen, auf die
verschiedenste Weise lösen.
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Als Anwendungsbeispiele für den vorstehend beschriebenen Stromrichterschalter
seien genannt: Die Verwendung des erfindungsgemäßen Stromrichtersohalters als Schnellschalter
zur Verhinderung eines zu hohen Spannungsanstieges bei plötzlichen Laständerungen,
insbesondere bei sehr langen Fernleitungen.
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Die Verwendung des Stromrichterschalters als Schnellschalter zum Abschalten
von Rückzündungen in Stromrichteranlagen.
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Auch bei selbsttätigen Fernsteuerungen, bei denen mehrere Schalthandlungen
rasch nacheinander und z. B. in bestimmter Reihenfolge vorgenommen werden müssen,
läßt sich der Stromrichterschalter mit Vorteil verwenden.