-
Einrichtung zur Löschung elektrischer Lichtbögen mittels Kondensatorentladungen
Um beim Ausschalten von Schalteinrichtungen die Löschung des Unterbrechungslichtbogens
zu erleichtern, ist es bekannt, über die Schaltstrecke beim Offnen des Schalters
einen Kondensator zu entladen, dessen Entladungsstrom dem Betriebsstrom entgegenwirkt.
Die Einrichtungen hierfür pflegen derart ausgeführt zu sein daß der Löschkondensator,
durch die Betriebsspannung aufgeladen und für seine Entladung beim Offnen des Schalters
durch dessen Schalthebel selbst parallel mit den Schaltkontakten verbunden wird.
Es hat sich gezeigt, daß eine einmalige Kondensatorentladung den angestrebten Zweck
häufig nicht zu erfüllen vermag und eine zuverlässige Lö -schung des Lichtbogens
dadurch nicht zu erreichen ist. Dies liegt daran daß der Lichtbogen mannigfachen
Einflüssen und Änderungen unterworfen ist, und daß es für die Löschwirkung durch
die Kondensatorentladung wesentlich darauf ankommt, unter welchen Verhältnissen
der Lichtbogen gerade in dem Zeitpunkt steht, in welchem die Kondensatorentladung
stattfindet.
-
Ein weiterer bekannter Vorschlag, der anstrebt, jene Zufälligkeiten
der Löschwirkung durch die Kondensatorentladung auszuschließen, geht dahin, den
Lichtbogen durch überlagerte Schwingungen, welche durch Kondensatorentladungen hervorgerufen
werden, zum Löschen zu veranlassen und diese Schwingungen mit Hilfe der periodischen
Bewegung eines Schalters in kurzen Zeitintervallen mehrmals zu wiederholen, um auf
diese Weise in verschiedenen Augenblickswerten und Lichtbogenzuständen den Lichtbogen
durch den Schwingungskreis beeinflussen zu können.
-
Obgleich eine Reilie von Schwingungsstromstößen nacheinander dein
Lichtbogen zugeführt werden und dadurch die Möglich-].zeit ihrer Einwirkung auf
den Lichtbogen mehrere l1Iale und zu anderen Zeitpunkten gegeben ist, vermal; diese
bekannte Einrich-.
tttlig trotz(leni ebensowenig zuverlässig
den Lichtbogen zu löschen. Wenn nämlich beim Abschalten <lern Lichtbogen Schwingungen
überlagert werden, ist der zeitliche Verlauf dieser Schwingungen lediglich durch
die. Selbstinduktion und Kapazitiit bedingt. Die Augenblicke, bei denen sich der
Schwiligungsstrom und der Lichtbogen- bzw. Schalterstrom aufheben, werden demzufolge
außerordentlich kurzzeitig sein, so daß die Zeit nicht ausreicht, den Lichtbogen
zuni Erlöschen zu bringen.
-
.Nach der Erfindung wird die Unzuverlässigkeit (ler Löschwirkung eines
Lichtbogens, insbesondere bei Lichtbogenstronirichtern und Sehaltern, dadurch vermieden,
daß ebenfalls mehrere Kondensatorentladungen nacheinander über den Schaltlichtbogen
bewirkt werden, aber die Kapazität C, die In-(luktivität L und der Ohnische Widerstand
R des I?ntla(lungskreises in solchem Verhältnis zueinander stehen, daß jede Entladung
aperiodisch vor sich geht. Für die Voraussetzung, unter der Schwingungen nicht mehr
eintreten und der Strom aperiodisch verläuft, besteht bekanntlich die Beziehung
Wenn nun unter dieser Bedingung die einzelnen Kondensatorentladungen aperiodisch
erfolgen und der zeitliche Verlauf des Entladungsstromes nicht nur von der Größe
d.r Kapazität, sondern auch vorn Ohmschen Widerstand des Stromkreises abhängt, hat
man es in der Hand, die "Leitdauer, während welcher der Kondensatorstroin auf die
Lichtbogenlöschung wirksam ist, ausreichend zu bemessen. Hinzu kommt der weitere
erhebliche Vorteil der Erfindung, daß bei der Übernahme des Schalterstromes durch
die Kondensatorentiadung der Widerstand des Schalterlichtbogens ansteigt und das
Abklingen des Kondensatorentladungsstrornes dadur, ii noch sanfter verläuft. also
in bezug auf die Löschung besonders wirksam ist.
-
Abb. i (ler Zeichnung zeigt schematisch ein allgemeines bekanntes
Ausführungsbeispiel für die Löschung des Schaltlichtbogens mittels einer Kondensatorentladting.
Beim Öffnen des Schalters, der in der Schließstellung die Kontakte i und -2 überbrückt,
werden gleichzeitig die Kontakte r und 3 miteinander verbunden und damit der Kondensator
4. auf den Lichtbogen geschaltet. Der Widerstand ,#'oi-gt für die Aufla(lung des
Kondensators 4 vor den( ()Minen (res Schalters.
-
In den Abb.2 bis ; sind mehrere Ausführungsbeispiele der l?rhndung
dargestellt. Nach Abb.2 werden (Iadurch, (Maß der Ausschalter als Stufenschalter
atl,gel)il(let ist, nacheinander die aperio(lischen I:ntla<lung,@n von drei Kondensatoren
G, ; un(t ,8 über (le n S S chaltlichtbo-en vor-etioninien. Zwecknü i [')igerweise
werden diese l-Zondensatoren für verschiedene Kapazitäten ausgelegt, die dein Verlauf
des Lichtbogens so angepaßt sind. daß beim Zuschalten jedes der Kondensatoren der
herrschende Schalterstrom zu Null gemacht wird. Beim Offnen des Schalters wir-.1
zwar der Lichtbogenstrorn allmählich kleiner, die Lichtbogenspannung indessen kann
beträchtlich ansteigen. Bei Wiederholung der Kondensatorenladung kann deshalb die
Kapazität kleiner gewählt werden, uin die gleiche Wirkung zu erzielen, wodurch bei
Verwendung mehrerer vorher geladener und nacheinander entladener Kondensatoren für
die Löschstrecke die Abmessung der Kondensatorgruppe erheblich kleiner ausfällt.
Beim Üüfnen des Schalters wird der Widerstand des Schalterlichtbogens vergrößert.
beinentsprechend kann die zugeschaltete Kapazität kleiner sein, ohne daß Schwingungen
entstehen, d. 1i. die bezeichnete Bedingung
bleibt trotz verminderter Kaliazitiit bestehen. Die Abb.3 veranschaulicht
ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die aperiodische Entladung und die über
den Widerstand io erfolgende Ladung ein und desselben Kondensators 9 durch
einen Schalter finit einer Anzahl Unterbrechungen mehrere -Male wiederholt wird.
Durch die Möglichkeit, bei .der Wiederholung der Entladung die Zeitintervalle bis
zum erneuten anlegen dieses Kondensators an den Lichtbogen innerhalb der Dauer seines
Bestehens kürzer bemessen zu können, läßt sich die Häufigkeit der Löschstromstöße
steigern und damit die Löschwirkung beschleunigen. Te länger nämlich der Lichtbogen
i-2 besteht, desto größer ist auch die an dein Lichtbogen herrschende Spannung.
Auf diese Spannung entladet sieh der Kondensator <9 höchstens, d. 1i. mit anwachsender
Lichtbogenspannung wird der Kondensator weniger vollständig entladen, und es ist
möglich, ihn in kürzerer Zeit wieder aufzuladen, also ihn in häufigerer Aufeinanderfolge
auf den Lichtbogen zu schalten. I-Iinzu kommt, (Mali im allgemeinen heim Öffnen
des Schalters die im Stromkreis wirkende Spannung entlastet wird und ansteigt. Falls
der Kondensator. durch diese Spannung aufgeladen wird, vollzieht sich die Auf ladun
g durch (las Ansteigen der Spannung ebenfalls rascher.
-
In manchen f#'ülleti ist es zweckniiiI3ig, eine Anordnung nach Abb..I
zu verwenden. 1):r Kondensator ii wird über die @@'irlei-st<iri(ler2
und
13 durch .die Gleichspannung aufgeladen. Das erstmalige I'arallelschalten des Nondensators
zu den Schalterkontakten 1-2 lind-_t beim gemeinsamen öffnen der vorzugswei@c mechanisch
oder elektromagnetisch gekoppelten Schalter 1:1 und 15 statt, wenn der 1,7,otitaikthebel
14 die Verbindung zwischen den Kontakten i und 1 5 und gleichzeitig der andere Kontal;tliebel
18 die Verbindung zwischen den Kontakten 2 und 16 herstellt. Für die Wiederholung
der Ladung wird die N'erbindung zwischen i und 15 und ebenso zwischen 2 und 16 kurzzeitig-
unterbrochen, indem für diese Geit die Hebel 1.1. und 18 auf die toten Endstellungen
17 und ig gebracht «erden. Nach erneuter Aufladung des Kondensators i i kann man
dann die zwangsläufig miteinander verbundenen Hebel 14 und 18 wieder' auf die Schaltkontakte
1 5 und .16 drehen, wodurch dem Schaltlichtbogen 1-2 die zweite aperiodische Entladung
entgegengeschäftet wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Ladungs- und Entladungsvorgang
beliebig zu wiederholen. Wenn beide Schalter 1.4 und 18 anstatt mit einzelnen Kontakten
15 und 16 nach dem Vorbild gemäß Abb. 3 mit einer Anzahl von Kontakten und Unterbrechungen
versehen sind, läßt sich auch hierbei allein durch die Drehbewegung der Schalter
eine mehrmalige Ladung und Entladung des Kondensators, gegebenenfalls in verschieden
kurzen Zeitabständen, leicht vornehmen.
-
Beien Auftreten von Kurzschlüssen, die durch einen Schalter abgeschaltet
werden sollen, bei welchem die Erfindung angewendet wird, ist es besronders "wichtig,
daß die Erfindung voll zur Wirkung kommt. Beim Auftreten von Kurzschlüssen sinkt
aber im allgemeinen die Betriebsspannung stark ab. 'Es besteht dadurch die Gefahr,
daß, der nach der Erfindung wirksame Kondensator nicht die nötige Ladung besitzt.
In solchen Fällen, in denen die Gleichspannung nicht zur Rufladung eines Kondensators
ausreicht, eignet sich fier die Verwirklichung des Erfindung3-gedankens eine Anordnung
nach Abb. 5. Es werden hier mehrere Kondensatoren, beispielsweise drei Einheiten
20, 2i und 22, Üb,r Widerstände wie in Abb. d. vom Gleichstromnetz zunächst einzeln
aufgeladen. Um die Kondensatoren über den zwischen den Kontakten r und 2 sich bildenden
Schaltlichtbogen mehrfach aperiodisch zu entladen und ihn dadurch im Sinne der Erfindung
zuverlässig zu löschen, dienen ähnlich wie in Abb.4 zwei miteinander gekoppelte
Schalthebel 23
und 27, von denen beine gewünschten öffnen des Schalters der
I-lebe123 bis zu"' festen Kontakt 25 und gleichzeitig der Hehel 27 lies zutn festen
Koiltatkt 2;; gedreht wird. An den Hebeln 23 und 27 sind ferner isolici-t zusätzliche
-)clialtarnie 24. und ?g angebracht, «-elche die Itontal:te 26 bzw. 30 überbrücken
und dadurch die 1'Z(ncleils<ttoi-eil 20, 21 tulcl 2 2 in Reihe schalten, sobald
die Hebel 23 und 27 die festen Kontakte 24 und 28 berühren und damit die Entladung
der drei Kondensatoren Tiber den Lichtbogen stattfinden kann. Für die folgende erneute
Eiiizelaufladung der Kondensatoren 20, 21 und 22 dreht man die Hebel 23 und
27 für eine angemessene Zeitspanne auf die toten Kontaktpunkte 32 bzW. 31, wodurch
die Verbindungen zwischen den l,Zoildensatoreii unter sich bei 26 und 3o
als auch rillt dein Lichtbogen vorübergehend getrennt werden. Dann kann die aperiodische
Entladung wiederholt «-erden, indem man die. Hebel 23 und 27 auf die Kontakte 25
bzw. 28 zurückführt. Auf diese Weise gelingt es, bei Anwendung jener Reihenschaltung
der Kondensatoren auch beine Auftreten von Kurzschlüssen sichere Unterbrechungen
Herbeizuführen.
-
Um bei den verschiedenen Ausführung,-möglichkeiten die Kondensatorspannung
voni ühzigen Netz fernzuhalten. empfiehlt es sich, Drosselspulen einzufügen, die
zu ähnlichen Schutzzwecken an sich bekannt sind.
-
Die beschriebenen Anordnungen lassen sich zur Lichtbogenlöschung aller
bekannten Schalter verwenden. In den Beispielen sind einpolige Schalter dargestellt.
Es lassen sich aber ohne Schwierigkeiten Vorkehrungen treffen, welche die Anwendung
der Erfindung beim mehrpoligen Abschalten gestatten. Falls @1"echselstronikreise
geschaltet werden sollen, ist darauf zu achten, daß die Kondensatoren beim Parallelschalten
mit dein Lichtbogen die gewünschte Ladung besitzen. Es ist dann auch möglich, die
Kondensatoren über Gleichrichter mit Gleichspannung aufzuladen.