DE862470C

DE862470C - Strombegrenzer fuer Gleich- und Wechselstromnetze

Info

Publication number: DE862470C
Application number: DEK7863A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr Kesselring
Original assignee: FKG AG
Current assignee: FKG AG
Priority date: 1945-08-07
Filing date: 1949-08-13
Publication date: 1953-01-12
Also published as: GB632794A; US2639357A; BE467116A; NL186333B; CH282851A; FR931542A; CH262898A; GB632843A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEÖENAM 12. JANUAR 1953

Jv 7863 VIIIb 121 c

Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Strombegrenzer für Gleich- und Wechselstromnetze mit mindestens einer Unterbrechungsstelle und einem elektromagnetisch betätigten Schaltelement. Der Strombegrenzer nach der vorliegenden Erfindung ist durch eine derartige Ausbildung gekennzeichnet, daß parallel zu den Unterbrechungsstellen Impedanzen angeordnet sind und daß die Kontakttrennung an den Unterbrechungsstellen spätestens io~⁴ see nach Einsetzen des Überstromes erfolgt, wobei mindestens der halbe Ausschaltweg zurückgelegt ist, wenn die wiederkehrende Spannung als Spannungsabfall an den Impedanzen ihren ersten Höchstwert erreicht.

Die Einwirkung eines Strombegrenzers mit parallel zu den Unterbrechungsstellen angeordneten Ohmschen Widerständen auf den Verlauf der Ströme und Spannungen in einem Wechselstromnetz sei nachstehend an ,Hand der Fig. ι der Zeichnung kurz erläutert: Es bedeutet darin i_B den vor der Öffnung der Unterbrechungsstellen fließenden Betriebsstrom, i_K den Kurzschlußstrom, wie er sich ausbilden würde bei Verwendung der bisher üblichen Schalter, und ίψ den durch den parallel geschalteten Widerstand fließenden und durch diesen begrenzten Überstrom. Der Spannungsabfall ίΐψ an diesem Widerstand stellt also die wiederkehrende Spannung dar. Der Schaltvorgang vollzieht sich wie folgt. Wenige io~⁵ see nach Einsetzen des ansteigenden Überstromes ig (Zeitpunkt t_a) öffnen die im'allgemeinen in Reihe, jedoch parallel zum Widerstand liegenden Unterbrechungsstellen, wodurch der Widerstand in den Stromkreis eingefügt wird. Durch Erwärmung der Widerstände

nimmt der Widerstandswert zu. Entsprechend vergrößert sich auch der Spannungsabfall. In dem Maße, wie dieser Spannungsabfall zunimmt, muß auch der Kontaktabstand an den Unterbrechungsstellen sich

- 5 vergrößern, damit eine Rückzündüng vermieden wird. Schließlich liegt praktisch die gesamte Spannung des Stromkreises am Widerstand. Der Überstrom wird ',beispielsweise auf einen kleinen Bruchteil des Kurzschlußstromes ig verringert und kann dann leicht

ίο ganz unterbrochen werden. Durch entsprechende Bemessung der Impedanzen ist es möglich, die Amplitude des Stromes ίψ- beispielsweise auf den 1,5- bis zfachen Wert der Amplitude des Nennstromes des Strombegrenzers zu begrenzen (Zeitpunkt ij). Die Bewegung der Kontakte muß so gesteuert sein, daß die Durchschlagspannung zwischen den Schaltkontakten dem Höchstwert der wiederkehrenden Spannung (Zeitpunkt t_c) gewachsen ist. Etwa zum Zeitpunkt t_d kann dann der zusätzliche Trennschalter öffnen, wodurch der Strom i_w zum Zeitpunkt t_e endgültig abgeschaltet wird.

Die Impedanzen bildet man zweckmäßig so aus, daß der verbleibende Reststrom unterhalb des Nennstromes des Strombegrenzers bleibt. Von Vorteil ist es im allgemeinen, die Impedanzen so zu bemessen, daß der Reststrom so, weit verringert wird, daß er mit Hilfe eines zusätzlichen, in Luft oder in einer Isolierflüssigkeit angeordneten Trennschalters abgeschaltet werden kann, der mit Vorteil im Strombegrenzer selbst eingebaut wird. Als Impedanzen eignen sich möglichst induktionsfreie Ohmsche Widerstände aus dünnen Drähten oder Bändern aus leitenden Werkstoffen, besonders solche mit einem Temperaturkoeffizienten von mindestens 4 · io~³ pro Grad Celsius,

z. B. reines Eisen. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, die Impedanzen als Kapazitäten auszuführen, wobei beispielsweise spätestens einige Hundertstelsekunden nach Einschaltung der kapazitiven Impedanzen die Kapazität auf einen Bruchteil ihres Anfangswertes verringert wird, z. B. durch Vergrößern des Abstandes der Elektroden.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Strombegrenzer mit Ohmschen Widerständen als Impedanzen. Es bedeutet darin 50 das Magnetsystem des Strombegrenzers mit der Erregerspule 51. 52 sind die Schaltelemente, die von einer als Achse dienenden Torsionsfeder gegen die feststehenden Schaltstücke 53 gepreßt werden. Um Schaltzeiten von io"⁴ see und weniger zu erhalten, müssen die Massen der beweglichen Schaltelemente möglichst klein und die auf sie einwirkenden magnetischen Zugkräfte möglichst groß gemacht werden. Wie es in der Fig. 2 dargestellt ist, kann man die beweglichen Schaltelemente als im wesentlichen stäbchenförmige magnetisierbare Anker ausführen, deren Länge höchstens 1 cm ist und deren Breite senkrecht zur Drehachse höchstens einige Millimeter beträgt, während die Tiefe in Richtung der Drehachse beliebig groß sein kann. Der Schaltweg soll im allgemeinen einige ZehntehniUimeter nicht überschreiten. Es ist zweckmäßig, das aus magnetischen Gründen erforderliche Material auch zur Stromleitung mit heranzuziehen. Weiterhin ist es zur Erreichung dieser kurzen Schaltzeiten erforderlich, daß das Betätigungsmagnetfeld spätestens nach einigen io"^ä. see auf- bzw. abgebaut ist; insbesondere soll die magnetische Zeitkonstante des Betätigungsstromkreises etwa 10-⁵ see oder weniger betragen. Ferner muß die für die Betätigung mit Vorteil verwendete Gleichspannung genügend hoch sein, z.B. 100... 1000 V- und mehr betragen. Unterhalb des Magnetsystems 50 befindet sich ein Behälter 54. 55 und 56 sind Durchführungen für die Zuleitungen. 57 ist ein Widerstand aus Eisenband, der allseits von. dem Isolieröl 58 umgeben ist. 59 und 60 sind die Zuleitungen zu den feststehenden Endkontakten, während 61 die Verbindungen zu den Widerständen darstellen, wodurch eine gleichmäßige Spannungsaufteilung längs der Unterbrechungsstellen gewährleistet ist.

Die Wirkungsweise dieses Strombegrenzers ist folgende: Der Betriebsstrom i_B fließt über die Durchführung 55, die Zuleitung 59, die Schaltelemente 52 und Kontaktstellen 53 zur Ableitung 60 und über die Durchführung 56 weiter zum Verbraucher. Tritt im Augenblick t_a (Fig. 1) z. B. ein Kurzschluß auf, so steigt der Strom an, wodurch wenige io~⁵ see nach dem Zeitpunkt t_a die Spule 51 genügend erregt wird, um die Schaltelemente 52 magnetisch zu beeinflussen. Es ist im allgemeinen vorteilhaft, Hilfseinrichtungen vorzusehen, welche neben der Höhe des Stromes auch die Stromsteüheit überwachen, wobei _go ' das Kommando für die Einschaltung des Widerstandes von beiden Größen abgeleitet wird. Beim Drehen der Schaltelemente 52 im Gegenuhrzeigersinn entstehen zwischen diesen und den feststehenden Kontakten 53 im allgemeinen keine oder nur sehr g5 kleine Lichtbogen, sofern der Spannungsabfall je Kontaktstelle, beispielsweise in Luft, den Wert von 20 V nicht überschreitet. Daraus folgt, daß der Strom praktisch momentan auf den Widerstand 57 umgeleitet wird. Dieser Widerstand ist so bemessen, daß er sich sofort stark erhitzt und infolge seines positiven Temperaturkoeffizienten sein Widerstandswert entsprechend erhöht wird. Bei Verwendung von chemisch reinem Eisen als Widerstandsmaterial läßt sich eine Widerstandserhöhung auf den zehn- bis fünfzehnfachen Betrag erreichen. Durch die Einfügung dieses Widerstandes in den Stromkreis wird ein weiteres Anwachsen des Kurzschlußstromes i_K verhindert.

In vielen Fällen kann es zweckmäßig sein, eine no vollständige Unterbrechung überhaupt nicht herbeizuführen. Versuche haben nämlich gezeigt, daß z. B. Lichtbogen auf der Strecke bereits erlöschen, wenn der Strom auf einen gewissen Mindestwert herabgesetzt wird und wenn man vermeidet, daß der Kurzschlußstrom vorher in seinem vollen Wert über diesen Lichtbogen fließt. Es wird dann der Lichtbogen auf der Strecke spätestens zum Zeitpunkt f_e (Fig. 1) erlöschen, worauf der Strombegrenzer sofort wieder in seine Einschaltstellung gehen kann. Die iao Störung ist dann in kürzester Zeit beseitigt, ohne daß die Anlage durch den sonst auftretenden Kurzschlußstrom irgendwie beansprucht wurde. Im allgemeinen wird daher der Verbraucher nicht mehr feststellen können, daß auf der Strecke eine Störung vorhanden war.

Handelt es sich hingegen um einen metallischen Kurzschluß, so werden alle Strombegrenzer, über die der Kurzschlußstrom fließt, ansprechen und dementsprechend auch ihren Widerstand einschalten. Trifft man dann die Anordnung so, daß nur derjenige Strombegrenzer endgültig ausgeschaltet bleibt, bei dem auf der nach der Kurzschlußstelle hinweisenden Strecke die Spannung praktisch Null ist, so wird man im Zeitpunkt t_e bereits eine selektive Abschaltung dieses Kurzschlusses erreicht haben, wobei ebenfalls das Auftreten eines Kurzschlußstromes in der sonst üblichen Höhe vermieden ist.

Selbstverständlich kann der Strombegrenzer auch benutzt werden, um Überlastungen abzuschalten oder einzugrenzen. Unter Umständen ist es auch zweckmäßig, empfindliche Einrichtungen, wie Generatoren, Transformatoren u. dgl., von vornherein mit solchen Strombegrenzern auszurüsten. Die allgemeine Verwendung derartiger Einrichtungen, wobei die im Netz vorhandenen Schalter für die üblichen Betriebsschaltungen benutzt werden können, gestattet, den Aufbau der Netze grundlegend zu vereinfachen und zu verbilligen, da sowohl die thermischen als auch die dynamischen Auswirkungen des Kurzschlußstromes nicht mehr in Erscheinung treten. Es lassen sich dadurch insbesondere auch große Ersparnisse in der Auslegung von Kabeln erzielen. Weiterhin ist das Problem der sogenannten Kurzschlußfortschaltung und schnellen Wiedereinschaltung auf eine prinzipiell andere und wirkungsvollere Art gelöst.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

I. Strombegrenzer für Gleich- und Wechsel-Stromnetze mit mindestens einer Unterbrechungsstelle und einem elektromagnetisch betätigten Schaltelement, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Unterbrechungsstellen Impedanzen angeordnet sind und daß die Kontakttrennung an den Unterbrechungsstellen spätestens io-⁴sec nach Einsetzen des Überstromes erfolgt, wobei mindestens der halbe Ausschaltweg zurückgelegt ist, wenn die wiederkehrende Spannung als Spannungsabfall an den Impedanzen ihren ersten Höchstwert erreicht.
2. Strombegrenzer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der Impedanzen, daß der Reststrom unterhalb des Nennstromes des Strombegrenzers bleibt.
3. Strombegrenzer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der Impedanzen, daß der Reststrom so weit verringert wird, daß er durch einen zusätzlichen Trennschalter abgeschaltet werden kann.
4. Strombegrenzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Trennschalter im Strombegrenzer eingebaut ist.
5. Strombegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzen als induktionsfreie Ohmsche Widerstände ausgebildet sind.
6. Strombegrenzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände aus einem Material mit einem Temperaturkoeffizienten "von mindestens -f- 4 · ίο-³ pro Grad Celsius bestehen.
7. Strombegrenzer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ohmschen Widerstände aus chemisch reineni Eisen bestehen.
8. Strombegrenzer nach Anspruch s^dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzen als bandförmige Widerstände ausgeführt und in einer isolierenden Kühlflüssigkeit angeordnet sind.
9. Strombegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzen als^Kapazitäten ausgebildet sind.
10. Strombegrenzer nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Kapazitäten, daß sich ihr Kapazitätswert spätestens einige Hundertstelsekunden nach der Einschaltung auf einen Bruchteil des Anfangswertes verringert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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