DE910445C

DE910445C - Arrangement for quick release of electrical switching devices

Info

Publication number: DE910445C
Application number: DES5642D
Authority: DE
Inventors: Paul Duffing; Dipl-Ing Adolf Thewalt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1939-09-29
Filing date: 1939-09-29
Publication date: 1954-05-03

Description

Anordnung zur Schnellauslösung elektrischer Schalteinrichtungen Die Erfindung findet Anwendung auf dem Gebiet der elektrischen Hochspannungsanlagen und der zugehörigen Steuereinrichtungen. Sie bezweckt eine wesentliche Herabsetzung der Auslösezeit von Schalteinrichtungen, gerechnet von der Kommandogabe bis zur Beendigung der Lichtbogenlöschung im Schaltgerät. Für diese Zeit werden bei Höchstspannungsschaltern bis zu etwa zwölf Halbwellen bei normaler Betriebsfrequenz, ,also etwa 0,12 Sekunden, benötigt. Ein wesentlicher Teil hiervon entfällt auf die Zeit, die der Schalter braucht, um nach Freigabe des beweglichen Schaltgliedes in die Stellung zu gelangen, in der der Lichtbogen erlischt. Dieser Teil der Auslösezeit ist bei den heutigen Schalterbauarten nur schwer noch weiter zu verkleinern. Für die Zeit von der Kommandogabe bis zum Eintreten der Bewegung des Leistungsschalters werden im allgemeinen etwa vier Halbwellen bei normal@er Betriebsfrequenz, d. h: etwa, 0,o¢ Sekunden, benötigt. Diese Zeit ist zu einem großen Teil dazu erforderlich, um die Übersetzungen, und Zwischenkraftspeicher am Schalter zu betätigen, die man bisher brauchte, um mit einer verhältnismäßig geringen Leistung in der Größenordnung von i oo Watt die Haltekräfte eines Schialters, die oft in der Größen-' ordnung von mehreren i ooo kg hegen, lösen zu können.Arrangement for quick release of electrical switching devices The invention finds application in the field of high-voltage electrical systems and the associated control devices. Its purpose is a substantial reduction the tripping time of switching devices, calculated from the command to the Termination of the arc quenching in the switching device. During this time, extra-high voltage switches up to about twelve half-waves at normal operating frequency, i.e. about 0.12 seconds, needed. A significant part of this is accounted for by the time the switch is on needs to get into the position after releasing the movable switching element, in which the arc extinguishes. This part of the trip time is with today's It is difficult to reduce switch designs even further. For the time of the command until the circuit breaker starts to move are generally about four half-waves at normal operating frequency, d. h: about .0, o ¢ seconds are required. Much of this time is required to complete the translations, and To operate intermediate energy storage on the switch, which you previously needed to work with a relatively low power of the order of magnitude of 100 watts the holding forces a schialter, which are often in the order of several thousand pounds to be able to.

Man könnte nun daran denken, die mechanischen Verklinkungseinrichtungen am Schalter zwecks Zeitersparnis zu vereinfachen und dafür einen Auslöser mit entsprechend erhöhter Leistungsaufnahme vorzusehen. Dies stößt jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten, da die Relaiskontakte, mit Hilfe derer die Auslöser gesteuert werden, derartige Leistungen nicht mehr zu schalten vermögen; denn bekanntlich sind derartige Steuergeräte, wie sie bei Selektivschutzeinrichtungen verwendet werden, notwendigerweise außerordentlich fein und empfindlich. Außerdem würde eine Erhöhung der Leistungsaufnahme eines Auslöseelektromägneten im allgemeinen auch eine Vergrößerung der Zeitkonstante des Stromkreises der Elektromagnetspule mit sich bringen.One could now think of the mechanical latching devices to simplify at the switch to save time and a trigger with accordingly increased power consumption to be provided. However, this comes across substantial Difficulties, as the relay contacts that are used to control the releases are no longer able to switch such services; because, as is well known, such Control devices such as those used in selective protection devices are necessary extremely fine and sensitive. It would also increase the power consumption of a tripping electromagnet generally also means an increase in the time constant of the circuit of the solenoid coil.

Um diesen Schwierigkeiten ,aus dem Wege zu gehen, wird nach der Erfindung zur Verkürzung der gesamten Auslösezeit im wesentlichen zunächst eine Verkürzung der Eigenzeit der Auslöseeinrichtung derart vorgenommen, daß die Zeit von der Kommandogabe bis zum Beginn der Bewegung der Verklinkungseinrichtung des Schalters verkürzt wird. Zugleich wird dabei die Betätigungskraft des Auslösers erhöht, ohne jedoch hierfür ein wesentlich erhöhtes Schaltvermögen der ,an der Steuereinrichtung vorgesehenen Kontakte notwendig zu machen und ohne die Zeitkonstante erhöhen zu müssen. Es wird dies dadurch ermöglicht daß zeitlich vor dem Ausführungskommando der Steuereinrichtung (Selektivschutzrelais, Kurzschlußrelais) ein elektromagnetisches Feld .aufgebaut und/oder ein Kondensator aufgeladen wird, woraus die zur Auslösung erforderliche Arbeitsmenge ganz oder teilweise entnommen wird. Dias Feld kann auch im wesentlichen lediglich als Erregerfeld für eine dynamometrisch wirkende Auslöseanordnung benutzt werden. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Zeit zum Aufbau des Erregerfeldes fortfällt, so daß schon allein hierdurch eine erhebliche Zeitersparnis erzielt wird.In order to avoid these difficulties, according to the invention to shorten the total release time essentially first a shortening the proper time of the release device made in such a way that the time of the command is shortened until the start of the movement of the latching device of the switch. At the same time, the actuation force of the trigger is increased, but without this a significantly increased switching capacity of the provided on the control device To make contacts necessary and without having to increase the time constant. It will this is made possible by the time before the execution command of the control device (Selective protection relay, short-circuit relay) an electromagnetic field and / or a capacitor is charged, from which the required for triggering The amount of work is completely or partially withdrawn. Dias field can also be essentially used only as an excitation field for a dynamometrically acting trigger arrangement will. The advantage of this arrangement is that the time to build the Exciter field is omitted, so that this alone saves a considerable amount of time is achieved.

Im folgenden seien die Merkmale der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben und erläutert.The following are the features of the invention with reference to the drawings described and explained.

Fig. i zeigt das Schaltschema einer Auslöseanordnung nach der Erfindung. i, 2 sind Kontakte; welche erfindungsgemäß als Vorkommando von einem Selektivschutzrelais vor dem eigentlichen Ausführungskommando 'betätigt werden, unabhängig davon, ob es überhaupt zur Abgabe des Ausführungskommandos kommt oder nicht: Die Kontakte i, 2 werden beispielsweise geschlossen, sobald das Se- . lektivschutzrelais zu laufen beginnt. 3 ist der das Ausführungskommando abgebende Kontakt des Selektivschutzrelais. M ist der Elektromagnet eines dynamometrisch wirkenden Auslösers, C ein Kondensator, L :eine beweglich angeordnete Spule, welche den Anker des Auslösers darstellt. Eine Ausführungsmöglichkeit des Auslösers ist in Fig. 2 für sich dargestellt.Fig. I shows the circuit diagram of a trip arrangement according to the invention. i, 2 are contacts; which according to the invention as a pre-command from a selective protection relay before the actual execution command ', regardless of whether whether or not the execution command is issued at all: the contacts i, 2 are closed, for example, as soon as the Se-. selective protection relay to run begins. 3 is the contact of the selective protection relay that issues the execution command. M is the electromagnet of a dynamometrically acting trigger, C is a capacitor, L: a movably arranged coil, which represents the armature of the release. One Implementation of the trigger is shown in Fig. 2 by itself.

Durch das Kommando mittels der Kontakte i, 2 werden der Elektromagnet M und der Kondensator C an die Steuerspannung, die beispielsweise 220 Volt beträgt, gelegt. Der Elektromagnet M wird also erregt und der Kondensator C über Ladewiderstände R, welche durch den Leitungwiderstand gebildet werden können; aufgeladen. Will man eine dauernde Strombelastung des Magneten bzw. eine dauernde Spannungsbeanspruchung des Kordensators zulassen, so kann man auf die Anordnung derartiger Vo,rkontakte verzichten und den Magneten 'bzw. den Kondensator dauernd an Span.-nung legen. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, Dauermagneten zu verwenden.The command via contacts i, 2 causes the electromagnet M and the capacitor C to the control voltage, which is for example 220 volts, placed. The electromagnet M is thus excited and the capacitor C via charging resistors R, which can be formed by the line resistance; charged. Do you want a permanent current load of the magnet or a permanent voltage stress allow the Kordensators, so one can rely on the arrangement of such front contacts do without the magnets' resp. apply voltage to the capacitor continuously. Basically there is also the possibility of using permanent magnets.

Sobald mittels des Kontaktes 3 das Ausführungskommando gegeben wird, entlädt sich der Kondensator C auf die Spule L. Der Kondensator ist so bemessen, däß er hierbei kurzzeitig eine verhältnismäßig hohe Leistung zur Betätigung des Auslösers zur Verfügung stellt, wie sie an sich bei gleichbleibender Größe von Strom und Spannung durch die empfindlichen Kontakte von Selektivschutzrelais nicht geschaltet werden. könnte. Der Kommandokontakt 3 brraucht hierdurch jedoch nicht übermäßig beansprucht zu werden, da der Entladestrom des Kondensators erst nach Schließung des Stromkreises ansteigt und vor Öffnung des Kontaktes 3 abgeklungen ist, so daß die Kontaktöffnung stromlos erfolgt.As soon as the execution command is given via contact 3, the capacitor C discharges to the coil L. The capacitor is dimensioned in such a way that däß this briefly a relatively high power to operate the The trigger makes available, as it is in itself with the same size of current and voltage not switched by the sensitive contacts of selective protection relays will. could. However, the command contact 3 does not need excessive use as a result To be claimed, since the discharge current of the capacitor only after closing of the circuit rises and has decayed before the opening of contact 3, so that the contact is opened without current.

Um Beschädigungen des Kontaktes 3, die bei der Einschaltung infolge des außerordentlich raschen Ansteigens des Entladestromes und infolge etwaiger Kontaktprellungen eintreten könnten, mit Sicherheit zu vernneiden, kann man eine schon bei kleinen Strömen gesättigte Eisendrossel (mit Spezialeisen, insbesondere Nickeleisen) in den Stromkreis legen, deren Induktivität nach Erreichen des Sättigungszustandes verschwindend gering ist und die den Stromverlauf in einem gewissen, außerordentlich kurzen Zeitbereich nach der Einschaltung zunächst abflacht, bis der empfindliche Relaiskontakt mit Sicherheit nicht mehr flattert.To avoid damage to contact 3 that occurs when switching on the extraordinarily rapid increase in the discharge current and as a result of any contact bruises could occur, with certainty to negate, one can already do one with small ones Pour saturated iron chokes (with special iron, especially nickel iron) in lay the circuit, its inductance after reaching the saturation state is vanishingly small and which the course of the current in a certain, extraordinary short period of time after switching on initially flattens until the sensitive Relay contact certainly no longer flutters.

Der Entladevorgang des Kondensators über die Spule L soll möglichst schwingungsfrei, also aperiodisch erfolgen, weil der Energieumsatz dann am schnellsten vor sich geht. Um dies zu erreichen, ist der Widerstand R des durch den Kondensator C und die Spule L gebildeten Schwingungskreises, gegebenenfalls durch Anordnung eines zusätzlichen Widerstandes R', entsprechend zu bemessen.The discharge process of the capacitor via the coil L should be as possible vibration-free, i.e. aperiodic, because the energy turnover is then the fastest going on. To do this, the resistance R is the through the capacitor C and the coil L formed oscillation circuit, optionally by arrangement an additional resistor R ', to be dimensioned accordingly.

Fig.3 zeigt schematisch (qualitativ) den anzustrebenden zeitlichen Verlauf des Stromes in dem Schwingungskreis. Im Zeitpunkt o wird der Kommandokontakt geschlossen. Der Entladestrom des: Kondensators nimmt dann zunächst für eine kurze Zeit (etwa. o,ooi Sekunden), während der mit Flattern des Kommandokontaktes zu rechnen i;st, einem stark abgeflachten Verlauf, bis die Drossel D gesättigt ist, darauf steigt er steil an und klingt dann aperiodisch abb.3 shows schematically (qualitatively) the time to be striven for Course of the current in the oscillation circuit. The command contact is at time o closed. The discharge current of the: capacitor then initially decreases for a short time Time (about. O, ooi seconds) during which to expect the command contact to flutter i; st, a strongly flattened course until the throttle D is saturated, on it it rises steeply and then sounds aperiodic fig.

Die Entladungszeit soll möglichst klein sein. Hierfür ist der Selbstnduktionskoeffizient der Spule L möglichst klein zu wählen. Obwohl die Kraft des Auslösers möglichst groß sein soll, ist es daher bei einer Anordnung nach der Erfiaidung günstig, die Spule eisenfrei auszuführen. Aus dem gleichen Grund empfiehlt es sich, der Spule möglichst wenig Windungen und dafür lieber einen größeren Durchmesser zu geben und den Luftspalt möglichst groß zu bemessen. Außerdem ist die Feldstärke im Luftspalt möglichst hoch zu wählen; dadurch läßt sich die Drahtlänge und damit der Selbstinduktionskoeffizient herabsetzen..The discharge time should be as short as possible. The self-induction coefficient is used for this of the coil L to be selected as small as possible. Although the force of the trigger is possible should be large, it is therefore advantageous in an arrangement according to the invention that The coil must be made iron-free. For the same reason it is recommended to use the coil As few turns as possible and rather to give a larger diameter and to dimension the air gap as large as possible. Besides, the Field strength to be selected as high as possible in the air gap; thereby the wire length and thus reduce the self-induction coefficient ..

Der Auslöser selbst besteht nach einem Vorschlag der Erfindung in einer Dynamometerdreh-oder -tauchspule, die in dem Feld eines zeitlich vorerregten Elektromagneten beweglich angeordnet ist.The trigger itself consists according to a proposal of the invention in a dynamometer rotating or immersed coil which is temporally pre-excited in the field of a Electromagnet is movably arranged.

Fig. a zeigt eine solche Anordnung mit Tauchspule. Der Elektromagnet besteht aus einem topfförmigen Teil i o und einem darin feststehend angeordneten Kernkörper i i, auf dem die Wicklung M angeordnet ist. In dem Ringspalt zwischen den Teilen i o und i i befindet sich die in axialer Richtung bewegliche Tauchspule 13, die vorn mit einer Masse behaftet ist. Nach Erregung des Elektromagneten i o, i i. wird sie, sobald sie vom Strom durchflossen ist, in Pfeilrichtung bewegt. Nach einem gewissen kleinen Anlaufhub, während dessen der Kondensatorstrom über die Spule fließt, führt sie die Auslösung herbei.Fig. A shows such an arrangement with a moving coil. The electromagnet consists of a cup-shaped part i o and a fixed part therein Core body i i on which the winding M is arranged. In the annular gap between Parts i o and i i contain the moving coil in the axial direction 13, which has a mass at the front. After energizing the electromagnet i o, i i. it is moved in the direction of the arrow as soon as the current flows through it. To a certain small starting stroke, during which the capacitor current through the coil flows, it triggers the release.

Es wurde gefunden, daß sich auf diese Weise so starke Auslösekräfte erzielen lassen, daß sich der sonst zwischen Auslöser und Kraftspeicherverklinkung des Schalters erforderliche Mechanismus (trbersetzungen, Zwischenkraftspeicher) wesentlich vereinfachen läßt, wodurch wiederum Zeit gespart wird.It has been found that in this way there are such strong release forces can be achieved that the otherwise between the trigger and energy storage latch Mechanism required by the switch (gear ratios, intermediate energy storage) Can be simplified significantly, which in turn saves time.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for quick release of electrical switching devices, characterized in that before the execution command of the control device, and preferably by ebi pre-command, in particular by closing a control contact (i) at the beginning the operation of a selective protection relay, the electromagnetic field of the trigger is built up so that it is at its full strength when the Execution command is given. z. Arrangement according to claim i, characterized in that that, preferably by a pre-command of the control device, in particular by Closing of a control contact (a) at the beginning of the run of a selective protection relay via resistors (R) in a known manner prior to the execution command the control device a capacitor (C) is charged, its energy unit is discharged by the execution command on the trigger. 3. Arrangement according to Claims i and a, characterized in that a dynamometrically acting trigger is used Facility (L, .I1) is used. q .. arrangement according to claim i to 3, characterized in that that the resistance (R, Ri) of the discharge circuit of the capacitor (C) is so dimensioned is that the discharge is essentially aperiodic. 5. Arrangement according to claim i bi, s q., characterized in that in the circuit of the command contact (3) a Iron choke (D) saturated with special iron, especially for small currents Nickel iron, is arranged, which the current curve in such a time range (about o, oo i seconds) initially flattens after switching on, after which the sensitive control contact certainly no longer flutters. 6. Arrangement according to Claims 1 and 3, characterized in that the dynamometer coil is made free of iron is. 7. Arrangement according to claim 1, 3 and 6, characterized in that the dynamometer coil is designed as a moving coil. B. Arrangement according to claim 1, 3, 6 and 7, characterized characterized in that the electromagnet consists of a cup-shaped part (io) and one fixedly arranged core body (i i) therein, on which the winding (M) is arranged is, exists, and that between the pot-shaped part and the core body Annular gap is located in which the plunger coil (13) is movable in the axial direction is arranged (Fig. z).