DE921513C

DE921513C - Einrichtung zum Unterbrechen von Stromkreisen

Info

Publication number: DE921513C
Application number: DES33328D
Authority: DE
Inventors: Paul Duffing
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1937-12-31
Filing date: 1940-03-10
Publication date: 1954-12-20

Description

Bei der Unterbrechung von großen Leistungen in elektrischen Anlagen ist in der Regel eine große Lichtbogenarbeit zu beherrschen, wodurch große und teuere Schalteinrichtungen bedingt werden. Es sind bereits Versuche gemacht worden, diesen Schwierigkeiten dadurch aus dem Wege zu gehen, daß vorbereitend zu dem endgültigen Unterbrechungsvorgang in den Stromkreis Widerstände eingeschaltet werden, wodurch der Strom herabgesetzt wird, so daß die endgültige Unterbrechung erleichtert wird. Das Einschalten von Widerständen in den Stromkreis bietet aber ähnliche Schwierigkeiten wie die unmittelbare Unterbrechung von Hochleistungsstromkreisen, insbesondere wenn der Widerstand ursprünglich durch einen Parallelschalter überbrückt ist und durch Öffnung dieses Parallelschalters in den Stromkreis eingeschaltet wird. Bei der Öffnung dieses Schalters wird an diesem Schalter ein Lichtbogen gezogen, so daß zu der Löschung dieses Lichtbogens, durch die der Widerstand erst wirksam eingeschaltet wird, ähnliche Hilfsmittel erforderlich sind wie bei einem Schalter, durch den die ganze Leistung unterbrochen wird.

Nach der Erfindung kann die Einschaltung eines Widerstandes, der durch eine parallele Stromübergangsstelle überbrückt ist, dadurch in sehr einfacher und schneller Weise ermöglicht werden, daß der wirksame Wert des Widerstandes so bemessen wird, daß die durch diesen Widerstandswert und den in dem Stromkreis fließenden Strom bestimmte Spannung einen Höchstwert nicht überschreitet, der

bereits bei verhältnismäßig geringer Lichtbogenlänge eine Aufrechterhaltung des Lichtbogens nicht mehr zuläßt.

Dieser Widerstandswert ist aber verhältnismäßig niedrig, kann also beispielsweise in dem Fall, wo die Einrichtung zur Abschaltung von Kurzschlußströmen bestimmt ist, nicht wesentlich höher liegen als der Effektivwert der in dem Stromkreis im Kurzschluß fall bestehenden Induktivität. Die Größe ίο des Widerstandes ist hierbei durch die Bestimmung festgelegt, daß die Energie, die der Lichtbogen zu seiner Aufrechterhaltung braucht (das ist die Lichtbogenspannung mal dem Lichtbogenstrom, also die Energie, die der Lichtbogen in Wärme umsetzt und dem Netz entzieht) einerseits durch den Strom und andererseits durch den auf den Parallelwiderstand entfallenden Spannungsabfall begrenzt wird. In dem Moment, wo der Lichtbogen dem Netz diese für sein Weiterbestehen erforderliche Energiemenge nur durch weitere Erhöhung seiner Lichtbogenspannung entziehen könnte, ist der Weg für den Strom über den Widerstand einfacher, so daß der Strom auf den Widerstand verschoben wird und der Lichtbogen ohne weiteres erlischt. Für viele Fälle wird eine Einschaltung eines Widerstandes von der vorgenannten Größe, deren Wert in Abhängigkeit von der Wertigkeit der Parallelschalteinrichtung steht, für einen Unterbrechungs- oder auch für einen Regelvorgang noch nicht ausreichen. In solchen Fällen kann nach der weiteren Erfindung in gleicher Weise ein zweiter mit dem ersten Widerstand in Reihe liegender Widerstand eingeschaltet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Mit 1 ist die Stromquelle bezeichnet, mit 2 die Gesamtinduktivität des Kurzschlußkreises (in die also auch die Induktivität der Stromquelle hineinverlegt gedacht ist), mit 3, 4 und 5 drei Widerstände, mit 6, 7 und 8 drei zu den einzelnen Widerständen angeordnete Parallelschalter. Mit 9 ist die normale Belastung bezeichnet, deren Widerstand in dem Kurzschluß fall, symbolisch wiedergegeben durch -den Parallelschalter 10, praktisch unwirksam gemacht ist.

Der Widerstand 3 ist hierbei gleich groß bemessen wie der Effektivwert der Induktivität 2. Da die Spannung an der Induktivität senkrecht zur Spannung an dem ohmschen Widerstand steht, ergibt sich nach Einschaltung des ersten Widerstandes der aus dem Diagramm in Fig. 2 ersichtliche wirksame Widerstandswert. Mit 1 ist hierbei der Widerstandswert der Induktivität 2, mit r₃ der Widerstandswert am Widerstand 3 bezeichnet, mit R₃ der resultierende Widerstand.

Für die Bemessung des zweiten Widerstandes 4 sind hierbei die Bedingungen insofern günstiger, als der Effektivwert dieses Widerstandes gleich dem Effektivwert der Resultierenden i?_s gewählt werden kann, wie dies als r₄ in dem Diagramm gezeigt ist. Es ergibt sich also hieraus ein resultierender Widerstand R_it der bereits eine erheblich stärkere Vergrößerung bedeutet als in der ersten Stufe. Noch günstiger liegen die Voraussetzungen für den Widerstand 5, der, wie gleichfalls in dem Diagramm eingetragen ist, gleich R₄ gewählt ist, so daß sich ein Gesamtwiderstand R₅ ergibt, der bereits ein Vielfaches des ursprünglichen Widerstandswertes darstellt.

Man kann die Zahl solcher Widerstände beliebig groß wählen, wobei sich aus der geometrischen Progression(vgl.Fig.2) ergibt, daß selbst bei Schaltern mit sehr ungünstigen Löschbedingungen bereits mit einer verhältnismäßig geringen Stufenzahl ein sehr großer Widerstandswert erreicht werden kann, der, falls erforderlich, eine nachfolgende endgültige Unterbrechung ohne Schwierigkeit zustande kommen lassen kann. Wie erwähnt, kann der wirksame Wert des Widerstandes um so größer gewählt werden, je hochwertiger die Parallelschalter für deren Einschaltung gewählt sind. In den meisten Fällen wird es jedoch erheblich geringeren Auf wand bedeuten, die Zahl der Widerstände um einen oder zwei zu vergrößern und dafür möglichst primitive Parallelschalteinrichtungen zu verwenden.

Die öffnung der Parallelschalter zu den einzelnen Widerständen kann mit Vorteil in einer bestimmten zeitlichen Reihenfolge erfolgen, wobei diese Reihenfolge bei der Verwendung von temperaturabhängigen Widerständen so abgestuft sein kann, daß die Einschaltung des nächstfolgenden Widerstandes erst beginnt, wenn der vorhergehende Widerstand, beispielsweise ein Eisen-Wasser stoff-Wider stand, einen sehr hohen Wert erreicht hat.

Die Steuerung kann hierzu auf beliebige Weise, z. B. stromabhängig, zeitabhängig oder auch temperaturabhängig, erfolgen.

In manchen Fällen kann es vorteilhafter sein, die öffnung der Parallelschalteinrichtungen zu sämtlichen Widerständen gleichzeitig erfolgen zu lassen, wobei es jedoch erforderlich ist, die einzelnen Schalteinrichtungen so zu bemessen, daß die Ionisierung durch den Lichtbogen nicht zu groß wird, um ein Erlöschen überhaupt zu verhindern. Infolge der Abstufung der Widerstände wird hierbei in gleicher Weise zuerst der Lichtbogen parallel zu den kleinsten Widerständen erlöschen, worauf sich dann selbsttätig die gewünschte Reihenfolge in der Einschaltung der einzelnen Widerstände ergibt. Ein großer Vorteil der Anordnung besteht darin, daß die Induktivität des Stromkreises den Übergang des no Stromes von dem Lichtbogenpfad auf den Parallelwiderstand in keiner Weise erschwert, sondern sich wesentlich hinsichtlich der Bemessung des Widerstandes auswirkt, wie dies ja aus dem Diagramm aus der Fig. 2 hervorgeht.

Die Art der stromführenden Einrichtungen, die parallel zu den Widerständen liegen, kann hierbei beliebig gewählt werden. So können Leistungsschalter bekannter Art, wie Schalter, die sich selbst ihr Löschmittel aus einem benachbarten festen Körper erzeugen, Flüssigkeitsschalter, insbesondere flüssigkeitsarme Schalter, Druckgasschalter, Schalter auf dem Prinzip der Funkenstrecken, Vakuumschalter u. dgl., angewendet werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, ganz einfache Trennmesser gegebenenfalls mit Blasspulen zu ver-

sehen. Es können auch an Stelle von eigentlichen Schaltelementen stromführende Teile nach Art von Schmelzsicherungen angewendet werden, wobei durch Abschmelzen eines stromführenden Leiters zunächst ein Lichtbogen gezogen, dieser aber rasch gelöscht wird, worauf der Strom über den Widerstand fließt. Es ist auch möglich, mehrere Widerstände zu ein und derselben Unterbrechungsstelle parallel zu schalten, hierbei die Widerstände aber

ίο einerseits verschieden zu bemessen und andererseits Mittel vorzusehen, wodurch der Reihe nach immer der Widerstand mit niedrigstem Effektivwiderstand ausgeschaltet oder unwirksam gemacht wird. Hierzu können beispielsweise nach Art von Löschrohren ausgebildete Flüssigkeitswiderstände 3, 4, 5, 6 verwendet werden, wobei innerhalb jedes Löschrohres eine leitende Flüssigkeit angeordnet ist. Ein Teil der Widerstände kann hierbei in die Verbindungsleitungen gelegt werden. Wenn bei einer derartigen

ao Schalteinrichtung, wie diese in Fig. 3 schematisch dargestellt ist, die Unterbrechungsstelle 11 geöffnet ist, wird bei gegebener Bemessung des Widerstandes 3 der Lichtbogen an der Unterbrechungsstelle 11 abreißen. Infolge der hohen Strombelastung wird jedoch innerhalb der Flüssigkeitssäule nach kurzer Zeit ein Überschlag eintreten, wodurch eine Gasentwicklung einsetzt, die Flüssigkeit aus dem Löschrohr ausgetrieben und gleichzeitig der Überschlag in diesem Rohr gelöscht wird. Daran anschließend erfolgt derselbe Vorgang in dem Widerstand 4, wobei der wirksame Widerstand jedoch einerseits durch Wegfall des Widerstandes 3, andererseits durch die Widerstandsverbindung vergrößert ist usw., bis in dem letzten Rohr eine endgültige Unterbrechung des Stromes stattfinden kann.

Die Ausführungs- und Anwendungsmöglichkeiten

der Erfindung werden durch die hier behandelten Beispiele keineswegs erschöpft. Die Vorschläge der Erfindung können auch unabhängig von diesen einzeln, gemeinsam oder in beliebigen Kombinationen mit Vorteil verwendet werden.

So kann der Widerstand beispielsweise auch nach Art eines Stufenwiderstandes gebaut werden, wobei das verstellbare Element beim Übergang von einer zur folgenden Stufe den Parallelschalter darstellt, an dem also der Lichtbogen gezogen wird, der dann, da seine Existenzbedingungen nicht erfüllt sind, erlischt. Insbesondere ist, wie sich aus dem Vorausgehenden ergibt, die Erlöschung des Lichtbogens keineswegs von dem für Wechselströme typischen Stromnulldurchgang abhängig, wenn auch ein solcher StromnuUdurchgang den Unterbrechungsvorgang wirkungsvoll unterstützen kann, so daß auf diese Weise auch Gleichströme und einander überlagerte Gleich- und Wechselströme unterbrochen werden können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung zum Unterbrechen von Stromkreisen, insbesondere solchen hoher Leistung, bei welcher vor der Unterbrechung ein Widerstand durch öffnen von diesen Widerstand kurzschließenden Hilfskontakten eingeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Wert des Widerstandes so bemessen ist, daß die durch diesen Widerstand und den Strom bestimmte Spannung einen Höchstwert nicht überschreitet, der bereits bei verhältnismäßig geringem Abstand der Hilfskontakte die Aufrechterhaltung eines Lichtbogens zwischen diesen nicht mehr ermöglicht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere derartige, zunächst durch Hilfskontakte überbrückte Widerstände in den Stromkreis eingeschaltet werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der Widerstände nach einer geometrischen Reihe abgestimmt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Hilfskontakte enthaltenden Parallelschalteinrichtungen einfache Schalteinrichtungen ohne besondere Hilfsmittel für die Lichtbogenlöschung sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Widerstände in eingeschaltetem Zustand in ihrem wirksamen Widerstandswert zunehmen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltung des nächsten Widerstandes erst beginnt, sobald der Wert des vorausgehenden Widerstandes eine bestimmte Steigerung durchlaufen hat.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Widerstände unter Verwendung von Widerstandsbrücken als Verbindungsleitungen zueinander parallel geschaltet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen