DE943002C - Einrichtung zum Unterbrechen oder Regeln von Gleich- und Wechselstrom - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 19. JULI 1956

S 4881 VIIIb121 c

Wechselstrom

(Ges. v. 15. 7.1951)

Es ist bereits eine Einrichtung zum Unterbrechen oder Regeln von Gleich- und Wechselstrom vorgeschlagen worden, durch die im Stromkreis unmittelbar beim Entstehen eines Überstromes ein Widerstand so schnell wirksam gemacht wird, daß der Höchstwert des Überstromes auf einen Bruchteil seines sonstigen Wertes verringert wird. Zu diesem Zweck erfolgt beispielsweise die rasche Einschaltung durch Ausbildung des Regelkontaktes als Wälzkontakt. Durch derartige Regeleinrichtungen kann der in dem Stromkreis fließende Strom auf sehr geringe Werte herabgesetzt werden, die dann sehr leicht unterbrochen werden können.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterbildung derartiger Einrichtungen und befaßt sich in erster Linie mit den für die Unterbrechung des Reststromes bestimmten Schalteinrichtungen, um diese sowohl in der Schaltungsanordnung als auch in der Konstruktion diesem Zweck möglichst gut anzupassen. Eine schaltungs technische Verbesserung kann beispielsweise bei Anordnungen, bei denen zwei derartige Regeleinrichtungen in der Weise zusammenarbeiten, daß sie in der normalen (Einschalt-) Stellung zueinander parallel, in der Widerstandsarbeitsstellung aber miteinander in Reihe liegen, dadurch erreicht werden, daß die Rest-

stromschalteinrichtung in die Verbindungsleitung zwischen den beiden Regeleinrichtungen, durch die diese in Arbeitsstellung hintereinander eingeschaltet sind, gelegt wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Reststromunterbrechungseinrichtung immer nur einen sehr geringen Strom abzuschalten hat, so daß man mit einem kleinen Aufwand auskommt. Diese Anordnung hat noch den besonderen Vorteil, daß in der Dauerbetriebstellung die Reststromschalteinrichtung überhaupt nicht vom Strom durchflossen ist. Mit besonderem Vorteil kann die Einrichtung mit einer .elektrischen . oder mechanischen Verriegelung in der Weise ausgebildet werden, daß die Öffnung der Unterbrechungseinrichtung nur dann möglich ist, wenn die Regeleinrichtung in der Stellung größten Widerstandes steht, die ihrerseits in dieser Stellung bis zum Schließen der Unterbrechungseihrichtung verriegelt werden kann.

Die Steuerung einer derartigen Reststromeinrichtung kann sowohl elektromagnetisch wie auch mechanisch ausgebildet sein. Bei einer elektromagnetischen Steuerung kann die Steuerung unmittelbar in Abhängigkeit vom Abidingen des magnetischen Flusses in einem vom Hauptstrom durchflossenen Magneten erfolgen, was eine sehr einfache Anordnung ergibt. Eine solche Einrichtung bietet besondere Vorteile für die Verwendung einer derartigen Regel- und Restschalteinrichtung für Selektivschutz. Bei derartigen Einrichtungen muß ein besonderer Wert darauf gelegt werden, daß die Arbeitsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Einrichtung sehr groß ist, da bis zu dem Augenblick, in dem der Fluß den für die Steuerung maß gebenden Wert unterschreitet, bereits eine gewisse Zeit verstrichen ist. Es ist aber andererseits wichtig, die Anordnung grundsätzlich so zu treffen, daß bereits in sehr kurzer Zeit, bei Wechselstrom beispielsweise bereits ,innerhalb der ersten Periode, eine Abschaltung erfolgt, da auf diese Weise ermöglicht wird, unter Berücksichtigung der kurzen Belastungszeit die Regeleinrichtung selbst verhältnismäßig klein zu dimensionieren.

Mit besonderem Vorteil kann die magnetische -Auslösung mit Hilfe eines Magnetsystems erfolgen, dessen Fluß nicht von dem zu .unterbrechenden Strom selbst hervorgerufen wird, sondern ein Bild für eine andere für die Abschaltung maßgebende elektrische Größe gibt. Solche Einrichtungen empfehlen sich insbesondere für Fernsteuerungen,

Selektivschutzschaltungen und die Beeinflussung von in bestimmter Weise zusammenarbeitenden Einrichtungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. ι der Zeichnung dargestellt. Mit 1 ist ein Behälter bezeichnet, innerhalb dessen ein Magnetkörper 2 angeordnet ist, der von dem Strom einer Erregerspule 3 erregt ist. Mit 4 ist der zugeordnete Anker bezeichnet, der über einen Hebel 5 unmittelbar die Wiege 6 der Widerstandsregeleinrichtung 7 betätigt. Der Eisenweg des Magnetsystems 2 ist an einer Stelle 8 durch einen Luftspalt unterbrochen und durch einen zweiten Anker 9 überbrückt, der seinerseits über eine isolierende Stange 10, die unter dem Einfluß eines Kraftspeichers 11 steht, mit dem Schaltstift 12 der Restschalteinrichtung verbunden ist. Bei einer solchen Ausbildung wird, sobald der Fluß in dem Magnetsystem 2 einen bestimmten Wert unterschritten hat, so daß die Kraft der Feder 11 auf den Anker 9 die magnetische Zugkraft überwiegt, der Schaltstift 12 aus dem zugehörigen Gegenkontakt 13 herausgerissen und dadurch eine Unterbrechung erreicht. Es ist hierbei auch die Möglichkeit gegeben, den Behälter mit einem die Stromunterbrechung günstig beeinflussenden Medium, wie z.B. in einer isolierenden Flüssigkeit oder in einem isolierenden Gas, insbesondere unter erhöhtem Druck, zu füllen, wodurch die Unterbrechung des Reststromes, die in Hinblick auf den sehr geringen Stromwert keine großen Schwierigkeiten bietet, noch weiter erleichtert ist. Im Gegensatz zu der vorerwähnten magnetischen Auslösung des Reststromschalters bietet es in vielen Fällen wesentliche Vorteile, eine mechanische Auslösung für den Reststromschalter vorzusehen. Hierbei wird die Steuerung der mechanischen Auslösung zweckmäßig in Abhängigkeit von der Betätigung der Regeleinrichtung, beispielsweise der Wiege, gestellt. Diese Einrichtung hat insbesondere den Vorteil, daß der Beginn der Freigabe der Auslösung bereits erheblich früher liegt, als dies bei einer magnetischen Auslösung in Abhängigkeit vom Hauptstrom möglich ist, wodurch also eine besonders rasche Unterbrechung gewährleistet werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Einrichtung ist in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt. Die Bezugszeichen stimmen hierbei im wesentlichen mit denen nach Fig. 1 überein. Jedoch sind hierbei zwei Regeleinrichtungen 6, 7 vorgesehen, die in der angegebenen Weise in Reihenparallelschaltüng zusammenarbeiten. Das bewegliche Schaltstück 12 der Reststromunterbrechungseinrichtung steht hierbei wieder unter dem Einfluß einer Feder 11 und wird durch eine Klinke 14 in der Einschaltstellung gehalten, die in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel unmittelbar mit der einen der Wiegen 6 zusammenarbeitet derart, daß bei einem bestimmten Ausschlag die Wiege mit einem Hebelarm des Klinkenhebels 14 in Eingriff kommt und dadurch die Verriegelung löst. Auf diese Weise kann also der für den Vollzug der Reststromunterbrechung notwendige Zeitaufwand auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine Wiedereinschaltvorrichtung vorgesehen, die aus einer isolierenden Stange 15 besteht, die mit einem Kolben 16 zusammenarbeitet, der in einem Zylinder 17 geführt ist und unter dem Einfluß einer Feder 18 steht. Soweit bei dieser Anordnung neben dem Hauptbehälter 1 noch ein Hilfsbehälter 19 vorgesehen ist, in dem ein geringerer Druck als in dem Hauptbehälter aufrechterhalten wird, ergibt sich bei dieser Anordnung eine Strömung, die einerseits die Löschung und Unterbrechung des Reststromes unterstützt, andererseits aber als selbsttätigeWiedereinschaltrorrichtung

verwendet werden kann. Sobald nämlich der Reststromschalter eine bestimmte Zeit hindurch offen steht, steigt der Druck innerhalb des Behälters 19 an, wodurch der Kolben 16 entgegen der Wirkung der Feder 18 gehoben wird, da die Kolbenfläche erheblich größer ist als die Oberfläche der Stange 15 innerhalb des Hauptbehälters 1. Auf diese Weise wird also durch die Bewegung der Stange 15 der Schaltstift wieder in seine Einschaltstellung gebracht. In dem Behälter 19 kann noch eine kleine Ausströmöffnung 20 ■— kleiner als die Öffnung an dem Kontakt 13 — angeordnet werden, durch die erreicht wird, daß sich nach Einschaltung der Restschaltvorrichtung wieder das erforderliche Druckgefälle einstellt. Mit Hilfe eines Betätigungshebels 21 kann auch eine willkürliche Wiedereinschaltung bewirkt werden. Derartige Wiedereinschaltvorrichtungen können in ähnlicher Weise auch bei magnetisch gesteuerten Einrichtungen angewendet werden. Mit Vorteil kann bei derartigen Wiedereinschaltvorrichtungen, beispielsweise durch eine Kupplung, Klinken od. dgl., Sorge dafür getragen werden, daß diese bei der Einschaltung.auf Kurzschluß einen neuerlichen Ausschaltvorgang nicht verhindern.

Als weitere Verbesserung kann man außerdem auch noch eine willkürliche Betätigungseinrichtung für den Ausschaltvorgang vorsehen, die beispielsweise aus einem Kolben 23 bestehen kann, der in einem Zylinder 24 pneumatisch gegen die Wirkung der Feder 25 bewegt werden kann und über eine isolierende Stange 26 auf die Wiege 6 bzw. 7 kraftschlüssig einwirkt. Da in den meisten Fällen bei einer willkürlichen Unterbrechung verhältnismäßig geringe Stromwerte in der Größenordnung des Nennstromes abgeschaltet werden müssen, ist in solchen Fällen eine Herabsetzung des Stromes vor der Unterbrechung, wie diese durch die Relaiseinrichtung erfolgen kann, nicht unbedingt erforderlich. Man hat daher für solche Fälle eine Vereinfachung dadurch erreicht, daß bei einer willkürlichen Auslösung nur die Reststromeinrichtung betätigt wird, die in solchen. Fällen zu einer einwandfreien Abschaltung der Leistung ausreicht.

In anderen Fällen, insbesondere bei stark schwankender Belastung, kann es aber vorteilhaft sein, auch die willkürliche Auslösung derart auszubilden, daß dem Unterbrechungsvorgang ein. den Strom herabsetzender Regelvorgang vorausgeht.

Mit besonderem Vorteil wird hierbei die Einrichtung so getroffen, daß bei der willkürlichen Betätigung die Erregung des Widerstandes in derselben Art und Reihenfolge durchlaufen wird wie bei der Überstromauslösung, beispielsweise in Abhängigkeit von elektrischen Größen mit dem Strom selbst.

Es können dabei einzelne oder mehrere zeitlich hintereinander arbeitende Regelwiderstände, z. B. an einem Widerstand oder Widerstandskollektor abwälzende Wiegen, in derselben Reihenfolge bewegt werden wie bei Kurzschluß abschaltung, wobei unmittelbar nach dem Regelvorgang die Öffnung des Reststromschalters durchgeführt wird.

In solchen Fällen braucht der Regelschalter jedesmal nur verhältnismäßig sehr geringe Stromstärken abzuschalten, so daß es ausreicht, wenn man diese Schalter für eine sehr geringe Leistung bemißt, wodurch eine weitere Ersparnis erreicht werden kann.

Für eine solche Betätigung ist beispielsweise eine Einrichtung zweckmäßig, bei der der Regelwiderstand (die Wiege) durch eine mechanische oder elektrische Klinke festgehalten und erst bei einer gewissen Mindeststromstärke freigegeben wird, um dann eine Überstromunterbrechung mit vorausgehendem Regelvorgang herbeizuführen, wobei dann für die willkürliche Betätigung eine willkürliche Auslösung der mechanischen oder elektrischen Verriegelung zusätzlich angeordnet wird.

Die Wiedereinschaltung kann gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Verriegelung versehen werden, durch die der Zeitpunkt des selbsttätigen Wiedereinschaltvorganges genau festgelegt wird. Auf diese Weise kann, wie dies insbesondere für Selektivschutz wertvoll ist, die endgültige Freigabe für die Wiedereinschaltung in Abhängigkeit von anderen elektrischen Größen, beispielsweise solchen an anderen Netzteilen, erfolgen. Auch ist es möglich, eine solche Verriegelung derart auszubilden, daß auch eine willkürliche Wiedereinschaltung frühestens nach Wiederherstellung von bestimmten elektrischen Bedingungen oder Schaltzuständen möglich ist.

In Fig. 2 ist oberhalb des Behälters 1 noch ein gleichartiger Behälter 1 angedeutet. Man kann in dieser Weise mehrere derartige Systeme zusammenschalten, wozu es zweckmäßig ist, diese nach Art eines Baukastensystems auszubilden, so daß den einzelnen Teilen je nach den Anforderungen, die in bezug auf höhere Spannungen oder größere Ströme gestellt werden, durch einfaches Zusammenstellen mehrerer solcher Einrichtungen in Reihen- bzw. Parallelschaltung Genüge geleistet werden kann. Hierbei ist durch die Charakteristik der Arbeitsweise dank der stromabhängigen Stellung der Wiegen ein ausreichender Gleichlauf der einzelnen Einrichtungen von selbst gegeben.

Die Anwendung des Erfmdungsgedankens ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, die Widerstandsregelcharakteristik des dem Unterbrechungsvorgang vorausgehenden Regelvorganges so zu wählen, daß die über die Regelzeit erzeugte Überspannung gleich Strom mal Widerstand während dieser Zeit praktisch möglichst konstant bleibt. Auf diese Weise ergibt sich eine sehr geringe Beanspruchung des Widerstandes, so daß bei gegebenem Aufwand der Strom auf einen sehr geringen Wert herabgeregelt werden kann, wodurch sich auch für die Reststromschalteinrichtung eine sehr geringe Beanspruchung ergibt. Als besonders geeignet für Reststromschalter, insbesondere für die Unterbrechung von Stromkreisen mit hoher Betriebsspannung, sind Löschfunkenstrecken anzusehen, die nach Art der Kathodenableiter arbeiten, deren Verwendung gerade durch die Vorschaltung

des Regelwiders tandes für diesen Zweck ermöglicht wird. Es können aber auch mit Ölströmungsschaltern oder Druckgasschaltern sehr günstige Ergebnisse erreicht werden, da auch diese Schalteinrichtungen eine Unterbrechung in sehr kurzem Zeitraum ermöglichen, also die Belastung der Widerstände der Regeleinrichtung auf eine äußerst kurze Zeit begrenzen.

Claims (15)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung zum Unterbrechen oder Regeln von Gleich- und Wechselstrom, die im Stromkreis bei Entstehen eines Überstromes einen Widerstand mit vorwiegend ohmschem Charakter so schnell wirksam macht, daß der Höchstwert des Überstromes auf einen Bruchteil seines sonstigen Wertes verringert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtungen, die zur Unterbrechung des durch den Regelvorgang auf bestimmte Werte herabgeminderten Stromes dienen, den besonderen Arbeitsbedingungen, insbesondere der Unterbrechung von geringen Stromwerten bei hoher Betriebsspannung, besonders angepaßt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit zwei Regeleinrichtungen, die in der Stellung geringsten Widerstandes einander parallel, in den Widerstandsarbeitsstellungen miteinander in Reihe liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Reststromschalteinrichtung in die Verbindungsleitung zwischen den. beiden Regeleinrichtungen, durch die sie in Arbeitsstellung hintereinandergeschaltet sind, gelegt ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reststromschalteinrichtung mit einer elektrischen oder mechanischen Verriegelung versehen ist, die derart ausgebildet ist, daß die Unterbrechung der Schalteinrichtung nur möglich ist, wenn die Regeleinrichtungen ihre Stellung größten Widerstandes erreicht haben.

3 a. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandscharakteristik so gewählt ist, daß bei dem der Unterbrechung vorausgehenden Regelvorgang die erzeugte Überspannung i · r praktisch möglichst konstant bleibt.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung der Reststromschalteinrichtung elektromagnetisch gesteuert wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung in Abhängigkeit des Magnetflusses eines vom Hauptstrom oder eines von diesem abgespaltenen Stromes unmittelbar durchflossen«! Magneten erfolgt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, insbesondere für die Verwendung für Fernsteuerungen oder Selektivschutzschaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß das steuernde Magnetsystem ein Bild für andere für die Abschaltung maßgebenden elektrischen Größen gibt.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Schaltstück der Reststromschalteinrichtung entgegen der Wirkung eines Kraftspeichers durch einen magnetischen Anker in der Einschaltstellung festgehalten wird, der einen in dem der Regeleinrichtung zugeordneten magnetischen Kreis vorgesehenen Luftspalt überbrückt.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung der Reststromschalteinrichtung abgeleitet wird.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Schaltstück der Reststromschalteinrichtung entgegen der Wirkung eines Kraftspeichers durch eine Klinke in der Einschaltstellung gehalten wird, die in Abhängigkeit von der Stellung der Regeleinrichtung freigegeben wird.

. 10. Einrichtung nach den Ansprüehen-i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reststromschalteinrichtung mit einer selbsttätigen Wiedereinschaltvorrichtung ausgebildet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Automatik der Wiedereinschaltvorrichtung sich auf die Freigabe von die Einschaltung verhindernden Verriegelungen beschränkt, während der Wiedereinschalt-Vorgang selbst willkürlich durchgeführt wird.

12. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß auch für die Ausschaltung der Reststromschalteinrichtung eine zusätzliche Einrichtung für willkürliche Betätigung vorgesehen ist.

12 a. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß auch bei willkürlicher Auslösung ein Regelvorgang in der für Überstromunterbrechung festgelegten Art und Reihenfolge vorausgehend eingeleitet wird.

13. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Reststromschalteinrichtung eine Löschfunkenstrecke verwendet ist, die nach Art der Überspannungsableiter arbeitet.

14. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Reststromschalteinrichtung ein Ölströmungsschalter vorgesehen ist.

15. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Reststromschalteinrichtung ein Druckgasschalter vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Zeitschrift: Revue generate de l'electricite 1929, S. 213 bis 224, und 1930, S. 217 bis 220.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 609 558 7.56