DE969319C - Schnellschalter, insbesondere fuer Quecksilberdampfstromrichter oder Kontaktumformer - Google Patents

Description

Auf allen Gebieten der Starkstrom- und Hochspannungstechnik benötigt man Schnellschalter, um die Anlageteile vor den schwerwiegenden Folgen von Überströmen und Kurzschlüssen zu schützen bzw. um deren Wirkungen soweit wie möglich zu beschränken. Von besonderer Bedeutung sind dabei Schnellschalter beim Betrieb von Quecksilberdampfstromrichtern oder Kontaktumformern. Jeder Quecksilberdampfstromrichter, aber auch jeder mechanische Gleichrichter, z. B. der Kontaktumformer, unterliegt der Gefahr gelegentlicher Rückzündungen, d. h. die Sperrspannung schlägt durch, hebt die Ventilwirkung des Stromrichters auf und läßt den Strom in falscher Richtung in den Gleichstromkreis eintreten. Wenn solche Störungen nicht augenblicklich beseitigt werden, gerät der Stromrichter in Gefahr starker Beschädigung, die seinen Betriebsausfall zur Folge haben kann. Bei Kontaktumformern sind Rückzündungen, wenn sie nicht schnellstens beseitigt und unschädlich gemacht werden, für die Kontakte von katastrophaler Wirkung.

Für Quecksilberdampf stromrichter benutzt man seit Jahren zum Schutz gegen Rückzündungen den sogenannten Rückstrom-Schnellschalter. Dieser wird in die Kathodenleitung, also in die Gleichstromseite des Stromrichters eingebaut und öffnet im Gefahrenmoment mit einer zeitlichen Verzögerung von etwa 2 bis 8 Millisekunden. Zum Schutz für Quecksilberdampfstromrichter hat sich diese Öffnungszeit als immerhin ausreichend erwiesen.

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Aber auch mit dem Kathoden-Schnellschalter wird nicht die Betriebsstörung beseitigt, die mit der Öffnung des Schnellschalters zwangläufig einsetzt. Man hat zwar die automatische Wiedereinschaltung, so daß der Schnellschalter, nachdem er die Rückzündung abgeschaltet hat, sofort wieder selbsttätig einschaltet, aber auch diese stellt nur eine halbe Lösung des Problems dar, weil durch sie nicht verhindert wird, daß für die Zeit der Ab- und Zuschaltung eine Lücke in der

ίο Stromlieferung eintritt. Höchstens der Parallelbetrieb mehrerer Stromrichter bringt hierbei eine befriedigende Lösung, indem kurzzeitig die Betriebslast des ausfallenden Stromrichters von den übrigen parallel geschalteten übernommen wird.

Man kommt aber dem Ziel einen wesentlichen Schritt näher, wenn man, anstatt einen Schnellschalter in die Kathode einzubauen, in jede Anodenleitung des Stromrichters einen Schnellschalter legt. Man erreicht auf diese Weise, daß nur die rückzündende, kranke Anode jeweils kurzzeitig außer Betrieb gesetzt wird, während die übrigen gesunden Anoden des Stromrichters inzwischen weiterarbeiten und also der Betrieb des Stromrichters als Ganzes — wenn auch etwas hinkend — weitergeht.

Jeder dieser Anoden-Schnellschalter braucht dann nicht für den vollen Strom der Kathode ausgelegt zu werden, sondern nur für den Effektivstrom einer Anode. An einen Schnellschalter sind demnach die folgenden wesentlichen Anforderungen zu stellen:

In der Hauptsache soll der Anoden-Schnellschalter den Rückstrom seiner Anode abschalten. Es dürfen dabei andere als die kranke Anode des Stromrichters nicht mit abgeschaltet werden.

Der Anoden-Schnellschalter soll gelegentlich auch als Kathoden-Schnellschalter verwendbar sein, und er soll als solcher dann vornehmlich zur Abschaltung von Vorwärts-Überströmen Verwendung finden.

Befinden sich in einer Anlage neben den Anoden-Schnellschaltern auch ein Kathoden-Schnellschalter am Stromrichter, so soll die Aufgabe der Vorwärts-Überstromabschaltung dem Kathoden-Schnellschalter allein zufallen.

Nach jeder Rückstromabschaltung soll die Wiedereinschaltung des Schnellschalters automatisch erfolgen,

dagegen darf nach einer Vorwärts-Überstromabschaltung die Wiedereinschaltung nicht automatisch erfolgen, weil sonst ein Pumpen des Schalters die Folge sein kann. Bei Vorwärts-Überstromabschaltung hat also die Wiedereinschaltung nach Beseitigung der Störungsursache durch den Wärter zu erfolgen. Die Aufgabenstellung verlangt also, daß der zu entwikkelnde Schnellschalter beide Auslöseeigenschaften, nämlich a) Auslösung bei Rückstrom, b) Auslösung bei Vorwärts-Uberstrom, besitzt.

Die Auslösung durch Vorwärts-Uberstrom muß bei Verwendung als Anoden-Schnellschalter ausgesetzt werden können, wenn gleichzeitig ein Kathoden-Schnellschalter vorhanden ist, der diese Aufgabe übernimmt.

Die Aussetzung der Auslösung durch Vorwärts-Uberstrom beim Anoden-Schnellschalter kann auch dadurch bewerkstelligt werden, daß der Vorwärts-Grenzstrom des Anoden-Schnellschalters höher liegt als der äquivalente Vorwärts-Grenzstrom des Kathoden-Schnellschalters, daß also Selektivität in der Vorwärts-Grenzstromlage beider Schalter besteht.

Es ist nun bekannt, Schnellschalter, insbesondere für Quecksilberdampfstromrichter oder Kontaktumformer, zu verwenden. So ist es bei auf Überstrom ansprechenden Schnellschaltern bekannt, daß sich das untere Ende des unter der Wirkung eines Überstrom- und eines Auslösemagneten stehenden Schalthebels auf eine Verklinkung stützt, die bei Überstrom durch die Bewegung eines Schlagankers gelöst wird, der gleichzeitig durch Schlag gegen den Kontakthebel die Öffnungsbewegung des Schaltkontaktes einleitet.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schnellschalter, der auf Überstrom und Rückzündungen ansprechen soll. Erfindungsgemäß wird durch die Bewegung des Ankers bei Überstrom oder bei Rückzündungen eine amAuslösemagnetendrehbeweglichbefestigteSchwinge durch Federn von der Verklinkung des Schalthebels, die durch einen Kniehebel gebildet wird, abgezogen, worauf sich ein Bolzen der Schwinge gegen den Schalthebel legt und die Drehachse des Schalthebels während der weiteren Öffnungsbewegung des Schnellschalters bildet.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt

Fig. ι den prinzipiellen Aufbau des Schalters im Aufriß,

Fig. 2 im Grundriß; in

Fig. 3 ist die Schaltung der automatischen Steuerung der Wiedereinschaltung des Schnellschalters dargestellt.

In der Zeichnung bezeichnet 1 die Blasspule des Schnellschalters, die mit dem festen Schalterkontakt leitend verbunden ist. 2 ist der Schalthebel, 3 die Spule des Überstrommagneten. 4 ist eine Stromnadel, die in Form einer Windung um das Streujoch des Auslösemagneten 5 herumgelegt ist. 6 ist ein Vorwiderstand. Mit 7 ist ein VerkUnkungsmagnet, mit 8 ein zugehöriger Vorwiderstand und mit 9 ein Steuerkontakt bezeichnet. 10 und n sind Steuerkontakte, die mit dem Schalthebel betätigt werden. 12 und 13 sind Steuerkontakte, die dem Kontakt 11 entsprechen, aber zu Schaltern gehören, die in anderen Phasenleitungen liegen. 14, 15 und 16 sind Schütze, von denen das erstgenannte eine Zeitverzögerung besitzt. 17 ist ein Steuerkontakt, der von einem Rückstromkontrollgerät 18 betätigt wird. 19 ist die Stromschiene des Kontrollgeräts. 20 ist ein Sperrmagnet mit einem Anker 21 und einer Spule 22. Ferner ist ein Betätigungsschalter 23 und ein Druckknopf 24 vorhanden. Der Strom verläuft vom beweglichen Schalthebel 2 über eine flexible Stromzuführung 25 zur Spule des Überstrommagneten. 26 sind Kontaktdruckfedern, die an der Schwinge 28 angreifen, die sich um den Punkt 27 dreht. Die Federn 26 sind doppelt, beiderseits des Schalthebels vorhanden. Auch die Schwinge 28 ist doppelarmig ausgeführt. 29 ist der Anker des Auslösemagneten, 31 ein Kniehebelsystem mit dem festen Drehpunkt 32. 33 ist eine am Schalthebel angreifende Rückzugfeder.

Bezüglich der Wirkung ist folgendes zu bemerken: Der Drehpunkt 27 der Schwinge steht fest am Auslöse-

magneten 5, und zwar etwas über dem Anker dieses Magneten. Der Anker, welcher betriebsmäßig an den Polflächen des Auslösemagneten klebt, drückt dabei mit seitlich angebrachten, nicht dargestellten Gewindestiften die Schwinge 28 in Linksdrehung vom Schalthebel weg. Dabei hebt sich der Befestigungsbolzen 30 der Feder 26 vom Schalthebel ab, und die vorgespannte Kontaktdruckfeder 26 wird um etwa 2 mm weiter gespannt. Der Hebel selbst stützt sich oben an seinen Gegenkontakt, wobei der erforderliche Kontaktdruck entsteht. Die Schwinge 28 ruht mit ihrem unteren Ende auf dem Kniehebel 31 und verhindert dadurch dessen Durchknicken nach oben.
Nach der Auslösung bewegt sich zunächst der Anker 29 allein und frei in Richtung gegen die Polflächen des Überstrommagneten 3. Die Schwinge 28 folgt dem Anker vermöge der Spannkraft der Kontaktdruckfeder 26 in Rechtsdrehung nach, und der nach unten verlängerte Arm der Schwinge gleitet dabei von dem Abstützpunkt am Kniehebelpaar 31 ab.

Ungefähr im gleichen Zeitpunkt legt sich ein nicht dargestellter Bolzen der Schwinge an den Schalthebel 2 an, wodurch die Kontaktdruckfeder 26 abgefangen wird.

Das Kniehebelpaar 31, das nach dem Abrutschen der Schwinge 28 entklinkt ist, knickt nach oben durch, wobei der Hebel sich auf dem Bolzen der Schwinge in Linksdrehung abwälzt. Diese Linksdrehung des Hebels wird einmal durch die Schlagkraft des Ankers und durch die Zugkraft der Rückzugsfeder 33 hervorgerufen.

Die Wiedereinschaltung erfolgt, indem zuerst das Kniehebelpaar 31 wieder in die Betriebsstrecklage zurückgeführt wird, wozu ein kleiner, nicht gezeichneter Elektromagnet dient. Dann erst wird der Anker durch Übererregung vom Auslösemagneten 5 wieder herangeholt.

Hierzu ist unter Bezugnahme auf Fig. 3 folgendes zu sagen: Der Hauptstrom tritt in den Schalter an der Blasspule 1 ein und nimmt dann seinen Weg über den Schalthebel 2 über die Spule 3 des Überstrommagneten, über die Stromnadel 4 zur Anode des Gleichrichters. Der Kathodenstrom wird dann über ein Rückstrom-Kontrollgerät geführt, wo diese Stromschiene 19 als Rückstromwindung für das polarisierte Rückstromrelais mit den Erregerspulen 18 dient.

Die Wicklung 5 des Auslösemagneten liegt an einer konstanten Gleichspannung, die von den im Schaltbild eingezeichneten Sammelschienen abgenommen wird.

Der Erregerstrom führt über den Vorwiderstand 6, der zwecks genauer Einstellung des Erregerstromes regulierbar ist.

Mit dem Schalthebel werden zwei Hilfskontakte 10 und 11 betätigt. Der Kontakt 10 steuert das Einschaltschütz 14; der Kontakt 11 steuert den Sperrmagneten 22. Die Steuerleitung vom Kontakt 11 zur Wicklung 22 des Sperrmagneten führt in Reihenschaltung über die Kontakte 12 und 13. Das sind Kontakte der Anodenschalter der beiden anderen Phasen, die an diesen Schaltern die gleiche Funktion erfüllen wie der Kontakt 11 am Anodenschalter der zugehörigen Phase gemäß dem gezeichneten Schaltbild. Es sind also jeweils so viel Kontakte analog dem Kontakt 11 in Reihe geschaltet, wie der Stromrichter Anoden besitzt.

Bezüglich des Rückstrom-Kontrollgerätes genügt es, zu wissen, daß das Kontrollgerät nur dann den Steuerkontakt 17 geschlossen hält, wenn seine Stromschiene 19 Rückstrom führt. Der Sperrmagnet 20 sorgt dafür, daß nach erfolgter Rückstromabschaltung, also auch noch dann, wenn kein Strom mehr über den Schalter fließt, der einmal geschlossene Kontakt 17 geschlossen bleibt, solange der Schalthebel des Hauptschalters sich in AUS-Stellung befindet. Erst kurz vor der EIN-Stellung des Schalthebels wird die Sperre wieder aufgehoben, nämlich dann, wenn der Erregerkreis der Spule 22, der über die Kontakte 11,12 und 13 führt, wieder geschlossen ist. Nach Aufhebung der Sperre kehrt der Anker des Rückstrom-Kontrollgeräts in die in Fig. 3 gezeichnete Lage zurück, und der Steuerkontakt 17 öffnet wieder.

Der Abschaltvorgang eines Rückstromes und die nachfolgende Wiedereinschaltung des Hauptschalters spielt sich in folgender Weise ab:

Öffnet der Schalthebel 2, so öffnen auch die Steuerkontakte 10 und 11 gleichzeitig. Durch die Öffnung des Steuerkontaktes 10 wird die Haltespule des Einschaltschützes 14 entregt. Das Schütz besitzt eine Abfallverzögerung von etwa 0,1 bis 0,2 Sekunden. In dieser Zeit hat der Schalter den Rückstrom vollkommen gelöscht, so daß die Wiedereinschaltung des Hauptschalters erfolgen kann.

Sobald das Schütz 14 seine Kontakte schließt, wird das Schütz 15 erregt, zieht ohne Verzögerung an und schließt seinen Kontakt. Damit wird der Verklinkungsmagnet 7 an Spannung gelegt, der seinen Kontakt 9 schließt und dadurch ein weiteres Schütz 16 einschaltet. Dieses schließt den Vorwiderstand 6 des Auslösemagneten 5 kurz, was einen erhöhten Erregerstrom zur Folge hat, so daß mit der dadurch erzielten höheren Zugkraft des Magneten der Schlaganker, welcher nach der Abschaltung des Rückstromes an den Polflächen des Überstrommagneten liegt, gegen die Polflächen des Auslösemagneten zurückgeholt wird, also in seine Betriebsstellung zurückgeführt wird. Der Verklinkungsmagnet 7 führt nur für die Dauer der Wiedereinschaltung Strom und dient dazu, den Kniehebel 31 in die Strecklage zu bringen, wodurch der Schalthebel 2 in die Schließstellung bewegt wird. Die Schwinge 28 setzt sich auf die Spitze des Kniehebeis. Damit ist der Hauptschalter wieder eingeschaltet.

Der Erregerkreis der Spule des Schützes 15 führt, wie das Schaltbild ausweist, über den Steuerkontakt 17, und da dieser nach einer Rückstromabschaltung geschlossen ist, so kann die oben beschriebene Wiedereinschaltung auch nur dann vor sich gehen, wenn ihr eine Rückstromabschaltung vorangegangen war. Nach einer Vorwärtsstromabschaltung bleibt also der Wiedereinschaltvorgang hier stehen. Es erfolgt dann nur die Betätigung des Schützes 14, die noch keine Wiedereinschaltung bringt.

Auch nach erfolgter Löschung des Rückstromes bleibt, wie oben bereits dargelegt wurde, der Steuerkontakt 17 geschlossen, so daß der Wiedereinschalt-Vorgang ungestört vonstatten gehen kann.

Während der EIN-Bewegung des Schalthebels 2, kurz vor seiner Betriebsstellung, schließen sich die Steuerkontakte io und ii wieder. Durch den Wiederschluß des Kontaktes io erfolgt die Wiedererregung der Spule des Schützes 14; dessen Anker zieht an und öffnet die Schützkontakte wieder. Dadurch wird der Erregerkreis des Schützes 15 geöffnet; auch dessen Kontakt öffnet daraufhin, wodurch schließlich auch die Spule des Schützes 16 entregt wird und auch dessen Kontakt wieder öffnet.

Durch die Wiederschließung des Steuerkontaktes 11 erfolgt auch die Wiedererregung der Spule 22 des Sperrmagneten; die Sperre wird aufgehoben und der Steuerkontakt 17 geöffnet.

Damit ist dann der Wiedereinschaltvorgangbeendet. Soll nach einer Vorwärtsstromabschaltung Wiedereinschaltung erfolgen, so muß kurzzeitig der Druckknopf 24 von Hand betätigt werden. Der Druckknopf 24 ist ein Parallelkontakt zum Steuerkontakt 17, ao er erfüllt also dessen Funktion, die nach Rückstromabschaltung automatisch erfolgt.

Soll der Anodenschalter oder besser gesagt, sollen alle Anodenschalter außer Betrieb genommen, also abgeschaltet werden, so ist der Betätigungsschalter 23 zu öffnen.

Die Wiedereinschaltung nach einer solchen Betriebsunterbrechung erfolgt durch Schließen des Betätigungsschalters 23 und nachträgliche Betätigung des Druckknopfes 24.

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Claims (10)

Patentansprüche:

1. Schnellschalter, insbesondere für Quecksilberdampfstromrichter oder Kontaktumformer, bei dem sich das untere Ende des unter der Wirkung eines Überstrom- und eines Auslösemagneten stehenden Schalthebels auf eine Verklinkung stützt, die bei Überstrom und Rückstrom durch die Bewegung eines Schlagankers gelöst wird, der gleichzeitig durch Schlag gegen den Kontakthebel die Öffnungsbewegung des Schaltkontaktes einleitet, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Bewegung des Ankers (29) bei Überstrom oder bei Rückzündungen eine am Auslösemagneten (5) drehbeweglich befestigte Schwinge (27) durch Federn (28) von der Verklinkung des Schalthebels, die durch einen Kniehebel (31) gebildet wird, abgezogen wird, worauf sich ein Bolzen der Schwinge gegen den Schalthebel legt und die Drehachse des Schalthebels während der weiteren Öffnungsbewegung des Schnellschalters bildet.

2. Schnellschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslösemagnet (5) ein mit einer Hauptstromwicklung versehenes Streujoch besitzt und daß der Magnetfluß des Streujoches sich dem Haltefluß des Auslösemagneten in der Weise überlagert, daß er den Haltefluß bei Vorwärtsstrom unterstützt, bei Rückstrom dagegen schwächt.

3. Schnellschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Kräfte und die Federkraft auf den Anker (29) so abgestimmt sind, daß der Anker schon bei kleinem Rückstrom gegen die Polfläche des Uberstrommagneten (3) gezogen wird, während zur Erzielung der gleichen Wirkung ein wesentlich größerer Vorwärtsstrom benötigt wird.

4. Schnellschalter nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Rückstrom nur die Haltekraft der Gleichstromspule in der Einschaltrichtung beschleunigend auf den Anker einwirkt, während alle anderen Kräfte, nämlich der Fluß des Streujoches und der Fluß des Überstrommagneten, den Anker in der Ausschaltrichtung beschleunigen.

5. Schnellschalter nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß des Streujoches und die Haltekraft der Gleichstromwicklung bei Vorwärtsstrom den Anker in der Einschaltrichtung anziehen, so daß der Vorwärtsstrom erst auf eine erhebliche Überstromstärke anwachsen muß, bevor die Zugkraft des Überstrommagneten die entgegenwirkenden Kräfte im Anker überwindet.

6. Schnellschalter nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wiedereinschaltung der Kniehebel (31) durch einen besonderen Einschaltmagneten (7) in die Strecklage zurückgeholt und dann die Wicklung des Auslösemagneten (5) übererregt wird, um den Schlaganker (29) an die Polflächen heranzuziehen.

7. Schnellschalter nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abschaltung eines Rückstroms und nachfolgenden Wiedereinschaltung zwei Schütze (15, 16) vorgesehen sind, von denen das erste ohne Verzögerung ansteigt und den Verklinkungsmagneten (7) einschaltet und das nächste zum Kurzschließen eines Vorwiderstandes (6) dienende Schütz (16) einschaltet.

8. Schnellschalter nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule des ohne Verzögerung ansprechenden Schützes (12) über einen Kontakt (17) eines Rückstromkontrollgeräts (18) geführt ist, so daß die Wiedereinschaltung nur erfolgen kann, wenn ihr eine Rückstromabschaltung vorangegangen ist.

9. Schnellschalter nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Kontakt (17) ein Druckknopf (24) geschaltet ist, nach - dessen Betätigung die Wiedereinschaltung auch nach einer Vorwärtsstromabschaltung erfolgt.

10. Schnellschalter nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung von der Gleichstromquelle zur Steuerschaltung ein Betätigungsschalter (23) vorgesehen ist, nach dessen Öffnung alle Anodenschalter abgeschaltet werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 656 003, 610 224, 601544.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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