EP0561485A1 - Trennschalter mit hoher Schaltgeschwindigkeit - Google Patents

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EP0561485A1
EP0561485A1 EP93250082A EP93250082A EP0561485A1 EP 0561485 A1 EP0561485 A1 EP 0561485A1 EP 93250082 A EP93250082 A EP 93250082A EP 93250082 A EP93250082 A EP 93250082A EP 0561485 A1 EP0561485 A1 EP 0561485A1
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contact
winding
disconnector
switching piece
disconnection
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Horst Dr.-Ing. Gerlach
Anke Dr.-Ing. Ekkehard
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    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/222—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electrodynamic repulsion
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    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
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    • H01H2001/2033—Bridging contacts comprising two-parallel bridges with a contact bridge on both opposite sides of a fixed contact pair, each contact bridge being moved to close or open the circuit
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/222—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electrodynamic repulsion
    • H01H2003/225—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electrodynamic repulsion with coil contact, i.e. the movable contact itself forms a secondary coil in which the repulsing current is induced by an operating current in a stationary coil
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/60—Mechanical arrangements for preventing or damping vibration or shock

Definitions

  • the invention relates to a disconnector for switchgear, in particular for traction current systems with commutation devices.
  • circuit breakers and circuit breakers which are designed for a high switching speed, work with spring-loaded actuators and complicated special solutions for the unlocking mechanisms. Apart from their complexity, these are also not fast enough for the intended field of application for railway power plants with electronic commutation devices, in which a fast disconnection of a damaged route exit and possibly a fast restart are necessary. A considerable part of the entire switching process must already be used for unlocking.
  • Switching devices for self-switches and current limiting switches with a separate drive device, contact arrangement and separate switch-on device are also known with an electrodynamic drive, so-called Thomson drive, see e.g. DE-A 36 42 282.
  • the Thomson drive works with a coil and an opposite disc made of conductive material, in which when the coil is excited, e.g. through a capacitor discharge, a current is induced. The opposing currents exert a force on the disk which is connected to a contact. The force is very quick.
  • a separate unlocking mechanism can be dispensed with if necessary.
  • the invention is based on the object of realizing a fast disconnector with a low moving mass, without an unlocking system when disconnecting, and a locking device which is as wear-free and very fast as possible after the disconnection.
  • the catching device In the event of an immediate, very rapid return movement of the contact plate, the catching device is thus fully operational again in order to securely lock the moving parts.
  • FIG. 1 shows the disconnector according to the invention, the two contact plates 1 being connected in parallel.
  • the electrical connection to a connector 3 is established via contact lamellae 2.
  • the electrical connection is made from the connector 4 via the contact blades 5 to the contact plates 1, so that the current path is established in the direction of the arrow and thus a contact bridge is formed.
  • the winding 6 is excited via a capacitor discharge device, not shown, so that the two contact plates 1 are repelled very quickly in opposite directions in the axial direction until the iron disks 7, which are firmly connected to the contact plates 1, abut the permanent-magnet capture devices.
  • the permanent magnetic capture device advantageously consists of a permanent magnet 8, which is provided with an unlocking winding 13 and is connected to the housing 12 via a damping buffer 9 and the damping disk 10.
  • the winding 6 is arranged in a winding support which is arranged between the connecting pieces 3 and 4.
  • the connectors 3 and 4 are advantageously cast together with the winding 6.
  • the moving mass essentially the contact plate 1 and the iron disk 7 and part of the contact pressure spring 11, are braked via the damping buffer 9 and the damping disk 10.
  • the contact pressure spring 11 is used with a suitable spring preload, which is selected so that on the one hand it ensures the necessary contact pressing force of the contact plate 1 when the disconnector is closed and on the other hand enables the iron disk 7 to be securely locked on the permanent magnet 8 when the disconnector is open.
  • the contact pressure spring 11 is supported on the housing 12, which is screwed to the connectors 3 and 4.
  • the lock is released to close the circuit breaker by means of a short current surge in the unlocking winding 13, which is arranged within the permanent magnet 8, whereby the holding force of the permanent magnet 8 is partially compensated, so that the spring force of the contact pressure spring 11 moves the contact plate 1 again in the direction of the connecting pieces 3 and 4 and thus closes the disconnector again.
  • the simple switching path creates a double opening distance.
  • the contact plate does not require any stranded wires.
  • the mode of operation is such that a capacitor discharge takes place via the windings 22 and 23 lying in series and thus the contact plates 1 are repelled, are then caught by the means described in FIG. 1 and remain securely locked.
  • the winding 6 or the windings 22 and 23 are designed in a rectangular or circular shape in FIG. 1 and FIG.
  • a reaction-free design of the disconnector is achieved by the counter-movement of the contact plates, i.e. that no forces can act externally.
  • the contact separation takes place very quickly and without an unlocking mechanism.
  • the locking in the open state takes place without mechanical locking parts and is therefore also very fast.

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Abstract

Die bekannten Leistungs- und Trennschalter mit hoher Schaltgeschwindigkeit, die mit Federspeicherantrieb arbeiten, sind für das angestrebte Anwendungsgebiet bei Bahnstromanlagen ungeeignet und nicht schnell genug. Für diesen Zweck ist ein schneller Trennschalter mit geringer bewegter Masse, ohne Entriegelungssystem beim Auftrennen sowie mit einer verschleißfreien und sehr schnellen Verriegelungseinrichtung nach dem Auftrennen zu realisieren. Der erfindungsgemäße Trennschalter besitzt zwei gegenüberliegend angeordnete, axial bewegliche Kontaktplatten (1), die jeweils eine magnetisch leitfähige Scheibe (7) tragen. Diese werden mit jeweils einer Kontaktandruckfeder (11) auf ein Kontaktvermittlungsstück angedrückt. Das Kontaktvermittlungsstück trägt eine Wicklung (6), durch deren Erregung die Kontaktplatten (1) voneinander weg bewegt werden. Die Bewegung der Kontaktplatten (1) erfolgt gegen eine permanentmagnetische Einfangeinrichtung, welche die Kontaktplatte (1) im geöffneten Zustand arretiert und die mit einer Entmagnetisierungswicklung (13) versehen ist. Der Trennschalter ist insbesondere für Bahnstromanlagen mit elektronischen Kommutierungseinrichtungen vorgesehen, bei denen eine schnelle Abtrennung eines havarierten Streckenabgangs und ggf. eine schnelle Wiedereinschaltung nötig sind. Darüberhinaus ist er für alle Aufgaben mit schneller Kontakttrennung geeignet. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Trennschalter für Schaltanlagen, insbesondere für Bahnstrom-Anlagen mit Kommutierungseinrichtungen.
  • Die bekannten Leistungs- und Trennschalter, die für eine hohe Schaltgeschwindigkeit ausgelegt sind, arbeiten mit Federspeicherantrieb und komplizierten Speziallösungen für die Entriegelungsmechanismen. Für das angestrebte Anwendungsgebiet bei Bahnstromanlagen mit elektronischen Kommutierungseinrichtungen, bei denen eine schnelle Abtrennung eines havarierten Streckenabgangs und ggf. eine schnelle Wiedereinschaltung nötig sind, sind diese, abgesehen von ihrer Kompliziertheit, auch nicht schnell genug. Ein erheblicher Teil des gesamten Schaltvorganges muß nämlich bereits für die Entriegelung aufgewendet werden.
  • Es sind auch mit elektrodynamischem Antrieb, sogenanntem Thomson-Antrieb, versehene Schalteinrichtungen für Selbstschalter und Strombegrenzungsschalter mit gesonderter Antriebseinrichtung, Kontaktanordnung und gesonderter Einschalteinrichtung bekannt, siehe z.B. DE-A 36 42 282. Der Thomson-Antrieb arbeitet mit einer Spule und einer gegenüberliegenden Scheibe aus leitfähigem Material, in der bei Erregung der Spule, z.B. durch eine Kondensatorentladung, ein Strom induziert wird. Die gegeneinandergerichteten Ströme bewirken eine Kraft auf die Scheibe, die mit einem Kontakt in Verbindung steht. Die Kraftwirkung erfolgt sehr schnell. Auf einen gesonderten Entriegelungsmechanismus kann ggf. verzichtet werden.
  • Abgesehen davon, daß bei diesen bekannten Schalteinrichtungen viele Bauteile notwendig sind, sind sie von ihrem Aufbau her für den angegebenen Zweck, z.B. für eine schnelle Wiedereinschaltung, noch nicht geeignet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen schnellen Trennschalter mit geringer bewegter Masse, ohne Entriegelungssystem beim Auftrennen sowie einer möglichst verschleißfreien und sehr schnellen Verriegelungseinrichtung nach dem Auftrennen zu realisieren.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Trennschalter mit folgenden Merkmalen gelöst:
    • durch die Erregung einer Wicklung, z.B. durch eine Kondensatorentladung, werden zwei leichte Kontaktplatten, die jeweils einer Spulenseite gegenüberliegend angeordnet sind, in Gegenrichtung gegen die Kraft jeweils einer Kontaktanpreßfeder abgestoßen,
    • jede Kontaktplatte trägt eine Eisenscheibe, die gegen eine Einfangeinrichtung mit einem Permanentmagneten anläuft und die dämpfendorweise die Eisenscheibe mitsamt der Kontaktplatte und die Kontaktanpreßfeder verriegelt,
    • diese Verriegelung kann mittels eines Stromstoßes in eine induktivitätsarme Entriegelungswicklung aufgehoben werden.
  • Im Falle einer sofortigen, sehr schnellen Rückbewegung der Kontaktplatte ist die Einfangeinrichtung somit bereits wieder voll arbeitsfähig, um die bewegten Teile sicher zu arretieren.
  • Weitere ausgestaltende Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
    • Fig.1
    eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Trennschalters mit der Parallelschaltung von zwei Kontaktplatten, die ohne Anschlußlitzen ausgeführt werden können,
    Fig.2
    den Trennschalter mit der Reihenschaltung von zwei Kontaktplatten, die mit Anschlußlitzen ausgeführt sind.
  • Fig.1 zeigt den erfindungsgemäßen Trennschalter, wobei die beiden Kontaktplatten 1 parallel geschaltet sind. Über Kontaktlamellen 2 wird die elektrische Verbindung zu einem Anschlußstück 3 hergestellt. In gleicher Weise wird die elektrische Verbindung vom Anschlußstück 4 über die Kontaktlamellen 5 zu den Kontaktplatten 1 hergestellt, so daß der Stromweg in der gekennzeichneten Pfeilrichtung hergestellt und somit eine Kontaktbrücke gebildet ist. Über eine nicht dargestellte Kondensatorentladeeinrichtung wird die Wicklung 6 erregt, so daß die beiden Kontaktplatten 1 in axialer Richtung sehr schnell gegenläufig abgestoßen werden, bis die mit den Kontaktplatten 1 fest verbundenen Eisenscheiben 7 an den permanentmagnetischen Einfangeinrichtungen anstoßen. Die permanentmagnetische Einfangeinrichtung besteht vorteilhafterweise aus einem Permanentmagneten 8, der mit einer Entriegelungswicklung 13 versehen ist und über einen Dämpfungspuffer 9 sowie die Dämpfungsscheibe 10 mit dem Gehäuse 12 verbunden ist. Die Wicklung 6 ist in einem Wicklungsträger angeordnet, der zwischen den Anschlußstücken 3 und 4 angeordnet ist. Vorteilhaft werden die Anschlußstücken 3 und 4 zusammen mit der Wicklung 6 vergossen.
  • Über die Dämpfungspuffer 9 und die Dämpfungsscheibe 10 wird die sich bewegende Masse, im wesentlichen die Kontaktplatte 1 und die Eisenscheibe 7 und ein Teil der Kontaktandruckfeder 11, abgebremst. Die Kontaktandruckfeder 11 wird mit einer geeigneten Federvorspannung eingesetzt, die so gewählt ist, daß sie einerseits die notwendige Kontaktanpreßkraft der Kontaktplatte 1 bei geschlossenem Trennschalter gewährleistet und andererseits eine sichere Arretierung der Eisenscheibe 7 am Permanentmagneten 8 bei geöffnetem Trennschalter ermöglicht. Die Kontaktanpreßfeder 11 stützt sich dabei auf das Gehäuse 12 ab, welches mit den Anschlußstücken 3 und 4 fest verschraubt ist. Das Freimachen der Verriegelung zum Schließen des Trennschalters erfolgt über einen kurzen Stromstoß in die Entriegelungswicklung 13, die innerhalb des Permanentmagneten 8 angeordnet ist, wodurch die Haltekraft des Permanentmagneten 8 teilweise kompensiert wird, so daß die Federkraft der Kontaktandruckfeder 11 die Kontaktplatte 1 wieder in Richtung der Anschlußstücke 3 und 4 bewegt und somit den Trennschalter wieder schließt.
  • Bei der Öffnung der Kontaktstellen entsteht durch den einfachen Schaltweg eine zweifache Öffnungsstrecke. Die Kontaktplatte benötigt bei dieser Variante keine Anschlußlitzen.
  • Fig.2 zeigt eine Variante der Anordnung mit der Reihenschaltung der zwei Kontaktplatten 1, wobei die elektrische Verbindung über die Anschlußlitzen 14, 16 zu den Anschlußringen 15, 17 hergestellt wird, die ihrerseits fest mit den Anschlußstücken 3, 4 verbunden sind. Somit ergibt sich, bei geschlossenem Trennschalter, ein Stromweg vom Anschlußstück 3 zum Anschlußring 17 durch die Anschlußlitzen 16 zur ersten Kontaktplatte 1, über die Kontaktlamellen 18, durch das Leitstück 19 zu den anderen Kontaktlamellen 20, zur zweiten Kontaktplatte 1 und über die Anschlußlitzen 14, den Anschlußring 15 hin zum Anschlußstück 4 . Das Leitstück 19 ist eingelagert in einen Wicklungsträger 21, der die beiden scheibenförmigen Wicklungen 22 und 23 trägt.
  • Die Wirkungsweise ist derart, daß eine Kondensatorentladung über die in Reihe liegenden Wicklungen 22 und 23 erfolgt und somit die Kontaktplatten 1 abgestoßen werden, dann mit den zu Fig.1 beschriebenen Mitteln eingefangen werden und sicher arretiert bleiben. Auch bei dieser Ausführungsform ergibt sich im Trennschalter bei einem einfachen Schaltweg eine zweifache Öffnungsstrecke.
  • Je nach der notwendigen Größe und Anordnung der Kontaktflächen sind in Fig.1 und Fig.2 die Wicklung 6 bzw. die Wicklungen 22 und 23 in Rechteck- oder Kreisform ausgeführt.
  • Bei beiden Varianten wird ein reaktionsfreier Aufbau des Trennschalters durch die gegenläufige Bewegung der Kontaktplatten realisiert, d.h. daß nach außen keine Kräfte wirksam werden können. Die Kontakttrennung erfolgt sehr schnell und ohne einen Entriegelungsmechanismus. Die Verriegelung im geöffneten Zustand erfolgt ohne mechanische Verriegelungsteile und ist deshalb ebenfalls sehr schnell.

Claims (9)

  1. Trennschalter mit hoher Schaltgeschwindigkeit, bei dem der Antrieb nach dem Thomson-Prinzip erfolgt, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    - zwei gegenüberliegend angeordnete, axial bewegliche Kontaktplatten (1), die jeweils eine magnetisch leitfähige Scheibe (7) tragen, werden mit jeweils einer Kontaktandruckfeder (11) auf ein Kontaktvermittlungsstück angedrückt,
    - das Kontaktvermittlungsstück trägt eine Wicklung (6 bzw. 22, 23), durch deren Erregung die Kontaktplatten (1) voneinander weg bewegt werden,
    - die Bewegung der Kontaktplatten (1) erfolgt gegen eine permanentmagnetische Einfangeinrichtung, die mit einer Entriegelungswicklung (13) versehen ist.
  2. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung der Wicklung (6 bzw. 22,23) durch eine Kondensatorentladung erfolgt.
  3. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktvermittlungsstück aus den Anschlußstücken (3,4) des Trennschalters mit einem zwischen diesen angeordneten Träger für die Wicklung (6) besteht.
  4. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktvermittlungsstück aus einem Träger für die Wicklungen (22,23) mit einem mittig angeordneten leitfähigen Verbindungsstück besteht.
  5. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (6) zusammen mit den Anschlußstücken (3,4) vergossen ist.
  6. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kontaktandruckfedern (11) am Gehäuse (12) abstützen.
  7. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die permanentmagnetische Einfangeinrichtung mit einem elastischen Dämpfungspuffer (9) versehen ist.
  8. Trennschalter nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die permanentmagnetische Einfangeinrichtung über eine Dämpfungsscheibe (10) am Gehäuse (12) abgestützt ist.
  9. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktplatten (1) mit dem Kontaktvermittlungsstück über Kontaktlamellen (2,5 bzw. 18,20) verbunden sind.
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