WO2002058091A1 - Vakuumschalter sowie system und verfahren zu seiner steuerung - Google Patents

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WO2002058091A1
WO2002058091A1 PCT/DE2001/004541 DE0104541W WO02058091A1 WO 2002058091 A1 WO2002058091 A1 WO 2002058091A1 DE 0104541 W DE0104541 W DE 0104541W WO 02058091 A1 WO02058091 A1 WO 02058091A1
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switch
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arc
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PCT/DE2001/004541
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Bernd-Heiko Krafft
Karl Mascher
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
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    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H2009/307—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts with slow break, e.g. for AC current waiting for a zero crossing

Definitions

  • the present invention relates to a control system for controlling a vacuum switch, the contact system of which has at least two contact pieces which can be moved relative to one another and which are separated from one another at a changing speed during a switch-off process and between which an arc to be extinguished burns during the switch-off process.
  • the present invention is therefore based on the object of designing a control device of a vacuum switch in such a way that arcs occurring during a switch-off process are extinguished more reliably with a justifiable technical outlay.
  • control means that a given distance of the contact pieces is only exceeded after a period of time predetermined for the control system.
  • the behavior of the arc is essentially influenced by the shape of the contact pieces and the distance between the contact pieces. If the given distance of the contact pieces is not exceeded within a predetermined period of time, the extinguishing of the arc proves to be a problem that can be solved with reasonable technical effort.
  • the specified period of time is the maximum interval required for the respective switch configuration until the arc is finally extinguished. If the given distance were exceeded during the specified period, much more extensive technical constructions would be necessary. In this case, the electromagnetic forces acting on the arc would which are caused by the current to be interrupted and support the rotation and thus the cooling and extinguishing of the arc, are not available to a sufficient extent.
  • a method for switching a vacuum switch is also provided, the contact system of which has at least two contact pieces which can be moved relative to one another and which are separated from one another at a changing speed during a switch-off process and between which an arc to be extinguished during the switch-off process burning.
  • This method provides that until the arc is finally extinguished, the average speed of contact separation in a first phase is greater than the average speed of contact separation in a second phase immediately following the first phase.
  • Arc in a vacuum switch should always take place with the highest possible contact separation speed. It was assumed that a higher switching capacity of the vacuum switch is directly connected when a higher contact separation speed is reached.
  • the contact distance can vary within a relatively large range.
  • the first contact distance is the distance at which, depending on the respective switch configuration, the arc can be extinguished for the first time. The extinguishing of the switch-off arc can already begin in the first time range. If the conditions are favorable, the arc can be extinguished in the first period. Such favorable conditions are essentially determined by the point in time at which the switch-off movement begins with regard to the phase position of the current to be switched off at that moment.
  • F urthermore can advantageously be provided that the first Z starts eit Scheme once the firstmaschinea stand is reached.
  • the contact pieces can be moved to their switch-off positions at any speed.
  • G AAGER of restrike of the arc is no longer present after the end of the second time range. Provision can furthermore advantageously be made for the speed of the contact separation to be controlled as a function of the current to be switched off.
  • the control of the speed of the contact separation as a function of the current to be switched off is particularly effective, since when a very large current, such as a short-circuit current, is switched off, other requirements are placed on the sequence of the contact separation than, for example, when a rated current is switched off.
  • Electromagnetic braking devices are able to brake movements almost free of signs of wear. They are therefore ideally suited for braking a movable contact piece on a vacuum switch. This makes it possible to influence the movement sequence of the contact separation in such a way that it can be combined with the control system described and the intended forms of movement, contact distances and time periods are observed.
  • an electromechanical braking device is assigned to a movable contact piece.
  • Electromechanical braking devices are extremely inexpensive to procure and are adequately suited to delay movement. Provision can furthermore advantageously be made for parts connected to a movable contact piece to be movable in a magnetorheological fluid.
  • Magneto-rheological liquids react extremely quickly with a change in their viscosity when exposed to a magnetic field. As such, such liquids are well suited for braking assemblies moving in them. Braking devices which take advantage of this effect can be metered very well in their braking action in a wide range ".
  • T he method and apparatus described are suitable for use on loading Sonders vacuum switches, which are for interrupting short-circuit currents of 30 kA and used in higher voltage levels from 50kV.
  • FIG. 2 a path-time diagram with a first time range and a second time range
  • FIG. 3 a plurality of possible path-time characteristics with a first and a second time range
  • FIG. 4 shows a vacuum interrupter of a vacuum interrupter with an electromagnetic braking device
  • Figure 5 shows a vacuum holding tube of a vacuum switch with an electromechanical braking device
  • Figure 6 shows a vacuum holding tube of a vacuum switch with a liquid brake device.
  • Figures 1, 2 and 3 show path-time diagrams of switch-off movements of a vacuum switch.
  • the time t advancing during a switch-off process is plotted on the abscissa of the coordinate system, the galvanic isolation of the contact pieces taking place in the coordinate origin.
  • a t the ordinate is plotted the distance s of the contact pieces from each other. 1 shows a possible V erlauf an inventive disconnection.
  • the contact pieces are galvanically isolated.
  • a first contact distance sl d the contact pieces is reached. Up to a point in time t2, the contact pieces are separated at a constant speed.
  • a second contact distance s2 is reached. After reaching the second contact distance s2, the relative contact separating movement takes place with a reduced G eschwindmaschine up to a third time point t3. At no time lying between the first time t1 and the third time t3 does the contact distance of the contact pieces exceed a given third distance s3.
  • the third point in time t3 is chosen such that an arc burning between the two contact pieces is definitely extinguished at this point in time. After reaching the third point in time t3, it is possible to exceed the third distance s3. As a rule, the contact pieces are moved into their end positions after the third point in time t3.
  • a typical value for time t2 is 8-9 ms after galvanic isolation of the contact pieces.
  • the third distance s3 is approximately 3-5 times as large as the first distance sl.
  • the second distance s2 is determined by the voltage level in which the vacuum switch is to be used.
  • FIG. 2 shows the times described in FIG. 1, first time t1, second time t2, third time t3 and the associated distances between the contact pieces, first contact distance s1, second contact distance s2 and third contact distance s3.
  • a first time range 1 is formed between the first time t1 and the second time t2.
  • the second point in time t2 and the third point in time t3 delimit a second time range 2.
  • the permissible contact distance of the contact pieces moves in the first time range between the first distance sl and the third distance s3.
  • the permissible contact distance of the contact pieces moves between the second distance s2 and the third distance s3.
  • the arc burning between the contact pieces is finally extinguished. Any change in the spacing of the contact pieces is possible within the permitted minimum and maximum spacings of the contact pieces provided in the two time ranges 1, 2.
  • FIG. 3 the superimposition of the movement sequence from FIG. 1 (shown with a continuous line in the coordinate system) and the permissible contact distances from FIG. 2 are superimposed. Within the two time periods 1, 2 the distance between the contact pieces is always within the permissible limit values. In order to extinguish the arc as quickly as possible during a switch-off process, the movement sequence shown with the continuous line shows the start of the first time range 1 and the time at which the first distance s 1 of the contact pieces was reached at the same time.
  • the speed of the separation of the contact pieces is reduced so that the distance of the contact pieces is within the permissible limit values at any time in the second time period 2. This ensures that the electric field caused by the current to be interrupted is always sufficiently large to support the rotation of the arc and to promote diffuse burning.
  • the separation of the contact pieces is continued until they have reached their end positions.
  • the dashed line shows an example of a further movement sequence.
  • FIGS. 4 to 6 serve to brake a switch-off movement of the second contact piece 5.
  • the braking devices are controlled with the aid of a control system 13. Alternatively or in combination with the braking devices, it can be provided to have the drive device 14 controlled by the control system 13 in order to achieve the desired movement sequence of the contact separation.
  • FIG. 4 shows a vacuum holding tube 3 of a vacuum switch with the contact pieces 4, 5 forming a contact system in its switched-off position.
  • the first contact piece 4 is mounted in a stationary manner, the second contact piece 5 can be driven by means of a switching rod 6.
  • a ferromagnetic core 7 is arranged at the coupling point of the switching rod 6 and the second contact piece 5. This ferromagnetic core 7 is surrounded by a coil 8.
  • This coil 8 is flowed through by the current flowing through the contact pieces 4, 5.
  • the combination of the coil 8 and the ferromagnetic core 7 constitutes an electromagnetic brake.
  • the ferromagnetic core 7 moves through the coil 8, the forces occurring between the coil 8 and the ferromagnetic core 7 being directed in such a way that they counteract the switch-off movement. This slows down the switch-off movement. Only after the switch-off arc is finally extinguished and the final interruption of the electrical current associated therewith is this force effect reduced and the switching rod moves the second contact piece 5 attached to it unaffectedly.
  • the electromagnetic braking device, as well as the braking devices shown in FIGS. 5 and 6, are arranged on the vacuum switches in such a way that the described movement sequences and limit ranges are complied with. It proves to be advantageous to let the braking effect begin after the second distance s2 has been reached.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a vacuum switch in its switched-off position with an electromechanical brake.
  • the switching rod 6 and the second switching contact piece 5 are concentrically surrounded by contact fingers 9 clamped on one side.
  • the contact fingers 9 - an additional friction-enhancing brake pad 10 on their inner sides. If an electrical current flows through the contact fingers 9, the electromagnetic forces then acting press the contact fingers 9 with the brake pads 10 against the switching rod 6 or against the movable contact piece 5. If the contact pieces 4, 5 are separated, the brake pads 10 brake them Movement off immediately. Only after the arc is finally extinguished and the associated interruption of the electrical current does the contact force of the contact fingers 9 decrease due to the lack of electromagnetic forces and the contact separation of the contact pieces 4, 5 can take place almost unaffected by the electromechanical braking device.
  • Figure 6 shows another embodiment of a vacuum switch in its off position.
  • Ontakt Sharing to the second K 5 attachments 11 are fixed, which are moved during movement of the second contact piece 5 within a magneto-rheologisehe liquid 12th
  • the magneto-rheological fluid is around the second contact piece

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Abstract

Zur Verbesserung des Ausschaltvermögens eines Vakuumschalters ist es vorgesehen, die relativ zueinander bewegbaren Kontakt-stücke (4, 5) mit einer sich ändernden Geschwindigkeit voneinander zu trennen. Die Trennung erfolgt dabei derart, dass während eines vorgegebenen Zeitraumes ein vorgegebener Kontaktabstand nicht überschritten wird. Um ein Überschreiten des vorgegebenen Kontaktabstandes zu verhindern, ist es vorgesehen, dem Vakuumschalter eine Bremseinrichtung zuzuordnen.

Description

Beschreibung
Vakuumschalter sowie System und Verfahren zu seiner Steuerung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuerungssystem zur Steuerung eines Vakuumschalters dessen KontaktSystem zumindest zwei relativ zueinander bewegbare Kontaktstücke aufweist, welche während eines AusschaltVorganges mit einer sich ändernden Geschwindigkeit voneinander getrennt werden und zwischen denen während des Ausschaltvofganges ein zu löschender Lichtbogen brennt .
Ein derartiges SteuerungsSystem ist beispielsweise aus der Patentschrift DE 38 15 805 C2 bekannt. Mittels eines exzen- trischen Antriebsorganes wird die Ausschaltbewegung einer
Kontaktanordnung eines Vakuumschalters gesteuert. Die Ausbildung der mechanischen Hebelkette ist dabei so gewählt, dass nach einer sehr kurzen Beschleunigungsphase (1,3 ms) eines bewegbaren KontaktStückes ein Öffnungsweg der Kontaktstücke von 1 mm erzielt wird. Weiterhin wird beschrieben, dass es sich als besonders günstig erwiesen hat, wenn nach 0,8 ms eine Kontaktstücktrenngeschwndigkeit von 2 m/s erreicht ist. Dieser technischen Lösung liegt die Überlegung zugrunde, einen nach der Kontakttrennung zündenden Lichtbogen möglichst schnell zu löschen, um ein Abschmelzen von Kontaktmaterial der Kontaktstücke zu vermeiden. Es wird davon ausgegangen, dass mit einem möglichst schnellen Erreichen einer möglichst hohen Kontakttrenngeschwindigkeit auch hohe Abschaltleistungen eines Vakuumschalters zu erzielen sind.
Eine beliebige Erhöhung der Kontakttrenngeschwindigkeit ist technisch jedoch nicht möglich. Außerdem ist beim Abschalten von hohen Strömen festzustellen, dass diese sich nur inner- halb eines bestimmten Bereiches des Abstandes der Kontakt- stücke günstig löschen lassen. Außerhalb dieses Löschbereiches ist es technisch sehr aufwendig, einen Lichtbogen derartig zu beeinflussen, dass er möglichst rasch endgültig er- lischt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuerungseinrichtung eines Vakuumschalters derart auszubilden, dass mit einem vertretbaren technischen Aufwand während eines Ausschaltvorganges auftretende Lichtbögen zuverlässiger gelöscht werden.
Die Aufgabe wird bei einem Steuerungssystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steue- rung bewirkt, dass erst nach dem Durchlaufen eines dem Steue- rungssysstem vorgegebenen Zeitraumes ein gegebener Abstand der Kontaktstücke überschritten wird.
Um das Löschen des Ausschaltlichtbogens zu begünstigen, ist es erforderlich, den Lichtbogen so zu beeinflussen, dass er möglichst diffus brennt. Das Verhalten des Lichtbogens wird dabei im Wesentlichen von der Form der Kontaktstücke und vom Abstand der Kontaktstücke zueinander beeinflusst. Wird innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes der gegebene Abstand der Kontaktstücke nicht überschritten, so erweist sich die Löschung des Lichtbogens als mit vertretbarem technischen Aufwand lösbare Aufgabe. Der vorgegebene Zeitraum, ist das für die jeweilige Schalterkonfiguration maximal notwendige Intervall bis zur endgültigen Löschung des Lichtbogens. Würde der gegebene Abstand während des vorgegebenen Zeitraumes überschritten werden, so wären wesentlich umfangreichere technische Konstruktionen notwendig. In diesem Falle ständen die auf den Lichtbogen einwirkenden elektromagnetische Kräfte, welche durch den zu unterbrechenden Strom hervorgerufen werden und die Rotation und damit die Kühlung und Löschung des Lichtbogens unterstützen, nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung .
Neben dem Steuerungssystem ist weiterhin ein Verfahren zum Schalten eines Vakuumschalters vorgesehen, dessen Kontaktsystem zumindest zwei relativ zueinander bewegbare Kontaktstük- ke aufweist, welche während eines AusschaltVorganges mit ei- ner sich ändernden Geschwindigkeit voneinander getrennt werden und zwischen denen während des Ausschalt organges ein zu löschender Lichtbogen brennt.
Dieses Verfahren sieht vor, dass bis zum endgültigen Löschen i des Lichtbogens die Durchschnittsgeschwindigkeit der Kontakttrennung in einer ersten Phase größer ist als die Durchschnittsgeschwindigkeit der Kontakttrennung in einer, der ersten Phase unmittelbar folgenden zweiten Phase.
Bisher wurde davon ausgegangen, dass die Löschung eines
Lichtbogens in einem Vakuumschalter stets mit einer möglichst großen Kontakttrenngeschwindigkeit erfolgen sollte. Es wurde angenommen, dass mit dem Erreichen einer größeren Kontakttrenngeschwindigkeiten ein höheres Schaltvermögen des Vakuum- Schalters unmittelbar verbunden ist.
Um auch die im Hochspannungsbereich auftretenden Ausschalt- ströme zu beherrschen, hat es sich als günstig erwiesen, bis zum endgültigen Löschen des Lichtbogens die Durchschnittsgeschwindigkeit der Kontakttrennung in einer ersten Phase grδ- ßer zu wählen als die Durchschnittsgeschwindigkeit der Kontakttrennung in einer der ersten Phase unmittelbar folgenden zweiten Phase. Dadurch ist es möglich, über einen längeren Zeitraum die elektromagnetischen Kräfte des auszuschaltenden Stromes zu nutzen, um den Lichtbogen rotieren zu lassen und möglichst diffus zu gestalten. Weiterhin kann durch ein derartiges Geschwindigkeitsprofil ein verhältnismäßig leistungsarmer Antrieb zur Bewegung der Kontaktstücke eingesetzt wer- den.
Ein weiteres Verfahren zum Schalten eines Vakuumschalters dessen Kontaktsystem zumindest zwei relativ zueinander bewegbare Kontaktstücke aufweist, welche während eines Ausschalt- Vorganges mit einer sich ändernden Geschwindigkeit voneinander getrennt werden und zwischen denen während des Ausschalt- Vorganges ein zu löschender Lichtbogen brennt sieht vor, dass in einem ersten Zeitbereich vor der endgültigen Lichtbogenlöschung der Abstand der Kontaktstücke von einem vorgebbaren ersten Kontaktabstand mindestens bis zu einem vorgebbaren zweiten Kontaktabstand und höchstens bis zu einem vorgebbaren dritten Kontaktabstand vergrößert wird und in einem dem ersten Zeitbereich zeitlich folgenden zweiten Zeitbereich vor der endgültigen Lichtbogenlöschung der Abstand der Kontakt- stücke sich zwischen dem zweiten Kontaktabstand und dem dritten Kontaktabstand hält.
Steuert man die Trennung der Kontaktstücke so, dass die Kon- taktabstandsänderung in einem ersten Zeitbereich und in einem zweiten Zeitbereich wie vorstehend beschrieben erfolgt, ist auch bei hohen Spannungen gewährleistet, dass der Lichtbogen in einer kurzen Zeit sicher gelöscht wird. Im ersten Zeitbereich kann der Kontaktabstand in einem relativ großen Bereich variieren. Durch die Einschränkung des Variationsbereiches des Kontaktabstandes im zweiten Zeitbereich wird mit großer Sicherheit gewährleistet, dass auch bei dem Auftreten des Spitzenwertes einer WiederkehrSpannung ein Rückzünden des Lichtbogens nicht möglich ist. Der erste Kontaktabstand ist der Abstand, bei welchem, in Abhängigkeit der jeweiligen Schalterkonfiguration, der Lichtbogen erstmals gelöscht werden kann. Bereits im ersten Zeitbereich kann mit der Löschung des Ausschaltlichtbogens begonnen werden. Bei günstigen Vor- aussetzungen kann der Lichtbogen auch bereits im ersten Zeit- bereich endgültig erloschen sein. Derartig günstige Voraussetzungen werden im Wesentlichen durch der Zeitpunkt des Beginns der Ausschaltbewegung hinsichtlich der in diesem Moment vorliegenden Phasenlage des auszuschaltenden Stromes be- stimmt.
Außerdem kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der erste Zeitbereich beginnt, sobald der erste Kontakta stand erreicht ist .
Beginnt der erste Zeitbereich zu dem Zeitpunkt, an welchem der erste Kontaktabs and erreicht ist, so wird dadurch sichergestellt, dass der Zeitbedarf für den gesamten Ausschalt- Vorgang minimiert wird.
Außerdem kann es vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Ende des zweiten Zeitbereiches verschieden ist vom Zeitpunkt des Erreichens der Ausschaltendlagen der Kontaktstücke.
Trennt man den Zeitpunkt des Erreichens der Ausschaltendlagen der Kontaktstücke von dem Ende des zweiten Zeitbereiches, so ist es möglich, die Ausschaltbewegung hinsichtlich der Lichtbogenlöschung zu optimieren. Nach erfolgter Lichtbogenlöschung können die Kontaktstücke mit einer beliebigen Ge- schwindigkeit in ihre Ausschaltendlagen bewegt werden. Die
Gefahr des Rückzündens des Lichtbogens ist nach dem Ende des zweiten Zeitbereiches nicht mehr vorhanden. Es kann weiterhin vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Geschwindigkeit der Kontakttrennung in Abhängigkeit des auszuschaltenden Stromes gesteuert wird.
Die Steuerung der Geschwindigkeit der Kontakttrennung in Abhängigkeit vom auszuschaltenden Strom ist besonders wirksam, da bei dem Abschalten eines sehr großen Stromes, wie beispielsweise einem Kurzschlussstrom, andere Erfordernisse an den Ablauf der Kontaktt ennung gestellt werden, als bei- spielsweise beim Abschalten eines Nennstromes.
Weiterhin kann vorgesehen sein, einen Vakuumschalter zur Durchführung eines der vorstehend beschriebenen Verfahren und zum Betrieb mittels des beschriebenen Steuerungssystems so auszugestalten, dass einem bewegbaren Kontaktstück eine elektromagnetische Bremseinrichtung zugeordnet ist.
Elektromagnetische Bremseinrichtungen sind in der- Lage nahezu frei von Verschleißerscheinungen Bewegungen abzubremsen. Sie eignen sich daher in hervorragender Weise zum Abbremsen eines bewegbaren KontaktStückes eines Vakuumschalters . Dadurch ist es möglich, den Bewegungsablauf der Kontakttrennung so zu beeinflussen, dass er mit dem beschriebenen SteuerungsSystem kombinierbar ist und die vorgesehenen Bewegungsformen, Kon- taktabstände und Zeiträume eingehalten werden.
Es kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass einem bewegbaren Kontaktstück eine elektromechanische Bremseinrichtung zugeordnet ist .
Elektromechanische Bremseinrichtungen sind äußerst kostengünstig zu beschaffen und weisen eine ausreichende Eignung zur Verzögerungen von Bewegungsvorgängen auf . Es kann weiterhin vorteilhaft vorgesehen sein, dass mit einem bewegbaren Kontaktstück verbundene Teile in einer magneto- rheologischen Flüssigkeit bewegbar sind.
Magneto-rheologische Flüssigkeiten reagieren bei Einwirkung eines magnetischen Feldes äußerst rasch mit einer Änderung ihrer Viskosität. Als solches sind derartige Flüssigkeiten zum Abbremsen von in ihnen bewegten Baugruppen gut geeignet . Bremseinrichtungen, welche diesen Effekt ausnutzen sind in einem breiten Bereich sehr gut in ihrer Bremswirkung dosierbar".
Die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen eignen sich be- sonders für die Anwendung an Vakuumschaltern, welche in Spannungsebenen ab 50kV zum Unterbrechen von Kurzschlussströmen von 30 kA und höher eingesetzt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spieles in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.
Dabei zeigt die
Figur 1 ein Weg-Zeit-Diagramm, mit einem Verlauf der Ände- rung des Abstands der Kontaktstücke während einer
Ausschaltung, Figur 2 ein Weg-Zeit-Diagramm, mit einen ersten Zeitbereich und einen zweiten Zeitbereich, Figur 3 mehrere mögliche Weg-Zeit-Kennlinien mit einem er- sten und zweiten Zeitbereich,
Figur 4 eine Vakuumschaltröhre eines Vakuumschalter mit einer elektromagnetischen Bremseinrichtung, Figur 5 eine Vakuumsehaltröhre eines Vakuumschalters mit einer elektromechanisehen Bremseinrichtung und die
Figur 6 eine Vakuumsehaltröhre eines Vakuumschalter mit einer Flüssigkeitsbremseinrichtung.
Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen Weg-Zeit-Diagramme von Ausschaltbewegungen eines Vakuumschalters. Auf der Abszisse des Koordinatensystems ist die während eines AusschaltVorganges forschreitende Zeit t abgetragen, wobei im Koordinatenur- sprung die galvanischen Trennung der Kontaktstücke stattfindet. Auf der Ordinate ist der Abstand s der Kontaktstücke voneinander aufgetragen. Die Figur 1 zeigt einen möglichen Verlauf einer erfindungsgemäßen Ausschaltbewegung. Zum Zeitpunkt t = 0 erfolgt der Beginn der Ausschaltbewegung. Die Kontaktstücke werden galvanisch getrennt. Zunächst erfolgt eine stetige Zunahme des Abstandes der beiden Kontaktstücke. Zu einem ersten Zeitpunkt tl ist ein erster Kontaktabstand sl der Kontaktstücke erreicht . Bis zu einem Zeitpunkt t2 erfolgt die Trennung der Kontaktstücke mit einer konstanten Geschwin- digkeit. Zum Zeitpunkt t2 ist ein zweiter Kontaktabstand s2 erreicht . Nach dem Erreichen des zweiten Kontaktabstandes s2 erfolgt die relative Kontakttrennbewegung mit einer verringerten Geschwindigkeit bis zu einem dritten Zeitpunkt t3. Zu keinem zwischen dem ersten Zeitpunkt tl und dem dritten Zeit- punkt t3 liegenden Zeitpunkt überschreitet der Kontaktabstand der Kontaktstücke einen gegebenen dritten Abstand s3. Der dritte Zeitpunkt t3 ist dabei so gewählt, dass zu diesem Zeitpunkt ein zwischen den beiden Kontaktstücken brennender Lichtbogen mit Sicherheit endgültig gelöscht ist . Nach dem Erreichen des dritten Zeitpunktes t3 besteht die Möglichkeit, den dritten Abstand s3 zu überschreiten. Im Regelfall werden nach dem dritten Zeitpunkt t3 die Kontaktstücke in ihre Endlagen bewegt . Als typischer Wert für den Zeitpunkt t2 hat sich ein Wert von 8-9 ms nach erfolgter galvanischer Trennung der Kontaktstücke ergeben. Zwischen dem ersten Zeitpunkt tl und dem dritten Zeitpunkt t3 sollte ein Zeitintervall von 12 ms liegen. Der dritte Abstand s3 ist ca. 3-5 mal so groß wie der erste Abstand sl . Der zweite Abstand s2 wird durch die Spannungsebene bestimmt in welcher der Vakuumschalter eingesetzt werden soll .
In der Figur 2 sind die in der Figur 1 beschriebenen Zeitpunkte erster Zeitpunkt tl, zweiter Zeitpunkt t2, dritter Zeitpunkt t3 und die zugeordneten Abstände der Kontaktstücke, erster Kontaktabstand sl, zweiter Kontaktabstand s2 und drit- ter Kontaktabstand s3 dargestellt. Zwischen dem ersten Zeitpunkt tl und dem zweiten Zeitpunkt t2 ist ein erster Zeitbereich 1 gebildet. Der zweite Zeitpunkt t2 und der dritte Zeitpunkt t3 begrenzen einen zweiten Zeitbereich 2. Der zulässige Kontaktabstand der Kontaktstücke bewegt sich im er- sten Zeitbereich zwischen dem ersten Abstand sl und dem dritten Abstand s3. Im zweiten Zeitbereich bewegt sich der zulässige Kontaktabstand der Kontaktstücke zwischen dem zweiten Abstand s2 und dem dritten Abstand s3. Zum dritten Zeitpunkt t3 ist der zwischen den Kontaktstücken brennende Lichtbogen endgültig erloschen. Innerhalb der in den beiden Zeitbereichen 1, 2 vorgesehenen zulässigen minimalen und maximalen Abstände der Kontaktstücke ist eine beliebige Änderung des Abständes der Kontaktstücke möglich.
In der Figur 3 ist die Überlagerung des Bewegungsablaufes aus der Figur 1 (dargestellt mit einer durchgängigen Linie im Koordinatensystem) und der zulässigen Kontaktabstände aus der Figur 2 überlagert. Innerhalb der beiden Zeitbereiche 1, 2 bewegt sich der Abstand der Kontaktstücke stets innerhalb der zulässigen Grenzwerte. Um eine Löschung des Lichtbogens während eines Ausschalt organges möglichst schnell zu erreichen, ist in dem mit der durchgängigen Linie dargestellten Bewe- gungsablauf der Beginn des ersten Zeitbereiches 1 und des Zeitpunktes des Erreichens des ersten Abstandes sl der Kontaktstücke zum selben Zeitpunkt dargestellt .
Vor dem Erreichen des dritten Abstandes s3 wird die Geschwin- digkeit der Trennung der Kontaktstücke so vermindert, dass sich der Abstand der Kontaktstücke zu jedem Zeitpunkt des zweiten Zeitbereiches 2 innerhalb der zulässigen Grenzwerte befindet. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass das durch den zu unterbrechenden Strom hervorgerufene elektrische Feld stets ausreichend groß ist, um die Rotation des Lichtbogens zu unterstützen und ein diffuses Brennen zu fördern. Nach dem Erreichen des dritten Zeitpunktes t3 wird die Trennung der Kontaktstücke bis zum Erreichen ihrer Endlagen fortgesetzt. Die gestrichelt dargestellte Linie zeigt beispielhaft einen weiteren Bewegungsablauf. Darüber hinaus sind noch weitere
Bewegungsformen möglich. Diese Bewegungsformen müssen jedoch sicherstellen, dass sich die Kontaktabstände in dem ersten Zeitbereich 1 und in dem zweiten Zeitbereich 2 innerhalb der zulässigen Grenzen bewegen.
Die in den Figuren 4 bis 6 dargestellten Bremseinrichtungen dienen dem Abbremsen einer Ausschaltbewegung des zweiten Kontaktstückes 5. Die Bremseinrichtungen werden mit Hilfe eines Steuerungssystems 13 angesteuert. Alternativ oder in Kombina- tion mit den Bremseinrichtungen kann es vorgesehen sein, die Antriebseinrichtung 14 von dem Steuersystem 13 steuern zu lassen, um den gewünschten Bewegungsablauf der Kontakttrennung zu erzielen. Die Figur 4 zeigt eine Vakuumsehaltröhre 3 eines Vakuumschalters mit den ein Kontaktsystem bildenden Kontaktstücken 4, 5 in seiner Ausschaltstellung. Das erste Kontaktstück 4 ist ortsfest gelagert, das zweite Kontaktstück 5 ist mittels einer Schaltstange 6 antreibbar. An der Koppelstelle von der Schaltstange 6 und dem zweiten Kontaktstück 5 ist ein ferro- magnetischer Kern 7 angeordnet. Dieser ferromagnetische Kern 7 ist von einer Spule 8 umgeben. Diese Spule 8 wird von dem die Kontaktstücke 4, 5 durchfließenden Strom durchflössen. Die Kombination aus der Spule 8 und dem ferromagnetischen Kern 7 stellt eine elektromagnetische Bremse dar. Bei einem Ausschaltvorgang bewegt sich der ferromagnetische Kern 7 durch die Spule 8, die dabei zwischen der Spule 8 und dem ferromagnetischen Kern 7 auftretenden Kräfte sind dabei so gerichtet, dass sie der Ausschaltbewegung entgegen wirken. Dadurch wird die Ausschaltbewegung abgebremst. Erst nach dem endgültigen Erlöschen des Ausschaltlichtbogens und der damit verbundenen endgültigen Unterbrechung des elektrischen Stro- es reduziert sich diese Kraftwirkung und die Schaltstange bewegt das daran befestigte zweite Kontaktstück 5 unbeein- flusst weiter. Die elektromagnetische Bremseinrichtung, sowie die in den Figuren 5 und 6 dargestellten Bremseinrichtungen sind an den Vakuumschaltern so angeordnet, dass den beschrie- benen Bewegungsabläufen und Grenzbereichen entsprochen wird. Als günstig erweist es sich, die Bremswirkung nach erreichen des zweiten Abstandes s2 einsetzen zu lassen.
In der Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Vakuum- Schalters in seiner Ausschaltstellung mit einer elektromecha- nischen Bremse dargestellt. Die Schaltstange 6 bzw. das zweite Schaltkontaktstück 5 sind konzentrisch von einseitig eingespannten Kontaktfingern 9 umgeben. Die Kontaktfinger 9 wei- sen an ihren Innenseiten einen zusätzlichen reibungsverstär- kenden Bremsbelag 10 auf. Fließt über die Kontaktfinger 9 ein elektrischer Strom, so pressen die dann wirkenden elektromagnetischen Kräfte die Kontaktfinger 9 mit den Bremsbelägen 10 an die Schaltstange 6 bzw. an das bewegbare Kontaktstück 5. Erfolgt eine Trennung der Kontaktstücke 4, 5, so bremsen die Bremsbeläge 10 diese Bewegung sofort ab. Erst nach der endgültigen Löschung des Lichtbogens und der damit verbundenen Unterbrechung des elektrischen Stromes nimmt die Anpresskraft der Kontaktfinger 9 aufgrund der fehlenden elektromagnetischen Kräfte ab und die Kontakttrennung der Kontaktstücke 4 , 5 kann von der elektromechanischen Bremseinrichtung nahezu unbeeinflusst erfolgen.
Die Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Vakuumschalters in seiner Ausschaltstellung. An dem zweiten Kontaktstück 5 sind Anbauteile 11 befestigt, welche während einer Bewegung des zweiten Kontaktstückes 5 innerhalb einer magneto-rheologisehe Flüssigkeit 12 bewegt werden. Die magne- to-rheologische Flüssigkeit ist so um das zweite Kontaktstück
5 angeordnet, dass sie dem elektromagnetischen Feld des die Kontaktstücke 4, 5 durchfließenden Stromes ausgesetzt ist. Durch dieses elektromagnetische Feld wird die Viskosität der magneto-rheologischen Flüssigkeit 12 erhöht und wirkt bei ei- nem Ausschaltvorgang der Bewegung des zweiten Kontaktstückes 5 bremsend entgegen. Je nach Ausführung der mit dem zweiten Kontaktstück 5 verbundenen Anbauteile 11 kann die Bremswirkung in ihrer Intensität angepasst werden. Neben dieser Variationsmöglichkeit ist es weiterhin möglich, durch Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes die Viskosität der magneto- rheologischen Flüssigkeit 12 zu beeinflussen.

Claims

Patentansprüche
1. Steuerungssystem zur Steuerung eines Vakuumschalters dessen Kontaktsystem zumindest zwei relativ zueinander bewegbare Kontaktstücke (4, 5) aufweist, welche während eines Ausschaltvorganges mit einer sich ändernden Geschwindigkeit voneinander getrennt werden und zwischen denen während des Ausschaltvorganges ein zu löschender Lichtbogen brennt, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass die Steuerung bewirkt, dass erst nach dem Durchlaufen eines dem Steuerungssysstem vorgegebenen Zeitraumes (t3-tl) ein gegebener Abstand (s3) der Kontaktstücke überschritten wird.
2. Verfahren zum Schalten eines Vakuumschalters dessen Kontaktsystem zumindest zwei relativ zueinander bewegbare Kontaktstücke (4, 5) aufweist, welche während eines Ausschalt- Vorganges mit einer sich ändernden Geschwindigkeit voneinander getrennt werden und zwischen denen während des Ausschalt- Vorganges ein zu löschender Lichtbogen brennt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bis zum endgültigen Löschen des Lichtbogens die Durchschnittsgeschwindigkeit der Kontakttrennung in einer ersten Phase größer ist als die Durchschnittsgeschwindigkeit der Kontakttrennung in einer, der ersten Phase unmittelbar folgenden zweiten Phase .
3. Verfahren zum Schalten eines Vakuumschalters dessen Kontaktsystem zumindest zwei relativ zueinander bewegbare Kon- taktstücke (4, 5) aufweist, welche während eines Ausschalt-
Vorganges mit einer sich ändernden Geschwindigkeit voneinander getrennt werden und zwischen denen während des Ausschalt- Vorganges ein zu löschender Lichtbogen brennt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in einem ersten Zeitbereich (1) vor der endgültigen Lichtbogenlöschung der Abstand der Kontaktstücke (4, 5) von einem vorgebbaren ersten Kontaktabstand (sl) mindestens bis zu einem vorgebbaren zweiten Kontaktabstand (s2) und höchstens bis zu einem vorgebbaren dritten Kontaktabstand (s3) vergrößert wird und in einem dem ersten Zeitbereich (1) zeitlich folgenden zweiten Zeitbereich (2) vor der endgültigen Lichtbogenlöschung der Abstand der Kontaktstücke (4, 5) sich zwischen dem zweiten Kontaktabstand (s2) und dem dritten Kontaktabstand (s3) hält.
4. Verfahren zum Schalten eines Vakuumschalters nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der erste Zeitbereich (1) beginnt, sobald der erste Kontaktabstand (sl) erreicht ist.
5. Verfahren zum Schalten eines Vakuumschalters nach einem der Ansprüche 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ende des zweiten Zeitbereiches (2) verschieden ist vom Zeitpunkt des Erreichens der Ausschaltendlagen der Kontaktstücke (4, 5) .
6. Verfahren zum Schalten eines Vakuumschalters nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Geschwindigkeit der Kontakttrennung in Abhängigkeit des auszuschaltenden Stromes gesteuert wird.
7. Vakuumschalter zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 6 und zum Betrieb mittels eines Steuerungssystems nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass einem bewegbaren Kontaktstück eine elektromagnetische
Bremseinrichtung zugeordnet ist .
8. Vakuumschalter zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 6 und zum Betrieb mittels eines Steuerungssystems nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass einem bewegbaren Kontaktstück eine elektromechanische Bremseinrichtung zugeordnet ist.
9. Vakuumschalter zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 6 und zum Betrieb mittels eines Steuerungssystems nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mit einem bewegbaren Kontaktstück verbundene Teile (11) in einer magneto-rheologischen Flüssigkeit (12) bewegbar sind.
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