DE1128009B

DE1128009B - Gleichstromschnellschalter

Info

Publication number: DE1128009B
Application number: DEL36673A
Authority: DE
Inventors: Heinz Fehling; Dipl-Ing Arno Treptow
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1960-07-27
Filing date: 1960-07-27
Publication date: 1962-04-19
Also published as: CH391854A; GB983635A

Description

Gleichstromschnellschalter Schnellschalter sind einpolige, zum Schutz von Gleichstromanlagen entwickelte Leistungs-Selbstschalter mit Freiauslösung. Ihr Ausschaltverzug ist um etwa eine Zehnexpotenz geringer als der normale Selbstschalter. Die Auslösung der bisher bekannten GleichstromschneRschalter erfolgt durch besondere steuerbare Magnetsysteme.
Es sind Gleichstromschnellschalter mit Haltemagnetsystem bekannt. Bei ihnen wird mit Hilfe des Haltemagnets ein mit dem Anker des Haltemagnets verbundener beweglicher Kontakt entgegen der Kraft einer starken Rückzugfeder in der Einschaltlage gehalten. Im Auslösefall wird durch eine unmittelbar durch den Hauptstrom oder einen Teil des Hauptstromes erfolgende magnetische Schwächung des Halteflusses der Anker durch die Rückzugfeder vom Haltemagnet abgerissen und der bewegliche Kontakt vom festen Gegenkontakt getrennt. Die Auslösung erfolgt in Abhängigkeit von der Steilheit des Stromanstieges und von einem einstellbaren Wert des Stromes. Die Auslösebereitschaft ist ohne Zusatzeinrichtungen auf eine Stromrichtung beschränkt.
Es sind ferner schlagankerbetätigte Gleichstromschnellschalter bekannt. Sie besitzen ein Magnetsystem, das aus einem Halte- und einem Auslösemagnet besteht. Sowohl der Haltemagnet als auch der Auslösemagnet werden vom Hauptstrom erregt. Im Auslösefall wird der Schlaganker vom Haltemagnet durch die dann überwiegende Kraft des Auslösemagnets zum Auslösemagnet hin abgerissen. Der Schlaganker trifft dabei auf den beweglichen Kontakt und schlägt ihn auf. Die Auslösung erfolgt in beiden Stromrichtungen bei dem gleichen fest einstellbaren Ansprechwert.
Durch Polarisation des Haltemagneten läßt sich bei den schlagankerbetätigten Schnellschaltem eine Verschiebung der Ansprechwerte erreichen. Der Schalter löst dann z. B. bei ansteigendem Vorwärtsstrom später, also bei höherem Strom, bei ansteigendem Rückstrom früher, also schon bei niedrigeren Stromwerten als bei unpolarisierten Haltemagneten aus. Eine Frühauslösung in der einen Stromrichtung muß jedoch immer durch eine Spätauslösung in der anderen Stromrichtung erkauft werden.
Die Erfindung betrifft Gleichstromschnellschalter der eingangs definierten Art mit in beiden Stromrichtungen ansprechender Auslöseeinrichtungen. Sie besteht darin, daß zwei unabhängig voneinander arbeitende, auf das Kontaktsystem und/oder ein Schaltschloß gemeinsam wirkende Auslöser vorgesehen sind, von denen der eine stromabhängig elektromagnetisch, der andere, durch eine von diesem Strom abgeleitete Spannung gesteuert, elektrodynamisch wirksam ist und daß beide Auslöser in ihrer Wirkung auf das bewegliche Kontaktsystem so abstimmbar sind, daß je nach den Betriebsverhältnissen, für die der Schalter einzusetzen ist, der eine oder der andere Auslöser bei gewünschter stromrichtungsabhängiger Schalteröffnung die Schalteröffnung bewirkt.
Durch die kombinierte Anwendung eines vom Hauptstrom gesteuerten Magnetsystems und eines durch Spannungswerte gesteuerten elektrodynamischen Auslösers, lassen sich die in modernen Gleichrichteranlagen auftretenden Schutzaufgaben sowohl für Industrie- als auch Bahnbetrieb besser und sicherer lösen als mit den bisher bekannten Schnellschaltern.
An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, von der Seite gesehen, Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit besonderer Anordnung der beiden Auslösesysteme, Fig. 3 eine vergleichende Darstellung der Durchlaßströme des erfindungsgemäßen Schalters und eines bekannten Schalters, Fig. 4 die Schaltung des Anregegliedes für den elektrodynamischen Auslöser.
Der in Fig. 1 dargestellte Schnellschalter enthält als steuerbares Magnetsystem ein Schlagankennagnetsystem. Es besteht aus dem Haltemagnet 1, dem Auslösemagnet 2 und dem Schlaganker 3. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die beiden Magaetkreise.
Beide Magnetkreise werden unmittelbar vom Hauptstrom I erregt. Zu diesem Zweck ist die Stromzufühmngsschiene 4 zum Festkontakt 5 durch das Fenster 6 des Haltemagnets 1 hindurchgeführt. Vom Festkontakt 5 tritt der -Strom I in den beweglichen Kontakthebel 7 ein, der durch ein flexibles Band 8 mit der Erregerwicklung 9 des Auslösemagneten 2 verbunden ist.
Der Kontakthebe17 ist um die Achse10 drehbar gelagert. Die Achse 10 -ist in Schlagrichtung des Schlagankers 3 abgefedert. Auf derselben Achse 10 sitzt drehbar der Auslösehebel 11, der über die Zugstange 12 mit dem Schioß verbunden ist. Das Schloß ist durch, die Teile 13 bis 17 angedeutet. Die Kontakthebelrückzugfeder ist mit 18 bezeichnet. 24 und 25 sind Lichtbogenhörner, die sich in einer micht dargestellten Lichtbogenlöschkammer befinden.
Der elektrodynamische Auslöser besteht aus der Impulsspule 19 und dem in bekannter Weise induktiv eng mit der Impulsspule gekoppelten Schlagring 20.
Nach dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 ist der Schlagring 20 über ein möglichst kurzes Gestänge 23 mit dem Kontakthebel 7 u nd dem Klinkenhebel 17 verbunden. Nach dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 ist der elektrodynamische Auslöser im Fenster 6 des Haltemagnets 1 angeordnet. Der Schlagring 20 besitzt hier einen Schlagbolzen 21, der durch eine Bohrung 22 des Schlagankers 3 hindurchgeführt ist, so daß er unmittelbar auf den Auslösehebel 11 und den beweglichen Kontakthebel 7, wie dargestellt, wirken kann.
Der elektrodynamische Auslöser wird vom Anregeglied 26 gesteuert, das im Auslösefall die Entladung des Kondensators 27 über die Impulsspule 19 einleitet. Das Anregeglied 26 selbst wird durch den dem Hauptstrom I proportionalen Spannungsabfall am Widerstand 28 ausgesteuert.
Fig. 4 zeigt die Einzelheiten des Anregegliedes 26. Es besteht aus drei Stufen: Einer Vorverstärkerstufe V, einer monostabilen Kippstufe M und einer Endstufe T.
Der Spannungsabfall am Widerstand 28 wird der Vorverstärkerstufe V zugeleitet und dort so weit verstärkt, daß die Aussteuerung der Kippstufe M im Auslösefall gewährleistet ist.
Im normalen Betrieb ist nur der Transistor T2 im leitenden Zustand. Der Transistor T, sperrt, solange die Spannung an seiner Basis nicht den Ansprechschwellwert erreicht hat. überschreitet die vom Vorverstärker gelieferte Steuerspannung diesen Wert, so bewirkt eine kleine, Änderung des Emitterstroms des Transistors Ti eine entgegengesetzte größere Änderung des Emitterstromes des zweiten Transistors T., so daß der Spannungsabfall über dem gemeinsamen Emittervorwiderstand Re kleiner wird. Die Basis-Emitter-Spannung des ersten Transistors steigt aus diesem Grunde an, sein Emitterstrom wird infolgedessen noch weiter erhöht, während sich der Emitterstrom des zweiten Transistors noch weiter verkleinert usw. Der Kippvorgang ist beendet, wenn der Transistor T, sperrt und der erste Transistor T, leitend ist. In diesem Augenblick springt die Basisspannung des Leistungstransistors T , so weit ins Negative, daß T, sprunghaft leitend wird.
Dadurch wird in dem in der Kollektorleitung liegenden Zündtransformator 30 ein Zündspannungsimpuls für die Drei-Elektroden-Funkenstrecke 31 erzeugt, an deren Stelle auch ein Ignitron verwen- i det werden kann. Beim Durchzünden der Funkenstrecke 31 entladet sich der Kondensator 27 stoßartig über die Impulsspule 19 des elektrodynamischen Auslösers, dessen Schlagring 20 abgestoßen wird und den Schnellschalter 32 öffnet.
Der Zeitverlust vom Beginn der Anregung des Anregegliedes 26 bis zur Entladung der elektrischen Energie des Kondensators liegt in der Größenordnung von 0,01 bis 0,1 ms.
Gegenüber den bisher bekannten, nur magnetisch gesteuerten Gleichstromschnellschaltern bietet ein Schnellschalter gemäß der Erfindung mit zwei unabhängig voneinander arbeitenden Auslösern wesentliche Vorteile.
Die bekannten schlagankerbetätigten Schnellschaltzr erreichen einen Ausschaltverzug, das ist die Zeit vom Beginn des Auslösekommandos bis zur Kontaktöffnung, von 3 bis 6 ms. Mit einem elektrodynamischen Auslöser mit elektronischem Anregeglied lassen sich Ausschaltverzüge in der Größenordnung von 0,5 bis 1 ms erreichen.
Man erzielt durch die Verwendung eines elektrodynamischen Auslösers an Stelle der sonst üblichen Polarisationseinrichtung bei annähernd gleichem technischen Aufwand eine, Entkupplung der Auslöseeigenschaften in Vorwärts- und Rückwärtsstromrichtung. Eine Frühauslösung in der einen Stromrichtung ist jetzt nicht mehr zwangläufig mit einer Spätauslösung in der anderen Stromrichtung verbunden. Die Beanspruchung der zu schützenden Anlagen und des Schnellschalters selber wird dadurch geringer, seine Einsetzbarkeit vielfältiger.
In Fig. 3 sind die Durchlaßströrne des bekannten schlagankerbetätigten Schnellschalters und eines erfmdungsgemäßen Schnellschalters bezogen auf die gleiche Steilheit des Stromanstieges in einem Dia-gramm zusammengestellt. Spalte 1 und II zeigen die Durchlaßströme, eines bisher bekannten schlagankerbetätigten Schnellschalters und zwar Spalte 11 mit zusätzlicher Polarisationseinrichtung. Man erkennt deutlich, daß eine Verkleinerung des Durchlaßstromes in Rückwärtsstromrichtung mit einer Vergrößerung des Durchlaßstromes in Vorwärtsstromrichtung verbunden ist.
In Spalte 111 bis V sind die Durchlaßströme eines erfIndungsgemäßen Schalters aufgetragen. Bei dem Beispiel in Spalte Ill arbeitet der elektrodynamische Auslöser nur in Rückwärtsstromrichtung, in Vorwärtsstromrichtung dagegen das Schlagankerniagnetsystem. Bei dem Beispiel nach Spalte IV ist es umgekehrt, und bei dem Beispiel nach Spalte V spricht der elektrodynamische Auslöser in 'beiden Stromrichtungen an. Als besonderer Vorteil ist hervorzuheben, daß der Schalter in der Stromrichtung, in welcher der elektrodynamische Auslöser wirkt, mit doppelter ,Sicherheit arbeitet. Sollte aus irgendeinem Grunde der elektrodynamische Auslöser einmal versagen, so spricht immer noch, wenn auch mit etwas höberem Auslöseverzug, der magnetisch gesteuerte Auslöser an. Man erzielt mit der erfindungsgemäßen Auslösekombination nicht nur kürzere Verzugszeiten und eine Entkupplung der Auslöseeigenschaften im Vorwärts-und Rückstromgebiet, sondern erreicht auch eine erheblich verbesserte Betriebssicherheit. Dies ist um so mehr von Bedeutung, weil derartige Sähnellschalter in Anlagen verwendet werden, bei denen das Versagen eines Schalters große Schäden verursacht.
Die Kombination der beiden Auslöser ergibt die notwendige Sicherheit und schnelle Ansprechbereitschaft. Das bewährte Auslösesystem mit gesteuerten Magnetkreisen ermöglicht es also, einen elektrodynamischen Auslöser mit elektronischem Anregeglied bei Schnellschaltern anzuwenden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE-1. Gleichstromschnellschalter mit in beiden Stromrichtungen erfolgenderAuslösung zurüberführung des beweglichen Kontaktsystems in die Ausschaltstellung, gekennzeichnet durch zwei unabhängig voneinander arbeitende, auf das Kontaktsystem und/oder ein Schaltschloß gemeinsam wirkende Auslöser, von denen der eine stromabhängig elektromagnetisch, der andere, durch eine von diesem Strom abgeleitete Spannung gesteuert, elektrodynamisch wirksam ist, und daß beide Auslöser in ihrer Wirkung auf das bewegliche Kontaktsystem so abstimrabar sind, daß je nach denBetriebsverhältnissen, für die derSchaltereinzusetzen ist, der eine oder der andere Auslöser bei gewünschter stromrichtungsabhängiger Schalteröffnung die Schalteröffnung bewirkt.
2. Gleichstromschnellschalter nachAnsprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Auslösung durch ein an sich bekanntes Schlagankermagnetsystem mit vom Hauptstrom erregten Halte- und Auslösemagnet und zwischen beiden angeordnetem Sählaganker erfolgt. 3. Gleichstromselmellschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrodynamische Auslöser durch ein Anregeglied gesteuert wird, das aus einem vom Spannungsabfall an einem olunschen Widerstand ausgesteuerten Vorverstärker besteht, der seinerseits eine an sich bekannte monostabile Kippstufe steuert, deren beim Kippen entstehender Ausgangsimpuls über einen Leistungstransistor in bekannter Weise in einen Stromstoß für einen Zündstromwandler zur Auslösung einer stromstarken Kondensatorentladung umgewandelt wird, durch die die Erregung des elektrodynamischen Auslösers bewirkt wird. 4. Gleichstromschnellschalter nach Ansprach 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der magnetisch gesteuerte als auch der elektrisch gesteuerte Auslöser schlagartig auf das bewegliche Kontaktsystem einwirken. 5. Gleichstromschnellschalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrodynamischeAuslöser imFenster desHaltemagnets derart angeordnet ist, daß der als Schlagbolzen ausgebildete bewegliche Teil durch eine Bohrung des Schlagankers des magnetisch gesteuerten Auslösers auf das bewegliche Kontaktsystem einwirken kann. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1079 176; schweizerische Patentschriften Nr. 227 246, 109564.