DE1229162B - Einrichtung zum funkenlosen Ausschalten von Wechselstroemen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIh

Deutsche Kl.: 21c-35/07

Nummer: 1229 162

Aktenzeichen: C 32620 VIII d/21 c

Anmeldetag: 10. April 1964

Auslegetag: 24. November 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum funkenlosen Ausschalten von Wechselströmen mit einem beliebig betätigbaren Hauptschalter und zwei zu diesem parallelen Nebenleitungen, die je ein asymmetrisch leitendes Element in Serie mit einem Nebenschalter enthalten oder ein asymmetrisch leitendes Element, das zugleich die Funktion des Nebenschalters hat, wobei die Flußrichtung der beiden asymmetrisch leitenden Elemente in den Nebenleitungen einander entgegengesetzt ist.

Bei derartigen Schalteinrichtungen mit einem Hauptschalter und zwei zu diesem parallelen Nebenleitungen, die je ein asymmetrisch leitendes Element in Serie mit einem Nebenschalter enthalten, ist es schon bekannt, beim Ausschalten die Nebenschalter mit dem Hauptschalter zu synchronisieren.

Bei einer bekannten Schalteinrichtung wird diese Synchronisierung so vorgenommen, daß die Nebenschalter nach dem Öffnen des Hauptschalters in derjenigen Stromhalbperiode öffnen, in der ihre Nebenleitung durch das asymmetrisch leitende Element stromlos gehalten ist.

Die Entwicklung der Technik bei derartigen Schalteinrichtungen ist also dahin gegangen, den Hauptschalter völlig belästungslos zu schalten. Dadurch wird es möglich, als Hauptschalter einfache Trenner zu benützen.

Beim Wiedereinschalten von Schalteinrichtungen mit Hauptschalter und Nebenschaltern wird das Schließen dieser Schalter gleichzeitig vorgenommen. Dabei übernimmt der Hauptschalter die Stromführung, und die Nebenleitungen mit ihren Nebenschaltern und den asymmetrisch leitenden Elementen werden nicht belastet.

Wird aber z. B. durch eine der beschriebenen bekannten Schalteinrichtungen ein unter Kurzschluß stehender Verbraucher auf das Netz geschaltet, so wird die Haltekraft des als Hauptschalter verwendeten einfachen Trenners nicht ausreichen, die Stromführung über den Hauptschalter aufrechtzuerhalten, bis mit dem Schalter in Reihe geschaltete Schutzvorrichtungen den Strom unterbrochen haben. Es kommt vielmehr zum Abheben der Kontakte des Hauptschalters, und die Nebenleitungen mit ihren Nebenschaltern und den asymmetrisch leitenden Elementen werden durch den hohen Kurzschlußstrom belastet.

Die asymmetrisch leitenden Elemente müssen für den gelegentlich zulässigen Höchststrom, beispielsweise den fünffachen Nennstrom, dimensioniert sein. Asymmetrisch leitende Elemente für derartige Stromstärken sind aber recht kostspielig und haben Einrichtung zum funkenlosen Ausschalten von
Wechselströmen

Anmelder:

Compagnie Generale d'Electricite, Paris
Vertreter:
ίο Dipl.-Ing. H. Leinweber

und Dipl.-Ing. H. Zimmermann, Patentanwälte,
München 2, Rosental 7

Als Erfinder benannt:
Blancpain Andre,
Doniol Michel,
Saint-Quentin, Aisne (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 11. April 1963 (931291 Seine)

so einen wesentlichen Anteil an den Gesamtkosten der beschriebenen Schalteinrichtungen. Bei Belastung durch den Kurzschlußstrom werden sie nun zerstört, die Schalteinrichtung ist unbrauchbar geworden und muß kostspielig repariert werden.

Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, bei Schalteinrichtungen zum funkenlosen Ausschalten von Wechselströmen die Nebenleitungen und damit die asymmetrisch leitenden Elemente nicht nur beim Ausschalten, sondern auch beim Einschalten stromfrei zu halten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Hauptschalter ein Leistungsschalter verwendet wird, der beim Einschalten, selbst auf Kurzschluß, die Nebenleitungen unbelastet hält.

Die Verwendung eines Leistungsschalters führt wegen seiner gegenüber einem einfachen Trenner erheblich besseren Haltekraft dazu, daß der Hauptschalter selbst bei Einschalten auf Kurzschluß die Stromführung übernimmt, bis eine mit ihm in Reihe zu schaltende Schutzvorrichtung angesprochen hat. Dazu ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung mit der Schaltgruppe aus Hauptschalter und Nebenleitungen die Spule eines Uberlastungsschutzrelais und ein weiteres Schutzelement gegen Kurzschlußströme, vorzugsweise eine Schmelzsicherung, in Reihe geschaltet.

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Erfolgt beispielsweise die sichere Trennung durch die Schmelzsicherung bei Kurzschlußstrom nach 800 Ms, so wird als Hauptschalter erfindungsgemäß ein Leistungsschalter gewählt, der bei diesem Strom eine Haltezeit von 1 Sekunde hat. Damit bleiben die Nebenleitungen tatsächlich unbelastet, und für die kostspielig asymmetrisch leitenden Elemente in den Nebenleitungen besteht keine Zerstörungsgefahr.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung hat das Überlastungsschutzrelais eine gegen höhere Stromstärken fallende Abfallzeit-Stromstärken-Charakteristik, die bei einer bestimmten wählbaren Stromstärke die üblicherweise noch steiler fallende Trennzeit-Stromstärken-Charakteristik der Schmelzsicherung schneidet.

Dadurch wird ein zu häufiges Auswechseln der Schmelzsicherung vermieden, da das Überlastungsschutzrelais auf Grund seiner elektromagnetischen Charakteristik abfällt, bevor es auf Grund der thermischen Charakteristik zur Zerstörung der Schmelzsicherung kommt.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 bis 4 elektrische Schaltschemen und

Fig. 5 die Betriebscharakteristiken (Stromstärke, Zeit) der Organe R und F, die in den Schaltungsaufbau des Schalters eingeschaltet sind.

Die Kennlinien gemäß F i g. 5 schneiden sich im Punkt M. Die entsprechende Stromstärke I₁ ist nahe und höher als die gelegentliche Betriebsstärke /_occ, wobei damit die höchste Stromstärke bezeichnet ist, der der Schalter bei Normalbetrieb standhalten muß, z. B. zumindest die zehnfache Nennstromstärke J_n (Steuerung eines Käfigankermotors mit unterbrechener Betriebsweise). Die ebenfalls dargestellte Stromstärke I₂ liegt nahe und um Weniges über dem Wert Z₁.

In den F i g. 1 bis 4 stellen die Bezugszeichen A1 und A 2 die Anschlußklemmen des Schalters auf der Stromquellenseite dar, und Bl und B 2 diejenigen auf der Verbraucherseite. Der Schalter gemäß Fig. 1 umfaßt

1. einen mechanisch betätigten Unterbrecher (d. h. mit beweglichen Kontakten), der mit P bezeichnet ist und auf Grund seines Aufbaus und seiner Bemessung die Fähigkeit besitzt,

einer hohen Schließleistung standzuhalten, so daß er geschlossen werden kann und in dem kurzgeschlossenen Stromkreis, in dem das Fließen eines hohen Kurzschlußstromes angenommen sein soll, während der Zeit geschlossen bleibt, die das Schutzelement F zum Begrenzen und Ausschalten dieses Stromes benötigt, dem Strom I₂ standzuhalten, bis der Schalter ihn ausgeschaltet hat,

ständig dem Durchfluß des Nennstromes I_n standzuhalten;

2. ein mit F bezeichnetes Schutzelement — vorzugsweise ein Unterbrecher mit Schmelzsicherungen von hoher Trennkraft — zum Gewährleisten des Schutzes des Schalters und der Anlage vor Kurzschlüssen. Es ist derart gewählt, daß

es bei denjenigen Stromstärken und -bereichen, die den an Hand des Schalters beschriebenen Betriebsbedingungen entsprechen, nicht wirksam ist, d. h. insbesondere beim Nennstrom /„ und, unter Berücksichtigung eines vorhandenen Relais R, bei jeder den Wert I₁ nicht übersteigenden Stromstärke,

es einen Koeffizienten der Begrenzung des ausreichenden Stromes aufweist, so daß insbesondere bei Vorliegen eines angenommenen Kurz^ schlußstromes, der den für die Trennleistung des Schalters beschriebenen Wert erreicht, die begrenzte Stromstärke niedriger ist als die Schließleistung von P,

es bei einer Stärke über I₂ bereits in Wirkung getreten ist, bevor sich der Unterbrecher P unter der Wirkung des Relais R öffnet;

3. ein mit R bezeichnetes Maximalstärke-Umschaltzeit-Relais (relais ä maximum d'intensite ä temps inverse) zum Öffnen des Unterbrechers P bei unzulässigen Überstärken (Überlastungen);

4. zwei asymmetrisch leitende Elemente Dl und D 2, vorzugsweise Halbleiterdioden, die parallel zum Unterbrecher P geschaltet sind, und zwar derart,-daß die Durchlaßrichtung des einen entgegengesetzt zu derjenigen des anderen verläuft. Sie sind derart gewählt, daß sie einem symmetrischen Polwechsel des Stromes I₂ standhalten können;

5. zwei Unterbrecher 51 und 52, die in an sich bekannter Weise jeweils in Reihe mit Dl und D 2 geschaltet sind. Sie sind in bekannter Weise derart bemessen, daß sie einem symmetrischen Polwechsel des Stromes I₂ standhalten können.

Das Öffnen jedes Unterbrechers ist durch geeignete Mittel mit dem Strompolwechsel synchronisiert, und zwar während des Polwechsels, wenn das asymmetrisch leitende Element, mit dem er in Reihe geschaltet ist, nicht leitet.

Der Schalter arbeitet in an sich bekannter Weise wie folgt: Um einen Stromdurchlaß zu ermöglichen, wird der Unterbrecher P zu einem beliebigen Zeitpunkt geschlossen. Dies hat — über geeignete Mittel — das Schließen der Unterbrecher 51 und 52 zur Folge. In diesem Zustand ist der Spannungsabfall im Unterbrecher P, also zwischen A und B, ausreichend niedrig, so daß sich keine merkliche Leitung von Dl und D 2 in direkter Richtung ergibt.

Zum Unterbrechen des Stromdurchlasses wird der Unterbrecher P zu einem beliebigen Zeitpunkt geöffnet. Der Strom wird nun je nach seiner Fließrichtung entweder auf das Element Dl oder D 2 geschaltet. Das Öffnen von P findet also praktisch ohne Lichtbogen an seinen Kontakten statt. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, daß als erstes das Element Dl betroffen ist. Bei Beendigung des Leitungspolwechsels von Dl wird durch geeignete Mittel dem entsprechenden Unterbrecher 51 der Befehl erteilt, sich zu öffnen. Dieses Öffnen findet statt, bevor D1 wieder anfängt, leitend zu werden. Es wird also praktisch ebenfalls ohne Lichtbogen an den Kontakten von D1 bewirkt, weil 51 nur den sehr schwachen Gegenstrom von Dl ausschaltet. Während dieses Polwechsels, bei dem Dl nicht leitet, gewährleistet D 2 den Stromdurchlaß, dann wird gegen Ende des Polwechsels D 2 nichtleitend. Nun wird 52 der Öffnungsbefehl erteilt. Dieses Öffnen findet statt, bevor D 2 wieder leitend wird. Es findet folglich ebenfalls praktisch ohne Lichtbogen statt, weil auch in diesem Fall der Unterbrecher nur den Gegenstrom des asymmetrisch leitenden Elementes trennt.

Im Fall des Schließens auf einen Kurzschluß kann der Unterbrecher P geschlossen werden, der eine ausreichende Schließleistung besitzt. Das Schutzelement F trägt zur Beseitigung des Fehlers bei. Die Elemente Dl und D 1 werden von keinem Strom durchflossen, der sie beschädigen könnte. Durch geeignete Mittel, die beispielsweise von einem durch das Element F gesteuerten Kontakt ausgehen, ist das Öffnen von P, Sl und 52 automatisch gewährleistet.

Tritt ein Kurzschluß auf während der Schalter die Leitung geschlossen hält, dann kann F eine ausreichend geschlossene Stellung wahren. Der Fehler wird, wie vorstehend beschrieben, durch F ausgeschaltet.

Außerdem ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, den Schalter mit Vorrichtungen und Elementen auszustatten, deren Wirkung sich den vorstehend beschriebenen überlagert, so daß diesem zusätzliche Eigenschaften und Vorteile erteilt werden. Ein Beispiel ist in F i g. 2 dargestellt. Schutz- und Signal- ao elemente/1 und fl, wie Ausschalter mit Schmelzsicherungen, die mit sogenannten »voyants«-Schmelzanzeigern, z. B. mit Schlagbolzen, versehen sind, sind jeweils zwischen A und Al und zwischen A und Dl eingebracht. Sie stellen ein wirksames Mittel dar, um einerseits anzuzeigen, daß die Elemente D1 oder Dl schadhaft sind und andererseits um Dl und D1 vor Kurzschlüssen zu schützen, falls — was sehr unwahrscheinlich ist — die selbsttätige Öffnung von P auf Grund eines Kurzschlusses vor Eingreifen von F stattfindet: es genügt in diesem Fall, sie derart zu wählen, daß sie in Tätigkeit treten, bevor die Elemente!) einer unzulässigen Beanspruchung ausgesetzt werden, d. h. einer Beanspruchung, die höher ist als diejenige, die einem symmetrischen Polwechsel des Stroms/₂ entspricht.

Gemäß der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform sind die Einheiten aus asymmetrisch leitenden Elementen und synchronisierten Unterbrechern D1-51 und .D 2-52 durch Thyratrone TH₁ und TH₂ ersetzt. Diese Thyratrone können feste Thyratrone, wie z. B. Thyristoren, Trinistoren usw., oder Gasthyratrone sein. Ihr Steuerstromkreis ist durch die Bezugszeichen al und al dargestellt. Bekanntlich kann im Bedarfsfall durch geeignetes Einwirken auf die Steuerspannung der Verlauf A-TH-B leitend oder nichtleitend gemacht werden. Insbesondere, wenn vom leitenden Zustand ausgegangen wird, wird beim Absenken des Wertes der Steuerspannung unterhalb der Zündschwelle das Thyratron beim nächstfolgenden Polwechsel des entsprechenden Stromes bei dessen Leitung in direkter Richtung nicht mehr leitend. Also ist ersichtlich, daß es mit gutem Erfolg als synchronisierter Unterbrecher 5 wirken kann, wie er bei der ersten Ausführungsform verwendet ist.

Ebenso wie im vorstehenden in bezug auf den Schalter gemäß F i g. 2 ausgeführt wurde, ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, den Schalter mit Elementthyratronen auszustatten, wie z.B. /1 und jl, die ihm bestimmte vorteilhafte Eigenschaften erteilen können. Ein entsprechender Schalter gemäß der Erfindung ist in F i g. 4 dargestellt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum funkenlosen Ausschalten von Wechselströmen mit einem beliebig betätigbaren Hauptschalter und zwei zu diesem parallelen Nebenleitungen, die je ein asymmetrisch leitendes Element in Serie mit einem Nebenschalter enthalten oder ein asymmetrisch leitendes Element, das zugleich die Funktion des Nebenschalters hat, wobei die Flußrichtung der beiden asymmetrisch leitenden Elemente in den Nebenleitungen einander entgegengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptschalter (P) ein Leistungsschalter ist, der beim Einschalten, selbst auf Kurzschluß, die Nebenleitungen unbelastet hält.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Schaltgruppe aus Hauptschalter (F) und Nebenleitungen die Spule eines Überlastungsschutzrelais (R) und ein weiteres Schutzelement gegen Kurzschlußströme, vorzugsweise eine Schmelzsicherung (F), in Reihe geschaltet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlastungsschutzrelais (R) eine gegen höhere Stromstärken fallende Abfallzeit-Stromstärken-Charakteristik hat, die bei einer bestimmten Stromstärke (Z₁) die üblicherweise noch steller fallende Trennzeit-Stromstärken-Charakteristik der Schmelzsicherung (F) schneidet (Fig. 5).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 638 981, 693 364;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1160 923,
1172345.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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