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Anordnung zum Abschalten von Gleichstrom oder ein-oder mehrphasigem Wechselstrom
Bei der Dimensionierung der jetzt in Verwendung stehenden mechanischen Schalter muss man nicht nur auf Nennspannung und Nennstrom achten, sondern auch auf die abzuschaltende Kurzschlussleistung. In Netzen, die von sehr grossen Generatoren gespeist werden und wo nur kleine Netzinduktivitäten vorhanden sind, ist es notwendig, Schalter zu installieren, die eine sehr grosse Kurzschlussleistung abschalten können. Der Schalter muss imstande sein, diese Kurzschlussleistung mehrere Male ohne überholung einwandfrei abzuschalten.
Jede Ausschaltung mit einem mechanischen Schalter verursacht im Netz überspannungen. Diese Oberspannungen beanspruchen die Isolation des Netzes, insbesondere der Kabel und Kabelendverschlüsse. Auch direkt ans Netz angeschlossene Motoren werden dabei oft in Mitleidenschaft gezogen.
Bei Anwendung der Erfindung werden die überspannungen, die beim Abschalten von Kurzschlüssen und auch beim normalen Ausschalten auftreten, verkleinert.
Mit Hilfe der erfindungsgemässen Schalteinrichtung ist es auch möglich, anstatt schwerer Schalter mit hoher Abschaltleistung Schalter mit geringer, unter der vollen Kurzschlussleistung liegender Abschaltleistung und eventuell auch Lasttrenner zu verwenden.
Es sind schon sogenannte Widerstandsschalter bekannt, bei denen nach öffnen eines den Hauptstrom führenden Überbrückungskontaktes der Strom durch einen im allgemeinen schnell zunehmenden Widerstand verringert und anschliessend der übrigbleibende kleine Reststrom unterbrochen wird (vgl. z. B. DAS 1129589, insbesondere Fig. 5).
Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zum Abschalten von Gleichstrom oder ein- oder mehrphasigem Wechselstrom, bei der der zu unterbrechende Strom über (wenigstens) eine Parallelschaltung aus einer ersten Schalteinrichtung und einer Widerstandsanordnung sowie über eine zweite Schalteinrichtung fliesst und zum Zwecke seiner Abschaltung zuerst in der (bzw. den) ersten Schalteinrichtung (en) unterbrochen und dann der über die Widerstandsanordnung (en) weiter fliessende gedrosselte Strom durch die zweite Schalteinrichtung unterbrochen wird, mit dem besonderen Merkmal, dass die (jede) erste Schalteinrichtung ein oder mehrere steuerbare Ventile mit zugehöriger, eine Schnellbegrenzung von Kurzschlussströmen gestattender Steuer-bzw. Löscheinrichtung aufweist.
Als steuerbare (s) Ventil (e) werden vorzugsweise steuerbare Halbleiterventile, z. B. ein Thyristor oder mehrere, in Serie oder bzw. und parallelgeschaltete Thyristoren verwendet.
Mit einer erfindungsgemässen Abschalteinrichtung lässt sich die Ausbildung des vollen Kurzschlussstromes ohne Entstehen von Überspannungen, wie sie bei schnellen mechanischen Schaltern vorkommen, verhindern. Durch die Steuer-bzw. Löscheinrichtung des Ventiles bzw. der Ventile kann der Strom innerhalb einer Zeit von weniger als 1 ms auf den parallelliegenden Widerstand geschaltet werden, wo er entsprechend der Kennlinie des Widerstandes abgeschwächt wird : Bei bisher bekannten Anordnungen mit zur Hauptschaltstelle parallelen Widerständen wird der Strom erst nach mehreren Perioden über den Widerstand geleitet. Demgegenüber stellt die durch die Löschung der steuerbaren
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Ventile bzw. Halbleiter erzielbare, in einem kleinen Bruchteil der Periodendauer stattfindende Umleitung des Stromes auf den Widerstand etwas grundsätzlich Neues dar.
Hervorzuheben ist auch, dass eine erfindungsgemässe Abschaltanordnung bei Verwendung eines Lasttrenners zur Potentialtrennung in Verbindung mit der Kombination aus steuerbaren Halbleiterventil (en) und Widerstand bzw. Widerständen auch für grosse Leistungen sehr leicht und auch sehr preisgünstig sein kann.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert : In Fig. 1 bedeuten : --1-- den Schalter, --2 und 3-gesteuerte Halbleiter (beim Schalten von Gleichstrom entfällt entweder das Ventil --2-- oder das Ventil --3--), --4-- einen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten,--5--einen Widerstand, der seinen Widerstandswert mit steigender Spannung verkleinert !-6--bedeutet die Gittersteuerung und--7--das Erfassungsglied, das bei erhöhter Stromanstiegsgeschwindigkeit, deren Wert vorwählbar ist, oder erhöhtem Belastungsstrom, wobei der Ansprechwert ebenfalls einstellbar ist, die Einrichtung zum Wirken bringt.--12--stellt die Zwangskommutierungseinrichtung dar.
Im Diagramm nach Fig. 2 ist der normale Belastungsstrom mit--8--und der Kurzschlussstrom mit--9--bezeichnet. Dank der erfindungsgemässen Abschaltanordnung wird der Kurzschlussstrom nicht auf den vollen Wert seiner Amplitude ansteigen. Bei Überschreiten einer bestimmten Stromanstiegsgeschwindigkeit wird nämlich die Löschung der gesteuerten Halbleiter eingeleitet und der
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Halbleitern parallelgeschalteten Widerständen--4 und 5--weiterfliessen.
Der Kurzschlussstrom, der ohne diese Einrichtung auf sehr hohe Werte ansteigen würde, ist nun durch die in Serie in den Stromkreis eingereihten Widerstände stark begrenzt. Da diese Widerstände ohmsche Widerstände sind, wird das Verhältnis der induktiven zu den ohmschen Widerständen im Kreis verbessert, so dass Überspannungen, die sonst beim Ausschalten mit normalen mechanischen Schaltern entstehen, stark gedämpft werden.
Von diesen Widerständen besteht Widerstand--4--aus einem Material, das bei steigender Temperatur seinen Widerstandswert stark vergrössert (positiver Temperaturkoeffizient). Der durchfliessende Strom und die nun im Widerstand auftretende Verlustleistung führen zu einer starken Erhöhung des Widerstandswertes, was wieder zu einer weiteren Verkleinerung des Stromes führt.
Bei der raschen Steigerung des Widerstandswertes käme es zu Überspannungen am Widerstand - -4--. Zum Schutz des parallelgeschalteten Halbleiters ist daher noch der Widerstand--5-parallelgeschaltet. Dieser Widerstand--5--senkt bei angelegter steigender Spannung seinen Widerstandswert.
Nachdem der Kurzschlussstrom von den gesperrten Halbleitern auf die Widerstände kommutiert ist und in diesen verkleinert wurde, wird der Reststrom durch den Schalter--l-unterbrochen.
Die Schalteinrichtung bietet ausserdem die Möglichkeit, dass sie als Oberstromschutz arbeitet. Das
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An dem Prinzip der Schaltanordnung ändert sich nichts, wenn man bei Wechselstrom an Stelle der beiden gesteuerten Halbleiter in Antiparallelschaltung nur einen gesteuerten Halbleiter verwendet, der jedoch für die Zündung und Löschung in beiden Stromrichtungen geeignet ist (Zweiweg-Thyristor).
Die beschriebene Anordnung ist verwendbar für Gleichstrom, Wechselstrom und für mehrphasige Systeme. Im letzten Fall ist sie selbstverständlich entsprechend zu erweitern, wobei z. B. auch eine der Phasenzahl entsprechende Zahl von Ventilpaaren (bestehend z. B. aus zwei antiparallelen Thyristoren oder aus einem Zweiweg-Thyristor oder inem Thyristor für die eine Stromrichtung und einer Diode für die andere) vorzusehen ist.
Ausserdem ist es möglich, für jeden Pol der Schaltanordnung je nach Bedarf mehrere Halbleiter in Serie oder bzw. und parallel zu schalten mit in Serie oder parallelgeschalteten Widerständen bei einem oder mehreren in Serie zu der Widerstandshalbleiterkombination geschalteten mechanischen Schaltern.
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