DE1263138B - Schaltanordnung zum synchronen Abschalten von Wechselstroemen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES JiflTTWl· PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIb

Deutsche Kl.: 21 c - 35/07

V29906VIIId/21c
11. Dezember 1965
14. März 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine ein- oder mehrpolige Schaltanordnung zum synchronen Abschalten von Wechselströmen mit einer unter Vakuum arbeitenden, magnetisch gesteuerten Kontaktanordnung, bei der zum Erreichen der gewünschten synchronen Kontaktöffnung eine vom Hauptstrom hervorgerufene pulsierende Erregung und eine davon unabhängige Erregung vorgesehen sind.

Man hat bereits versucht, mit rein mechanischen Mitteln ein synchrones Abschalten zu erreichen. Die hierbei auftretenden Toleranzen sind jedoch so groß, daß nur mit einem sehr großen für Hochspannungsschalter noch, für Niederspannungsschaltgeräte jedoch nicht mehr vertretbaren Aufwand ein annähernd synchrones Öffnen der Kontakte erreicht werden kann.

Bei einer unter normalen atmosphärischen Bedingungen arbeitenden Kontaktanordnung ist für das Gelingen einer synchronen Abschaltung Voraussetzung, daß nach dem Öffnen der Kontakte der Kontaktabstand bzw. die elektrische Festigkeit im Kontaktspalt sehr rasch anwächst, um der im Extremfall bei induktiver Last sofort auf mindestens den Maximalwert einschwingenden Spannung standhalten zu können. Um diesen innerhalb kürzester Zeit zu erreichenden Kontaktmindestabstand kleiner halten zu können, ist es bekannt, die Kontaktstelle in einem Medium mit von vornherein größerer Durchschlagfestigkeit ζ. B. im Vakuum anzuordnen. Neben dem Vorteil einer wesentlich kleineren notwendigen Kontaktöffnung kann infolge der sehr hohen elektrischen Festigkeit im Vakuum ein Öffnen der Kontakte auch kurz vor dem Stromnulldurchgang zugelassen werden. Damit verringert sich der notwendige Aufwand weiterhin beträchtlich.

Es sind bereits Schaltanordnungen zum synchronen Abschalten von Wechselströmen bekanntgeworden, bei denen eine unter Vakuum arbeitende mechanische oder magnetisch gesteuerte Kontaktanordnung vor-. gesehen ist und bei der das unter Federspannung stehende bewegliche Kontaktstück beim Ausschalten durch einen vom Hauptstrom erregten Magneten so lange geschlossen gehalten wird, bis infolge des nächstfolgenden Stromnulldurchganges des Hauptstromes die Erregung gegen Null geht und das bewegliche Kontaktstück infolge der Federkräfte öffnet.

Bei einem bekannten derartigen Vakuumschalter ist ein von außen mechanisch gesteuerter Schalthebel vorgesehen, der das federnd gelagerte Kontaktorgan trägt. Das Kontaktorgan selbst besteht aus zwei zeitlich nacheinander schaltenden Kontaktstücken, von denen das beim Ausschalten zuletzt öffnende Kontakt-Schaltanordnung zum synchronen Abschalten
von Wechselströmen

Anmelder:

VEB Elektro-Apparate-Werke Berlin-Treptow,

Berlin-Treptow, Hoffmannstr. 15-26

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Günter Burkhard,

Eckehard Gebauer, Berlin-Baumschulenweg

stück von einem dauernd vom Hauptstrom erregten Magneten gegen die beim Ausschalten wachsende Federspannung des Kontaktstückes bis zum Stromabfall auf Null oder nahezu Null geschlossen gehalten wird. Die mechanische Steuerung des Schalthebeis von außen, die an sich schon einen nicht vertretbaren hohen Aufwand darstellt, ist aber auch insofern nachteilig, als durch die zwangläufig auftretenden Toleranzen große Ungenauigkeiten im Schaltablauf eintreten. Diese Ungenauigkeiten werden durch die federnde Befestigung der zwei Kontaktstücke am Schalthebel noch vergrößert und bedingen somit einen verhältnismäßig großen Kontaktspalt und stellen außerdem das synchrone Abschalten in Frage. Eine weitere Voraussetzung für das synchrone Abschalten ist bei dieser Anordnung, daß die von außen mechanisch gesteuerte Bewegung des Schalthebels immer konstant abläuft, wodurch diese Anordnung noch wesentlich aufwendiger wird.

Eine andere bekannte Schalteinrichtung, die zum synchronen Abschalten benutzt werden kann, besteht aus einer Vielzahl magnetisch bewegbarer, drehbar gelagerter Schaltbrücken mit Doppelunterbrechung, die in einer geschlossenen, mit einem Löschmedium, z. B. Druckluft, gefüllten Kapsel angeordnet sind. Die Schaltbrücken sind durch eine Rückstellkraft in der Einschaltstellung gehalten und werden nur im gewünschten Ausschaltmoment durch Erregen des vorgesehenen Magnetkreises geöffnet, unterbrechen damit den Stromkreis und schließen sofort wieder unter dem Einfluß der Rückstellkraft nach Beendigung des Ausschaltbefehls. Die endgültige Trennung wird von einem besonderen Trennschalter vorgenommen.

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Nachteile ergeben sich für diese Anordnung vor Schaltanordnung zum synchronen Abschalten von allem dadurch, daß zum synchronen Abschalten Wechselströmen zu schaffen, bei der jegliche unter zusätzliche Steuerglieder für den Magnetkreis erfor- dem unkontrollierbaren Einfluß von Reibung stehenderlich sind, die letztlich durch ihre Toleranzen ein den beweglichen Teile und die mechanische Steuesynchrones Abschalten in Frage stellen. Durch die 5 rung der Kontaktbewegung von außen vermieden Lagerreibung der drehbar gelagerten Schaltbrücken, sind und bei der lediglich die reine Kontaktstelle in die alle zur gleichen Zeit öffnen müßten, wird der einer Vakuumkammer angeordnet ist.
Unsicherheitsfaktor für ein synchrones Öffnen noch "Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfuvwesentlich erhöht. Auch erfordert diese Anordnung dungsgemäß die Kontaktanordnung in einem einen auf Grund der vorhandenen Luftspalte neben den io Fest- und einen Arbeitsluftspalt enthaltenden, auserforderlichen Arbeitsluftspalten und der an den schließlich aus ferromagnetischem Material bestehen-Schaltbrücken angreifenden Rückstellkraft, die beim den geschlossenen Magnetkreis angeordnet ist und Öffnen überwunden werden muß, einen relativ aus an sich bekannten, in der Vakuumkammer angegroßen Magnetkreis, ordneten federnden, die Kontaktgabe herstellenden

Bei einem anderen bekannten Synchronschalter 15 Metallzungen aus ferromagnetischem Material bedient der Anker des Magnetkreises als Träger der steht. Der Festluftspalt des geschlossenen Magnet-Schaltbrücken für die beweglichen Kontakte, während kreises dient hierbei als galvanische Trennung der die festen Kontakte federnd ausgebildet sind. Diese beiden Pole der Schaltanordnung. Dabei wird durch Anordnung bezweckt die Einsparung besonderer die unabhängige Erregung des Magnetkreises der als Abdruckfedern für das Öffnen der beweglichen 20 Metallzunge ausgebildete bewegliche Kontakt ge-Schaltbrücken. Ein Anordnen dieser Schaltbrücken schlossen und im eingeschalteten Zustand gehalten, bzw. des gesamten Kreises unter Vakuum dürfte Dieser unabhängigen Erregung wird nach Schließen jedoch wegen der Trennung des Hauptstromkreises der Kontakte eine vom Hauptstrom hervorgerufene und des Magnetkreises nicht mit vertretbaren Mitteln pulsierende Erregung derart überlagert, daß nach zu erreichen sein. Außerdem muß bei der Ausschalt- 25 Abschalten der unabhängigen Erregung die pulsiebewegung der als Träger der Schaltbrücken dienende rende Erregung die Metallzunge nur noch bis kurz Anker mit beschleunigt werden. Eine derartige Ver- vor dem Nulldurchgang des Hauptstromes festhält größerung der bewegten Massen ist jedoch für ein und sie dann synchron öffnen läßt,
synchrones Öffnen der beweglichen Kontakte nicht Die mit sehr kleiner Masse behaftete und in ihrer erwünscht. 30 Bewegung keinerlei Reibung und während der ge-

Es ist weiterhin ein Vakuumschalter bekannt- samten Lebensdauer praktisch keiner die Genauigkeit geworden, bei dem ein das bewegliche Kontaktstück der synchronen Abschaltung beeinträchtigenden tragender, drehbar gelagerter zweiarmiger Schalthebel Alterung unterworfene Metalkunge ermöglicht die vorgesehen ist, der durch eine Feder in der Einschalt- synchrone Abschaltung. Die Ausbildung als praktisch lage gehalten ist. Das freie Ende des Schalthebels 35 in fast ausschließlich ferromagnetischem Material steht mit einem Hebelarm eines weiteren, gleichfalls geschlosenem Magnetkreis gestattet eine kleine Baudrehbar gelagerten zweiarmigen Hebels in Wirk- weise auch bei den bei größeren Strömen geforderten verbindung. Auf diesen zweiten Hebel wirken eine Kontaktkräften. Vorteile ergeben sich auch daraus, weitere Feder im Sinne der Öffnung des Schalthebels daß lediglich die Metallzunge in einer Vakuum- und zwei unabhängige voneinander getrennte Magnet- 4° kammer angeordnet ist.

systeme, von denen das eine vom Hauptstrom und In Weiterbildung der Erfindung ist zur Erzeugung

das andere von einem willkürlich ein- und ausschalt- der dem Hauptstrom proportionalen Erregung ein im

baren Hilfsstrom erregt wird, im Sinne der Schließung Hauptstromkreis liegender Sättigungswandler vor-

des Schalthebels derart ein, daß beim Öffnen des gesehen. Die dem Hauptstrom proportionale Erregung

Hilfsstromkreises die auf den zweiten Hebel wirkende 45 kann auch mittels Brücken- oder Zweiwegeschaltung

Federkraft ausreicht, um beim Nulldurchgang des gleichgerichtet sein. Für die unabhängige Erregung

Hauptstromes den Schalthebel entgegen der ihn in ist entweder Gleichspannung oder aber gleich-

der Einschaltstellung haltenden Feder zu öffnen. gerichtete, gegenüber dem Hauptstrom vorzugsweise

Auch diese Anordnung vermeidet nicht die mecha- um 90° phasenverschobene Wechselspannung vor-

nische Steuerung von außen und ist auch noch recht 50 gesehen.

aufwendig sowie mit erheblichen Nachteilen behaftet. Es ist bekannt, daß unter bestimmten Voraus-So sind für die Erzeugung der Einschaltbewegung Setzungen bzw. im Fehlerfall in einem Vakuum- und für die Synchronisation zwei getrennte Em- schalter Überspannungen entstehen können. Um die richtungen erforderlich. Die Einschaltung wird durch schädlichen Auswirkungen dieser Überspannungen die am Schalthebel angreifende Feder bewirkt, hier- 55 zu vermeiden, kann der Festluftspalt als eine dem durch treten jedoch erhebliche Prellungen auf, die Überspannungsschutz dienende definierte Luftstrecke gerade bei Vakuumschaltern von großem Nachteil ausgebildet oder mit einem Material spannungssind. Diese Prellungen sind auf die Massen des zwei- abhängigen Widerstandes ausgefüllt sein, die so ausarmig ausgebildeten Schalthebels zurückzuführen. gelegt sind, daß bei Überschreiten eines bestimmten Außerdem ist eine derartige Anordnung ebenfalls mit 60 Wertes der Überspannung die Schaltstrecke kurzgroßen Ungenauigkeiten auf Grund der mit Toleran- geschlossen wird.

zen behafteten beweglichen zweiarmigen Hebel, die Die Erfindung soll nachstehend an einem Aus-

durch Reibung in den Lagerstellen noch wesentlich führungsbeispiel näher erläutert werden. In der

vergrößert wird, behaftet, wodurch ein synchrones Zeichnung zeigt

Abschalten im Nulldurchgang in Frage gestellt ist. 65 Fig. 1 die schematische Darstellung einer ein-

AIs aufwendig ist auch die Anordnung von zwei poligen Schaltanordnung,

getrennten Magnetanordnungen anzusehen. F i g. 2 die grafische Darstellung des Schalt-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorganges.

Die beiden Magnethälften 1, 2 bilden mit dem zur Potentialtrennung dienenden aus Isolierstoff bestehenden Festluftspalt 3 und der federnden Metallzunge 6 aus ferromagnetischem Material einen geschlossenen Magnetkreis. An den beiden Magnethälften 1, 2 sind die Zuleitung 4 und die Ableitung 5 des zu schaltenden Hauptstromkreises angeschlossen. Die an der Magnethälfte 2 elektrisch leitend befestigte, die Kontaktgabe herstellende Metallzunge 6 befindet sich in einer Vakuumkammer 7, die z. B. aus Glas bestehen kann und mit den Magnethälften 1, 2 vakuumdicht ζ. B. durch Anglasen verbunden ist. Die Magnethälfte 1 trägt die Wicklung 8 für die vom Hauptstrom / unabhängige konstante Erregung 0„ und die Magnethälfte 2 die Wicklung 9 für die dem Hauptstrom 7 proportionale Erregung 6>_f. Im Hauptstromkreis liegt der Stromwandler 10, von dem mittels der Gleichrichter 11 ein dem Hauptstrom proportionaler pulsierender Strom für die Wicklung 9 abgenommen wird.

Beim Einschalten der unabhängigen konstanten Erregung 0_U bewirkt der hervorgerufene Magnetfluß Φ_α das Anziehen der Metallzunge 6, die den Hauptstromkreis schließt. Bei geschlossenem Hauptstromkreis wird vom Stromwandler 10 in Verbindung mit den Gleichrichtern 11 in der Wicklung 9 eine dem Hauptstrom proportionale pulsierende Erregung Θι hervorgerufen. Diese pulsierende Erregung 0,·, die den Magnetfluß Φ,- bewirkt, ist der unabhängigen Erregung 0„ überlagert zur resultierenden Erregung 0_res, die wiederum den resultierenden Magnetfluß Φ_τβ5 zur Folge hat.

Beim Abschalten der unabhängigen Erregung 0„ in einem beliebigen Zeitpunkt wird die Metallzunge 6 nur noch durch den von der dem Hauptstrom J proportionalen pulsierenden Erregung 0₍· hervorgerufenen Magnetfluß φ_ι so lange in der Einschaltlage gehalten, bis die gegen Null gehende pulsierende Erregung 0_; bzw. der entsprechende Magnetfluß Φ,-nicht mehr ausreicht, die federnde Metallzunge 6 in der Einschaltlage zu halten. Bei einem entsprechenden Wert &ab der pulsierenden Erregung &_t federt die Metallzunge 6 in ihre Ausschaltlage zurück und öffnet bei geeigneter Bemessung den Hauptstromkreis kurz vor bzw. im Stromnulldurchgang.

Die grafische Darstellung des Schaltvorganges in Fig. 2 zeigt die einzelnen am Magnetkreis wirksamen Erregungen 0„, 0_t und die resultierende Erregung &_res sowie den von der Metallzunge 6 zurückgelegten Weg s in Abhängigkeit von der Zeit t. Weiterhin ist die Erregung &_ab dargestellt, bei der die Metallzunge 6 in die Ausschaltlage federt. Die Zeit des Einschaltvorganges E, E' und des Ausschaltvorganges A, A' ist ebenfalls aus der grafischen Darstellung zu entnehmen. Bei χ ist der Kontakt offen und bei x' geschlossen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Ein- oder mehrpolige Schaltanordnung zum synchronen Abschalten von Wechselströmen mit einer unter Vakuum arbeitenden, magnetisch gesteuerten Kontaktanordnung, bei der zum Erreichen der gewünschten synchronen Kontaktöffnung eine vom Hauptstrom hervorgerufene pulsierende Erregung und eine davon unabhängige Erregung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktanordnung in einem einen Fest- (3) und einen Arbeitsluftspalt (5) enthaltenden, ausschließlich aus ferromagnetischem Material bestehenden geschlossenen Magnetkreis angeordnet ist, mit an sich bekannten, in der Vakuumkammer (7) angeordneten federnden, die Kontaktgabe herstellenden Metallzungen (6) aus ferromagnetischem Material, wobei durch die unabhängige Erregung (0„) die Metallzungen (6) geschlossen und in diesem Zustand gehalten werden, während dieser Erregung (0„) eine vom Strom hervorgerufene pulsierende Erregung derart überlagert wird, daß nach Abschalten der unabhängigen Erregung (0_a) die überlagerte, vom Hauptstrom (J) hervorgerufene pulsierende Erregung (0₍) die bewegliche Kontaktzunge (6) nur noch bis kurz vor dem Nulldurchgang des Hauptstromes festhält und sie dann synchron öffnen läßt.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer dem Hauptstrom proportionalen Erregung ein im Hauptstromkreis liegender Sättigungswandler vorgesehen ist.

3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Hauptstrom proportionale Erregung vom Hauptstrom mittels einer Brücken- oder Zweiwegeschaltung gleichgerichtet wird und daß für die unabhängige Erregung Gleichspannung oder gleichgerichtete, gegenüber dem Hauptstrom vorzugsweise um 90° phasenverschobene Wechselspannung vorgesehen ist.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Magnetkreis vorgesehene Festluftspalt (3) als eine dem Uber-

- spannungsschutz dienende definierte Luftstrecke ausgebildet oder mit einem Material spannungsabhängigen Widerstandes ausgefüllt ist, das zum Kurzschluß der Schaltstrecke führt, wenn ein bestimmter Wert der Überspannung überschritten wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 909 728, 912597, 914145, 937422.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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