DE1765370A1

DE1765370A1 - Vakuumschalter fuer Wechselstroeme

Info

Publication number: DE1765370A1
Application number: DE19681765370
Authority: DE
Inventors: Lee Thomas Henry
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-07-22
Filing date: 1968-05-08
Publication date: 1971-07-29
Also published as: GB1171423A; FR1567553A; US3411038A; JPS4642808B1

Description

Vakuumschalter für Wechselströme .

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Vacuumsehalter für Wechselströme und bezieht sich im einzelnen darauf die Höhe der bei der Betätigung des Schalters entstehenden Überspannungen.

Bei,den meisten Schaltern zur Unterbrechung von Stromkreisen wird der ünterbreehungsVorgang dadurch eingeleitet, daß zwei relativ zueinander bewegliche Kontakte voneinander getrennt werden und dabei ein elektrischer Liohtoogen zwischen diesen Kontakten entsteht. Wenn es sich um einen Wechselstrom- * kreis handelt, bleibt dieser Lichtbogen bis zum nächsteuNulldurchgang des Stromes bestehen. Unmittelbar danach entsteht zwischen den Kontakten wieder eine Spannung. Wenn die dielektrische Festigkeit zwischen den beiden Kontakhälften schneller wieder aufgeoaut werden kann als die Spannung zwischen den Kontakthälften entsteht, so ist die Unterbrechung endgültig beendet. Wenn jedoch die dielektrische Festigkeit erst langsamer wieder entsteht als sich die Spannung zwischen den Kontakthälften aufoaut, so zündet der Lichtbogen von neuem.

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Es ist zwar im allgemeinen erwünscht, die dielektrische Festigkeit so schnell wie möglich wieder aufzubauen, jedoch kann unter bestimmten ifedingungen ein sehr schneller Aufbau der dielektrischen Festigkeit zu übermäßig großen Überspannungen führen.

Beispielsweise kann dies dann auftreten, wenn die Lichtbogenstreke wiederholt zündet und unterbrich^ nachdem die erste Löschung beim Stromdurchgang durch Null stattgefunden hat. Im Falle der ersten solchen neuen Zündung entlädt sich ein Hochfrequenzstrom durch die Lichtbogenstweke in Folge von Schwingungen von örtlichen Kapazitäten und Induktivitäten. Wenn die dielektrische Festigkeit nach öffnung der Schalterkontakte sehr schnell wieder entsteht, kann dieser Hochfrequenzstrom schon uei seinem ersten Nulldurchgang erlöschen und gegebenenfalls jedenfalls bei seinem zweiten Nulldurchgang erlöschen. Diese schnelle Stromunterorechung kann zu einer verhältnismäßig hohen Üoerspannung zwischen den Kontakten führen, wenn die erwähnten örtlichen Schwingungen andauern. Diese Spannung kann dabei selost höhere Werte annehmen, wenn die Lichtdogenstrecke kurz nach der Unterbrechung des Hochfrequenzstromes von neuem zündet und der Hochfrequenzstrom nach der neuen Zündung sofort wieder unterbrochen wird. Eine derartige sich immer höher aufbauende Spannung kann die Folge von kurzen aufeinanderfolgenden Zündungen und Unterbrechungen des Hochfrequenzstromes sein und ist im einzelnen in einer Arbeit von Concordia und Skeats, AIEE Transactions,

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Band 58, 1939, Seite 371 - 376 beschrieben. Dort haben die Verfasser erläutert, welche Bedingungen für die Induktivitäten und Kapazitäten oestehen müssen, um eine solche wiederholte Zündung und Löschung heroeizuführen. Diese Bedingungen treten jedoch nur bei relativ seltenen Formen von Stromkreisen auf und sind daher auch selbst ziemlich selten. Wenn jedoch diese Formen von Stromkreisen vorhanden sind, ist ein solcher Spannungsaufbau auch bei Vakuumschaltern beobachtet v/orden, wenn der Vakuumschalter seine Kontakte kurz vor einem Stronfäurchgang öffnet. Da die öffnung der Kontakte geradeoegonnen hat ,ist die Kontaktstrecke außerordentlich kurz, wenn sich die Spannung in Folge der Hochfrequensschwingungen aufbaut und es kann daher möglicherweise vorkommen, daß die Kontaktstrecke dieser Spannung nicht standzuhalten vermag. Dann tritt also eine neue Zündung ein, auf welche ein neuer Hochfrequenzstrom folgt. Wegen des sehr schnellen Aufbaus der dielektrischen Festigkeit, Vielehe für Vakuumschalter charakteristisch iäb, wird bei einem Vakuumschalter normalerweise dieser Hochfrequenzstrom schon oei seinem ersten Nulldurchgang erlöschen, sodaß möglicherweise weitere Zündungen und Unterbrechungen des Lichtbogens stattfinden können, welche von einem zunehmenden Spannungsaufbau begleitet sind. Dieser Spannungsaufbau der von sich trennenden Kontakten herrühren kann, wird im folgenden als " kurzer Lichtoogen" bezeichnet werden.

Ein Zweck der Erfindung besteht darin, die Entetehung von übermäßigen Überspannungen bei Vakuumschaltern in Folge einer.

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schnellen Entstehung der dielektrischen Festigkeit zu verhindern.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, einfache und billige Mittel zur Beherrschung der Durchschlagsfestigkeit eines Vakuumschalters anzugeben.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, die Entstehung von übermäßigen Überspannungen durch wiederholtes ™ Zünden und Löschen während eines UnterbrechungsVorgangs zu verhindern .

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine einfache Auslöseschaltung anzugeben, die auch nach vielmaligem Ansprechen stets oei dem gleichen Spannungswert auslöst.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Vakuumschalter für Wechselströme uenutzt, der innerhalb seines Vakuumgefäßes zwei Kontakte besitzt, welche relativ zueinander beweglich sind. In diesem Vakuumschalter sind ferner Auslösemittel vorgeschlagen, welche aus einer Auslösestrecke bestehen, welche bei ihrem Durchschlag einen Lichtbogen in der primären Lichtbogenstrecke einleitet. Es sind ferner Mittel vorgesehen, welche beim Auftreten einer Spannung an der primären Lichtbogenstrecke einen Üoerschlag der Auslösestrecke herbeiführen, wenn die Spannung an der primären Lichtoogenstrecke einen Wert . erreicht, der etwa das zweifache bis 5,5-fache der Maximalspannung der Leitung gegen Erde ausmacht.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind folgende Bestandteile vorhanden:

1) Ein Spannungsteiler an der primären Lichtbogenstrecke, der reihengeschaltete Kapazitäten enthält,

2) Eine Auslöseschaltung mit einem beiderseitig leitenden Dioden-Thyristor, dessen Widerstand sich von einem sehr hohen Wert auf einen sehr tiefen Wert ändert, wenn die dem Thyristor zugeführte Spannung einen voroestimmten Wert annimmt,

5) Einrichtungen zur Parallelschaltung der Auslöseschaltung an einen der Kondensatoren, sodaß ein oestimmter Prozentsatz der Spannungen an der primären Auslösestrecke der Auslöseschaltung zugeführt wird,

4) Einrichtungen zur Zuführung eines Spannungsimpulses an die Auslösestrecke, nachdem der Thyristor seinen kleinen Widerstand angenommen hat.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben.

Pig. I stellt einen Schnitt durch einen Vakuumschalter mit geschlossenen Kontakten dar.

;. 2 zeigt den cl..icheri Schalter mit offenen Kontakten.

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Fig. j5 stellt eine andere Aus fUhrungs form der Erfindung dar.

In Figur 1 ist ein Vakuumschalter im ganzen mit 10 bezeichnet, v/elcher einen vakuumdichten Kolben 11 besitzt, der auf einen Druck von 10 mm Hg oder weniger evakuiert ist. Der im ganzen mit 11 bezeichnete Vakuumkolben oesteht im einzelnen ^ aus einem Zylinder 12 aus einem geeigneten Isoliermaterial und aus 2 Metallkappen 1J> und 14, die an den Rändern 15 mit dem Zylinder 12 verschmolzen sind.

Innerhalb des Vakuumschaltergehäuses 11 befinden sich zwei relativ zueinander bewegliche Kontakte 17 und 18, die sich gemäß Figur 1 gegenseitig berühren. Der ooere Kontakt 17 ist ein fester Kontakt und ist am unteren Ende eines Kohres 17 a befestigt, welches an seinem ooeren Ende mit der Kappe 13 verbunden ist. Der untere Kontakt 18 ist am ooeren Ende eines oeweglichen * leitenden Staoes l8a angeoracht. Dieser Stab 18 a kann sich frei innerhalD einer in der unteren Kappe 14 befindlichen öffnung oewegen und ist durch einen Metallbalgen 20 abgedichtet.

Der Vakuumschalter 10 dient zur Einleitung bzw. Unterbrechung des Stromübergangs zwischen den Leitungen 8a und 8b.

Eine außerhalb des Schaltergehäuses befindliche öfi'nungsfeder 24 bewegt den Kontakt 18 nach unten, d.h. in die in Figur

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dargestellte Lage. Durch einen Sperriegel 26, welcher durch eine Spule 27 Detätigt v/erden kann, wird die untere Schalterelektrode jedoch in der in Figur 1 dargestellten Lage festgehalten. Wenn der Auslösekreis 28 geschlossen wird, wird die Spule 2? erregt, sodaß die Feder 24 die untere Schalterelektrode nach unten bewegen kann.

Zur öffnung des Vakuumschalters oei einem Überstrom in

den Leitungen 8a und 8b ist ein Stromwandler vorgesehen, welcher | eine Sekundärwicklung 29 auf der Leitung 8b enthält. An den Klemmen der Wicklung 29 liegt ein üoerstromrelais JO. Wenn der Strom innerhalo der Leitungen Sa und 8d einen oestimmten Wert üoerschreitet, schließt das Relais J50 seine Kontakte ~$Qa. und vervollständigt damit den Stromkreis 28 zur öffnung des Vakuumschalters 10.

Der Vakuumschalter 10 kann auch von Hand mittels eines Schalters 22 geöffnet v/erden, welcher parallel zu den Kontakten ^Oa des iielais JJO liegt. Wenn der Schalter j52 geschlossen wird, wird der Auslösekreis 28 ebenfalls geschlossen und der Vakuumschalter 10 wird wieder geöffnet.

Wenn der Kontakt 18 sich vom Kontakt 17 trennt, entsteht ein Lichtbogen in der primären LichtDogenstrecke 21. Durch diesen Lichtoogen wird ein Teil des Kontaktmaterials verdampft,

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sodaß ein sogenanntes Plasma geoildet wird, innerhalb dessen der Lichtbogen brennt. Der Lichtbogen dauert bis zum nächsten Stromdurchgang durch NulJl^an, worauf er erlischt. Nach dem Erlöschen des Lichtbogens nimmt die Vakuumstrecke wieder ihre dielektrische Festigkeit an. Wenn diese dielektrische Festigkeit mit höherer Geschwindigkeit entsteht als sich die Spannung an der Lichtbogenstrecke bildet, so findet keine neue fc Zündung des Lichtbogen statt. Wenn dies jedoch nicht der Fall ist, so zündet der Lichtbogen von neuem und der beschriebene Vorgang spielt sich oeijedem neuen Nulldurchgang des Stromes wieder ab, bis die Lichtbogenstrecke der neuen Spannung standzuhalten vermag.

Während des oben beschrieoenen ünterbrechungsvorganges, entstehen Metalldämpfe, die sich an den kühlen Flächen des Schalters kondensieren können. Um eine hierfür geeignete Kondensationefläche zu schaffen ist ein rohrförmiger Schild 25 um die Llchtbogenstrecke 21 herum angeordnet. Dieser Schild wird vorzugsweise elektrisch von beiden Kontakten isoliert.

Zwar ist es,im allgemeinen erwünscht, die dielektrische Festigkeit so schnell wie möglich wieder herzustellen, jedoch kann in gewissen Ausnahmefällen eine schnelle Wiederherstellung der dielektrischen Festigkeit zu außergewöhnlichen Überspannungen führen. Ein derartiger Fall ist der Fall des sogenannten

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"Kurzen Lichtbogens", der bereits oben Gesprochen worden war. Wie dort bereits erläutert wurde, kann, wenn eine Zündung der kurzen Lichtbogenstrecke beim ersten Nulldurchgang stattfindet, der Vakuumschalter wegen der schnellen Wiederherstellung seiner dielektrischen Festigkeit den Hochfrequenzstrom beim ersten Nulldurchgang unterbrechen. Dies kann zu der Bildung einer hohen Spannung führen, die sich sogar noch verstärken kann wenn wiederholte Zündungen und Löschungen auftreten.

Zur Verhinderung derartig hoher Überspannungen wird eine AuslUsestrecke 50 in den Vakuumschalter eingebaut. Diese Auslösestrecke 50 wird vorzugsweise in der gleichen Weise ausgeführt wie es in der amerikanischen Patentschrift J5.087.092 (Lafferty) beschrieben ist. Diese Lichtoogenstrecke besitzt nämlich einen zylindrischen keramischen Körper 52, der in eine Vertiefung 51 innerhalb der festen Kontakthälfte eingebaut ist. Zwei dünne Metallschichten 54 und 56 sind auf der Außenseite des keramischen Körpers mit einem Abstand voneinander ange- λ bracht. Diese beiden dünnen Schichten 5^ und 56 stellen die Elektroden der Auslösestrecke dar. Sie sind durch eine V-förmige Nut 57 voneinander getrennt, welche den ganzen Umfang des Keramikkörpers umgibt. Die Auslöseelektrode 5^ ist mit der Hauptelektrode 17 verbunden. Die andere Auslöseelektrode 56 ist von der Elektrode I7 isoliert.

Die Schichten 5^ und 50 bestehen aus Metall beispiels-

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weise aus Titan, das ein gutes Getter für aktive Gase wie Wasserstoff ist und erhebliche Mengen davon absoroieren kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jede der beiden Schichten aus Titan mit einer großen Menge von Wasserstoff beladen, wie es in der oben genannten Patentschrift beschrieben ist. Bekanntlich begünstigen die elektrismen Feldlinien an der Trennfläche zwischen einem Metall und einem keramischen Körper, der sich in innigem Kontakt mit dem Metall befindet, einen Durchschlag an dieser Trennfläche. Infolgedessen kann eine verhältnismäßig kleine Spannung an der Auslösestrecke einen Überschlag von einer der Trennflächen üoer die Auslösestrecke hervorrufen. Wenn die Auslösestrecke 50 überschlägt, setzt der Lichtbogen Wasserstoff in den Auslöseelektroden 54 und 56 frei. Dieser Wasserstoff wird von dem Lichtbogen ionisiert und der ionisierte Wasserstoff dringt schnell in die Hauptentladungsstrecke 21 ein und vermindert dort deren dielektrische Festigkeit, sodaß infolge der Spannung, die dann zwisehen den Hauptelektroden 17 und l8 oesteht diese Strecke überschlägt.

Um eine Spannung an der Auslösestrecke 50 zu erzeugen ist eine Leitung durch den keramischen Körper 52 hindurch vorgesehen. An ihrem unteren Ende ist diese Leitung 58 mit einer Metallkappe 59 verschweißt, welche sich in Kontakt mit der Auslöseelektrode 56 befindet. Die Metallkappe 59 ist am unteren Ende des Keramik-

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Körpers t>2 mittels einer üblichen Metall-Keramikverschmelzung Gefestigt.

Um einen Auslöseimpuls der Auslösestrecke 50 zuzuführen, wenn die an der primären Lichtbogenstrecke 21 entstehende Spannung einen vorbestimmten Wert erreicht, ist ein Spannungsteiler 60 an der primären Strecke 21 angeoracht. Dieser Spannungsteiler 60 enthält zwei Kapazitäten 62 und 6j5 in Se- ä rienschaltung. Ein Gestimmter Bruchteil der Gesamtspannung an der primären Entladungsstrecke 21 tritt am Kondensator 62 auf.

Die am Kondensator 62 auftretende Spannung liegt an einem Auslösekreis 65. Dieser Kreis 65 enthält die Reihenschaltung der Auslösestrecke 50 und des Dioden-Thyristors 67· Dieser Dioden-Thyristor, der manchmal auch zweiseitiger Diodenschalter genannt wird ist ein Halbleiter mit einem Widerstand, der durch Regelung einer an ihn angelegten Spannung zwischen einem sehr hohen Wert und einem sehr niederen Wert " geändert werden kann. Dieser sehr niedrige Wert kann als Lawinenwert bezeichnet werden. Unabhängig von der Polarität, die dem Thyristor 67 zugeführt wird schaltet dieser zweiseitige Dioden-Thyristor auf niedrigen Widerstand um, wenn die an ihn angelegte Spannung den genannten niedrigen Spannungswert erreicht. Der zweisietige Dioden-Thyristor ist gekennzeichnet . " durch eine Durchbruchspannung, die auch nach zahlreichen Durchbrüchen konstant bleibt. Diese Thyristoren sind im einzelnen

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auf Seite 139 bis I4l des Buches "Semiconductor Controlled Rectifiers" von Gentry, Prentice-Hall, Inc., 1964 beschrieben.

Wenn der Schalter 10 geöffnet ist, ist die an dem Kondensator 62 auftretende Spannung im allgemeinen nicht hoch genug um einen Durchoruch des Thyristors 67 hervorzurufen. Wenn jedoch die Spannung an dem Schalter einen oestimmten Wert "uoerschreitet, schaltet der Thyristor 67 sprunghaft auf seinen niedrigen Widerstand um, sodaß sich praktisch die ganze am Kondensator 62 liegende Spannung an die Auslösestrecke 50 legt. Die Auslösestrecke f?O zündet also infolge dieses Spannungsimpulses, v-orauf sich der Kondensator 62 durch die Auslösestrecke hindurch entlädt und der zur Auslösung des Vakuumschalters erforderliche Strom also gebildet fc

Die Spannung an der primären Entladungsstrecke 21, oei welcher der Thyristor 67 durchschlägt wird durch die Grossen der Kondensatoren 62 und 63 bestimmt. Durch Änderung der Größe desKondensators 62 relativ zu derjenigen des Kondensators 6j5 kann der Betrag der Gesamtspannung, bei welcher der Thyristor 67 durchschlägt und die Auslösestrecke 30 zündet, beeinflußt werden. Manchmal kann ein hoher ohmscher Widerstand noch parallel zu jedem der Kondensatoren gelegt werden und die Gesamtspannung, uei welcher die Auslösung stattfindet, läßt

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sich durch Einregelung dieser Widerstandsgrößen beeinflußen. Derartige V/iderstände sind in Figur 1 punktiert mit 68 und 69 angegeben.

Für einen Vakuumschalter der beschrieoenen Art ist ein verhältnismäßig hoher Auslösestrom erforderlich, um die Vakkumstrecke bei Durchschlag der Auslösestrecke zu zünden. Einen Auslösestrom der erforderlichen Höhe kann aoer durch den Stromkreis 65 geliefert werden, auch wenn der Kondensator 62 verhältnismäßig tiein ist, weil der Widerstand des Thyristors 07 nach seinem Durchschlag außerordentlich stark aofällt. Wenn also die Auslösestrecke 50 zündet, so fließt ein hoher Strom durch den Auslösekreis öp, v/elcher nur durch die kleine Induktivität dieses Stromkreises begrenzt wird.

Da der Thyristor öj eine symetrische Kennlinie besitzt arbeitet er unaohängig von der Polarität der Spannung an dem Kondensator Ö2 stets in gleicher Weise.

Es sei nun angenommen, daß der Stromkreis durch den Vakuumschalter 10 unterorochen v/erde und daß sich an den Kontakten 1/ und Io infolge der oben beschriebenen Erscheinung des sogenannten Lichtoogens eine Spannung aufbaut. Unter den. schlimmsten bedingungen einer wiederholten Zündung und Löschung kann die Spannung am Vakuumsehalter eine Größe von dem fünf -

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fachen der Spitzenspannung der Wechselspannungskurve und seiest noch höhere Spannungswerte annehmen. So hohe Spannungen sind aber für die meisten Versorgungssysteme absolut untragbar.

Um so hohe Überspannungen zu vermeiden wird die Auslösestrecke 50 gezündet, wenn die Spannung an dem Vakuumschalter eine Größe zwischen dem 2,0-fachen und dem j>,5-fachen der Maximalspannung zwischen Leitung und Erde annimmt. Wenn also auf die erste Löschung des Hochfrequenzstromes eine neue Zündung folgt und die Spannung an der primären Entladungsstrecke dann auf einen hohen Wert ansteigt, zündet die Auslösestrecke 50 bei ihrem eingestellten Wert und bewirkt einen Lichtoogen in der primären Entladungsstrecke 21. Diese Zündung der primären Entladungsstrecke 21 oewirkt, daß sich die Eigenkapazität der Belastung des Kreises 8a, 60 üoer den Vakuumschalter entlädt, bevor die an diesem Schalter liegende Spannung einen Wert erreicht, der zu den ooen genannten Üaerspannungen führen würde.

Die erste Neuzündung der Auslösestrecke 50 soll an sich vermieden werden, weil der Vakuumschalter 10 den Stromkreis normalerweise unterbrechen kann ohne eine Neuzünuung heroeizuführen Wenn man den Auslösekreis auf eine Spannung von dem doppelten der normalen Spitzenspannung gegen Erde oder auf eine noch höhere Spannung einstellt wird die Auslösestrecke 30 noch nicht zünden, da der Spitzenwert der Hochfrequenzspannung, der normalerweise für die erste Neuzündung zur Verfügung steht,

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etv.as kleiner ist, als das Doppelte der opitzenspannung ge_oen J^rde. Trotz des Vorhandenseins der Auslösestrecke $0 kann der Vakkumsehalter 10 also seinen Stromkreis ohne Hervorrufung einer neuen Zündung unterbrechen. Nur wenn bereits eine erste Zündung stattgefunden hat, wird die Auslösestrecke 50 dazu oenutzt, die Entstehung von üoermäßig hohen Spannungen während des Unterorectangsvorganges zu vermeiden.

Wie in der amerikanischen Patentschrift 2.391.672 '

(Boehne etal.), stellt eine Kapazitätsschaltung einen anderen Typus eines SchaltVorgangs dar, uei welchem eine wiederholte Zündung und eine wiederholte Unterbrechung zu üoermäßig hohen Spannungen führen kann. Die Auslösestrecke 50 kann eoenfalls dazu verwendet werden, die üitstehHung solch hoher Üoerspannungen bei wiederholter Zünuung zu vermeiden, üin Schalter, welcher einen derartigen SchultVorgang ausführt, ist in einen vorwiegend kapazitiven Stromkreis zwischen eine Stromquelle und eine kapazitive Belastung eingeschaltet. Die Auslösestrecke 50 t «ird so eingestellt, daß sie nur zündet, wenn wenigstens das Doppelte der normalen Spitzenspannung gegen Erde am Vakuumschalter auftritt und oewirkt daher keine erste Neuzünctung. Wenn jedoch eine erste Neuzündung auftritt und sich höhere Spannungen als Ergebnis einer ersten Neuzündung und der unmitteloar darauf folgenden Unterorechung des Hochfrequenzstromes oilden, so schlägt die Auslösestrecke durch und ruft daher auch eine Zinaung der primären Strecke 21 hervor. Diese Zündung der

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primären Strecke 21 erlaubt eine Entladung der belastungskapazität über den Vakuumschalter, sodaß also an.der Belastungskapazität keine Ladung zurückbleiot und keine übermäßig hohen Spannungen in ähnlicher Weise, wie es oben beschrieoen wurde, auftreten können.

Es existiert nochein anderer Pail, in welchem die Auslösestrecke 50 eine Zündung der primären Entladungsstrecke 21 herbeizuführen hat, wenn der Vakuumschalter 10 einen oesonders hoKhen S^rom unteroricht. Diese Stromunterbrechung, die auch als Abreißvorgang oezeichnet wird, oesteht in der vorzeitigen Unterbrechung seines Stromes kurz vor dem Nulldurchgang. Wenn ein solches Aureißen des Stromes bei einem verhältnismäßig hohen Wert stattfindet, können auch verhältnismäßig hohe Überspannungen an dem oetreffenden Schalter auftreten. Durch die beschrieoene Auslösevorrichtung können aber solche hohen Spannungen in ihrer Entstehung gehindert werden und die Auslöseeinrichtung ruft an der primären Entladungsstrec*ce 21 wieder einen Lichtbogen hervor, worauf dieser bis zu einem kleineren Wert des Stromes brennt.

Eine grundsätzliche Aufgaoe von Vakuumschaltern 10 oesteht darin, Induktive Stromkreise zu unterbrechen. Die maximale Spannung, die sich bei der Unterbrechung eines solchen Stromkreises aufbaut ist etwas kleiner als 2-fache der Spitzenspannung gegen Erde. Die Arbeitsspannung der Auslöseeinrichtuung soll

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dann genügend hoch eingestellt v/erden, um keinen Funkenüberschlag in der Auslösestrecke 50 oei solchen induktiven Schaltspannungen hervorzurufen.

In gewissen Fällen ist es erwünscht einen Vakuumschalter mit getrennter Auslösestrecke an jede Hauptelektrode auszurüsten, um einen Durchschlag der primären Entladungsstrecke öei einem Üoerschlag der Auslösestrecke zu erzeugen. Hierdurch · wird sicher gestellt, daß ein Auslöseliciitbogen unabhängig von der jeweiligen Polarität der Spannungen in der Nähe der jeweiligen Kathode erzeugt wird. Dies ist in Figur ~$ dargestellt, die mit der Darstellung nach Figur 1 im wesentlichen übereinstimmt und sich von ihr nur dadurch unterscheidet, daß sich eine zusätzliche Auslösestrecke I50 an der unteren Elektrode angebracht ist.

Ein Spannungsteiler 160, der die in iieihe geschalteten Kondensatoren 162,163 und 104 enthält, liegt zu dem Vakuum- ( schalter parallel. Zum ooeren Kondensator I62 ist ein Auslösekreis 65 parallel geschaltet, der dem eoenso bezeichneten
Auslösekreis in Figur 1 entspricht. DieserAuslösekreis enthält wieder den in oeiden Stromrichtungen gleitenden Thyristor 67
und die Auslösestrecke ^O. Parallel zum unteren Kondensator
164 liegt ein ähnlicher Auslösekreis I65 mit dem Thyristor
167 und der Ausiösestrecke 15O.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
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haoen die Kondensatoren 1Ö2 und 164 die gleiche Größe und die Thyristoren besitzen die gleiche Durchoruchsspannung. Wenn an der primären jintladungsstrecke 21 eine Überspannung einer Gestimmten Größe erscheint, treten an den Kondensatoren 162 und 104 und daher auch an den Thyristoren 67 und I67 genügend hohe Spannungen auf, sodaß die Thyristoren stromdurchläßig werden. Dies ruft eine augenblickliche Zündung der Auslösestrecken 5O und I50 hervor, sodaß die primäre ciitladungsstrekke 21 in der gleichen Weise wie an Hand der Figur 1 oeschrieoen vmrde, zündet.

In der Ausführungsform nach Figur jj haoen die Kondensatoren 102 und lo) und Io4 eine solche Größe, daß die Auslösung des Vakuumschalters 10 bei der gleichen Gesamtspannung am Vakuumschalter wie in der Ausführungsform nach Figur 1 stattfindet, d.h. oei dem zweifachen bis .2,5-fachen der normalen Spitzenspannung gegen Erde.

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Claims

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P a t e η t a η s υ ΐ· ü c π e

l) Va.,.uui.nscha±wr für Wechselströme, _o e ,c e η η ζ e i c h-

n υ t durch
^) ο in VaivUUMjefäiS mit einem Innendi'uciv von v.eni^er als IG" hihi Hj odor utilizer;

ο) ein dleictrodenpaar innerhalo des Vakuum_t;ei'äiBes, dessen 3cirnflachen eine primäre rjitlauungsstrecke de- f finieren;

c) Auslösornittel mit Einschluß einer Auslösestrecke zur Einleitung eines Lichtbogens in der primäre« Entladunasstrecke als FoIje eines Uoei^schlags in der Auslösestreclce;

α) Mittel zur ErzeUoUng eines Joerscnlags in der Auslösestreci:e, v.^renn die opannunj an der primären üntladun^sotrecke einen voroestitnmten viert erreicht^ nämlieh: j

I) iiin Spannungsteiler an der primären i^ntladun_asstrecke, oestehend aus in iieihe geschalteten Kondensatoren;
II) iiin Auslösekreis mit einer in oeiden Strom-

r: chtun.jen durchlässigen Dioden-Thyristor, der sich von einem sehr hohen Wert auf einen sehr niedrigen Wert verändert, wenn die dem Thyristor augeführte Spannung einen vorbestimmten Wert überschreitet;

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III) Mittel zum Anschluß des Auslösekreises an

einen der Kondensatoren, wodurch ein bestimmter Prozentsatz der an der primären LintIadungsstrecke auftretenden Spannungen dem Auslösekreis zugeführt wird,

IV) und Mittel zur Zuführung eines Spannungsimpulses an die Auslösestrecke beim Übergang des Thyristors in seinen niedrigen Widerstand.

2) Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in oeiden Stromrichtungen durchlässige Thyristor und die Auslösestrcckein Heine- zueinander in dem Auslösekreis liegen.

'$) Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , aaß die Elektroden relativ zueinander beweglich sind und daß zwischen ihren Stirnflächen die primäre Entladungsstrecke besteht.

4) Vakuumschiter zur Durchführung von kapazitiven Schaltoperationen, welche in der Unterbrechung eines vorwiegend kapazitiven Stromes zwischen einer Stromquelle und einer kapazitiven Belastung oestehen, wooei der Vakuumschalter folgende Bestandteile enthält:

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a.) Ein auf mindestens 10 mm Hg evakuiertes Gefäß, b) ein Elektrodenpaar, dessen Elektroden relativ zueinander innerhalb des evekuierten Gefäßes beweglich

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sind und die bei Berührung Strom zwischen der Stromquelle und der Belastung transportieren können,

c) einer der Kontakte ist gegenüber dem anderen oeweglich und oildet mit ihm eine primäre Entladungsstrecke,

d) Auslöseeinrichtungen mit Einschluß einer Auslösestrecke zur Einleitung eines Üoerschlags in der primären Entladungsstrecke als Folge eines Überschlags I in der Auslösestrecke,

e) Steuereinrichtungen, welche auf eine Spannung an der primären iirxtladungsstrecke ansprechen und einen Üoerschlag der Auslösestrecke nach der ersten Neuzündung während der kapazitiven Schaltperation hervorrufen,

f) und Mittel zur Abstellung dieser Steuereinrichtungen.

5) Vakuumschalter zur Durchführung von kapazitiven Schalt- j operationen, welche darin Gestehen, den vorwiegend kapazitiven Strom zwischen einer Stromquelle und einer kapazitiven Belastung zu unterbrecnen, gekennz ei chnet durch

a) ein auf mindestens 1O~ mm Hg evekuiertes Gefäß, υ) ein Elektrodenpaar mit relativ zueinander oewegli-

chen Kontakten innerhalü des Vakuumgefäßes, c) ein Kontakt, welcher gegenüuer dem anderen Kontakt oewoglich ist und oei weichen zwischen den oeiden Kon-

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taktstlrnflächen eine primäre Entladungsstrecke Oe-■ steht,

d) Auslösemittel mit Einschluß einer Auslösestrecke zur Einleitung eines Lichtbogens in der primären Entladungsstrecke als Folge eines Üoerschlags in der Auslösestrecke,

e) Mittel zur Erzeugung eines Üoerschalgs in der Auslösestrecke, wenn die Spannung an der primären Entladun^sstrecke einen vorbestimmten Wert, der kMner ist als das 2,5-fache der normalen Spitzenspannung gegen Erde annimmt,

f) daß der vorbestimmte Wert hoch genug ist um eine erste Neuzündung durch die Auslösemittel während einer kapazitiven Schaltoperation zu verhindern.

6) Schaltungsanordnung mit Vakuumschalter, gekennzeichnet durch

_2j.

a) Ein auf mindestens 10 mm Hg evakuierter Koloen,

b) ein erster Kontakt innerhalo dieses Koloens,

c) ein zweiter Kontakt innerhalo dieses Koloens, welcher gegenüber dem ersten Kontakt beweglich ist und mit dem ersten Kontakt in Berührung georacht werden kann, sowie von ihm gelöst werden kann, um eine primäre Entladungsstrecke zwischen den beiden Kontakten zu bilden ,

d) Auslöseeinrichtungen mit Einschluß einer Auslösestrecke innerhalb des Koloens zur Herstellung eines Lichtoogen -

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üoergan^s in der ersten Entladungsstrecke als Folge eines itUckschlags in der Auslösestrecke.,

e) Steuereinrichtungen.» welche auf üchaltspannungen ansprechen, die durch Öffnung des Vakuumschalters erzeuigt v-erden und einen Lichtoogenüoersehlag in der AuslösestrecKe als Folge der Erreichung einer voroestirnmten Minuestspannung seitens der Schdtspannungen zur Fol₀e haoen,

f) daß die vorgegeoene Mindestspannung gonügend hoch ist, ä um die Steuereinrichtunöen zur r-raeugung eines Uoerschla^s in aer Auslösestrecke als Folge von Schaltspannungen oeim Null durchhang unv/irksarn zu machen.

7) Schaltungsanordnung mit Vakuumschalter oestehend aus:

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a) einem auf mindestens 10 mm H^ evakuierten Koloen,

o) einem ersten Kontakt innerhalb dieses Koloens,

c) einem zweiten Kontakt innerhalb dieses Kolbens, der gegenüoer dem ersten Kontakt oeweglich ist und mit ihm in Berührung und außer Berührung gebracht werden kann, sodaß eine primäre Entladungsstrecke zvrischen den oeiden Kontakten entsteht,

d) Auslösemittel zur Einleitung eines Lichtuogenüoerschlags in der primären Entladungsstrecke,

e) Steuermittel, welcne auf Schaltspannungen, die oei der Öffnung des Vakuumschalters entstehen und die Auslösernittel als Folge aes Ansteigens der Schalt spannungen auf

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einen vorgegeoenen Mindestwert oetätigen,

f) einer solchen Größe der Mindestspannung, daß die Steuereinrichtungen die Auslösemittel oei den -oeim Nulldurchgang auftretenden Schaltspannungen während der Unterorechung von induktiven Strömen nicht zu betätigen vermögen.

8) Vakuumschalter nach Anspruch J₁ dadurch gekennzeichnet , daß die Auslösemittel eine.Auslösestrecke in dem Koloen enthalten, welche überschlägt, wenn die Auslöseeinrichtung aroeitet, wooei die primäre Entladungsstrecke als Folge des Funkenübergangs in der Auslösestrekke überschlägt.

9) Vakuumschalter nach Anspruch 7.» dadurch gekennzeichnet, daß die Stuermittel durch die Schaltspannungen oetätigt werden, welche an der primären üjitladungsstrecke auftreten.

10) Vakuumschalter nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Aufrechterhaltung der Kontakte in einer vorgegeoenen gegenseitigen Lage vorhanden sind, welche den Stromdurchgang durch die Kontakte ermöglicht und daß überstroraempfindliche Mittel zur Trennung der Kontakte oeim Auftreten von Uoerströmen vorhanden sind.

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11) Vakuumschalter nach Anspruoh ¹J₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumschalter keinen Parallelzweig mit einem Widerstand Desitzt, welcher den Spannungsanstieg an dem Vakuumschalter beeinträchtigen würde.

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