DE1800205C3 - Circuit breaker for high DC voltages - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Unterbrechung von Strömen bei hohen Gleichspannungen, mit einem Stromunterbrecher, dessen normalerweise geschlossene Kontakte in Serie mit einer Last geschaltet sind, mit einem Kommutierungskreis aus einem Kommutierungskondensator in Serie mit einem normalerweise offenen Schalter, welcher Kommutierungskreis dem Stromunterbrecher parallel geschaltet ist, und mit Mitteln zum Öffnen des normalerweise geschlossenen Stromunterbrechers, wodurch ein Lichtbogen zwischen dessen Kontakten entsieht.The invention relates to an arrangement for interrupting currents at high DC voltages, with a circuit breaker whose normally closed contacts are in series with a load are connected, with a commutation circuit consisting of a commutation capacitor in series with a normally open switch, which commutation circuit is connected in parallel to the circuit breaker is, and with means for opening the normally closed circuit breaker, creating an arc arises between its contacts.

Bei dieser Anordnung ist der Stromunterbrecher mit einem Gleichspannung führenden Hochspannungsnetz in Serie gelegt, das einen Verbraucher durch den Unterbrecher hindurch mit Strom versorgt. Parallel zum Unterbrecher liegt ein normalerweise offener Kommutierungskreis mit einem aufgeladenen Kondensator. Wenn der Gleichstromkreis geöffnet werden soll, wird dieser Kondensator durch den Unterbrecher und den Kommutierungskreis hindurch entladen, wodurch der Strom durch den Unterbrecher zu Null gemacht werden kann. Die Einführung dieses Stromnulldurchganges gibt dem Unterbrecher die Möglichkeit, seine Durchschlagsfestigkeit wieder zu gewinnen und die Stromunterbrechung zu vervollständigen.In this arrangement, the circuit breaker is connected to a high-voltage network carrying DC voltage placed in series, which supplies a load through the breaker with power. Parallel to Interrupt is a normally open commutation circuit with a charged capacitor. When the DC circuit is to be opened, this capacitor is through the breaker and the Discharge through the commutation circuit, as a result of which the current through the breaker can be made zero can. The introduction of this current zero passage gives the breaker the opportunity to increase its dielectric strength win again and complete the power interruption.

Ob nun der Unterbrecher zu diesem Punkt den Strom bereits vollständig unterbrechen kann, hängt davon ab, ob er der Spannung widerstehen kann, die sich unmittelbar nach dem Stromnulldurchgang aufbaut. Diese sich nach dem Stromnulldurchgang aufbauende Spannung hängt zum großen Teil von den Kapazitäten, den Induktivitäten und Widerständen ab, die dann in einem Stromkreis vorhanden sind, der von der Gleichstromquelle über die Gleichstromleitungen, den Kommutierungskondensator und durch irgendwelche Lasten verläuft, die noch im Stromkreis verblieben sind. Dieser Stromkreis ist ein Schwingkreis, bei dem die Induktivitäten des Systems und der Kommutierungskondensator in Serie liegen, !n dem Augenblick, in dem der Strom im Unterbrecher unterbrochen wird, beginnt ein fortlaufender Energieaustausch zwischen diesen induktivitäten und dem Kommutierungskondensator, der sich durch Schwingungen bemerkbar macht, und diese Schwingungen stellen eine wesentliche Komponente derjenigen Spinnung dar, die sich unmittelbarWhether the breaker can completely interrupt the current at this point depends on whether it can withstand the voltage that builds up immediately after the current crosses zero. This voltage that builds up after the current has passed through zero depends largely on the capacities, the inductances and resistances, which are then present in a circuit created by the DC power source via the DC power lines, the commutation capacitor and any Loads that are still in the circuit. This circuit is an oscillating circuit in which the Inductances of the system and the commutation capacitor are in series,! N the moment in which the current in the breaker is interrupted, a continuous exchange of energy between them begins inductances and the commutation capacitor, which is noticeable through vibrations, and these vibrations represent an essential component of those spinning that are directly

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nach einem Stromnulldurchgang an dem Unterbrecher aufbaut.builds up after a current zero crossing at the interrupter.

Diese Spannung konnte zwar durch Verwendung eines großen Kommutierungskondensators gesenkt werden. Dieser Möglichkeit sind aber aus wirtschaftlichen Gründen Grenzen gesetzt, da dieser Kondensator _aüS wirtschaftlichen Gründen so klein wie möglich sein sollte. Dieser Nachteil läßt sich auch nicht allein durch einen einzigen Kommutierungskondensator beseitigen, der aufeinanderfolgenden Stromzweigen nacheinander zugeschaltet wird, wie es aus der CUPS 2 31971 bekannt ist.This voltage could be reduced by using a large commutation capacitor. However, there are limits to this possibility for economic reasons, since this capacitor _{should be} as small as possible for economic reasons. This disadvantage cannot be eliminated by a single commutation capacitor which is connected to successive branches one after the other, as is known from CUPS 2 31971.

Die der Erfindung zugrunde hegende Aufgabe besteht deshalb darin, ohne Vergrößerung des Kommutierungskondensators den Maximalwert derjenigen Spannung herabzusetzen, der durch diese Schwingungen hervorgerufen wird, so daß die Wahrscheinlichkeit größer wird, daß der Unterbrecher dieser Spannung ohne Durchschlag widerstehen kann.The object on which the invention is based is therefore to do without enlarging the commutation capacitor reduce the maximum value of that voltage which is caused by these oscillations, so that the probability becomes greater that the breaker can withstand this voltage without breakdown.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Stromzweig zur Begrenzung der Gegenspannung an den Kontakten des Stromunterbrechers vorgesehen ist, die entwickelt wird, wenn der Lichtbogenstrom zwischen den geöffneten Kontakten des Stromunterbrechers durch den Kommutierungsstrom auf Null heruntergedrückt wird, der einen normalerweise nichtleitenden Funkenstreckenschalter und einen Widerstand aufweist und netzseitig vor dem Stromunterbrecher und dem Stromrückleiter liegt, daß dieser normalerweise nichtleitende Funkenstreckenschalter in der Nähe des Nulldurchgangs des Lichtbogenstroms zwischen den Kontakten des Stromunterbrechers gezündet wird, so daß ein Strom direkt aus dem Netz durch den Funkensireckenschalter und den Widerstand fließt und daß Mittel vorgesehen sind, durch die der Kommutierungskondensator dem Funkenstrekkenschalter parallel schaltbar ist, so daß auch in dem Funkenstreckenschalter ein Stromnulldurchgang erzwungen wird.This object is achieved according to the invention in an arrangement of the type mentioned at the outset solved that a branch to limit the counter voltage at the contacts of the circuit breaker is provided, which is developed when the arc current between the opened contacts of the circuit breaker is pushed down to zero by the commutation current, the one normally non-conductive spark gap switch and a resistor and on the network side in front of the Circuit breaker and the current return conductor is that this normally non-conductive spark gap switch near the zero crossing of the arc current between the contacts of the circuit breaker is ignited, so that a current is drawn directly from the network through the spark control switch and the Resistance flows and that means are provided through which the commutation capacitor to the spark gap switch can be switched in parallel, so that a current zero passage is also forced in the spark gap switch will.

Vorzugsweise wird der normalerweise nichtleitende Funkenstreckenschalter in dem Stromzweig zur Begrenzung der Gegenspannung unmittelbar nach dem Nulldurchgang des Lichtbogenstromes zwischen den Kontakten des Stromunterbrechers gezündet.The normally non-conductive spark gap switch in the current branch is preferably used for limiting the counter voltage immediately after the zero crossing of the arc current between the Circuit breaker contacts ignited.

Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.Further advantageous exemplary embodiments of the invention emerge from the remaining subclaims.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß Spannungsspitzen bereits vor dem Eingang zum Stromunterbrecher abgeleitet und darin enthaltene Energie vernichtet wird, so daß der Stromunterbrecher und sein zugehöriger Kommutierungskondensator entsprechend weniger belastet wird. Zwar enthält dieser Begrenzungszweig ebenfalls einen Funkenstreckenschalter, der gelöscht werden muß, aber zu diesem Zweck kann in vorteilhafter Weise der gleiche Kommutierungskondensator verwendet werden, der für den mit der Last in Serie geschalteten Stromunterbrecher vorgesehen ist.The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that voltage peaks are already present the input to the circuit breaker and the energy contained therein is destroyed, so that the Circuit breaker and its associated commutation capacitor is correspondingly less loaded. This limiting branch also contains a spark gap switch that must be extinguished, but the same commutation capacitor can advantageously be used for this purpose, intended for the circuit breaker connected in series with the load.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung gemäß der Erfindung besteht darin, daß durch sie ein Gleichspannung führendes Hochspannungsnetz gegen Blitzschläge geschützt werden kann.Another advantage of the arrangement according to the invention is that through it a direct voltage leading high-voltage network can be protected against lightning strikes.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention will now be described with reference to the following description and drawing of a preferred one Embodiment explained in more detail.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Stromunterbrechungsanordnung, die im normalen, geschlossenen Zustand dargestellt ist;Fig. 1 shows schematically a current interruption arrangement, which is shown in the normal, closed state;

F i g. 2 zeigt schematisch die Anordnung nach Fig. 1 während einer Stromunterbrechung;F i g. 2 schematically shows the arrangement according to FIG. 1 during a power interruption;

F i g. 3 ist eine graphische Darstellung und stellt den zeitlichen Verlauf des Stromes dar, der während einer Stromunterbrechung in der Anordnung nach Fig. 1 bzw. Fig. 2 fließt;F i g. 3 is a graph showing the time course of the current that flows during a Current interruption in the arrangement according to FIG. 1 or FIG. 2 flows;

Fig.4 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus der Anordnung nach den F i g. 1 und 2.4 shows schematically a section from the Arrangement according to FIGS. 1 and 2.

ίο In der Fig. 1 ist schematisch ein Gleichspannung führendes Hochspannungsnetz mit einer Gleichspannungsquelle 12, einer Last 14 und einer Leitung 16 dargestellt, durch die der Last Gleichstrom zugeführt wird. Es sei angenommen, daß der normale Strom in Richtung der Pfeile 17 fließt und über eine Rückleitung 19 zur Gleichspannungsquelle zurückkehrt. Die Gleichspannungsquelle 12 ist schematisch als ein Transformator 20 und ein Gleichrichter 21 dargestellt, der in Serie mit der Sekundärwicklung des Transformators liegt. Um den Strom für die Last 14 ein- und ausschalten zu können, ist ein Stromunterbrecher 25 zwischen der Last 14 und der Gleichspannungsquelle 12 in die Leitung 16 eingesetzt. Die eingangsseitige Induktivität des ganzen Netzes ist mit 18 bezeichnet worden. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Unterbrecher 25 ein Vakuumunterbrecher. Dieser Vakuumunterbrecher weist ein hochevakuiertes, zum Teil aus Isoliermaterial hergestelltes Gehäuse 26 auf, in dem zwei gegeneinander bewegbare Kontakte 27 und 28 angeordnet sind. Der feststehende Kontakt ist der linke Kontakt 27, während der rechte Kontakt 28 der bewegbare Kontakt ist, der rechts aus dem Gehäuse 26 herausragt. Der rechte Kontakt 28 und das Gehäuse 26 sind mittels eines Federbalges 29 vakuumdicht miteinander verbunden, so daß der rechte Kontakt 28 horizontal hin- und hergeschoben werden kann, ohne daß das Vakuum im Gehäuse 26 beeinträchtigt wird.ίο In Fig. 1, a direct voltage is schematically leading high-voltage network with a DC voltage source 12, a load 14 and a line 16 through which DC power is supplied to the load. Assume that the normal current in Direction of arrows 17 flows and returns via a return line 19 to the DC voltage source. The DC voltage source 12 is shown schematically as a transformer 20 and a rectifier 21 connected in series with the secondary winding of the transformer. To turn the power for the load 14 on and off too is a circuit breaker 25 between the load 14 and the DC voltage source 12 in the line 16 used. The inductance of the entire network on the input side has been designated by 18. In the illustrated preferred embodiment of the invention, the interrupter 25 is a vacuum interrupter. This vacuum interrupter has a highly evacuated, partly made of insulating material Housing 26, in which two mutually movable contacts 27 and 28 are arranged. the fixed contact is the left contact 27, while the right contact 28 is the movable contact, the protrudes from the housing 26 on the right. The right contact 28 and the housing 26 are by means of a Bellows 29 connected to one another in a vacuum-tight manner, so that the right contact 28 back and forth horizontally can be pushed without the vacuum in the housing 26 is impaired.

Der rechte Kontakt 28 wird in der Schließstellung nach F i g. 1 durch eine Klinke 30 festgehalten und durch eine Feder 32 nach rechts in die Öffnungsstellung vorgespannt. Wenn die Klinke 30 freigegeben wird, zieht die Feder 32 den bewegbaren Kontakt 28 nach rechts, so daß zwischen den Kontakten ein Spalt 33 entsteht, der in F i g. 2 dargestellt ist. Bei dieser Trennung der Kontakte entsteht in dem Spalt 33 ein Lichtbogen 34, der schnell erlöscht und auch nicht wieder zündet, so daß der Stromkreis unterbrochen wird. Die Art und Weise, wie dieses geschieht, wird noch näher erläutert. Um die Metalldämpfe, die durch den Lichtbogen erzeugt werden, kondensieren zu können, und um die Isolation des Gehäuses 26 vor diesen Metalldämpfen zu schützen, ist innerhalb des Gehäuses ein Abschirmzylinder 31 aus Metall vorgesehen worden. Der Vakuumunterbrecher 25 kann von üblicher Bauart sein und ist daher nur schematisch dargestellt. Ausführungsbeispiele für Vakuumunterbrecher, die in einer erfindungsgemäßen Anordnung verwendet werden können, sind in den US-Patentschriften 29 49 und 30 89 936 beschrieben worden.The right contact 28 is in the closed position according to FIG. 1 held by a pawl 30 and through a spring 32 is biased to the right in the open position. When the pawl 30 is released, the spring 32 pulls the movable contact 28 to the right, so that a gap 33 between the contacts arises, which is shown in FIG. 2 is shown. With this separation of the contacts, a occurs in the gap 33 Arc 34, which extinguishes quickly and does not ignite again, so that the circuit is interrupted will. The way in which this is done is explained in more detail below. To avoid the metal fumes emitted by the Arcs are generated to be able to condense, and to isolate the housing 26 from these To protect metal vapors, a shielding cylinder 31 made of metal has been provided within the housing. The vacuum interrupter 25 can be of conventional design and is therefore only shown schematically. Exemplary embodiments of vacuum interrupter used in an arrangement according to the invention have been described in U.S. Patents 2,949 and 3,089,936.

Die Unterbrechung von Gleichstrom ist wesentlich schwieriger als die Unterbrechung von Wechselstrom, da Wechselstrom natürliche Nulldurchgänge aufweist. Bei Wechselströmen treten die Nulldurchgänge nach 05 jeder Halbwelle auf, und um Wechselstrom zu unterbrechen, ist es nur notwendig, eine Rückzündung des Lichtbogens nach einem Nulldurchgang zu vermeiden. Bei der Unterbrechung von Gleichstrom ist esInterrupting direct current is much more difficult than interrupting alternating current, since alternating current has natural zero crossings. In the case of alternating currents, the zero crossings occur 05 on every half-wave, and in order to interrupt the alternating current, it is only necessary to initiate a flashback to avoid the arc after a zero crossing. When interrupting direct current it is

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jedoch erforderlich, zuerst den Strom auf Null herunterzudrücken und anschließend dafür zu sorgen, daß keine Rückzündungen mehr auftreten.however, it is necessary to first push the current down to zero and then ensure that that no more re-ignitions occur.

Eine Möglichkeit, den Strom in einem Unterbrecher zu Null zu machen, besteht darin, einen Hilfsstrom durch den Unterbrecher hindurchzuschicken, der dem Hauptstrom entgegengesetzt gerichtet ist. Diese Möglichkeit wird im dargestellten Ausführungsbeispiel verwendet, und zwar wird der Hilfsstrom aus dem Kommutierungskondensator 35 abgeleitet. Wie noch näher erläutert wird, ist der Kondensator 35 mit der in der F i g. 1 dargestellten Polarität aufgeladen. Der Kondensator 35 ist in einem Kommutierungskreis 36 angeordnet, der die Kontakte 27, 28 des Unterbrechers 25 überbrückt. Der Bogenlöschkreis 36 ist normalerweise geöffnet, da in ihm in Serie mit dem Kommutierungskondensator 35 ein normalerweise offener Schalter 38 liegt. Wenn der Schalter 38 geschlossen wird, entlädt sich der Kondensator 35 durch eine Schleife, in der die Unterbrecherkontakte 27 und 28 und der Bogenlöschkreis 36 in Serie liegen. Zu Beginn fließt der Entladungsstrom Id in der Schleife aus den Kontakten 27 und 28 und dem Bogenlöschkreis 36 in Richtung der Pfeile 39.One way to zero the current in a breaker is to send an auxiliary current through the breaker in the opposite direction to the main current. This possibility is used in the illustrated embodiment, namely the auxiliary current is derived from the commutation capacitor 35. As will be explained in more detail, the capacitor 35 is with the one shown in FIG. 1 charged polarity. The capacitor 35 is arranged in a commutation circuit 36 which bridges the contacts 27, 28 of the interrupter 25. The arc extinguishing circuit 36 is normally open, since a normally open switch 38 is located in it in series with the commutation capacitor 35. When the switch 38 is closed, the capacitor 35 discharges through a loop in which the breaker contacts 27 and 28 and the arc extinguishing circuit 36 are in series. At the beginning, the discharge current Id flows in the loop from the contacts 27 and 28 and the arc extinguishing circuit 36 in the direction of the arrows 39.

Diese Schleife stellt einen Schwingkreis dar. Die Kapazität dieses Schwingkreises besteht hauptsächlich aus dem Kondensator 35, während seine Induktivität als Induktivität 50 dargestellt werden kann. Dieser Entladestrom ist ein Strom mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz der dem Strom Il auf der Leitung 16 überlagert ist. Dieser Zusammenhang ist in der F i g. 3 dargestellt, in der der gesamte Strom durch den Unterbrecher als Kurve h gezeigt ist. Wenn sich der Kondensator am Zeitpunkt 52 zu entladen beginnt, baut sich der Entladestrom Io sehr rasch bis zu einem positiven Spitzenwert auf und nimmt dann bis zu einem negativen Spitzenwert ab. Dieser negative Spitzenwert des Entladestromes fließt durch den Unterbrecher 25 in einer Richtung hindurch, die der Richtung des Stromes Il entgegengesetzt ist, so daß der gesamte Strom h im Augenblick 53 der F i g. 3 Null wird.This loop represents an oscillating circuit. The capacitance of this oscillating circuit consists mainly of the capacitor 35, while its inductance can be represented as inductance 50. This discharge current is a current with a relatively high frequency which is superimposed on the current II on the line 16. This relationship is shown in FIG. 3, in which the total current through the breaker is shown as curve h . When the capacitor begins to discharge at time 52, the discharge current Io builds up very quickly to a positive peak value and then decreases to a negative peak value. This negative peak value of the discharge current flows through the interrupter 25 in a direction which is opposite to the direction of the current II , so that the entire current h at the moment 53 of FIG. 3 becomes zero.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Stromunterbrechung durch Trennen der Kontakte 27 und 28 eingeleitet, so daß zwischen den Kontakten ein Lichtbogen entsteht, wie es in F i g. 2 gezeigt ist. Nach einer vorgegebenen Zeitspanne wird dann der Schalter 38 geschlossen, um den Bogenlöschkreis 36 zu vervollständigen. Dieses ist ebenfalls in F i g. 2 dargestellt. Dadurch fließt der hochfrequente Entladestrom Io durch den Bogenlöschkreis 36 und den Unterbrecher 25 hindurch, so daß der Gesamtstrom Null wird, wie es in der F i g. 3 dargestellt und eben gerade beschrieben wurde. Wenn der Gesamtstrom Null wird, erlischt der Lichtbogen zwischen den Kontakten.In a preferred embodiment of the invention, the current interruption is initiated by separating the contacts 27 and 28, so that an arc arises between the contacts, as shown in FIG. 2 is shown. After a predetermined period of time, the switch 38 is then closed in order to complete the arc extinguishing circuit 36. This is also shown in FIG. 2 shown. As a result, the high-frequency discharge current Io flows through the arc extinguishing circuit 36 and the interrupter 25, so that the total current becomes zero, as shown in FIG. 3 and has just been described. When the total current becomes zero, the arc between the contacts is extinguished.

Die Stromunterbrechung ist dann vollständig, wenn der Spalt 33, der dann zwischen den Kontakten 27 und 28 vorhanden ist, der Gegenspannung widerstehen kann, die sich an dem Spalt nach dem Stromnulldurchgang sehr rasch aufbaut. Der dargestellte Unterbrecher ist ein Vakuumunterbrecher, bei dem sich die Durchschlagsfestigkeit nach dem Erlöschen des Bogens bei einem Stromnulldurchgang außerordentlich rasch wieder einstellt, und dieses unterstützt die Unterdrückung von Rückzündungen durch die Gegenspannung. Ein weiteres Mittel, die Wahrscheinlichkeit für Rückzündungen herabzusetzen, besteht darin, den Spitzenwert zu beschneiden, den diese Gegenspannung erreichen kann. Dieses wird noch im einzelnen erläutert.The current interruption is complete when the gap 33, which is then between the contacts 27 and 28 is present, can withstand the counter-voltage that is present at the gap after the current has passed zero builds up very quickly. The interrupter shown is a vacuum interrupter, in which the dielectric strength after the arc is extinguished with a current zero crossing again extremely quickly adjusts, and this supports the suppression of backfire by the counter voltage. A Another means of reducing the likelihood of re-ignition is to use the peak value to cut that this counter-tension can achieve. This will be explained in detail later.

Der normalerweise offene Schalter 38 ist vorzugsweise ein steuerbarer Funkenstreckenschalter, wie er beispielsweise in der US-Patentschrift 30 87 092 beschrieben worden ist. Der Spalt dieses Schalters wird durch zwei Hauptelektroden 40 und 42 gebildet, die in einem hochevakuierten Gehäuse 44 in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind. Dieser Spalt ist mit 45 bezeichnet. In der Nähe der einen Hauptelektrode 42 ist eine Zündelektrode 46 angeordnet, die von einer wasserstoffimprägnierten Titanschicht auf einem keramischen Stab 48 gebildet ist. Dieser keramische Stab 48 ist koaxial zur Hauptelektrode 42 angeordnet und außen gegen die Hauptelektrode 42 abgedichtet. Ein Teil des Keramikstabes 48 ist nicht mit Titan beschichtet. Dieser Teil begrenzt einen Zündspalt 51 und isoliert unter normalen Verhältnissen die Zündelektrode 46 von der Hauptelektrode 42. Durch den Keramikstab 48 geht eine elektrische Leitung 49 hindurch, die oben an der Zündelektrode 46 endet.The normally open switch 38 is preferably a controllable spark gap switch such as this has been described, for example, in US Pat. No. 3,087,092. The gap of this switch will be formed by two main electrodes 40 and 42, which are in a highly evacuated housing 44 in a particular Are spaced from each other. This gap is denoted by 45. Near the one Main electrode 42 is arranged an ignition electrode 46, which is made of a hydrogen-impregnated titanium layer is formed on a ceramic rod 48. This ceramic rod 48 is coaxial with the main electrode 42 arranged and sealed against the main electrode 42 on the outside. Part of the ceramic rod 48 is not coated with titanium. This part limits an ignition gap 51 and isolates under normal conditions the ignition electrode 46 from the main electrode 42. An electrical line 49 runs through the ceramic rod 48 through, which ends at the top of the ignition electrode 46.

Wenn zwischen die Zündelektrode 46 und die Hauptelektrode 42 ein elektrischer Impuls angelegt wird, findet im Zündspalt 51 ein Durchbruch statt, und der dabei entstehende Funken setzt aus der wasserstoffimprägnierten Zündelektrode 46 eine kleine Menge Wasserstoff frei. Dieser Wasserstoff wird schnell ionisiert und gelangt in den Hauptspalt 45 hinein. Dadurch wird die Durchschlagsfestigkeit des Hauptspaltes herabgesetzt und der Durchschlag im Hauptspalt eingeleitet. Der Lichtbogen, der sich nach dem Durchschlag des Hauptspaltes 45 zwischen den Elektroden 40 und 42 ausbildet, ist in der F i g. 2 bei 47 dargestellt. Wenn der Hauptspalt 45 durchgeschlagen ist, kann sich der Kommutierungskondensator 35 über den Lichtbogen 47 durch den Bogenlöschkreis 36 entladen, wie es bereits beschrieben wurde, so daß der Strom im Hauptunterbrecher 25 Null wird.When an electrical pulse is applied between the ignition electrode 46 and the main electrode 42 is, a breakthrough takes place in the ignition gap 51, and the resulting spark is released from the hydrogen-impregnated Ignition electrode 46 releases a small amount of hydrogen. This hydrogen is going fast ionizes and enters the main gap 45. This increases the dielectric strength of the main gap reduced and the breakthrough initiated in the main gap. The arc that occurs after the Forming breakdown of the main gap 45 between the electrodes 40 and 42 is shown in FIG. 2 at 47 shown. If the main gap 45 is broken down, the commutation capacitor 35 can over the arc 47 discharged through the arc extinguishing circuit 36, as already described, so that the Current in the main breaker 25 becomes zero.

Wenn der Strom in dem Bogenlöschkreis 36 schließlich Null wird, was noch erklärt werden soll, stellt sich die Durchschlagsfestigkeit des Hauptspaltes 45 im Schalter 38 von selbst wieder ein, so daß sich der Funkenstreckenschalter 38 wieder in seinem normalerweise geöffneten Ausgangszustand befindet.When the current in arc extinguishing circuit 36 finally goes to zero, which will be explained later the dielectric strength of the main gap 45 in the switch 38 by itself again, so that the Spark gap switch 38 is back in its normally open initial state.

Die Impulse zum Zünden des Zündspaltes werden von irgendeinem üblichen Impulsgenerator abgeleitet.The pulses for igniting the ignition gap are derived from any conventional pulse generator.

Ein solcher Impulsgenerator ist bei 56 dargestellt worden. Er ist über Impulsleitungen 49, 51 mit der Zündelektrode und der Hauptelektrode verbunden. Der Impulsgenerator 56 wird von dem bewegbaren Kontakt 28 des Unterbrechers 25 angesteuert, wenn derSuch a pulse generator has been shown at 56. He is via pulse lines 49, 51 with the Ignition electrode and the main electrode connected. The pulse generator 56 is driven by the movable contact 28 of the interrupter 25 activated when the

bewegbare Kontakt 28 auf seinem Öffnungshub einen bestimmten Punkt erreicht hat. An dieser Stelle schließl eine Nocke 74 auf dem bewegbaren Kontakt 28 einer normalerweise offenen Schalter 75, so daß eir Einschaltkreis 73 für den Impulsgenerator 56 geschlos sen wird. Dadurch wird an den Zündspalt 51 eii Zündimpuls angelegt, durch den der Funkenstrecken schalter 38 geschlossen wird. Die F i g. 2 zeigt, welchi Stellung die verschiedenen Einzelteile einnchmer nachdem der Schalter 75 geschlossen ist, um zu Zündung des Funkenstreckenschalters 38 einen Zünd impuls aus dem Generator 56 hervorzurufen.movable contact 28 has reached a certain point on its opening stroke. Finally at this point a cam 74 on the movable contact 28 of a normally open switch 75 so that eir Switch-on circuit 73 for the pulse generator 56 is closed. This is to the ignition gap 51 eii Ignition pulse applied through which the spark gap switch 38 is closed. The F i g. 2 shows which Position the various parts one after the other after switch 75 is closed to close Ignition of the spark gap switch 38 to produce an ignition pulse from the generator 56.

Eine Möglichkeit zum Aufladen des Kommutierung; kondensators 35, die auch beim erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist bereits vorg< schlagen worden. Nach diesem Vorschlag wird d< Kondensator 35 ohne Verwendung einer zusätzliche Hilfsquelle direkt von den Netzleitungen 16 und 19 h( aufgeladen. Hierfür ist der KommuticrungskondensawOne way to charge the commutation; capacitor 35, which is also used in the invention Embodiment is used, has already been proposed. According to this proposal, d < Capacitor 35 without the use of an additional auxiliary source directly from the power lines 16 and 19 h ( charged. The commutation condensate is used for this

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35 direkt mit dem Eingang des Unterbrechers 25 verbunden, und zwischen der Verbindung zwischen dem Kondensator 35 und dem Schalter 38 geht ein Aufiadezweig 54 zur Rückleitung 19 ab. Der Kondensator 35 ist daher immer mit dem Gleichspannungsnetz verbunden, also auch dann, wenn der Schalter 38 offen ist.35 connected directly to the input of the breaker 25, and between the connection between the A charging branch 54 leads to the return line 19 from the capacitor 35 and the switch 38. The condenser 35 is therefore always connected to the DC voltage network, even when the switch 38 is open is.

Der Aufladezweig 54 weist einen ziemlich hohen Widerstand 55 auf. Unabhängig davon, ob der Unterbrecher 25 offen oder geschlossen ist, sind der Kommutierungskondensator 35 und der in Serie dazu liegende Widerstand 55 an die Anschlüsse der Gleichspannungsquelle 12 angeschlossen. Unabhängig davon, ob der Unterbrecher 25 offen oder geschlossen ist, kann der Kondensator 35 von der Spannungsquelle 12 her auf die volle Netzspannung aufgeladen werden (sofern der Schalter 38 offen ist).The charging branch 54 has a fairly high resistance 55. Regardless of whether the Interrupter 25 is open or closed, the commutation capacitor 35 and the one in series with it lying resistor 55 is connected to the connections of the DC voltage source 12. Independent of whether the breaker 25 is open or closed, the capacitor 35 can from the voltage source 12 can be charged to full mains voltage (provided that switch 38 is open).

Da der Kommutierungskondensator auch dann auf die volle Netzspannung aufgeladen wird, wenn der Unterbrecher 25 offen ist, ist es möglich, den Unterbrecher 25 zu schließen und dabei die Gewähr zu haben, den Unterbrecher unmittelbar darauf wieder öffnen zu können, wenn dieses beispielsweise durch einen Fehler im Netz notwendig erscheint.Since the commutation capacitor is charged to the full line voltage even when the Breaker 25 is open, it is possible to close the breaker 25 and thereby the guarantee have to be able to open the breaker again immediately afterwards, for example if this is due to an error in the network appears necessary.

Der Widerstand 55 sollte einen verhältnismäßig hohen Wert haben, damit sich der Kondensator 35 nicht zu schnell entlädt, wenn ein Fehler zwischen den Leitungen 16 und 19 an einer Stelle auftritt, die dicht am Unterbrecher 25 liegt. Ein solcher Fehler ist in der Fig. 1 mit F bezeichnet worden. Wenn nämlich ein derartiger Fehler am Ausgang des Unterbrechers auftritt, würde der Widerstand 55 durch diesen Fehler dem Kondensator 35 parallel geschaltet werden, so daß sich der Kondensator durch den Widerstand 55 hindurch zu entladen beginnt. Wenn jedoch der Kondensator 35 vor dem Schließen des Schalters 38 bereits einen wesentlichen Teil seiner Ladung verloren hat, kann er den erforderlichen Kommutierungsstrom nicht mehr liefern, wenn der Schalter 38 geschlossen wird. Der Widerstand 55 sollte also so groß sein, daß eine derartige zu schnelle Entladung des Kondensators 35 nicht möglich ist.The resistor 55 should have a relatively high value so that the capacitor 35 does not discharge too quickly if a fault occurs between the lines 16 and 19 at a point which is close to the breaker 25. Such a fault has been designated by F in FIG. If such an error occurs at the output of the interrupter, the resistor 55 would be connected in parallel to the capacitor 35 by this error, so that the capacitor begins to discharge through the resistor 55. If, however, the capacitor 35 has already lost a substantial part of its charge before the switch 38 is closed, it can no longer supply the required commutation current when the switch 38 is closed. The resistor 55 should therefore be so large that such a too rapid discharge of the capacitor 35 is not possible.

Um das öffnen der ganzen Stromunterbrecheranordnung auszulösen, ist ein üblicher Steuerkreis 59 vorgesehen, der vereinfacht und schematisch dargestellt ist. Dieser Steuerkreis 59 weist eine Leitung 60 auf, die zwischen dem positiven und negativen Anschluß einer Steuerspannungsquelle verläuft. Diese Leitung führt zu normalerweise geöffneten Kontakten 62a eines Überstromrelais 62 und zur Spule eines Auslösemagneten 64, mit dem die Klinke 30 gesteuert wird. Wenn der Strom in der Leitung 16 einen vorgegebenen Wert überschreitet, zieht das Relais 62 an, so daß die Kontakte 62;i geschlossen werden. Dadurch wird der Stromkreis für den Auslösemagneten 64 geschlossen. Der Auslösemagnet löst daraufhin die Klinke 30 aus, woraufhin der Unterbrecher 25 geöffnet wird.A conventional control circuit 59 is used to initiate the opening of the entire circuit breaker assembly provided, which is shown in a simplified and schematic manner. This control circuit 59 has a line 60 which runs between the positive and negative terminals of a control voltage source. This line leads to normally open contacts 62a of an overcurrent relay 62 and to the coil of a trip magnet 64, with which the pawl 30 is controlled. If the current in line 16 exceeds a predetermined value, the relay 62 picks up, so that the contacts 62; i are closed. This will set up the circuit for the release magnet 64 is closed. The release magnet then triggers the pawl 30, whereupon the Breaker 25 is opened.

Man kann die ganze Anordnung auch von Hand öffnen, wenn man einen Schalter 80 schließt, der den normalerweise offenen Kontakten des Überstromrclais 62 parallel geschaltet ist. Dadurch wird der Auslösestromkreis 59 geschlossen, so daß das öffnen der ganzen Anordnung ausgelöst wird, wie es bereits beschrieben wurde.You can open the whole arrangement by hand if you close a switch 80 that the normally open contacts of the overcurrent circuit 62 is connected in parallel. This creates the trip circuit 59 closed, so that the opening of the whole arrangement is triggered, as it was already has been described.

Als Unterbrecher 25 wird in der Anordnung zum Unterbrechen von Gleichstrom vorzugsweise ein Vakuumunterbrecher verwendet. Man kann aber auch andere Arten von Schaltgerälcn verwenden, beispielsweise steuerbare Siliziumgleichrichter.A breaker 25 is preferably used in the arrangement for interrupting direct current Vacuum interrupter used. But you can also use other types of Schaltgerälcn, for example controllable silicon rectifiers.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß sich an dem Spalt 33 eine Gegenspannung aufbaut, wenn der Strom des Lichtbogens 34 im Unterbrecher 25 durch den Entladestrom des Kommutierungskondensators 35 zu Null gemacht worden ist. Eine wesentliche Komponente dieser Gegenspannung stammt von der Energie, die in der Induktivität 18 gespeichert ist und mit der der Kondensator 35 aufgeladen wird, sobald der Strom imIt has already been pointed out that an opposing voltage builds up at the gap 33 when the current of the arc 34 in the interrupter 25 due to the discharge current of the commutation capacitor 35 Zero has been made. A major component of this counter-tension comes from the energy contained in the inductance 18 is stored and with which the capacitor 35 is charged as soon as the current in

ίο Unterbrecher 25 Null wird. In vielen praktischen Fällen kann die Menge dieser Energie außerordentlich hoch sein, so daß der Kondensator 35 ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen auf eine außerordentlich hohe Spannung aufgeladen werden kann. Der maximale Spannungswert, auf den der Kondensator durch diesen Vorgang aufgeladen werden kann, wird jedoch durch einen Schaltkreis 99 beschränkt, der einen normalerweise offenen Funkenstreckenschalter 100 und einen nichtlinearen Widerstand 102 aufweist, die in Serie hintereinander zwischen den netzseitigen Anschluß des Unterbrechers 25 und die Rückleitung 19 geschaltet sind. Dieser Funkenstreckenschalter 100 wird etwa in der Gegend des Stromnulldurchganges gezündet, und zwar vorzugsweise unmittelbar nach diesem Nulldurchgang, jedoch noch bevor dem Zeitpunkt, an dem die Gegenspannung an den Kontakten auf einen Wert angestiegen ist, bei dem Rückzündungen im Spalt zwischen den Kontakten des Unterbrechers 25 auftreten können. Das Zünden des Funkenstreckenschalters 100 leitet Strom durch den Kreis 99 über den nichtlinearen Widerstand 102 ab, so daß die Energie der Schwingungen in dem nichtlinearen Widerstand vernichtet wird.ίο Interrupter 25 becomes zero. In many practical cases the amount of this energy can be extremely high, so that the capacitor 35 without the invention Measures can be charged to an extremely high voltage. The maximum However, the voltage value to which the capacitor can be charged by this process is determined by a circuit 99 which includes a normally open spark gap switch 100 and a having non-linear resistor 102, which in series one behind the other between the network-side connection of the Interrupter 25 and the return line 19 are connected. This spark gap switch 100 is approximately in the area of the current zero crossing, preferably immediately after this zero crossing, however, even before the point in time at which the counter voltage at the contacts has reached a value has increased, in which reignition occurs in the gap between the contacts of the interrupter 25 be able. The ignition of the spark gap switch 100 conducts current through the circuit 99 via the nonlinear resistor 102 from, so that the energy of the oscillations in the nonlinear resistor is destroyed will.

Der Funkenstreckenschalter 100 ist vorzugsweise ein steuerbarer Vakuumschalter der gleichen Art, wie er für den Funkenstreckenschalter 38 verwendet wird. Die Einzelteile des Funkenstreckenschalters 100, die entsprechenden Einzelteile des Funkenstreckenschalters 38 gleichartig sind, sind daher mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet worden, nur wurde vor jede Bezugsziffer noch eine 1 gesetzt. Der Funkenstreckenschalter IOC wird durch ein Impuls aus einem Impulsgenerator 101 gezündet, wenn ein Schalter 103 im Eingangskreis IW des Impulsgenerators geschlossen wird.The spark gap switch 100 is preferably a controllable vacuum switch of the same type as it is for the spark gap switch 38 is used. The individual parts of the spark gap switch 100, the corresponding Individual parts of the spark gap switch 38 are similar and are therefore given the same reference numerals only a 1 was placed in front of each reference number. The spark gap switch IOC is ignited by a pulse from a pulse generator 101 when a switch 103 in the input circuit IW of the pulse generator is closed.

Der nichtlineare Widerstand 102 ist vorzugsweise au< einem Material mit einer negativen Widerstands-Strom-Kennlinie hergestellt. Wenn der Strom in diesen· Widerstand 102 unmittelbar nach dem Zünden de; Funkenstreckenschalters 100 hoch ist, ist der Wert de; Widerstandes 102 niedrig, so daß hohe Ströme durcl den Widerstand hindurchfließen können, ohne daß dei Spannungsabfall am Widerstand 102 zu groß wird Wenn die Energie des Spannungsstoßes fast gänzlicl vernichtet ist, wird der Wert des Widerstandes IO:The non-linear resistor 102 is preferably au < made of a material with a negative resistance-current characteristic. When the current in these Resistor 102 immediately after ignition de; Spark gap switch 100 is high, the value is de; Resistance 102 low, so that high currents can flow through the resistor without the Voltage drop across resistor 102 is too great If the energy of the voltage surge is almost entirely is destroyed, the value of the resistor IO is:

rasch größer, so daß der Strom durch den Kreis 99 au einen wesentlich niedrigeren Wert begrenzt wird, de beispielsweise ein Zehntel des ursprünglichen Strome: in der Netzleitung betragen kann. Der nichtlinean Widerstand 102 ist so gewählt, daß er den Folgestrom s< stark als möglich begrenzen kann, ohne daß sielrapidly increases so that the current through circuit 99 is limited to a much lower value, de for example, a tenth of the original current: in the power line. The nonlinean Resistor 102 is chosen so that it can limit the follow current s <as much as possible without falling

während der anfänglichen Entladung der Überspan nungsenergie ein zu hoher Spannungsabfall an diesen Widerstand aufbaut.an excessive voltage drop across them during the initial discharge of the overvoltage energy Resistance builds up.

Der Funkenstreckenschalter 100, der ein Vakuum Schalter ist, kann den Strom im Kreis 99 erst dam unterbrechen, wenn der Strom auf Null herunterge drückt worden ist. Um dieses zu erreichen, wird den Funkcnstrcckcnschalter 100 ein KommutierungsstronThe spark gap switch 100, which is a vacuum switch, can only start the current in circuit 99 interrupt when the current has been pushed down to zero. To achieve this, the Radio control switch 100 is a commutation current

709 B47/5709 B47 / 5

18 OO 205^-18 OO 205 ^ -

zugeführt, der vom gleichen Kondensator 35 abgeleitet ist, der bereits zur Umkehr des Stromes im Hauptunterbrecher 25 verwendet wird. Der Kondensator ist zu diesem Zeitpunkt aufgeladen, da er von dem Überspannungsstoß aufgeladen wurde, wie es bereits beschrieben worden ist.fed, which is derived from the same capacitor 35 that is already used to reverse the current in the main breaker 25 is used. The capacitor is charged at this point because it was affected by the surge voltage has been charged as previously described.

Um diesen Kommutierungsstrom auszulösen, ist ein dritter steuerbarer Funkenstreckenschalter 200 vorgesehen, der ebenfalls ein Vakuumschalter ist und in Serie mit dem Kondensator 35 über den zweiten Funkenstrekkenschalter 100 geschaltet ist. Dieser Funkenstreckenschalter 200 ist normalerweise geöffnet. Er kann jedoch durch einen Impuls aus einem Impulsgenerator 201 gezündet werden, der an dem Zündspalt 251 angelegt wird. Der Impulsgenerator 201 gibt dann den Zündimpuls ab, wenn in seinem Eingangskreis 204 ein passender Schalter 203 geschlossen wird. Wie das Schließen des Schalters 203 gesteuert wird, ist nicht Gegenstand der Erfindung und ist daher auch nicht dargestellt. In einer Ausführungsform kann man hierfür einen einfachen Verzögerungskreis (nicht gezeigt) verwenden, der den Schalter 203 etwa 10 msec nach dem Zünden des Funkenstreckenschalters 100 schließt. Wenn der dritte Funkenstreckenschalter 200 gezündet wird, kann sich der Kommutierungskondensator über die Leitungen 105 und 106 durch ihn hindurch entladen. Die Induktivität dieses Entladungsweges ist bei 108 dargestellt. Dieser Entladungsstrom ist ein oszillierender Strom, der dem Strom Id aus F i g. 3 ähnlich ist. Er bringt daher den gesamten Strom im Funkenstreckenschalter 100 auf die gleiche Weise auf Null.In order to trigger this commutation current, a third controllable spark gap switch 200 is provided, which is also a vacuum switch and is connected in series with the capacitor 35 via the second spark gap switch 100. This spark gap switch 200 is normally open. However, it can be ignited by a pulse from a pulse generator 201 which is applied to the ignition gap 251. The pulse generator 201 then emits the ignition pulse when a suitable switch 203 is closed in its input circuit 204. How the closing of the switch 203 is controlled is not the subject of the invention and is therefore not shown either. In one embodiment, a simple delay circuit (not shown) can be used for this, which closes the switch 203 approximately 10 msec after the spark gap switch 100 has been triggered. When the third spark gap switch 200 is ignited, the commutation capacitor can discharge through it via the lines 105 and 106. The inductance of this discharge path is shown at 108. This discharge current is an oscillating current which corresponds to the current Id from F i g. 3 is similar. It therefore brings all of the current in the spark gap switch 100 to zero in the same way.

Wenn der Strom Null geworden ist, bildet sich an dem Funkenstreckenschalter 100 eine Gegenspannung aus, jedoch ist der Maximalwert dieser besonderen Gegenspannung verhältnismäßig niedrig, so daß sie nicht zu Rückzündungen im Funkenstreckenschalter 100 führt. Der Grund dafür, daß der Maximalwert dieser Gegenspannung verhältnismäßig niedrig ist, besteht darin, daß der Strom, der vom Funkenstreckenschalter 100 unterbrochen wird, durch die strombegrenzende Wirkung des nichtlinearen Widerstandes 102 unmittelbar vor der Kommutierung im Funkenstreckenschalter 100 ebenfalls niedrig ist. Da die in der Induktivität 18 gespeicherte Energie dem Quadrat dieses Stromes direkt proportional ist, brauchen nur geringere Energiemengen vernichtet zu werden, und dieses kann von dem Kommutierungskondensator 35 durchgeführt werden, ohne daß eine ?'.i hohe Spannung entwickelt werden muß.When the current has become zero, an opposing voltage forms at the spark gap switch 100, however, the maximum value of this particular counter voltage is relatively low, so that it does not have to Backfires in the spark gap switch 100 leads. The reason that the maximum value of this Counter voltage is relatively low, is that the current flowing from the spark gap switch 100 is interrupted by the current-limiting effect of the non-linear resistor 102 directly before commutation in the spark gap switch 100 is also low. Since the inductance 18 stored energy is directly proportional to the square of this current, only smaller amounts of energy are required to be destroyed, and this can be done by the commutation capacitor 35, without the need to develop a high tension.

Um nun die anschließenden Spannungsübergänge möglichst gering zu halten, ist in dem Kommutierungskreis 105, 106 ein Widerstand 107 vorgesehen, der jedoch die gewünschte Stromunterbrechung durch den Funkenstreckenschalter 100 nicht beeinträchtigt. Dieser Widerstand 107 sorgt dafür, daß der Kommutierungsstrom im Kommutierungskreis 105, 106 nicht zu hoch wird. Da im Funkenstreckenschalter 100 ein wesentlich niedrigerer Strom als im Unterbrecher 25 unterbrochen wird, kann auch der Komnuitierungsstrom wesentlich kleiner als der Strom //jscin.In order to keep the subsequent voltage transitions as low as possible, a resistor 107 is provided in the commutation circuit 105, 106, which however, the desired current interruption by the spark gap switch 100 is not impaired. This Resistor 107 ensures that the commutation current in commutation circuit 105, 106 is not too high will. Since a significantly lower current in the spark gap switch 100 than in the interrupter 25 is interrupted the stream of communication can also be significant less than the current // jscin.

Aus der bisherigen Besehreibung geht also hervor, daß nur ein einziger Kommutierungskondcnsator verwendet wird, um den Strom im Hauptunterbrecher 25 und im Kreis 99 zur Unterdrückung von Überspannungen auf Null zu bringen. Die Verwendung ein und desselben Kondensators zur Durchführung dieser beiden Funktionen stellt einen erheblichen wirtschaftlichen Vorteil dar, da auf diese Weise einer der beiden sonst benötigten teuren Kondensatoren eingespart wird.From the description so far it follows that that only a single commutation capacitor is used to power the main breaker 25 and in circle 99 to suppress overvoltages to zero. Using a and Using the same capacitor to perform these two functions represents a significant economic benefit The advantage is that this saves one of the two expensive capacitors that would otherwise be required will.

Der Kreis 99 zur Unterdrückung von Überspannungen arbeitet unabhängig davon in der oben beschriebenen Weise, ob der Stromunterbrecher aufgrund eines Fehlers oder auf Wunsch geöffnet wird. Wenn der Unterbrecher aufgrund eines Fehlers geöffnet wird, wird er dabei wesentlich stärker belastet, da die höheren Ströme, die bei einem solchen Fehler auftreten, auf die ίο Speicherung wesentlich höherer Energiemengen in der Induktivität 18 führen, die im Kreis 99 vernichtet werden müssen.The overvoltage suppression circuit 99 operates independently of the above described Way whether the circuit breaker is opened due to a fault or on request. If the Interrupter is opened due to an error, it will be significantly more stressed because the higher Currents that occur in the event of such an error are due to the ίο storage of significantly higher amounts of energy in the Lead inductance 18, which must be destroyed in circle 99.

Bisher wurde nur erörtert, wie die Energie abgeführt werden kann, die netzseitig gespeichert ist. Es kann aber auch Energie auf der Lastseite des Unterbrechers gespeichert sein, die unmittelbar nach einer Stromunterbrechung abgeführt werden muß. Die lastseitige Induktivität, die schematisch bei 18a dargestellt ist, entlädt die in ihr gespeicherte Energie über den Fehlerstromweg F und drückt dabei die Spannung an den Ausgangsklemmen des Unterbrechers in die negative Richtung. Um auch diese Energie abführen zu können, ist ein lastseitiger Kreis 399 zur Unterdrückung von Überspannungen vorgesehen, der einen steuerbaren Funkenstreckenschalter 300 und einen dazu in Serie gelegten nichllinearen Widerstand 302 aufweist. Dieser Kreis 399 ist lastseitig zwischen die Stromleitung 16 und die Rückleitung 19 gelegt.So far it has only been discussed how the energy that is stored on the network side can be dissipated. But it can also energy can be stored on the load side of the breaker immediately after a power interruption must be discharged. The load-side inductance, shown schematically at 18a, discharges the energy stored in it via the fault current path F and thereby presses the voltage the output terminals of the breaker in the negative direction. To also dissipate this energy too can, a load-side circuit 399 is provided for suppressing overvoltages, the one controllable Spark gap switch 300 and a non-linear resistor 302 connected in series therewith. This Circuit 399 is placed on the load side between power line 16 and return line 19.

Der steuerbare Funkenstreckenschaltcr 300 ist genauso wie der Funkenstreckenschalter 38 aufgebaut, so daß die gleichen Bezugsziffern verwendet worden sind. Vor die Bezugsziffer für die Einzelteile des Funkenstreckenschalters 300 ist jedoch jeweils eine 3 gesetzt worden. Der nichtlineare Widerstand 302 entspricht dem Widerstand 102. Sein Widerstandswert nimmt mit ansteigendem Strom ab.The controllable spark gap switch 300 is the same constructed as the spark gap switch 38, so that the same reference numerals have been used. In front however, the reference number for the individual parts of the spark gap switch 300 has been set to a 3 in each case. The non-linear resistor 302 corresponds to the resistor 102. Its resistance value increases increasing current.

Kurz nach einem Nulldurchgang im Hauptunterbrecher, und wenn die Spannung am Funkenstreckenschalter 300 einen bestimmten Wert erreicht, wird der Funkenstreckenschalter 300 von einem Impulsgenerator 301 gezündet, so daß der Kreis 399 geschlossen wird Dadurch kann die Energie, die lastseitig in dei Induktivität 18a gespeichert ist, in einer geschlossener Schleife abfließen, die aus dem Fehlerstromweg F einem Teil der Rückleitung 19, dem Kreis 399 und eineir Teil der Netzleitung 16 besteht. Der Funkenstrecken schalter 300 braucht nicht in der Lage zu sein, einer Strom unterbrechen zu können, da lastseitig keim Stromquelle vorhanden ist, die laufend Strom durch der Kreis 399 fließen lassen würde. Der lastseitige Stron fällt vielmehr in einer Zeil auf Null ab, clic de Zeitkonstanten L/R des oben angegebenen Kreise proportional ist. Hierbei bedeuten Ldie Induktivität um R den Widerstand dieses Kreises. Durch den nichtlinea ren Widerstand 302 ist der Wert für R vcrhältnismäßij hoch, so daß die Abfallzeit des Stromes stark verkürz ist. Wenn der Strom in dem Kreis 399 Null erreicht ha stellt sich die Durchschlagsfestigkeit des Funkcnstrck kcnschaltcrs 300 wieder ein, so daß er seine ursprünglichen, nichtleitenden Zustand wieder ein nimmt.Shortly after a zero crossing in the main breaker, and when the voltage at the spark gap switch 300 reaches a certain value, the spark gap switch 300 is triggered by a pulse generator 301, so that the circuit 399 is closed. flow in a closed loop, which consists of the fault current path F part of the return line 19, the circuit 399 and part of the power line 16. The spark gap switch 300 does not need to be able to interrupt a current, since there is no current source on the load side that would continuously allow current to flow through the circuit 399. Rather, the load-side current drops to zero in one line, if the time constant L / R of the circle given above is proportional. Here L is the inductance around R the resistance of this circuit. Due to the non-linear resistor 302, the value for R is relatively high, so that the fall time of the current is greatly shortened. When the current in the circuit 399 reaches zero, the dielectric strength of the radio link switch 300 is restored, so that it resumes its original, non-conductive state.

Die Spannung, die an den getrennten Kontakten de Hauptunterbrechers unmittelbar nach einem Stromnull durchgang auftritt, ist gleich dem Unterschied zwischc f>5 der Netzspannung (zwischen den Leitungen 16 und Ii an der Netzseite des Unterbrechers und der Spannun (zwischen den Leitungen 16 und 19) auf der Lastscitc de Unterbrechers. Diese beiden Spannungen sind cntg(The voltage applied to the separate contacts of the main breaker immediately after a current zero continuity occurs is equal to the difference between f> 5 of the mains voltage (between lines 16 and Ii on the network side of the breaker and the voltage (between lines 16 and 19) on the Lastscitc de Breaker. These two voltages are cntg (

18 OO18 OO

gengesetzt gerichtet. Diese Spannung wird dadurch auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert begrenzt, daß die Funkenstreckenschalter 100 und 300 gezündet werden, wenn die Spannungen an diesen Funkenstreckenschaltern verhältnismäßig niedrig sind, und dadurch, daß der Spannungsabfall an den nichtlinearen Widerständen 102 und 302 durch passende Wahl dieser Widerstände klein gehalten wird. In einer Ausführungsform der Erfindung sind die nichtlinearen Widerstände so gewählt, daß der maximale Spannungsabfall am Widerstand 100 1,6 pro Einheit und der maximale Spannungsabfall am Widerstand 302 bis 0,8 pro Einheit beträgt. Wie bereits erwähnt, entspricht die maximale Spannung an den Kontakten dem Unterschied zwischen diesen beiden Spannungen, also in diesem Fall 2,4 pro Einheit.oppositely directed. This voltage is limited to a relatively low value that the Spark gap switches 100 and 300 are ignited when the voltages at these spark gap switches are relatively low, and in that the voltage drop across the non-linear resistors 102 and 302 is kept small by a suitable choice of these resistors. In one embodiment of the invention the non-linear resistors are chosen so that the maximum voltage drop across the resistor 100 is 1.6 per Unit and the maximum voltage drop across resistor 302 is to 0.8 per unit. As already mentioned, the maximum voltage across the contacts is equal to the difference between the two Voltages, so in this case 2.4 per unit.

In einer bevorzugten Ausführungsform dient der netzseitige Kreis 99 zur Unterdrückung von Überspannung nicht nur dazu, während der Stromunterbrechung die Spannung an den Kontakten des Hauptunterbrechers zu begrenzen, sondern auch gleichzeitig als Überspannungsschutz während des normalen Betriebs. Dieser Kreis 99 zur Unterdrückung von Überspannungen kann als Blitzschutz verwendet werden, da er den üblichen Folgestrom unterbrechen kann, der nach dem anfänglichen Durchschlag fließt, der von einem Blitz hervorgerufen wird. Dieser Folgestrom wird dadurch unterbrochen, daß der Kommutierungskondensator 35 durch Zünden des Funkenstreckenschalters 200 in dem Hilfskommutierungskreis 105, 106 entladen wird. Dadurch kann sich der Kommutierungskondensator 35 durch den Funkenstreckenschalter 100 entladen, und zwar über den Hilfskommutierungskreis 105, 200, 106, so daß der Strom im Funkenstreckenschalter 100 auf Null heruntergedrückt wird und der Funkenstreckenschalter 100 seine Durchschlagsfestigkeit wieder erlangen kann.In a preferred embodiment, the network-side circuit 99 serves to suppress overvoltage not only for this, the voltage at the contacts of the main breaker during the power interruption limit, but also at the same time as surge protection during normal operation. This circuit 99 for the suppression of overvoltages can be used as lightning protection because it has the normal follow current flowing after the initial breakdown caused by lightning is caused. This follow-up current is interrupted by the fact that the commutation capacitor 35 is discharged by igniting the spark gap switch 200 in the auxiliary commutation circuit 105, 106. As a result, the commutation capacitor 35 can discharge through the spark gap switch 100, and although via the auxiliary commutation circuit 105, 200, 106, so that the current in the spark gap switch 100 on Zero is depressed and the spark gap switch 100 regain its dielectric strength can.

Der lastseitig angeordnete Kreis 399 zur Unterdrükkung von Überspannungen kann nicht als Blitzschutz dienen, da in ihm der Strom nicht von selbst gelöscht werden kann. Es ist daher wichtig, daß in dem Kreis 399 durch einen Blitz kein Durchschlag hervorgerufen wird. Um diese Möglichkeit auszuschließen, liegt die Durchschlagsspannung des lastseitig angeordneten Funkenstreckcnschaltcrs 300 merklich über der Durchschlagsspannung des netzseitig angeordneten Funkenstreckenschalters 100. Wenn daher ein von einem Blitz hervorgerufener Spannungsstoß die Leitung 16 entlangwandert, wird der netzseitige Funkcnstreckcnschalter 100 und nicht der lastseitig angeordnete Funkenstrckkenschalter 300 gezündet. Nur während einer Stromunterbrechung selbst wird die Durchschlagsspannung in dem lastseitig angeordneten Kreis 399 zur Unterdrükkung von Überspannungen herabgesetzt, wie es bereits erläutert wurde.The circuit 399 on the load side for suppressing overvoltages cannot be used as lightning protection serve, since in it the electricity cannot be extinguished by itself. It is therefore important that in the circle 399 lightning does not cause a breakdown. To rule out this possibility, the breakdown voltage is applied of the spark gap switch 300 arranged on the load side is markedly above the breakdown voltage of the spark gap switch 100 arranged on the network side. Therefore, if a lightning bolt caused voltage surge wanders along the line 16, the network-side radio link switch becomes 100 and not the spark plug switch located on the load side 300 ignited. The breakdown voltage in the circuit 399 on the load side for suppressing overvoltages is reduced, as has already been done was explained.

Durch die Verwendung von steuerbaren Funkenstreckenschaltern, die als Vakuumschalter ausgebildet sind, in den Kreisen 99 und 399 zur Unterdrückung von Überspannung ist die ganze Stromunterbrecheranordnung außerordentlich flexibel. Die Bedingungen, unter denen ein Durchschlag hervorgerufen wird, können durch eine einfache Einstellung der Impulsgeneratoren für die jeweiligen Funkenstreckenschalter schnell und genau geändert werden. So schlägt beispielsweise der Funkenstreckenschalter 100 unter normalen Bedingungen dann durch, wenn an ihm eine vorgegebene hohe Spannung anliegt. Dadurch kann dieser Funkenstrekkenschalter 100 als Blitzschutz dienen, wie es bereits beschrieben wurde. Wenn jedoch der Hauptunterbrecher 25 betätigt wird, sprechen Vorrichtungen 74, 75a, die schematisch in F i g. 4 dargestellt sind, darauf an und bewirken, daß die Zündkreise für jeden der Funkenstreckenschalter die effektive Durchschlagsspannung herabsetzen, so daß der Spannungsabfall an dem Hauptunterbrecher 25 einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet, wie es bereits beschrieben wurde. In der schematischen Darstellung nach F i g. 4 ist eine Impulsquelle 101 dargestellt, die Impulse an die Zündelektrode 151 abgibt, wenn sie eingeschaltet ist. Diese Impulsquelle wird eingeschaltet, wenn ihr Eingangskreis Ί12 durch einen schnellen Schalter geschlossen wird, der schematisch als Thyratron 114 dargestellt ist. Das Thyratron 114 leitet normalerweise nicht. Wenn es jedoch am Gitter 115 angesteuert wird, wird es leitend und schaltet dadurch die Impu'.squelle 101 ein. Das Steuersignal für das Thyratron wird von einem üblichen spannungsempfindlichen Impulsgeber 117 geliefert, der mit einem Kondensator 118 zweier hintereinander geschalteter Kondensatoren 118, 119 verbunden ist, die dem Funkcnstreckenschalter 100 parallel gelegt sind. Unter normalen Verhältnissen steuert der spannungsempfindliche Impulsgeber 117 dann das Thyratron 114 an, wenn der Spannungsabfall an dem Kondensator 118 einen vorgegebenen Wert erreicht. Wenn dagegen der Hauptunterbrecher 25 geöffnet wird, wird der spannungsempfindliche Impulsgeber 117 umgeschaltet (beispielsweise durch Einschalten eines Widerstandes mit Hilfe Hes Schalters 75, der vom bewegbaren Kontakt 28 des Hauptunterbrechers 25 getätigt wird), so daß der Impulsgeber 117 bereits bei einer wesentlich niedrigeren Spannung am Kondensator 118 einen Impuls abgibt.Through the use of controllable spark gap switches, which are designed as vacuum switches are, in the circles 99 and 399 for suppression of overvoltage is the whole circuit breaker arrangement extremely flexible. The conditions under which a breakdown occurs can by simply setting the pulse generator for the respective spark gap switch quickly and be changed exactly. For example, the spark gap switch 100 strikes under normal conditions then through when a predetermined high voltage is applied to it. This allows this spark gap switch 100 serve as lightning protection, as already described. However, if the main breaker 25 is actuated, speak devices 74, 75a, which are shown schematically in FIG. 4 are shown on and cause the ignition circuits to have the effective breakdown voltage for each of the spark gap switches decrease so that the voltage drop across the main breaker 25 does not have a predetermined value exceeds, as already described. In the schematic representation according to FIG. 4 is a pulse source 101, which emits pulses to the ignition electrode 151 when it is switched on. This source of impulse is switched on when your input circuit Ί12 through a fast switch is closed, shown schematically as thyratron 114. The thyratron 114 does not normally lead. However, when it is driven at grid 115, it becomes conductive and switches thereby the pulse source 101. The control signal for the thyratron is supplied by a conventional voltage-sensitive pulse generator 117, which is equipped with a Capacitor 118 of two series-connected capacitors 118, 119 is connected to the Radio distance switch 100 are placed in parallel. Under normal conditions, the voltage-sensitive one controls Pulse generator 117 then switches on the thyratron 114, if the voltage drop across the capacitor 118 reaches a predetermined value. If, on the other hand, the Main breaker 25 is opened, the voltage-sensitive pulse generator 117 is switched over (for example by switching on a resistor with the aid of Hes switch 75, which is operated by the movable contact 28 of the main breaker 25 is operated), so that the pulse generator 117 is already at a much lower Voltage across capacitor 118 emits a pulse.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims (8)

18 OO Patentansprüche:18 OO claims: 1. Anordnung zur Unterbrechung von Strömen bei hohen Gleichspannungen, mit einem Stromunterbrecher, dessen normalerweise geschlossene Kontakte in Serie mit einer Last geschah nid, mit einem Kommutierungskreis aus einem ..uinmutierungskondensator in Serie mit einem normalerweise offenen Schalter, welcher Kommutierungskreis dem Stromunterbrecher parallel geschaltet ist, und mit iu Mitteln zum öffnen des normalerweise geschlossenen Stromunterbrechers, wodurch ein Lichtbogen zwischen dessen Kontakten entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromzweig zur Begrenzung der Gegenspannung an den Kontakten des Stromunterbrechers (25) vorgesehen ist, die entwickelt wird, wenn der Lichtbogenstrom zwischen den geöffneten Kontakten des Stromunterbrechers durch den Kommutierungstrom auf Null heruntergedrückt wird, der einen normalerweise nichtleitenden Funkenstreckenschalter (100) und einen Widerstand (102) aufweist und netzseitig vor dem Stromunterbrecher und dem Stromrückleiter liegt, daß dieser normalerweise nichtleitende Funkenstreckenschalter (100) in der Nähe des Nulldurchgangs des Lichtbogenstroms zwischen den Kontakten des Stromunterbrechers gezündet wird, so daß ein Strom direkt aus dem Netz durch den Funkenstreckenschalter (100) und den Widerstand (102) fließt und daß Mittel (200, 107) vorgesehen jo sind, durch die der Kommutierungskondensator (35) dem Funkenstreckenschaiter (100) parallel schaltbar ist, so daß auch in dem Funkenstreckenschalter (100) ein Stromnulldurchgang erzwungen wird.1. Arrangement for the interruption of currents at high DC voltages, with a circuit breaker, the normally closed contacts of which happened in series with a load, with a commutation circuit made of a mutating capacitor in series with a normally open switch, which commutation circuit is connected in parallel with the circuit breaker , and iu means for opening the normally closed circuit breaker, creating an arc between its contacts, characterized in that a current branch is provided to limit the counter voltage on the contacts of the circuit breaker (25) which is developed when the arc current between the open contacts of the circuit breaker is pressed down to zero by the commutation current, which has a normally non-conductive spark gap switch (100) and a resistor (102) and is on the network side in front of the circuit breaker and the current return conductor, that this n Normally non-conductive spark gap switch (100) is ignited in the vicinity of the zero crossing of the arc current between the contacts of the circuit breaker, so that a current flows directly from the network through the spark gap switch (100) and the resistor (102) and that means (200, 107) jo are provided by which the commutation capacitor (35) is connected in parallel to the Funkenstreckenschaiter (100), so that a current zero crossing is also enforced in the spark gap switch (100). 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der normalerweise nichtleitende Funkenstreckenschalter (100) in dem Stromzweig zur Begrenzung der Gegenspannung unmittelbar nach dem Nulldurchgang des Lichtbogenstromes zwischen den Kontakten des Stromunterbrechers (25) gezündet wird.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the normally non-conductive spark gap switch (100) is ignited in the branch to limit the counter voltage immediately after the zero crossing of the arc current between the contacts of the circuit breaker (25). 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (102) im Stromzweig zur Begrenzung der Gegenspannung ein nichtlinearer Widerstand mit einer negativen Widerstands-Strom-Kennlinie ist.3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the resistor (102) in the current branch to limit the counter voltage is a non-linear resistor with a negative resistance-current characteristic. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der normalerweise nichtleitende Funkenstreckenschalter (100) ein steuerbarer Vakuumfunkenstreckenschalter ist.4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the normally non-conductive spark gap switch (100) is a controllable vacuum spark gap switch. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, mit denen der Kommutierungskondensator (35) dem Funkenstreckenschalter (100) parallel schaltbar ist, einen steuerbaren Funkenstreckenschalter (200) aufweisen, der zwisehen dem Kondensator (35) und dem Verbindungspunkt zwischen dem ersten Funkenstreckenschalter (100) und dem Widerstand (102) liegt.5. Arrangement according to claim 1, characterized in that the means with which the commutation capacitor (35) the spark gap switch (100) can be switched in parallel, have a controllable spark gap switch (200) between the capacitor (35) and the connection point between the first spark gap switch (100) and the resistor (102) . 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des nichtlinearen Widerstandes (102) im Stromzweig zur Begrenzung der Gegenspannung so gewählt ist, daß der von den höchsten auftretenden Strömen hervorgerufene Spannungabfall niedriger als das 2,5fache der Netzspannung ist.6. Arrangement according to claim 1, characterized in that the value of the non-linear resistor (102) in the branch to limit the counter voltage is chosen so that the voltage drop caused by the highest currents is lower than 2.5 times the mains voltage. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Stromzweig zur Begrenzung der Überspannung an den Kontakten des Stromunterbrechers vorgesehen ist der lastseitig angeordnet ist und einen weiteren Funkenstreckenschalter (300) und einen nichtlinearen Widerstand (302) aufweist, daß dieser Funkenstreckenschaiter (300) unmittelbar nach dem Nulldurchgang des Lichtbogenstroms zwischen den Kontakten des Stromunterbrechers gezündet wird und daß der nichtüneare Widerstand (302) so gewühlt ist, daß der höchste an ihm auftretende Spannungsabfall niedriger als die Netzspannung ist. 7. Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that a second branch for limiting the overvoltage at the contacts of the circuit breaker is provided which is arranged on the load side and has a further spark gap switch (300) and a non-linear resistor (302) that this spark gap switch (300) is ignited immediately after the zero crossing of the arc current between the contacts of the circuit breaker and that the non-linear resistor (302) is chosen so that the highest voltage drop occurring across it is lower than the mains voltage. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchschlagsspannung des Funkenstreckenschalters (100) im ersten Stromzweig zur Begrenzung der Gegenspannung bei geschlossenen Kontakten des Stromunterbrechers niedriger als die Durchschlagsspannung des im zweiten, !astseitig angeordneten Stromzweig zur Begrenzung der Gegenspannung liegenden Funkenstreckenschalters (300) ist.8. An arrangement according to claim 7, characterized in that the breakdown voltage of the spark gap switch (100) in the first branch to limit the counter voltage when the contacts of the circuit breaker are closed is lower than the breakdown voltage of the spark gap switch (300) located in the second branch side to limit the counter voltage ) is.