DE19914773B4

DE19914773B4 - Lichtbogenlöschhilfe

Info

Publication number: DE19914773B4
Application number: DE19914773A
Authority: DE
Inventors: Thomas Pniok
Original assignee: AEG Niederspannungstechnik GmbH and Co KG
Current assignee: GE Consumer and Industrial GmbH
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2019-04-01
Also published as: WO2000065624A2; KR20010052449A; ATE370510T1; EA200001243A1; CN1199210C; DE50014565D1; SK286408B6; DE19914773A1; EA002786B1; US6683764B1; PL197384B1; EP1099232A2; PL348430A1; EP1099232B1; KR100694954B1; WO2000065624A3; SK16622000A3; CN1310852A; AU4746200A

Abstract

Lichtbogenlöschhilfe bestehend aus einem Schaltkreis mit
einer Erfassungseinrichtung (1, 7) zur Erfassung einer Stromrichtung in einem Hauptstromkreis,
einer fremdgespeisten Spule (3), deren Magnetfeld auf einen Schaltlichtbogen eine Lorentzkraft ausübt, wenn ein die Spule (3) enthaltender Löschstromkreis geschlossen ist, und
einer Schalteinrichtung (2) zum Umschalten der Stromrichtung in dem Schaltkreis beruhend auf einem durch die Erfassungseinrichtung (1, 7) zugeführten Signal.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtbogenlöschhilfe mit einer fremdgespeisten Magnetblasspule zum Schalten kleiner Ströme.
Gleichstromleistungsschalter wie Kuppelschalter und Strecken- und Gleichrichterschalter werden in Gleichstromnetzen elektrischer Bahnen, usw. für unterschiedliche Aufgaben eingesetzt, wobei sich ein unterschiedliches Anforderungsprofil bezüglich des Führens und Schaltens in zwei Stromrichtungen ergibt. Kuppelschalter müssen Ströme in beiden Stromrichtungen führen und schalten, und Strecken- und Gleichrichterschalter können im Fall einer Energierückspeisung von Strömen entgegen der normalen Stromrichtung durchflossen werden und müssen daher in der Lage sein, bestimmte Stromstärken von bis zu 5 kA in beiden Stromrichtungen zu schalten.
Bei großen Gleichstromleistungsschaltern können beim Schalten kritischer oder kleiner Ströme im Bereich von 0 bis 400 A extrem lange Ausschaltzeiten auftreten. Diese extrem langen Ausschaltzeiten entstehen beim betriebsmäßigen Schalten über Hilfsauslöser und bewirken eine lange Lichtbogenbrenndauer, wodurch wiederum das Kontaktsystem des Schaltgeräts stark abgenutzt und das Schaltgerät selbst beschädigt werden kann.
Die Ursache für die langen Ausschaltzeiten besteht u. a. in der bei geringer Stromhöhe niedrigen elektromagnetischen Kraft, die einen als Folge eines Schaltvorgangs entstehenden Lichtbogen nach oben treibt und längt. Der Lichtbogen kann als stromdurchflossener Leiter angesehen werden, auf den im Zusammentreffen mit einem magnetischen Feld eine Kraft ausgeübt wird. Bei geringem Eigenfeld des stromdurchflossenen Leiters kann zur Verstärkung des Lichtbogenwanderns ein äußeres magnetisches Feld angelegt werden. Dieses Feld kann beispielsweise über in einen Hauptstromkreis in Reihe geschaltete Magnetblasspulen realisiert werden. Diese werden entweder ständig vom Hauptstrom durchflossen oder während eines Löschvorgangs bestromt, wenn beispielsweise Sonden über Spulen mit dem Hauptstromkreis verbunden sind.
Diese Lösungen weisen jedoch einen Nachteil dahingehend auf, daß die in den Hauptstromkreis geschalteten Spulen eine hohe Stromtragfähigkeit und dynamische Festigkeit besitzen müssen, da sie vom Hauptstrom durchflossen werden.
Andere Alternativen, d. h. ein unter Verwendung eines Dauermagneten verwirklichtes Feld oder ein durch fremdgespeiste Spulen verwirklichtes Feld, können nur in einer zuvor festgelegten Stromrichtung wirksam sein. Bei entgegengesetzter Stromrichtung würden sie den Lichtbogen in den Schalter drücken und diesen dadurch zerstören. Da aber wie vorstehend angeführt Ströme in beiden Stromrichtungen zu schalten sind, sind diese Alternativen nicht als Lösungsmöglichkeiten geeignet.
Aus der DE 1 128 009 C geht ein Gleichstromschnellschalter mit elektrodynamischer Auslösung hervor.
Die GB 530 602 beschreibt einen Wechselstromschalter mit magnetischer Beblasung des Schaltlichtbogens mittels einer fremdgespeisten Blasspule.
Die DE 199 14 772 A1 betrifft einen Strommessaufnehmer mit Hallsensoren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend angeführten Probleme zu lösen und eine preiswerte und universell einsetzbare Lichtbogenlöschhilfe zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lichtbogenlöschhilfe gelöst, wie sie in Patentanspruch 1 dargelegt ist.
Erfindungsgemäß ist eine von einem Steuerspannungsnetz gespeiste Spule offenbart, die ein Magnetfeld erzeugt, dessen Feldlinien den Lichtbogen senkrecht durchdringen und dessen Feldrichtung sich beruhend auf der Steuerung durch die Schaltung zur Stromrichtungserkennung ändert. Das Magnetfeld verursacht im Zusammenspiel mit dem Lichtbogenstrom ein Längen des Bogens und treibt ihn von den Kontakten des Gleichstromleistungsschalters in die Lichtbogenkammer.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß ist die Höhe des von der fremdgespeisten Spule erzeugten Magnetfeldes unabhängig von der Stromhöhe des Hauptstromkreises. Dadurch steht bei sehr kleinen Strömen, beispielsweise 1A, ein für die Längung ausreichendes Magnetfeld zur Verfügung. Es sind keine Spulen erforderlich, die eine hohe Kurzzeit-Stromtragfähigkeit besitzen und kostspielig sind, und es entstehen außerdem keine thermischen Verluste durch in den Hauptstromkreis geschaltete Elemente.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Schaltungsanordnung für eine erfindungsgemäße Lichtbogenlöschhilfe,
2 einen Gleichstromleistungsschalter, bei dem die erfindungsgemäße Lichtbogenlöschhilfe angewendet wird, und
3 ein Blockschaltbild der in 1 gezeigten Auswerteschaltung.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lichtbogenlöschhilfe zum Schalten kleiner Ströme unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 näher beschrieben.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 2 einen Umschalter bzw. Kreuzschalter, 3 eine Magnetblasspule, 5 einen Schalter, 6 eine Speicherkapazität und 7 eine Auswerteschaltung zum Schalten des Kreuzschalters 2.
In 2 sind Hall-Sensoren 1, die Magnetblasspule 3, ein Eisenkreis 4, ein bewegliches Kontaktstück 8 und ein festes Kontaktstück 9 eines Gleichstromleistungsschalters und eine obere Stromschiene 10 des Hauptstromkreises gezeigt. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet die feste Seite eines Lichtbogenleiters, 12 eine Isolierung des Eisenkerns, 13 eine Isolierung der Spule, 14 eine Seitenwand einer Löschblechanordnung, 15 die bewegliche Seite des Lichtbogenleiters, 16 einen Vorkontakt und 17 ein Flexband des Gleichstromleistungsschalters.
Die empfindlichen Hall-Sensoren 1 zur Stromrichtungserkennung sind zum Messen des Stroms im Hauptstromkreis des Gleichstromleistungsschalters angeordnet. Zur Verringerung des Störeinflusses ist es zweckmäßig, die Hall-Sensoren 1 in geringem Abstand voneinander zu positionieren. Zur weiteren Erhöhung der Störunempfindlichkeit werden die zwei Hall-Sensoren 1 derart positioniert, daß das Nutzfeld beider Sensoren betragsmäßig gleich aber richtungsmäßig entgegengesetzt ist. Bei der Subtraktion der Signale aus den Hall-Sensoren 1 in der nachstehend näher beschriebenen Auswerteschaltung 7 werden somit Störsignale herausgefiltert. Da die Leiter im Hauptstromkreis aufgrund ihrer Stromtragfähigkeit (mehrere kA) einen vorgegebenen großen Querschnitt besitzen, können die Hall-Sensoren 1 in die obere Stromschiene 10 eingelassen werden, wie es in 2 gezeigt ist, wodurch eine Minimierung des Schaltungsumfangs erreicht wird.
In 3 ist ein Blockschaltbild der Auswerteschaltung 7 gezeigt. Die Auswerteschaltung 7 besteht aus den Hall-Sensoren 1 und 2, denen jeweils ein Verstärker und ein Abgleicher nachgeschaltet sind. Die Ausgangssignale der Abgleicher werden einem Subtrahierer zugeführt, der die Signale subtrahiert und einem Vergleicher zuführt. Der Vergleicher überprüft anhand eines Schwellenwerts, ob das ihm zugeführte Signal größer als Null ist oder nicht, und gibt ein Signal entsprechend dem Überprüfungsergebnis an einen nachgeschalteten Verstärker aus.
Der Verstärker gibt somit ein Signal aus, das proportional zu der erfaßten Stromrichtung ist. Dieses Signal steuert den Kreuzschalter 2, der die Polarität bzw. Stromflußrichtung in der Magnetblasspule 3 ändert, indem zwischen Kontakten a und b in 3 umgeschaltet wird.
Die Auswerteschaltung 7 muß somit vor der Betätigung eines Hilfsauslösers des Gleichstromleistungsschalters zum Ausschalten aktiv sein. Die Auswerteschaltung 7 könnte aber auch bei einem Ausschalt-Befehl aktiv werden, wenn das Öffnen des Gleichstromleistungsschalters mit einer geringen Zeitverzögerung zum Erfassen der Stromrichtung erfolgt.
Wird der Hilfsauslöser des Gleichstromleistungsschalters betätigt, was durch den Block "Aus-Befehl" in 1 angezeigt ist, wird parallel dazu der Schalter 5 geschlossen. Somit wird die Entladung des Kondensators 6 über die Magnetblasspule 3 eingeleitet. Das dadurch in der Spule erzeugte Magnetfeld wird über den Eisenkreis 4 gezielt zum Lichtbogenbereich an den Kontakten 8 und 9 des Gleichstromleistungsschalters, insbesondere zum Fußpunktbereich des Lichtbogens geführt. Aus verschiedenen Versuchen hat sich ergeben, daß eine Magnetfeldbeblasung in diesem Bereich äußerst effektiv ein Wandern bzw. Laufen des Lichtbogens bewirkt.
Die Kapazität 6 dient ferner als Ladepuffer, der bei geöffnetem Schalter 5 aufgeladen wird, so daß das vorstehend beschriebene System auch bei Ausfall der Hilfsspannung bzw. Fremdspeisung funktioniert.
Die Vorteile der Erfindung liegen u. a. darin, daß die Höhe des von der Magnetblasspule erzeugten Magnetfeldes von der Stromhöhe im Hauptstromkreis unabhängig ist und daher bei sehr kleinen Strömen von beispielsweise 1A ein für die Längung ausreichendes Magnetfeld zur Verfügung steht. Zudem sind keine Spulen erforderlich, die eine hohe Kurzzeit-Stromtragfähigkeit (100000 A) besitzen müssen und kostspielig sind, und es entstehen keine thermischen Verluste durch in den Hauptstromkreis geschaltete Elemente.
Erfindungsgemäß ist eine Lichtbogenlöschhilfe mit einer fremdgespeisten Magnetblasspule zum Schalten kleiner Ströme offenbart, bei der die Stromrichtung in der fremdgespeisten Magnetblasspule beruhend auf der Erfassung der Stromrichtung im Hauptstromkreis eines Gleichstromleistungsschalters geschaltet wird.

Claims

Lichtbogenlöschhilfe bestehend aus einem Schaltkreis mit einer Erfassungseinrichtung (1, 7) zur Erfassung einer Stromrichtung in einem Hauptstromkreis, einer fremdgespeisten Spule (3), deren Magnetfeld auf einen Schaltlichtbogen eine Lorentzkraft ausübt, wenn ein die Spule (3) enthaltender Löschstromkreis geschlossen ist, und einer Schalteinrichtung (2) zum Umschalten der Stromrichtung in dem Schaltkreis beruhend auf einem durch die Erfassungseinrichtung (1, 7) zugeführten Signal.
Lichtbogenlöschhilfe nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinrichtung zwei Sensoren (1) und einen Subtrahierer zur Subtraktion der Ausgangssignale der Sensoren aufweist.
Lichtbogenlöschhilfe nach Anspruch 2, wobei die Erfassungseinrichtung ferner jeweils einen Verstärker und einen Abgleicher für die Ausgangssignale der Sensoren aufweist.
Lichtbogenlöschhilfe nach Anspruch 2, wobei die Erfassungseinrichtung ferner einen Vergleicher zum Vergleich des Ausgangssignals des Subtrahierers mit einem Schwellenwert und einen Verstärker zur Verstärkung des Ausgangssignals des Vergleichers aufweist.
Lichtbogenlöschhilfe nach Anspruch 2, wobei die Sensoren Hall-Sensoren sind, die in einen Leiter des Hauptstromkreises gegenüberliegend eingelassen sind.
Lichtbogenlöschhilfe nach Anspruch 1, ferner mit einer Kapazität (6), die zu dem die Spule enthaltenden Löschstromkreis parallel geschaltet ist und deren Ladung durch die Schalteinrichtung (2) nicht beeinflusst wird.