DE2405835A1

DE2405835A1 - Leistungsschalteinrichtung

Info

Publication number: DE2405835A1
Application number: DE19742405835
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Knauer; Michael A Lutz
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1973-02-16
Filing date: 1974-02-07
Publication date: 1974-09-05
Also published as: JPS5329225B2; AU461676B2; FR2218637A1; DE2405835C3; SE390580B; DE2405835B2; FR2218637B1; AU6517274A; CA1002168A; NL7402004A; IT1002928B; CH577232A5; JPS49113173A

Description

2*05835

Annolderin: Stuttgart, den 5· Februar 1974-

Hughes Aircraft; Conpnny P 2ft Γ? 3 S/kg

Continela nvenuo and

Teale Street

Culver City, Calif., V.St.A.

Leinbungsschalteinrichtung

Die Erfindung bezieht iiich auf eine Lointuiifjnnchalteinrichtung mit einem Leitungnsv/eig, der einen 7λχώ Übertragung des Betriebnntromen dienenden Leitungsschalter enthält, und einen dem Leitungnzweig parallel geschalteten Unterbrecherzweig, der einen Kondensator, eine Einrichtung zum Aufladen dc3 Kondensator.^ mit einer zur Betriebsspannung entgegengesetzten Spannung und in Serie zum Kondensator einen Schalter zum Erzeugen eines Stroinnulls im Leitungszweig durch Entladen des Kondensators über den in einen Zustand der Unterbrechungsbereitschaft versetzten Leitungsschalter enthält·

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Eine solche Leistunr;nnohalteinrichtunß iat nun den UiJ-rSen 3 435 «^ßn und 3 5^'? 47<° bekannt. Diene bekannten Leintungsschalteinrichtungen nind für da a Abnchalten von Hoohr;pannunnsleitunp;en, insbesondere in Gleichstromnetzen oder Wechselstromnetzen, bei denen dan Abschalten vor Erreichen einen natürlichen Stromnulls erfolf-nn noil, bentinrat und umfassen einen Leitunnsschaltnr, der den normalen Betriebsstron führt und zun Abschalten n^f-üffnet wird. Daß Offnen den Üchaltern führt τ,χιν Au.-?bildunn einen Lichtbo^enn, Die Deioninierunf; den fgeüffneten und in einer Liclitbof;pnentladun^ brennenden Lei tun?;;; nc'nal torn v/ird durch eine erzwungene otroraumkehr in den f^oöffneton Leitun^nnchalter erreicht. i'iu dienern Zv/eck v/ird ein f^eeinnet Gepolter Kondensator über don Leitunf^snchalter entladen. Durch diene Entladung v/ird ein Utrornnull bewirkt.

Die Leintungnnchalteinrichtunn; nach der UG-PG 3 435 macht die Vorv/endunr·; einen Kondensators erforderlich, der mindentenn der Iietznpannuxif$ standhalten kami und ausreichend ^roß int, un die Geschwindigkeit den Gpannunfja anstiege η an dem Leitung sehn lter unterhalb eines kritischen \7ertes zu halten, bei dem eine erneute Zündung einsetzen kann. IJm einen Hochspannungskondensator großer Kapazität zu vermeiden, der sehr kostiipielig und unfanpjrnich ist, v/ird bei der Lnistunnsnchalteinrichtung nach der UG-PG 3 660 7^3 außer einem Niedernpannuiißskondensator zur Lieferung des für die erzwungene Gtromurakehr benötipjven Gtromes von zwei für niedrige Spannungen ßeeif'jneten Hilf π schaltern und einer Gchaltrühre mit gekreuzten Feldern Gebrauch gemacht. Bei diener

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bekannten Leiatungsschalteinrichtunf; wird zwar für din Stromumkohr nur ein für verhältnismäßig niedrige Spannung ausgelegter Kondensator benötigt, Jedoch int mindestens ein zusätzlicher Leitungsschalter und eine zusätzliche Schaltröhre mit gekreuzten Feldern erforderlich, so daß din bekannte Leistungsschalteinrichtung einen komplizierton Aufbau hat und ebenfalls noch relativ kostspielig ist.

Ähnliche Verhältnisse wie bei mechanischen Leitungsschaltern liegen aiich bei der Verwendung von Siliziumthyristoren (SCR) als Leitungsschalter vor. Bei Siliziumthyristoren ist es bekannt, daß das Abschalten des dio Leitung "bewirkenden, der steuerelektrode zuf^efiihrten üifjnals nicht zu einer BeondifTunr- des leitenden Zustanden führt. Benötigt wird jjedoch eine Unterbrechunf; des Stromes. Diese Unterbrechung kann wieder dadurch erreicht werden, daß ein Kondensator nit geeigneter Polung über den Siliziuinthr/ristor entladen wird, um ein ütromnull zu erzielen, damit der üiliziumthyristor in den nichtleitenden Zustand übergeht. Ein Siliziumthyristor ist einem mechanischen Schalter wegen seiner größeren Ausschaltgeschwindigkeit überlegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leistungsschalteinrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die die Verwendung eines liiederspannungskondensators zum Erzielen der ütromunkehr ermöglicht und einfacher aufgebaut ist als die bekannte Anordnung.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Schalter im Unterbrecherzweig eine Schaltröhre mit

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Gekreuzten Feldern ist, die in ihren nichtleitenden Zustand der Netzspannung standhält, bei anliegender Spannung einsolialtbnr und unter Strom abschaltbar ist.

Bei der erfindungsgenäßen Leistungsschalteinrichtung liegt also zu dem Leitungsschalter des Leitungszweiges eine einen Kondensator und eine Schaltröhre mit gekreuzten Feldern umfassende Serienschaltung parallel. Biese Schaltröhre ist bei anliegender Spannung einschaltbar, so daß sie bei geöffnetem, aber noch immer Strom führenden Leitungsschalter eingeschaltet werden kann, damit sich der Kondensator zur Erzeugung eines Stronnulls in dem Leitungsschaltnr entladen kann. Da die Schaltröhre unter Strom abschaltbar ist und in ihrem nichtleitenden Zustand der Netzspannung standhält, kann sie abgeschaltet werden, wenn nach dem Erzeugen eines Stromnulls und der Unterbrechung des Stromes im Leitungszweig ein Ladestrom in den Kondensator fließt, bevor der Kondensator auf eine erhebliche Spannung aufgeladen worden ist.

Dementsprechend hat die Erfindung auch ein Verfahren zum Unterbrechen des Stronflusses mittels einer Leistungsschalteinrichtung nach der Erfindung zum Gegenstand. Dieses Verfahren setzt voraus, daß der Leitungsschalter wahlweise in einen niederohmigen Zustand, einen hochohmigen Zustand und einen Zustand der Bereitschaft zum Übergang vom niederohraigen in den hochohmigen Zustand (Ubergangsbereitachaft) versetzbar ist, und besteht darin, daß der sich im niederohmigen, den elektrischen Strom leitenden ·

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Zustand befindende Leitungsschalter zunächst in den
Zustand, der Uborgangsbereitschaft vernetzt v/ird, dnß
sodann die Schaltröhre mit gekreuzten Feldern in ihren leitenden Zuatand versetzt wird, so daß eine Entladung dos zuvor mit einer Gegennpannung aufgeladenen Kondensators stattfindet und in dem Leitungsschalter ein
Stromnull erzwungen v/ird, das wiederum einen Übergang
des Leitungoschalters in den hochohmigen Zustand zur
Folge hat, daß weiter der Stromfluß durch die Schaltröhre mit gekreuzten Feldern hinreichend lange aufrechterhalten wird, bis der Leitungsschalter der an ihm
herrschenden Spannung standhalten kann, und daß schließlich durch Herbeiführen des nichtleitenden Zustandes der Schaltröhre mit gekrexizten Feldern der Stromfluß durch den Unterbrecherzwoig beendet wird, so daß sich die Netzspannung an dem geöffneten und deionisierten Leitungsschalter wieder aufbaut.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß bei einem in Unterbrechungsbereitschaft versetzten Leitungaschalter eine Unterbrechung des Stromes durch Stromumkehr in dem Leitungsschalter allein mit Hilfe eines Niederspannuiigskondenoators und einer Schaltröhre mit gekreuzten Feldern möglich ist, so daß zusätzliche Schalter oder ein großer, für die volle Iletζspannung ausgelegter Kondensator für die Stronumkehr nicht erforderlich sind. Der parallel zu dem Leitungsschalter liegende, den Kondensator und die Schaltröhre mit gekreuzten Feldern umfassende Unterbrecherzweig hat auch den Vorteil, daß er
die Geschwindigkeit des Spannungsanstieges an dem Leitungsschalter begrenzt, was für dessen sichere Deionisierung von Bedeutung ist.

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Die erfindungsgemäße Leistungsschalteinrichtung hat auch den Vorteil, daß sie zun Abschalten üov/ohl von Gloichntrom als auch von './echsel strom verwendbar ist, wobei das Abschalten von Wechselstrom vor dem Auftreten dos ersten natürlichen Stromnullo nach offnen den Leitungsschalters erfolgt.

Bei einer Ausführung;form der Erfindung ist zu dem Unterbrecherzweig ein Widerstand parallel geschaltet. In diesem Fall kann die Leistungsachalteinrichtung anstatt zum Unterbrechen de3 Leitungsatroinea zu dessen üteuerun^ odor Begrenzunf' durch Einschalten eines Widerstandes verwendet werden.

Wie erwähnt, liegen bei der Verwendung von mechanischen Schaltern und von Thyristoren als Leitungsschalter ähnliche Verhältnisse vor. Infolgedessen kann bei der erfindungsgemäßen Leistungsschalteinrichtung der Leistungsschalter sowohl al3 mechanischer Schalter als auch als Siliziumthyristor ausgebildet sein.

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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung« Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in belieb!-? ger Kombination Anwendung finden. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Stromversorgungsnetzes nach der Erfindung, mit einer Leistungsschalteinrichtung,

Fig. 2 das Schaltbild einer bekannten, mit erzwungener Stromumkehr in einem Leitungsschalter arbeitenden Leistungsschalteinrichtung,

Fig. 3 das Schaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leistungsschalteinrichtung,

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Pig· 4 eine graphische Darstellung der zoitlichen Änderung charakteristischer Größen der erfind ungngenüßen Leintungsschalteinrichtung während den Abgehaltene,

Fig. 5 dan Schaltbild einer aus Leiatungaschaltoinrichtunken nach FiR. 3 aufgebauten Folgoochalteinrichtung,

Fig. 6 das Schaltbild eines einfachen V/echnelatrombof^rensero unter Verwendung der erfindungsgeraäßen Lointungnachaltoinrichtung,

Fig. 7 dao Schaltbild einer Auoführungaform der erfindungnf^fjiaäßen Leintungofichalteinrichtung mit einen als Öiliziumthyristor nuogebildeten Leitungnnchalter,

Fig. 8 dan Schaltbild einer aus Leiatungonchalteinrichtungen nach Fig. 7 aufgebauten Folgeachalteinrichtung und

Fig. 9 das Schaltbild eines einfachen Wechoelfltrombegrenzern mit einer Leistungsschalteinrichtung nach Fig. 7·

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Die Fig. 1 zeigt ein Stroraveraorgungnnetz 1O₁ in dna eine erfindungsgemäße Leistungnschaltoinrichtung 12 zur Steuerung den Stronflunnea eingefügt int. Dna Stromversoj^gungynetz 10 umfaßt eine Energiequelle 14 und einen Verbrauchor 16, der mit der Energiequelle 14 durch zwei Hauptleitungen verbunden ist. Die Leistungsschalteinrichtung 12 iüt an den Anschlußstellen 10 und in eine der Ha\rptleitungon eingeschaltet. Die andere Hauptleitung 22 kann bei Bedarf ebenfalln mit einer Leistungsschalteinrichtung aus^eotattet aein. Ebenoo kann, wenn mehr aln zwei HauptleituiiRnn vorgonehen nind, jede mit einer Leiatunf^nnchaltoinrichtun(; veraehen nein. Aua der US-PS 3 657 607 Und der US-PS 3 660 723 sind weitere Einzelheiten einea Stromvernor^innnnetseo bekannt, in dan die erfindunßagemäße Lei:;tunf;onchaltein~ richtung 12 eingefügt werden kann. Sov/ohl bei dem Stromvernorßungnnetz nach der US-PS 3 657 607 als auch bei dem Stromvernorfuuncnnetz nach der US-PS 3 660 723 sind beide Hauptleitungen durch eine Leintunftanchalteinrichtunf; geschützt«

In Fig. 2 int eine Leintunganohalteinrichtung 24 dargestellt, die den Ausgangspunkt für die im Hinblick auf die erfindungsgemäße Leistungnschalteinrichtung anzustellenden Betrachtungen bildet. Die Leistungsschalteinrichtung 24 weist zwei Leitungsschalter 26 und 28 auf, die zwischen den Anschlußstellen 18 und 20 in Serie geschaltet sind» Sie sind aln mechanische Schalter ausgebildet^ die im normalen leitenden Zustand geschlossen sinäo Es können Schalter sein^, wie sie in der DT-OS 2 J24· 992 beschrieben oindo Ebenso können auch ■beispielsweise die aus den US-F3sn 3 268 68? unä 3 290 54 ten LeitiniKSsclaaiter verwendefe

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Parallel zu dem ernten Leitungachaltor 26 int oine eine Induktivität 30, einen Widerstand 32, einen aufgeladenen Kondensator 34 und einen Schaltor 36 umfassende Serienschaltung geschaltet· Forner liegt ein Loitungszweig mit einer Schaltröhre 30 mit Rekreuzten Feldern parallel zu der die boiden Leitungsschalter 26 und 20 umfassenden Sorionschnltung. Die Schaltröhre 38 int eine Ausschalteinrichtung, die in der La{;o int, Gleichstrom gegen eine hohe Netzspannung abzuschalten. Solche Schaltröhren mit Rekreuzten Feldern nind aua den Ua-Pöen 3 550 960, 3 604 977, 3 641 384-, 3 630 061 und 3 534 226 bekannt.

Wenn en erwünscht ist, die Leistungsschalteinrichtung abzuschalten, so werden die beiden Leitungaschalter 26 und 20 geöffnet. Das üffnen beider Schalter erfolgt vorzugsweise gleichzeitig, obwohl der zweite Leitungsschalter 28 auch etwas später als der erste geöffnet werden kann. Wenn der erste Leitungsschalter 26 geöffnet ist und in einer Bogenentladung Strom führt, wird der Schalter 36 geschlossen, damit oich der Kondensator 3^ über den in der Bogenentladung Strom führenden Leitungsschalter 26 in einer solchen Richtung entladen kann, daß in dem ersten Leitungsschalter 26 ein Stromnull erzeugt wird. Der Leitungsstrom fließt nun in den Kondensator 34-, an dem die Spannung bi3 zu einem Punkt ansteigt, bei dem sie hoch genug ist, um den leitenden Zustand der Schaltröhre 38 mit gekreuzten Feldern herbeizuführen. Die Schaltröhre 30 mit gekreuzten Feldern war zuvor in einem solchen magnetischen Zustand, daß bei Anlegen eines elektrischen Feldes an der Schaltröhre die Leitung einsetzen

konnte. Wenn der Leitungs3trom nun durch die Schaltröhre 38 mit gekreuzten Feldern fließt, do wird die Stärke den durch den zweiten Leitunganchalter 28 fließenden Stromes bi3 unter den kritinchen V/ert erniedrigt, bei den die Bogenentladung erlischt. Dadurch wird der leitende Zustand de3 zweiten Leitungsschalters 28 beendet. Nach einer hinreichend langen Zeitspanne, die eine Deioniaierung dea Elektroden— Zwischenräumea doa zweiten Leitungsachaltern 28 ermöglicht, kann die Schaltröhre 38 mit gekreuzten Feldern abgeschaltet werden. Die Leintungaachalteinrichtung 24 ist nur in oolchen Stromvernorgungnnutzen verwendbar, deren Netzenorgie ziemlich niedrig iat und in denen hohe Ausachaltspannungaapitzen hingenommen werden können. Wenn eine größere Iietzenergie absorbiert werden muß und gleichzeitig Abschaltspannungsapitzen vermindert werden müssen, können zu der Schaltröhre 38 mit gekreuzten Feldern parallel geschaltete Zweige vorgesehen sein, die Schaltröhren mit gekreuzten Feldern und dazu in Serie geschaltete energieverzehrende Widerstände umfassen· Die Anwendung zusätzlicher Zweige dieser Art ist beispielsweise aus der US-PS 3 660 723 bekannt.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Leistungsachalteinrichtung 40. Bei dieser Leistungsschalteinrichtung 40 handelt e3 sich um eine Grundanordnung. Sie umfaßt einen Leitung3schalter 42, der in der Lage ist, den normalen Loitung3strom zu führen. Jede der oben in Verbindung mit dem Leitungsachalter 26 beschriebenen Einrichtungen ist hierfür geeignet«

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Parallel zu den Loitung:j3chalter 42 int eine eine Induktivität 4-4-, einen Kondensator 46, einen Y/iderntand 48 und eine Schaltröhre mit gekreuzten Feldern 50 uinfanaende Soriennchaltung genchaltet. Die Schaltröhre 50 mit gekreuzten Feldern int identisch mit der Schaltröhre 38 in Fig. 2 und ea kann jede mit bezug auf die Schaltröhre 38 erwähnte Einrichtung gleichermaßen aln Schaltröhre 50 verwendet werden. Mit dem Kondennator 46 int eine Ladeeinrichtung *j>?. verbunden, die densen anfängliche Aufladung bewirkt.

Die Wirkungsweise der erfindungngemäßen Leintungsschalteinrichtung 40 wird anhand Fig. 4 benchrieben, die die Veränderung verschiedener charakteristischer Größen bei der Betätigung der Leintungnachalteinrichtung zeigt. Die Linie yv der Fig. 4 zeigt die zeitliche Veränderung der an dem Schalter den Unterbrecherzweigea, d.h. an der Schaltröhre 50 mit gekreuzten Feldern, anliegenden Spannung. Die Linie 56 zeigt den Verlauf der an dem Leitungaschalter 42 anliegenden Spannung. Die Linie 58 zeigt den zeitlichen Verlauf den Stromes in der Schaltröhre 50 mit gekreuzten Feldern und die Linie 60 den zeitlichen Verlauf den Strömen in dem Leitungnschalter 42. Vor dem Unterbrechung«z,yklu3 iat der Leitungnachalter 42 genchloaaen und wird von dem normalen Leitunga3trom durchflossen, wie ea durch die Linie 60 dargestellt iat. Außerdem ist, wie die Linie 56 zeigt, der Spannungsabfall über dem Leitttfigaschalter 42 im weaentlichen Null. Die Schaltröhre 50 mit gekreuzten Foldern iat abgeschaltet und führt, wie es der Beginn der Linie 58 zeigt, keinen Strom· An der Schaltröhre 50 liegt, wie ea durch den

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Beginn der Linie 54 veranschaulicht int, die Spannung des geladenen Kondensators 46 an. Zur Zeit Null wird dor Leitungnochnltcr 42 geöffnet, der an dem Lichtbogen auftretende Spannungsabfall int aber nicht groß genug, um in der Linie 56 in Erscheinung zu treten. Wenn der Leitungsachalter 42 weit genug geöffnet int, un der vollen Netzspannung standhalten zu können (gemäß Fig. 4 nach etwa 100 ,ue), wird die Schaltröhre 50 eingeschaltet, damit der Kondensator 46 in einer solchen Richtung entladen wird, daß in dem geöffneten, in einer Lichtbogenentladung brennenden Leitung»schalter 42 ein ' Stroinnull erzeugt wird. Die Linie ^G zeigt eine Verminderung der an dem Leitungsschalter 42 anliegenden Spannung, um eine Spannungsunkehr anzudeuten, durch die der Strom durch den Leitung«schalter auf Null absinkt, wie es durch die Linie 60 dargestellt ist. Es ist iveiter anzumerken, daß der Spannungsabfall an der Schaltröhre 50 mit gekreuzten Feldern, dessen Verlauf durch die Linie 5^ dargestellt i3t, auf den Wert des dem leitenden Zustand einer solchen Einrichtung entsprechenden Spannungsabfalls absinkt. Während dieser Zeit ist die Schaltröhre 50 mit gekreuzten Feldern bei der dem untersten horizontalen Abschnitt der Linie 54 entsprechenden Spannung leitend, der Kondensator 46 wird aufgeladen, was, wie der Linie 56 zu entnehmen ist, zu einem leichten Spannungsanstieg an dem Leitungsschalter 42 führt. Dieser Vorgang dauert so lange an, daß der Leitungsschalter 42 deionx3ieren kann. Danach wird die Schaltröhre 50 mit gekreuzten Feldern abgeschaltet, so daß deren Strom entsprechend der Li^ie 58 auf Null absinkt, was von dem durch die Linie 54- dargestellten Anstieg der Spannung an der Schaltröhre begleitet ist. Auf

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diese Vnise wird der LStronkrois abgeschaltet, bevor der Kondensator 46 auf einen nennenswerten Bruchteil, beispielsweise mehl' als die Hälfte, der Netzspannung aufgeladen ist. V/enn en erwünscht int, daß der Kondensator 46 gegen eine überspannung geschützt ist, ao kann eine parallel zu dem Kondensator 46 geschaltete Sicherheitsfunkenstrecke vorgesehen nein. Dadurch wird der Kondensator 46 vor Überspannungen geschützt, die auftreten konnten, wenn die Schaltröhre 50 niit gekreuzten Feldern beim Ausschalten vernagen oder zu spät in den Ausschaltzyklus eingeschaltet würde. Gemäß Fig. 4 kann der vollständige Schaltzyklus in etwa 100 /ls abgeschlossen sein, jedoch ist die Zykluszeit durch die Deioninierungszeit des Leit\;mgsschalter3 42 bestinr.it. Die Kapazität de3 Kondensators 46 wird so groß gewählt, daß der leitende Zustand für einen beträchtlichen Zeitraum anhalten kann, ohne daß an dem Kondensator 46 eine zu große Spannung aufgebaut v/ird. Zur Unterbrechung eines Stromes von 10 kA bei einer Deionisierungszeit des Leitungnschalters 42 von 100 /la ist ein für 10 kV aungnlegter Kondensator mit 100 'UP angemessen.

Wie oben ausgeführt, ist die Leistungsschalteinrichtung unter der Bedingung verwendbar, daß keine zu große Hetzenergie vorliegt, so daß keine übermäßig großen Spannungsspitzen während des Aus3chalten3 auftreten. Die Leiatungsschalteinrichtung 40 veranschaulicht die Wechselbeziehung zwischen dem Leitungszweig 62 und dem Unterbrecherzweig 64. Die diese Zweige umfassende Leistungsachalteinrichtung 40 kann auch in Systemen verwendet werden, in denen eine Hehrzahl von Zweigen miteinander

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? L Π κ R Ί S

verbunden 13t, um die Netzenergie in mehreren oolchen Zweigen zu abaorbieren. Ein aolchen System int beispielsweise aus der US-PS 3 611 03I bekannt.

Fig. 5 zeigt eine Leintungsachalteinrichtung 66, die eine Mehrzahl nolcher Zweite aufweist und zwischen die Annchlußntellen 18 und 20 eingefügt werden kann. Die Leiatungsschalteinrichtung 66 weiat in Sorie goschaltote Leitungszweige 68, 70 und 72 nuf, denen je ein Unterbrecher zweig 74 bzw. 76 oder 78 parallel geschaltet ist. Diene Leitungsz'veige und Unterbrecherzweige sind mit den entnprechenden Zweigen GP. und 64 in Fig. 3 identinch. Zu jedem dor Unterbrecherzweige 76 und 78 int jeweils ein energieverzehrender Widerstand 00 bzw. parallel geschaltet. Y/enn die Leintungsnchalteinrichtung 66 das Hetz abschalten soll, go werden der erste Leitungszweig 72 und der erste Unterbrecherzweig 78 betätigt, um den Stronfluß durch den energieverzehrenden Widerntand 82 zu zwingen und dessen Impedanz in das Netz einzuführen. Der Wert den Widerstanden 82 13t so gewählt, daß übergroße Spannungsspitzen vermieden werden und eine Verminderung des Netζströme3 erzielt wird. Zu jedem der Leitungaschalter kann ein Kondensator parallel geschaltet sein, der zeitliche Veränderungen der Spannung steuert und begrenzt. Zu einem späteren Zeitpunkt, wenn die an der Leiatungsschalteinrichtung anliegende Spannung und der Netzatrom abnehmen, werden der Leitunßszweig 70 und der Unterbrecherzweig 76 geöffnet, um den lletzatrom durch die in Serie miteinander geschalteten energieverzehrenden Widerstände 80 und 82 zu zwingen. Wenn dann die Spannung und der Ifetzstrom weiter abgefallen aind, kann

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die Loistungsschalteinrichtung vollständig abgeschaltet worden, ohne daß durch das öffnen des Leitungazweigea und des Untorbrecherzweigea 7^Z|- übermäßige üpnnnungsspitzen auftreten. Auf diese Y/eioe wird dan lietz durch die Leiatungoachnlteinrichtung 66 abgeschaltet. Andere Anordnungen, inittela derer der Widerstand oineo ütrorakreinea nach und nach vergrößert wird, aind aun der UÜ-Ptf 3 534 226 bekannt.

Die erfindunna^emäße Lciiitunrjrjschalteinrichtung kann außer bei den oben benchriebenen Gleichntromnetzen auch bei Wechfselntromnetzen Verwendung finden. Die Fif;· 6 seifet einen £5trombeftrenzer 84, der inaboaondore für die Einfii{;unr; in ein Vechaelotromnetz geeignet iat, um den in dem V/echnelstromnetz fließenden otrorn, innbenondere wenn ein Überntrom auftritt, zu begrenzen. Der ütroinbecrenaer 84- int mit Hilfe der Annchlüase 86 und 88 in daa Wechselstromnetz in Serie einschaltbar. Er umfaßt einen Leitung zweig 90 und einen Unterbrecherzweiß 92 die jeweils identisch mit dem Leitun^sz\/ei^ 62 bzw. dem Unterbrecherzweij; 64- der Leistunf^sschalteinrichtunfi; 40 nach Fi^. 3 ausgebildet sind. V/enn eine solche Leintungsschalteinrichtung zur Strombe{;renzunf; verwendet wird, weist sie einen Widerstandszweig 9^ auf, der zu dem Leitungszweig 90 und dem Unterbrechearzweig 92 parallel geschaltet ist.

V/enn der ütrombef;renzer als Teil einea V/eohselstromnetzes ausgebildet ist und eine Bf?nrenzung des stromes erforderlich wird, 30 werden der Leitungszweig 90 und der Unterbrecherzweig 92 in der oben beachriebenen Weise betätigt.

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Dor durch den Leitung?zwoig fließende Strom wird, wie oben beschrieben, auf Null reduziert und en wird dann der Unterbrecherzweig 92 abgeschaltet. Die Polung de a zuvor geladenen Kondensators 9H spielt dabei keine Rolle, vorausgesetzt, daß der Unterbrocherzwoig 92 eine unterkritische Dümpfiing aufweist. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn die Kapazität des Kondensators 100 /*F, die Induktivität 100 nil und der Wert des Widerstandes 102, der den gesamten Widerstand des Widerstandszweiges reprä sentiert, 0,1 0hm beträgt. In diesem Fall ist die Schwingung in dem Unterbrecherzweig 92 und den Loitungszwoig 90 nach etwa drei Schwingung.'· period en im Verhältnis 1/e gedämpft. Eine solche Schwingung genügt, um in dem geöffneten Sohalter des Leitungzweites 90 ein Stromnull zu erzielen. Die Schwingungsperiode beträft 0,6 ms. Die notwendige Gegenspannung tritt/ an ^lQem Leitungsschalter des Leit\mRszwei[;es hinreichend früh auf, un zu annehmbaren· AböchalteiRenschaften zu führen. Wenn der Leituncsschalter deioniniert ist, wird die Schaltrölire mit gekreuzten Feldern des Unterbrechorzv/ei^es 92 ab^enchaltet. Der Widerstandszweig ψν ist dann in das Netz als zusätzlicher Widerstand eingeschaltet. Eine spezielle Anforderung bei der Verwendung in einem Wechselstromnetz besteht darin, daß die Schaltröhre mit gekreuzten Feldern in der Lage sein muß, in jeder Richtung Strom zu führen. Schaltröhren mit gekreuzten Feldern, die dieser Anforderung genügen, nind in einigen der oben erwähnten US-Patentsehriften beschrieben.

Fig. 7 zeigt in achematischer Darstellung eine Leistungsschalteinrichtung 140, die mit der Leistungsochalteinrichtung 4-0 nach Fig. 3 weitgehend überoinstinmt. Gleiche

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Bauelemente nind mit donnelben Bezugnzeichen vorgehen. Bei der Lointungüachaltoinrichtung 140 v;ird dor Leitungnschalter von einen oder von mehreren hintereinander geschalteten ijilisiunthyrintoren (IiCR) 14,'? gebildet. Die üiliziuinthyristoren werden durch eine geeignete, mit ihren Üteuorelektroden verbundene Steuereinrichtung Ί'I-3 gesteuert. Die oben beochriebenen Lei— tungnnchalter arbeiten nicht no nchnell wie ein üiliziunthyriator. En gibt fiber elektronische Bauelenente, die innerhalb von eininen zehn Ilikronekunden nach Auftreten einen Fehlern geschützt nein müssen, üin nolcher üchutz kann mit Hilfe der Lointunni?fichnlteinric^:itun{t 1^t-O erzielt werden, weil nie üilii^iumthyrintoren verwendet. V/enn bei der Leintunf^nnchalteiririohtunf; 1^0 ein mechanincher Leitunrjnnchalter verwendet würde, no könnte diener nicht no schnell öffnen wie ein Siliaiunthyrintor und wäre daher nicht in der Lafge, in der mit der Leintun^nnchalteinrichtunf; 140 möglichen kurzen iieitnpnnne einen üchutz zu vermitteln.

Die in Fif^. 8 dar^entellte Leiatunn^iichalteinrichtun^ int zu der in Fig. 5 dargestellten Leintunfjnnchnlteinrichtunp; 66 weitgehend gleich, jedocli nind bei der Leintungsnchalteinrichtung 166 wiederum die Leitungnnchalter der Leitungnzweif;e als; üiliziumthyj^intoren 168, 170 und 172 aungebildet. Die Üiliziunthyrintoren dieser Zweige können je nach den herrschenden Üpannunga- und ötromverhältninnen innerhalb jeden Zweigen aln in Serie oder parallel geschaltete Einheiten aungebildet sein. Die Siliziumthyrintoren 168, 170 und 172 werden von einer Steuereinrichtung 173 genteuert. Die Leintungnschalteinrichtung 166 arbeitet daher praktisch genau 00 wie

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die Lointunp-isochalteinrichtuiif; 66, abgesehen davon, daß nie wegen der Verwendung von Siliziunithyrintoren in den Leitim^n zweiten mit π ohr viol kürzeren Sehaltzeiten arbeitet.

Fig. 9 zeigt einen 'wechuelntrombngronzer 1(Vt-, der dem Wechnolntrotibogrenzer 8'I- nach Fig. 6 ähnlich int. Wiederum enthält der Leitunf-n',vaein einen Siliziumthyrintor 190 aln Loitungnochaltnr. Der Siliziuntlvrrintor 190 wird von einer Steuereinrichtung 191 gesteuert. Je nach den Spannung- und Stromverhaltnisnen können ein oder mehrere Siliziumthyrintoren, die miteinander in Serie oder zueinander pamllol Rennhaltet nind, verwendet werden. Dan Ungehalten de.¹? ütronen auf den V«'icle.rstanciaawei^ 19Λ· kann bei Verwendung einen ijiliziumthyrintors alfi Leitun^anchalter sclmellor erfolgen.

Ea iat zu beachten, daß ein mechanincher Behälter und ein Biliziurathyrintor drei geneinname Suotünde aufweinen. Der eine iot der hochohmi^e Zuntand· Dieser lie^t bei einem mechanischen Schalter vor, wenn seine Kontakte getrennt nind und kein LJtron übertragen wird. Bei einem üiliziumthyrintor int der nichtleitende Zuntand, wenn die Steuerelektrode nicht für den leitenden Zuntand vorgespannt int. Der zweite Zuntand entspricht einem niederohmi^en Zuatand, in dem bei einem mechanischen Schalter die Kontakte ßnachlossen sind wenn bei einem öiliziunthyrintor an der Steuerelektrode die pjeeif^nete Vorspannung für den leitenden Zustand anließt. Der dritte Zustand soll im folgenden als "Ubergangsbereit8chaft" bezeichnet werden. In diesem Falle

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sind bei einem mechanischen Schalter die Kontakte zwar pjeöffnet, ,"jedoch entspricht der Leitunf;:;zuntand nln i·¹ öl[;o einer Bogenentladung dem niederohnigen Zustand. V/enn der Lichtbogen orÜGcht und der Kaum zwinchen den Kontakten deioniniert, f^ht jedoch der mechanische Schalter in neinen hocholu.iif-en Zustand über. Im Zustand der "Obergnngsbereitnchaft" int also der nechaninehe Schalter bereit, aus den nioderohminen Zustand <lurch Deioniaioruiif; in den hochohraigen Zustand überzusehen. Dien wird bei der erfindungi;f:enäiJon Leirjtunf-nnchalteinricht\ing dadurch erreicht, dai3 ein hinreichenden ütromnull erzeugt v/ird, um die otärke den fließenden otroi.ies unter den Wert abzusenken, bei dom der Schwellenwert der opannunf-; für die Lichtbogenentladung unternchritten, diene unterbrochen und eine De ionisierung er wo'glicht wird, üin Uhnliclier Zu;;tand der "ÜberRanf^nbereitnchaft" benteht bei einem oiliziumthvristor dann, wenn an der Steuerelektrode nicht die Vorspannung für den leitenden Zumtand anliefst. Der leitende Zustand endet dann bei Erreichen der Schwellemvertspamiuiif;. Der {Jborfjanß a\ia den an aich niederohmif^en Zustand der "Uberßannnbereitschaft" in den hochohmi^en Zuntand v/ird denentsprechend durch Reduzieren der Stärke den den Siliziumthyrintor durchfließenden Strömen auf einen unterhalb einen durch die Sperrspannung bestimmten Schwellenwertes erzielt. Danach kann sich eine Spannung an dem Leitunf;anchalter aufbauen. Gemäß einer anderen Betrachtungsweise diesen Zustanden können die Leitunfisachalter als in einem BereitachaftszuiJtand befindlich angesehen werden, in dein nie aus einem niederohmigen Zuntand in einen hochohmi^en Zustand übergehen

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können, wenn Koei(;note ütrora- und üpannuncovei-hiiltninoe eingetreten nind, ura einen tJborniuif; den Schaltern nun dem Boreitnchaf bnzunt.'ind in den nichtleitenden oder hochohrnipjen Zuntand zu bcv/irken.

Die Erfindung iiit nnhnnd. bevorzugter Aunführun{5i!bo.i.^r;}:iele benchriebon worden, und en versteht üich, daß den Pachmann ohne erfinderischen Beirihen zahlreiche Abwandlunpen und Auiifioistaltun^en nii^lich nind, ohne den Kalmen der Erfindung zu verlan.scn, deren Unfiinf·; durch die folgenden Ansprüche bestimmt nein noil.

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Claims

Patentansprüche

Leistungsschaltoinrichtung mit einen Leitung.·!— zweig, der einen zur übertragung des Betriebs*- stromes dienenden Leitungsschaltor enthalt, und einen dem Loitungszv/eig parallel geschalteten Unterbrecherzv/eig, der einen Kondensator, eine Einrichtung zun Aufladen des Kondensators nit einer zxir Betriebsspannung entgegengesetzten Spannung und in Serie zum Kondensator einen Schalter zum Erzeugen eines Stroranulls im Leitungszv/eig durch Entladen des Kondensators über den in einen Zustand der Unterbrechungsbereitschaft versetzten Leitiingsschalter enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter in Unterbrecherzv/eig (6^) eine'Schaltröhre (50) mit gekreuzten Feldern ist, die in ihrem nichtleitenden /Zustand der Netzspannung standhält, bei anliegender Spannung oinschaltbar und unter Strom abschaltbar ist.
2. Leistunfioachalteinrichtunf; nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Unterbrecherzweiß (92) ein Widerstand parallel geschaltet ist.
3. Leist\mgsschalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitung3schalter als mechanischer Schalter ausgebildet ist.

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4-. Leintungsnchalteinrichtung nach Annpruch 1 odor ?._% dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsschulter ala Siliziunth'rristor (1Λ-Ρ) ausgebildet ist.
5· .Leintungsschalteinrichtung nach einen dor vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß zu den Hondo η π al; or (Λ6) don UntorbrochorzweiRon (6'O eine Induktivität OMl-) in Serie geschaltet int.
6. Leintunf!;£33chal te in richtung η ar. Ii »inen der vorhergehenden Anr.prüclie, dadurch gekennzeichnet, daß mindentenn zwei nun je einen Leitunf*nzv/eiß (68; 7^j 72) und einen dazu parallol geschalteten Unterbrecherzv/oip; (7^/}-; 7^rj; 7^) be.^c5tehende Anordnungen in Serie geschaltet sind und wenigstens zu der ersten Anordnung (7-°; 70) «in Widerntand (02) parallol geschaltet iat.
7· Leintungnnchalteinrichtunn nach einem der vorhergehenden Ansprache, geV:ennzoichnet durch ihre Verwendung z\ir Stouerunr^ der Stärke des von der Energiequelle (¹V*-) zu dem Verbraucher (16) fliessenden Stromes.
8. Verfahren zun Unterbrochen den Stromflusses mittels einer Loistungsnchalteinrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, deren Leistungsschalter wahlv/eioe in einen niederohraigen Zustand, einen hochohmigen Zustand und einen Zustand der

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Iioroitschaft zum Übergang vom niederohmigen in den hochohuigen Zustand ( Übergangs bereitschfift) versetzbar int, dadurch gekennzeichnet, daß dor πich in niederohmigen, den elektrischen Strom leitenden Zustand befindende Leitungsschalter (4-2) zunächst in den Zustand der Ubergangsbereitschaft versetzt v/ird, daß sodann die Schaltröhre (50) mit gekreuzten Feldern in ihren leitenden Zustand vorsetzt wird, so daß eine Entladung den zuvor mit einer Gegen3pannung aufgeladenen Kondensators (4-6) stattfindet und in dem Leitun^sschalter (^ιί?.) ein ütrownull erzwungen wird, das wiederum einen Übergang des Leitun^fisohalters von dem Zustand der Übergnngsbereitschnft in den hochohmigen Zustand zur Folge hat, daß weiter der ötromfluß durch die Schaltröhre (50) hinreichend lange aufrechterhalten wird, bis der Leitungsschalter (4-2) der an ihm herrschenden Spannung standhalten kann, und daß schließlich durch Herbeiführen den nichtleitenden Zustandes der Schaltröhre (50) der Stronfluß durch den Unterbrecherzweig (64) beendet wird, so daß sich die Netzspannung an dem geöffneten und deionisierten Leitungsschalter (42) wieder aufbaut.

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