DE2738422C2 - Wechselstromschalter aus Blindwiderständen - Google Patents

Description

— daß der Parallelresonanzkreis durch Schließen des Schalters (S) aus einem ersten im leitenden Schaltzustand stromdurchflossenen Blindwiderstand und dem mit dem Schalter (S) in Reihe liegenden zweiten Blindwiderstand entsteht und

— daß im leitenden Schaltzustand ein aus einem ersten und einem dritten Blindwiderstand bestehender Reihenresonanzkreis zur Stromführung dient

2. Wechselstromschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Blindwiderstand als Induktivität (Xi), der dritte Blindwiderstand als Kapazität (C 1) und der mit dem Schalter (S) in Reihe liegende zweite Blindwiderstand als Kapazität (C2) ausgebildet ist(F i g. 1).

3. Wechselstromschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum dritten Blindwiderstand (Ci) und dem mit diesem in Reihe liegenden Schalter (S) ein weiterer als Induktivität (X 2) ausgebildeter vierter Blindwiderstand parallel liegt (F ig. 2).

4. Wechselstromschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Blindwiderstand als eine Hälfte (W 2) und der vierte Blindwiderstand als die andere Hälfte (Wi) einer Transformatorwicklung ausgebildet ist (F i g. 3).

Die Erfindung betrifft Wechselstromschalter aus Blindwiderständen, von denen einer mit einem Schalter in Reihe liegt und mindestens einer im leitenden Schaltzustand stromdurchflossen ist, insbesondere zum Schalten großer elektrischer Leistungen, bei dem durch Betätigung des Schalters beim Wechsel des Schaltzustandes vom leitenden zum sperrenden Schaltzustand aus den Blindwiderständen ein Parallelresonanzkreis entsteht.

Eine derartige Schaltvorrichtung ist durch die US-PS 77 575 bekannt. Unabhängig davon dienen in dieser Anordnung eine Induktivität und eine Kapazität zur Einstellung von Strom und Spannung am Verbraucher. Innerhalb der Schaltvorrichtung des Wechselstromkreises dienen im leitenden Schaltzustand zwei gleich große und sich durch entgegengesetzten Wickelsinn gegenseitig neutralisierende, parallel zu einem Kondensator liegende Induktivitäten zur Stromführung. Eine dieser Induktivitäten ist durch öffnen eines mechanischen Schaltkontaktes abschaltbar. Die verbleibende Induktivität bildet danach zusammen mit dem parallel zu ihr liegenden Kondensator einen Parallelresonanzkreis und sperrt dadurch den Wechselstromkreis, so daß der Verbraucher abgeschaltet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einem den sperrenden Schaltzustand darstellenden Parallelresonanzkreis einen Wechselstromschalter zu schaffen, in dem der Kontaktabbrand an seinen mechanisch arbeitenden Kontaktstellen weiter vermindert ist und der auch zum Einsatz bei extrem großen zu schaltenden elektrischen Wechselstromleistungen geeignet ist..

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Wechselstromschalter der eingangs ■ genannten Art dadurch gelöst,

— daß der Parallelresonanzkreis durch Schließen eines Schalters aus einem ersten im leitenden Schaltzustand stromdurchflossenen Blindwiderstand und dem mit dem Schalter in Reihe liegenden zweiten Blindwiderstand entsteht und

— daß im leitenden Schaltzustand ein aus einem ersten und einem dritten Blindwiderstand bestehender Reihenresonanzkreis zur Stromführung dient

Dabei wird bei dem Merkmal, wonach im leitenden Schaltzustand ein aus zwei Blindwiderständen bestehender Reihenresonanzkreis zur Stromführung dient, der bekannte Umstand ausgenutzt, daß ein Reihenresonanzkreis im Resonanzbetrieb praktisch widerstandslos arbeitet Derartige Reihenresonanzkreise sind beispielsweise in dem Buch »Physik« von Dr. Christian Gerthsen aus dem Jahr 1966 auf den Seiten 256 bis 258 beschrieben.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Blindwiderstand als Induktivität, der dritte Blindwiderstand als Kapazität und der mit dem Schalter in Reihe liegende zweite Blindwiderstand als Kapazität ausgebildet.

Nach anderen vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, daß zum dritten Blindwiderstand und dem mit diesem in Reihe liegenden Schalter ein weiterer als Induktivität ausgebildeter vierter Blindwiderstand parallel liegt und daß der zweite Blindwiderstand als eine Hälfte und der vierte Blindwiderstand als die andere Hälfte einer Transformatorwicklung ausgebildet ist.

Der erfindungsgemäße Wechselstromschalter ist besonders vorteilhaft, weil einerseits im leitenden Schaltzustand an ihm praktisch kein Spannungsabfall und damit kein Wirkverlust auftritt und weil andererseits zum Abschalten einer Last ein Schalter geschlossen werden muß, so daß kein Abschaltlichtbogen auftreten kann. Die den Parallelstromkreis schließenden Kontakte arbeiten mit einem sehr geringen Verschleiß und haben demzufolge eine sehr hohe Lebensdauer mit sehr großen Kontrollintervallen.

Der erfindungsgemäße Wechselstromschalter ist insbesondere in Stufenschalteinrichtungen für Leistungstransformatoren für sehr große Leistungen sehr vorteilhaft einsetzbar, weil in diesen Anlagen einerseits sehr große Leistungen geschaltet werden müssen und

M> andererseits das Spannungsfreimachen der Einrichtung zu Wartungszwecken auf das geringstmögliche Maß beschränkt werden kann.

Einige Ausführungsbeispiele und ein Anwendungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wechselstromschaltein-

<" richtung werden anhand einer Zeichnung räher erläutert.

F i g. 1, 2 und 3 zeigen je ein einpoliges Ausführungsbeispiel für einen Wechselstromschalter und die

Fig.4 bis 8 zeigen zwei symmetrisch zu einer gemeinsamen Lastleitung angeordnete Wechselstromschalter in einer Stufenschalteinrichtung für Transformatoren in fünf zu einer Stufenschaltung erforderlichen aufeinanderfolgenden Schaltstellungen.

Einander entsprechende Teile sind, in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Zwischen zwei durch einen Schalter zu verbindenden bzw. zu trennenden Klemmen 1 und 2 sind in ~iner Reihenschaltung eine Kapazität Cl und eine Induktivitat X1 angeordnet Bei der Anordnung gemäß F i g. 1 ist parallel zur Induktivität Xl eine in Reihe mit einem Schalter S liegende zweite Kapazität C2 vorgesehen. Die Induktivität Xl und die Kapazitäten Cl und C2 sind so ausgelegt, daß ωΧ = '/„eist Demzufolge bilden die Induktivität X1 und die Kapazität C1 in Reihe eine Reihenresonanz mit dem resultierenden Widerstand nahe Null. Dagegen ist der resultierende Widerstand bei der Parallelschaltung der Induktivität Xi mit der Kapazität C 2 nahezu unendlich groß.

Zur Herstellung einer leitenden Verbindung zwischen den Klemmen 1 und 2 wird der Schalter 5 geöffnet, so daß die Reihenschaltung aus der Kapazität C1 und der Induktivität X1 wirksam ist Da hierbei der resultierende Widerstand aus der Reihenschaltung praktisch gleich Null ist, tritt zwischen den Klemmen 1 und 2 auch kein nennenswerter resultierender Spannungsabfall auf, so daß die Schaltungsanordnung wie ein geschlossener mechanischer Schalter wirkt. Zur Unterbrechung eines zwischen den Klemmen 1 und 2 fließenden Stromes wird der Schalter S geschlossen, so daß die Induktivität Xl zusammen mit der zweiten Kapazität C 2 einen Parallel resonanzkreis biidet dessen resultierender Widerstand nahezu unendlich ist. Demzufolge fließt praktisch kein Strom mehr zwischen den Klemmen 1 und 2 und ein eventuell über die Schaltanordnung an Spannung angeschlossener Verbraucher wird nicht mehr mit elektrischer Leistung versorgt.

Da die Bauelemente auch einen ohmschen Widerstand haben und demzufolge bei Resonanz Restwiderstände verbleiben, ist es zweckmäßig, sowohl in Reihe mit der Reihenschaltung aus der Kapazität C1 und der Induktivität X1 als auch parallel zu dieser Reihenschaltung je einen nicht dargestellten mechanischen Kontakt vorzusehen. Dabei dient der in Reihe mit der Reihenschaltung liegende Kontakt durch Öffnen zur Unterbrechung eines Reststromes bei durch Parallelresonanz sperrendem Wechselstromschalter. Der zur Reihenschaltung parallele Schaltkontakt dient dagegen zu deren Entlastung im Dauerbetrieb indem er durch >f> Schließen den anmeldungsgemäßen Wechselstromschalter kurzschließt. Oberschwingungsströme müssen von diesen Schaltkontakten geschaltet werden.

Auch bei der Anordnung gemäß F i g. 2 sind eine Kapazität Cl und eine Induktivität Xi zwischen Klemmen 1 und 2 in Reihe geschaltet und dienen zur Stromführung bei »geschlossenem« Wechselstromschalter. Parallel hierzu liegen jedoch in lediglich vertauschter Reihenfolge noch einmal eine Induktivität X2 und eine Kapazität C2 die ebenfalls eine Reihenresonanz bilden und einen Teil des über die Anordnung fließenden Laststromes führen. Die jeweiligen Verbindungsleitungen zwischen der Kapazität Cl bzw. C 2 und der Induktivität X 1 bzw. X 2 dieser beiden Parallelzweige sind durch einen Schalter 5 verbindbar, der zum Sperren des Schalters geschlossen wird und dadurch die zwei parallelen Reihenresonanzen umwandelt. Auch hierbei kann wieder in nicht dargestellter Weise ein mechanischer Schaltkontakt in Reihe zur Unterbrechung eines Reststronaes bzw. Oberschwingungsstromes bei sperrendem Schaltzustand und ein Schaltkontakt parallel zur Anordnung zur Entlastung der Anordnung in Dauerbetrieb vorgesehen sein.

Bei der Anordnung gemäß F i g. 3 ist parallel zu der Reihenschaltung aus der Kapazität Cl und der Induktivität X1 ein Transformator TR mit Wicklungen »V1 und W2 vorgesehen, wobei W1 gleich Wl ist Die Verbindungsleitung der Wicklungen Wl und W2 ist über einen Schalter 5 mit der Verbindungsleitung der Kapazität Cl und der Induktivität Xi verbindbar. Die Wicklung Wl des Transformators TR hat die gleiche Induktivität wie die Induktivität Xl, so daß auch für diese die Beziehung ωΧ = V„c gilt Im leitenden Schaltzustand fließt der Laststrom wieder über die Reihenresonanz aus der Kapazität Cl und der Induktivität ΛΊ, wobei die Wicklungen Wl und W2 des Transformators TR kurzgeschlossen sind. Dagegen bilden im sperrenden Schaltzustand die Wicklungen Wi und W2 zusammen mit der Kapazität Ci und der Induktivität X1 eine Parallelresonanz, da diesen beiden Schaltelementen durch den Transformator die gleichen Spannungen vorgegeben werden. Auch bei dieser Schaltanordnung kann es je nach Anwendungsfall zweckmäßig sein, zur Unterbindung eines Reststromes bzw. zur Entlastung der Wechselstromschalteinrichtung im leitenden Zustand je einen zusätzlichen mechanischen Kontakt vorzusehen.

In F i g. 4 sind zwei symmetrisch zu einer gemeinsamen Lastleitung L angeordnete Wechselstromschalter nach dem Prinzip der Schaltung gemäß F i g. 1 vorgesehen. Jeder der Wechselstromschalter ist aus einer Reihenresonanz bestehend aus einer Induktivität X1 und einer Kapazität C1 und einem zusätzlich hierzu in Reihe vorgesehenen Kontakt K 1 bzw. K 2 und je einem zur Induktivität X1 über einen Schalter S1 bzw. S2paralleischaltbaren Kapazität C 2 aufgebaut.

In den F i g. 4 bis 8 sind fünf für eine Stufenschaltung typische Schaltzustände der Anordnung aus den zwei Wechselstromschaltern dargestellt. In der Schaltstellung gemäß F i g. 4 fließt der Laststrom über einen nicht näher dargestellten Wählerkontakt und den Kontakt K 1 zur Setienresonanz aus der Kapazität Cl und der Induktivität ΛΊ zur Lastleitung L, nachdem ein nicht näher dargestellter eventuell zur Entlastung der Schalteinrichtung im Dauerbetrieb vorgesehener Schalter geöffnet ist.

In dem nun folgenden Schaltschritt gemäß Fig.5 ist der Kontakt K 2 ebenfalls geschlossen, so daß auch über die mit diesem in Reihe liegende Reihenresonanz ein Laststrom zur Lastleitung L fließt. Da die beiden Reihenresonanzen über die Kontakte A.'1 und K 2 an verschiedene Anzapfungen einer Transformatorwicklung angeschlossen sind, tritt in dieser Schaltstellung ein Stufenkurzschluß auf, in dessen zeitlichem Verlauf der Stufenkurzschlußstrom gedrosselt lediglich durch die vorhandenen Leitungsimpedanzen und die in den Schaltgliedern der Wechselstromschalter vorhandenen Anteile an ohmschen Widerständen fließt. Durch den zeitlich linearen Anstieg des Stromes z. B. entsprechend der Funktion ωί ■ sin ωί dauert es einige Halbwellen, bis der Stufenkurzschlußstrom unzulässig hohe Werte erreicht.

Bereits vor dem Erreichen von unzulässig hohen Werten des StufenkurzschluBstromes wird der Schaltzustand gernäß F i g. 6 eingestellt, bei dem der Schalter 51 geschlossen ist und dadurch im oberen Wechsel-

Stromschalter eine Parallelresonanz aufgebaut hat, die sowohl den bis dahin über den Kontakt K 1 geflossenen Stufenkurzschlußstrom als auch den über den Kontakt K i geflossenen Laststrom unterbricht, weil der Widerstand in der Parallelresonanz nahezu unendlich groß ist. Der eigentliche Laststrom wird in dieser Schaltstufe bereits vom Kontakt K 2 und der mit diesem in Reihe liegenden Serienresonanz geführt. Nacheinander werden nunmehr die Schaltzustände gemäß den Fig. 7 und 8 erreicht, in denen zunächst der obere Wechselstromschalter durch öffnen des Kontaktes K 1 spannungsmäßig entlastet ist und danach die Parallelresonanz durch öffnen des Schalters 5 1 aufgehoben wird. Die in den Fig.4 bis 8 dargelegten Schaltzustände

werden auch mit den Schaltprinzipien nach F i g. 2 und 3 in entsprechender Art und Weise erreicht.

Die Verwendung der Wechselstromschalter in einer Stufenschalteinrichtung von Transformatoren führt im Ergebnis zu einer Anordnung mit sehr verschleißarmen mechanischen Schaltern, weil die Abschaltung des größten auftretenden Stromes durch das Schließen eines Schalters und die dadurch zur Sperrung des Last- und Stufenkurzschlußstromes geschaffene Parallelresonanz und nicht durch das mechanische Auftrennen eines Stromkreises erfolgt. Auf diese Weise ist das Auftreten eines Abschaltlichtbogens und damit eine der Hauptursachen für den Verschleiß in bisher bekannten Stufenschalteinrichtungen vermieden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Wechselstromschalter aus Blindwiderständen, von denen einer mit einem Schalter in Reihe liegt und mindestens einer im leitenden Schaltzustand stromdurchflossen ist, insbesondere zum Schalten großer elektrischer Leistungen, bei dem durch Betätigung des Schalters beim Wechsel des Schaltzustandes vom leitenden zum sperrenden Schaltzustand aus den Blindwiderständen ein Parallelresonanzkreis entsteht, dadurch gekennzeichnet,