DE2810477A1

DE2810477A1 - Vakuumschaltersystem

Info

Publication number: DE2810477A1
Application number: DE19782810477
Authority: DE
Inventors: Robert M Hruda; Paul O Wayland
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1977-03-10
Filing date: 1978-03-10
Publication date: 1978-09-14
Also published as: JPS53112469A; IN149575B; FR2383514A1; FR2383514B1; US4121268A; CA1087722A; IT1093786B; IT7821009A0; DE2810477C2; ZA781075B; GB1596697A

Description

jie Erfindung betrifft ein Vakuumschaltersystem zum Unterbrechen hoher Gleichströme mit niedriger Spannung, die jedoch für die verwendeten Kontaktmaterialien der Vakuumschalter über der Potentialdifferenz des Kathodenfalls liegt.

Derartige Vakuumschaltersysteme werden insbesondere in Verbindung mit elektrolytischen Zellen bzw. chemischen Zellen, wie z.B. Chlor-Alkalizellen, verwendet, welche bei niederen Strömen einen sehr großen Gleichstrom führen, der über mehreren tausend Ampere liegen kann. Derartig hohe Gleichströme fließen kontinuierlich durch die Zelle, um den gewünschten chemischen Effekt, z.B. die Trennung von chemischen Stoffen zu bewirken. Diese chemischen Zellen werden in Serienschaltung betrieben, wobei es neuerdings üblich ist, die Betriebsspannung über 50 Volt ansteigen zu lassen.

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Die regelmäßig notwendig x^erdenden Wartungsarbeiten erfordern Absciialteinrichtungen, die bei niederer Spannung die hohen Str'ime unterbrechen können, um einzelne Zellen aus dem Stromkreis auszuschalten, während die übrigen Zellen weiter-cetrieben v/erden. Vakuumschalter für diesen Zweck sind durch die US-PS 3 950 628 bekannt. Es wurden auch schon weitere Vakuumschalter und Betätigungsiaechanismen für diese in Verbindung mit der Verwendung für chemische Zellen vorgeschlagen, wobei die Vakuumschalter zumindest einen verschiebbar angeordneten Kontakt in einem hermetisch abgedichteten Vakuumbereich haben. Von diesen Schaltern liegt einer oder niedrere parallel zur chemischen Zelle und wird geschlossen, u:i den Strom an der Zelle vorbeizuleiten, wenn diese gewartet x-ierden soll. Bei der Wiederinbetriebnahme der chemischen Zelle wird der bzw. die parallel geschalteten Vakuumschalter geöffnet, v.^Tor.it der Strom wieder über die Zelle fließt.

Es ist; wünschenswert die Schalter rasch zu öffnen undden dabei entstehenden Lichtbogen rasch zu unterdrücken. Die Kontakte bestehen üblicherweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit einem bestimmten charakteristischen Kathodenfall, d.h. einem bestimmten Potentialanstieg bzw. einer bestimmten Potentialdifferenz in der unmittelbaren Umgebung der als Kathode anzusehenden Elektrode des Schalters_o Bei einem Spannungswert, der unterhalb dieses Potentialanstiegs im Katiiodenfall liegt, kann kein Lichtbogen beim Öffnen der Kontakte aufrechterhalten bleiben. Bei dem verwendeten Kupfermaterial liegt der Potentialanstieg für den Kathodenfall etwa in der Größenordnung von 20 Volt. Von diesem charakteristischen Verhalten des PotentialVerlaufs zxcLschen den Elektroden des sich öffnenden Schalters wird für die Unterdrückung des Lichtbogens Gebrauch gemacht.

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oei Anlagen neuerer Art arbeiten die chemischen Zellen in der Regel mit Gleichspannungen, die über 50 Volt liegen. Damit ist die Spannung auch größer als die Potentialdifferenz im Kathodenfall bzw. der Kathoden-Potentialabfall- Daraus ergibt sich, daß für die meisten Kontaktmaterialien keine Möglichkeit der unterdrückung des Lichtbogens im Vakuumschalter besteht, d.h. die herkömmlichen Vakuumschalter können in Verbindung mit solchen bei höherer Spannung betriebenen chemischen Zellen nicht mehr eingesetzt werden.

In der Wechselstrom-Übertragungstechnik ist es allgemein üblich, Vakuumtrennschalter in Parallelschaltung zu benutzen, ".vobei in eines parallelen Stronivveg seriengeschaltete Trennschalter vorgesehen sind, um die Spannungswiderstandsfähigkeit der Trennschalter zu erhöhen. Die seriengeschalteten Trennschalter können dem schnellen Anstieg der hohen Wechsel-Suromübergangssparorang widerstehen, welche am Trennschalter kurz nach der Unterbrechung beim Stromnulldurchgang entsteht. Bei aolchen Vechselstromsystemen verläuft die Spannung durch -TuIl und erleichtert die Unterbrechung des Stromes bevor sich die Wiederkehrspannung aufbaut.

Bei Vakuumschaltersystemen für Gleichstrom bzw. Gleichspannungen, ergibt sich keine Möglichkeit der Spannungsunterdrückung. Vielmehr wird die Lichtbogenunterdrückung dadurch erreicht, daß beim Öffnen der Kontakte dafür gesorgt wird, daß der Kathoden-Potential ab fall für den Vakuumsehalter die am System anliegende Gleichspannung übersteigt. Unter diesen Umständen kann kein Lichtbogen aufrecht erhalten werden, so daß eine Unterbrechung auch sehr hoher Ströme bei gleichzeitiger Lichtbogenunterdrückung möglich ist.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Vakuumschaltersystem zu schaffen, das auch bei Betriebsspannungen über dem Kathoden-Pctentialabfall in der Lage ist, hohe Ströme zu unterbrechen, wobei gleichzeitig eine Unterdrückung der Lichtbogen "izx·.-. eine Löschung der Lichtbogen möglich ist.

Diese Aufgabe v/ird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest zwei parallele Stromwege vorhanden sind, von denen iis einen Stromweg zumindest ein Vakuumschalter und im anderen Stromweg zumindest zwei in Serie geschaltete Vakuumschalter liegen, und laß Einrichtungen zum öffnen der Vakuumschalter in Abhängigkeit vom Öffnen des Vakuumschalters im einen StroBiweg die seriengeschalteten Vakuumschalter um eine vorgegebene Zei3 verzögert öffnen.

X-feitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von %'eiteren Ansprüchen.

Die Vorteile und lierkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schaltung des Vakuumschaltersystems gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Betätigungsmechanismus für das Vakuumschaltersystem;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Betätigungsmechanismus gemäß Fig. 2, aus der die Verzögerung des Öffnens von Schaltern hervorgeht.

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jemäß Fig. 1 -umfaßt das Vakuumsellalter syst em 10 Anschlußleitungen 12 und 14, welche an die Anode und Kathode einer nicht dargestellten elektrolytischen bzw. chemischen Zelle angeschlossen sind. Eine Vielzahl elektrisch parallel geschalteter Stromwege 16, 18 und 20 verbindet die Anschlußleitungen 12 und 14. In den Stromwegen 16 und 18 ist jeweils ein Vakuumschalter 22 bzw. 24 angeordnet. Im Stromweg 20 sind dagegen zwei Vakuumschalter 26 und 28 in Serienschaltung angeordnet. Zwischen dem Stromweg 18 und dem Stromweg "befindet sich eine Verzögerungseinrichtung 29, die dafür sorgt, ia3 über einen Öffnungsmechanismus 42 einerseits die Öffnung der Sehalter 26, 28 gleichzeitig, jedoch um eine bestimmte Seit verzögert nach den Schaltern 22 und 24 erfolgt.

Zwischen den Anschlußleitungen 12 und 14 liegt ein Gleichspannungspotential von etwa 50 Volt,und wenn alle Vakuumschalter geschlossen sind, fließt ein sehr hoher Gleichstrom in der Größenordnung von mehreren tausend Ampere über die Stromwege 16, 18 und 20. Wenn der Stromfluß über das Vakuumschaltersystem 10 - unterbrochen werden soll, werden die Schaluer 22 und 24 etwa gleichzeitig geöffnet, xrobei die Schalter 26 und 28 noch geschlossen bleiben. Nunmehr fließt der gesamte StJrom. in System über den Stromweg 20, womit man eine Unterdrückung bzw. eine löschung der sich zwischen den öffnenden Schalter 22 und 24 ergebenden Lichtbogen erreicht. Nach einer festgelegten ausreichend großen Verzögerungszeit, welche das löschen der Lichtbogen an den Schaltern 22 und 24 sicherstellt, jedoch noch bevor eine Überhitzung der Schalter 26 und 28 infolge des hohen Stromes erfolgt, werden die Schalter 22 und geöffnet. Diese Verzögerungszeit beträgt zumindest 50 Millisekunden. Die Verzögerungseinrichtungen 29 bewirken über den öffnungsmechanismus 42, daß die Schalter 26 und 28 gleichzeitig

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geöffnet ".-.'erden. 3er Kathoden-Potentialabfall an den serien- -?eschal~s~er_ Vakuumschaltern 26, 28 übersteigt den Kathoden-Potentialacfail an den beiden Einzelschaltern 22 und 24- um las Zweifache. Auf diese Weise können die in Serie geschalteten Vakuumschalter den Strom effektiv unterbrechen. Selbstverständlich ist es möglich, mehr als zwei Vakuumschalter im ctromwer 20 in Serie zu schalten, um einen größeren Kathoden-Potentiaiacfall zu erzielen.

Lie ,Zuordnung der einzelnen Vakuumschalter zu dem Betätigungs- ::.-3chanis:ius geht aus Fig. 2 hervor. Die grundsätzliche Wirkungsweise des Betätigungsmechanismus für die parallel geschalteten 3ch.ait-.vege geht aus der US-Patentanmeldung 650 406 hervor. •Jedoch hau iies.er Mechanismus keine Vorkehrungen getroffen, ;.::. in einer der parallelen Stromwege eine Serienanordnung von Schaltern vorzusehen. Das vorgeschlagene System ist daher auf die Verwendung bei niederen Spannungen zumindest unter 2Γ Volt begrenzt. Der Betätigungsmechanismus gemäß den Fig. und 3 UT^faSö eine gemeinsame Welle 30 mit Exzenterscheiben 32, >■ und 36. Die Exzenterscheiben arbeiten jeweils auf ein Schaltgestänge 33, 40 und 42, welches an entsprechende Vakuumschalter 22, 2m-, 26 und 28 angeschlossen ist, wobei das der Exzenterscheibe 35 zugeordnete Schaltgestänge auf die Vakuumschalter 25 und 25 gleichzeitig wirkt. Die Exzenterscheiben 32 und sind bezüglich ihrer Formgebung identisch aufgebaut, wogegen die Exzenterscheibe 35 einen vergrößerten HOckenbereich 44 hat. Durch diesen vergrößerten Nockenbereich wird erreicht, daß die Vakuumschalter 26 und 28 über die Öffnungszeit der Vakuumschalter 22 und 24 hinaus geschlossen bleibt. Diese verzögerte Öffnung der Vakuumschalter 26 und 28 geht aus Fig. 3 hervor. ITach der Verzögerungszeit werden auch diese beiden Vakuumschalter 26 und 28 geöffnet.

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Obwohl in der Beschreibung des Ausführungsbeispieles nur ein mechanischer Öffnungsmechanismus erläutert wurde, mit des die verzögerte Unterbrechung der in Serie geschalteten Schalter im einen Strocweg erfolgt, ist es für den Fachmann selbstverständlich, daß anstelle eines mechanischen Öffnungsmechanismuses auch ein elektronischer vorgesehen werden kann, wobei dieser elektronische Offnungsmechanisinus die Stroinänderung im parallelen Stromweg 20 erfaßt und abtastet und dann nach einer vorgesehenen Verzögerungszeit die Mechanik zus Öffnen der Schalter, z.B. mit Hilfe eines Pneumatikzylinders oder eines Hydraulikzylinders, auslöst.

Patentansprüche:

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Leerse ite

Claims

Patentansprüche

Vakuuinschaltersystem zum Unterbrechen hoher Gleichströme mit niedriger Spannung, die jedoch für die verwendeten Kontakt-™aterialien der Vakuumschalter über der Potentialdifferenz ies Kathodenfalls liegt, dadurch gekennzeichnet, laß zumindest zwei parallele Stromwege (16 bzw. 18, 20) vorhanden sind, von denen im einen Stromweg (16 bzw. 18) zumindest ein Vakuumschalter (22 bzw. 24) und im anderen Stromweg (20) zumindest zwei in Serie geschaltete Vakuumschalter (26, 23) liegen, und daß Einrichtungen zum Öffnen der Vakuumschalter in Abhängigkeit vom Öffnen des Vakuumschalters (22 bzw. 24)' im einen Strosweg (16 bzw. 18) die seriengeschalteten Vakuumschalter (26, 28) um eine vorgegebene Zeit verzögert öffnen.

Vakummschaltersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im einen Stromweg eine Vielzahl von gleichzeitig zu öffnenden Vakuumschalter- parallel geschaltet sind.

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ORIG!M_AL INSPECTED

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5. Vakuumschaltersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ekennz e i c h η e t, daß das Vakuumsystem für elektrolytische Zellen bzw. chemische Zellen Verwendung findet.

^-. Yakuumschaltersystem nach einem der Ansprüche Λ bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Öffnungsmechanismus vorhanden ist, der eine gemeinsame Welle (30) umfaßt, welche eine Vielzahl von Exzenterscheiben mit einem Schaltgestänge zur Betätigung der Vakuumschalter trägt, wobei die dem Schaltgestänge für die in Serie geschalteten Vakuumschalter zugeordneten Exzenterscheiben diese Vakuumschalter verzögert öffnen.

z>. Vakuumschalter system nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den in Serie geschalteten Vakuumschalter (26, 28) zugeordnete Exzenterscheibe (36) einen gegenüber den übrigen Exzenter scheiben (32, 34-) für die Vakuumschalter (22 bzw. 24) in den anderen Stromwegen verbreiterten Kockenbereich aufweist, so daß die seriengeschalteten Vakuumschalter (26, 28) langer als die übrigen Vakuumschalter (22 bzw. 24) geschlossen gehalten werden können.

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