DE2821548A1

DE2821548A1 - Gleichstrom-unterbrecher

Info

Publication number: DE2821548A1
Application number: DE19782821548
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Sugawara; Shunji Tokuyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-05-18
Filing date: 1978-05-17
Publication date: 1978-11-23
Also published as: JPS53142679A; DE2821548C2; JPS5949663B2; US4216513A; GB1594287A

Description

— /L —

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstromunter— brecher und betrifft insbesondere einen solchen, bei dem durch Überlagerung des Gleichstroms mit einem oszillierenden Strom ein Nullstrom zur Unterbrechung des Gleichstroms erzeugt wird.

Im Gegensatz zur Unterbrechung von Wechselstromkreisen ist es generell schwierig, Gleichstromkreise abzuschalten, da bei Gleichstrom anders als bei Wechselstrom kein Moment auftritt, zu dem der Strom zu Null wird. In Gleichstrom-0 kreisen vorgesehene Unterbrecher werden oft nach der bekannten Methode der Lichtbogenlöschung geöffnet, wobei dem Unterbrecher ein Kondensator parallel geschaltet wird, um einen Nullstrom zu erzeugen.

Der Unterbrecher und der dazu parallel geschaltete Kondensator bilden miteinander einen Schwingkreis, dessen Induktanz in der Parallelschaltung enthalten ist. Diese Induktanz umfaßt die im Schwingkreis enthaltene Streuinduktivität sowie eingebaute Induktivitäten, wobei die Streuinduktivität durch die Verdrahtung und den Kondensator selbst hervorgerufen wird. Der Schwingkreis stellt eine LC-Serienresonanzschaltung aus dem Kondensator und der Induktanz dar, wobei der oszillierende Strom io durch geeignete Bemessung der Kapazität und Induktanz erzeugt wird. (Der oszillierende Strom io tritt beim Öffnen des Unterbrechers auf.) Der oszillierende Strom io wird dem aus dem Gleichstromkreis durch den Unterbrecher fließenden Gleichstrom I überlagert, so daß zwischen den Elektroden des Unterbrechers ein Summenstrom i (i = I + io) fließt, der aus dem Gleichstrom I und dem oszillierenden Strom io besteht. Werden diese beiden Ströme so eingestellt, daß io = I ist, so erzeugt der Summenstrom i einen Nulldurchgang. Der zwischen den Elektroden des Unterbrechers entstehende Lichtbogen erlischt

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dabei, wenn der Summenstrom i Null wird. Bei diesem Verfahren der Lichtbogenlöschung ist es möglich, den Kondensator elektrisch auf ein vorgegebenes Potential aufzuladen oder auch nicht, bevor er mit dem Unterbrecher verbunden wird. In der nachstehenden Erläuterung wird der erste Fall als Voraufladungs-Methode und der zweite als Nichtaufladungs-Methode bezeichnet.

Bei der Voraufladungs-Methode wird der Kondensator mit dem Unterbrecher kurz vor oder nach dem Öffnen des Unterbrechers verbunden. In beiden Fällen läßt sich der erzeugte oszillierende Strom io näherungsweise durch die unten angegebene Gleichung (1) wiedergeben, gemäß der die Amplitude des oszillierenden Stroms wegen der Anwesenheit von Ohm¹sehen Widerständen in der Schaltung nahezu exponentiell abnimmt:

/c~ ~^sxt

io * Ec. Λ— e sin -^=. ; (1 )

worin Ec die Spannung der Anfangsladung des Kondensators bedeutet,

Lo die Induktanz des Schwingkreises, C die Kapazität des Kondensators, α eine Konstante, und
t die Zeit.

In der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 40-18098 (I965) mit dem Titel "Gleichstrom-Vakuumunterbrecher" ist ein Unterbrecher offenbart, bei dem der Kondensator kurz vor dem öffnen des Unterbrechers verbunden wird, während die Veröffentlichung von G. A. Kukekor und anderen mit dem Titel "Switching-gear for H.V.D.C. Lines", Direct Current, Juni 1959, Seiten 123 bis 126 einen Unterbrecher beschreibt, bei dem der Kondensator kurz nach dem Öffnen des Unterbrechers aufgeschaltet wird.

Bei der Voraufladungs-Methode müssen die folgenden Bedingungen erfüllt sein, damit der Gleichstrom mit Erfolg unterbrochen wird:

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Imax ^ ScJ^₅ . (2)

i < ß ·, (3)

wobei Imax den maximalen Strom darstellt, der unterbrochen werden kann (der im folgenden als maximaler Schaltstrom bezeichnet wird), und

-rar das Zeitdifferential des Stromes i bedeutet, wenn der Summenstrom i zu Null wird, wobei dieser Ausdruck durch die nachstehende Gleichung (4) näherungsweise wiedergegeben wird (und im folgenden als Stromsteigung bezeichnet wird):

Il ~ (0,6- 0,7) ^; (4)

und wobei ß einen für jeden Unterbrecher spezifischen Wert angibt.(DLe Unterbrechung versagt, falls die Stromsteigung die maximale Stromsteigung ß überschreitet.)

Wird die Spannung Ec der Anfangs-Kondensatorladung nach Gleichung (2) erhöht, um den maximalen Schaltstrom Imax zu erhöhen, so erhöht sich auch die durch Gleichung (4) gegebene Stromsteigung ^r.

Bei den erwähnten herkömmlichen Vorrichtungen wird daher eine Induktivität, deren Induktanz größer ist als mehrere mH, direkt mit dem Kondensator verbunden, so daß der Wert von Lo nach Gleichung (4) eine Induktanz aufweist, die größer ist als mehrere mH, um die Stromsteigung ^ einzudämmen. Daher ist es schwierig, die durch die folgende Gleichung (5) gegebene Frequenz f des oszillierenden Stroms io auf einen Wert von mehr als 1 kHz zu erhöhen:

Bei der Voraufladungs-Methode ist es ferner unabhängig von der Größe des abzuschaltenden Gleichstroms I nicht möglich,

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die Stromsteigung -r~± zum Zeitpunkt der Unterbrechung zu Null zu machen. Die Stromsteigung rrp kann dann zu Null gemacht werden, wenn die Größe des zu unterbrechenden Gleichstroms mit der Amplitude des oszillierenden Stroms io übereinstimmt.Schwankt jedoch bei der erwähnten Voraufladungs-Methode die Größe des zu unterbrechenden Gleichstroms I, so neigt die Stromsteigung «s-r dazu zuzunehmen, selbst wenn sie für einen bestimmten Gleichstrom auf Null eingestellt wird.

Andererseits wird bei der Nichtaufladungs-Methode der Kondensator über eine Funkenstrecke oder einen Hilfsschalter mit dem Unterbrecher parallel geschaltet, wenn die Lichtbogenspannung zwischen den Elektroden des Unterbrechers nach Öffnen des Unterbrechers einen vorgegebenen Wert erreicht hat. In diesem Fall entspricht der oszillierende Strom io demjenigen bei der Voraufladungs-Methode, wobei die Spannung Ec der Kondensator-Anfangsladung zu dem Zeitpunkt, zu dem der Kondensator aufgeschaltet wird, durch die Lichtbogenspannung Va ersetzt ist. Der maximale Schaltstrom Imax wird in diesem Fall durch die folgende Gleichung wiedergegeben:

< Ic
Imax = Va l—r-z · (6)

\J XjO

Die obere Grenze der Lichtbogenspannung Va beträgt etwa 2 kV. Bei der Nichtaufladungs-Methode muß daher zur Erhöhung des maximalen SchaltStroms Imax die Induktanz Lo des Schwingkreises verringert werden, wie dies in der Veröffentlichung von H. Hartel »Nebenwege für HGU-Schalter» in STZ-A, Band 91, (I97O) Heft 2, Seiten 79 bis 82 beschrieben ist. Es ist daher erforderlich, Lo kleiner als 5 uH zu machen. Bei der Nichtaufladungs-Methode ist es daher möglich, mit einem oszillierenden Strom einer Frequenz f bis hinauf zu 10 kHz zu arbeiten; aber aus den gleichen Gründen wie bei der Vorauf ladungs-Methode ist es schwierig, den Stromkreis bei einer Stromsteigung -sar ~ O unabhängig von Änderungen in dem zu unterbrechenden Gleichstrom I zu öffnen.

Bei der erwähnten Methode der Lichtbogenlöschung nimmt die Amplitude des erzeugten oszillierenden Stroms io mit

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der Zeit ab. Gemäß einer Veröffentlichung von N. Yamada und anderen mit dem Titel "H.V.D.C. Circuit Breakers Using Oscillating Current Techniques" in Direct Current, August I966, Seiten 87 bis 67, wird dagegen ein oszillierender Strom mit allmählich zunehmender Amplitude (der im folgenden als divergenter oszillierender Strom bezeichnet wird) mit Hilfe der erwähnten Lichtaufladungs-Methode erzeugt. Dieser divergente oszillierende Strom weist einen Bereich mit einer Charakteristik auf, gemäß der die Lichtbogenspannung mit abnehmendem Lichtbogenstrom des Unterbrechers zunimmt (im folgenden als negative Lichtbogen—Widerstandskennlinie bezeichnet), und wird dann erzeugt, wenn der zu unterbrechende Gleichstrom innerhalb dieses negativen Lichtbogen-Widerstandsbereichs liegt. Das in der genannten Veröffentlichung von

N. Yamada und anderen beschriebene Verfahren arbeitet mit einem solchen divergenten oszillierenden Strom. Da jedoch bei diesem Verfahren der Kondensator mit dem Unterbrecher parallel geschaltet wird, nachdem der Lichtbogen auf einen vorgegebenen Wert angestiegen ist, ist es nicht möglich, den Stromkreis mit einer Stromsteigung ^- ^0 unabhängig von Änderungen im Gleichstrom I zu unterbrechen.

Zum weiteren Stand der Technik wird auf die USA-Patentschrift 3 522 472 hingewiesen, aus der ein Gleichstrom-Unterbrecher bekannt ist, der einen aus dem Unterbrecher und einer dazu parallel geschalteten Serienschaltung aus einem Kondensator und einer Spule gebildeten Schwingkreis aufweist. Dieser Schwingkreis ist in Spalte 6, Zeilen 40 bis 50 in Verbindung mit Figur 8a und 8b dieser Patentschrift erwähnt. Schließlich sei noch hingewiesen auf die japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 40-10355 (I965), die einen nach der Voraufladungs-Methode arbeitenden Gleichstrom-Vakuumunterbrecher offenbart. Die Voraufladungs-Methode ist in Spalte 1, Zeilen 1 bis 21 in Verbindung mit Figur 1 dieser Veröffentlichung erwähnt.

Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, Nachteile, wie sie bei vergleichbaren Gleichstromunterbrechern

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nach dem Stand der Technik auftreten, mindestens teilweise zu vermeiden. Eine speziellere Aufgabe kann darin gesehen werden, einen Gleichstromunterbrecher zu schaffen, bei dem sich die Stromsteigung ^r- unabhängig von der Größe des zu unterbrechenden Gleichstroms auf nahezu Null einstellen läßt. Eine Begrenzung der Stromsteigung auf kleine Werte trägt zu einer Erhöhung des maximalen Schaltstroms des Unterbrechers bei.

Zur Aufgabe der Erfindung gehört es ferner, einen GIeich-Stromunterbrecher zu schaffen, der in der Lage ist, den Gleichstrom innerhalb einer kurzen Zeitspanne zu unterbrechen, indem die Frequenz des oszillierenden Stroms auf Werte oberhalb von 1 kHz erhöht und die Zeitspanne von dem Moment, zu dem die Elektroden des Unterbrechers zu öffnen beginnen, bis zu dem Zeitpunkt, zudem der Nullstrom erzeugt wird, verkürzt wird. Ferner gehört es zur Aufgabe der Erfindung, einen Gleichstromunterbrecher vorzusehen, der einen maximalen Schaltstrom aufweist, wenn die Induktanz des Schwingkreises innerhalb eines Bereiches von 10 bis 100 ^K liegt.

Erfindungsgemäß werden ein Kondensator und eine Induktivität mindestens gleichzeitig mit dem mechanischen Öffnen des Unterbrechers mit diesem verbunden, um den Gleichstrom im Bereich seiner negativen Lichtbogen-Widerstandskennlinie zu unterbrechen, während der Schalter mechanisch geöffnet wird, und dadurch einen oszillierenden Strom allmählich steigender Amplitude zu erzeugen, wobei dieser oszillierende Strom dem durch den Gleichstromkreis fließenden Gleichstrom überlagert wird, so daß der Gleichstrom unterbrochen wird, wenn die Summe aus dem Gleichstrom und dem oszillierenden Strom den Wert Null erreicht.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen Figur 1 ein Schaltbild zur Erläuterung des Erfindungsprinzips; Figur 2 den Verlauf des oszillierenden Stroms io nach Figur 1; Figur 3 den Verlauf des Summenstroms i, der durch den Unter-

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— Ιυ -

brecher fließt, wenn der Stromkreis nach Figur 1 geöffnet ist;
Figur 4 ein Impulsdiagramm zur detaillierten Darstellung des Verlaufs des Summenstroms i in der Nähe des Nullstroms;

Figur 5 ein Schaltbild zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Figur 6 eine schematische Darstellung für den Aufbau des

Ausführungsbeispiels nach Figur 5; Figur 7 bis 9 Diagramme zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Frequenz f des oszillierenden Stroms und dem maximalen Schaltstrom Imax in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5; und

Figur 10 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Induktanz Lo des Schwingkreises und dem maximalen Schaltstrom Imax gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5.

Gemäß Figur 1 ist ein in einem Gleichstromkreis enthaltener Unterbrecher 10 so aufgebaut, daß der zu unterbrechende Gleichstrom innerhalb des negativen Lichtbogen-Widerstandsbereichs des Unterbrechers 10 liegt. Als Unterbrecher können herkömmliche Druckgas-Wechselstromunterbrecher, Vakuumunterbrecher und solche mit magnetischer Funkenlöschung eingesetzt werden. Parallel zu dem Unterbrecher 10 liegt ohne Zwischenschaltung eines Hilfsschalters oder einer Funkenstrecke eine Serienschaltung, die einen Kondensator 12 und eine Induktivität 14 umfaßt»

Beim Schließen de3 Unterbrechers 10 wird der Kondensator 12 durch den Unterbrecher 10 im wesentlichen kurzgeschlossen und elektrisch nicht aufgeladen. Über den Unterbrecher 10 fließt ein Gleichstrom aus einer (nicht gezeigten) Gleichstromquelle. Beginnen die Elektroden des Unterbrechers 10 beim Empfang eines Unterbrechungssignals zum Zeitpunkt ti mechanisch zu öffnen, so entsteht zwischen den Elektroden des Unterbrechers ein Lichtbogen. Andererseits wird aufgrund der negativen Lichtbogen-Widerstandskennlinie des Unter-

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brechers 10, der vorgegebenen Kapazität des Kondensators 12 und der Induktanz der Induktivität 14 der in Figur 2 gezeigte divergente oszillierende Strom io erzeugt. Dieser divergente oszillierende Strom io, der durch die folgende Gleichung (7) gegeben ist, wird dem aus der Gleichstromquelle zum Unterbrecher 10 fließenden Gleichstrom überlagert:

Γη - ^R + 1
io * A ^- e 2To" ^Z . sin --L·- tj (7)

wobei A eine Konstante bedeutet,

C die Kapazität des Kondensators 12, Lo die Induktanz der Induktivität 14, und R den Widerstand des Lichtbogens.

Der durch den Unterbrecher 10 fließende Summenstrom i bildet daher gemäß Figur 3 einen Nullstrom, so daß der Lichtbogen am Unterbrecher 10 zum Zeitpunkt t3 erlischt. Selbst wenn zu diesem Zeitpunkt t3, zu dem der Nullstrom zum ersten Mal auftritt, der Lichtbogen nicht erlischt, wird er an einem der folgenden Nulldurchgänge des Stroms zu den Zeitpunkten t4, t5, ... gelöscht. Es ist ein Vorteil der Anwendung eines divergenten oszillierenden Stroms, daß er mehrere Nulldurchgange aufweist.

Wie ferner in Figur 3 gezeigt, n.1mmt die Amplitude des Summenstroms i allmählich zu und erreicht den Nullstrom, so daß der Stromkreis bei einer Stromsteigung ^ - 0 unterbrochen wird, selbst v/enn sich der Gleichstrom I ändert. Infolgedessen läßt sich der maximale Schaltstrom Imax steigern, ohne die Induktanz des Schwingkreises über mehrere mH zu erhöhen oder im anderen Fall unter mehrere mH abzusenken.

Außerdem nimmt die Stromsteigung selbst dann nicht zu, wenn die Frequenz des oszillierenden Stroms auf mehr als 1 kHz erhöht wird, wodurch sich die Unterbrechungszeit verkürzen läßt.

Nach Erlöschen des Lichtbogens fließt der Gleichstrom I in den Kondensator 12 und lädt diesen auf die Spannung der Gleichstromquelle auf. Nach Aufladung des Kondensators 12

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wird der Gleichstrom I zu Null, womit der Unterbrechungsvorgang abgeschlossen ist.

Um zu erreichen, daß der Unterbrecher den Unterbrechungsvorgang innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne beendet, muß die Frequenz f des divergenten oszillierenden Stroms io aui den Mittelwert zwischen den Frequenzen fL und fH eingestellt werden. Eine Stromsteigung -rr - 0 bedeutet, daß das Minimum des Summenstroms i die Nullstrom—Linie in Figur 4 berührt. Dabei nimmt der durch den Unterbrecher 10 fließende Summenstrom i gemäß Figur 4 vom Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t3 ab und erreicht schließlich den Nullstrom. Wird keine Unterbrechung erreicht, so steigt der Strom i gemäß der gestrichelten Linie wieder an, und dia Unterbrechung erfolgt erst bei Erreichen des nächsten Nulldurchgangs. In dem Unterbrecher wird jedoch der Widerstand des Lichtbogens nicht sofort unendlich, selbst wenn der Lichtbogenstrom den Wert Null erreicht. Vielmehr steigt der Lichtbogenwiderstand exponentiell mit der vorgegebenen Lichtbogen-Zeitkonstante Ta. Daher muß der Lichtbogenwiderstand innerhalb der Zeitspanne T/4 (wobei T die Periode des oszillierenden Stroms angibt), innerhalb der der Summenstrom abzunehmen beginnt und den Nullstrom erreicht, genügend groß geworden sein. Eine Schaltung mit einer Zeitkonstante erfordert eine Zeitspanne, die etwa 5 mal langer ist als die Zeitkonstante, bevor die Schaltung vollkommen in einen stabilen Zustand zurückkehrt. Daher findet keine Unterbrechung statt, sofern nicht die folgende Gleichung (8) erfüllt ist:

^ > 5Ta oder T > 20Ta. (8)

Die obige Gleichung (8) läßt sich erfüllen, wenn die Frequenz f des oszillierenden Stroms io so gewählt wird, daß sie kleiner ist als die durch die nachstehende Gleichung (9) gegebene Frequenz fH:

^fH =

2ÖTT

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Ferner ist es erforderlich, daß der Lichtbogen gelöscht wird, solange der Unterbrecher 10 in der Lage ist zu unterbrechen, d.h. innerhalb der maximal zulässigen Lichtbogendauer Tb. Die Amplitude des divergenten oszillierenden Stroms io muß deshalb innerhalb der maximal zulässigen Lichtbogendauer Tb die Größe des zu unterbrechenden Gleichstroms I überschreiten, so daß der Summenstrom i den Nullstrom erreicht. Der Zeitpunkt t3, zu dem dies zum ersten Mal geschieht, steht mit Gleichung (7) in Zusammenhang und hängt hauptsächlich von der Kapazität C und der Induktanz Lo des Schwingkreises ab. Der Zeitpunkt t3 wird mit abnehmender Amplitude des divergenten oszillierenden Stroms io nach hinten verlegt. Daher wird die Frequenz f des oszillierenden Stroms io so gewählt, daß sie größer ist als die Frequenz fL, bei der die Dauer te (mit te = t3 - ti) gleich der maximal zulässigen Lichtbogendauer Tb wird, so daß der anfängliche Strom-Nullpunkt stets innerhalb der Dauer Tb auftritt.

In Figur 5 und 6 ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei dem ein Unterbrecherteil 16 eines Druckgas-Unterbrechers zwischen einer unteren Stütze 18 und einer oberen Stütze 20 gehaltert ist. Dabei ist der unterbrechende Strom so gewählt, daß der zu unterbrechende Gleichstrom I im negativen Lichtbogen-Widerstandsbereich des Unterbrecherteils 16 liegt.

Um den Unterbrecherteil 16 zu öffnen, wird in einem Lufttank 24 gespeicherte Druckluft über ein Porzellanrohr 22 zugeführt.

Der Unterbrecherteil 16 wird in Abhängigkeit vom Öffnungs/ Schließ-Betrieb eines Magnetventils 26 geöffnet b,zw. geschlossen, das zwischen dem Porzellanrohr 22 und dem Lufttank 24 angeordnet ist. In Serie, mit dem Unterbrecherteil 16 ist ein Trennteil 28 vorgesehen, das mittels eines Hebels 30 geöffnet wird, nachdem der Unterbrecherteil 16 geöffnet worden ist. Auf einer Porzellanstütze 32 ist eine eisenlose Drossel 34 angeordnet, die aus einem auf einen

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Isolierzylinder aufgewickelten Leiter besteht. Die Drossel 34 ist mit Abgriffen 36, 38 zur Einstellung der Induktanz Lo des Schwingkreises versehen. Parallel zu der Porzellanstütze 32 liegt ein Ölkondensator 40.

Der Unterbrecherteil 16, der Ölkondensator 40 und die Drossel 34 sind mit Klemmen 42, 44, 46, 48, 50, 52 und 54 versehen, die über Leiter 56, 58, 60 und 64 so verbunden sind, daß sie die in Figur 5 gezeigte Schaltung bilden. Die in Figur 5 ferner eingezeichnete Streuinduktivität 66 be-0 steht aus den dem Ölkondensator 40 und den Leitern 56 bis innewohnenden Induktanzen. Der Unterbrecherteil 16, der Ölkondensator 40, die Drossel 34 und die Streuinduktivität 44 entsprechen dabei dem Unterbrecher 10, dem Kondensator 12 und der Induktivität 14 gemäß Figur 1 und unterbrechen den Gleichstrom I, wie dies anhand von Figur 1 dargestellt worden ist.

In einem praktischen Ausführungsbeispiel der obigen Anordnung betrug Ta = 2 _usec, C = 4 uF, Lo = 500 uH, R = - 2 η und A = 1000, und ein Gleichstrom I von 700 A wurde mit einer Verzögerung von 1 msec unterbrochen, nachdem der Unterbrecher 10 zu öffnen begonnen hatte. Nach etwa 3,5 Zyklen (nach 1 m3ec), nachdem der Unterbrecher zu öffnen begann, überschritt der oszillierende Strom io den Gleichstrom I, so daß der Summenstrom i den Nullstrom erreichte.

Setzt man in diesem Fall die oben genannten Werte in die Gleichungen (7) und (9) ein, so erhält man für die Frequenzen fL = 3,5 kHz und fH = 25 kHz.

In den Diagrammen der Figuren 7 bis 9 sind die Beziehungen zwischen der Frequenz f des oszillierenden Stroms und dem maximalen Schaltstrom Imax gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel dargestellt; wobei ,jeweils der maximale Schaltstrom Imax für drei Unterbrecher A, B und C bei Änderung der Kapazität auf 4 uF und 1 2 uF dargestellt ist. A bedeutet dabei einen Druckgas-Unterbrecher unter Verwendung einer rechteckigen oder quadratischen Düse aus einer Kombination von Isoliermaterial und Metall, 3 einen

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Druckgas-Unterbrecher mit einer zylindrischen Düse aus einer Kombination von Isoliermaterial und Metall, und C einen Druckgas-Unterbrecher mit einer zylindrischen Metalldüse. In allen Fällen steigt der maximale Schaltstrom Imax bei Frequenzen von etwa 5 bis 10 kHz und nimmt auf beiden Seiten dieses Bereichs drastisch ab.

In dem Diagramm nach Figur 10 ist der maximale Schaltstrom Imax bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung über der Induktanz mit der Kapazität als Parameter aufgetragen. Überschreitet gemäß Figur 10 die Induktanz des Schwingkreises den Wert von 500 μίΐ, so nimmt der maximale Schaltstrom Imax selbst bei Erhöhung der Kapazität nicht zu. Beträgt ferner die Kapazität 4 bzw.8 uF, so ergibt sich ein erhöhter maximaler Schaltstrom Imax, wenn die Induktivität etwa 60 bzw. 40 uH beträgt. Ein hoher maximaler Schaltstrom Imax wird erreicht, wenn die Induktanz Lo des Schwingkreises zwischen 10 und 100 μΗ und die Kapazität zwischen 4 und 12 uF liegt, d.h. wenn die Frequenz f des oszillierenden Stroms in einen Bereich von 4,5 bis 25 kHz fällt.

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Leerseite

Claims

PAT F N TA V WA LT1 SCHIFF ν, FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÜNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 01 6O, D-8OOO MDNCHEN 95 HITACHI, LTD. 17. Mai 1978 DEA-5628 Gleichstrom-Unterbrecher PATENTANSPRUCHS

1.¹J Gleichstrom-Unterbrecher, der einen Nullstrom zur unterbrechung des Gleichstroms durch Überlagerung desselben mit einem oszillierenden Strom erzeugt, gekennzeichnet durch einen Unterbrecher (10), der den Gleichstrom innerhalb des negativen Bereichs der Lichtbogen-Widerstandskennlinie unterbricht, während er mechanisch geöffnet wird, einen zn dem Unterbrecher parallel geschalteten Kondensator (12), der mindestens nicht gleichzeitig mit dem mechanischen Öffnen des Schalters aufgeladen wird, und eine mit dem Unterbrecher und dem Kondensator in Serie geschalteten Induktivität (14), wobei die Kapazität des Kondensators und die Induktanz der Induktivität so gewählt sind, daß der oszillierende Strom mit vorgegebener Frequenz erzeugt wird und seine Amplitude allmählich ansteigt, wenn der Unterbrecher mechanisch geöffnet wird, und der Unter-

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ORIGINAL INSPECTED

brecher den Gleichstrom unterbricht, wenn die Summe aus dem Gleichstrom und dem oszillierenden Strom am Unterbrecher den Wert Null erreicht.

2. Unterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die vorgegebene Frequenz des oszillierenden Stroms zwischen einer ersten Frequenz, bei der eine Viertelperiode des oszillierenden Stroms 5 mal so groß ist wie die Zeitkonstante des Lichtbogens, und einer zweiten Frequenz liegt, bei der die Amplitude des oszillierenden Stroms den Betrag des Gleichstroms innerhalb der maximal zulässigen Lichtbogendauer überschreitet.

3. Unterbrecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daßdie Induktivität eine Streuinduktivität (66) sowie die Induktivität einer Spule (34) umfaßt, wobei die beiden Induktivitäten in Serie mit dem Kondensator (40) liegen.

4. Gleichstrom-Unterbrecher, der einen Nullstrom zur Unterbrechung des Gleichstroms durch Überlagerung desselben mit einem oszillierenden Strom erzeugt, g e k e η η ze ichnet durch einen Unterbrecher (16), der den Gleichstrom innerhalb des negativen Bereichs der Lichtbogen-Widerstandskennlinie unterbricht, während er mechanisch geöffnet wird, und eine zu dem Unterbrecher parallel liegende

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Serienschaltung aus einem Kondensator (40), einer Streuinduktivität (66) und einer Spule (34), wobei der Kondensator nicht vorher aufgeladen ist und eine Kapazität von 4 bis 12 uF aufweist und die gesamte Induktanz der Streuinduktivität und der Spule 10 bis 100 uH beträgt, wobei in dem Unterbrecher und der Serienschaltung der oszillierende Strom mit einer vorgegebenen Frequenz von 4,5 bis 25 kHz und einer Amplitude erzeugt wird, die allmählich ansteigt, wenn der Unterbrecher mechanisch geöffnet wird, und wobei der Unterbrecher den Gleichstrom unterbricht, wenn die Summe aus dem Gleichstrom und dem oszillierenden Strom den Wert Null erreicht.

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