DE3707309A1 - Hochgeschwindigkeits-strombegrenzungsschalter - Google Patents

Hochgeschwindigkeits-strombegrenzungsschalter

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    • HELECTRICITY
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    • H01H3/222Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electrodynamic repulsion
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  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
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Description

Hochgeschwindigkeits-Kontaktbetätigungsmechanismen haben die Größe von Strömen wesentlich verkleinert, die im Augenblick der Kontakttrennung unterbrochen werden müssen. Die kleineren Ströme, die durch die Kontaktstücke im Augenblick des Schaltens geführt werden, haben ihrerseits die Größe des Lichtbogens wesentlich verkleinert, der auftritt, wenn die Kontaktstücke getrennt wer­ den.
Bekannte Festkörper-Stromunterbrechungsvorrichtungen, die parallel zu den Kontaktstücken angeordnet sind, übertragen den Strom im Augenblick der Kontaktbetätigung von den Kontaktstücken weg und gestatten dadurch, daß die Kontaktstücke sich eine aus­ reichende Strecke voneinander trennen, so daß der Lichtbogen, der bei der Trennung der Kontaktstücke auftritt, gelöscht wird. Ein zusätzlicher, in Reihe geschalteter Schalter wird dann geöffnet, um den Strom vollständig zu unterbrechen. Eine sogenannte "prak­ tisch lichtbogenlose" Stromkreisunterbrechung wird erreicht, indem der größte Teil des Kreisstromes von den Kontaktstücken weg abgeleitet wird, bevor das Kontaktstellglied für eine Kon­ takttrennung betätigt wird, so daß ein unzureichender Strom für einen Lichtbogen von Bedeutung übrigbleibt. Der abgeleitete Strom fließt zunächst durch einen Leistungstransistor und dann durch einen Varistor V, wobei der Strom schnell auf Null ab­ sinkt.
Eines der Probleme, die bei dieser Hochgeschwindigkeits-Strom­ kreisunterbrechung mit Strombegrenzung auftreten, ist das Erfor­ dernis, sicherzustellen, daß die Kontaktstücke nicht getrennt werden, bevor der Strom abgeleitet worden ist. Es sind gewisse Mittel zur Synchronisation zwischen der Betätigung des Festkör­ per-Stromunterbrechers und dem Kontaktstellglied erforderlich, um diese Funktion zu gewährleisten.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zu schaf­ fen, bei der der abgeleitete Strom als solcher verwendet wird, um sowohl den Festkörper-Stromunterbrecher einzuschalten als auch das Kontaktstellglied zu aktivieren, um die Kontaktstücke zu trennen, unmittelbar nachdem der Kreisstrom abgeleitet worden ist.
Eine Stromableitschaltung ist mit einem Leistungsbus verbunden, der zwei trennbare Kontaktstücke enthält, um den Strom von den Kontaktstücken abzuleiten, bevor eine Kontakttrennung erfolgt. Ein Festkörper-Stromunterbrecher, der den Kontaktstücken parallel geschaltet ist, nimmt den abgeleiteten Strom auf und drückt den Strom auf Null mittels eines spannungsabhängigen Elementes. Ein Kontaktstellglied, das mit dem Festkörper-Stromunterbrecher in Reihe geschaltet ist, tritt in Funktion, um die Kontaktstücke zu trennen, sobald der Festkörper-Stromunterbrecher betriebsfähig wird. Die Ableitschaltung, der Festkörper-Stromunterbrecher und das Kontaktstellglied sind untereinander verbunden durch diskrete Stromtransformator-Primärwicklungen, um die Logik zu bilden, die für die synchrone Betätigung der einzelnen Schaltungskomponenten erforderlich ist.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen an­ hand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 - ist ein schematisches Schaltbild von dem Hochgeschwin­ digkeits-Stromunterbrecher mit Strombegrenzung gemäß der Erfindung.
Fig. 2 - ist eine schematische Darstellung der Ableitschaltung, die in dem Stromunterbrecher gemäß Fig. 1 verwendet wird.
Fig. 3 - ist eine schematische Darstellung der Stromunterbrecher­ schaltung in dem Stromunterbrecher gemäß Fig. 1.
Fig. 4 - ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenan­ sicht des Kontaktstellgliedes in dem Stromunterbrecher gemäß Fig. 1.
Fig. 5 - ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenan­ sicht von einem anderen Kontaktstellglied für eine Ver­ wendung in dem Stromunterbrecher gemäß Fig. 1.
Fig. 6 - ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenan­ sicht von einem weiteren Kontaktstellglied für eine Ver­ wendung in dem Stromunterbrecher gemäß Fig. 1.
Fig. 7 - ist eine Draufsicht auf das magnetische Stellglied in dem Kontaktstellglied gemäß Fig. 6.
Fig. 1 zeigt eine Strombegrenzungs-Unterbrecherschaltung 10 für eine Verbindung mit einer Leistungsschaltung, bei der eine Lei­ stungsquelle und eine Last (nicht gezeigt) mit Anschlüssen 11, 12 von Leitern 13, 14, 15 und 23 verbunden ist, wie es Fig. 1 zeigt. Feststehende Kontaktstücke 16, 17 sind in Reihe mit den Leitern angeordnet zum Unterbrechen des Kreisstromes auf Befehl. Ein Brückenkontakt 18 ist mit einem Kontaktstellglied 19 über eine Kontaktstellglied-Steuerverbindung 20 verbunden. Das Kontaktstell­ glied 19 ist seinerseits mit einem Stromunterbrecher 22 durch Leiter 31 und 13 verbunden. Eine Stromableitschaltung 21 ist mit den Kontaktstücken durch Leiter 15 und 23 in Reihe geschal­ tet. Wie in der älteren deutschen Patentanmeldung P 36 22 098.1 angegeben ist, besteht der Zweck der Stromableitschaltung darin, den Kreisstrom von den feststehenden Kontaktstücken weg abzulei­ ten, bevor das Kontaktstellglied betätigt wird. Gemäß Fig. 2 enthält ein Ausführungsbeispiel der Stromableitschaltung 21 einen Stromtransformator 50, der einen Kern 25 und eine Sekundärwick­ lung 26 aufweist und der an dem einen Ende durch einen Brücken­ gleichrichter D 1- D 4 mit den Kollektoren von Transistoren Q 1 und Q 2 verbunden und der an dem anderen Ende mit dem Emitter des Transistors Q 2 verbunden ist. Eine Steuerschaltung 29, die mit der Stromableitschaltung 21 durch Leiter 27, 28 verbunden ist, schal­ tet die Transistoren Q 1 und Q 2 bei einem Basisstrom I B durch und verhindert dadurch den Aufbau einer Spannung über dem Varistor 24. Wenn es erwünscht ist, die Strombahn von I1 durch die Kontakt­ stücke 16, 17 und 18 auf I2 durch den Leiter 13 zu übertragen, wird der Basistreiberstrom zum Transistor Q 1 ausgeschaltet. Da­ durch kann sich eine Spannung über dem Varistor 24 aufbauen, und es wird eine Spannung V 2 über der sekundären Stromwicklung 26 er­ zeugt, die ihrerseits als eine kleinere Spannung V 1 über der Pri­ märwicklung 23′ auftritt. Die Spannung V 1, die in Reihe mit den feststehenden Kontaktstücken 16, 17 auftritt, zwingt den Strom I 1 in den Leitern 15, 23 auf die Strombahn I 2 durch den Leiter 13 und das Kontaktstellglied 19 und durch den Stromunterbrecher 22 über den Leiter 31 überzugehen.
Der Stromunterbrecher 22 ist in Fig. 3 dargestellt. Er enthält einen Stromtransformator, der durch Primär- und Sekundärwicklun­ gen 14′, 33 und einen sättigbaren Kern 32 dargestellt und mit dem Leiter 14 verbunden ist. Die Primärwicklung 14′ induziert einen Basis-Emitterstrom im Transistor Q 3 durch die Sekundärwicklung 33 und den Leiter 34. Der Transistor Q 3 schaltet dann durch, um zu­ nächst den Kreisstrom zu führen, bis der sättigbare Kern 32, der den Primär- und Sekundärwicklungen zugeordnet ist, in Sättigung kommt. Zu dieser Zeit sperrt der Transistor Q 3, und die Spannung über dem Varistor 30 kann ihre Klemmspannung erreichen und lei­ tend werden. Der Strom I 2 fließt dann durch den Stromunterbre­ cher 22, da aber die Systemspannung kleiner als die Varistor­ klemmspannung ist, fällt der Strom durch den Varistor schnell auf Null ab. Nachdem der Transistor Q 3 leitend geworden ist, fließt der Strom I 2 über den Leiter 31 durch das Kontaktstell­ glied 19 das in Fig. 4 dargestellt ist. Das Kontaktbetätigungsglied ist mit den Leitern 13, 31 durch die Primärwicklung 31′ verbunden, die um den Transformatorkern 37 herum angeordnet ist und mit der eine elektrische Verbindung durch Anschlüsse 35, 36 hergestellt ist. Die Kontaktstellglied-Steuerverbindung 20 weist zwei im Abstand angeordnete, parallele Drähte 39, 40 auf, durch die ein induzierter Stromimpuls I 3 in entgegengesetzten Richtungen fließt, um die Drähte elektromagnetisch abzustoßen und den Brückenkon­ takt 18 von den feststehenden Kontaktstücken 16, 17 weg anzuheben, wie es in gestrichelten Linien dargestellt ist. Eine Druckfeder 41, die zwischen einem isolierten Block 45 und einer Transforma­ torhalterung 38 angeordnet ist, spannt den Brückenkontakt gegen die Kontaktschließkraft vor, die durch eine Zugfeder 42 geliefert wird, um die schnelle Hubbewegung des Brückenkontaktes zu erleich­ tern. Die elektrische Verbindung mit den Leitern 13, 15 ist durch Leiter 43, 44 hergestellt, die mit den isolierten Stützen 46, 47 durch Schrauben 48 verbunden sind.
In den Fig. 1 bis 4 wird die Logik für den Ablauf des Strom­ überganges von I1 nach I2 und für die Erzeugung des Stromimpulses I 3 durch die Steuerschaltung 29 geliefert. Der Transformatorkern 25 in der Ableitschaltung 21 ist so ausgelegt, daß der Transfor­ matorkern in der Zeit, die zum Trennen der Kontaktstücke erfor­ derlich ist, mit Sicherheit nicht in den Sättigungsbereich kommt. Der Transformatorkern 32 in der Stromunterbrecherschaltung 22 ist speziell so gewählt, daß er innerhalb einer vorbestimmten Zeit in Sättigung kommt, um den Transistor Q 3 zu sperren, nachdem die Kontaktstücke getrennt worden sind, und damit die Spannung über dem Varistor 30 auf ihre Klemmspannung ansteigt.
Ein Kontaktstellglied 19 ist in Fig. 5 gezeigt, wobei der Strom­ transformator 37 gemäß Fig. 4 eliminiert und die elektri­ sche Verbindung der Leiter 13, 31 mit Drahtsegmenten 39, 40 direkt hergestellt ist durch Verbindung mit den Anschlüssen 35, 36. Dadurch stößt der Strom I 2 die Drahtsegmente elektromagnetisch ab und hebt den Brückenkontakt 18 aus der elektrischen Verbindung zwischen den feststehenden Kontaktstücken 16, 17, wie es in Fig. 5 gestrichelt angedeutet ist. Eine isolierende Hülse 51 ist an den Brückenkontakt 18 befestigt, und der Draht ist durch die Hülse hindurchgeführt, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Draht und den feststehenden Kontaktstücken zu verhindern.
In Fig. 6 verwendet ein Kontaktstellglied 52, bei dem die Leiter 43, 44 elektrisch durch den Brückenkontakt 18 verbunden sind, ein magnetisches Stellglied 63, um den Brückenkontakt aus der elek­ trischen Verbindung mit den feststehenden Kontaktstücken 16, 17 zu drücken. Zwei federähnliche Drähte 53, 54 sind gebogen, um eine Kontaktschließkraft zwischen dem Brückenkontakt und den feststehenden Kontaktstücken auszubilden, wobei der Strom I 2 op­ tional an die federähnlichen Drähte durch Anschlüsse 55, 56 zu­ geführt werden kann. Die federähnlichen Drähte führen durch einen Schlitz 59 in einer Magnetstruktur 57 hindurch, die aus mehreren geschlitzten Blechen 58 besteht. Die Magnetstruktur verstärkt die Magnetkraft auf die federähnlichen Drähte und vergrößert deren elektromagnetische Abstoßung (Repulsion). Die federähnlichen Drähte sind an einem Isolierblock 60 befestigt, der seinerseits an dem einen Ende eines isolierenden Stützträgers 61 durch Bolzen 62 befestigt ist. Das andere Ende des Stützträgers ist an dem Leiter 44 durch einen getrennten Bolzen 62 befestigt. Vorzugs­ weise jedoch wird der Strom I 2 den Anschlüssen 66, 67 zugeführt, die an den Enden des labyrinthförmigen Leiters 65 befestigt ist, der in dem magnetischen Stator 72 angeordnet ist, um den Stator zu erregen und die Ankerplatte 64 in der angegebenen Richtung magnetisch anzuziehen. Ein Loch 68, das senkrecht zu der magne­ tischen Platte und dem Stator angeordnet ist, führt den antrei­ benden Stift 69, der in dem Loch angeordnet ist, und der Anker drückt den antreibenden Stift schnell gegen den Brückenkontakt, wodurch der Brückenkontakt die Öffnungsstellung einnimmt, die gestrichelt dargestellt ist. Eine Isolierkappe 70 an dem einen Ende des antreibenden Stiftes verhindert, daß Strom zwischen dem Brückenkontakt und dem magnetischen Stellglied fließt. Die Anordnung des labyrinthförmigen Leiters 65 in dem magnetischen Stator 72 ist in Fig. 7 gezeigt, wobei das magnetische Stell­ glied 68 ohne die Ankerplatte gezeigt ist. Die senkrechte An­ ordnung des antreibenden Stiftes 69 in dem Loch 68 erlaubt, daß der Anker den antreibenden Stift unter dem optimalen Magnetfeld bewegt, das in dem Stator durch die labyrinthartige Leiteranord­ nung erzeugt wird.
Somit wurde gezeigt, daß eine praktisch lichtbogenlose Kontakt­ trennung und Stromkreisunterbrechung erhalten werden kann durch eine gesteuerte Ableitschaltung in Verbindung mit einem Hochge­ schwindigkeits-Kontaktstellglied und einem Stromunterbrecher, wobei der Stromkreis zunächst von den Kontaktstücken weg über den Stromunterbrecher abgeleitet wird, bevor das Kontaktstellglied aktiviert wird, um den Stromkreis zu unterbrechen.

Claims (9)

1. Stromunterbrecher mit zwei trennbaren Kontaktstücken, die zum Führen eines Kreisstromes angeordnet sind, gekennzeichnet durch:
eine Ableitschaltung (21), die elektrisch mit den Kon­ taktstücken (16, 18) in Reihe geschaltet ist, zum Ab­ leiten eines Teiles des Kreisstromes von den Kontakt­ stücken weg vor deren Trennung, um eine Lichtbogenbil­ dung zwischen den Kontaktstücken beim Trennvorgang zu verhindern,
eine Stromunterbrecherschaltung (22), die den Kontakt­ stücken und der Ableitschaltung parallel geschaltet ist, zum Leiten des abgeleiteten Teils des Kreisstromes und zum anschließenden Unterbrechen des Kreisstromes, und
Mittel (19) zum Trennen der Kontaktstücke zum Unterbrechen eines restlichen Kreisstromes, wobei die Mittel zum Trennen der Kontaktstücke einen elektrischen Leiter in Reihe mit der Unterbrecherschaltung (22) aufweisen und in einem elektromagnetischen Kontaktstellglied (19; 52) angeordnet sind zum Betätigen der Kontaktstücke, nach­ dem der Teil des Kreisstromes von den Kontaktstücken weg abgeleitet ist.
2. Stromunterbrecher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die trennbaren Kontaktstücke zwei feststehende Kontaktstücke (16, 17) und einen Brückenkontakt (18) aufweisen.
3. Stromunterbrecher nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrecherschaltung (22) einen Transistor und einen Varistor aufweist, die elektrisch parallel zueinander angeordnet sind.
4. Stromunterbrecher nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktstellglied (19; 52) zwei im Abstand an­ geordnete elektrische Leiter (39, 40) aufweist, die an dem einen Ende an dem Brückenkontakt (18) befestigt sind, zum Anheben des Brückenkontaktes bei einer elek­ tromagnetischen Abstoßung zwischen den zwei im Abstand angeordneten elektrischen Leitern.
5. Stromunterbrecher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromtransformator (50) eine Primärwicklung (23′), die mit dem Stromunterbrecher in Reihe geschaltet ist, und eine Sekundärwicklung (26) aufweist, die mit dem Leiter des Kontaktstellgliedes verbunden ist für eine elektrische Trennung des Stellgliedes.
6. Stromunterbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Kontaktstellglied an dem einen Ende mit dem Brückenkontakt verbunden ist zum Anheben des Brücken­ kontaktes von den trennbaren Kontaktstücken weg, um den Kreisstrom zu unterbrechen, wobei das Kontaktstell­ glied zwei im Abstand angeordnete Drähte aufweist, die für eine elektromagnetische Abstoßung angeordnet sind,
eine Ableitschaltung einen Stromtransformator mit einer Primärwicklung, die mit dem trennbaren Kontakt­ stück in Reihe geschaltet ist, und mit einer Sekundär­ wicklung aufweist, die einem Transistor und einem Va­ ristor parallel geschaltet ist derart, daß die Primär­ wicklung eine Impedanz in dem Stromkreis mit den trennbaren Kontaktstücken induziert zur Übertragung des Kreisstromes,
eine Stromunterbrecherschaltung mit den trennbaren Kon­ taktstücken verbunden ist zum Leiten des Kreisstromes von den trennbaren Kontaktstücken weg, bevor der Brückenkontakt angehoben wird, um die Bildung eines Lichtbogens zwischen dem Brückenkontakt und den trenn­ baren Kontaktstücken zu verhindern, wobei die Unter­ brecherschaltung einen zweiten Varistor und einen zwei­ ten Transistor aufweist, die elektrisch parallel zuein­ ander und parallel zu den trennbaren Kontaktstücken geschaltet sind, und
ein zweiter Stromtransformator eine zusätzliche Pri­ märwicklung, die mit dem Varistor und dem Transistor in Reihe geschaltet ist, und eine zusätzliche Sekundär­ wicklung aufweist, die mit zwei im Abstand angeordneten Drähten verbunden ist, wobei der Kreisstrom durch die Ableitschaltung den Stromtransformator erregt zur Lie­ ferung eines Ausgangsstromes durch die zwei im Abstand angeordneten Drähte, um die beabstandeten Drähte elek­ trodynamisch abzustoßen und den Brückenkontakt von den trennbaren Kontaktstücken weg anzuheben, wenn der Strom durch die Ableitschaltung fließt.
7. Stromunterbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktstellglied einen magnetischen Stator mit einem darin labyrinthförmig angeordneten Leiter und eine Ankerplatte nahe dem Stator aufweist, ein antreibender Stift (69) zwischen dem Brückenkontakt mit der Ankerplatte in Kontakt kommt, um den Brücken­ kontakt von den feststehenden Kontaktstücken weg anzu­ heben, wenn dem labyrinthförmigen Leiter ein Strom­ impuls zugeführt wird.
8. Stromunterbrecher nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, daß die beabstandeten Leiter in einem Schlitz angeord­ net sind, der innerhalb einer Anzahl von Magnetblechen ausgebildet ist, um die elektromagnetische Abstoßung der im Abstand angeordneten elektrischen Leiter zu verstärken.
9. Stromunterbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die im Abstand angeordneten elektrischen Leiter voneinander weg gebogen sind, um eine Kontaktschließ­ kraft zwischen dem Brückenkontakt und den feststehenden Kontaktstücken auszubilden.
DE19873707309 1986-03-14 1987-03-07 Hochgeschwindigkeits-strombegrenzungsschalter Withdrawn DE3707309A1 (de)

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