DE3707309A1 - Hochgeschwindigkeits-strombegrenzungsschalter - Google Patents
Hochgeschwindigkeits-strombegrenzungsschalterInfo
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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.
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.
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.
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1987
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