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Selbsttätiger Ein- und Ausschalter zum Schutze mehrphasiger Wechselstromleitungen
bei unsymmetrischer Belastung Es ist bekannt, bei elektrischen Schaltern besondere
Spulen vorzusehen, die, solange normaler Strom fließt, den Schalter geschlossen
halten, jedoch auf eine den Schalter öffnende Einrichtung zur Einwirkung komrnen,
sobald der Strom nicht mehr die normale Stärke hat. Weiter sind Einrichtungen dieser
_@rt für Gleichstromanlagen bekannt, die ein fortschreitendes Einschalten eines
Motors o. dgl. und bei Erreichung einer vorher bestimmten Stromstärke auch ein Ausschalten
bewirken.
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Die Erfindung betrifft nun einen selbsttätigen Ein- -und Ausschalter
zum Schutze mehrphasiger Wechselstromleitungen bei unsvmmetrischer Belastung, bei
dem erfindungsgemäß entgegen der Wirkung einer Aus-Schaltfeder o. dgl. ein mit dem
Schaltergestänge gekuppelter Induktionsmotor den Schalter in der Einschaltstellung
festhält, der außer den üblichen Phasenstrornspulen noch mindestens zwei weitere
im gleichen Sinne wie die Plrasenstromspulen wirkende, die Schalterkontakte dauernd
über=brückende Spulen mit großem Ohmschen Widerstand für die selbsttätige Wiedereinschaltung
des Schalters besitzt. Auf der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigen: Abb. i schematisch die Verbindung bei Dreiphasenstrorn,
Abb. s bei Zweiphasenstrom und Abb.3 bei Dreiphasenstrom unter Benutzung von nur
zwei Phasen.
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In den drei Abbildungen ist die zu speisende Vorrichtung beispielsweise
als Dreiphasenmotor mit Stern- oder Dreieckschaltung und durch einen Zweiphasenmotor
angedeutet worden.
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Gemäß Abb. i strömt der zur Speisung des Motors M dienende Strom (da
er nicht durch den, durch die in der Abbildung oben angedeutete Feder in diesem
Augenblick geöffneten Unterbrecher fließen kann) durch de drei. Spulen
U, U', U" mit dünnen Drähten, die im Nebenschluß zu den Klemmen des Unterbrechers
geschaltet sind, um von dort nach dem Durchströmen der drei Spulen T, I', I"
nach
dem 'Iotor M zu gelangen. Der von dem Erzeuger kommende, durch die Spulen U, U',
LT" führende Stromkreis wird durch die Motorwicklungen geschlossen: doch muß bemerkt
werden, daß die Spulen LT, die für die
Netzspannung berechnet sind.
einen beträchtlichen ZViderstand im Vergleich zu dem der Motorwicklungen darstellen
und mithin der sehr geringe, durch die Spulen U fließende Strom den Motor nicht
anlassen kann. Die Wirkung dieses schwachen Stromes auf die Stromspulen J kommt
zu der der Spannungsspulen U hinzu, hat jedoch keine wahrnehmbare Wirkung, solange
der Hauptkontakt nicht geschlossen worden ist. Die wie ein Drehfeld wirkenden Spulen
U verursachen eine Verschiebung oder eine Drehung eines beweglichen Schirmes, beispielsweise
einer Scheibe, eines Sektors o. dgl., wodurch der dreipolige Unterbrecher S mittels
eines Schaltergestänges geschlossen und die Wirkung der ihn offenhaltenden Feder
ausgeglichen wird. In diesem Augenblick werden die drei Spulen U durch den geschlossenen
Schalter kurzgeschlossen, und mithin wirken sie nicht mehr auf den beweglichen Teil
(Scheibe, Sektor o. dgl.) ein. Der den Motor speisende Hauptstrom fließt nun durch
die drei Spulen J und der Motor läuft an. Der durch die Spulen mit starker Drahtwicklung
fließende Strom hält den Schalter geschlossen.
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Die Vorrichtung arbeitet in der angegebenen Weise, wenn der von dem
Erzeuger kommende Strom normal über jede Phase verteilt wird. Wird jedoch aus irgendeinem
Grunde einer der Leiter unterbrochen, so erhalten die noch eingeschalteten Spulen
nur Einphasenstrom und haben keine Wirkung auf den beweglichen Teil, so daß die.
Spannung der Feder wieder überwiegt. Hierdurch tritt, wenn nur eine Phase eingeschaltet
wird, der Schalter nicht in Tätigkeit oder der Schalter wird ausgeschaltet, wenn
der Motor läuft und in diesem Augenblick einer der Leiter unterbrochen wird.
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Im ersten Augenblick scheint es, als ob die zwischen den Phasen vor
dem Unterbrecher abgezweigten Spulen U allein zur Erreichung des gesteckten Zieles
genügten. Das trifft zu, wenn die gesteuerte Vorrichtung kein Motor ist oder aber,
wenn bereits in einer Phase Strom fehlt, bevor der Motor selbsttätig oder von Hand
angelassen werden soll. In einem solchen Falle wird, da nur ein Teil der Spulen
U von dem Strom einer einzelnen Phase durchflossen wird, kein Drehfeld erzeugt,
und mithin wird, da der bewegliche Schirm nicht beeinflußt wird, keine Einschaltung
erfolgen. Wenn dagegen die Stromunterbrechung in einem Phasenleiter bei bereits
laufendem Motor erfolgt, läuft der durch eine einzige Phase gespeiste Motor weiter.
In diesem Augenblick wirkt der Motor als Asynchronerzeuger, wobei der Ein- und Ausschalter
einen nicht in Phase mit dem Hauptstrom liegenden Strom erhält, der auf die Spulen
U in der gleichen Weise einwirkt, wie der von dem Erzeuger kommende Strom, und mithin
den Schalter geschlossen hält. Hieraus folgt, daß die nur aus Spannungsspulen, die
im Nebenschluß zu den drei Phasen liegen, bestehende Vorrichtung keinen Strom nach
dem Motor liefert,wenn eine Phasenunterbrechung vor ,dem Anlassen des Motors erfolgt
ist, daß jedoch der Stromkreis nicht unterbrochen wird, wenn die Phasenunterbrechung
.erfolgt, nachdem der Motor bereits läuft.
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Bei der schematisch in Abb. i dargestellten Vorrichtung gemäß der
Erfindung wirken je-
doch die Spulen U nicht mehr, sobald einmal der Schalter
geschlossen worden ist, da sie dann kurzgeschlossen sind. Die Spulen J können den
Schalter nicht geschlossen halten, da der im Asynchronerzeuger durch die Wicklung
des Motors in der unterbrochenen Phase hervorgerufene Strom keinen Ausweg nach dem
Netz hat, weil der Leiter unterbrochen ist.
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Wird jedoch angenommen, daß die Unterbrechung sich an einer vom Motor
entfernten Stelle befindet und der induzierte Strom einen Ausweg durch andere vor
der Unterbrechungsstelle an dem Netz angeschlossene Vorrichtungen findet, so fließt
der Strom im umgekehrten Sinne in den mit der unterbrochenen Phase verbundenen Stromspulen
J; dadurch wird der geschlossene Unterbrecher nicht nur durch den beweglichen Teil
gehalten, sondern, da dieser Teil im entgegengesetzten Sinne verschoben wird, dessen
Wirkung der der Feder zugefügt, so daß die öffnung des Schalters schneller erfolgt.
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Abb. 2 zeigt schematisch die Verwendung der Vorrichtung bei Zweiphasenstrom.
Die Vorrichtung weist hier nur zwei Spannungsspulen U, U' sowie zwei Stromspulen
J, J' auf. Abgesehen von dieser Änderung wirkt die Vorrichtung nach Abb.2 genau
in der gleichen Weise wie die nach Abb. i.
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Erhält eine der Phasen keinen Strom, bevor der Motor angelassen worden
ist, so wirkt eine einzige Spule U unter Einphasenspannung nicht auf den beweglichen
Teil ein und der Schalter wird nicht geschlossen. Erhält jedoch eine Phase keinen
Strom, während der Motor läuft, so wirkt eine Stromspule durch Einphasenstrom und
hält den Unterbrecher nicht geschlossen. Wenn dabei der Strom einen Ausweg über
andere an der Netzleitung angeschaltete Vorrichtungen findet, so fließt durch die
andere Spule ein verschobener induzierter Strom, der im umgekehrten Sinne zum normalen
Speisestrom wirkt und die Ausschaltung beschleunigt.
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Die in Abb. 3 schematisch dargestellte Vorrichtung weist ebenfalls
nur zwei Spannungsspulen U und U' und zwei Stromspulen J
und J'
auf, die nur zwei Phasen eines Dreiphasenstromes verwenden.
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In diesem Falle wirken die Spulen U und J, wie bei Zweiphasenstrom,
jedoch mit einer Verschiebung tun 1,2o°. Der dritte Phasenleiter erstreckt sich
unmittelbar nach dem Unterbrecher und von dort zum Motor. Er kann jedoch auch im
Nebenschluß zu den Klemmen des Unterbrechers- über einen Widerstand R, beispielsweise
eine Lampe oder eine Selbstinduktionsspule, geschaltet werden, so claß bei geöffnetem
Unterbrecher nur ein Strom durchfließen kann, dessen Stärke etwa gleich derjenigen
ist, welche die Spulen Z' unter Sternspannung durchlassen.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung entsprechend dein Schema nach
Abb. 3 ist in Abb. .I bis G dargestellt worden. Abb. q. zeigt eine Ansicht, Abb.
5 einen Schnitt nach der Linie C-D der Abb. z und Abb.6 einen Schnitt nach der Linie
_A-B der Abb. z. Die neue Vorrichtung weist eine Scheibe i aus Aluminium oder Kupfer
auf, die auf einer Welle 2 sitzt und durch ein Zahnrad 3 eine Zahnstange .4 verschiebt.
An der Zahnstange ist unten eine Isolierschiene 5 befestigt, die die U-förmig gebogenen
Stromleiter 6 trägt. Durch letztere wird der Motor mit Hilfe von Quecksilbergefäßen
7 und Klemmen 8 mit d@em Netz verbunden oder von diesem abgeschaltet. Die Drähte
6 bestehen aus vorher amalgamiertem reinem Kupfer, wodurch ein vollkommener Kontakt
gewährleistet wird. Die Einschaltung erfolgt, wenn ein Drehfeld und mithin eine
Drehbewegung auf die Scheibe durch die Spulen i"' und J erzeugt wird und durch diese
Drehbewegung das Zahnrad 3 in Umdrehung versetzt sowie die Wirkung der Feder 9 ausgeglichen
wird, so daß die Leiter 6 in das Quecksilber eintauchen. Sobald die Motorwirkung
auf die Scheibe bei Beseitigung des Drehfeldes aufhört, wird die Kraft der Feder
wieder überwiegen und die Unterbrechung hervorgerufen.
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Die Spulen U und J sind auf Lamellen io aus Blech angeordnet, derart,
daß die Gruppe der Stromspulen gegen das eine Ende eines Durchmessers der Drehscheibe
liegt, während die Gruppe der Spannungsspulen am anderen Ende dieses Durchmessers
angeordnet ist.
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Die Polenden i i der Elektromagnete springen bis auf kurze Entfernung
gegen die Fläche der Scheibe vor. Das durch diese Spulen erzeugte magneti,che Feld
wird über die Lamellenmassen i2 geschlossen, derart, daß die Kraftlinien die Scheibe
durchqueren. Diese aus Lamellen bestehenden Anker können durch eine einfache Schiene
aus etwas stärkerem Blech ersetzt werden, die in geringem Abstand von der Außenfläche
der Scheibe gehalten wird.
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Die Anker wie auch die die Scheibe tragende Achse und die Zahnstange
sind an einem Sockel 13 mit Hilfe von Blechen 1q. und 15
befestigt, die untereinander
durch Schrauben und Stehbolzen bildende Säulchen 16 verbunden sind.
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Wenn die Vorrichtung oder der Motor zu stark ist, um den Ein- und
Ausschalter gemäß der Erfindung unmittelbar zu verwenden, kann er als Relais benutzt
werden, welches einen Fernunterbrecher irgend geeigneter Bauart von erforderlicher
Stärke steuert. In einem solchen Falle kann der durch die Stromspulen fließende
Strom von einem Nebenschlußsystem hergeleitet oder von Stromverminderungstransformatoren
kominen, die von dem Hauptstrom durchflossen werden, wobei die Spannungsspulen alsdann
von den Klemmen des Fernunterbrechers abgezweigt werden. Ein von dem Hauptnetz abgezweigter
Strom fließt durch den Quecksilberkontakt, der durch die Scheibe gesteuert wird,
und hat lediglich den Zweck, das bewegliche Organ des Fernunterbrechers zu beeinflussen.