DE732830C - Switching arrangement for electrical high-performance switches - Google Patents

Description

Schaltänordnung für elektrische Hochleistungsschalter Es sind Wechselstromschalteinrichtungen bekanntgeworden, deren Kontakte von einer Auslöseeinrichtung synchron zur Stromphase gesteuert werden, so daß gleichzeitig mit oder zu bestimmten Zeitpunkten vor oder nach dem Stromnulldurchgang 'die Trennung der Kontakte einsetzt. Weiter ist es bekannt, in den Stromkreis einer solchen Schalteinrichtung, deren Kontakte sich im Stromnulldurchgang öffnen sollen, eine Drossel mit Eisenkern zu schalten, der bereits bei verhältnismäßig niedrigen Stromwerten gesättigt wird. Durch seine periodische Entsättigung in der Nähe des Stromnulldurchganges wird jedesmal eine Abflachung der Stromkurve an dieser Stelle, eine sogenannte stromarme Pause, hervorgerufen, deren Dauer etwa ein Zehntel der Dauer einer Halbwelle beträgt. Sie bietet also zeitliches Spiel für die Kontakttrennung und trägt damit etwaigen Ungenauigkeiten Rechnung, die den zur elektromagnetischen Steuerung und den zum mechanischen Antrieb der Kontakte dienenden Teilen anhaften. Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die mit der Sättigungsdrossel gewonnene Zeitspanne nur zur Erreichung einer geringen Kontaktentfernung ausreicht, die bei Hochleistungsschaltern der wiederkehrenden Spannung nicht standhalten, sondern zu Rückzündungen führen würde und so die mit der Anwendung von Synchronsteuerung und Sättigungsdrossel angestrebten Vorteile wieder zunichte werden ließe, so daß sich die bekannte Schalteinrichtung nicht zur Verwendung als Hochspannungsübertragungsanlagen eignet.Switching arrangement for electrical high-performance switches There are alternating current switching devices became known, the contacts of which are synchronized with the current phase by a release device can be controlled so that simultaneously with or at certain times before or after the current zero crossing 'the separation of the contacts begins. It is also known in the circuit of such a switching device, the contacts of which are in the current zero passage should open to switch a choke with an iron core, which is already relatively saturates with low current values. Due to its periodic desaturation in the In the vicinity of the current zero crossing, the current curve is flattened at this point every time Position, a so-called low-current break, the duration of which is about a tenth the duration of a half-wave. So it offers time play for the contact separation and thus takes into account any inaccuracies that may affect the electromagnetic Adhere to the control and the parts used to mechanically drive the contacts. The present invention is based on the knowledge that with the saturable reactor The time gained is only sufficient to achieve a short contact distance, which in the case of high-performance switches do not withstand the recurring voltage, but would lead to re-ignition and so with the use of synchronous control and saturation choke the desired advantages would be nullified again, so that the known switching device is not suitable for use as high-voltage transmission systems suitable.

Derartige Hochleistungsschafter müssen einen von der Bauart des Schalters und von .den Betriebsgrößen der Anlage abhängigen Kontaktabstand erreicht haben, wenn nach der Strornunterbrechung keine Rückzündung stattfinden soll. Bei gewöhnlichen Hochleistungsschaltern, bei denen der Schaltaugenblick dem Zufall überlassen ist, muß daher damit gerechnet werden, daß der Strom nicht im ersten auf den Beginn der Kontakttrennung folgenden Stromnulldurchgang unterbrochen wird, sondern infolge einer Rückzündung noch über eine weitere Halbwelle bis zum nächsten Nulldurchgang durch einen Lichtbogen aufrechterhalten bleibt. Zur Verringerung der hierdurch verursachten Schaltarbeit sind bekanntlich Synchronsteuerungen angewendet worden, die den Auslöseimpuls so rechtzeitig vor einem Stromnulldurchgang geben, daß auf jeden Fall im Stromnulldurchgang der Löschabstand der Kontakte erreicht ist.Such high-performance shafts must be of the same type as the switch and have reached a contact distance that is dependent on the operating parameters of the system, if no flashback is to take place after the power interruption. With ordinary High-performance switches, where the switching moment is left to chance, it must therefore be taken into account that the current does not start at the beginning of the Contact separation following current zero crossing is interrupted, but as a result a flashback over a further half-wave until the next zero crossing maintained by an arc. To reduce the resulting Switching work are known to have been applied synchronous controls that the trigger pulse so in good time before a current zero crossing that in any case in the current zero crossing the extinguishing distance of the contacts has been reached.

Nach der vorliegenden Erfindung kann die Schaltleistung eines Hochleistungsschalters mit synchron zur Stromphase gesteuerten Kontakten dadurch verbessert «-erden, daß im Schalterstromkreis eine Eisendrossel angeordnet ist, deren Kern bereits bei geringen Stromwerten voll gesättigt wird, und daß die Auslöseeinrichtung den Auslöseimpuls . um eine solche Zeitspanne vor dein Beginn der durch die Entsättigung der Eisendrossel hervorgerufenen stromarmen Pause gibt, daß die Kontaktöffnung vor Beginn der stromarmen Pause einsetzt und die günstigste Löschdistanz während der stromarmen Pause erreicht wird. Durch diese Vereinigung an sich bekannter Einrichtungen wird die bei der Unterbrechung hochgespannter Ströme unvermeidliche Schaltarbeit auf ein Minimum herabgesetzt.According to the present invention, the switching capacity of a high-performance switch with contacts controlled synchronously with the current phase thereby improved «-Erden that an iron choke is arranged in the switch circuit, its core is fully saturated even at low current values, and that the release device the trigger pulse. by such a period of time before you begin desaturation the low-current pause caused by the iron choke indicates that the contact is opened before Beginning of the low-power break and the most favorable extinguishing distance during the low-current break is reached. Through this association of well-known institutions becomes the unavoidable switching work when high-voltage currents are interrupted reduced to a minimum.

Während nämlich durch die ebenfalls bekannte Verwendung einer Sättigungsdrossel bei einer gewöhnlichen Unterbrechungsanordnung zwar eine verlängerte Entionisierungszeit und damit unter Umständen eine Verkürzung des Löschabstandes gewonnen werden könnte, würde dieser Gewinn für Hochleistungsschalter nur von geringem Nutzen sein, weil keine Sicherheit dafür besteht, daß dieser verkürzte Löschabstand erreicht ist, bevor die Spannung an der Trennstrecke wieder auf einen zum Durchschlag ausreichenden Wert ansteigt. Auch bei einem derart ausgestatteten Hochleistungsschalter muß also mit Rückzündungen und demgemäß vergrößerter Schaltarbeit gerechnet werden. Wenn als Mittel dagegen empfohlen wird, eine Unterbrechung dadurch herbeizuführen, daß bei einem Nulldurchgang des Abschaltstromes mit Hilfe der an der Eisendrossel zu diesem Zeitpunkt auftretenden hohen Spannull- .die Zündung eines Explosivgemisches hervorgerufen werden solle, das seinerseits die Stromunterbrechung bewirke, während die Eisendrossel die gesamte zu dieser Zeit zur Verfügung stehende Energie des Stromkreises an sich reiße, so stellt dem im Wege, daß gerade ein solches Gewaltmittel neue Beanspruchungen der Schalteinrichtung hervorrufen würde. Eine praktische Verwirklichung dieses Vorschlages ist denn auch nicht bekanntgeworden.While namely through the well-known use of a saturation reactor with a normal interruption arrangement, an extended deionization time and thus, under certain circumstances, a shortening of the extinguishing distance could be achieved, this gain would be of little use to heavy duty circuit breakers because there is no certainty that this shortened extinguishing distance has been reached, before the voltage at the isolating distance increases to a level sufficient for breakdown Value increases. Even with a high-performance switch equipped in this way, must reignition and, accordingly, increased switching work can be expected. if as a means against it is recommended to bring about an interruption in that at a zero crossing of the cut-off current with the help of the on the iron choke At this point in time there was a high voltage zero. The ignition of an explosive mixture should be caused, which in turn cause the power interruption while the iron choke uses all of the circuit's energy available at this time seize it, then the fact that precisely such a means of violence puts new demands on it stands in the way the switching device would cause. A practical implementation of this proposal has not become known either.

Demgegenüber wird erfindungsgemäß die durch die Sättigungsdrossel verursachte Verkiirzung des Löschabstandes erst voll nutzbar gemacht, indem dafür gesorgt ist, daß die verlängerte Entionisierungszeit mit Sicherheit stets gerade dann zur Verfügung stellt, wenn sich die Kontakte des Hochleistungsschalters in dem zum endgültigen Erlöschen des Lichtbogens erforderlichen Abstande voneinander befinden. Hierdurch werden nicht nur schädliche Rückzündungen und die durch sie verursachte zusätzliche Schaltarbeit vermieden, sondern wegen des verkürzten Löschabstandes wird auch die bis zu seiner Erreichung entstehende Lichtbogenlänge und die im Lichtbogen umgesetzte Arbeit auf einen Kleinstwert gebracht. Im Gegensatz zii dem Bestreben, die Schaltgeschwindigkeit auf ein alle praktischen Begriffe übersteigendes Höchstmaß zu bringen, das beispielsweise in der ercvähnten Anwendung von Explosionen zum Ausdruck kommt, erlaubt es ferner die Erfindung, mit den schon heute üblicheil Kontaktgeschwindigkeiten auszukommen und damit auch bei einer Betriebsfrequenz von 50 Perioden in der Sekunde Spannungen von ioo kV und darüber zu beherrschen, weil die durch die Synchronsteuerung mit Sicherheit erfaßbare Dauer einer Halbwelle, die gerade zwischen einem Nulldurchgang, in dein sich die Kontakte zu trennen beginnen, und der folgenden stromarmen Pause, in der der Löschabstand erreicht wird, liegt, genügend Zeit bietet, um den durch die Sättigungsdrossel verkürzten Löschabstand zu erreichen, ohne daß die durch die mechanischen Beanspruchungeil der Werkstoffe gezogene Geschwindigkeitsgrenze überschritten wird. Mit besonderem Vorteil wird als Eisen für die Drossel ein hochwertiges Material wie Permalloy, lIetall io4o u. dgl. verwendet. Dadurch kann erreicht werden, daß die Sättigung schon bei Stromwerteil von etwa i Ampere erreicht wird, der Strom während der stromarmen Pause also auf praktisch vernachlässigbaren Werten bleibt.In contrast, according to the invention, the shortening of the extinguishing distance caused by the saturation reactor is only made fully usable by ensuring that the extended deionization time is always available when the contacts of the high-performance switch are at the distance required to finally extinguish the arc are located. This not only avoids harmful re-ignition and the additional switching work caused by it, but also, because of the shortened extinguishing distance, the arc length and the work converted in the arc are reduced to a minimum. In contrast to the attempt to bring the switching speed to a maximum exceeding all practical terms, which is expressed, for example, in the aforementioned use of explosions, the invention also allows the contact speeds that are already common today and thus also at an operating frequency of 50 periods per second to control voltages of 100 kV and above, because the duration of a half-wave, which can be reliably detected by the synchronous control, just between a zero crossing, in which the contacts begin to separate, and the following low-current pause in which the Extinguishing distance is reached, offers enough time to reach the extinguishing distance shortened by the saturation throttle without exceeding the speed limit drawn by the mechanical stress on the materials. A high-quality material such as permalloy, metal io4o and the like is used with particular advantage as iron for the throttle. In this way it can be achieved that the saturation is already reached at a current value part of about i amperes, the current thus remains at practically negligible values during the low-current pause.

Damit die Schaltanordnung voll den Beanspruchungen beim Einschaltvorgang entlastet wird, kann sie nach bekanntem Vorbild mit einer Lufttrennstrecke ausgerüstet werden, die so gesteuert wird, daß sich die Lufttrennstrecke beim Ausschaltvorgang zeitlich nach der Haupttrennstrecke öffnet und beim Einschaltvorgang ebenfalls nach der Haupttrennstrecke schließt, also die Einschaltung über-s nimmt. Die Einschaltung des Hochleistungsschalters selbst kann auch svnchron im Strommilldurchgang etwa mit Hilfe einer in Abhängigkeit voll der Strom- oder Spannungsphase gesteuerten Einrichtung durchgeführt werden.So that the switching arrangement is fully relieved of the stresses during the switch-on process, it can be equipped according to the known model with an air separation section, which is controlled in such a way that the air separation section opens after the main separation section during the switch-off process and also closes after the main separation section during the switch-on process, i.e. the switch-on takes over- s. The switching on of the high-performance switch itself can also be carried out synchronously in the current mill passage, for example with the aid of a device that is fully controlled as a function of the current or voltage phase.

In vielen Fällen kann es auch vorteilhaft sein, in einem zusammenhängenden Leitungssystem, z. B. in einer größeren Schaltanlage, für mehrere Schalteinrichtungen eine einzige Sättigungsdrossel anzuwenden, die abwechselnd mit sämtlichen bzw. mit jeder beliebigen Schalteinrichtung zwecks Durchführung einer Abschaltung in Reihe geschaltet werden kann. Damit die Drossel nicht dauernd in den Stromkreis eingeschaltet ist, kann sie gegebenenfalls, wie bekannt, erst unmittelbar vor einer Abschaltung oder auch Einschaltung eingeschaltet oder wirksam gemacht werden. Hierzu kann in an sich bekannter Weise eine Schalteinrichtung parallel zu der Drossel verwendet werden. Bei Überlast wird zunächst die Drossel eingeschaltet und hierauf in Abhängigkeit von der Stromphase die Auslöseeinrichtung so gesteuert, daß der Strom während der nächsten durch die Wirkung der Drossel verursachten stromarmen Pause unterbrochen wird. Gelingt es hierbei, die Span-, nung unter io Volt oder bzw. die Stromstärke unter i. Ampere zu halten, so ist eine nahezu abb-randfreie Unterbrechung gewährleistet.In many cases it can also be beneficial in a contiguous way Line system, e.g. B. in a larger switchgear, for several switching devices to use a single saturation choke, which alternates with all or with any switching device for the purpose of performing a disconnection in series can be switched. So that the choke is not continuously switched on in the circuit is, it may, as is known, only immediately before a shutdown or activation can be switched on or made effective. To do this, in in a manner known per se Switching device in parallel with the throttle be used. In the event of an overload, the throttle is switched on first and then Depending on the current phase, the release device is controlled so that the Current during the next low current caused by the action of the choke Break is interrupted. If it succeeds here, the voltage, voltage below io volts or or the amperage under i. Holding amperes is almost free from trimming Interruption guaranteed.

Die Wirksamkeit der Sättigungsdrossel kann auch durch eine an sich bekannte, mit ihrem Eisenkern verkettete Hilfswicklung gesteuert werden. Hierbei ist es möglich, durch geeignete Wahl des Übersetzungsverhältnisses auch den Steuervorgang für die Drossel selbst bei einer Spannung durchzuführen, bei der keine Funken- und Abbranderscheinungen auftreten, in Luft beispielsweise bei einer Spannung von io Volt.The effectiveness of the saturable reactor can also be influenced by a per se known auxiliary winding linked to its iron core can be controlled. Here it is possible to also control the process through a suitable choice of the transmission ratio for the choke itself to be carried out at a voltage at which no sparks and Burning phenomena occur, in air, for example, at a voltage of io Volt.

Bei der Anwendung einer derartigen Spannung fließt in der Kurzschlußwicklung der Drossel ein sehr hoher Strom. Dieser kann mit besonderem Vorteil durch einen Quecksilberschalter hach Art eines Wehnelunterbrechers zum Verschwinden gebracht werden. Durch eine Einschnürung kann erreicht werden, daß bei der Überschreitung einer bestimmten Stromstärke das Quecksilber an der eingeschnürten Stelle verdampft, so daß eine Unterbrechung des Kurzschlußkreises eintritt. Durch Parallelschaltung mehrerer derartiger eingeschnürter Stellen (Löcher) in ein und derselben oder auch in mehreren parallel geschalteten Schalteinrichtungen kann der jeweils auftretenden Stromstärke Rechnung getragen werden. Zur willkürlichen. elektromagnetischen oder auch unmittelbar mechanischen Steuerung kann außerdem zusätzlich der Querschnitt durch in die Löcher geschobene Nadeln aus Isolierstoff noch weiter herabgesetzt werden.When such a voltage is applied, the short-circuit winding will flow the choke has a very high current. This can with particular advantage by a Mercury switch hach kind of Wehnel breaker made to disappear will. A constriction can ensure that when it is exceeded the mercury evaporates at the constricted point at a certain current strength, so that an interruption of the short circuit occurs. Through parallel connection several such constricted places (holes) in one and the same or also in several switching devices connected in parallel, the each occurring Amperage must be taken into account. To the arbitrary. electromagnetic or the cross-section can also be directly controlled mechanically further reduced by needles made of insulating material pushed into the holes will.

Eine andere Beeinflussung des Kurzschlußkreises der Drossel besteht beispielsweise darin, daß in dem Kreis ein Widerstandskörper eingeschaltet ist, dessen Widerstandswert nach Art eines Kohlendruckreglers druckabhängig veränderlich ist. Durch elektromagnetische Steuerung kann der Druck unmittelbar von der Stromstärke in dem Kurzschlußkreis selbst oder auch mittels einer zusätzlichen, willkürlich betätigten Steuerung so verändert werden, daß durch die Widerstandserhöhung im Kurzschlußkreise die Induktivität im Hauptkreise wirksam wird.There is another influence on the short-circuit of the choke for example in the fact that a resistance body is switched on in the circuit, its resistance value can be changed as a function of pressure in the manner of a coal pressure regulator is. By electromagnetic control, the pressure can be determined directly from the strength of the current in the short circuit itself or by means of an additional, arbitrary actuated control can be changed so that by the increase in resistance in the short-circuit circuits the inductance in the main circuit becomes effective.

Der Widerstand des Kreises der Kurzschlußwicklung der Sättigungsdrossel kann ferner durch Einschaltung von Induktivitäten beeinflußt werden. So kann beispielsweise -eine Wicklung mit Eisenkern und Kraftlinienschluß über einen in Abhängigkeit von der Stromstärke beweglichen Anker vorgesehen sein. Dieser Eisenkern kann so dimensioniert werden, daß er seine volle Sättigung nicht erreicht.The resistance of the circuit of the short-circuit winding of the saturable reactor can also be influenced by switching on inductances. For example -a winding with an iron core and a power line connection over a depending on the current strength movable armature be provided. This iron core can be so dimensioned that it does not reach its full saturation.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltanordnung für elektrische Hochleistungsschalter mit von einer Auslöseeinrichtung synchron zur Stromphase gesteuerten Kontakten, dadurch gekennzeichnet, daß im Schalterstromkreis eine Eisendrossel angeordnet ist, deren Kern @ bereits bei geringen Stromwerten voll gesättigt wird, und daß die Auslöseeinrichtung den Auslöseimpuls um eine solche Zeitspanne vor dem Beginn der durch die Entsättigung der Eisendrossel hervorgerufenen stromarmen Pause gibt, daß die Kontaktöffnung vor Beginn der stromarmen Pause einsetzt und die günstigste Löschdistanz während der stromarmen Pause erreicht wird. Schaltanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern der Sättigungsdrossel aus hochwertigem Eisen besteht, und daß die Sättigung bereits bei einem Stromwert von etwa i Ampere erreicht wird. 3. Schaltanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Einschaltung des Hochleis.tungsschalters synchron zur Phase des zu schaltenden Stromes erfolgt. .. Schaltanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß für mehrere in einem zusammenhängenden Leitungssystem angeordnete Schalter eine einzige gemeinsame Sättigungsdrossel vorgesehen ist. 5. Schaltanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Sättigungsdrossel erst unmittelbar vor einem Schaltvorgang eingeschaltet oder wirksam gemacht wird. 6. Schaltanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Kern der Sättigungsdrossel eine zusätzliche, über einen veränderlichen Widerstand geschlossene Hilfswicklung angeordnet ist. 7. Schaltanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahl der Hilfswicklung so bemessen ist, daß die in ihr induzierte Spannung unter io Volt liegt. B. Schaltanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswicklung über einen Quecksilberschalter mit nach Art eines Welinelunterbrechers ausgeführten Einschnürungen geführt ist. g. Schaltanordnung nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Einschnürungen, z. B. durch Nadeln aus isolierendem Material, veränderlich ist. 4 io. Schaltanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Kreis der Hilfswicklung liegende Widerstand druckabhängig veränderlich ist. i i. Schaltanordnung nach Anspruch g, dadurch gekennzeichnet, daß im Kreise der Hilfswicklung eine weitere mit einem Eisenkern verkettete Wicklung angeordnet ist, deren Induktivität durch Veränderung des magnetischen Widerstandes ihres Eisenkernes geregelt werden kann. 1a. Schaltanordnung nach Anspruch i i, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern mit einem beweglichen Anker versehen ist, dessen Bewegung in Abhängigkeit von der Stromstärke im Hauptunterbrecliungskreise gesteuert werden kann. PATENT CLAIMS: i. Switching arrangement for electrical high-performance switches with contacts controlled synchronously with the current phase by a release device, characterized in that an iron choke is arranged in the switch circuit, the core of which is fully saturated even at low current values, and that the release device releases the release pulse by such a period of time before the start of the The low-current break caused by the desaturation of the iron choke ensures that the contact opens before the start of the low-current break and the most favorable extinguishing distance is achieved during the low-current break. Switching arrangement according to Claim i, characterized in that the iron core of the saturation choke consists of high-quality iron, and that saturation is already reached at a current value of approximately i amperes. 3. Switching arrangement according to claim i, characterized in that the switching on of the high performance switch takes place synchronously with the phase of the current to be switched. .. Switching arrangement according to claim i, characterized in that a single common saturation choke is provided for several switches arranged in a coherent line system. 5. Switching arrangement according to claim i, characterized in that the saturation reactor is only switched on or made effective immediately before a switching process. 6. Switching arrangement according to claim 5, characterized in that an additional auxiliary winding closed via a variable resistor is arranged on the core of the saturable reactor. 7. Switching arrangement according to claim 6, characterized in that the number of turns of the auxiliary winding is dimensioned so that the voltage induced in it is below io volts. B. Switching arrangement according to claim 6, characterized in that the auxiliary winding is guided via a mercury switch with constrictions designed in the manner of a Welinel interrupter. G. Switching arrangement according to claim characterized in that the cross section of the constrictions, e.g. B. by needles made of insulating material, is variable. 4 ok Switching arrangement according to Claim 6, characterized in that the resistance in the circuit of the auxiliary winding is variable as a function of the pressure. i i. Switching arrangement according to Claim g, characterized in that a further winding linked to an iron core is arranged in the circle of the auxiliary winding, the inductance of which can be regulated by changing the magnetic resistance of its iron core. 1a. Switching arrangement according to Claim ii, characterized in that the iron core is provided with a movable armature, the movement of which can be controlled as a function of the current intensity in the main interruption circuit.