DE822128C - Anordnung zum Unterbrechen von elektrischen Stromkreisen - Google Patents

Description

• Anordnung zum Unterbrechen von elektrischen Stromkreisen Eine der wichtigsten Aufgaben in der Elektrotechnik ist das Unterbrechen von Stromkreisen bei Auftreten eines Kurzschlusses. Der Strom steigt im Kurzschlußfall auf ein Mehrfaches seines Normalwertes an, und es bestehen Schwierigkeiten, einen so hohen Strom zu unterbrechen, da der an den Schaltkontakten auftretende Lichtbogen gelöscht werden muß, bevor die Unterbrechung des Stromkreises vollendet ist. Man hat schon verschiedene Mittel vorgeschlagen, um den Lichtbogen zwischen den Kontakten zum Erlöschen zu bringen. So hat man für Wechselstrom Schalter entwickelt, bei denen durch eine vom Lichtbogen selbsterzeugte heftige Löschmittelströmung die Löschung des Lichtbogens bewirkt wird, oder man hat Druckgasschalter angewendet, bei denen durch Einblasen von Preßluft zwischen die Kontakte der Lichtbogen gelöscht wird. Man hat auch schon vorgeschlagen, den natürlichen Nulldurchgang des Wechselstromes auszunutzen und Schalter anzuwenden, welche kurz vor dem Nulldurchgang des Stromes ihre Kontakte öffnen. Wenn man derartige Synchronschalter entsprechend ausbildet, gelingt es, den Stromkreis lichtbogenfrei zu unterbrechen. Da der Strom im Kurzschlußfalle mit großer Steilheit durch den Wert Null hindurchgeht, hat man Mittel vorgesehen, die eine Verlängerung der Dauer des Stromwertes Null verursachen. Zu diesem Zweck hat man in Reihe in die Leitung eine Drosselspule eingeschaltet, deren Magnetisierungscharakteristik annähernd rechteckförmig verläuft, und die bei geringen Stromwerten bereits gesättigt ist. Durch die beim Strom Null sehr steile Charakteristik der Drosselspule wird erreicht, daß der Nulldurchgang des Stromes zeitlich verlängert wird. Alle diese Mittel versagen jedoch beim Unterbrechen, von Gleichstrom. Um hier den Lichtbogen zu beherrschen, hat man vorgeschlagen, einen geladenen Kondensator dem Schalter parallel zu schalten. Durch den Entladestrom des Kondensators wird der Strom am Schalter zu Null gemacht und in diesem Augenblick der Stromkreis geöffnet. Hierzu ist es jedoch erforderlich, Einrichtungen vorzusehen, die eine ständige Aufladung des Kondensators bewirken. Ferner tritt der Nachteil auf, daß im Stromkreis die doppelte Spannung der Spannungsquelle wirksam wird, was ,eine erhöhte Isolationsbeanspruchung bedeutet, und daß auch ein derartiger Löschkondensator bei Wechselstrom nicht angewendet werden kann.
• Die Erfindung zeigt einen neuen Weg, um einen Stromkreis zu unterbrechen, der sowohl bei Gleichstrom als auch bei Wechselstrom angewendet werden kann. Der neue Weg vermeidet besonders aufgeladene Kondensatoren und zusätzliche Spannungswandler. Gemäß der Erfindung ist in Reihe .in die Leitung ein aus Blindwiderständen bestehender Zweipol eingeschaltet, und die Blindwiderstände sind so geschaltet und bemessen, daß bei plötzlichem Anlegen einer konstanten Spannung der Strom nach einer gewissen Zeit durch Null hindurchgeht. Dieser Nulldurchgang des Stromes wird dann ausgenutzt, um einen Schalter in Reihe mit dem Zweipol zu öffnen, so daß ein lichtbogenfreier oder weitgehend lichtbogenfreier Schaltvorgang sowohl bei Gleichstrom als auch bei Wechselstrom möglich ist. Grundsätzlich wirkt eine solche erfindungsgemäße Anordnung in der folgenden Weise (vgl. Fig. i). Vor dem Kurzschluß fließt über die Anordnung der im Vergleich zum Kurzschlußstrom kleine Laststrom iv. Im Zeitpunkt to entsteht der Kurzschluß, durch den die treibende Spannung des Netzes stoßweise an den in Reihe mit der Zuleitung liegenden Zweipol gelegt wird. Ohne den Zweipol würde sich ein Kurzschlußstrom nach der gestrichelten Linie ik ausbilden. Diesem, im ungünstigen Schaltmoment ansteigenden Strom überlagert sich nun ein durch den Zweipol hervorgerufener Ausgleichstrom i", der an der Stelle i einen Nulldurchgang des Gesamtstromes ergibt. Diesen Nulldurchgang nutzt man erfindungsgemäß zum Abschalten des Stromkreises aus. Die Zeit vom Beginn des Kurzschlusses bis zum durch die Zusatzeinrichtung erreichten Nulldurchgang des Stromes kann durch die im Zweipol angeordneten Scheinwiderstände noch willkürlich gewählt werden, so daß der gesamte Abschaltvorgang innerhalb einer genügend kleinen Zeit, bei Wechselstrom also in Bruchteilen einer Halbwelle, abläuft. Der Scheitelwert des sich ausbildenden Gesamtstromes wird durch die gleiche Maßnahme auf Werte beschränkt, die kleiner als Bier Scheitelwert des Kurzschlußstromes der Anlage ohne den Zweipol sind. Hierdurch ergeben sich für die Bemessung der Gesamtanlage mit Rücksicht auf die mechanischen Beanspruchungen wesentliche Erleichterungen.
• Als einen solchen Zweipol, der bei Anlegen einer konstanten Spannung einen Nulldurchgang des durch ihn fließenden Stromes nach einer bestimmten Zeit bewirkt, kann man beispielsweise zwei in Reihe geschaltete Drosselspulen vorsehen, wobei

  parallel zu einer dieser Drosselspulen ein Konden-

  sator- geschaltet ist. Bei geeigneter Bemessung die-

  ser Elemente kann man erreichen, daß kurze Zeit

  nach Anlegen einer konstanten Spannung der auf-

  genommene Strom durch Null hindurchgeht. NIan

  kann den Zweipol auch leicht so bemessen, daß sein

  Widerstand im Normalbetrieb verhältnismäßig

  klein ist, und zwar sowohl für Gleichstrom, als auch

  für Wechselstrom, so daß ein erheblicher Span-

  nungsabfall an diesem im Normalbetrieb nicht auf-

  tritt.

  Für den Fall der Anwendung dieses Schalt-

  prinzips für Gleichstromnetze können die benötigten

  Drosselspulen zugleich als Glättungselemente für

  die durch Gleichrichter erzeugten 0l)erwellen die-

  nen, wodurch eine weitere Verbilligung erzielt wird.

  In der Zeichnung (Fig. 2) ist ein Ausführungs-

  beispiel der Erfindung für die Unterbrechung einer

  Gleichstromleitung dargestellt. Die Gleichstrom-

  doppelleitung (Hin-und Rückleitung) ist mit i und i'

  bezeichnet. Sie verbindet eine nicht näher darge-

  stellte Spannungsquelle, z. h. eine Sammelschiene,

  mit dem Verbraucher 2. Erfindungsgemäß liegt in

  Reihe mit dem Leiter i ein Zweipol, bestehend aus

  der Drosselspule 3 und der Drosselspule 4, zu wel-

  cher ein Kondensator 5 parallel geschaltet ist.

  Ferner liegt in Reihe mit dem Zweipol ein gas-

  gefülltes Entladungsgefäß 6, das als Schalter

  dient. Parallel zu den Eingangsklemmen der Lei-

  tung liegt ein Kondensator 7, welcher die Aufgabe

  hat, bei einem plötzlichen Kurzschluß auf der Lei-

  tung die Spannung an der Einschaltstelle des Kon-

  densators annähernd konstant zu halten. Tritt ein

  solcher Kurzschluß, wie er beispielsweise durch

  einen Pfeil io in der Figur dargestellt ist, auf, so

  liegt plötzlich die gesamte Gleichspannung an dem

  Zweipol. Wie früher beschrieben, wird durch die

  Eigenschaft des Zweipols erreicht, daß nach einer

  einstellbaren Zeit der Strom durch Null hindurch-

  geht. In diesem Augenblick erlischt die Röhre und

  die Leitung ist aufgetrennt.

  Die beschriebene Anordnung kann auch für Nor-

  malabschaltungen verwendet werden, indem man an

  Stelle des in der Figur gezeichneten Kurzschluß-

  pfeiles io einen Schalter setzt, der für den Fall, daß

  eine Abschaltung des Verbrauchers von der Lei-

  tung i erfolgen soll, geschlossen wird. Der hier-

  durch eingeleitete Kurzschluß bringt dieAnordnung

  zur Funktion und führt zur Löschung des Gas-

  entladungsgefäßes 6 oder zur Abtrennung durch

  einen geeigneten Schalter an dieser Stelle unter

  Ausnutzung des durch den Zweipol erreichten Null-

  durchganges des Stromes.

  Damit die Schaltröhre nicht im Normalbetrieb

  ständig stromführend ist, kann man noch parallel

  zur Röhre einen kleinen Schalter 8 legen, welcher

  im Normalbetrieb geschlossen ist, bei Auftreten

  eines Kurzschlusses aber geöffnet wird. Der Schalter

  unterbricht lichtbogenfrei und braucht nur für eine

  geringe Leistung bemessen zu werden, da die Röhre

  parallel liegt und diese im Augenblick der Kontakt-

  öffnung zündet und den Strom übernimmt. Um bei

  Verbrauchern, die rückspeisen können, zu ver-

  hindern, <laß der Ktirzs(@lilnß von der Verbraucherseite her gespeist wird, liegt noch ein Ventil 9 in Reihe in dei Leitung i von dem Verbraucher.
• An Stelle einer Schaltröhre kann man auch einen mechanischen Schalter verwenden, dessen Antriebsmittel so gebaut sind, daß er im Stromnulldurchgang öffnet. Die Mittel hierzu können verschieden sein. Auch liei Wechselstrom läßt sich, wie erwähnt, der Zweipol verwenden, um bei Auftreten eines Kurzschlusses einen Stromnulldurchgang zu erzwingen. Bei Auftreten eines Kurzschlusses, der nicht im Nulldurchgang oder in der Nähe des Nulldurchganges der Spannung stattfindet, tritt plötzlich eine Spannung an dem Zweipol auf, und es spielt sich der gleiche Vorgang ab wie für Gleichstrom beschrieben , da für die kurze Zeit vom Auftreten des Kurzschlusses bis zum Nulldurchgang des Stromes die Wechselspannung als konstant angesehen werden kann. Wenn in dem Wechselstromkreis auch der Fall eintreten kann, <laß der Kurzschluß im Augenblick des Nulldurchganges der Spannung stattfindet, kann man zusätzlich -Mittel anwenden, um plötzlich eine verhältnismäßig hohe Spannung an dem Zweipol zur Erscheinung zu bringen. Man kann zu diesem Zweck in Reihe in die Leitung zwei eisengeschlossene Drosselspulen schalten, die eine nahezu rechteckförmige Magnetisierungscharakteristik besitzen und die Drosselspulen im entgegengesetzten Sinn vom Gleichstrom vormagnetisieren. Dadurch wird bewirkt, daß im Stromverlauf des Wechselstromes eine Stufe eintritt, und der Strom also eine bestimmte Zeitlang konstant bleibt. Nach Beendigung dieser Zeit tritt dann plötzlich die Spannung an dem Zweipol auf, und es spielt sich dann der gleiche Vorgang ab wie bei Gleichstrombetrieb.
• Zur Begrenzung von Kurzschlußströmen in Netzteilen hat man bekanntlich Kurzschlußdrosselspulen in die Leitung eingeschaltet. Diese haben aber den Nachteil, daß ihr Spannungsabfall im Normalbetrieb um so größer wird, je stärker sie den Kurzschlußstrom begrenzen. Außerdem nehmen diese Drosselspulen einen verhältnismäßig großen Raum ein. Durch starke Kühlung, z. B. Wasserkühlung, kann es zwar gelingen, die Ausdehnung der Drosselspule zu begrenzen. Man muß aber dann verhältnismäßig hohe Wirkleistungsverluste im Normalbetrieb in Kauf nehmen.
• Die Erfindung ermöglicht es nun, Drosselspulen mit verhältnismäßig großem induktiven Abfall und großen Ohinschen Verlusten zu verwenden, ohne daß diese im Normalbetrieb in Erscheinung treten. Hierzu wird die Drosselspule im Normalbetrieb durch den Zweipol und einem mit ihm in Reihe liegenden Schalter überbrückt, so daß im Normalbetrieb die Drosselspule nicht wirksam ist. Im Falle eines Kurzschlusses jedoch wird der in Reihe mit dem Zweipol lieg-ende Schalter beim Nulldurchgang des Stromes geöffnet und die Drosselspule dadurch in den Stromkreis eingeschaltet. Den Zweipol wird man so bemessen, daß der erste Stromanstieg nicht größer ist als der, auf welchen die Drosselspule, falls sie eingeschaltet wäre, den Strom begrenzt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zum Unterbrechen von elektrischen Stromkreisen bei plötzlichem Stromanstieg, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe in der Leitung ein Zweipol aus Scheinwiderständen angeordnet ist, die so geschaltet und bemessen sind, daß bei Anlagen einer konstanten Spannung der Strom nach einer vorgeschriebenen Zeit durch Null hindurchgeht. z. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweipol aus zwei in Reihe geschalteten Induktivitäten und aus einem parallel zu einer dieser Induktivitäten geschalteten Kondensator besteht. 3. Anordnung nach Anspruch i für Gleichstromkreise, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Leitung auf der Erzeugerseite ein Kondensator geschaltet ist. q.. Anordnung nach Anspruch i für Gleichstromkreise, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein eines Verbrauchers, der rückspeisen kann, vor dem Verbraucher ein Ventil geschaltet ist. 5. Anordnung nach Anspruch i für Wechselstromkreise, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe in die Leitung noch zwei vom Wechselstrom durchflossene Drosselspulen liegen, die vom Gleichstrom im entgegengesetzten Sinne vormagnetisiert sind. 6. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweipol in Reihe mit einem Schalter parallel zu einer Kurzschlußdrosselspule liegt.