DE1151041B - Anordnung zum Unterbrechen von Gleich- und Wechselstromkreisen - Google Patents

Description

Es ist bekannt, bei Anordnungen zum Unterbrechen von Induktivitäten enthaltenden Gleichoder Wechselstromkreisen einen Impulskreis parallel zur Unterbrechungsstelle zu schalten, der mindestens einen bei geschlossener Unterbrechungsstelle geladenen Kondensator und Mittel zum Schließen und Öffnen des Impulskreises zur Abgabe eines dem abzuschaltenden Strom entgegengerichteten Impulsstromes im Augenblick der Stromunterbrechung aufweist. Solche Anordnungen werden erfindungsgemäß dadurch verbessert, daß dem Kondensator eine aus einer Schaltstelle und einem ohmschen Widerstand bestehende Reihenschaltung parallel geschaltet ist, über die sich der Kondensator vor Erreichen einer für seine Isolationsfestigkeit gefährlichen Spannung bei der durch die im zu unterbrechenden Stromkreis vorhandene Induktivität verursachten, nach der Entladung des Kondensators über die Unterbrechungsstelle einsetzenden Umladung entlädt.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Kapazität des Kondensators im Impulskreis allein nach dem Strom bemessen werden kann, den der Kondensator zur Erreichung eines Stromnulldurchganges zu liefern hat. Die Kapazität kann also auf den Nennausschaltstrom des Schalters abgestimmt werden. Auf die Spannung, die sich am Kondensator nach dem Unterbrechen des Stromkreises einstellt, braucht keine Rücksicht genommen zu werden, da durch den Parallelstromkreis aus Schaltstelle und ohmschen Widerstand eine unzulässig hohe Spannungsbeanspruchung des Kondensators vermieden wird.

Bei einer bekannten Anordnung, bei der ein geladener Kondensator über eine Unterbrechungsstelle entladen wird, liegt in Reihe mit letzter eine Hilfsschaltstelle. Zu dieser ist ein Kondensator parallel geschaltet und ebenso ein ohmscher Widerstand. Beim Öffnen der Hilfsschaltstelle wird der Kondensator aufgeladen und der Widerstand in den Stromkreis eingeschaltet. Dann wird der aufgeladene Kondensator vom Widerstand abgeschaltet und über einen Entladewiderstand über die Unterbrechungsstelle entladen. Es fehlt bei dieser bekannten Einrichtung also ein Parallelweg zum Kondensator, der aus einer Schaltstelle und einem Widerstand besteht, über die sich der Kondensator nach Öffnen der Unterbrechungsstelle entlädt.

Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, der Parallelschaltung von Kondensator und Spannungsbegrenzungseinrichtung mit Widerstand noch einen zusätzlichen Widerstand vorzuschalten. Hierfür wird zweckmäßig ein in seinem Ohmwert veränderlicher Widerstand vorgesehen, und zwar derart, daß er Anordnung zum Unterbrechen
von Gleich- und Wechselstromkreisen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 17. Dezember 1953 (Nr. 113)

Dr.-Ing. Fritz Kesselring, Zürich (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

während der Dauer des Impulsstromes von beispielsweise (1 ... 2) -10~⁴ s praktisch noch unverändert auf seinem Tiefstwert bleibt, während er beim anschließend auftretenden Ausgleichstrom seinen Wert erhöht. Als geeignet erweist sich beispielsweise ein Widerstand aus reinem Eisen oder Wolfram, da beide Werkstoffe sich durch einen hohen positiven Temperaturkoeffizienten auszeichnen. Bei Eisen läßt sich ohne Schwierigkeiten ein zehnfacher Wert des KaIt-Widerstandes erreichen, wodurch der abzuschaltende Reststrom in entsprechendem Maße verringert wird. Die Anordnung muß so getroffen werden, daß der Widerstand in der Lage ist, die frei werdende magnetische Energie des Stromkreises einschließlich der von der Stromquelle während der Abschaltung noch nachgelieferten Energie aufzunehmen.

Beim Abschaltvorgang tritt im allgemeinen mindestens eine einmalige Umladung des Kondensators im Impulskreis auf. Hierdurch ergibt sich infolge der dielektrischen Nachwirkung eine wesentlich erhöhte elektrische Beanspruchung. Es muß daher ein für entsprechend höhere Spannung bemessener Kondensator verwendet werden, was sich preislich ungünstig auswirkt. Dieser Nachteil kann nun dadurch vermieden werden, daß die Spannungsbegrenzungseinrichtung schon vor der Umladung des Kondensators, frühestens jedoch beim Nulldurchgang des resultierenden Stromes in der Unterbrechungsstelle wirksam wird, wobei die Spannungsbegrenzung am Kondensator aufrechterhalten bleibt, bis der Impulskreis wieder unterbrochen ist, was beispielsweise durch einen Hilf sschalter im Impulskreis geschehen kann.

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Beim Abschalten von Gleichstromkreisen kann es Höchstwert Ü_c und klingt von da an auf den Wert

zweckmäßig sein, dem Reststrom, der sich zunächst — U ab. Die resultierende Spannung U_r= U + U_c ist

als z. B. exponentiell abklingender Gleichstrom ein- in Fig. 3 unten gestrichelt eingezeichnet und klingt

. stellt, einen Wechselstrom zu überlagern, derart, daß mit der Zeit auf Null ab, so daß der Hilfsschalter 9

mindestens ein Nulldurchgang entsteht. Dies kann 5 beispielsweise im Zeitpunkt E (s. Fig. 3) unter sehr

beispielsweise dadurch geschehen, daß der aus dem günstigen Bedingungen geöffnet werden kann.

Kondensator des Impulskreises und den zusätzlichen Aus Fig. 3 erkennt man deutlich, daß die Konden-

im Netz vorhandenen Induktivitäten entstehende satorspannung im Zeitpunkt D eine Spannung er-

Schwingungskreis durch den veränderlichen Licht- reicht, die je nach der Größe der magnetischen bogenwiderstand der Spannungsbegrenzungseinrich- io Energie und der Größe der Kapazität des Konden-

tungen zum Schwingen angestoßen wird. sators 8 recht beträchtliche Werte annehmen kann.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele Entweder müßte man die Kapazität des Kondensa-

der Erfindung schematisch dargestellt. Fig. 1 ist eine tors bedeutend vergrößern oder einen Kondensator

erste Ausführungsform, deren Wirkungsweise an für wesentlich höhere Spannung wählen; beides ist Hand der Strom- und Spannungsdiagramme der 15 unwirtschaftlich. Die letztere Maßnahme ist meist

Fig. 2 und 3 erläutert wird, während die Fig. 4 eine auch noch unzulässig, da Spannungen über etwa der

weitere Ausführungsmöglichkeit wiedergibt. 2,5fachen Betriebsspannung zu einer Gefährdung der

In Fig. 1 bedeutet 1 eine Gleichstromquelle der Anlage führen können. Hier setzt nun die Abhilfe-Spannung Ό, 2 die Belastung mit dem Widerstand R maßnahme nach der Erfindung ein, indem parallel zu und 3 eine im Stromkreis vorhandene Induktivität L. 20 dem Kondensator 8 eine Spannungsbegrenzungs-4 ist die Unterbrechungsstelle in Form eines Schal- einrichtung angeordnet wird, die beispielsweise bei ters, bestehend aus der Strombrücke 5 und den fest- der l,5fachen Betriebsspannung U_s entsprechend stehenden Kontakten 6 und 7. Der Impulskreis be- dem Zeitpunkt S (s. Fig. 3) zum Ansprechen kommt, steht aus dem Kondensator 8, dem Hilfsschalter 9 Hierdurch kann erreicht werden, daß die Spannung und einem Entladewiderstand 10. Parallel zum Kon- 25 am Kondensator praktisch auf den Wert U_s begrenzt densator 8 liegt die Spannungsbegrenzungseinrich- wird. Gleichzeitig wird aber mit dem Ansprechen der tung U, bestehend aus der Funkenstrecke 12 in Funkenstrecke 12 zusätzlich noch der Widerstand 13 Form eines Hörnerableiters und dem Widerstand 13. in den Kreis eingeschaltet, indem nun ein wesent-

Im normalen Betrieb ist der Schalter 4 geschlossen, licher Teil der ursprünglich in der Induktivität 3 ander Hilfsschalter 9 geöffnet und der Kondensator 8 30 gesammelten magnetischen Energie vernichtet wird,

durch eine nicht gezeichnete Ladeeinrichtung auf die Es fließt dann ein Reststrom /', der durch die

durch + und — gekennzeichnete Polarität aufgela- Reihenschaltung der Widerstände 2, 10 und 13 ge-

den. Es fließt dann ein Strom I = I₀ (Fig. 3), der im geben ist und leicht so gehalten werden kann, daß er

wesentlichen gegeben ist durch den Quotienten 17/2?. beispielsweise durch die Hörnerfunkenstrecke 12 Soll nun der Strom I₀ unterbrochen werden, so wird 35 selbsttätig abgeschaltet wird. Sollte dies nicht der

zunächst der Schalter 9 geschlossen (vgl. Zeitpunkt A Fall sein, so kann der Hilfsschalter 9 derart ausge-

in Fig. 2). Es entsteht dann ein Impulsstrom /,·, der bildet sein, daß er in der Lage ist, den Reststrom,

im Schalter 4 dem Strom Z₀ entgegenfließt. Der resul- der nur einen kleinen Bruchteil des Nennstromes be-

tierende Strom I₁. fällt ab, erreicht bei A einen ersten, trägt, abzuschalten.

bei B einen zweiten NuEdurchgang. Der Schalter 4 40 In Fig. 4 bedeutet 40 eine Gleichstromquelle, 41 soll nun so beschaffen sein, daß der resultierende die Belastung, 42 eine Induktivität, 43 den Haupt-Strom I_r mindestens beim zweiten Nulldurchgang B schalter mit der Strombrücke 44, den feststehenden endgültig unterbrochen wird. Von diesem Zeitpunkt Kontakten 45 und 46 und der Ausschaltwicklung 47. an fließt nun der Strom (vgl. Fig. 1) von der Strom- Der Hilfsschalter 48 besteht aus den beiden Hauptquelle 1 über den Widerstand 10, den Kondensator 8, 45 elektroden 49 und 49' nebst der Zündelektrode 50 den Schalter 9, die Belastung 2 und die Induktivi- und der Schaltbrücke 51. Die Elektrode 49' und die tat 3, wobei die Stromquelle 1 und der Kondensator 8 Zündelektrode 50 liegen an der Sekundärwicklung 52 in Reihe geschaltet sind, so daß als wirkende Span- eines Wandlers 53, dessen Primärspule 54 im Hauptnung die Summe ü + U_cg vorhanden ist, wobei U_co Stromkreis liegt. 55 ist der Kondensator, 56 und 57 die Spannung am Kondensator im Zeitpunkt B ent- 50 sind Widerstände, 58 ist eine Lichtbogenlöscheinsprechend Fig. 3 bedeutet. Unter dem Einfluß dieser richtung mit der Blasspule 59. erhöhten Spannung steigt der Strom /zunächst an (vgl. Wird die Schaltbrücke 51 des Hilfsschalters 48 Zeitpunkt B in Fig. 3), erreicht im Zeitpunkt C ein beispielsweise von Hand nach rechts bewegt, so erstes Maximum, fällt dann ab bis D und klingt von schließt sich der Impulskreis, wobei gleichzeitig die da an entsprechend der durch den Widerstand 10 und 55 Ausschaltspule 47 des Hauptschalters 43 erregt wird, die Belastung 2 gegebenen Dämpfung ab. Der Kon- Bei mäßiger Induktivität 42 tritt eine insbesondere densator 8 (vgl. Fig. 1) entlädt sich zunächst; seine durch den Widerstand 56 gedämpfte Schwingung auf, Spannung U₀ ist nach Angabe des Impulsstromes auf ohne daß die Löscheinrichtung 58 zum Ansprechen U_c0 (s. Fig. 3, unteres Diagramm) abgefallen und kommt, während bei großer magnetischer Energie an nimmt nun weiter ab bis zur vollständigen Entladung 60 der Löscheinrichtung 58 ein Lichtbogen auftritt, woim Zeitpunkte entsprechend dem Höchstwert des durch zusätzlich der Widerstand 57 eingeschaltet Stromes/ und damit der maximalen magnetischen wird. Nach dem Erlöschen des Lichtbogens unterEnergie in der Induktivität 3. Nun entlädt sich die stützt durch die magnetische Blasung mit Hilfe der magnetische Energie über den Belastungswider- Spule 59 kann der Hilfsschalter 48 strom- und spanstand 2, den Entladewiderstand 10 auf den Konden- 65 nungslos geöffnet werden. Eine automatische Absator 8, wobei er umgeladen wird. Im Augenblick, da schaltung wird mit HiKe des Wandlers 53 bewirkt, der Strom / Null wird (vgl. Zeitpunkt D in Fig. 3), Steigt nämlich der Strom in der Primärwicklung erreicht die Kondensatorspannung ihren negativen plötzlich an, so wird in der Sekundärwicklung 52 eine

hohe Spannung erzeugt, wodurch ein Überschlag zwischen den Elektroden 49' und 50 entsteht, dem sofort die Zündung eines Lichtbogens zwischen den Elektroden 49 und 49' folgt. Von da ab verläuft der Vorgang wieder in der geschilderten Weise.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zum Unterbrechen von Induktivität enthaltenden Gleich- oder Wechselstromkreisen mittels eines parallel zur Unterbrechungsstelle geschalteten Impulskreises, der mindestens einen bei geschlossener Unterbrechungsstelle geladenen Kondensator und Mittel zum Schließen und Öffnen des Impulskreises zur Abgabe eines dem abzuschaltenden Strom entgegengerichteten Impulsstromes im Augenblick der Stromunterbrechung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (8) eine aus einer Schaltstelle (12) und einem ohmschen Widerstand (13) bestehende Reihenschaltung parallel geschaltet ist, über die sich der Kondensator (8) vor Erreichen einer für seine Isolationsfestigkeit gefährlichen Spannung bei der durch die im zu unterbrechenden Kreis vorhandenen Induktivität (3) verursachten, nach der Entladung des Kondensators (8) über die Unterbrechungsstelle (4) einsetzenden Umladung entlädt (Fig. 1).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstelle eine Funkenstrecke mit Lichtbogenlöscheinrichtung ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Impulskreis und in Reihe mit dem Entladestromkreis ein zusätzlicher Widerstand eingeschaltet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Widerstand derart veränderlich ist, daß er während der Dauer des Impulsstromes praktisch unverändert bleibt, während er beim anschließend auftretenden Ausgleichsstrom seinen Wert erhöht.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstelle frühestens beim Nulldurchgang des resultierenden Stromes in der Unterbrechungsstelle sich schließt und den Entladestromkreis des Kondensators geschlossen hält, bis der Impulskreis wieder unterbrochen ist zum Zweck, eine Umladung des Kondensators zu verhindern.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstelle und die Unterbrechungsstelle mechanisch gekoppelt sind, derart, daß erst nach Öffnen der Unterbrechungsstelle die Schaltstelle geschlossen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 521636, 588 204, 517;

französische Patentschrift Nr. 707 718;
britische Patentschrift Nr. 366 966.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen