DE1181775B - Vorrichtung zum Abschalten von an Wechselstrom vorzugsweise hoeherer Frequenz angeschlossenen Verbrauchern - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES VfflWWl· PATENTAMT Internat. Kl.: H 02 c

AUSLEGESCHRIFT

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 21 c - 35/07

S 76657 VIIId/21 c
11. November 1961
19. November 1964

Bekanntlich macht das Schalten von an Wechselstrom vorzugsweise höherer Frequenz angeschlossenen Verbrauchern besondere Schwierigkeiten, da in den kurzen Zeiträumen bis zur Wiederkehr der Spannung die Schaltstrecken nicht genügend entionisiert werden können, um eine Wiederzündung zu vermeiden. Diese Schwierigkeiten werden noch vergrößert, wenn die Verbraucher Blindströme führen, die eine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung an der Schaltstrecke hervorrufen. Besonders ungünstig liegen die Verhältnisse, wenn die Verbraucher reine Blindwiderstände, wie beispielsweise Kondensatoren, sind.

Zur Schaltung solcher Verbraucher ist es bekannt, Schaltgeräte mit Haupt- und Vorkontakten zu verwenden, um den Schaltvorgang in zwei Stufen zu unterteilen. Es ist ferner bekannt, im Bereich der Schaltstrecke Blasspulen anzubringen, die vom zu schaltenden Strom durchflossen sind und durch das entsprechende Magnetfeld den Schaltlichtbogen löschen sollen. Die bekannten Vorrichtungen arbeiten nicht zufriedenstellend, insbesondere treten dann Schwierigkeiten auf, wenn die Frequenzen des zu schaltenden Stromes wesentlich höher als Netzfrequenz, beispielsweise im Frequenzbereich von 1000 bis 10 000 Hz liegen.

Es ist weiter bekannt, zwei Schaltstrecken in Reihe zu schalten und dabei die zweite Schaltstrecke als Hochvakuumsicherung auszubilden. Auch eine Reihenschaltung von zwei Unterbrechungsstellen ist bekanntgeworden, bei der der Schaltaugenblick einer Unterbrechungsstelle von der Stromstärke beeinflußt wird. Endlich sind Einrichtungen benutzt worden, bei denen ein Schalter den Einschaltvorgang und ein weiterer Schalter den Abschaltvorgang übernimmt. Auch die Zuschaltung elektrolytischer Blitzschutzvorrichtungen ist versucht worden. Weiterhin sind Schaltungen bekannt, bei denen elektrische Lichtbögen mittels Kondensatorentladung gelöscht werden sollen oder bei denen Gleichstromlichtbögen durch Parallelschaltung von Kondensatoren beseitigt werden. Schließlich gibt es auch Anordnungen zur Unterdrückung von Schaltfunken durch Anordnung von zwei Schaltstellen mit unterschiedlichen Schaltzeitpunkten. Zur Abschaltung von Induktivitäten in Gleichstromkreisen sind weiterhin parallel geschaltete Gleichrichter benutzt worden. Auch als Transformator ausgebildete Induktionsspulen für Tastrelais sind bekannt, bei denen die Sekundärwicklung über einen Kondensator kurzgeschlossen ist. Bei einer bekannten technischen Lösung wird für das Schalten von Mittelfrequenz den Kontakten des zu betätigenden Schal-Vorrichtung zum Abschalten von an
Wechselstrom vorzugsweise.höherer Frequenz
angeschlossenen Verbrauchern

Anmelder:

Dr.-Ing. Gerhard Walter Seulen,

Remscheid, Ronsdorfer Str. 54

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Gerhard Walter Seulen, Remscheid

ters die Reihenschaltung einer Drossel und einer Hilfsschaltstrecke parallel geschaltet, wobei die Drossel mit einer Vormagnetisierungswicklung versehen ist, die bei der Abschaltung mit Gleichstrom erregt wird.

Es ist weiter bekannt, für das Abschalten von Kondensatoren in Mittelfrequenz-Schaltanlagen den zu schaltenden Kondensatoreinheiten eine gleichstrommagnetisierbare Drosselspule vor dem Abschalten parallel zu schalten, um den zu schaltenden Strom in Größe des Vektorwertes zu verringern. Bei einer solchen Anordnung wird mittels der Gleichstrommagnetisierung der Drosselspule ihre Induktivität jeweils der Größe der zu schaltenden Kondensatoreinheit angepaßt. Die letztgenannte Lösung hat sich zwar bewährt, jedoch weist sie den erheblichen Nachteil auf, daß die gleichstrommagnetisierbare Drosselspule sehr aufwendig in Raumbedarf und Herstellungskosten ist, da sie für den vollen Dauerstrom ausgelegt werden muß. Auch die Hilfsschaltgeräte, die dieser Drosselspule zugeordnet sind, müssen für Dauerstrom ausgelegt sein, was sich sowohl hinsichtlich Raumbedarf als auch hinsichtlich Gewicht und Herstellungskosten ungünstig auswirkt. Die Sicherstellung der erforderlichen Folgeschaltungen an den einzelnen Geräten erfordert außerdem zusätzliche Hilfsrelais oder Schütze, die ebenfalls den Raumbedarf und die Kosten erhöhen. Endlich erfordert der Gleichstromsteuerkreis einen großen technischen Aufwand, da jeder Kondensatorenstufe unterschiedlicher Größe ein angepaßter Gleichstromwert zugeordnet werden muß.

Die Erfindung vermeidet die vorbeschriebenen Nachteile bekannter Einrichtungen. Sie stellt eine Vorrichtung zum Abschalten von an Wechselstrom vorzugsweise höherer Frequenz als Netzfrequenz angeschlossenen Kondensatoren unter Last mit Hilfe

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einer Induktivität dar, bei der erfindungsgemäß die Induktivität in Form einer Drosselspule mit entsprechendem Blindwiderstand unmittelbar nach dem Abschalten der abzuschaltenden Kondensatoreinheit parallel dieser Kondensatoreinheit geschaltet wird.

A b b. 1 zeigt die Vorrichtung gemäß der Erfindung, ausgebildet für das Schalten eines Kondensators. Das speisende Netz vorzugsweise höherer Frequenz als Netzfrequenz ist mit 11-12 bezeichnet. Es kann

wegt sich die Schaltbrücke 46 in Richtung des Pfeiles 45, wodurch die Induktivität 49 vom Kondensator 43 abgeschaltet wird und unmittelbar anschließend dieser Kondensator über die Schaltstrecken 47' und 47" 5' an Spannung gelegt wird. Diese Ausbildung des Schaltgerätes ist besonders vorteilhaft, da die Schaltbrücke 46 von einem Schalterantrieb derart betätigt wird, daß die Hilfsschaltstrecke 50', 50" kurzzeitig nach öffnung der Hauptschaltstrecke 47', 47" schließt

sich hierbei um einen Einphasengenerator, einen sta- io und umgekehrt kurzzeitig vor Schließen der Haupttischen Frequenzvervielfacher, einen Wechselrichter schaltstrecke 47', 47" öffnet.

oder um eine Sammelschiene, die mit Strom höherer A b b. 5 zeigt eine spezielle Ausbildung einer

Frequenz eingespeist ist, handeln. Der Kondensator Schaltbrücke für den in Zusammenhang mit Abb. 4

13 ist über die Hauptschaltstrecke 14 mit der Strom- beschriebenen Schalter. In diesem Fall sind erfin-

quelle 11-12 verbunden. Das Hauptschaltgerät 14 hat 15 dungsgemäß zwei Schaltbrücken vorgesehen, die elek-

zwei Unterbrechungsstellen 14' und 14", die mittels trisch voneinander isoliert sind, jedoch vom gleichen

der Schaltbrücke 14'" geschlossen werden. Zur Abschaltung des Kondensators 13 ist die Schaltbrücke 14"' in Richtung des Pfeiles 15 geöffnet worden, wodurch sich an den Kontakten der Schaltstrecke ein Schaltfunken oder Lichtbogen bildet. Kurzzeitig nach Öffnen des Schalters 14 wird der Hilfsschalter 17 in Richtung des Pfeiles 18 geschlossen. Im dargestellten Beispiel ist auch dieser Hilfsschalter mit zwei Kontaktstellen 17' und 17'" sowie der Kontaktbrücke 17" ausgerüstet. Durch Zuschalten des Hilfsschalters 17 wird dem abzuschaltenden Kondensator 13 die Induktivität 16 parallel geschaltet, wodurch der Strom des an den offenen Kontaktstellen 14' und 14" bestehender Kriechwege auszulegen.

In vielen Fällen kann die Hilfsschaltstrecke von der Hauptschaltstrecke völlig getrennt räumlich in einem anderen Bereich des Schaltgerätes untergebracht sein.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedan-

Antrieb aus betätigt werden. Es sind 51' und 51" die fest angeordneten Kontakte der Hauptschaltstrecke sowie 52' und 52" die fest angeordneten Kontakte der Hilfsschaltstrecke. Die Schaltbrücke 56 für die Hauptschaltstrecke ist von der Schaltbrücke 57 für die Hilfsschaltstrecke durch eine Isolierstoffzwischenlage 53 isoliert. Bei Betätigung des Schalters in Richtung des Pfeiles 55 schließt die Hauptschaltstrecke 51, nachdem die Hilfsschaltstrecke 52 geöffnet hat. Bei Betätigung des Schalters in Richtung des Pfeiles 54 schließt die Hilfsschaltstrecke 52, nachdem die Schaltstrecke 51 geöffnet ist.

Wegen der zeitlich äußerst geringen Belastung der den Funkens oder Lichtbogens auf einen löschbaren 30 Hilfsschaltstrecke mit Nennstrom kann diese mit klei-Restwert herabgesetzt wird. Unmittelbar nach Schlie- _nen Kontaktstücken und einer leichten Schaltbrücke ßen des Schalters 17 erlöscht der Schaltfunken oder ausgeführt sein. Sie ist jedoch gegen volle Sammel-Lichtbogen am Schalter 14, da zu diesem Zeitpunkt Schienenspannung hinsichtlich der Luftstrecken und der Kontaktabstand der Trennstellen dieses Schalters
schon relativ groß und eine Aufrechterhaltung einer 35
Entladung mit dem Reststromwert nicht möglich ist.
A b b. 2 zeigt das Vektordiagramm. Bei 21 ist die
Spannung am speisenden Netz 11-12 dargestellt. 22
ist der durch den Kondensator fließende Strom bei

geschlossenem Schalter 14. 23 ist der Strom, der bei 40 kens soll die Vorrichtung so ausgebildet werden, daß Schließen des Schalters 17 durch die Induktivität 16 die Induktivität derart in der Nähe der Kontaktstellen fließt. Dieser Strom setzt sich zusammen aus dem der Hauptschaltstrecke oder der Hauptschaltstrecken ohmschen Stromanteil 24 und dem induktiven Strom- angeordnet ist, daß mittels magnetischer Blaswirkung anteil 25. Der induktive Stromanteil 25 kompensiert der Schaltfunken oder Lichtbogen der Schaltstellen den kapizitiven Strom 22, so daß der Strom an der 45 der Hauptschaltstrecken unmittelbar nach Einschaloffenen Schaltstrecke 14 vom Wert 22 auf den Wert ten dieser Induktivität ausgeblasen wird. 24 verringert wird. Gleichzeitig wird dieser Strom in A b b. 6 zeigt eine solche Ausführungsform. An

Phase zur Spannung 21 gebracht und unverzüglich die Stromquelle 61-62 ist der Kondensator 63 über gelöscht. die Hauptschaltstrecke 64' und 64" angeschlossen,

A b b. 3 zeigt eine weitere Ausbildung der erfin- 50 wenn die Schaltbrücke des Schaltgerätes in Richtung dungsgemäßen Vorrichtung. Die Stromquelle 31-32 des Pfeiles 65 bewegt wird. Bei Bewegung der Schaltspeist über die beiden Schaltstrecken 34' und 34" den brücke in Richtung des Pfeiles 68 öffnet die Haupt-Kondensator 33. Unmittelbar nach öffnen dieser schaltstrecke 64'und 64" und anschließend schließt Schaltstrecken wird die Schaltstrecke 37 geschlossen, die Hilfsschaltstrecke 67' und 67". Hierdurch wird wodurch die auf die Größe des Kondensators 33 ab- 55 die auf die Größe des Kondensators 63 abgestimmte gestimmte Induktivität 36 diesem parallel geschaltet Induktivität 70 zugeschaltet. An der Hauptschaltwird. strecke verringert sich der Strom auf den Restwert.

A b b. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, Der Schaltfunken oder Lichtbogen ist dabei der Blasbei der das Abschalten des Kondensators 43 vom wirkung der im Einschaltaugenblick mit vollem Nenn-Netz 41-42 durch einen einpoligen Schalter 44, der 60 strom beaufschlagten Induktivität 70 ausgesetzt. Die mit rückwärtigen Kontakten 50' und 50" ausgerüstet Amperewindungen dieser Induktivität haben einen ist, bewerkstelligt wird. Die Schaltbrücke 46 bewegt extrem hohen Augenblickswert, wodurch auch in unsich in Richtung des Pfeiles 48, wodurch die Schalt- günstigsten Fällen, d. h. beispielsweise bei sehr hohen strecken 47' und 47" geöffnet werden. Unmittelbar Frequenzen von 10 000 Hz und darüber, der Schaltnach Öffnung dieser Schaltstrecken schließt die 65 funken augenblicklich gelöscht wird. Im Vergleich zu Brücke 46 die Schaltstrecken 50' und 50", wodurch den bekannten magnetischen Blaseinrichtungen an die Induktivität 49 dem Kondensator 43 parallel ge- Schaltgeräten ist hier der Vorteil erzielt, daß die Blasschaltet wird. Beim Einschalten des Kondensators be- wirkung von der Größe des Hauptstromes praktisch

unabhängig ist. Die praktische Anwendung zeigt, daß beispielsweise beim Abschalten eines Kondensators von 100 kVA an einem lOOO-Volt-2000-Hz-Netz die Amperewindungszahl der Induktivität 70 17 500 für den Augenblick des Einschaltens der Induktivität beträgt.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Abbildungen dargestellten Beispiele beschränkt. Insbesondere ist es möglich, die verschiedenen erfindungsgemäßen Lösungsformen zu kombinieren.

In manchen Fällen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Induktivitäten mit Eisen- oder Massekernen auszurüsten, um den induktiven Widerstand zu beeinflussen. Durch entsprechende Formgebung dieser Kerne kann zusätzlich die Blaswirkung hinsichtlich ihrer Stärke und Richtung beeinflußt werden, wodurch der Kontaktabbrand an der Hauptschaltstrecke verringert werden kann.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abschalten von an Wechselstrom vorzugsweise höherer Frequenz als Netzfrequenz angeschlossenen Kondensatoren unter Last mit Hilfe einer Induktivität, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität in Form einer Drosselspule mit entsprechendem Blindwiderstand unmittelbar nach dem Abschalten der abzuschaltenden Kondensatoreinheit parallel zu dieser Kondensatoreinheit geschaltet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptschaltstrecke für den Kondensator mit der Hilfsschaltstrecke für die Drosselspule in einem Schaltgerät vereinigt sind und über einen gemeinsamen Schaltantrieb betätigt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt- und Hilfsschaltstrecke mit je zwei Unterbrechungsstellen versehen sind, die wechselweise durch die gleiche Schaltbrücke geschlossen bzw. geöffnet werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hauptschaltstrecke und die Hilfsschaltstrecke je eine Schaltbrücke vorgesehen ist, wobei die beiden Schaltbrücken voneinander isoliert sind und vom gleichen Antrieb betätigt werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule in der Nähe der Kontaktstellen der Hauptschaltstrecke oder -strecken angeordnet ist, um mittels magnetischer Blaswirkung Schaltfunken oder Lichtbogen an den Kontaktstellen der Hauptschaltstrecke oder -strecken unmittelbar beim Schalten zu löschen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule aus einer Reihen- oder Parallelschaltung mehrerer Induktivitäten besteht, von denen je due jeder einzelnen Kontaktstelle der Hauptschaltstrecken τχιτ Beblasung zugeordnet ist.

7. Schaltung zum Betrieb der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abschalten die Drosselspule der Kondensatoreinheit parallel geschaltet wird, während beim Zuschalten die Parallelschaltung aufgehoben ist, wobei beim Abschalten der Abschaltbefehl des Hauptschalters und der Zuschaltbefehl des Hilfsschalters derart gegeben werden, daß der Hilfsschalter praktisch im Öffnungszeitpunkt des Hauptschalters schließt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 320 803, 529 863,
971, 554 313, 610 831, 612 272, 615 623,
712498,905 038.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 728/406 11.64 ® Bundesdruckerei Berlin