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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.