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Anordnung zur Schnellauslösung elektrischer Schalteinrichtungen Die
Erfindung findet Anwendung auf dem Gebiet der elektrischen Hochspannungsanlagen
und der zugehörigen Steuereinrichtungen. Sie bezweckt eine wesentliche Herabsetzung
der Auslösezeit von Schalteinrichtungen, gerechnet von der Kommandogabe bis zur
Beendigung der Lichtbogenlöschung im Schaltgerät. Für diese Zeit werden bei Höchstspannungsschaltern
bis zu etwa zwölf Halbwellen bei normaler Betriebsfrequenz, ,also etwa 0,12 Sekunden,
benötigt. Ein wesentlicher Teil hiervon entfällt auf die Zeit, die der Schalter
braucht, um nach Freigabe des beweglichen Schaltgliedes in die Stellung zu gelangen,
in der der Lichtbogen erlischt. Dieser Teil der Auslösezeit ist bei den heutigen
Schalterbauarten nur schwer noch weiter zu verkleinern. Für die Zeit von der Kommandogabe
bis zum Eintreten der Bewegung des Leistungsschalters werden im allgemeinen etwa
vier Halbwellen bei normal@er Betriebsfrequenz, d. h: etwa, 0,o¢ Sekunden, benötigt.
Diese Zeit ist zu einem großen Teil dazu erforderlich, um die Übersetzungen, und
Zwischenkraftspeicher am Schalter zu betätigen, die man bisher brauchte, um mit
einer verhältnismäßig geringen Leistung in der Größenordnung von i oo Watt die Haltekräfte
eines Schialters, die oft in der Größen-' ordnung von mehreren i ooo kg hegen, lösen
zu können.
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Man könnte nun daran denken, die mechanischen Verklinkungseinrichtungen
am Schalter zwecks Zeitersparnis zu vereinfachen und dafür einen Auslöser mit entsprechend
erhöhter Leistungsaufnahme
vorzusehen. Dies stößt jedoch auf erhebliche
Schwierigkeiten, da die Relaiskontakte, mit Hilfe derer die Auslöser gesteuert werden,
derartige Leistungen nicht mehr zu schalten vermögen; denn bekanntlich sind derartige
Steuergeräte, wie sie bei Selektivschutzeinrichtungen verwendet werden, notwendigerweise
außerordentlich fein und empfindlich. Außerdem würde eine Erhöhung der Leistungsaufnahme
eines Auslöseelektromägneten im allgemeinen auch eine Vergrößerung der Zeitkonstante
des Stromkreises der Elektromagnetspule mit sich bringen.
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Um diesen Schwierigkeiten ,aus dem Wege zu gehen, wird nach der Erfindung
zur Verkürzung der gesamten Auslösezeit im wesentlichen zunächst eine Verkürzung
der Eigenzeit der Auslöseeinrichtung derart vorgenommen, daß die Zeit von der Kommandogabe
bis zum Beginn der Bewegung der Verklinkungseinrichtung des Schalters verkürzt wird.
Zugleich wird dabei die Betätigungskraft des Auslösers erhöht, ohne jedoch hierfür
ein wesentlich erhöhtes Schaltvermögen der ,an der Steuereinrichtung vorgesehenen
Kontakte notwendig zu machen und ohne die Zeitkonstante erhöhen zu müssen. Es wird
dies dadurch ermöglicht daß zeitlich vor dem Ausführungskommando der Steuereinrichtung
(Selektivschutzrelais, Kurzschlußrelais) ein elektromagnetisches Feld .aufgebaut
und/oder ein Kondensator aufgeladen wird, woraus die zur Auslösung erforderliche
Arbeitsmenge ganz oder teilweise entnommen wird. Dias Feld kann auch im wesentlichen
lediglich als Erregerfeld für eine dynamometrisch wirkende Auslöseanordnung benutzt
werden. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Zeit zum Aufbau des
Erregerfeldes fortfällt, so daß schon allein hierdurch eine erhebliche Zeitersparnis
erzielt wird.
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Im folgenden seien die Merkmale der Erfindung an Hand der Zeichnungen
beschrieben und erläutert.
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Fig. i zeigt das Schaltschema einer Auslöseanordnung nach der Erfindung.
i, 2 sind Kontakte; welche erfindungsgemäß als Vorkommando von einem Selektivschutzrelais
vor dem eigentlichen Ausführungskommando 'betätigt werden, unabhängig davon, ob
es überhaupt zur Abgabe des Ausführungskommandos kommt oder nicht: Die Kontakte
i, 2 werden beispielsweise geschlossen, sobald das Se- . lektivschutzrelais zu laufen
beginnt. 3 ist der das Ausführungskommando abgebende Kontakt des Selektivschutzrelais.
M ist der Elektromagnet eines dynamometrisch wirkenden Auslösers, C ein Kondensator,
L :eine beweglich angeordnete Spule, welche den Anker des Auslösers darstellt. Eine
Ausführungsmöglichkeit des Auslösers ist in Fig. 2 für sich dargestellt.
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Durch das Kommando mittels der Kontakte i, 2 werden der Elektromagnet
M und der Kondensator C an die Steuerspannung, die beispielsweise 220 Volt beträgt,
gelegt. Der Elektromagnet M wird also erregt und der Kondensator C über Ladewiderstände
R, welche durch den Leitungwiderstand gebildet werden können; aufgeladen. Will man
eine dauernde Strombelastung des Magneten bzw. eine dauernde Spannungsbeanspruchung
des Kordensators zulassen, so kann man auf die Anordnung derartiger Vo,rkontakte
verzichten und den Magneten 'bzw. den Kondensator dauernd an Span.-nung legen. Grundsätzlich
besteht auch die Möglichkeit, Dauermagneten zu verwenden.
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Sobald mittels des Kontaktes 3 das Ausführungskommando gegeben wird,
entlädt sich der Kondensator C auf die Spule L. Der Kondensator ist so bemessen,
däß er hierbei kurzzeitig eine verhältnismäßig hohe Leistung zur Betätigung des
Auslösers zur Verfügung stellt, wie sie an sich bei gleichbleibender Größe von Strom
und Spannung durch die empfindlichen Kontakte von Selektivschutzrelais nicht geschaltet
werden. könnte. Der Kommandokontakt 3 brraucht hierdurch jedoch nicht übermäßig
beansprucht zu werden, da der Entladestrom des Kondensators erst nach Schließung
des Stromkreises ansteigt und vor Öffnung des Kontaktes 3 abgeklungen ist, so daß
die Kontaktöffnung stromlos erfolgt.
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Um Beschädigungen des Kontaktes 3, die bei der Einschaltung infolge
des außerordentlich raschen Ansteigens des Entladestromes und infolge etwaiger Kontaktprellungen
eintreten könnten, mit Sicherheit zu vernneiden, kann man eine schon bei kleinen
Strömen gesättigte Eisendrossel (mit Spezialeisen, insbesondere Nickeleisen) in
den Stromkreis legen, deren Induktivität nach Erreichen des Sättigungszustandes
verschwindend gering ist und die den Stromverlauf in einem gewissen, außerordentlich
kurzen Zeitbereich nach der Einschaltung zunächst abflacht, bis der empfindliche
Relaiskontakt mit Sicherheit nicht mehr flattert.
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Der Entladevorgang des Kondensators über die Spule L soll möglichst
schwingungsfrei, also aperiodisch erfolgen, weil der Energieumsatz dann am schnellsten
vor sich geht. Um dies zu erreichen, ist der Widerstand R des durch den Kondensator
C und die Spule L gebildeten Schwingungskreises, gegebenenfalls durch Anordnung
eines zusätzlichen Widerstandes R', entsprechend zu bemessen.
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Fig.3 zeigt schematisch (qualitativ) den anzustrebenden zeitlichen
Verlauf des Stromes in dem Schwingungskreis. Im Zeitpunkt o wird der Kommandokontakt
geschlossen. Der Entladestrom des: Kondensators nimmt dann zunächst für eine kurze
Zeit (etwa. o,ooi Sekunden), während der mit Flattern des Kommandokontaktes zu rechnen
i;st, einem stark abgeflachten Verlauf, bis die Drossel D gesättigt ist, darauf
steigt er steil an und klingt dann aperiodisch abb.
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Die Entladungszeit soll möglichst klein sein. Hierfür ist der Selbstnduktionskoeffizient
der Spule L möglichst klein zu wählen. Obwohl die Kraft des Auslösers möglichst
groß sein soll, ist es daher bei einer Anordnung nach der Erfiaidung günstig, die
Spule eisenfrei auszuführen. Aus dem gleichen Grund empfiehlt es sich, der Spule
möglichst wenig Windungen und dafür lieber einen größeren Durchmesser zu geben und
den Luftspalt möglichst groß zu bemessen. Außerdem ist die
Feldstärke
im Luftspalt möglichst hoch zu wählen; dadurch läßt sich die Drahtlänge und damit
der Selbstinduktionskoeffizient herabsetzen..
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Der Auslöser selbst besteht nach einem Vorschlag der Erfindung in
einer Dynamometerdreh-oder -tauchspule, die in dem Feld eines zeitlich vorerregten
Elektromagneten beweglich angeordnet ist.
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Fig. a zeigt eine solche Anordnung mit Tauchspule. Der Elektromagnet
besteht aus einem topfförmigen Teil i o und einem darin feststehend angeordneten
Kernkörper i i, auf dem die Wicklung M angeordnet ist. In dem Ringspalt zwischen
den Teilen i o und i i befindet sich die in axialer Richtung bewegliche Tauchspule
13, die vorn mit einer Masse behaftet ist. Nach Erregung des Elektromagneten i o,
i i. wird sie, sobald sie vom Strom durchflossen ist, in Pfeilrichtung bewegt. Nach
einem gewissen kleinen Anlaufhub, während dessen der Kondensatorstrom über die Spule
fließt, führt sie die Auslösung herbei.
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Es wurde gefunden, daß sich auf diese Weise so starke Auslösekräfte
erzielen lassen, daß sich der sonst zwischen Auslöser und Kraftspeicherverklinkung
des Schalters erforderliche Mechanismus (trbersetzungen, Zwischenkraftspeicher)
wesentlich vereinfachen läßt, wodurch wiederum Zeit gespart wird.