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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät mit einem in einem Nennstrompfad angeordneten Hauptkontaktsystem sowie einem in einem Löschstrompfad angeordneten Löschkontaktsystem, wobei das Hauptkontaktsystem und das Löschkontaktsystem elektrisch zueinander parallel geschaltet sind.
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Ein derartiges Schaltgerät ist beispielsweise aus der
WO 2007/006686 A1 bekannt und weist einen Nennstrompfad mit einem Hauptkontaktsystem auf sowie einen Löschstrompfad mit einem Löschkontaktsystem. Im Betrieb des elektrischen Schaltgerätes teilt sich dabei ein Strom, welcher über das Schaltgerät geführt ist, über den Nennstrompfad und den Löschstrompfad auf. Idealerweise soll dabei möglichst viel Strom über das Hauptkontaktsystem fliessen. Soll der Strom, welcher über das Schaltgerät geführt ist, unterbrochen werden, so findet eine Kommutierung vom Nennstrompfad auf den Löschstrompfad statt, in dem zunächst das Hauptkontaktsystem des Nennstrompfades unterbrochen wird, während das Löschkontaktsystem des Löschstrompfades noch geschlossen bleibt. Nach vollständigem Öffnen des Hauptkontaktsystems und damit einhergehender Kommutierung des Stromes auf das Löschkontaktsystem wird anschließend dieses Löschkontaktsystem geöffnet, so dass ein auftretender Lichtbogen beim Schaltvorgang im Löschkontaktsystem in einem Stromnulldurchgang gelöscht wird. Derartige Schaltgeräte werden beispielsweise als Generatorschalter im Bereich der Mittelspannung der Energieverteilung eingesetzt, typischerweise in einem Spannungsniveau von 1 kV bis 50 kV.
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Aus der US 2010 / 0 220 418 A1 ist ein elektrisches Schaltgerät bekannt, das über ein Hauptkontaktsystem und einen zum Hauptkontaktsystem elektrisch parallelen Löschstrompfad verfügt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrisches Schaltgerät der eingangs genannten Art weiterzubilden, welches bezüglich der Kommutierung verbesserte Eigenschaften aufweist.
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Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass das Hauptkontaktsystem einen beim Ausschaltvorgang zuschaltbaren Kommutierungswiderstand zur Erhöhung des Widerstandes des Nennstrompfades aufweist.
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Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass im Nennstrompfad ein Kommutierungswiderstand derart angeordnet ist, dass beim Schaltvorgang des Schaltgerätes, bei dem zunächst das Hauptkontaktsystem geöffnet bzw. unterbrochen wird, der Kommutierungswiderstand zugeschaltet wird, so dass sich der Gesamtwiderstand des Nennstrompfades erhöht, während der Gesamtwiderstand des Löschstrompfades gleichbleibt, so dass die Kommutierung des zunächst zumindest teilweise über den Nennstrompfad geführten Stromes während dieses Ausschaltvorganges und durch das Zuschalten des Kommutierungswiderstandes auf den Löschstrompfad unterstützt wird, weil sich im Nennstrompfad der Widerstand erhöht, so dass der Strom bereits vor vollständiger Trennung des Hauptkontaktsystems im Nennstrompfad möglichst vollständig auf den Löschstrompfad kommutiert ist. Dadurch wird in einfacher Weise erreicht, dass beim Trennen des Hauptkontaktsystems des Nennstrompfades das Kontaktsystem durch möglicherweise auftretende Lichtbögen möglichst wenig belastet wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umgibt das Hauptkontaktsystem das Löschkontaktsystem. Durch eine derartige Ausbildung eines das Löschkontaktsystem umgebenden Hauptkontaktsystems ist in einfacher Weise ein kompakter Aufbau des elektrischen Schaltgerätes ermöglicht.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Hauptkontaktsystem aus zwei relativ zueinander verschiebbaren und im eingeschalteten Zustand des Schaltgerätes in elektrisch leitender Verbindung stehenden Röhren gebildet. Durch zwei derartige zueinander verschiebbare und im eingeschalteten Zustand miteinander in elektrisch leitender Verbindung stehender Röhren als Hauptkontaktsystem ist es in einfacher Weise möglich, durch Änderung des Materials zumindest einer der beiden Röhren des Hauptkontaktsystems einen Kommutierungswiderstand im Nennstrompfad anzuordnen, welcher bei einem Ausschaltvorgang und Auseinanderführen der beiden in elektrisch leitender Verbindung stehenden Röhren durch Bewegung zur Erhöhung des Widerstandes des Nennstrompfades führt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Kommutierungswiderstand durch einen Ring aus einem Material mit größerem Widerstand im Vergleich zum Material der beiden Röhren des Hauptkontaktsystems gebildet und am Ende einer der beiden Röhren angeordnet. Durch einen derartigen Zwischenring aus einem Material mit größerem Widerstand ist in einfacher Weise ein Kommutierungswiderstand gebildet, welcher angeordnet am Ende der einen Röhre beim Trennen des Hauptkontaktsystems in einfacher Weise zugeschaltet ist.
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Der Zwischenring kann dabei aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein, beispielsweise aus einer Metalllegierung mit einem höheren Widerstand im Vergleich zum Metall des Hauptkontaktsystems, aus einem temperaturabhängigen PTC-Widerstand oder einem halbleitenden Material.
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In besonders bevorzugter Ausführungsform ist das Löschkontaktsystem durch eine Vakuumschaltröhre gebildet. Eine Vakuumschaltröhre bietet eine einfache Möglichkeit, ein Löschkontaktsystem auszubilden, wobei ein bei einem Schaltvorgang auftretender Lichtbogen in der Vakuumschaltröhre beim Trennen des Löschkontaktsystems der Vakuumschaltröhre bei einem Stromnulldurchgang des über das Schaltgerät geführten Wechselstromes zerstörungsfrei gelöscht wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung sowie eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1: ein schematisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen elektrischen Schaltgerätes;
- 2: eine Schnittansicht durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Schaltgerätes im geschlossenen Zustand;
- 3 bis 5: das elektrische Schaltgerät gemäß der 2 in verschiedenen Phasen eines Ausschaltvorganges; und
- 6: eine schematische Detailansicht eines Kontaktes des erfindungsgemäßen Schaltgerätes.
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1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Schaltgerätes 1 zum Schalten bzw. Unterbrechen eines Stroms, beispielsweise in Form eines Generatorschalters für Mittelspannungsanwendungen. Das Schaltgerät 1 umfasst einen ersten Anschluss 2 und einen zweiten Anschluss 3, zwischen denen ein Nennstrompfad 4 und ein Löschstrompfad 5 elektrisch parallel zueinander angeordnet sind. Der Nennstrompfad 4 umfasst ein Hauptkontaktsystem 6 mit einem Festkontakt 7 sowie einen Bewegkontakt 8 und weist einen Nennstromwiderstand 9 auf sowie einen Kommutierungswiderstand 10. Der Löschstrompfad 5 umfasst ein Löschkontaktsystem 11 mit einem weiteren Festkontakt 12 sowie einem weiteren Bewegkontakt 13 und weist einen Löschstromwiderstand 14 sowie eine Induktivität 15 auf. Der Bewegkontakt 8 des Hauptkontaktsystems 6 ist in der 1 durchgezogen dargestellt in der geschlossenen Position des Schaltgerätes 1, ebenso der weitere Bewegkontakt 13 des Löschkontaktsystems 11. Für den Bewegkontakt 8 des Hauptkontaktsystems 6 sind zwei weitere Stellungen gestrichelt dargestellt und mit II bzw. III bezeichnet, wobei die mit II bezeichnete Position die Position des Bewegkontaktes 8 des Hauptkontaktsystems 6 während eines Ausschaltvorganges des elektrischen Schaltgerätes 1 mit zugeschaltetem Kommutierungswiderstand 10 darstellt und die mit III gestrichelt dargestellte Position des Bewegkontaktes 8 die vollständig getrennte Position des Hauptkontaktsystems 6 mit unterbrochenem Hauptkontaktsystem 6 darstellt. Die mit IV bezeichnete Position des weiteren Bewegkontaktes 13 des Löschkontaktsystems 11 zeigt die geöffnete Position des Löschkontaktsystems 11. Bei einem Schaltvorgang des elektrischen Schaltgerätes 1, bei dem der über das Schaltgerät 1 geführte Strom unterbrochen werden soll, wird dabei zunächst, ausgehend von der in der 1 durchgezogenen Position von Bewegkontakt 8 und weiterem Bewegkontakt 13 mit geschlossenem Hauptkontaktsystem 6 und geschlossenem Löschkontaktsystem 11 zunächst der Bewegkontakt 8 des Hauptkontaktsystems 6 derartig durch eine Antriebsvorrichtung bewegt, dass er sich aus der mit I bezeichneten durchgezogen dargestellten Position in die mit II bezeichnete, gestrichelt dargestellte Position begibt, in welcher zum Nennstromwiderstand 9 sich der Kommutierungswiderstand 10 hinzu addiert, während der weitere Bewegkontakt 13 in der durchgezogen dargestellten geschlossenen Position des Löschkontaktsystems 11 verbleibt. Durch das Hinzuaddieren des Kommutierungswiderstandes 10 zum Nennstromwiderstand 9 erhöht sich der Gesamtwiderstand des Nennstrompfades 4, so dass der vorher sich gleichmäßig auf den Nennstrompfad 4 und den Löschstrompfad 5 verteilende Strom durch den im Nennstrompfad 4 nun erhöhten Gesamtwiderstand auf den Löschstrompfad 5 kommutiert und über diesen geführt wird. Nach Kommutierung des Stromes vom Nennstrompfad 4 auf den Löschstrompfad 5 wird der Bewegkontakt 8 in die mit III bezeichnete gestrichelt dargestellte Position überführt, in welcher das Hauptkontaktsystem 6 unterbrochen ist bei immer noch geschlossenem Löschkontaktsystem 11. Nach vollständiger Öffnung des Hauptkontaktsystems 6 und Erreichen der mit III gestrichelt dargestellten Position des Bewegkontaktes 8 wird dann anschließend das Löschkontaktsystem 11 durch Überführen des weiteren Bewegkontaktes 13 aus der durchgezogen dargestellten Position in die mit IV bezeichnete und gestrichelt dargestellte geöffnete Position überführt, wobei ein bei diesem Schaltvorgang entstehender Lichtbogen im Löschkontaktsystem 11 gelöscht wird. Durch eine derartige Ausbildung von Nennstrompfad 4 und Löschstrompfad 5 mit dem Kommutierungswiderstand 10, welcher beim Ausschaltvorgang zur Erhöhung des Widerstandes des Nennstrompfades 4 führt und damit zur Kommutierung des Stromes vom Nennstrompfad 4 auf den Löschstrompfad 5, ist somit in einfacher Weise ein Schaltgerät 1 mit verbesserten Eigenschaften bezüglich der Kommutierung vom Nennstrompfad 4 auf den Löschstrompfad 5 ausgebildet, dessen Hauptkontaktsystem 6 durch einen Schaltvorgang des Schaltgerätes 1 geringstmöglich belastet wird.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Schaltgerätes 1 mit dem ersten Anschluss 2 und dem zweiten Anschluss 3. Der Nennstrompfad 4 ist dabei über eine mit dem ersten Anschluss 2 verbundene Endplatte 16 einer Röhre 17, welche Röhre 17 den Festkontakt 7 des Hauptkontaktsystems 6 bildet, sowie eine weitere Endplatte 18 einer relativ zur Röhre 17 beweglichen weiteren Röhre 19 gebildet, wobei die weitere Röhre 19 und die Röhre 17 an einer ringförmigen Kontaktstelle 20 im eingeschalteten Zustand miteinander in elektrisch leitender Verbindung stehen. Durch die weitere Röhre 19 ist dabei der Bewegkontakt 8 des Hauptkontaktsystems 6 gebildet. Eine Vakuumschaltröhre 21 bildet das Löschkontaktsystem 11 des Löschstrompfades 5, welcher sich von der Endplatte 16 zur weiteren Endplatte 18 erstreckt und elektrisch parallel geschaltet ist zum Nennstrompfad 4. Die Vakuumschaltröhre 21 umfasst dabei den weiteren Festkontakt 12 und den weiteren Bewegkontakt 13, welche das Löschkontaktsystem 11 bilden. Der weitere Bewegkontakt 13 der Vakuumschaltröhre 21 ist über den Bewegkontaktanschlussbolzen 22 sowie flexible Verbindungsmittel 23, 24 mit der weiteren Endplatte 18 elektrisch leitend verbunden. Der weitere Festkontakt 12 und der weitere Bewegkontakt 13 des Löschkontaktsystems 11 der Vakuumschaltröhre 21 sind dabei in einem vakuumdichten Gehäuse 25 angeordnet, wobei sich der Bewegkontaktanschlussbolzen 22 an einem Lager 26 vakuumdicht beweglich geführt aus dem vakuumdichten Gehäuse 25 heraus aus der Vakuumschaltröhre 21 erstreckt. Die Röhre 17 des Festkontaktes 7 des Hauptkontaktsystems 6 weist an ihrem der Endplatte 16 gegenüberliegend angeordneten Ende 27 den Kommutierungswiderstand 10 sowie sich daran anschließend einen Abbrandring 28 auf. Der Kommutierungswiderstand 10 ist dabei aus einem Material gebildet, welches im Vergleich zum metallischen Material der Röhre 17 sowie der weiteren Röhre 19 einen höheren Widerstand aufweist, beispielsweise aus einer Metalllegierung, oder einem halbleitenden Material oder dergleichen.
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Das Schaltgerät 1 weist dabei einen bezüglich der Achse S im Wesentlichen rotationssymmetrischen Aufbau auf, wobei das Hauptkontaktsystem 6 des Nennstrompfades 4 das Löschkontaktsystem 11 des Löschstrompfades 5 umgibt. Der Bewegkontakt 8 in Form der weiteren Röhre 19 des Hauptkontaktsystems 6 ist dabei in axialer Richtung bezüglich des Festkontaktes 7 in Form der Röhre 17 des Hauptkontaktsystems 6 beweglich, im Ausführungsbeispiel der 2 nach unten, so dass sich das Ende 29 des Bewegkontaktes 8 von der in der 2 dargestellten Position nach unten bewegt, wie mit Bezug auf die 3 bis 5 im Folgenden näher erläutert.
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3 zeigt das Schaltgerät 1 der 2 während eines Ausschaltvorganges, bei dem der über das Schaltgerät 1 geführte Strom unterbrochen werden soll. Die weitere Röhre 19 ist dabei durch einen figürlich nicht weiter dargestellten Antrieb aus ihrer Position der 2 mit elektrisch leitender Verbindung zur Röhre 17 und damit geschlossenem Hauptkontaktsystem 6 nach unten bewegt, so dass das Ende 29 der weiteren Röhre 19 in elektrisch leitender Verbindung mit dem Kommutierungswiderstand 10 steht. Die in 3 dargestellte Position entspricht somit der in der 1 gestrichelt dargestellten und mit II bezeichneten Position, in welcher sich zum Nennstromwiderstand 9 des Nennstrompfades 4 der Kommutierungswiderstand 10 hinzu addiert und zu einer Vergrößerung des Widerstandes des Nennstrompfades 4 beiträgt, bei immer noch geschlossenem Löschkontaktsystem 11 der Vakuumschaltröhre 21. Bei noch weiterer Bewegung der weiteren Röhre 19 relativ zur Röhre 17 des Hauptkontaktsystems 6 wird die in der 4 dargestellte Position erreicht, die der in 1 mit III bezeichneten Position entspricht, bei welcher eine Trennung der weiteren Röhre 19 von der Röhre 17 stattfindet bei immer noch geschlossenem Löschkontaktsystem 11 in Form der Vakuumschaltröhre 21. Bei dieser Trennung des Hauptkontaktsystems 6 des Nennstrompfades 4 kann bis zur vollständigen Kommutierung des über das Schaltgerät 1 geführten Stromes vom Nennstrompfad 4 auf den Löschstrompfad 5 ein Lichtbogen zwischen dem Ende 29 der weiteren Röhre 19 und dem Ende 27 der Röhre 17 brennen, welcher ebenfalls zur Erhöhung des Widerstandes des Nennstrompfades 4 beiträgt und die Kommutierung auf den Löschstrompfad 5 weiter unterstützt, so dass anschließend eine vollständige Kommutierung des gesamten Stromes vom Nennstrompfad 4 auf den Löschstrompfad 5 gegeben ist und die in der 5 dargestellte Position des Schaltgerätes 1 erreicht ist, die der mit IV bezeichneten Position der 1 entspricht, in welcher eine figürlich ebenfalls nicht weiter ausgeführte Antriebseinheit zur Bewegung des Bewegkontaktanschlussbolzens 22 der Vakuumschaltröhre 21 und damit zur Öffnung des Löschkontaktsystems 11 der Vakuumschaltröhre 21 führt, wobei ein in der Vakuumschaltröhre 21 entstehender Lichtbogen beim Stromnulldurchgang gelöscht wird. In der Vakuumschaltröhre 21 wird ein derartiger Lichtbogen dabei mit geringstmöglicher Zerstörung und insbesondere unter größtmöglicher Schonung des Hauptkontaktsystems 6 des Nennstrompfades 4 gelöscht.
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6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Röhre 17 des Festkontaktes 7 des Hauptkontaktsystems 6, deren Ende 27 mit dem Kommutierungswiderstand 10 in Form eines Ringes versehen ist, an welchen Kommutierungswiderstand 10 sich der Abbrandring 28 anschließt, welcher dazu dient, den in 4 gezeigten Lichtbogen bei Trennung des Hauptkontaktsystems 6 möglichst zerstörungslos am Hauptkontaktsystem 6 brennen zu lassen, bevor der Strom vom Hauptkontaktsystem 6 und vom Nennstrompfad 4 auf den Löschstrompfad 5 kommutiert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltgerät
- 2
- erster Anschluss
- 3
- zweiter Anschluss
- 4
- Nennstrompfad
- 5
- Löschstrompfad
- 6
- Hauptkontaktsystem
- 7
- Festkontakt
- 8
- Bewegkontakt
- 9
- Nennstromwiderstand
- 10
- Kommutierungswiderstand
- 11
- Löschkontaktsystem
- 12
- weiterer Festkontakt
- 13
- weiterer Bewegkontakt
- 14
- Löschstromwiderstand
- 15
- Löschinduktivität
- 16
- Endplatte
- 17
- Röhre
- 18
- weitere Endplatte
- 19
- weitere Röhre
- 20
- Kontaktstelle
- 21
- Vakuumschaltröhre
- 22
- Bewegkontaktanschlussbolzen
- 23, 24
- flexible Verbindungsmittel
- 25
- vakuumdichtes Gehäuse
- 26
- Lager
- 27
- Ende
- 28
- Abbrandring
- 29
- Ende
- S
- Achse