DE3735009A1

DE3735009A1 - Leistungstrennschalter

Info

Publication number: DE3735009A1
Application number: DE19873735009
Authority: DE
Inventors: Edward Keith Howell
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1986-11-10
Filing date: 1987-10-16
Publication date: 1988-05-11
Also published as: IT8722524A0; IT1223064B; FR2606548A1; BR8703380A; US4723187A; JPS63131411A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zum schnellen Unterbrechen des Laststroms in einer Starkstromleitung, welche eine Quelle elektrischer Energie und eine Last miteinander verbindet, und insbesondere auf schnell öffnende Leistungsschaltvorrichtungen mit minimaler Lichtbogenbildung.

Wenn Lastströme beträchtlicher Größe durch Abschaltvorrichtungen wie Leistungsschalter oder Selbstschalter unterbrochen werden, werden große Ströme, Spannungen und Lichtbögen an den sich öffnenden Kontakten der Abschaltvorrichtung erzeugt. Diese Erscheinungen sind sehr unerwünscht. Sie erfordern die Verwendung von speziell konstruierten, massiven Abschaltvorrichtungen, welche die Lichtbogenspannungen und das Lichtbogenplasma aushalten, und außerdem spezielle Kontaktteile, welche die sich ergebende Kontaktkraterbildung und den sich ergebenden Kontaktverschleiß aushalten. Trotzdem kann es zu Kontaktverschleiß kommen. Die beschriebenen Erscheinungen erzeugen außerdem in der Starkstromleitung und dem Lastsystem beträchtliche Strom- und Spannungsübergangsvorgänge und verlängern beträchtlich die Zeit, die zum Ausführen der Unterbrechung erforderlich ist. Diese herkömmlichen Anordnungen sind daher für einige Verwendungszwecke nicht zufriedenstellend.

Alternative Unterbrechungs-, d. h. Abschaltanordnungen zum Reduzieren dieser unerwünschten Erscheinungen und von deren Auswirkungen sind bereits vorgeschlagen worden. Im allgemeinen begrenzen sie den Stromfluß durch die sich trennenden Kontakte der Unterbrechungsvorrichtung, um so die Ströme, die Spannungen und die Ionisation an den sich öffnenden Kontakten zu reduzieren. Der Stromfluß über die sich öffnenden Kontakte wird reduziert, indem der Laststrom von der Unterbrechungsvorrichtung zu einem Parallel-, d. h. einem Nebenschlußkreis abgeleitet wird. Der Nebenschlußpfad enthält im allgemeinen eine Vorrichtung, die geschaltet, d. h. leitend gemacht wird, um den Strom von der Unterbrechungsvorrichtung abzuleiten. Einige Anordnungen schalten die Vorrichtung ein, wenn sich eine vorbestimmte Lichtbogenspannung an dem Schalter ausgebildet hat. Beispielsweise erreicht gemäß der US-PS 38 09 959 die Lichtbogenspannung einen Wert, der ausreicht, um eine Funkenstrecke zu durchschlagen, was die Stromableitung einleitet. Da die Ableitung erst nach dem Vorhandensein einer beträchtlichen Lichtbogenspannung eingeleitet wird, können derartige Systeme die unerwünschten Konsequenzen einer Lichtbogenbildung nicht gänzlich verhindern. Die Lichtbogenbildung ist von der Erzeugung eines Plasmas, d. h. einer Ionisation begleitet. Der Grad der Ionisation und daher die Zeit, die erforderlich ist, um den Lichtbogen zu löschen, ist eine Funktion der Lichtbogenspannungs- und Stromgrößen. Die Unterbrechung sollte daher ohne nennenswerte Lichbogenbildung erfolgen.

Einige Systeme sind daher bereits vorgeschlagen worden zum Ableiten des Laststroms vor dem Vorhandensein von nennenswerten Lichtbogenspannungen. Bei diesen Systemen wird die Unterbrechungsvorrichtung im allgemeinen durch die Hauptelektroden einer schaltbaren Festkörpervorrichtung, beispielsweise eines bipolaren Transistors, eines Feldeffekttransistors oder einer GTO- oder abschaltbaren Vorrichtung, überbrückt. Die schaltbare Vorrichtung wird durch ein an seine Steuerelektrode angelegtes Steuersignal eingeschaltet, so daß die Hauptelektroden die sich öffnenden Kontakte der Unterbrechungsvorrichtung überbrücken und den Laststrom ableiten, d. h. um diese herumleiten. Bei einigen Systemen wird das Steuersignal vor dem Vorhandensein einer beträchtlichen Lichtbogenspannung eingeleitet, um die Ableitung und die Unterbrechung zu beschleunigen. Die schaltbare Vorrichtung wird dann abgeschaltet, z. B. durch eine Änderung des Steuersignals. Die Spannung an dem Ableitkreis, z. B. der schaltbaren Vorrichtung, steigt anschließend an das Abschalten an, was einen abnehmenden Stromfluß in der Eigeninduktivität des Systems verursacht. Der Stromfluß hält einige Zeit an, da der Ableitkreis die in der Systeminduktivität gespeicherte Energie und jede Energie, die noch durch die Quelle beigetragen wird, im wesentlichen vernichten muß. In einigen Fällen kann diese Energie durch die schaltbare Festkörpervorrichtung, welche leitet, bis der Stromfluß aufhört, gänzlich vernichtet werden. Häufig jedoch wird diese Energie wenigstens teilweise durch eine spannungsabhängige Vorrichtung vernichtet. Für diesen Zweck überbrückt eine spannungsabhängige Vorrichtung, beispielsweise ein Varistor, die Unterbrechungsvorrichtung, d. h. den Schalter. Der Varistor leitet, wenn die Spannung an dem Ableitkreis einen vorbestimmten Wert erreicht, bis der Strom auf null reduziert ist. Ableitkreise dieses Typs sind beispielsweise in den deutschen Patentanmeldungen P 37 17 491.6, P 36 22 100.7 und P 35 43 804.5 beschrieben.

Aber selbst diese Systeme sind nicht immer gänzlich zufriedenstellend, insbesondere wenn große Lastströme unterbrochen werden. Ideal wäre es, die Kontakte der Unterbrechungsvorrichtung zu öffnen, ohne daß eine Lichtbogenbildung erfolgt. Die Stromableitung sollte daher beginnen und vorzugsweise beendet sein, bevor die Unterbrechungsvorrichtung öffnet. Die Laststromableitung ist eine Funktion des Verhältnisses zwischen dem scheinbaren Widerstand an demjenigen Teil des Lastkreises, der die Unterbrechungsvorrichtung enthält, zu dem scheinbaren Widerstand des Ableitkreises, der den Laststrom ableitet. Der Kontaktwiderstand zwischen den geschlossenen Kontakten der Unterbrechungsvorrichtung ist extrem niedrig. Zur idealen Unterbrechung sollte der Ableitkreis auch einen extrem niedrigen scheinbaren Widerstand haben, d. h. vorzugsweise einem Null-Ohm-Nebenschlußwiderstand äquivalent sein. Ein solcher idealer Ableitkreis hätte deshalb keinen Spannungsabfall, während der Strom abgeleitet wird. Die Ableitkreise des oben beschriebenen Typs enthalten aber eine oder mehrere in Reihe geschaltete Festkörpervorrichtungen, die einen endlichen Vorwärtsspannungsabfall an ihren Hauptelektroden während des Leitens haben. Üblicherweise ist eine dieser Vorrichtungen eine torgesteuerte Festkörpervorrichtung, die durch Signale, welche an eine Steuerelektrode angelegt werden, ein- und ausgeschaltet wird. Solche Festkörpervorrichtungen haben, wenn sie ausreichend leistungsstark sind und eine ausreichende Sperrspannung aufweisen, einen relativ großen Vorwärtsspannungsabfall während des vollen Leitens, d. h. in der Sättigung. Die oben beschriebenen Ableitkreise können daher Spannungsabfälle haben, welche die Spannung an der geschlossenen Unterbrechungsvorrichtung beträchtlich überschreiten. Das verzögert die Laststromableitung und verhindert daher eine ideale Unterbrechung.

Eine weitere deutsche Patentanmeldung P 36 22 098.1 der Anmelderin beschreibt eine Anordnung zum Ableiten des Laststroms vor dem Öffnen der Unterbrechungsvorrichtung. Sie beschreibt einen Kreis mit gesteuerter Impedanz in Reihe mit der Unterbrechungsvorrichtung. Auf das Unterbrechungssignal hin wird der Impedanzwert von einem niedrigen Wert aus stufenweise erhöht, um einen ausreichenden Spannungsabfall zu erzeugen und den Laststrom vollständig abzuleiten, bevor die Unterbrechungsvorrichtung öffnet. Bei Verwendung in Verbindung mit den oben beschriebenen Ableitkreisen muß aber ein ausreichend hoher Spannungsabfall an der Impedanz erzeugt werden, um den Spannungsabfall an dem Ableitkreis zu kompensieren. Das kann einige unerwünschte Konsequenzen haben. Beispielsweise kann es erforderlich sein, die gesteuerte Impedanz so auszulegen, daß der Laststromfluß durch die gesteuerte Impedanz übermäßige Verlustenergie während des normalen Betriebes erzeugt, wenn die Unterbrechungsvorrichtung geschlossen ist.

Zusätzliche Entwurfsüberlegungen müssen für die Unterbrechung von großen Lastströmen beachtet werden, insbesondere wenn der elektrische Stromkreis eine nennenswerte Induktivität enthält. Z. B. muß die Laststromableitung so koordiniert werden, daß es zu keinem Versagen der Unterbrechungsvorrichtung (im folgenden auch als "Schalteinrichtung" bezeichnet) im Anschluß an das erste Öffnen derselben kommt. Außerdem muß die Unterbrechung schnell erfolgen, um Schutz vor übergroßen Strömen, z. B. Kurzschlußströmen, zu bieten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Unterbrechungsanordnung zu schaffen, die in der Lage ist, große Ströme unter minimaler Lichtbogenbildung zu unterbrechen.

Weiter soll durch die Erfindung eine Unterbrechungsanordnung geschaffen werden, die in der Lage ist, Wechsel- und Gleichströme zu unterbrechen.

Ferner soll durch die Erfindung eine Stromunterbrechung ohne anschließenden Durchbruch der Unterbrechungsvorrichtung erfolgen.

Weiter soll durch die Erfindung eine sehr schnelle Unterbrechung von großen Lastströmen erfolgen, ohne daß übermäßige Strom- oder Spannungsübergangsvorgänge erzeugt werden.

Außerdem soll die Unterbrechung mit kleinen elektromagnetischen Abschalt- oder Unterbrechungsvorrichtungen erfolgen.

Schließlich soll ein verbessertes Unterbrechungssystem geschaffen werden, in welchem Festkörperabschaltvorrichtungen benutzt werden können.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist der Leistungstrennschalter einen Kommutierungskreis aus einer Festkörperschaltungseinrichtung und einer Impulsformeinrichtung auf. Auf ein Laststromunterbrechungssignal hin liefert die Impulsformeinrichtung dem Kommutierungskreis einen Stromimpuls, der eine Scheitelgröße hat, welche größer als der Laststrom ist. Die Schalteinrichtung in der Starkstromleitung liegt in einem Stromkreis mit der Festkörperschaltungseinrichtung, so daß der Laststrom auf den Stromimpuls hin über den Kommutierungskreis abgeleitet wird. Die Schalteinrichtung wird auf das Laststromunterbrechungssignal hin geöffnet, nachdem der Strom in dem Kommutierungskreis den Wert des Laststroms überschritten hat.

Die Festkörperschaltungseinrichtung ist vorzugsweise ein Brückengleichrichter, dessen Eingangsklemmen an die Schalteinrichtung angeschlossen sind und dessen Ausgangsklemmen mit der Impulsformeinrichtung verbunden sind. Die Impulsformeinrichtung enthält vorzugsweise die Reihenschaltung aus einer Spule, einem Kondensator und einer torgesteuerten Festkörpereinrichtung. In der bevorzugten Ausführungsform lädt eine Ladeeinrichtung, beispielsweise ein Gleichstromnetzgerät, den Kondensator zuvor auf. Die Festkörpereinrichtung wird durch ein Laststromunterbrechungssignal eingeschaltet, um den LC-Kreis zu entladen. Das erzeugt den Stromimpuls, der einen sehr niedrigen scheinbaren Widerstand an dem Eingang des Brückengleichrichters ergibt und die Laststromableitung ermöglicht.

Der Stromimpuls erreicht eine Scheitelamplitude, die größer als der Laststrom ist. Der Stromimpuls nimmt anschließend an das Erreichen seiner Scheitelamplitude ab. Der abgeleitete Laststrom fließt aber weiterhin durch den Kommutierungskreis. Das führt zu einer beträchtlichen Zunahme der Spannung an der in einer Richtung leitenden Einrichtung, d. h. an den Eingangsklemmen des Brückengleichrichters. Es ist erwünscht, eine Spannungssteuereinrichtung zu benutzen, um die Geschwindigkeit des Anstiegs dieser Spannung zu begrenzen und den Durchbruch der Schalteinrichtung zu verhindern. Zu diesem Zweck wird bei der bevorzugten Ausführungsform eine zweite in einer Richtung leitende Einrichtung benutzt, d. h. eine Diode, die zu der Spule parallel geschaltet ist.

Die Schalteinrichtung umfaßt vorzugsweise eine elektromechanische Schaltvorrichtung, die durch ein Signal aus dem Kommutierungskreis schnell geöffnet werden kann. Alternativ könnte ein Festkörperschalter benutzt werden, so daß die Spannungsabnahme an der in einer Richtung leitenden Einrichtung, z. B. an den Eingangsklemmen der Brücke, den Festkörperschalter abschaltet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform, in der eine andere Spannungssteuerschaltung benutzt wird,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform, in der der impulsförmige Strom in dem Kommutierungskreis zum Öffnen der Schalteinrichtung benutzt wird,

Fig. eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform, in der eine Thyristorvorrichtung als Schalteinrichtung benutzt wird, wobei außerdem ein alternativer Anschluß der spannungsabhängigen Einrichtung gezeigt ist,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform, in der eine in zwei Richtungen leitende Festkörpervorrichtung als Schalteinrichtung benutzt wird, und

Fig. 6 eine graphische Darstellung von Spannungs- und Stromwellenformen, welche bei der Erfindung auftreten.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Unterbrechungs- oder Abschaltsystems, das in der Lage ist, einen Laststromfluß beträchtlicher Größe zu unterbrechen, der entweder von einer Wechsel- oder von einer Gleichstromquelle geliefert wird. Klemmen 15 und 16 dienen zum Anschluß an einen äußeren Kreis, der die Stromquelle und die Last enthält. Diese Klemmen sind durch eine Reihenschaltung miteinander verbunden, welche eine Starkstromleitung 17, eine Schalteinrichtung, d. h. eine Abschalt- oder Unterbrechungsvorrichtung 9 und einen Kreis 31 mit gesteuerter Impedanz enthält. Während des normalen Betriebes ist die Schalteinrichtung 9 geschlossen, und der Kreis 31 hat im wesentlichen keinen Einfluß auf den Laststromfluß in der Starkstromleitung 17. Die Kontakte der Schalteinrichtung können auf ein Signal hin schnell geöffnet werden. Vorzugsweise ist die Schalteinrichtung 9 von dem Typ, der in einer weiteren deutschen Patentanmeldung P 37 07 312.5 beschrieben ist. Auf diese Anmeldung wird bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen. Die Schalteinrichtung weist feste Kontakte 10 und 11 sowie einen über den festen Kontakten angeordneten Überbrückungskontakt 12 für den Laststromtransfer über die Starkstromleitung auf. Die Schalteinrichtung 9 wird durch Verlagerung des Überbrückungskontakts 12 auf ein Stromimpulssignal hin schnell geöffnet. Der Mechanismus zum Verlagern des Kontakts 12 ist schematisch als Kontakttreiber 13 dargestellt. Zu ersten Erläuterungszwecken sei angegeben, daß das Stromimpulssignal aus einer Steuerschaltung 29 über eine Leitung 8 an den Kontakttreiber 13 angelegt wird. Die Taktsteuerung und andere Quellen für dieses Stromimpulssignal sind im folgenden beschrieben.

Der Kreis 31 mit gesteuerter Impedanz ist von dem Typ, der in der weiteren deutschen Patentanmeldung P 36 22 098.1 beschrieben ist. Auf diese Patentanmeldung wird bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen. Während die Schalteinrichtung 9 geschlossen ist, hat der Kreis 31 normalerweise einen vernachlässigbaren Impedanzwert, so daß er den Laststromfluß durch die Starkstromleitung 17 nicht nennenswert beeinflußt. Wenn jedoch der Laststromfluß durch die Schalteinrichtung 9 unterbrochen werden soll, wird die Impedanz des eine gesteuerte Impedanz aufweisenden Kreises 31 von einem niedrigen Wert auf einen wesentlich höheren Wert vergrößert. Da das vor dem Öffnen der Schalteinrichtung 9 erfolgt, erzeugt der Laststrom einen Spannungsabfall an dem Kreis 31. Dieser leitet den Laststrom zu einem Kommutierungskreis 5, der zu dieser Zeit eine wesentlich niedrigere scheinbare Impedanz oder einen wesentlich niedrigeren scheinbaren Widerstand als die gesteuerte Impedanz 31 hat. Der Laststrom wird daher schnell abgeleitet, d. h. von der Schalteinrichtung 9 weggeleitet. Das gestattet, die Schalteinrichtung anschließend mit minimaler oder ohne Lichtbogenbildung zu öffnen. Das ist in der vorerwähnten weiteren deutschen Patentanmeldung und in der folgenden Beschreibung erläutert. Das Steuersignal zum Erhöhen des Impedanzwertes der Schaltung 31 wird durch die Steuerschaltung 29 auf ein Laststromunterbrechungskommando hin erzeugt. Es wird der Schaltung mit gesteuerter Impedanz über eine Leitung 7 geliefert.

Der Kommutierungskreis 5 ist über Leitungen 19 und 20 an die Reihenschaltung angeschlossen, welche die Schalteinrichtung 9 und den Impedanzkreis 31 enthält. Wenn eine Unterbrechung angeordnet wird, überbrückt der Kommutierungskreis 5 diese Reihenschaltung mit einem scheinbaren Widerstand, der extrem niedrig ist. Der Laststrom wird daher schnell über den Kommutierungskreis abgeleitet. Die Schalteinrichtung 9 wird geöffnet, nachdem der Strom in dem Kommutierungskreis 5 einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Nach einer vorbestimmten Zeit wird die Spannung an dem Eingang, d. h. an den Leitungen 19 und 20 des Kommutierungskreises 5 mit einer gesteuerten Geschwindigkeit erhöht. Der Rest des Laststroms wird dann über eine spannungsabhängige Einrichtung 18 abgeleitet.

Der Kommutierungskreis 5 enthält eine Impulsformeinrichtung 6 und eine in einer Richtung leitende Einrichtung, d. h. einen Brückengleichrichter 21. Die Impulsformeinrichtung 6 enthält eine Reihenschaltung aus einem Kondensator C₁, einer Spule L und einer torgesteuerten Festkörpereinrichtung, d. h. einem Thyristor SCR₁. Diese Reihenschaltung ist an den Ausgang des Brückengleichrichters 21 über Leitungen 26 und 27 angeschlossen. Parallel zu dem Kondensator C₁ ist ein Ladekreis geschaltet, der in Reihenschaltung eine Gleichstromversorgung 28 und einen Widerstand R₁ enthält. Die negative Klemme der Gleichstromversorgung 28 ist mit der Verbindung des Kondensators C₁ und der Leitung 26 verbunden, und die positive Klemme ist über den Widerstand R₁ mit der Verbundungsstelle des Kondensators C₁ und der Spule L verbunden. Die Gleichstromversorgung 28 dient zum Voraufladen des Kondensators C₁ mit derartiger Polarität, daß die anschließende Stromentladung des Kondensators über die Hauptelektroden des Thyristors SCR₁ über den Kommutierungskreis 5 unterstützt wird. Die Anode des Thyristors SCR₁ ist deshalb mit der Spule L verbunden, und seine Katode ist mit der Leitung 27 verbunden. Die Steuerschaltung 29 leitet die Unterbrechung ein, indem sie ein Steuersignal über eine Leitung 4 an die Steuerelektrode 30 des Thyristors SCR₁ anlegt. Dadurch wird der Thyristor SCR₁ eingeschaltet und der Kondensator C₁ über den Stromkreis entladen, der C₁, L, SCR₁ und den Brückengleichrichter 21 enthält, wodurch ein Stromimpuls in dem Kommutierungskreis 5 erzeugt wird, der in Fig. 1 mit I₅ bezeichnet ist.

Der Brückengleichrichter 21 enthält Dioden D₁-D₄. Zwei in Reihe geschaltete Diodenpaare, D₁-D₃ und D₂-D₄, sind jeweils zwischen die Brückenausgangsleitungen 26 und 27 geschaltet. Diese Dioden sind so gepolt, daß sie den Stromimpuls leiten, der durch die Impulsformeinrichtung 6 erzeugt wird. Daher sind die Anoden von D₃ und D₄ mit der Brückenausgangsleitung 27 verbunden, und die Katoden von D₁ und D₂ sind mit der Brückenausgangsleitung 26 verbunden. Der Stromimpuls, der durch die Impulsformeinrichtung 6 erzeugt wird, teilt sich zwischen den beiden parallelen Diodenzweigen, d. h. D₁-D₃ und D₂-D₄ gleich auf, was im folgenden noch näher beschrieben ist. Die einzelnen Diodenströme sind in Fig. 1 mit I₁-I₄ bezeichnet.

Die Eingangsklemmen A und B des Brückengleichrichters befinden sich an der Verbindungsstelle der Dioden D₁ und D₃ bzw. an der Verbindungsstelle der Dioden D₂ und D₄. Die Eingangsklemmen A und B sind über die Leitungen 19 und 20 an die Reihenschaltung aus der Schalteinrichtung 9 und der Impedanzschaltung 31 angeschlossen. Die Aufteilung des Stromimpulses auf die parallelen Diodenzweige reduziert den scheinbaren Widerstand zwischen den Eingangsklemmen A und B im wesentlichen auf null. Das bewirkt in Verbindung mit der erhöhten Impedanz der Schaltung 31, daß der Laststrom über die Eingangsleitungen 19 und 20 in den Kommutierungskreis 5 fließt. Zu Erläuterungszwecken sei angenommen, daß der Strom zu der Zeit, zu der die Stromunterbrechung verlangt wird, so fließt, wie es in Fig. 1 gezeigt ist: der Laststrom in der Starkstromleitung (I₀), der durch die Schalteinrichtung geflossen ist (I₀₁), wird nun über den Kommutierungskreis abgeleitet (I₀₂). Wenn die gezeigte Richtung des Stromflusses angenommen wird, fließt I₀₂ in dem Zweig D₁, C₁, L, SCR₁ und D₄. Wie im folgenden noch näher beschrieben, wird die Schalteinrichtung 9 geöffnet, wenn der Strom I₅ in dem Kommutierungskreis 5 den Wert des Laststroms I₀ übersteigt und vorzugsweise wenn der Laststrom vollständig abgeleitet wird, d. h. I₀₂=I₀. Der scheinbare Widerstand und daher die Spannung an den Eingangsleitungen 19-20 bleibt für eine vorbestimmte Zeit extrem niedrig, die durch die Parameter des Kommutierungskreises bestimmt wird, insbesondere während der Zeit, zu der der Strom I₅ in dem Kommutierungskreis den abgeleiteten Strom I₀₂ übersteigt. Danach wird die Spannung an den Klemmen A-B automatisch erhöht. Bei zu der Spule L parallel geschalteter Diode D₅ steuert der Kondensator C₁ die Geschwindigkeit des Spannungsanstiegs, um einen Durchbruch oder Abfall, d. h. erneutes Leiten der Schalteinrichtung 9 zu verhindern. Eine spannungsabhängige Vorrichtung 18, d. h. ein Varistor ist an die Leitungen 19 und 20 angeschlossen. Wenn die Spannung an den Klemmen A-B über die Netzspannung ansteigt, welche an der geöffneten Schalteinrichtung 9 erscheint, und die Klemmspannung der Vorrichtung 18 erreicht, leitet letztere.

Die Vorrichtung 18 leitet den Rest des abgeleiteten Laststrom aus dem Kommutierungskreis 5 ab und leitet weiterhin, bis der abgeleitete Laststrom vollständig aufgehört hat.

Die Laststromunterbrechung kann automatisch aufgrund eines Überlaststroms erfolgen. Für diesen Zweck liefert ein Stromsensor 2 eine Anzeige der Laststromgröße über eine Leitung 3 an die Steuerschaltung 29. Wenn der Laststrom einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, liefert die Steuerschaltung Laststromunterbrechungssignale auf den Leitungen 4 und 7, um die Stromableitung auf oben beschriebene Weise einzuleiten. Ein Stromimpulssignal wird anschließend über die Leitung 8 geliefert, um die Schalteinrichtung 9 zu öffnen. Die Laststromunterbrechung könnte selbstverständlich manuell ausgelöst werden, z. B. mittels eines Schalters an der Steuerschaltung 29.

Die Arbeitsweise des Kommutierungskreises 5 wird nun im einzelnen beschrieben. Die Gleichstromversorgung 28 lädt den Kondensator C₁ auf eine Spannung V _C auf. Die Polarität ist an der Leitung 26 negativ und an der Verbindungsstelle von C₁ und L positiv. Der Kommutierungskreis 5 enthält C₁, L, SCR₁ und den Brückengleichrichter (D₁-D₄) in einer Reihenschleife. Die Dioden D₁-D₄ und der Thyristor SCR₁ sind so gepolt, daß sie den Strom leiten, der durch die Kondensatorspannung V _C erzeugt wird. Das Leiten erfolgt jedoch erst, wenn der Thyristor SCR₁ durch ein Steuersignal eingeschaltet wird, das durch die Steuerschaltung 29 erzeugt wird.

Es wird nun auf Fig. 6 Bezug genommen, die Wellenformen zeigt, welche für den Betrieb des Kommutierungskreises 5 relevant sind. Die Stromkreisunterbrechung wird durch die Steuerschaltung 29, z. B. auf einen Überlaststrom hin, eingeleitet, indem diese ein Steuersignal an die Steuerelektrode 30 des Thyristors SCR₁ angelegt. Dadurch wird der Stromfluß I₅ in dem Kommutierungskreis 5 eingeleitet. Gemäß der Darstellung in Fig. 6a steigt der Strom I₅ sinusförmig von null auf einen Scheitelwert, z. B. 2000 A, während des Intervalls zwischen t₀ und t₃ an. Der Kommutierungskreis 5 arbeitet am Anfang als Reihenschwingkreis mit einer Resonanzfrequenz von

Der Strom I₅ erreicht seinen Scheitel bei t=3, eine Viertelperiode nach seinem Beginn. Das Intervall für die Viertelperiode zwischen t₀ und t₃ ist daher

Die Stromableitung und das Schalterkontaktöffnen erfolgen während dieses Intervalls zwischen t₀ und t₃.

Es wird erneut auf die bevorzugte Ausführungsform in Fig. 1 Bezug genommen, und zwar für eine Erläuterung, die sich auf die Stromableitung und das Schalteröffnen bezieht. Der oben beschriebene Kommutierungsstrom I₅ fließt in der Schleife, welche die Schaltungskomponenten C₁, L, SCR₁ und die Brückengleichrichterschaltung 21 enthält. Der Kommutierungsstrom fließt durch die beiden parallelen Zweige in dem Brückengleichrichter. Diese Zweige enthalten die in Reihe geschalteten Dioden D₁ und D₃ bzw. die in Reihe geschalteten Dioden D₂ und D₄. Wenn angepaßte Diodenpaare für D₁ und D₂ sowie für D₃ und D₄ benutzt werden, wird sich der Kommutierungsstrom I₅ zu gleichen Teilen auf die beiden parallelen Zweige aufteilen. Bei Nichtvorhandensein irgend eines abgeleiteten Stroms I₀₂ werden alle Diodenströme gleich sein:

I₁ = I₂ = I₃ = I₄ (3)

Der Kommutierungskreis 5 führt daher an seinen Klemmen A-B eine Spannung V _AB und hat einen scheinbaren Widerstand R _AB, die sehr nahe bei null liegen. Der Laststrom I₀ (Fig. 6b) beginnt dann, von dem Schalter 9 auf den Kommutierungskreis 5 überzugehen, was durch den abgeleiteten Strom I₀₂ in Fig. 6c gezeigt ist. Vereinfacht ausgedrückt, der Strom wird in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Widerstände zwischen dem Schalter 9, der Impedanzschaltung 31 und dem scheinbaren Widerstand zwischen den Klemmen A-B transferiert. Der scheinbare Widerstand R _AB, den der Kommutierungskreis 5 an den Klemmen A-B darbietet, ist extrem niedrig und beträgt z. B. 0,4 Milliohm. Er ist daher mit dem Kontaktwiderstand des geschlossenen Schalters 9 vergleichbar oder sogar niedriger als dieser. Letzterer kann beispielsweise in der Größenordnung von 0,5 Milliohm liegen. Die Stromableitung kann daher vor dem Öffnen des Schalters beginnen, sogar ohne die Verwendung der Impedanzschaltung 31, d. h. bei direkt über die Leitungen 19-20 an die Klemmen A-B angeschlossenem Schalter 9. Wenn der Schalter 9 öffnet, steigt sein Kontaktwiderstand in bezug auf den scheinbaren Widerstand des Kommutierungskreises 5 schnell an. Der scheinbare Widerstand R _AB bleibt niedrig, d. h. nahe bei null Ohm während des Zeitintervalls zwischen t₀ und t₃ (Fig. 6a), was im folgenden noch näher erläutert ist.

Beim Beginn der Stromableitung bei t=0 (Fig. 6a) besteht der Strom I₅ in dem Kommutierungskreis 5 allein aus dem Strom, der durch den Kommutierungskreis erzeugt wird. Ein zunehmender Teil des Laststroms I₀ wird dann von dem Schalter 9 zu dem Kommutierungskreis abgeleitet. Bei der angenommenen Richtung des Laststroms I₀, die in Fig. 1 gezeigt ist, fließt dieser abgeleitete Strom I₀₂ über D₁, C₁, L, SCR₁ und D₃. Der Strom I₅ in dem Kommutierungskreis enthält daher den abgeleiteten Strom. Der Strom in den einzelnen Dioden des Brückengleichrichters ist:

I₁ = I₄ = 1/2(I₅+I₀₂) (4)

und

I₂ = I₃ = 1/2(I₅-I₀₂). (5)

Der Spannungsabfall V _AB an den Klemmen A-B ist eine Funktion des Verhältnisses von I₁/I₂ oder von I₄/I₃. Die Spannung an den Klemmen A-B beträgt ungefähr:

V _AB ≈ K₁ ln (I₁/I₂) + K₂(I₁-I₂) (6)

wobei K₁ und K₂ Konstanten darstellen, die auf Schaltungsparametern basieren. Demgemäß gilt

Der scheinbare Widerstand R _AB beträgt ungefähr:

In einer exemplarischen Ausführungsform, in der angepaßte Paare von A390-Dioden benutzt werden, gilt K₁=0,026 Volt und K₂, das eine Funktion des Ersatzwiderstands der besonderen Dioden ist, =0,308 Milliohm. Unter der Annahme eines augenblicklichen abgeleiteten Stroms I₀₂=1000 A und eines Augenblicksstroms in dem Kommutierungskreis von I₀₅=1500 A beträgt die Spannung V _AB auf der Basis der Gleichung (7) ungefähr:

V _AB ≈ (0,026×1,61) + 0,308 ≈ 0,35 Volt

Der scheinbare Widerstand R _AB beträgt auf der Basis der Gleichung (8) ungefähr:

Der vorstehende Wert von R _AB ist eine Approximation, die aus den Gleichungen (6) und (8) gewonnen wird. Ein genauerer Wert von R _AB kann aus der Gleichung gewonnen werden, die ein Diodenhersteller für den Spannungsabfall in der Vorwärtsrichtung einer leitenden Diode angibt. Zum Beispiel stammt folgende Formel aus "Electronic Data Library-Thyristor Rectifiers", Publication 400.5, 6-82, Seite 114, der General Electric Company, Semiconductor Products Department, Auburn, New York:

Konstanten für den A390-Diodengleichrichter, der in der bevorzugten Ausführungsform benutzt wird, sind A=-0,1115; B=0,2392; C=0,0005; D=-0,0244. Die Gleichungen (4) und (5) geben den Strom in den Dioden 1 bzw. 2 an. In der exemplarischen Ausführungsform gilt I₅=1500 A und I₀₂=1000 A. Somit gilt I₁=1/2(1500+1000)=1250 A und I₂=1/2(1500-1000)=250 A. Die folgenden Vorwärtsspannungsabfälle für die Dioden 1 und 2 ergeben sich durch Lösen der Gleichung (9) mit den vorstehenden Werten der Konstanten und Ströme: V _F1=1,357 Volt und V _F2=0,949 Volt. Der scheinbare Widerstand an den Klemmen A-B ist

Das bestätigt, daß der früher gewonnene Nährungswert von R _AB≈350 µOhm und daher auch der angenäherte Wert V _AB≈0,35 Volt ausreichend genau sein dürfte. Die vorstehende Beschreibung bestätigt auch, daß der Spannungsabfall V _AB an den Eingängen des Brückengleichrichters 21 in bezug auf die Nennvorwärtsspannungsabfälle der Festkörpervorrichtungen des Kommutierungskreises 5 niedrig ist. V _AB ist viel niedriger als die Summe der Nennvorwärtsspannungsabfälle der in Reihe geschalteten Festkörpervorrichtungen des Kommutierungskreises 5, d. h. derjenigen, die von dem abgeleiteten Laststrom durchflossen werden. Tatsächlich ist V _AB sogar kleiner als der Vorwärtsspannungsabfall an dem PN-Übergang einer einzelnen Festkörpervorrichtung, d. h. einer A390-Diode. Der berechnete Wert von V _AB für einen Laststrom von 1000 A beträgt 0,35 Volt, wogegen der Nennvorwärtsspannungsabfall einer einzelnen A390-Diode 1,357 Volt bei 1250 A und 0,949 Volt bei 250 A beträgt. Bei einem Laststrom von 1000 A ist daher V _AB kleiner als der Vorwärtsspannungsabfall an den in Reihe geschalteten Festkörpervorrichtungen des Kommutierungskreises 5, bezogen auf die Größe des abgeleiteten Laststroms.

Die Spannung V _AB und der scheinbare Widerstand R _AB bleiben daher extrem niedrig trotz der ansteigenden Werte des abgeleiteten Stroms I₀₂. Das gilt, wenn der Wert von I₅ den von I₀₂ übersteigt, d. h. während I₅ eine Stromkomponente enthält, die durch den Kommutierungskreis selbst erzeugt wird. Wenn I₅ lediglich aus dem abgeleiteten Strom besteht, d. h. I₅=I₀₂, werden die Dioden D₂ und D₃ in Sperrichtung betrieben. Das verstimmt die Brückenschaltung, so daß R _AB und V _AB zum Ansteigen tendieren.

Die Erfindung kann ohne die eine gesteuerte Impedanz aufweisende Schaltung 31 benutzt werden. Die Verwendung der Schaltung 31 verbessert jedoch, was unten näher erläutert ist, den Betrieb und empfiehlt sich. Bei der folgenden Beschreibung wird angenommen, daß die Impedanzschaltung 31 nicht benutzt wird. Die Stromableitung erfolgt dann, nachdem der Schalter 9 zu öffnen begonnen hat. Wenn die Schalterkontaktkraft freigegeben wird, nimmt der Kontaktwiderstand des Schalters mit zunehmender Stromableitung sehr schnell zu. Die Stromableitung ist jedoch nicht allein eine Funktion des Verhältnisses des Schalterkontaktwiderstands zu dem scheinbaren Widerstand R _AB. Der Schalterkreis hat eine Eigeninduktivität, welche Energie bei den Laststromgrößen speichert, die vermutlich benutzt werden. Diese Energie muß schnell von dem Schalterstromkreis auf den Brückengleichrichterstromkreis übertragen werden, um den Strom über die Schalterkontakte zu beendigen. Die Eigeninduktivität und der Eigenwiderstand des Schalterstromkreises sind an die Klemmen A-B angeschlossen und liegen daher effektiv parallel zu der Eigeninduktivität und dem Eigenwiderstand der Leiter 19, 20 und des Brückengleichrichters 21. Die Zeitkonstante dieser Schaltung ist vergleichsweise lang, denn sie ist proportional zu dem Verhältnis der Eigeninduktivität zu dem Eigenwiderstand. Es muß deshalb ein Potential in dem Schalterstromkreis aufgebaut werden, um die gespeicherte Energie zu übertragen. Das erfolgt von Haus aus wegen der Spannung, die an den sich öffnenden Schalterkontakten erzeugt wird. Die gespeicherte Energie wird mit einer Geschwindigkeit übertragen, die zu dem Verhältnis der Größe dieses Potentials zu der Induktivität proportional ist. Wenn die Kontakte öffnen, nimmt die Spannung und daher die Geschwindigkeit der Übertragung der gespeicherten Energie schnell zu. Die gespeicherte Energie wird daher in einer endlichen Zeit nach dem Kontaktöffnen übertragen. Während dieser Zeit kann jedoch die Spannung ausreichend sein, um einen Lichtbogen zu erzeugen, und Plasma könnte Kontaktkraterbildung hervorrufen.

Die Verwendung der gesteuerten Impedanzschaltung 31 verhindert diese unerwünschten Erscheinungen. Gemäß der Beschreibung in der weiteren deutschen Patentanmeldung P 36 22 098.1 ruft die gesteuerte Impedanz 31 eine Spannung in dem Schalterstromkreis vor dem Öffnen des Schalters hervor und gestattet daher, den Schalter zu öffnen, nachdem der Laststrom gänzlich transferiert worden ist. Die Größe dieser Spannung bestimmt die Geschwindigkeit, mit der die oben erwähnte gespeicherte Energie transferiert wird:

wobei V₃₁ der Spannungsabfall an der Impedanz 31, L die Eigeninduktivität in dem Schalter- und Brückengleichrichterstromkreis und di/dt die Geschwindigkeit ist, mit der der Strom aus dem Schalterstromkreis transferiert wird. Wenn angenommen wird, daß 1000 A in 10 µs transferiert werden müssen (d. h. 100 A/µs) und daß die Eigeninduktivität 0,1 Mikrohenry beträgt, so gilt:

V₃₁ ≈ (10⁸ A/s)(10^-7 Henry)
V₃₁ ≈ 10 Volt

Bei diesem Beispiel sollte daher die gesteuerte Impedanz ab dem Beginn einen Spannungsabfall von 10 Volt in Reihe mit dem Schalter erzeugen.

Zu einer weiteren Erläuterung der Stromableitung und des Schalteröffnens in der Schaltung nach Fig. 1, welche die gesteuerte Impedanzschaltung 31 aufweist, wird nun wieder auf Fig. 6 Bezug genommen. Wie oben erläutert wird das Schalteröffnen zur Zeit t₀ durch Einleiten eines Kommutierungsstromflusses aktiviert. Die gesteuerte Impedanzschaltung wird gleichzeitig bei t₀ aktiviert. Fig. 6c zeigt die Größe des abgeleiteten Stroms I₀₂. Das Ableiten beginnt unmittelbar bei t₀ und wird schnell beendet mit I₀₂=I₀ bei t₁. Der Schalter 9 wird geöffnet, nachdem der Strom I₅ in dem Kommutierungskreis den Laststrom I₀₂ überschritten hat, und in dieser Ausführungsform nach der totalen Ableitung des Laststroms. Fig. 6 zeigt ein Beispiel, wo der Laststrom I₀ (Fig. 6b) und daher der total abgeleitete Laststrom (Fig. 6c) 1000 A betragen. In diesem Beispiel wird der Schalter 9 bei t₂ geöffnet, wenn I₅ 1500 A beträgt. Wie oben beschrieben, steigt der Strom I₅ im wesentlichen sinusförmig an, bis er seinen Scheitelwert bei t₃ erreicht, d. h. eine Viertelperiode nach seinem Beginn bei t₀. Der Scheitelwert von I₅ beträgt höchstens

wenn V _C die Spannung ist, auf die der Kondensator C₁ am Anfang durch die Gleichstromversorgung 28 aufgeladen wird. Der Scheitelwert von I₅ muß die Größe von I₀ überschreiten, vorzugsweise um ein beträchtliches Ausmaß. In dem in Fig. 6a dargestellten Beispiel hat I₅ einen Scheitelwert von 2000 A, d. h. das Doppelte des Wertes von I₀. Die Parameter des Kommutierungskreises und insbesondere L, C₁ und das Potential der Gleichstromversorgung 28 werden so gewählt, daß sich der geeignete Scheitelstromwert ergibt. Sie müssen weiter unter Berücksichtigung von Gleichung (2) so gewählt werden, daß das Zeitintervall t₀-t₃ ausreicht, um die volle Laststromableitung und das ausreichende Öffnen des Schalters zu gewährleisten, damit ein anschließender Schalterdurchbruch oder ein Wiederzünden desselben verhindert werden. Mit einem geeigneten Schalter, wie er beispielsweise in der oben erwähnten weiteren deutschen Patentanmeldung P 37 07 312.5 beschrieben ist, kann das sehr schnell erreicht werden. Eine bevorzugte Ausführungsform hat Lastströme in dem oben angegebenen Bereich in weniger als 100 µs erfolgreich geschaltet. Die Ableitung erfolgt somit fast augenblicklich. Das ist von besonderem Wert in Überlaststromschutzsystemen. Die Unterbrechung kann beginnen, wenn der Laststrom seinen normalen Wert um ein vorbestimmtes Ausmaß übersteigt. Selbst unter Kurzschlußbedingungen nimmt der Laststrom mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit in bezug auf die Zeit zu, die erforderlich ist, um den Stromfluß zu unterbrechen, nämlich t₀-t₃. Die Unterbrechung ist somit abgeschlossen, bevor Kurzschlußströme den Scheitelwert von I₅ erreichen können.

Bei dem oben beschriebenen Beispiel ist angenommen, daß I₅ einen Scheitelwert von 2000 A hat und daß die Laststromunterbrechung verlangt wird, wenn der Laststrom I₀ einen Wert von 1000 A hat. Die Unterbrechung kann selbstverständlich bei anderen Werten des Laststroms I₀ erfolgen, solange I₀ wesentlich unter dem gewählten Scheitelwert des Kommutierungsstroms I₅ ist. In einem System, das abhängig von einem vorbestimmten Wert des Laststroms unterbricht, kann der Wert des letzteren daher leicht verändert werden. Die Steuerschaltung 29 kann so ausgelegt werden, daß sie Unterbrechungssignale bei irgendeinem gewählten Wert des Laststroms erzeugt, der unter einem vorbestimmten Maximalwert liegt.

Die obige Beschreibung von Fig. 6 ist auf die Stromwellenformen gerichtet. Fig. 6d zeigt das Potential an dem Kondensator C₁. Während des Intervalls t₀-t₃, d. h. während der ersten Viertelperiode nimmt diese Spannung charakteristischerweise sinusförmig von V _C auf Null ab, wobei sie dem Strom I₅ um 90° voreilt. Fig. 6e zeigt das Potential V _AB, das wegen der abgeglichenen Gleichrichterbrücke während des Intervalls t₀-t₃ in der Nähe von null Volt ist.

Am Ende der ersten Viertelperiode ist somit bei t₃ der Laststrom über den Kommutierungskreis gänzlich abgeleitet worden, der Schalter 9 hat ausreichend geöffnet, um einen anschließenden Durchbruch zu verhindern, und der Kommutierungskreis legt eine Spannung von im wesentlichen null Volt an den Schalter an.

Anschließend an die Zeit t₃ wird die Spannung an den Klemmen A-B und daher an dem Schalter 9 auf das Potential erhöht, bei dem die spannungsabhängige Vorrichtung, d. h. MOV 18 leitet. Gemäß der Darstellung in Fig. 6e übersteigt dieses Potential V _MOV die Netzspannung V _NETZ, die normalerweise an dem offenen Schalter erscheint, beträchtlich. Die Spannung V _AB an den Klemmen A-B sollte mit einer kontrollierten Geschwindigkeit erhöht werden, wie es beispielshalber durch die ausgezogene Linie in Fig. 6e dargestellt ist, welche mit V _AB bezeichnet ist. Andernfalls könnte, wenn die Amplitude von V _AB plötzlich erhöht wird, bevor die Schalterkontakte vollständig geöffnet haben, der Schalter 9 einen Durchbruch erfahren und wieder leitend werden Die strichpunktierte Linie in Fig. 6e, die mit V _BK bezeichnet ist, zeigt das Durchbruchpotential V _BK eines Typs von Schalter. Die Spannung V _AB steigt daher so an, daß ihre Amplitude zu keiner Zeit den Wert von V _BK erreicht. V _AB steigt von im wesentlichen null Volt bei t₃ bis auf das Potential V _MOV des leitenden Zustands von MOV 18 bei t₇ an. Während des Zeitintervalls t₃-t₇ wird das Leiten des abgeleiteten Netzstroms I₀₂ über den Kommutierungskreis fortgesetzt, und eine Abnahme erfolgt, wenn die Spannung V _AB ansteigt.

Im folgenden wird erläutert, wie die Spannung V _AB gemäß den oben dargelegten Forderungen erhöht wird. Der Zweck der Diode D₅ wird am besten verständlich, wenn zuerst der Schaltungsbetrieb ohne die Diode D₅ betrachtet wird. Ohne den abgeleiteten Strom I₀₂ würde die Kommutierungsschaltung sich am Anfang im wesentlichen wie eine Reihen-L-C-Schaltung verhalten. Während der zweiten Viertelperiode, d. h. während des Intervalls t₃-t₅ würde der Strom in dem Kondensator C₁ und somit in der Spule L₁ von seinem Scheitelwert bei t₃ sinusförmig auf null bei t₅ abnehmen, was durch die gestrichelte Linie in Fig. 6a gezeigt ist, die mit I _5A bezeichnet ist. Wegen des Vorhandenseins des abgeleiteten Laststroms nimmt jedoch der Strom in dem Kommutierungskreis sinusförmig nur ab, bis er bei t₄ die Größe des abgeleiteten Stroms erreicht, I₀₂=I₀. Anschließend an t₄ (und bis t₇) bleibt der Strom in dem Kommutierungskreis ungefähr auf der Amplitude des abgeleiteten Stroms. Ohne die Diode D₅ überschreitet daher der Strom in dem Kommutierungskreis während des Zeitintervalls t₃-t₄ den Wert des abgeleiteten Stroms, und die Spannung an den Klemmen A-B bleibt nahe bei null. Anschließend an t₄ besteht der Strom in dem Kommutierungskreis lediglich aus dem abgeleiteten Strom. Wie oben erläutert, wird dadurch der Brückengleichrichter verstimmt und so die Spannung an den Klemmen A-B erhöht. Die mit V′ _AB in Fig. 6e bezeichnete Linie zeigt, daß es einen abgestuften Spannungsanstieg bei t₄ gibt. Das wird am besten verständlich, wenn die Spannung an dem Kondensator C₁ betrachtet wird, welche durch die gestrichelte Linie V′ _C1 in Fig. 6d dargestellt ist. Die Kondensatorspannung sinkt und geht bei t₃ durch null und steigt wegen des sinusförmigen Stroms in dem Kommutierungskreis sinusförmig auf eine wesentliche Größe bei t₄ an. Die zeitliche Änderung des sinusförmigen Stroms erzeugt eine Spannung an der Spule L, die gleich der Spannung an dem Kondensator C₁ ist. Wenn I₅ auf den Wert I₀₂ abnimmt, wird der Strom im wesentlichen konstant, die zeitliche Änderung wird sehr klein, weshalb die Spannung an der Spule L ebenfalls sehr klein wird. Das Kondensatorpotential erscheint daher plötzlich bei t₄ an den Klemmen A-B und bewirkt den abgestuften Anstieg von V′ _AB. Gemäß der Darstellung in Fig. 6e kann V′ _AB daher das Schalterdurchbruchpotential V _BK übersteigen und den Durchbruch und das weitere Leiten des Schalters 9 verursachen.

Zusätzliche Einrichtungen können benutzt werden, um die Geschwindigkeit, mit der die Spannung an den Klemmen A-B und daher an dem Schalter 9 erhöht wird, ausreichend zu steuern, d. h. zu reduzieren. In der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 1 erfolgt diese Spannungssteuerung durch die Diode D₅, die zu der Spule L parallel geschaltet ist. Die Diode D₅ ist so gepolt, daß sie während des Intervalls t₀-t₃ das Leiten blockiert und daher keine Auswirkung hat. Zur Zeit t₃ jedoch, wenn die Kondensatorspannung durch null absinkt, beginnt die Diode D₅ zu leiten, so daß ein Strom, der den Scheitelwert von I₅ repräsentiert, in der Schleife fließt, welche die Diode D₅ und die Spule L enthält. Dieser Schleifenkreis hat eine lange Zeitkonstante, die L dividiert durch den Eigenwiderstand des Schleifenkreises entspricht. Der langsam abnehmende Schleifenstrom I _D5-L ist in Fig. 6f gezeigt. Bei t₃ erzeugt das Leiten des Schleifenstroms eine schnelle Reduzierung des Stroms I₅ von dem Scheitelwert von I₅ auf den Wert des abgeleiteten Stroms I₀₂. I₅ ist anschließend, d. h. bei t₃, gleich I₀₂ und bleibt so von t₃ bis t₇ relativ konstant, was durch die ausgezogene Linie I₅ in Fig. 6a gezeigt ist. Wenn bei t₃ gilt I₅=I₀₂, wird der Brückengleichrichter verstimmt, so daß die Spannung V _AB an den Klemmen A-B eine Funktion der Spannung an dem Kondensator C₁ wird. Der relativ konstante Strom I₅ lädt den Kondensator C₁ auf, so daß die Kondensatorspannung ungefähr linear ansteigt. Das ist durch die ausgezogene Linie in Fig. 6d, die mit V _C1 bezeichnet ist, gezeigt. V _AB nimmt daher ebenfalls ungefähr linear zu, so daß seine Amplitude deutlich unter der zulässigen Durchbruchspannung bleibt. Das ist durch die ausgezogene Linie in Fig. 6e, die mit V _AB bezeichnet ist, gezeigt.

Die Wellenformen, die in Fig. 6 gezeigt sind, basieren auf der Annahme, daß der Laststrom I₀ bis t₃ relativ konstant bleibt. Wenn V _AB über die Größe von V _NETZ ansteigt, nehmen die Werte von I₀, I₀₂ und I₅ allmählich ab, wie es in den Fig. 6a, b und c gezeigt ist. Wegen der Induktivität in dem Starkstromleitungskreis kann jedoch, wenn die Unterbrechung bei zunehmendem Laststrom erfolgt, der Wert der Ströme I₀ und I₀₂ ansteigen, bis gilt V _AB=V _NETZ, und anschließend abnehmen.

Die spannungsabhängige Vorrichtung 18 leitet bei t₇, wenn V _AB auf deren Spannung V _MOV des leitenden Zustands ansteigt. Verbleibender Strom I₀ aus dem Schalterkreis wird nun gänzlich durch die Vorrichtung 18 abgeleitet, so daß kein weiterer Schalterstrom I₀₂ und I₅ in dem Kommutierungskreis erscheint, wie es in den Fig. 6a und 6c gezeigt ist. Das Leiten der Vorrichtung 18 geht weiter, bis der Rest des Stroms in dem Schalterstromkreis bei t₈ gänzlich vernichtet worden ist, wie es in Fig. 6b gezeigt ist. Zu dieser Zeit entspricht die Spannung an den Klemmen A-B der Netzspannung V _NETZ, die an dem offenen Schalter erscheint.

Wegen der Quelleninduktivität kann sich der Kondensator C₁ auf einen Wert aufladen, der das Doppelte der Netzspannung bei der Unterbrechung plus eine Spannung, die durch den in der Quelleninduktivität bei der Unterbrechung gespeicherten Strom erzeugt wird, repräsentiert. Die maximale Spannung an dem Kondensator C₁ ist somit eine Funktion der Induktivität und des abgeleiteten Laststroms. Die Wellenformen in Fig. 6 basieren selbstverständlich auf der Annahme, daß der Kondensator C₁ auf eine Spannung aufgeladen wird, welche die Klemmspannung V _MOV der spannungsabhängigen Vorrichtung 18 übersteigt. Die Klemmspannung sollte vorzugsweise das Doppelte der Netzspannung sein, um zu gewährleisten, daß der abgeleitete Strom mit einer ausreichenden Geschwindigkeit abklingt. Die Vorrichtung 18 begrenzt, d. h. klemmt die maximale Spannung an dem Kommutierungskreis auf einen Wert unter der maximal erreichbaren Kondensatorspannung. Das gewährleistet, daß diese maximale Spannung nicht die Blockierspannung der Festkörpervorrichtungen des Kommutierungskreises übersteigt, hauptsächlich die von SCR₁, aber auch die der Dioden 1-4, und daß sie nicht die maximale Spannung übersteigt, welche an die Starkstromleitungslastkreise angelegt werden kann. Da die Vorrichtung 18 einen Teil des Laststroms aus dem Kommutierungskreis ableitet, kann ihr Vorhandensein auch den Wärmeanstieg in dem Thyristor verringern.

Die spannungsabhängige Vorrichtung 18 braucht aber bei einigen Verwendungszwecken nicht erforderlich zu sein. Dazu gehören Fälle, in denen die Netzspannung, die Induktivität und/oder die gespeicherte Energie ausreichend niedrig sind, so daß die an dem Kondensator C₁ erreichbare maximale Spannung nicht übermäßig groß ist und der Laststrom in dem Kommutierungskreis gänzlich abgeleitet werden kann. Wenn die Vorrichtung 18 weggelassen wird, kann es erwünscht sein, den Wert des Kondensators C₁ zu vergrößern, um den Spannungsanstieg zu begrenzen. Dadurch wird jedoch die Zeit vergrößert, die erforderlich ist, um den abgeleiteten Strom auf null zu reduzieren, und außerdem werden selbstverständlich die oben beschriebenen Parameter des L-C-Kommutierungskreises beeinflußt.

Am Schluß der Stromableitung entlädt sich der Kondensator C₁ über die Reihenschaltung aus dem Widerstand R₁ und der Gleichstromversorgung 28. Die Zeitkonstante dieses Stromkreises sollte das Entladen des Kondensators C₁ und dessen Wiederaufladen vor dem nächsten Unterbrechungsereignis gestatten, aber ausreichend groß sein, daß der Betrieb des Kommutierungskreises nicht nachteilig beeinflußt wird.

Obige Beschreibung zeigt, daß die Anordnung nach Fig. 1 für eine automatische und extrem schnelle Unterbrechung von Wechsel- oder Gleichströmen einschließlich Strömen sehr hoher Stromstärke, z. B. in dem Bereich von einigen 1000 Ampère, sorgt. Die Unterbrechung kann wahlweise mit oder ohne minimale Kontaktlichtbogenbildung erfolgen, so daß die Schalter- und Kontaktlebensdauer verlängert wird. Das kann mit kleinen, schnellen Schaltvorrichtungen erreicht werden, welche die normalerweise benutzten Anordnungen für Lichtbogeneinschluß und -löschung nicht erfordern.

Verschiedene alternative Ausführungsformen werden im folgenden beschrieben. In den Schaltbildern der folgenden alternativen Ausführungsformen sind einige Steuerleitungen und Strombezeichnungen weggelassen worden.

Fig. 2 zeigt eine alternative Anordnung, die sich von der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß die eine gesteuerte Impedanz aufweisende Schaltung 31 weggelassen worden ist und eine alternative Form der Spannungssteuereinrichtung benutzt wird, um die Geschwindigkeit des Anstiegs der Spannung an dem Eingang des Brückengleichrichters 21 zu begrenzen.

In der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 1 sind die Schalteinrichtung 9 und die Schaltung 31 in Reihe zwischen die Klemmen 15 und 16 geschaltet. Wie oben erläutert, verbessert die Schaltung 31 die Leistungsfähigkeit. Ihre Verwendung wird zwar bevorzugt, sie ist jedoch nicht wesentlich. Sie ist in der Anordnung nach Fig. 2 nicht enthalten. Die Schalteinrichtung 9 ist statt dessen direkt zwischen den Klemmen 15 und 16 geschaltet.

Fig. 1 zeigt die Diode D₅, die zu der Spule L parallel geschaltet ist. Das ist die bevorzugte Spannungssteuereinrichtung zum Begrenzen der Geschwindigkeit des Anstiegs der Spannung an dem Eingang des Brückengleichrichters 21. Die Ausführungsform nach Fig. 2 enthält die Diode D₅ nicht, vielmehr wird eine alternative Spannungssteuereinrichtung benutzt, welche einen Kondensator C₂, einen Widerstand R₂ und, ebenfalls bevorzugt, eine in einer Richtung leitende Einrichtung, d. h. eine Diode D₆ enthält. Der Kondensator C₂ und die in einer Richtung leitende Einrichtung, d. h. die Diode D₆ sind in Reihe an den Ausgang der Gleichrichterbrücke angeschlossen, d. h. an die Leitungen 26 und 27. Die Anode der Diode D₆ ist mit dem Kondensator C₂ verbunden, und ihre Katode ist mit der Leitung 27 verbunden. Der Widerstand R₂ ist zu dem Kondensator C₂ parallel geschaltet.

Diese Schaltung wird am besten verständlich, indem die Arbeitsweise des Kommutierungskreises betrachtet wird. Der Stromimpuls, der durch das Entladen des Kondensators C₁ erzeugt wird, hält am Anfang die Spannung am Ausgang des Brückengleichrichters auf einem sehr niedrigen Wert. Anschließend nimmt dieser Wert zu. Ohne irgendeine Spannungssteuereinrichtung könnte die Brückenspannung plötzlich ausreichend ansteigen, um die Schalteinrichtung in den Durchbruchzustand zu bringen. Dieser unerwünschte Spannungssprung (durch V′ _AB bei t₄ in Fig. 6e gezeigt) kann auftreten, wenn der Kommutierungsstrom auf die Größe des abgeleiteten Stroms I₀₂ abnimmt (gezeigt durch I _5A bei t₄ in Fig. 6a). Der Kondensator C₂, der im wesentlichen parallel zu dem Brückenausgang ist, begrenzt die Geschwindigkeit des Anstiegs der Brückenspannung und verhindert so den Durchbruch der Schalteinrichtung. Die Kapazität von C₂ kann deshalb relativ hoch sein. Die Diode D₆ ist so gepolt, daß sie das Aufladen des Kondensators C₂ durch den Stromimpuls, der durch die Entladung von C₁ erzeugt wird, verhindert. Die Diode D₆ hindert daher den Kondensator C₂ daran, den Beginn der Stromableitung aus der Schalteinrichtung zu verzögern.

Wenn ein Laststromunterbrechungskommando den Kondensator C₁ entlädt, sinkt die Spannung an den Brückeneingangsklemmen A-B fast auf null Volt. Die Spannung an dem Brückenausgang, d. h. an den Leitungen 26-27 ist dann auf einem etwas höheren Wert, z. B. 3 Volt, der die Vorwärtsspannungsabfälle an den beiden in Reihe geschalteten Dioden der Brücke (D₁-D₃ oder D₂-D₄) repräsentiert. Die Leitung 27 ist am Anfang positiv, und die Leitung 26 ist am Anfang negativ. Bei Nichtvorhandensein der Diode D₆ würde der entladene Kondensator C₂ zuerst auf das Potential auf den Leitungen 26-27 durch den Stromimpuls aufgeladen, der durch die Entladung des Kondensators C₁ erzeugt wird. Das verzögert das Erscheinen des niedrigen scheinbaren Widerstands an den Eingangsklemmen der Brücke und verzögert somit die Stromableitung zu dem Kommutierungskreis. Der Wert des Stromimpulses nimmt anschließend unter den Wert des abgeleiteten Stroms ab, d. h. I₅=I₀₂. Etwa zu dieser Zeit (t₄ in Fig. 6e) kehrt sich die Spannung zwischen den Leitungen 26 und 27 um. Der Kondensator C₂ lädt sich dann auf dieses umgekehrte Potential an dem Ausgang des Brückengleichrichters auf, so daß die Geschwindigkeit des Anstiegs der Spannung an der Brücke begrenzt und der Durchbruch der Schalteinrichtung behindert wird. Mit der Diode D₆ in der Schaltung bleibt der Kondensator C₂ entladen, bis der Wert des Stromimpulses unter den Wert des abgeleiteten Stroms sinkt. Die Verwendung der Diode D₆ wird also bevorzugt, weil sie die Stromableitung nicht verzögert. Bei Beendigung des Stromflusses in dem Kommutierungskreis 5 entlädt sich der Kondensator C₂ über den Widerstand R₂. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Schalteinrichtung 9 durch den Widerstand R₂ im wesentlichen überbrückt, und der Kondensator C₂ wird durch die Gleichstromversorgung 28 überbrückt. Die Werte der Widerstände R₂ und R₁ sollten deshalb ausreichend hoch sein, um unerwünschte Effekte zu verhindern. Einige Modifizierungen können an der oben beschriebenen Schaltung vorgenommen werden. Beispielsweise kann der einzelne Widerstand R₂ durch einen ersten Widerstand zwischen den Leitungen 26-27 und einen zweiten Widerstand parallel zu der Diode D₆ ersetzt werden. Taktgesteuerte Schaltkreise könnten zum Aufladen des Kondensators C₁ und zum Entladen des Kondensators C₂ benutzt werden. Ebenso braucht die Diode D₆ nicht in sämtlichen Fällen erforderlich zu sein.

Fig. 3 zeigt schematisch eine alternative Anordnung zum Öffnen der Schalteinrichtung 9 aufgrund des Impulsstromflusses in dem Kommutierungskreis statt einer Betätigung durch die Steuerschaltung 29. Die Schalteinrichtung 9 ist von dem in der weiteren deutschen Patentanmeldung P 37 07 312.5 beschriebenen Typ. Sie umfaßt einen Überbrückungskontakt 12, der von den Schalteinrichtungsklemmen 10 und 11 durch Betätigung des Kontakttreibers 13 schnell weggezogen wird. Letzterer enthält einen Leiter 120, einen Ringkern 132, eine Wicklung 134 und Eingangsklemmen 122 und 123. Der Leiter 120 ist als eine geschlossene Schleife mit dem Überbrückungskontakt 12 angeordnet und um den Ringkern 132 geschlungen. Die parallelen benachbarten Teile des Leiters 120 sind vorzugsweise innerhalb einer magnetischen Vorrichtung (nicht dargestellt) angeordnet. Die Wicklung 134 erstreckt sich um den Ringkern 132 und endigt an den Klemmen 122 und 123. Wie in der weiteren deutschen Patentanmeldung beschrieben, führt das Anlegen eines Stromimpulses an die Klemmen 122 und 123 zu einem Stromfluß in der Schleife, die den Leiter 120 und den Überbrückungskontakt 12 aufweist. Dieser Strom erzeugt eine elektromagnetische Verlagerung der benachbarten parallelen Teile des Leiters 120 und so ein schnelles Trennen des Überbrückungskontakts 12 von den Schalteinrichtungsklemmen 10 und 11. Die Wicklung 134 ist in Reihenschaltung mit der Spule L und der in einer Richtung leitenden Einrichtung SCR₁ gezeigt. Die Wicklung 134 ist an der Klemme 122 über die Leitung 34 mit der Spule L und an der Klemme 123 über die Leitung 33 mit der Anode des Thyristors SCR₁ verbunden. Die Spannungssteuereinrichtung D₅ ist zu der Reihenschaltung aus der Spule L und der Wicklung 134 parallel geschaltet. Die Spule L und der Kontakttreiber 13 sollten so ausgelegt sein, daß der Überbrückungskontakt 12 erst öffnet, wenn der Impulsstrom eine Größe erreicht, die den Wert des Laststroms zur Zeit der Unterbrechung übersteigt.

Fig. 4 zeigt eine alternative Anordnung, in der die Schalteinrichtung 9 eine Festkörperschalteinrichtung statt einer elektromechanischen Schalteinrichtung aufweist. In dieser Ausführungsform weist die Schalteinrichtung einen Thyristor SCR₂ auf. Die Hauptelektroden des Thyristors SCR₂ sind in Reihe mit der gesteuerten Impedanzschaltung 31 zwischen die Lastklemmen 15 und 16 geschaltet. In der Schaltung nach Fig. 4 ist die Anode mit der Leitung 16 und die Katode über die Schaltung 31 mit der Leitung 15 verbunden, so daß der Laststrom über den Thyristor SCR₂ und die gesteuerte Impedanzschaltung 31 fließt. Die Impedanzschaltung 31 ist nicht erforderlich, aber erwünscht, weil sie für eine schnellere Laststromableitung sorgt. Wie oben erläutert, wird durch das Laststromunterbrechungssignal der scheinbare Widerstand an den Eingangsklemmen A-B des Brückengleichrichters 21 drastisch reduziert. Dadurch wird der Laststrom von dem Thyristor SCR₂ zu dem Kommutierungskreis abgeleitet. Der Anodenstrom des Thyristors SCR₂ wird so unter den Haltestromwert des Thyristors SCR₂ reduziert, was bewirkt, daß der Thyristor in den Vorwärtssperrzustand geschaltet, d. h. abgeschaltet wird. Das Laststromunterbrechungssignal vergrößert außerdem den Impedanzwert der gesteuerten Impedanzschaltung 31, so daß die Laststromableitung zu dem Kommutierungskreis und daher auch das Abschalten des Thyristors SCR₂ beschleunigt wird. Die Abschaltkommutierung erfolgt daher automatisch ab der sehr niedrigen Spannung, die von dem Eingang A-B der Brücke über die Leitungen 19-20 an die Schaltung angelegt wird, welche die Anode und die Katode des Thyristors enthält. Diese niedrige Spannung tritt in dem Zeitintervall t₀-t₃ auf, was durch die Linie V _AB in Fig. 6e gezeigt ist. Die Festkörperschalteinrichtung braucht daher keine GTO (gate turn off)-Vorrichtung zu sein.

Fig. 4 zeigt weiter eine Überspannungsschutzschaltung, die einen Kondensator C₃ und einen Widerstand R₃ aufweist, welche in Reihe zwischen die Brückeneingangsleitungen 19 und 20 geschaltet sind. Die Verwendung von solchen RC- Überspannungsschutzschaltungen bei Festkörperschaltungen wie Diodenbrücken ist bekannt. Die Dioden des Brückengleichrichters, z. B. D₂ und D₃, sind einer umgekehrten Spannung ausgesetzt, die einen umgekehrten Erholungsstromübergangsvorgang verursachen und so unerwünschte Effekte an dem Thyristor SCR₂ erzeugen kann. Die Reihenschaltung aus dem Widerstand R₃ und dem Kondensator C₃ begrenzt die Änderungsgeschwindigkeit der an SCR₂ angelegten Spannung.

In Fig. 4 ist die spannungsabhängige Vorrichtung 18 zwischen die Leitungen 26 und 27 geschaltet gezeigt. Sie befindet sich also auf der Ausgangs- statt auf der Eingangsseite der Brücke. Das ist zufriedenstellend, obgleich die Anordnung auf der Eingangsseite gemäß der Darstellung in Fig. 1 bevorzugt wird.

Fig. 5 zeigt eine weitere Alternative, bei der eine in zwei Richtungen leitende Festkörpervorrichtung, d. h. ein Triac 36 benutzt wird. Die Hauptelektroden sind mit den Lastklemmen 15 und 16 verbunden, und die Vorrichtung wird über die Klemme 35 ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 4 gesteuert. Ein solcher in zwei Richtungen leitender Festkörperschalter ist selbstverständlich der in einer Richtung leitenden Vorrichtung nach Fig. 4 in Schaltungen vorzuziehen, welche aus einer Wechselstromquelle gespeist werden. Alternative, in zwei Richtungen leitende Festkörpervorrichtungen, wie beispielsweise gegeneinander geschaltete Thyristoren, können selbstverständlich benutzt werden. Wie mit Bezug auf die Schaltung nach Fig. 4 erwähnt, kann die Stromableitung beschleunigt werden, indem eine gesteuerte Impedanzschaltung in Reihe mit der Festkörpervorrichtung hinzugefügt wird.

Claims

1. Leistungstrennschalter zum Unterbrechen des Laststromflusses in einer Starkstromleitung (17), die eine elektrische Stromquelle mit einer Last verbindet, gekennzeichnet durch:

a) einen Brückengleichrichter (21), der Eingangsklemmen (A, B) und Ausgangsklemmen hat;
b) eine Impulsformeinrichtung (6), welche in einem Stromkreis mit den Ausgangsklemmen des Brückengleichrichters (21) verbunden ist, um einen geschlossenen Schleifenkreis (5) zu bilden;
c) wobei die Impulsformeinrichtung (6) auf ein Laststromunterbrechungssignal hin über den Schleifenkreis (5) einen Stromimpuls liefert, der eine Scheitelgröße hat, die größer ist als die Größe des Laststroms;
d) eine Schalteinrichtung (9), die in Reihe mit der Leitung (17) verbunden ist;
e) wobei die Eingangsklemmen (A, B) des Brückengleichrichters (21) in einem Stromkreis mit der Schalteinrichtung (9) verbunden sind, so daß auf den Stromimpuls hin der scheinbare Widerstand an den Eingangsklemmen (A, B) von einem hohen auf einen sehr niedrigen Wert umgeschaltet und der Laststrom von der Schalteinrichtung (9) zu dem geschlossenen Schleifenkreis (5) abgeleitet wird; und
f) wobei die Schalteinrichtung (9) so aufgebaut ist, daß sie zum Unterbrechen des durch sie hindurchgehenden Laststroms anschließend an den Beginn der Laststromableitung zu dem geschlossenen Schleifenkreis (5) geöffnet werden kann.

2. Leistungstrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsformschaltung (6) einen Stromimpuls über den geschlossenen Schleifenkreis (5) liefert, der eine derartige Zeit-Strom-Beziehung hat, daß bei der Ableitung des Laststroms über den Schleifenkreis (5) die Spannung an den Eingangsklemmen (A, B) des Brückengleichrichters (21) von einem extrem niedrigen Wert auf einen wesentlich höheren Wert erhöht wird.

3. Leistungstrennschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsformschaltung (6) eine Kapazitätseinrichtung (C₁) und eine Induktivitätseinrichtung (L) in Reihenschaltung mit den Ausgangsklemmen des Brückengleichrichters (21) sowie eine Ladeeinrichtung (28) zum Aufladen der Kapazitätseinrichtung (C₁) und eine Entladeeinrichtung, die auf das Stromunterbrechungssignal hin die aufgeladene Kapazitätseinrichtung (C₁) über die vorgenannte Reihenschaltung zur Bildung des Stromimpulses entlädt, aufweist.

4. Leistungstrennschalter nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Spannungssteuereinrichtung (D₅) zum Begrenzen der Geschwindigkeit des Anstiegs der Spannung an den Eingangsklemmen (A, B) des Brückengleichrichters (21), um weiteres Leiten der Schalteinrichtung (9) bei deren Öffnung zu verhindern.

5. Leistungstrennschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungssteuereinrichtung eine erste in einer Richtung leitende Einrichtung (D₅) in Parallelschaltung mit der Induktivitätseinrichtung (L) und so gepolt, daß sie das Leiten des Stromimpulses blockiert, aber anschließend den Strom in einem Schleifenkreis leitet, der die Induktivitätseinrichtung (L) und die erste in einer Richtung leitende Einrichtung (D₅) enthält, aufweist.

6. Leistungstrennschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungssteuereinrichtung eine zweite Kapazitätseinrichtung (C₂) in Parallelschaltung mit dem Brückengleichrichter (21) aufweist, so daß sie durch den Laststrom aufgeladen wird, der von der Schalteinrichtung (9) zu dem geschlossenen Schleifenkreis (5) abgeleitet wird.

7. Leistungstrennschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungssteuereinrichtung weiter eine Widerstandseinrichtung (R₁, R₂) zum Entladen der zweiten Kapazitätseinrichtung (18) und eine zweite in einer Richtung leitende Einrichtung (D₆) in Reihenschaltung mit der zweiten Kapazitätseinrichtung (C₂) und so gepolt aufweist, daß sie die letztgenannte Einrichtung am Aufladen durch den Stromimpuls hindert, der durch die Impulsformeinrichtung (6) gebildet wird.

8. Leistungstrennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (9) trennbare Kontakte (10, 11, 12) und eine Einrichtung (13) zum Trennen der Kontakte aufgrund eines elektrischen Signals aufweist.

9. Leistungstrennschalter nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Signaleinrichtung (29) zum Erzeugen des elektrischen Signals zum Trennen der Kontakte (10, 11, 12), nachdem der Stromimpuls einen Stromwert erreicht hat, der den des Laststroms übersteigt.

10. Leistungstrennschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaleinrichtung (29) das elektrische Signal auf den Stromfluß in dem geschlossenen Schleifenkreis (5) hin erzeugt.

11. Leistungstrennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (9) eine Festkörperschalteinrichtung (SCR₂, 36) aufweist und daß die letztgenannte Einrichtung abgeschaltet wird, wenn der scheinbare Widerstand an den Eingangsklemmen (A, B) des Brückengleichrichters (21) auf einen sehr niedrigen Wert umgeschaltet wird.

12. Leistungstrennschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (18), die spannungsabhängig leitet und zu der Schalteinrichtung (9) und zu dem Brückengleichrichter (21) parallel geschaltet ist, um Restteile des abgeleiteten Laststroms von dem Schleifenkreis (5) abzuleiten, wenn die Spannung an den Eingangsklemmen (A, B) des Brückengleichrichters (21) auf einen vorbestimmten Wert ansteigt, der die Netzspannung übersteigt, welche an der Schalteinrichtung (9) nach dem Öffnen derselben erscheint.

13. Leistungstrennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine gesteuerte Impedanzeinrichtung (31), die in Reihenschaltung mit der Schalteinrichtung (9) verbunden ist, wobei die Eingangsklemmen (A, B) des Brückengleichrichters (21) an die Reihenschaltung aus der Schalteinrichtung (9) und der gesteuerten Impedanzeinrichtung (31) angeschlossen sind und wobei die gesteuerte Impedanz (31) von einem sehr niedrigen Impedanzwert auf einen höheren Impedanzwert auf das Laststromunterbrechungssignal hin umgeschaltet wird, um die Ableitung des Laststroms zu beschleunigen.

14. Leistungstrennschalter nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (29) zum Öffnen der Schalteinrichtung (9), wenn der Laststrom vollständig zu dem Schleifenkreis (5) abgeleitet worden ist.

15. Leistungstrennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine Stromabfühleinrichtung (2) zum Erzeugen eines Signals, das den Wert des Laststroms darstellt, und durch eine Steuerschaltungseinrichtung (29) zum Erzeugen des Laststromunterbrechungssignals, wenn der Laststrom eine vorbestimmte Größe erreicht.

16. Leistungstrennschalter zum Unterbrechen eines Lastwechselstroms durch eine Schalteinrichtung (9), die mit einer Wechselstromquelle und einer Last in Reihe geschaltet ist, wobei der Lastwechselstrom zu einem Schaltkreis (5) abgeleitet wird, so daß minimale Lichtbogenbildung bei dem Öffnen der Schalteinrichtung (9) auftritt, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die Schalteinrichtung (9) mit der Wechselstromquelle und der Last in Reihe schaltbar ist, so daß sie den Lastwechselstrom zu der Last leiten kann;
b) daß der Schaltkreis (5) eine Festkörperschaltungseinrichtung (SCR₁) und eine Impulseinrichtung (6) aufweist;
c) daß die Impulseinrichtung (6) auf ein Laststromunterbrechungssignal hin der Festkörpereinrichtung (SCR₁) einen Stromimpuls liefert, der eine Scheitelgröße hat, die größer als die Größe des Laststroms ist, und eine Dauer, die wesentlich kürzer als die Dauer einer Halbperiode des Lastwechselstroms ist;
d) daß die Festkörperschaltungseinrichtung (SCR₁) Eingänge hat, die in einem Stromkreis mit der Schalteinrichtung (9) verbunden sind, um den Lastwechselstrom von der Schalteinrichtung (9) zu dem Schaltkreis (5) während des Vorhandenseins des Stromimpulses ungeachtet der augenblicklichen Richtung des Lastwechselstroms abzuleiten; und
e) daß die Schalteinrichtung (9) auf das Laststromunterbrechungssignal hin während der Dauer des Stromimpulses geöffnet wird.

17. Leistungstrennschalter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulseinrichtung (6) über den Schaltkreis (5) einen Stromimpuls liefert, dessen Scheitelamplitude wesentlich vor der Beendigung des abgeleiteten Laststromflusses in dem Schaltkreis (5) auftritt, so daß anschließend an das Auftreten der Scheitelamplitude die Spannung an der Festkörperschaltungseinrichtung und daher an der Schalteinrichtung (9) von einem sehr niedrigen Wert auf einen wesentlich höheren Wert erhöht wird.

18. Leistungstrennschalter nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Spannungssteuereinrichtung (D₅) zum Begrenzen der Geschwindigkeit des Anstiegs der Spannung an der Festkörperschaltungseinrichtung, um weiteres Leiten der Schalteinrichtung (9) nach Öffnung derselben zu verhindern.

19. Leistungstrennschalter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulseinrichtung (6) eine Induktivitätseinrichtung (L) und eine erste Kapazitätseinrichtung (C₁), die mit der Festkörper Festkörperschaltungseinrichtung (SCR₁) in Reihe geschaltet sind, eine Ladeeinrichtung (R₁) zum Aufladen der ersten Kapazitätseinrichtung (C₁) und eine Entladeeinrichtung zum Entladen der ersten Kapazitätseinrichtung (C₁) aufgrund eines Laststromunterbrechungssignals aufweist.

20. Leistungstrennschalter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeeinrichtung eine gesteuerte Festkörpereinrichtung aufweist, die mit der Induktivitätseinrichtung (L), der ersten Kapazitätseinrichtung (C₁) und der Festkörperschaltungseinrichtung (SCR₁) in Reihe geschaltet ist, so daß das Durchsteuern der gesteuerten Festkörpereinrichtung aufgrund des Laststromunterbrechungssignals die Kapazitätseinrichtung über die vorgenannte Reihenschaltung entlädt.

21. Leistungstrennschalter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivitäts-, Kapazitäts- und Spannungswerte der Induktivitätseinrichtung (L), der ersten Kapazitätseinrichtung (C₁) bzw. der Ladeeinrichtung (R₁) so gewählt sind, daß der Scheitelwert des Stromimpulses den Wert des Laststroms übersteigt.

22. Leistungstrennschalter nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine Spannungssteuereinrichtung (D₅) zum Begrenzen der Geschwindigkeit des Anstiegs der Spannung an der Festkörperschaltungseinrichtung, um ein weiteres Leiten der Schalteinrichtung (9) nach deren Öffnung zu verhindern.

23. Leistungstrennschalter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungssteuereinrichtung eine in einer Richtung leitende Einrichtung (D₅) aufweist, die in Parallelschaltung mit der Induktivitätseinrichtung (L) verbunden ist, wobei die in einer Richtung leitende Einrichtung (D₅) so gepolt ist, daß sie das Leiten des Stromimpulses blockiert, anschließend aber den Strom in einem Schleifenkreis leitet, der die Induktivitätseinrichtung (L) und die in einer Richtung leitende Einrichtung (D₅) enthält.

24. Leistungstrennschalter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungssteuereinrichtung eine zweite Kapazitätseinrichtung (C₂) enthält, die in Parallelschaltung mit der Festkörperschaltungseinrichtung verbunden ist, um so den Anstieg der Spannung an den Eingängen der Festkörperschaltungseinrichtung zu steuern.

25. Leistungstrennschalter nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch eine zweite in einer Richtung leitende Einrichtung (D₆), die in Reihenschaltung mit der zweiten Kapazitätseinrichtung (C₂) verbunden und so gepolt ist, daß sie das Aufladen der vorgenannten Einrichtung aus der ersten Kapazitätseinrichtung (C₁) verhindert.

26. Leistungstrennschalter nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch eine Widerstandseinrichtung (R₂) zum Entladen der zweiten Kapazitätseinrichtung (C₂).

27. Leistungstrennschalter nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert der Widerstandseinrichtung (R₂) ausreichend hoch ist, um die Laststromableitung über ihn zu minimieren.

28. Leistungstrennschalter nach einem der Ansprüche 16 bis 27, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (31) mit gesteuerter Impedanz, die in Reihenschaltung mit der Schalteinrichtung (9) verbunden ist, wobei die Festkörperschaltungseinrichtung in einem Stromkreis mit der Schalteinrichtung (9) und mit der Einrichtung (31) mit gesteuerter Impedanz verbunden ist, um den Laststrom aus der Schalteinrichtung (9) zu dem Schaltkreis (5) abzuleiten, wenn die gesteuerte Impedanz durch das Laststromunterbrechungssignal von einem sehr niedrigen Impedanzwert auf einen höheren Impedanzwert umgeschaltet wird.

29. Leistungstrennschalter nach einem der Ansprüche 16 bis 28, gekennzeichnet durch eine Laststromabfühleinrichtung (2) und durch eine Steuerschaltungseinrichtung (29) zum Erzeugen des Laststromunterbrechungssignals, wenn der Laststrom eine vorbestimmte Größe erreicht.

30. Leistungstrennschalter nach einem der Ansprüche 16 bis 29, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die spannungsabhängig leitet und zu der Festkörperschaltungseinrichtung und zu der Schalteinrichtung (9) parallel geschaltet ist, um aus dem Schaltkreis (5) Restteile des abgeleiteten Laststroms abzuleiten, nachdem die Spannung an der Festkörperschaltungseinrichtung einen vorbestimmten Wert erreicht hat, der die Netzspannung übersteigt, welche an der Schalteinrichtung (9) nach dem Öffnen derselben erscheint.

31. Leistungstrennschalter zum Unterbrechen des Laststromflusses in einer Starkstromleitung, gekennzeichnet durch:

a) einen Brückengleichrichter (21), der Eingangsklemmen (A, B) und Ausgangsklemmen hat;
b) eine Kapazitätseinrichtung (C₁), eine Induktivitätseinrichtung (L) und eine gesteuerte Festkörpereinrichtung (SCR₁), die mit den Ausgangsklemmen des Brückengleichrichters (21) in Reihenschaltung verbunden ist;
c) eine Ladeeinrichtung (28) zum Aufladen der Kapazitätseinrichtung (C₁),
d) eine Einrichtung (29) zum Durchsteuern der gesteuerten Festkörpereinrichtung (SCR₁) auf ein Laststromunterbrechungssignal hin, um die Kapazitätseinrichtung (C₁) über die vorgenannte Reihenschaltung zu entladen;
e) eine Schalteinrichtung (9), die in Reihenschaltung mit der Starkstromleitung (17) verbunden ist;
f) wobei die Eingangsklemmen (A, B) des Brückengleichrichters (21) in einem Stromkreis mit der Schalteinrichtung (9) verbunden sind, um den Laststrom von der Schalteinrichtung (9) über die vorgenannte Reihenschaltung abzuleiten; und
g) eine Einrichtung (13) zum Öffnen der Schalteinrichtung anschließend an das Auftreten des Laststromunterbrechungssignals.