<Desc/Clms Page number 1>
Einrichtung zum Schutz einer elektrischen Anlage gegen Überspannungen
EMI1.1
niedrig gewählt, dass die Schutzeinrichtung bei Schaltüberspannungen wirksam werden kann. Da die Schaltüberspannungen eine niedrigere Amplitude haben als Überspannl1ngen atmosphärischen Ursprungs, spricht die Funkenstrecke auch bei solchen Überspannungen an, die nicht über den Widerstand, sondern über einen andern gebräuchlichen Überspannungsableiter abgeleitet werden sollen. Auch diese Einrichtung weist daher unnötigen Verschleiss der in ihr enthaltenen Funkenstrecke und Widerstand auf.
Bei einer dritten bekannten Einrichtung liegt sowohl eine Funkenstrecke wie auch ein Hilfsschalter in Reihe mit einem Widerstand, wobei der Schalter kurzzeitig geöffnet wird, wenn ein mit dem Schalter in Reihe geschaltetes Relais von einem Ableiterstrom durchflossen wird. Diese Anordnung ist durch die Verwendung sowohl eines Schalters wie auch einer Funkenstrecke besonders kompliziert, und weist ausserdem wie die zuvor genannte den Nachteil auf, dass die Funkenstrecke und der Widerstand auch an
<Desc/Clms Page number 2>
der Ableitung atmosphärischer Überspannungen teilnehmen muss.
Die Einrichtung nach der Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie besteht aus Widerstand und Fun- kenstrecke und unterscheidet sich von den genannten Anordnungen und von normalen Überspannungsab- leitern dadurch, dass die Ansprechspannung der Funkenstrecke an die gerade vorhandenen Bedingungen angepasst wird. Stationär hat die Ansprechspannung einen hohen Wert, und dabei hat die Einrichtung eine Löschspannung, die im wesentlichen mit der Löschspannung eines normalen Ventilabieiters übereinstimmt, der an die Nennspannung der Anlage angepasst ist. Für die Einrichtung ist kennzeichnend, dass die Ansprechspannung der Funkenstrecke im Zusammenhang mit der Ausschaltung des Leistungsschalters kurzzeitig gesenkt wird.
Der niedrige Wert der Ansprechspannung soll so angepasst sein, dass die Schutzein- richtung bei Schaltüberspannungen in Tätigkeit tritt, die beim Schalten des Schalters auftreten, zu dem der Überspannungsschutz gehört. Zum Unterschied von parallel zu den Schalterkontakten geschalteten Schutzwiderständen ist die Schutzeinrichtung bedeutend einfacher und billiger. Sie kann auch ausgewechselt werden, ohne dass der Leistungsschalter längere Zeit ausser Betrieb genommen zu werden braucht.
Zum Unterschied von Einrichtungen mit einem Hilfsschalter und bzw. oder mit einer Funkenstrecke konstanter Ansprechspannung, die in Reihe mit dem Widerstand geschaltet sind, weist die Einrichtung gemäss der Erfindung wieder den Vorteil auf, dass sie einerseits nur in Tätigkeit zu treten braucht, wenn Schaltüberspannungen wirklich auftreten, und dass sie anderseits nicht bei atmosphärischen Überspannungen in Tätigkeit zu treten braucht, wenn diese mit Hilfe eines gebräuchlichen Überspannungsableiters abgeleitet werden sollen. Beide Vorteile äussern sich in einem geringeren Verschleiss der in der Einrichtung enthaltenen Elemente.
Die Festlegung der Ansprechspannung der Einrichtung im stationären Zustand und bei arbeitendem Schalter erfolgt unter Berücksichtigung der Koordination mit dem Isolationspegel der Anlage. Als Mass für diesen Pegel gibt es Festigkeitsprüfungen mit betriebsfrequenter Wechselspannung und mit genormter Stossspannung, die das Material. gemäss geltenden Normen aushalten soll. Die Stossspannung entspricht im wesentlichen der Festigkeit gegen kurzzeitige atmosphärische Überspannungen und stellt den höchsten Wert dar. Der Scheitelwert der betriebsfrequenten Prüfspannung ist nennenswert niedriger und die Festigkeit des Materials gegen Schaltüberspannungen von der Art, wie sie bei Arbeiten des Schalters auftreten, liegt zwischen den angegebenen Werten. Mit Rücksicht hierauf wird gemäss der Erfindung die Einrichtung mit folgenden Daten bemessen.
Die Ansprechspannung wird bei arbeitendem Schalter auf einen Wert ge- senkt, der höchstens gleich der betriebs frequenten Prüfspannung der Anlage ist. Der Wert der stationären Ansprechspannung kann nach zwei verschiedenen Alternativen gewählt werden. In dem einen Fall geht man davon aus, dass ausser der Schutzeinrichtung gemäss der Erfindung, ein für den Schutz gegen atmosphärische Überspannungen vorgesehener Ventilableiter zwischen Phase und Erde angeschlossen ist. In die- sem Fall soll die Überspannungsschutzeinrichtung gemäss der Erfindung nicht an demAbleiten atmosphärischer Überspannungen teilnehmen und die stationäre Ansprechspannung wird daher höher gewählt als die des genannten Ventilableiters.
Bei der ändern Alternative dient dagegen die Überspannungsschutzeinrichtung gemäss der Erfindung gleichzeitig als Ableiter für atmosphärische Überspannungen. In diesem Falle wird die stationäre Stossansprechspannung der Schutzeinrichtung so bemessen, dass sie niedriger ist als die Stossansprechspannung der zu schützenden Anlage. Das bedeutet, dass die Ansprechspannung im wesentlichen gleich der eines normalen Ventilableiters ist, bevor die stationäre Ansprechspannung im Zusammenhang mit dem Ausschalten des Schalters kurzzeitig gesenkt wird.
Die beigefügte Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung der Erfindung.
Ein Pol l eines Druckluftschalters ist mit einer V-förmigen Schalteinrichtung versehen, die aus zwei in Reihe geschalteten Schaltstellen 2 besteht. Diese haben die Aufgabe, einen betriebsfrequenten Strom in einer elektrischen Hochspannungsanlage zu unterbrechen. Die Schalteinrichtung ist über einen hohlen
EMI2.1
ebenso wie derDrucklufttank 6 des Schalters, auf einem Sockelteil 7 und auf dem Fundament 80 Die eine Schaltstelle der Schalteinrichtung ist mit Hilfe einer leitenden Verbindungsschiene 9 mit einem Überspannungsableiter 10 verbunden, der mit Hilfe der Trageinrichtungen 11 auf dem Drucklufttank 6 ruht.
Der Überspannungsableiter besteht aus einem Porzellangehäuse 12.. in dem ein oder mehrere Funkenstreckenstapel 13 und nicht gezeigte spannungsabhängige Widerstände montiert sind. Der Behälter 14, in dem sich der Funkenstreckenstapel 13 befindet, steht über das Ventil 15 und die Rohrleitung 16 in Verbindung mit dem Drucklufttank 60 Der Behälter 14 steht weiterhin über das Entleerungsvsntil 17 in Verbindung mit der Aussenluft, die sich unter atmosphärischem Druck befindet. Der Abschaltmagnet 18 am Steuerventil 4 des Schalters und der Magnet 19 am Füllventil 15 der Funkenstrecke stehen über elektrische Leitungen 20 und den Kontakt eines Relais 21 in Verbindung mit einer Stromquelle 22.
Die Druckluft im Tank 6 steht normal über das Ventil 15 in Verbindung mit dem Funkenstrecke-
<Desc/Clms Page number 3>
stapel 13 des Ableiters. Der Magnet 19 dieses Ventils erhält Steuerimpuls über das Relais 21 gleichzeitig mit dem Abschaltmagnet 18-des Schalters. Wenn der Magnet 18 an Spannung gelegt wird, wird das Ventil 23 in der Antriebseinrichtung des Schalters über die Servoventile 24 und 25 geöffnet. Hiedurch wird das Löschluftrohr 26 in Verbindung mit dem Tank gebracht, wodurch Druckluft nach den Schaltstellen 2 der Schalteinrichtung gelangt, die nicht gezeichneten Schaltkontakte geöffnet werden und der Betriebsstrom durch den Schalter unterbrochen wird.
Ungefähr gleichzeitig mit dem Abschaltmagneten 18 des Schalters erhält der Magnet 19 am Füllventil 15 de} Funkenstrecke Spannung und beeinflusst die Spindel des Servoventils 27. Hiedurch kann nicht länger Druckluft über das Rohr 28 die Membran 29 beaufschla- gen, und die Spindel des ändern Servoventils 30 bewegt sich abwärts. Dieses unterbricht dann die Druckluftzufuhr nach dem Raum unterhalb der Membran 31 und das Hauptventil 32 wird mit Hilfe der Kraft der Druckfeder 33 abwärts verschoben. In dieser Weise wird der Zufluss vom Tank 6 nach dem Gehäuse 14 des Funkenstreckenstapels 13 unterbrochen. Da die Spindel des Hauptventils 32 abwärts bewegt wurde, begann auch Zufuhr von Luft vom Tank 6 durch das Rohr 16, den Luftkanal 34, nach dem Raum 35 im Entleerungsventil 17.
Hiedurch. wird eine der Kraft der Feder 36 entgegengerichtete, nach unten wirkende Kraft auf die Steuermuffe 37 ausgeübt. Diese bewegt sich abwärts und die bisher geschlossene Verbindung zwischen der Steuermuffe 37 und dem Ventilgehäuse 38 wird nun an der Fläche 39 geöffnet. Durch diese Öffnung wird nun Luft aus dem Behälter 14 der Funkenstrecke 13 ins Freie geleitet. Wenn der Relaiskontakt 21 öffnet, werden die Magnete 18 und 19 spannungslos. Dadurch wird einerseits das Steuerventil 4 des Schalters geschlossen und die Löschluft nach den Schaltstellen 2 unterbrochen, anderseits gehen die Servoventile und das Hauptventil im Füllventil 15 des Ableiters in ihre ursprünglichen, gezeichneten Stellungen zurück.
Das bedeutet, dass die Verbindung zwischen dem Behälter 14 des Funkenstreckenstapels 13 und der umgebenden Aussenluft dadurch unterbrochen wird, dass das Entleerungsventil 17 in seine gezeichnete Stellung zurückkehrt. Es bedeutet weiterhin, dass die Verbindung zwischen dem Tank 6 und dem Behälter 14 aufs Neue geöffnet wird und dass dieser Raum mit Druckluft gefüllt wird.
Die Arbeitsweise des Füllventil 15 und des Entleerungsventils 17 hat zur Folge, dass der Funkenstreckenstapel 13 stationär unter dem Druck des Drucklufttanks ! 3 steht, der höher als der Atmosphärendruck ist. Die stationäre Ansprechspannung der Funkenstrecke und damit die stationäre Ansprechspannung des Ableiters 10 haben demnach verhältnismässig hohe Werte. Dieser Wert der stationären Ansprechspannung wird, wie einleitend angegeben, abhängig davon gewählt, ob ein für den Schutz gegen atmosphä- rische Überspannungen bestimmter Ventilableiter in der Hochspannungsanlage eingeschaltet ist.
Ist ein solcher Ableiter vorhanden, so soll der Überspannungsableiter 10 nicht an der Ableitung atmosphärischer Überspannungen teilnehmen und die stationäre Ansprechspannung wird daher höher gewählt als die des genannten Ventilableiters. Soll dagegen der Überspannungsableiter 10 auch als Ableiter für atmosphärische Überspannungen dienen, wird die stationäre Stoss spannung so bemessen, dass sie niedriger ist als die Stossprüfspannung der zu schützenden Anlage. Wie oben gezeigt, wird der Behälter 14 beim Abschal- ten des Schalterpoles 1 von Druckluft entleert und die Ansprechspannung des Funkenstreckenstapels 13 und damit des Ableiters 10 wird erniedrigt. Die Funkenstrecke 13 wird so bemessen, dass die dann erhaltene Ansprechspannung einen Wert besitzt, der höchstens gleich dem betriebsfrequenten Prüfspannungswert der Anlage ist.
Dadurch, dass die Ansprechspannung des Ableiters 10 bei Schalterabschaltung erniedrigt wird, sinkt auch in gewissem Masse die Löschspannung des Ableiters. Da der Behälter 14 nach der Schalterabschaltung schnell gefüllt wird, steigen jedoch wieder die Ansprechspannung und die Löschspannung des Ableiters, und der Ableiter 10 löscht sicher. Die Wiederherstellung der hohen Ansprechspannung kann dadurch beschleunigt werden, dass der Magnet 19 etwas früher als der Magnet 18 spannungslos gemacht wird.
Es ist natürlich nicht notwendig, den Schalter 1 und den Überspannungsableiter 10 konstruktiv zu vereinigen. Der Ableiter 10 kann statt dessen als eine getrennte Konstruktionseinheit ausgeführt werden, die mit Druckluft entweder aus dem Drucklufttank des Schalters oder aus einem besonderenDrucklufttank gespeist wird. Natürlich braucht der Magnet 19 des Füllventil nicht an denselben elektrischen Stromkreis angeschlossen zu werden, der den Abschaltmagnet 18 des Schalters speist. Getrennte Steuerkontakte kön- nen die Steuerimpulse nach diesen Magneten im wesentlichen gleichzeitig geben. Die Erniedrigung der stationären Ansprechspannung des Ableiters kann auch erfolgen, ohne dass eine in einem Behälter eingeschlossene Funkenstrecke kurzzeitig von einem Gasdruck entlastet wird, der höher ist als der Atmosphärendruck.
Die Funkenstreckenelektroden können beispielsweise in bezug aufeinander verschiebbar sein.
In stationärem Zustand haben dann die Elektroden einen gewissen Abstand voneinander und dieser Abstand wird beim Abschalten des Schalters, dessen Schaltüberspannungen unschädlich gemacht werden sollen, kurzzeitig verringert. Hiedurch wird ebenfalls die stationäre Ansprechspannung des Ableiters erniedrigt, Die Erfindung kann auch im Zusammenhang mit Schaltern verwendet werden, bei denen der Betriebsstrom mit Hilfe eines andern Mediums als Druckluft unterbrochen wird. Wenn beispielsweise ein ölarmer Schal-
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
gezogen werden. Ist der Schalter mit einer Antriebseinrichtung anderer Art versehen, kann der Ableiter von einem andern Druckluftsystem oder einer vollständig getrennten Drucklufteinrichtung mit Druckluft versehen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Schutz einer elektrischen Anlage gegen Überspannungen beim Ausschalten eines Leistungsschalters, welche Einrichtung einen aus Widerstand und Funkenstrecke bestehenden, zwischen einer Schalterklemme und Erde eingeschalteten Überspannungsschutz enthält, dadurch gekennzeichnet, dass Organe angeordnet sind, die die stationäre Ansprechspannung der Funkenstrecke im Zusammenhang mit dem Ausschalten des Leistungsschalters kurzzeitig senken.