Anordnung zum Prüfen von elektrischen Stromimterbrechern, insbesondere von Hochspannungs-Hochleistungsschaltern.
Die Erfindung-betrifft eine Anordnung zum Prüfen des Abschaltvermogens von elek trischen Stromunterbrechern, insbesondere von Hochspannungs-Hochleistungsschaltern. Das Ahsehaltvermögen dieser Apparate wird dabei bestimmt durch das Produkt des abzuschal- tenden Stromes und der nach der Stromunter breehung auftretenden wiederkehrenden Spannung.
Neuzeitliehe Hochspannungssehalter werden für grosse Schaltleistungen gebaut, und zwar bedingt durch die Zusammenballung grosser Kurzsehlussleistungen infolge der Ver masehung der Netze. Es ist daher mit Rüeksicht auf den Kostenaufwand für entspre chende Prüfsätze nicht mehr möglich, diese Sehaltapparate direkt mittels eines Kurzschlu#- generatoraggregates zu prüfen. Ebenso kommt eine Prüfung im Netz paraktisch kaum in Betracht, weil sie nicht ohne Gefahr für die Stromversorgung grosser Gebietsteile durch- führbar ist.
Aus diesem Grunde hat man bereits frühzeitig Prüfanordnungen entwickelt, bei denen der Absehaltstrom einer Energiequelle hoher Stromstärke, aber geringer Spannung entnommen wird. Die Spannungsbeanspruchung durch die wiederkehrende Spannung dagegen wird in der Weise nachgeahmt, dass naeh der Stromunterbrechung eine entsprechend hohe Spannung an die Kontakttrennstelle gelegt wird, die einer zweiten Energiequelle mit hoher Spannung, aber geringer Stromstärke entnommen wird. Es ist daher ausreichend und bekannt, als Prüfspannung eine Stossspannung zu benutzen. Für das zeitgerechte Einsetzen des Prüfspannungsstosses sind dabei besondere Zünd-bzw. Steuerkreise vorgesehen.
Derartige Prüfanordnungen mit getrennten Strom-und Spannungsprüfkreisen gewährleisten aber nur dann eine vollgültige Prüfung, wenn dafür gesorgt wird, dass die Prüfung hinsichtlieh der Strom-und Span nungsbeanspruchung des Prüflings möglichst unter genau den gleichen Bedingungen erfolgt, denen später die Schalter im Netzbetrieb ausgesetzt sein können. Dabei ist anderseita Vorsorge zu treffen, dass nicht die hohe Prüfspannung beim Anlegen an die Kontakttrennstelle nach erfolgter Stromunterbrechung auch in den den Abschaltstroin liefernden Stromkreis übertritt, der für diese hohe Spannung nicht isoliert ist.
Von den zahlreich bekannt gewordenen Prüfsehaltungen ist in dieser Hinsicht eine Anordnung vorteilhaft, bei der in Reihe mit dem Prüfling eine zweite Sehaltstrecke vorgesehen ist, deren Aufgabe darin besteht, den den Prüfstrom liefernden Kreis nach erfolgter Stromunterbreehung abzuschalten, damit nunmehr die hohe Prüfspannung an die zu prüfende Kontakttrennstelle gelegt werden kann.
Da jedoch dieser Prüfspannungsstoss die für kleinere Spannung isolierte Strom quelle grosser Stromstärke in keinem Falle beanspruehen darf, muss die Serienschal. tstrecke entweder sieherer arbeiten als der Prüfling, was beim Erreichen der Grenzlei- stung nicht mehr ohne weiteres gewährleistet ist, oder aber man muss zwischen dem nul- durchgang des Absehaltstromes und dem Anlegen der die wiederkehrende Spannung verkörpernden hohen Prüfspannung eine kurze Pause einlegen, um der Serienschaltstrecke Gelegenheit Zll geben, eine genügend hohe Spannungsfestigkeit zu erlangen.
Highdurch aber werden die Prüfbedingungen, wenn aueh nur geringfügig, so doch gerade in dem kritischen Zeitpunkte der Prüfung gegenüber den tatsäehlieh im Netzbetrieb möglieherweise auftretenden Bedingungen etwas abgewandelt t und dadurch der Wert der vorgenommenen Schalterprüfung herabgesetzt.
Da ein wesentlieher Teil der Schlaterbean spruehung sieh auf den Bereich kurz vor und kurz naeh dem Nulldurchgang des Stromes erstreekt, ist im Anschlu# an bekannte Sehaltungen für die Prüfung von Schlatern vorgeschlagen worden, eine Prüfsehaltung in Form eines Schwingkreises höherer Frequenz anzuwenden. Hierbei lässt sich ein an die Originalbeanspruchung angepasster steiler Abfall des Stromes vor dem Nulldurchgang und eine unmittelbar ansteigende wiederkehrende Spannung an der Kontakttrennstelle erreichen.
Die Erfindung bezweckt, diesen bekannten Prüfanordnungen gegenüber in erster Linie die richtige strom- und spannungsmässige Beanspruchung des zu prüfenden Stromunterbreehers sicherzustellen. Sie erreicht dies dadurch, dass bei einer Prüfanordnung, bei der der Prüfstrom und die Prüf Spannung getrenn- ten Energiequellen entnommen werden, er findungsgemäss dem Prüfstrom kurz vor seinem Nulldurchgang ein Stromimpuls klei- nerer Amplitude, aber höherer Frequenz so überlagert wird, dass der resultierende Strom im Prüfsehalter die Nullinie mit der richtigen, der Amplitude des Kurzschlu#stromes ent spreehenden Neigung dI/dt erreicht.
Die Hoeh spannungsstromquelle ist zweckmässig so bemessen, dass sie unabhängig von der Kurzschlussstromquelle der Unterbreehungsstreeke des Prüflings einen Strom aufzwingt, der mindestens den Augenblickswerten des auftretenden Kurzschlu#stromes vor dem Null- durehgang entsprieht.
UmdieIIoehstromquellevor der hohen Prüfspannung zu schützen, kann in bekannter Weise in Reihe mit dem Prüfling eine zweite Unterbrechungsstrecke zum Abtrennen der den Prüfstrom liefernden Energiequelle vor dem Anlegen der hohen Prüfspannung an die Schaltstrecke des Prüflings vorgesehen sein.
Dabei wird der Stromimpuls höherer Fre quenz so über beide Unterbrechungsstrecken geführt, dass der Prüfstrom beim Stromnull- durchgang an dem Prüfling zeitgerecht mit der richtigen Neigung auf die Nullinie auftrifft, an der mit ihm in Reihe liegenden Schaltstreeke dagegen vorzeitign durch Null geht.
Die Erfindung wird naehstehend an Hand der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.
Entsprechend Fig. 1 besteht die Prüfanordnung aus dem Stromkl eis 1 dem Spannungskreis 2 und dem Steuerkreis 3. Der Stromkreis enthält den Transformator 4, des- sen Leistung so bemessen ist, dass der ge wünschte Kurzsehlussstrom geliefert wird, und zwar bei einer Spannung, die gro# geoug ist, um den Kurzschlu#strom von der Lichtbogenspannung der Schalterkontakte im we sentlichen unabhängig zu machen. Bei Pre#- luftschaltern werden weniger als 10 kV ausreichend sein. weil die Liehtbogenspannung in diesem bis zum Nulldurchgang konstant ist und etwa 1, 5 bis 2 kV beträgt.
Bei Flüssigkeits sehaltern mit starkstromabhängiger Brenn- spannung wird man hoher gehen. Jedoeh wird bei der erfindungsgemässen Anordnung er reieht, da# das kritische Stromgebiet vor dem Nulldurehgang nicht mehr dureil den Kurz- schlusstransformator bestimmt ist.
Der Kurz- sehlussvorgang wird eingeleitet durch das
Schliessen des Sehalters 5, worauf sich die beiden Schaltstreeken 6 und 7 des zu prüfen- den Sehalters dureh die übliche Automatik offnen. Dabei ist die Schaltstrecke 6 der eigentliehe Prüfling, während die Sehaltstrecke 7 einen andern, für die Prüfung un henutzten Sehaltpol bildet, der den Schutz des Hochstrom-oder Kurzschlusskreises 1 vor der Hoehspannung zu übernehmen hat.
Die Energiequelle 2 für den Spannungs kreis bildet der Kondensator 8, der durch einen Hoehspannungswandler 9 über das Ventil 10 aufgeladen wird. Die im Kondensator gespeieherte Energie soll gross genug sein, damit kurz vor dem Nulldurehgang des Kurz- schlussstromes diesem ein Zusatzstrom überlagert werden kann, von einer Amplitude, die etwa den Momentanwerten des vom Transformator 4 gelieferten Hauptstromes entspricht.
Die Entladung des Kondensators 8 über die Drossel 11 wird durch die Zündung der Ventilstrecke 12 eingeleitet, die von dem Zündkreis 3 sichergestellt wird. Durch diesen stromstoss über die jetzt parallelliegenden Sehaltstrecken 6 und 7 werden drei wichtige Funktionen erfüllt, und zwar wird zunächst der Stromflu# durch den Prüfling 6 nicht dureh den mit kleiner Spannung arbeitenden Stromkreis 1 bestimmt, sondern im kritischen Gebiet kleiner Amplitudenwerte, in dem die Liehtbogenspannung unter Umständen stark ansteigen kann, von der hohen treibenden Spannung des Kreises 2. Der Zusatzstrom addiert sich also im Prüfling 6 zum Haupt- strom.
Weiter wird die abfallende Flanke des Stromes und die auftreibende Sprungspan- nung nach dem Nulldurchgang nieht willkürlieh aneinandergereiht, sondern in derselben Weise funktionell miteinander verbunden wie im Netzbetrieb. Schlie#lich vermindert der Zusatzstrom, der über die Kontakte des Serienschalters 7 geführt wird, an diesem den Hauptstrom und schafft einen Nulldurch- gang, in dem die Abtrennung des Stromkrei ses zwanglos und sieher erfolgt.
Im einzelnen ist der Vorgang dabei der, da# beim Auslosen des Hochspannungskreises 2 der Strom über beide Schaltstrecken 6 und 7 fliesst, und zwar bei der Schaltstrecke 6 in Richtung des Kurzsehlussstromes und bei der Schaltstrecke 7 in Gegenrichtung, wie aus Fig. 2a und 2b hervorgeht. In Fig. 2a bedeutet Ik den Kurzschlussstrom (Hauptstrom), der die beiden Schaltstrecken 6 und 7 gleich- zeitig durchfliesst. I6 und I7 sind-nur schematisch angedeutet-die Ströme aus dem Hochspannungskreis.
Die Verhältnisse kurz vor dem letzten Nulldurchgang dieses Kurzschlussstromes, wo sich dem abfallenden Kurzschlussstrom der Stromimpuls kleinerer Amplitude, aber höherer Frequenz iiberlagert, sind in Fig. 2b gesondert dargestellt. Für den Strom aus der Hochspannungsquelle erscheinen die Schaltstrecken 6 und 7 parallel geschaltet, so dass eine Stromverteilung erfolgt. In dem Zweig mit der Schaltstrecke 7 flirt der Teilstrom I7 dem Hauptstrom Il { entgegen. In der Schaltstrecke 6 haben Ik und der andere Teilstrom I6 die gleiche Richtung.
An der Schaltstrecke 6 erfolgt somit eine Addition der Augenblickswerte, in der Schaltstrecke 7 dagegen eine Subtraktion der Augenblickswerte, deren Ergebnis durch die Kurve Ik' dargestellt ist. Die gestrichelte Kurve I7' dient zur leichteren Bestimmung des Nullpunktes des in der Schaltstrecke 7 durch Null gehenden Kurzschlussstromes.
Durch den Wegfall des Teilstromes I7 nach der Offnung der Schaltstrecke 7 steigt die Spannung im Kondensator 8 geringfügig an, so dass der nunmehr allein fliessende Strom 1 ebenfalls geringfügig stärker wird. Dieser mit I6'bezeichnete Strom ist dann der Strom, in den der Kurzschlussstrom Z nach seiner Umwandlung in Ik'übergeht. Die zeitliche Differenz zwischen den Nulldurchgängen der Stroma in den Schaltstrecken 6 und 7 ist mit t bezeichnet. Diese Zeitdifferenz ist von der Grösse des Teilstromes I7, die wiederum durcli die Höhe der Reaktanzen im Stromkreis 1 bestimmt ist, abhängig.
Bei grossen Ströme 17 wird die Zeitdifferenz t grösser, bei kleinen Strömen I7 wird die Zeitdifferenz entsprechend kleiner.
Die Löschbedingungen für die Schalter- strecke 7 sind günstig, da als wiederkehrende Spannung nur der Scheitelwert der Spannung des Kurzschlusstransformators auftritt. Es ist also damit zu 1 rechnen, da# die Linter- brechung gelingt und bis zum Auftreten der Sprungspannung eine Ruhezeit eintritt, in der die elektrisehe Festigkeit dieser Sehalt streeke völlig hergestellt ist. Über die Strecke 6 fliesst nach dem Lösehen der Schaltstreeke 7 ein geringfügig erhöhter Stromimpuls aus s dem Spannungskreis 2. Man hat es durez.
Dimensionierung der Schwingkreisinduktivität 11 in der Hand, den kritischen Wert des (-)kurzvordemNulldurehgangzu variie \/ ren. Nach dem Nulldurehgang des Stromimpulses höherer Frequenz erseheint die Spannung des umgeladenen Kondensators als Sprungspannung, wobei ihre Einschwingfre quenz durch gegen Erde geschaltete Zusatzkapazitäten den im Netz praktisch auftretenden Einschwingfrequenzen angepasst werden kann.
Für den Fall der Wiederzündung des Prüflings wird der Stromkreis für den höher frequenten Strom über die Schutzdrossel D@ die Primärwicklung des Transformators 21, die Erdverbindung und das Ventil 13 3 geschlossen. Das Ventil 12 ist in diesem Fall gesperrt, da es den Strom nur in einer Richtung durchlä#t. Das Ventil 13 ermäglicht zusammen mit dem Ventil 1 2 eine mehralige Schwingung des Stromes in Kreis 2, was für Prüfungen wichtig ist, bei denen der Schalter z. B. erst naeh mehrmaligem Strommulldurchgang endgültig unterbrochen werden soll.
Die Anstiegsgeschwindigkeit dieses Rüekzündungs- stromes, auf die es unter Umständen auch ankommen kann, lä#t sieh weitgehend dadurch variieren, dass das Ventil an eine An zapfung der Sehwingdrossel angeschlosson wird.
Die Umladung des Kondensators 8 braucht praktisch nur einmal vorgenommen zu werden, wenn es sich bei den Prüflingen um Schalter handelt, bei denen man mit einer sicheren Unterbrechung im ersten Nulldureh- gang naeh der Kontakttrennung reehnet, so dass also auch eine minmalige Wiederazüng als ein Versager angesehen wird.
Handelt es sich dagegen um Sehalter, bei denen man bei der betriebsmässigen Abschal- tung z. B. erst bei dem dritten Stromnulldurchgang mit der endgültigen Stromunterbreehung rechnet, so ist es zweekmässig, wie vorher erwähnt, dafür wu sorgen, dass die Spannungsprüfung erst bei diesem Nulldurch- gang vor sieh geht. Diese Möglichkeit des Vorgages bedeutet eine Vereinfaehung des Zündkreises 2 für das Ventil 12, das durch das antiparallele Ventil 13 überbrückt ist, damit im Falle einer Wiederzündung des Prüflings der Rückstrom in voller Hoche fliessen kann.
Der Zünkeis 3 hat sieherzustellen, dass der Zündeinsatz des Ventils 12 kurz nach dem Öffnen der Kontakte einige elektrische Grade vor dem Nulldurchgang des Kurzschlussstromes erfolgt. Als Kriterium für die Öffnung der Kontakte wird die Liehtbogenspannung an den Schalterstrecken gegen Erde benutzt, und zwar an dem Kondensator 14, der unter Umständen ein Glied eines kapazitiven Spannungsteilers ist. Unmittelbar lässt sich diese Spanung nur dann als Zündspannung verwendcn, wenn das Trennen der Kontakte immer bei einer Stromriehtung erfolgt.
Da das nieht vorausgesetzt werden soll, die Spannung also sowohl positiv als auch negativ gegen Erde sein kann, werden von den Teilspannungen 15 bzw. 16 die Gitter der im Gegentakt geschalteten Röhren 17 bzw. 18 erregt, so dass in jedem Fall an dem gemeinsamen Anodenwiderstand 19 ein einsinniger Impuls entsteht, der entgegen der sperrenden Vorspannung 20 das Ventil 12 zündbereit macht. Der eigentliehe Zündimpuls wird durch den Kurzschlussstrom selbst ausgelöst, der über den Wandler 21 den gesättigten Transformator 22 erregt, so dass hier in der Umgebung des Nulldurehganges bei der Ummagnetisierung ein Zündimpuls für 12 erzeugt wird.
Die genaue Lage des Zündimpul- ses in bezug auf den Nulldurchgang wird durch die Vormagnetisierungswieklung 23 eingeregelt.
Die Ventilstrecke 12 und die antiparallele Ventilstreeke 13 können als Quecksilberdampf
Hochspannungsventile ausgeführt werden, wobei die Präzision des Zündeinsatzes ohne weiteres gesichert ist. Wenn man annimmt, da# die Sperrspannung 250 kV betragen soll, die als Sprungspannung von einer Sehalterstreeke ausgehalten werden sollen, und die Amplitude des Zündstromes 5 to des Kurz- sehlussstromes sein soll, so erhält man bei den zu beherrschenden Maximalstromen eine Ventilbelastung mit 1000 Amax. Die Ventile sind sperrspannungsmässig nur vor dem Zündpro- xess belastet.
Diese Tatsache ermöglicht es, die Sprungspannung an der Schalterstrecke noch zu verdoppeln. Wenn man an Stelle des Ventils 13 einen Serienschwingkreis mit der doppelten oder vierfaehen Frequenz gegenüber der Frequenz des Zusatzstromes legt, wie Fig. 3 zeigt, so wird in der llalbwelle der Umladung des Konden sators 8a über die Drossel 11a das Potential des Kondensators 8b gegen Erde durch dop pelte Umladung über die Drossel 116 wieder auf den urspriinglichen Wert gebracht, so da# die Kondensatorspannungen sich jetzt addieren.
Das Ventil 12 ist jetzt vor der Zündung und naeh dem Ausgleichsvorgang sperrspannungsmässig ausgenutzt.
In der Schaltung entspreehend Fig. 1 kann die Kombination der antiparallelen Ventile 12 und 13 durch eine gesteuerte Funkenst reeLenanordnung genügender Leistungsfähig- keit ersetzt werden, wie sie in Fig. 4 darge- stellt ist. In dieser Figur bedeuten die Kugeln F1 und 2 die beiden Funkenstreeken und Z eine Zündelektrode der Funkenstrecke-Fg, die an dem einen Ende der Sekundärwick- lung eines Impulstransformators Ti liegt, während die Funkenstreeke F, mit dem andern Ende dieser Wicklung verbunden ist.
I) er Transformator Ti wird über eine Steuer- einriehtung St von dem Transformator 21 her mit Steuerimpulsen versehen. Die Funkenstrecke wird dadurch gezündet, dass durch Verformung des elektrischen Feldes an der Zundelektrode Z eine starke Feldzusammen- drängung hervorgerufen wird, die zu einem Überschlag zwischen den Funkenstrecken führt. Da die Funkenstrecken in beiden Richtungen zünden, entfällt eine ähnliche Einrich- tung, wie sie das Entladungsventil 13 darstellt.
Der Vorteil, den die Funkenstrecken gegen- über Entladungsröhren besitzen, beruht darin, dass sie leicht den jeweilig erforderlichen Prüfspannungen durch einfache Abstands änderungen angepasst werden können und auch an keine Spannungsbegrenzung gebunden sind. Entladungsröhren dagegen können nur für bestimmte Höchstspannungen, die weit unter den häufig erforderlichen liegen, gebaut werden, ausserdem benötigen sie Heiz sspannungsquellen, die auf Hochspannungspotential liegen müssen.
Dadurch wird die ganze Prüfanlage, abgesehen von dem gegen über Funkenstrecken an sich schon höheren Preis der Entladungsröhren, verteuert, so dass man in der Praxis die gesteuerten Funkenstrecken zur Auslösung der Prüfspannung bevorzugt.