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Verfahren zum Prüfen von Hochspannungs-Leistungsschaltern Im Netzbetrieb
werden Hochspannungs-Leistungs schalter häufig nicht nur durch wiederkehrende Spannungen
mit Einschwingfrequenzen von wenigen hundert bis mehreren tausend Hertz nach der
Ausschaltung des Kurzschlußstromes auf ihr Ausschaltvermögen beansprucht, sondern
auch mit Wiederkehrspannungen, deren Einschwingfrequenzen etwa 15 bis 150kHz betragen.
Diese hohen Einschwingfrequenzen haben naturgemäß wegen ihrer großen Steilheit eine
sehr starke Beanspruchung der Schaltstrecke auf ihre Spannungsfestigkeit zur Folge.
Sie treten in erster Linie bei den sogenannten Abstandskurzschlüssen auf, die ihre
Bezeichnung davon haben, daß der Kurzschluß nicht unmittelbar hinter dem Leistungsschalter,
sondern auf einer Leitung mehrere Kilometer vom Leistungsschalter entfernt auftritt,
wobeije nach der Länge der Leitung zwischen Leistungsschalter und Kurzschluß stelle
mehr oder weniger hohe Einschwingfrequenzen der Wiederkehrspannung entstehen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Prüfen von Hochspannungs-Leistungsschaltern
auf ihr Ausschaltvermögen in einer Schaltanordnung mit getrennten Energiequellen
für den Hochstrom und die Hochspannung. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die bei
einem Kurzschluß mit hochfrequenten Einschwingspannungen entstehenden Beanspruchungen
der Schaltstrecke im Prüffeld netzgetreu wiederzugeben, ohne daß hierbei ein großer
Aufwand an Schaltelementen erforderlich ist, wie sie z. B. Freileitungen oder Nachbildungen
der Freileitungen durch Kurzschlußdrosseln, die den vollen Kurzschlußstrom von etwa
20 bis 40 kA dynamisch aushalten müssen, darstellen. Erfindungsgemäß wird daher
zum Prüfen von Abstandskurzschlüssen der in bekannter Weise in einem Hochspannungsschwingkreis
einschwingenden niederfrequenten Spannung (100 Hz bis mehrere tausend Hertz) zusätzlich
in einem eine Leitungsnachbildung darstellenden Aufschwingkreis eine Spannung hoher
Frequenz (15 bis 150 kHz) überlagert. Die Erfindung macht also zur Beanspruchung
der Prüfschaltstrecke mit der wiederkehrenden Spannung bei Abstandskurzschlüssen
von einem zwei- oder mehrfrequenten Hochspannungskreis Gebrauch. Dadurch unterscheidet
sie sich wesentlich von dem bekannten Verfahren, das bei nur einem einfrequenten
Hochspannungskreis die Prüfschaltstrecke mit einer Wiederkehrspannung aus dem Generatorkreis
allein beansprucht, wie es bei Kurzschlüssen in unmittelbarer Nähe des Leistungsschalters
auch im Netzbetrieb der Fall ist. Durch die Einführung eines hochfrequenten Aufschwingkreises
in die synthetische Prüfschaltung läßt sich deren Anwendungsbereich nunmehr auch
auf die ständig wichtiger werdende Prüfung von Hochleistungsschaltern bei Abstandskurzschlüssen
erweitern, was in so wirtschaftlicher Weise bei Verwendung von Freileitungen oder
Kurzschlußdrosseln nicht möglich wäre.
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Als Aufschwingkreis eignet sich zweckmäßig ein Kettenleiter mit symmetrischen
und/oder unsymmetrischen Kettengliedern, wobei das erste Glied des Kettenleiters
vorzugsweise aus einer Induktivität von der halben Induktivität der übrigen Kettenglieder
besteht, die Kapazitäten aller Kettenglieder jedoch gleich sind.
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Ein solcher Aufschwingkreis, der nur räumlich kleine und wenig aufwendige
Hilfsmittel, wie Kondensatoren und Drosselspulen, enthält, hat den Vorteil, daß
er sehr rasch den verschiedensten Leitungslängen und auch den geforderten Kurvenformen
der Spannungsbeanspruchung angepaßt werden kann.
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Eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist in der F i g. 1
dargestellt, während die F i g. 2, 3 und 4 weitere Einzelheiten der Erfindung enthalten.
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Nach F i g. 1 wird der Prüfschalter Pr z. B. vom Kurzschlußstrom
Jk des Hochstromkreises, der aus dem Generator G, der InduktivitätLo, der Kapazität
C0, dem Hilfsschalter H und dem Auslöse- und Meßwiderstand RA besteht, durchflossen.
Kurz vor dem Stromnulldurchgang des Kurzschluß stromes wird z. B. mit Hilfe eines
gleichstromvormagnetisierten Wandlers W das Auslösegerät 4 betätigt und die Schaltfunkenstrecke
S zum Durchzünden gebracht.
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An Stelle der Schaltfunkenstrecke kann auch eine gewöhnliche Funkenstrecke,
die mit der Ladespannung Upc bis kurz unter ihre Durchbruchspannung vorgespannt
ist, verwendet werden. Die Zündung der Funkenstrecke kann dann durch den Lichtstrahl
einer einfachen Gasentladungsstrecke, z. B. einer Foto-Blitzröhre, die von einer
Kondensatorentladung
angeregt wird, zeitlich sehr genau erfolgen.
Bei manchen synthetischen Prüfschaltungen kommt es hierbei auf eine zeitliche Genauigkeit
von weniger als einer Mikrosekunde an. In diesen Fällen wird das Auslösegerät 4
zweckmäßig von dem Spannungsabfall an dem induktivitätsarmen Widerstand RA her über
einen Met und Begrenzungsverstärker 3 synchronisiert oder überhaupt betätigt.
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Sobald die Funkenstrecke S zündet, beginnt ein Schwingstrom J8 über
die EinschwingdrosselLl, den Aufschwingkreis 1, der einen Kettenleiter aus der Induktivität
Lx, der Kapazität Cz und dem Widerstand Rx enthält, den Prüfschalter Fr und den
Widerstand RÄ zu fließen. Dieser Schwingstrom erzeugt an der Induktivität Lx des
Aufschwingkreises einen Spannungsabfall, mit dem die Kapazität Cx aufgeladen wird.
Die Kondensatoren C erhalten hierbei ihre anteiligen Ladungen. Löscht nun z. B.
der Prüfschalter den Strom aus Ja und Jk in einem Nulldurchgang, so wird dadurch
an den Klemmen AB des Ausschwingkreises 1 eine höherfrequente Aufschwingspannung
von gewünschter Frequenz und Kurvenform erzeugt. Diese z. B. anfangs dreieckförmige
Aufschwingspannung ergibt zusammen mit der Spannung des Einschwingkreises, die an
dem Widerstand und dem Kondensator Ce auftritt, an der Klemme A gegen Erde die geforderte
Kurvenform der Einschwingspannung, wie sie z. B. beim Abschalten eines Abstandskurzschlusses
auftritt. F i g. 2b zeigt diese Einschwingspannung bei einem Kurzschlußversuch nach
der Schaltung der F i g. 1, wenn der Aufschwingkreis ein einfacher Schwingkreis
ist entsprechend F i g. 2a. Bei einer Ausbildung des Aufschwingkreises 1 entsprechend
der Ausführung nach F i g. 3a erhält man einen fast linearen Anstieg der Spannung
von Null bis zum ersten Scheitelwert, wie in F i g. 3b dargestellt. In diesem Falle
ist die Induktivität der ersten Drosselspule L1 zweckmäßig gleich der Hälfte der
anderen Drosselspulen, während die Kapazitäten C den gleichen Wert behalten.
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Die Erfindung hat auch den Vorteil, daß der Abstandskurzschluß sowohl
an einer Teilschaltstrecke als auch an Schaltern mit mehreren Teilschaltstrecken
bei voller Ausschaltleistung unter den wirklichen Bedingungen der Kurvenform der
Spannungsbeanspruchung und des Teilwellenwiderstandes der Leitung entsprechend der
Zahl der Teilschaltstrecken geprüft werden kann. Ein Widerstand Rx kann dabei die
Leitungsnachbildung, wenn dies notwendig ist, dämpfen.
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Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß auch mit verringertem
Strom, aber erhöhter Steilheit, also mit erhöhter Frequenz des Kurzschlußstromes
geprüft werden kann, ohne daß ihre Wirkungsweise beeinträchtigt wird.
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Wird z. B. nur eine von n Teilschaltstrecken eines Schalters geprüft,
so soll der Wellenwiderstand
des Aufschwingkreises 1 gerade der n-te Teil des Wellenwiderstandes r der Freileitung
sein. In der Versuchspraxis ist man oft gezwungen oder scheint es für anderweitige
Untersuchungen zweckmäßig, den Wellenwiderstand r desAufschwingkreises viel kleiner
zu wählen als den Wellenwiderstand r. Zeigt dann der Schalter einen Nachsttom, so
würde sich der Aufschwingkreis mit r <Pl n über den Widerstand der Teilschaltstrecke
ziel zu rasch entladen. Der Nach-
strom wäre größer, als er beim ganzen Schalter
mit n Teilschaltstrecken zu erwarten ist. Auch die Energiemenge, die in dem Aufschwingkreis
zur Verfügung steht, wäre größer als die der Freileitung, bezogen auf eine Teilschaltstrecke.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird in einem solchen Falle bei der Prüfung
von Teilschaltstrecken eines Leistungsschalters ein BegrenzungsgliedII für den durch
die Spannung des Aufschwingkreises I verursachten Nachstrom zwischen den Prüfschalter
und den Hochspannungskreis eingeschaltet, wie es F i g. 4 zeigt.
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Dieses Begrenzungsglied besitzt dabei für die Netz-und Einschwingfrequenzen
einen hohen Sperrwiderstand, läßt aber die hochfrequenten Spannungen des Aufschwingkreises
1 praktisch ohne nennenswerte zeitliche Verzögerung und ohne wesentliche Amplitudenverminderung
durch.
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Nach Fig.4 besteht das BegrenzungsgliedII aus einem Widerstand R2,
einem Kondensator C32 und einem Gleichrichter G2. Die übrigen Teile der Schaltungsanordnung
entsprechen derjenigen der F i g. 1. Der Widerstand R2 zur Begrenzung des Nachstromes
würde die Wirkungsweise des Hochspannungsprüfkreises stören, wenn nicht der Gleichrichter
G2 parallel zu diesem Widerstand liegen würde, so daß der Schwingstrom unbeeinflußt
fließen kann. Der Sperrwiderstand des Gleichrichters wird auf den Wert des Widerstandes
R8 herabgesetzt. Die hochfrequenten Schwingungen der Wiederkehrspannung werden über
den Kondensator C32 ebenfalls ungeschwächt auf den Prüfschalter übertragen.
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In einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann die Schaltungsanordnung
nach F i g. 4 auch zur Aufnahme der Deionisierungszeiten eines Schalters dienen.
Dazu ist es lediglich notwendig, den Widerstand R2 größer als etwa den zehnfachen
Wert des Wellenwiderstandes r des Aufschwingkreises 1 zu wählen. Der Aufschwingkreis
wird dann bei einem Durchzünden des Schalters nur wenig gedämpft. Nach der Entionisierung
der Schaltstrecke schwingt die Spannung erneut auf. Auch in diesem Falle kann der
Hochstrom Ja auf einen kleinen Laststrom Je oder sogar auf Null reduziert werden.
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Anstatt den Aufschwingkreis I zwischen die Klemmen I und II zu schalten,
kann dies auch in der Weise erfolgen, daß dieser Kreis in Reihe mit den Schaltelementen
zur Einstellung der Einschwingspannung des Hochspannungskreises liegt, wie dies
durch die Klemmen A', B' angedeutet ist. In diesem Falle werden die Eigen schwingungen
des Aufschwingkreises durch den Stromanstieg, z. B. in dem Kreis LlCe, angeregt.
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Eine solche Schaltungsanordnung ist dann vorteilhaft, wenn die Hochspannungsquelle
als einen Spannungsstoß liefernde Energiequelle, z. B. als Gleichspannungsquelle
mit Hilfsfunkenstrecke, ausgebildet ist.