Schaltungsanordnung zur synthetischen Prüfung des Verhaltens von Hochspannungsleistungsschaltern beim Einschalten
Es sind sog. synthetische Prüfanordnungen für das Verhalten von Hochspannungsleistungsschaltern beim Einschalten bekannt, in denen die Hochstromquelle bei Beginn der Prüfung vom Prüfling durch eine Schaltvorrichtung abgetrennt ist und letztere beim Zünden des Lichtbogens im Prüfling durch den in ihm erfolgenden Spannungsdurchschlag einen Zündimpuls erhält, durch den der Hochstromfluss eingeleitet wird. Als solche Schaltvorrichtung ist in den bekannten Prüfanordnungen eine Funkenstrecke vorgesehen.
Da es aber schwierig ist, eine Funkenstrecke, an der eine veränderliche Spannung liegt, zu einem bestimmten Augenblick zum Durchzünden zu bringen, hat man auch schon vorgeschlagen, den Hochstromkreis vom Prüfling nicht durch eine Funkenstrecke zu trennen, sondern ihn unmittelbar mit dem Prüfling zu verbinden. In diesem Falle wird dann in dem Hochstromkreis ein Sperrkreis angeordnet, der das Eindringen der Hochspannung in die Hochstromquelle verhindert. Eine solche Massnahme setzt jedoch eine Hochspannungsquelle mit höherer Frequenz als Netzfrequenz voraus, die damit aber der im Netzbetrieb auftretenden Spannung nicht genau entspricht.
Die Erfindung geht von der vorerwähnten synthetischen Prüfanordnung mit einer in Reihe mit dem Prüfling liegenden Schaltvorrichtung aus. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Prüfung möglichst netzgetreu durchzuführen, also mit einer Hochspannungsquelle von Netzfrequenz und Netzspannung zu arbeiten, die die gleiche Phasenlage wie die treibende Spannung im Hochstromkreis hat.
Um die Mängel der bekannten Prüfanordnung in bezug auf die zeitliche schwankende Durchzündung der Schaltvorrichtung bei Wechselspannungen zu vermeiden, sieht die Erfindung vor, dass parallel zur Schaltvorrichtung eine Reihenschaltung zweier Kondensatoren und einer Hilfsfunkenstrecke mit einer im Vergleich zur Kapazität dieser Kondensatoren kleinen Eigenkapazität liegt, wobei diese Kondensatoren bestimmt sind, vor Beginn der Prüfung auf eine gleichgrosse, aber entgegengesetzt gerichtete Gleichspannung aufgeladen zu werden, die zur Zündung der Hilfsfunkenstrecke sowie der Schaltvorrichtung ausreicht, und dass zu einem der beiden Kondensatoren eine Zündfunkenstrecke parallel liegt, die ihren Zündimpuls vom Beginn des aus der Hochspannungsquelle über den Prüfling fliessenden Stromes ableitet.
Da die Kapazität der Hilfsfunkenstrecke sehr klein ist gegenüber der Kapazität der mit ihr in Reihe liegenden Kondensatoren, folglich an ihr fast die gesamte zwischen der Hochspannungsquelle und der Hod¸strom- quelle bestehende Wechselspannung abfällt, steht danach an der Zündfunkenstrecke nur reine Gleichspannung an.
Mit dieser Gleichspannung kann der Zündzeitpunkt der Zündfunkenstrecke unabhängig vom Augenblickswert der am Prüfling bzw. an der Hilfsfunkenstrecke liegenden Wechselspannung stets genau eingehalten werden, so dass auch die den Hochstrom einschaltende Vorrichtung im Hochstromkreis unmittelbar nach dem über den Prüfling fliessenden Strom aus der Hochspannungsquelle gezündet werden kann. Damit weist die Prüfanordnung nach der Erfindung erhebliche Vorteile gegenüber der bekannten Prüfanordnung mit Schaltfunkenstrecken auf.
Wenngleich auch die Prüfanordnung nach der Erfindung mit einer Funkenstrecke als Schaltvorrichtung im Hochstromkreis, die mit einer Einrichtung zum Beblasen des Lichtbogens versehen sein sollte, arbeiten kann, so ist doch als Schaltvorrichtung eine solche vorzuziehen, die eine sich während des Prüfvorganges vermindernde Spannungsfestigkeit aufweist. Dies ist ein Hochspannungsschalter, der einen Strom von unbegrenzter Höhe führen kann, ohne dass sich wie bei einer Schaltfunkenstrecke durch einen etwaigen Abbrand an seiner Kontaktfläche sein Durchzündungszeitpunkt wesentlich ver ändert. Um eine höhere Spannungsfestigkeit gegenüber dem Prüfling zu erzielen, kann dieser Hilfsschalter von vornherein eine höhere elektrische Festigkeit der Schaltstrecke durch bauliche Massnahmen oder z. B. durch ein Druckgas mit erhöhter Durchschlagsfestigkeit erhalten.
Es ist aber auch möglich, zu diesem Zweck bei praktisch gleicher Bauart des Prüflings und des Hilfsschalters letzteren kurz nach dem Prüfling auszulösen, so dass seine mechanische Einschaltbewegung gegenüber der des Prüflings verzögert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Prüfanordnung gemäss der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Der Hochstromkreis A umfasst einen Hochstromgenerator G, der über einen Sicherheitsschalter S6 und eine Drossel D1 auf einen Transformator T1 arbeitet.
Im Sekundärkreis dieses Transformators liegt der Prüfling Sp in Reihe mit einer Funkenstrecke oder einem Hilfsschalter 5A Zum Schutz des Hochstromtransformators vor Zündimpulsen dient eine Drossel D2. Die etwa in den Hochstromkreis noch eindringende Hochspannung kann durch einen Kondensator C3 bzw. einen Überspannungsableiter Sa kurzgeschlossen bzw. begrenzt werden. Vom Generator G wird ferner ein Hochspannungstransformator kleiner Leistung T2 gespeist, der im Hochspannungskreis B die Netzspannung an den Prüfling Sp legt. Ein Zündkreis C enthält einen Transformator T3, von dem aus über einen Gleichrichter Ol und zwei Widerstände RL vor Beginn der Prüfung zwei Kondensatoren C1 und C2 mit entgegengesetzten Spannungen gleicher Höhe aufgeladen werden.
Zu dem Kondensator C1 liegt eine Zündfunkenstrecke F1, die von einem Verstärker V ausgelöst wird, parallel. Die Kondensatoren C1 und G2 liegen wiederum parallel zu einer Reihenschaltung aus einer Hilfsfunkenstrecke F2 und dem Hilfsschalter Sa. Die am Kondensator Ci liegende Zündfunkenstrecke F1 kann über den Verstärker V von einer Photozelle Fo, die von dem Einschaltlichtbogen des Prüflings erregt wird, oder durch einen am Shunt Sh gemessenen Beginn des Stromflusses im Hochspannungskreis ausgelöst werden.
Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist derart, dass in dem Augenblick, in dem bei genügender Annäherung der an der Einschaltbewegung des Prüflings beteiligten Kontaktstücke zwischen diesen ein als Lichtbogen erscheinender Spannungsdurchschlag auftritt oder - was bei sehr schneller Schaltstückbewegung möglich ist - im Spannungsnulldurchgang ohne vorherige Lichtbogenerscheinungen die Zuschaltung durch metallische Berührung der Kontaktstücke erfolgt, entweder über die Photozelle Fo oder dem Shunt Sh die Zünd- funkenstrecke F1 ausgelöst wird, so dass diese durchschlägt und der Kondensator C1 kurzgeschlossen wird.
Dadurch liegt an der Reihenschaltung aus dem Hilfsschalter 5A und der Funkenstrecke F2 plötzlich und mit sehr grosser Anstiegsgeschwindigkeit die Spannung des Kondensators C-, allein. Diese Spannung reicht einerseits aus, sowohl die Hilfsfunkenstrecke Fa als auch den Hilfsschalter Sv zu zünden, anderseits ist es verhältnismässig einfach, in bekannter Weise ihr Eindringen in die Wicklung des Hochstromtransformators T1 durch die Schutzdrossel D2 zu verhindern, da diese Spannung mit einer sehr steilen Stirn auftritt, folglich schon relativ kleine Induktivitäten ihr einen grossen Widerstand entgegen setzen.
Die Wechselspannung des Transformators Ta übt auf die Zündung der Zündfunkenstrecke F1 keinen Einfluss aus, da sie fast vollständig an der im Vergleich zu den Kapazitäten C1, C2 kleinen Eigenkapazität C4 der Hilfsfunkenstrecke F2 abfällt. Während also die Zündfunkenstrecke F1 optimal für die Aufgabe ausgelegt werden kann, bei einer konstanten Gleichspannung zu einem gesteuerten Zeitpunkt durchzuzünden, hat die Hilfsfunkenstrecke Fa nur die Aufgabe, bis zur Durchzündung eine Trennung zwischen Hochspannungskreis und Hochstromkreis zu bewirken, die verhindert, dass durch die Kapazitäten C1 und Ca ein vom Hochspannungstransformator Ta erzeugter Verschiebungsstrom fliesst,
wodurch an der Zündfunkenstrecke F1 eine unerwünschte Wechselspannungskomponente entstehen würde.
Da das Zünden der Funkenstrecken F1 und Fa sowie des Hilfsschalters SA praktisch gleichzeitig mit dem vom Hochspannungstransformator herbeigeführten Beginn des Stromflusses im Prüfling Sp erfolgt, setzt auch der vom Hochstromtransformator gelieferte Hochstrom ohne merkbare Verzögerung ein. Damit ist der Einschaltvorgang entsprechend den im Netzbetrieb auftretenden Verhältnissen abgeschlossen.
Circuit arrangement for the synthetic testing of the behavior of high-voltage circuit breakers when switched on
So-called synthetic test arrangements are known for the behavior of high-voltage circuit breakers when switched on, in which the high-current source is disconnected from the test object by a switching device at the beginning of the test and the latter receives an ignition pulse when the arc is ignited in the test object due to the voltage breakdown occurring in it the high current flow is initiated. A spark gap is provided as such a switching device in the known test arrangements.
However, since it is difficult to ignite a spark gap with a variable voltage at a certain moment, it has already been suggested not to separate the high-current circuit from the test object with a spark gap, but to connect it directly to the test object . In this case, a blocking circuit is then arranged in the high-current circuit, which prevents the high voltage from penetrating the high-current source. Such a measure, however, requires a high voltage source with a higher frequency than the mains frequency, which does not exactly correspond to the voltage occurring in mains operation.
The invention is based on the aforementioned synthetic test arrangement with a switching device in series with the test object. It is based on the task of performing the test as accurately as possible to the network, i.e. to work with a high-voltage source of network frequency and voltage that has the same phase position as the driving voltage in the high-current circuit.
In order to avoid the shortcomings of the known test arrangement with regard to the temporal fluctuating ignition of the switching device in the case of alternating voltages, the invention provides that a series connection of two capacitors and an auxiliary spark gap with a small internal capacitance compared to the capacitance of these capacitors is located parallel to the switching device Capacitors are intended to be charged to an equally large but oppositely directed DC voltage before the start of the test, which is sufficient to ignite the auxiliary spark gap and the switching device, and that an ignition spark gap is parallel to one of the two capacitors, its ignition pulse from the beginning of the High voltage source dissipates current flowing through the test object.
Since the capacitance of the auxiliary spark gap is very small compared to the capacitance of the capacitors in series with it, consequently almost the entire alternating voltage existing between the high voltage source and the Hod¸strom- source drops, only pure direct voltage is then applied to the ignition spark gap.
With this direct voltage, the ignition time of the ignition spark gap can always be precisely maintained regardless of the instantaneous value of the alternating voltage applied to the test object or the auxiliary spark gap, so that the device that switches on the high current in the high-current circuit can be ignited from the high-voltage source immediately after the current flowing through the test object . The test arrangement according to the invention thus has considerable advantages over the known test arrangement with switching spark gaps.
Although the test arrangement according to the invention can also work with a spark gap as a switching device in the high-current circuit, which should be provided with a device for blowing the arc, a switching device that has a dielectric strength which decreases during the testing process is preferable. This is a high-voltage switch that can carry an unlimited amount of current without, as with a switching spark gap, significantly changing its ignition point due to a possible burn-off on its contact surface. In order to achieve a higher dielectric strength compared to the test object, this auxiliary switch can increase the electrical strength of the switching path from the outset by structural measures or z. B. obtained by a compressed gas with increased dielectric strength.
For this purpose, however, it is also possible, with practically the same design of the test object and the auxiliary switch, to trigger the latter shortly after the test object, so that its mechanical switch-on movement is delayed compared to that of the test object.
An embodiment of the test arrangement according to the invention is shown schematically in the drawing.
The high-current circuit A comprises a high-current generator G, which operates on a transformer T1 via a safety switch S6 and a choke D1.
In the secondary circuit of this transformer, the test object Sp is in series with a spark gap or an auxiliary switch 5A. A choke D2 is used to protect the high-current transformer from ignition pulses. The high voltage still penetrating into the high current circuit can be short-circuited or limited by a capacitor C3 or a surge arrester Sa. A low-power high-voltage transformer T2 is also fed from the generator G and applies the mains voltage to the test object Sp in the high-voltage circuit B. An ignition circuit C contains a transformer T3, from which two capacitors C1 and C2 are charged with opposite voltages of the same level via a rectifier O1 and two resistors RL before the test begins.
An ignition spark gap F1, which is triggered by an amplifier V, is parallel to the capacitor C1. The capacitors C1 and G2 are in turn parallel to a series connection of an auxiliary spark gap F2 and the auxiliary switch Sa. The ignition spark gap F1 on the capacitor Ci can be supplied via the amplifier V from a photocell Fo, which is excited by the switch-on arc of the test object, or from an am Shunt Sh measured start of current flow in the high-voltage circuit are triggered.
The mode of operation of this circuit arrangement is such that at the moment when the contact pieces involved in the switching-on movement of the device under test come close enough, a voltage breakdown appears between them, which appears as an arc or - which is possible with very fast switching piece movement - the connection occurs at zero voltage crossing without previous arcing phenomena by metallic contact with the contact pieces, the spark gap F1 is triggered either via the photocell Fo or the shunt Sh, so that it breaks down and the capacitor C1 is short-circuited.
As a result, the series connection of the auxiliary switch 5A and the spark gap F2 suddenly has the voltage of the capacitor C- alone at a very high rate of increase. On the one hand, this voltage is sufficient to ignite both the auxiliary spark gap Fa and the auxiliary switch Sv; on the other hand, it is relatively easy to prevent them from penetrating the winding of the high-current transformer T1 through the protective choke D2 in a known manner, since this voltage has a very steep forehead occurs, consequently even relatively small inductances oppose it with a large resistance.
The alternating voltage of the transformer Ta has no influence on the ignition of the ignition spark gap F1, since it drops almost completely at the internal capacitance C4 of the auxiliary spark gap F2, which is small compared to the capacities C1, C2. While the ignition spark gap F1 can be optimally designed for the task of igniting at a constant DC voltage at a controlled point in time, the auxiliary spark gap Fa only has the task of separating the high-voltage circuit and the high-current circuit until it is ignited, which prevents the capacitance from occurring C1 and Ca a displacement current generated by the high-voltage transformer Ta flows,
whereby an undesirable alternating voltage component would arise at the ignition spark gap F1.
Since the spark gaps F1 and Fa as well as the auxiliary switch SA are ignited practically at the same time as the start of the current flow in the test object Sp caused by the high-voltage transformer, the high current supplied by the high-current transformer also sets in without any noticeable delay. This completes the switch-on process in accordance with the conditions that occur in network operation.