DE1071225B - - Google Patents

Description

Gegenstand der Hauptpatentanmeldung ist eine Anordnung zur Prüfung der Beanspruchung von Hochspannungsschaltgeräten, beispielsweise von Hochspannungsschaltern, beim Unterbrechen von Strömen mit einem in Reihe zu dem zu prüfenden Schaltgerät liegenden zweiten Schaltgerät, einer Hochstromquelle, die zunächst beide Schaltgeräte speist, und einer Hochspannungsquelle, die die wiederkehrende Spannung liefert. Gemäß der Hauptpatentanmeldung beginnt in der Nähe des Nulldurchganges des von der Hochstromquelle gelieferten Stromes die Hochspannungsquelle eine Spannung zu erzeugen, die einen vorbestimmten Verlauf aufweist, und erst nach dem Nulldurchgang des genannten Stromes wird diese Spannung an das zu prüfende Schaltgerät gelegt, während vorher der Hochstromkreis selbst durch entsprechende Wahl der Größe seiner Spannung, Frequenz und Dämpfung die wiederkehrende Spannung an dem zu prüfenden Schaltgerät mit der gewünschten Steilheit erzeugt. Wie in der Hauptpatentanmeldung dargelegt, ao kann das Schaltgerät, z. B. ein Hochspannungsschalter, damit nahezu so beansprucht werden, als ob er mit dem Kurzschlußstrom bei der Nennspannung geprüft worden wäre. Die Schaltung nach der Hauptpatentanmeldung ist auch für Gleichstromschalter sinngemäß anwendbar, bei denen zur Stromunterbrechung ein künstlicher Stromnulldurchgang des Stromes im Schalter herbeigeführt wird. Zur Erzeugung der von der Hochspannungsquelle gelieferten Spannung, die der wiederkehrenden Spannung entspricht und sich aus den tatsächlichen Betriebsbedingungen, Vorschriften oder auf Grund von Entwicklungsversuchen ergibt, ist gemäß der Hauptpatentanmeldung die Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators vorgesehen, die ungefähr im Nulldurchgang des Stromes in dem zu prüfenden Schaltgerät (beispielsweise kurz vor oder bei Erreichen der maximalen Löschdistanz), gegebenenfalls über eine Drosselspule, mit der Hochspannungsquelle, z. B. einem geladenen Kondensator, verbunden wird. Durch ein zweites Schaltgerät wird kurze Zeit nach dem Nulldurchgang des genannten Stromes, wenn die Spannung an der Reihenschaltung von Widerstand und Kondensator im Hochspannungskreis ungefähr die gleiche Größe aufweist wie die vom Hochstromkreis erzeugte Spannung an dem zu prüfenden Schaltgerät, die Reihenschaltung von Widerstand und Kondensator parallel zum zu prüfenden Schaltgerät gelegt. In Fig. 1 des Ausführungsbeispieles der Hauptpatentanmeldung ist zu diesem Zweck eine gesteuerte Funkenstrecke vorgesehen.

Gemäß der Erfindung dient als Schaltgerät, das die Reihenschaltung aus Widerstand und Kondensator parallel zu dem zu prüfenden Schaltgerät schaltet, eine Dreielektrodenfunkenstrecke, von der die erste

30

Anordnung zur Prüfung von Wechselstromschaltgeräten

Zusatz zur Patentanmeldung S 56381 VIIIc/21 e (Auslegesclirift 1.064 631)

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft, Berlin und Erlangen, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. techn. Ernst Slamecka, Berlin-Schlachtensee,
ist als Erfinder genannt worden

Elektrode an die eine Klemme des zu prüfenden Schaltgerätes, die zweite Elektrode an die eine Klemme der Reihenschaltung aus Widerstand und Kondensator und die dritte Klemme über einen ohmschen Widerstand an die miteinander verbundenen anderen Klemmen des zu prüfenden Schaltgerätes und der genannten Reihenschaltung angeschlossen ist. Das gibt den Vorteil, daß ein Steuergerät für die Funkenstrecke entfällt.

Die Zeichnung zeigt mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Die in Fig. 1 der Zeichnung dargestellte Schaltung ist genau so aufgebaut wie die Schaltung nach Fig. 1 der Hauptpatentanmeldung. Mit 1 ist der zu prüfende Schalter und mit 2 der Hilfsschalter bezeichnet. Die Reihenschaltung beider Schalter liegt an der Sekundärwicklung eines Transformators 3, dessen Primärwicklung über die Begrenzungsdrosselspule 4 und den Schalter 5 mit dem Prüfgenerator 6 verbunden ist. Der Prüfgenerator mit dem Transformator 3 bildet die Hochstromquelle, die den geforderten Kurzschluß strom bei einer gegenüber der Nennspannung des Schalters geringeren Spannung liefert. Parallel zu der Reihenschaltung der Schalter 1 und 2 liegt die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes 7 und eines Kondensator 8. Sie dient zur Einstellung der Eigenfrequenz und Dämpfung des Hochstromkreises, um den gewünschten Anstieg der Spannung nach dem Nulldurchgang des Stromes der Hochstromquelle zu erreichen. Der Hochspannungskreis besteht aus einem mit Gleichstrom aufgeladenen Kondensator IO_j der

90» 689/269

-a 1

Drosselspule Il_j den Funkenstrecken 12 und 30 und der Reihenschaltung aus dem ohmschen Widerstand 14 und dem Kondensator 15. Die Reihenschaltung wird beim Zünden der Funkenstrecke 12 von dem Entladestrom des Kondensators 10 über die Drosselspule 11 gespeist, und es wird an ihr eine Spannung gewünschten Anstiegs, Verlaufs und Höhe erzeugt. Mit 16 ist ein Stromwandler bezeichnet, dessen Magnetisierungskurve annähernd rechteckig ist. Seine Primärwicklung liegt im Ausführungsbeispiel unmittelbar im Hochstromkreis, und der in der Nähe des Nulldurchganges von diesem Wandler erzeugte Impuls wirkt über ein Steuergerät 17 auf die Funkenstrecke 12 ein. Der Unterschied gegenüber der Anordnung nach der Hauptpatentanmeldung besteht darin, daß an Stelle der dort verwendeten und mit 13 bezeichneten gesteuerten Funkenstrecke eine Dreielektrodenfunkenstrecke 30 mit den drei Elektroden Sl_j 32 und 33 tritt, die im Ausführungsbeispiel kugelförmig ausgebildet sind. Die Elektrode 31 ist mit der oberen Klemme des zu prüfenden Schalters I_j die Elektrode 32 mit der oberen Klemme der Reihenschaltung aus Widerstand 14 und Kondensator 15 und gegebenenfalls einer nicht dargestellten Drosselspule angeschlossen. Die Mittelelektrode 33 ist über einen hohen ohmschen Widerstand 35 mit den miteinander verbundenen unteren Klemmen des Schalters 1 und der erwähnten Reihenschaltung verbunden. Die Elektrode 33 liegt also im Ausführungsbeispiel über den Widerstand 35 an Erde. Die Schlagweiten zwischen den Elektroden 31 und 33 und 32 und 33 sind gleich groß gewählt und so bemessen, daß der Überschlag erfolgt, wenn die vom Generator 6 am Schalter 1 erzeugte wiederkehrende Einschwingspannung ungefähr die gleiche Größe aufweist, wie die an der Reihenschaltung von Widerstand 14 und Kondensator 15 auftretenden Spannung.

In Fig. 2 sind die Verhältnisse in der Umgebung des Nulldurchganges des Stromes dargestellt. Der über den Schalter fließende'Strom ist mit i_k bezeichnet. Zur Zeit t = t₀ sei eine Entfernung der Schaltstücke erreicht, bei der eine Löschung erfolgen kann, beispielsweise die maximale Löschdistanz. In diesem Zeitpunkt oder kurz vorher oder nachher wird auch, wie in der Hauptpatentanmeldung beschrieben, die Funkenstrecke 12 gezündet (in Fig. 2 zur Zeit t = J₁). Die wiederkehrende Spannung am Schalter I_j die von der Hochstromquelle erzeugt wird, ist mit u_v die Spannung an der Reihenschaltung von Widerstand 14 und Kondensator 15 ist mit M₂, die Lichtbogenspannung mit u_B bezeichnet. Wie bereits erwähnt, findet der Uberschlag zwischen den Elektroden 31 und 33 bzw. zwischen den Elektroden 32 und 33 statt, wenn die Spannungen M₁ und M₂ gleich groß sind (Zeitpunkt £₂). Dadurch wird nunmehr über die Lichtbögen der Reihenschaltung von Widerstand 14 und Kondensator 15 parallel zum Schalter 1 gelegt, so daß, wie in der Hauptpatentanmeldung beschrieben, die zunächst von der Hochstromquelle gelieferte Spannung M₁ am Schalter 1 von der von der Hochspannungsquelle gelieferten SpannungM₂ abgelöst wird. Dadurch erreicht man, die beispielsweise an Hand der Fig. 5 der Hauptpatentanmeldung beschrieben, eine Beanspruchung des Schalters mit einer wiederkehrenden Spannung, wie sie den tatsächlichen Verhältnissen entspricht bzw. durch Vorschriften gefordert wird.

Diese Lichtbögen zwischen den Elektroden 31 und 33 bzw. 32 und 33 bleiben auch nach dem Überschlag weiterhin bestehen, da wegen der im Verhältnis zur Eigenkapazität des Schalters 2 großen Kapazität des Kondensators 15 die Spannung U₁, die die Hochstrom-225

quelle liefert, stark absinkt, sobald die Verbindung zwischen Hochstromkreis und Hochspannungskreis hergestellt ist.

Es könnte vorkommen, daß die Überschläge zwischen den Elektroden 31 und 33 und den Elektroden 32 und 33 nicht gleichzeitig erfolgen. Würde beispielsweise zunächst der Überschlag zwischen den Elektroden 32 und 33 erfolgen, dann würde das Potential der Elektrode 33 auf den Wert des Potentials der Elektrode 32 gehoben werden, und ein Überschlag zwischen den Elektroden 31 und 33 könnte erst erfolgen, nachdem die Spannungen M₁ und M₂ um einen erheblichen Betrag voneinander abweichen. Diese Schwierigkeit läßt sich dadurch beseitigen, daß dem ohmschen Widerstand 35 ein Kondensator 36 parallel geschaltet wird. Es steigt dann die Spannung der Mittelelektrode 33 mit Verzögerung an, so daß, wenn zunächst z. B. ein Uberschlag zwischen der Elektrode 32 und 33 erfolgt, unmittelbar darauf auch ein Überschlag zwischen den Elektroden 31 und 33 stattfinden kann. Zu erwähnen ist noch, daß der Widerstand 35 groß gegenüber dem Widerstand 14, die Kapazität des Kondensators 36 klein gegenüber der Kapazität des Kondensators 15 ist.

Wie bereits erwähnt, wird durch die Anwendung der Dreielektrodenanordnung ein besonderes Steuergerät entbehrlich, da zur Steuerung der Dreielektrodenanordnung nicht mehr der Strom im Hochstromkreis und ein Zeitglied notwendig sind, sondern als Steuergrößen werden die Spannungen W₁ und M₂ selbst verwendet.

In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es ist wieder eine Dreielektrodenanordnung 30 vorgesehen. Die kugelförmig ausgebildete Elektrode 31 ist mit der oberen Klemme des Schalters 1 verbunden. Die mit der oberen Klemme der Reihenschaltung aus Widerstand 14 und Kondensator 15 verbundene Elektrode 32 ist scheibenförmig ausgebildet und bildet die Mittelelektrode, die über den ohmschen Widerstand 35 und Kondensator 36 an Erde angeschlossene Elektrode 33 bildet die andere Außenelektrode der Funkenstreckenanordnung. Zwischen den beiden Meßelektroden 32 und 33 erfolgt ein Uberschlag bei einem bestimmten Wert der Spannung M₂ etwa zur Zeit t₂ in Fig. 2. Nach dem Überschlag werden sowohl die Elektrode 32 als auch die Elektrode 33 infolge des Kondensators 36 ganz kurzzeitig nahezu Erdpotential erhalten, wodurch auch der Überschlag zwischen den Elektroden 31 und 32 ausgelöst wird. Zum Unterschied von der Anordnung nach Fig. 1 stellt lediglich der Lichtbogen zwischen den Elektroden 31 und 32 die Verbindung zwischen Hochstromkreis und Hochspannungskreis dar, so daß durch diesen Lichtbogen, der einen wesentlich größeren Strom aufweist als der Lichtbogen zwischen den Elektroden 32 und 33, die Ansprechspannung der Funkenstrecke, bestehend aus den Elektroden 32 und 33, nicht beeinträchtigt wird. Der Abstand der Elektroden 31 und 32 und damit auch der Abstand zwischen den Elektroden 32 und 33 wird so gewählt, daß die Löschspitze der Lichtbogenspannung it_B, die aus Fig. 2 ersichtlich ist, keinen Überschlag zwischen den Elektroden 31 und 32 hervorrufen kann.

In den folgenden Fig. 4, 5 und 6 sind Abänderungen der Dreielektrodenanordnung nach Fig. 3 dargestellt. In diesen Figuren sind lediglich die Elektroden 31, 32 und 33 und der Erdungswiderstand 35 mit dem Parallelkondensator 36 gezeichnet.

Nach Fig. 4 ist die an den Hochstromkreis angeschlossene Elektrode 31 ringförmig ausgebildet. Im

Claims (4)

1 Innern des Ringes befindet sich die kugelförmige Elektrode 32, die an den Hochspannungskreis angeschlossen ist. Dieser gegenüber steht die ebenfalls kugelförmig ausgebildete Elektrode 33, die über den Widerstand 35 und Kondensator 36 an Erde liegt. Durch die Pfeile und die dazugehörige BuchstabenbezeichnungU1 und Zi2 ist angegeben, an welche Spannungen die Elektroden 31 und 32 angeschlossen sind. Schlägt zwischen den Elektroden 32 und 33 ein Funke bei vorgegebener Spannung Ji2 über, dann ist durch die in Fig. 4 ge- ίο troffene räumliche Anordnung erreicht, daß durch diesen Überschlag die Strecke zwischen den Elektroden 31 und 32 bestrahlt wird, so daß zwischen beiden nunmehr leichter ein Uberschlag erfolgt. Man kann daher den Abstand zwischen den Elektroden 31 und 32 größer wählen als bei der Anordnung nach Fig. 3, was eine Erhöhung der Isolation zwischen Hochstromkreis und Hochspannungskreis bedeutet, bzw. bei gleichem Abstand wird die Sicherheit der Lichtbogenverbindung zwischen diesen beiden Kreisen erhöht. Eine andere Ausführungsform ist in Fig. 5 dargestellt, bei der die polaritätsabhängige Höhe der Ansprechspannung der Elektrodenanordnung Spitze—Platte ausgenutzt wird. Die zum Hochstromkreis gehörende Elektrode 31 ist als Spitze, die zum Hochspannungskreis gehörende Elektrode 32 als Platte ausgebildet. Die geerdete Elektrode 33 ist wieder kugelförmig. Man wird die Anordnung so treffen, daß als positive Spannung an der Spitze die wiederkehrende Einschwingspannung M1 auftritt. Dadurch ist es möglich, nach dem Überschlag zwischen der Meßfunkenstrecke 32, 33 den Überschlag zwischen den Elektroden 31 und 32 sehr sicher eintreten zu lassen, bzw. es können vorher größere Lichtbogenspannungen auftreten, ohne daß eine verfrühte Zündung entsteht, da die Lichtbogenspannungsspitze als negative Spannung an der Elektrode 31 auftritt. Fig. 6 zeigt eine Funkenstreckenanordnung, die die Eigenschaften der Funkenstreckenanordnung nach den beiden vorherigen Figuren vereinigt. Die kugelförmige Elektrode 32 ist wieder an die Spannung M2 angeschlossen, die kugelförmige Elektrode 33 über einen Widerstand 35 und einen Parallelkondensator 36 an Erde. Die Funkenstrecke 31, die an die Spannungw1 angeschlossen ist, umgibt ringförmig die Kugelfunkenstrecke 32. Sie weist innen eine scharfe, z. B. ringförmig umlaufende Kante auf, welche in elektrischer Hinsicht sehr ähnlich wirkt wie eine Spitze. Legt man wieder die Spannungen so, daß M1 als positive Spannung an der Kante erscheint, dann wird die Spannungsfestigkeit zwischen den Elektroden 31 und 32 unter der Einwirkung des Lichtbogens zwischen den Elektroden 32 und 33 herabgesetzt. Bei negativer Spannung (Lichtbogenspannung uB) an der Elektrode 31 ist die Uberschlagsspannung zwischen den Elektroden 31 und 32 wesentlich erhöht gegenüber der Überschlagsspannung zwischen den beiden Elektroden bei positiver Elektrode 31. Zweckmäßig wird man zu dem Kondensator 15 bei den Anordnungen nach Fig. 3 bis 6 einen hohen ohmschen Widerstand parallel legen, um das Potential der Elektrode 32 vor Überschlag der Funkenstrecke 32/33 festzulegen. Wie bereits erwähnt, muß verhindert werden, daß durch die Lichtbogenspannung uB eine fehlerhafte Zündung der Funkenstreckenanordnung erfolgt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß z. B. die Überschlagsspannung zwischen den Elektroden 31 und 32 größer gewählt wird als die Spitze der Lichtbogenspannung uB, oder es kann auch, wie erwähnt, der Unterschied der Ansprechspannungen einer spitzen Elektrode gegenüber einer Platte bei positiven und negativen Spannungen der spitzen Elektrode ausgenutzt werden. Es ist jedoch möglich, daß bei einem früheren Nulldurchgang eine verhältnismäßig große Lichtbogenspannung kurzzeitig auftritt bzw. die Einschwingspannung vor der Wiederzündung einen größeren Wert erreicht, so daß unter Umständen die Funkenstreckenanordnung ansprechen könnte. Um dies zu verhindern, kann man einen steuerbaren Schalter (vgl. Fig. 1) zwischen die Elektrode 31 und die obere Klemme des Schalters 1 legen, der erst dann geschlossen wird, wenn in der Stromhalbwelle, an die anschließend die Prüfung der Spannungsfestigkeit erfolgt, die Lichtbogenspannung uB wieder annähernd horizontal verläuft. Patentansprüche:

1. Anordnung zur Prüfung der Beanspruchung von Wechselstromschaltgeräten, beispielsweise von Hochspannungsschaltern, Stromrichtern u. dgl., beim Unterbrechen von Strömen, bei der in Reihe mit dem zu prüfenden Schaltgerät ein zweites Schaltgerät liegt, das gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig mit dem zu prüfenden Schaltgerät den Ausschaltbefehl erhält, mit einer Hochstromquelle, die zunächst beide Schaltgeräte speist, und einer Hochspannungsquelle, die die wiederkehrende Spannung liefert, derart, daß in der Nähe des Nulldurchgangs des von der Hochstromquelle gelieferten Stromes die Hochspannungsquelle eine Spannung zu erzeugen beginnt, die einen vorbestimmten Verlauf aufweist, und daß erst nach dem Nulldurchgang des genannten Stromes diese Spannung an das zu prüfende Schaltgerät gelegt wird, während vom Nulldurchgang des Hochstromes bis zu diesem Zeitpunkt der Hochstromkreis selbst durch entsprechende Wahl der Größe seiner Spannung, Frequenz und Dämpfung die wiederkehrende Spannung mit der gewünschten Steilheit erzeugt und bei welcher in der Nähe des Nulldurchganges des Hochstromes die Hochspannungsquelle an die Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators gelegt wird, welche ihrerseits über ein Schaltgerät nach dem Nulldurchgang des genannten Stromes parallel zu dem zu prüfenden Schaltgerät gelegt wird, nach Patentanmeldung S 56381 VIII c/21e, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltgerät eine Dreielektrodenfunkenstrecke (30) dient, von der die erste Elektrode (31) an die eine Klemme des zu prüfenden Schaltgerätes (1), die zweite Elektrode (32) an die eine Klemme der Reihenschaltung aus Widerstand (14) und Kondensator (15) und die dritte Elektrode (33) über einen ohmschen Widerstand (35) an die miteinander verbundenen anderen Klemmen von Schaltgerät (1) und Reihenschaltung (14,15) angeschlossen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Widerstand (35) ein Kondensator (36) geschaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode (33) zwischen der ersten (31) und zweiten (32) angeordnet ist und die Ansprechspannungen zwischen der ersten und dritten und der zweiten und dritten Elektrode gleich groß sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (32) zwischen der ersten (31) und der dritten (33) liegt und vorzugsweise als Platte ausgebildet ist.