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Hochspannungsschalter mit Schutzwiderständen Es ist bekannt, bei Hochspannungsschaltern
der Leistungsunterbrechungsstrecke während des Ausschaltvorganges einen Schutzwiderstand
über eine Hilfsschaltstelle parallel zu schalten, um nach der Löschung des Lichtbogens
durch die dämpfende Wirkung des Schutzwiderstandes einen steilen Anstieg der wiederkehrenden
Spannung und damit eine Rückzündung zu verhindern und zugleich Schaltüberspannungen
zu begrenzen. Diese Aufgabe wird um so besser erfüllt, je niederohmiger der Schutzwiderstand
ist. Allerdings verbietet sich in der Praxis die Anwendung von sehr niederohmigen
Schutzwiderständen dann, wenn zur Unterbrechung der sehr hohen, über sie fließenden
Ströme nur einfache Trennstellen zur Verfügung stehen, wie es aus wirtschaftlichen
Gründen in der Regel der Fall ist. Man muß dann, je nach der Höhe der vorliegenden
Spannung, Widerstände von mehreren 1000 Ohm nehmen, um mit einfachen Trennstellen
die über diese Widerstände fließenden Ströme von einigen Ampere unterbrechen zu
können.
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In vielen Betriebsfällen, z. B. beim Abschalten von leer laufenden
Transformatoren, genügen Schutzwiderstände mit höherem ohmschem Wert. Aber andere
Betriebsfälle erfordern sehr niederohmige Schutzwiderstände, wie z. B. die Beherrschung
des Abstandskurzschlusses, bei dem sehr hohe Ströme und mit hoher Einschwingfrequenz
aufschwingende Spannungen, deren Amplituden klein gegen die Amplitude der wiederkehrenden
Netzspannung sein können, auftreten, die ohne starke Dämpfung und/oder Verzögerung
zur Rückzündung der Leistungsunterbrechungsstrecke führen. Man kann zwar niederohmige
Widerstände dadurch vermeiden, daß man spannungsabhängige Widerstände vorsieht,
die bei der Nennspannung einen großen, bei hohen Überspannungen dagegen einen kleinen
Widerstandswert haben. Solche Widerstände sind aber wegen ihrer begrenzten Lebensdauer
unwirtschaftlich, außerdem sind sie nicht imstande, steil ansteigende überspannungen
schon im Anfang wirksam zu dämpfen, da diese Spannungen zunächst einen Grenzwert
überschreiten müssen, bevor der Widerstandswert sich vermindert.
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Die Erfindung zeigt einen Weg, wie trotz einfacher Hilfsschaltstellen
niederohmige Schutzwiderstände verwendet werden können, ohne daß die erwähnten Nachteile
auftreten. Sie geht hierbei von einem Hochspannungsschalter mit einer oder mehreren
Leistungsunterbrechungsstrecken aus, denen während des Ausschaltvorganges über Hilfsschaltstellen
Schutzwiderstände parallel geschaltet sind. Erfindungsgemäß wird nun eine Reihenschaltung
aus niederohmigen Schutzwiderständen und Kondensatoren, die einen für die beim Ausschaltvorgang
auftretenden hohen Einschwingfrequenzen niedrigen, für die Netzfrequenz jedoch hohen
kapazitiven Widerstand aufweisen, kurzzeitig eingeschaltet. Die Einschaltdauer beträgt
im Höchstfalle zwei Halbwellen, normalerweise weniger als eine Halbwelle, so daß
man mit Widerständen und Kondensatoren auskommen kann, die für eine sehr geringe
Belastung ausgelegt sind und daher auch nur kleine Abmessungen haben. Der Schalter
nach der Erfindung wird also durch die Hinzufügung der Kondensatoren praktisch nicht
größer als ein Schalter, der nur höherohmige Schutzwiderstände hat.
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Die Verwendung der Reihenschaltung aus Schutzwiderständen und Kondensatoren
mit den vorgenannten Eigenschaften ist bei Hochspannungsschaltern an sich bekannt.
Ihre Aufgabe besteht jedoch darin, die Hilfsschaltstellen zu ersetzen, und zwar
dadurch, daß sie durch einen hohen kapazitiven Widerstand für die Netzfrequenz Ströme
dieser Frequenz praktisch sperrt. Wenn aber die Hilfsschaltstellen wegfallen, dann
liegen die Kondensatoren ständig an Spannung, was gerade bei Wechselstrom zu sehr
hohen Beanspruchungen des Dielektrikums führt. Die dauernd an Wechselspannung liegenden
Kondensatoren müssen für eine weit höhere Nennspannung ausgelegt werden und erhalten
dadurch auch viel größere Abrnessungen als die Kondensatoren, die, wie bei dem Schalter
nach der Erfindung, nur ganz kurzzeitig eingeschaltet werden. Kurzzeitig beanspruchte
Kondensatoren können dagegen für eine Nennspannung ausgelegt werden, die nur ein
Achtel der Nennspannung der dauernd durch eine Wechselspannung beanspruchten
Kondensatoren
beträgt. Die dauernd eingeschalteten Kondensatoren großer Kapazität sind aber nicht
nur wegen ihrer Abmessungen, namentlich bei einem Schalter mit mehreren Leistungsunterbrechungsstellen,
sondern auch wirtschaftlich und technisch nicht tragbar. So wird durch sie der Vorteil
des Wegfallens von Hilfsschaltstellen wieder aufgehoben, z. B. auch dadurch daß
ein normaler Trennschalter mit dem Leistungsschalter gekoppelt werden muß.
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Beim Schalter nach der Erfindung kann man auch so weit gehen, daß
der Schutzwiderstand im Verhältnis zum kapazitiven Widerstand bei Netzfrequenz vernachlässigbar
klein gewählt werden kann bzw. ganz wegfällt, oder es wird ein höherohmiger Widerstand
zur Kapazität parallel geschaltet. Man erhält im ersten Fall einen besonders kleinen
baulichen Aufwand und trotzdem eine wirkungsvolle Herabsetzung der Anfangssteilheit
der wiederkehrenden Spannung. Schließlich ist es auch möglich, um den Blindwiderstand
des Parallelkreises für die zu dämpfenden Einschwingfrequenzen noch weiter herabzusetzen,
in Reihe mit der Kapazität eine Drossel anzuordnen, die mit dieser Kapazität einen
auf die Einschwingfrequenzen abgestimmten Reihenresonanzkreis bildet.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei auf die Zeichnung verwiesen,
in der zweckmäßige Schaltungsanordnungen enthalten sind.
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Fig. 1 zeigt zwei in Reihe liegende LeistungsunterbrechungsstreckenS,
die durch Potentialsteuerkondensatoren K zur gleichmäßigen Aufteilung der Ausschaltleistung
überbrückt sind. Jeder Leistungsunterbrechungsstrecke ist ein Parallelstromkreis
aus dem niederohmigen Schutzwiderstand R, dem Kondensator C und einer einfachen
Trennstrecke T zugeordnet. Um auch stoßartig auftretende Einschwingspannungen durch
den Widerstand R wirkungsvoll in ihrer Anfangssteilheit zu dämpfen, wird die Zeitkonstante
des aus dem Widerstand R und dem Kondensator C bestehenden Kreises sehr klein gewählt.
Im eingeschalteten Zustand der Leistungsunterbrechungsstrecke S ist die Trennstrecke
T geöffnet. Während des Ausschaltens wird kurz vor dem Einsetzen der wiederkehrenden
Spannung die Trennstrecke T kurzzeitig eingeschaltet, so daß die wiederkehrende
Spannung über den Parallelkreis so stark in ihrer Anfangssteilheit gedämpft wird,
daß es zu keiner Durchzündung an der Leistungsunterbrechungsstrecke S kommen kann.
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Fig. 2 zeigt in Reihe mit dem Kondensator C noch eine Drossel L liegend,
die mit dem Kondensator C einen auf die Einschwingfrequenz der wiederkehrenden Spannung
abgestimmten Reihenresonanzkreis bildet. Dadurch liegt in dem Parallelstromkreis
praktisch nur der niederohmige Schutzwiderstand R, so daß die Dämpfung besonders
wirksam wird. Dem netzfrequenten Strom jedoch wirkt nach wie vor ein hoher kapazitiver
Widerstand entgegen.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 3 sieht einen
Widerstand R1 höheren ohmschen Wertes als R vor, der dem RC- bzw. RCL-Glied parallel
geschaltet ist. Dieser Widerstand hat die Aufgabe, Aufladungen des Kondensators
C abzuleiten. Er kann z: B. gleichzeitig mit dem Poteniialsteuerkondensators K in
Reihe liegen, dessen Wirkung jedoch durch ihn nicht beeinträchtigt wird.
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Fig. 4 schließlich zeigt, daß die Reihenschaltung RCL mit der Trennstelle
T auch einer Vielfach-Unterbrechungsstrecke S, die wiederum von Kondensatoren K
überbrückt ist, insgesamt parallel liegen kann. Diese Schaltungsanordnung läßt sich
noch dadurch erweitern, daß man in Reihe mit dem RC-bzw. RCL-Glied einen Hilfsschalter
H legt, der das genannte Glied auf der Seite an Erde legt, auf der höherfrequente
Einschwingspannungen entstehen. Auf diese Weise tritt ebenfalls eine sehr wirksame
Herabsetzung der Anfangssteilheit der einschwingenden Spannung sowie eine Verminderung
von überspannungen ein. Außerdem ist es möglich, den Kondensator C durch Schließen
des Hilfsschalters H, z. B. durch eine Hilfsspannung UH, aufzuladen und nach dessen
öffnen über die Hilfsschaltstelle T und die Leistungsunterbrechungsstrecken zu entladen,
wodurch es zu Strom-Nulldurchgängen kommt, die eine besonders leichte Unterbrechung
von Strömen mit einem starken Gleichstromglied bzw. von Gleichströmen selbst ermöglichen.