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Anordnung zur Vermeidung unzulässig hoher Fehlerlichtbogenenergie in einer elektrischen Hochspannungsschaltanlage
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Bei Kontaktumformern ist es bekannt, zum Schutz der Kontakte mechanische Kurzschliesser vorzu- sehen. Diesen mechanischen Kurzschliessen ! liegt eine eng begrenzte Aufgabenstellung zugrunde. Es han- det sich darum, entsprechend einer seit langem bestehenden Aufgabe bei Schaltkontakten die Umfor- merkontakte gegen den bekannten Lichtbogenabbrand zu schützen. Die bei Kontaktumformern durch die
Kontaktlichtbogen aufrechterhaltenen Ströme werden zudem durch die immer vorhandenen Schaltdrosseln auf ein für die Gesamtanlage ungefährliche Mass beschränkt. Es liegt also hier zusätzlich zur Verschie- denheit des Anwendungsgebietes eine andere Aufgabe vor. Ferner sind die Spannungen bei Kontaktum- formern im Vergleich zu den von Hochspannungsschaltanlagen sehr niedrig.
Damit'tritt nur eine verhält- nismässig kleine Fehlerlichtbogenenergie auf, die die ungeheuren Kräfte, wie sie in Hochspannungsschalt- anlagen möglich sind, nicht hervorrufen kann.
Die erfindungsgemSsse Anordnung vermindert dieAuswirkungen von Fehlerlichtbogen dadurch, dass den zu überwachenden Stromleitern der Hochspannungsschaltanlage ein Überbrückungsschalter (Kurzschluss- schalter) zugeordnet ist und dieser Überbrtickungsschalter in Abhängigkeit gebracht ist von einem Auslö- ser, der einen auftretenden Fehlerlichtbogen optisch und damit schon im Entstehen erfasst, bei solcher
Abstimmung der genannten Elemente, dass der Überbruckungsschalter bis zum Ablauf von 3 Halbwel- len (30 msec), vorzugsweise schon bis zum Ablauf von 11/2 Halbwellen (15 msec)
des Lichtbogenstro- mes schliesst und damit den Fehlerlichtbogen erlöschen lässt.'
Der Kurzschlussschalter übernimmt den Kurzschlussstrom in voller Höhe so lange, bis die vorgeschal- teten Leistungsschalter die Abschaltung vornehmen. Die Abschaltzeit der vorgeschalteten Leistungsschal- ter kann beliebig festgelegt werden, dabei sind lediglich die thermischen und dynamischen Wirkungen des galvanisch in den Leiterschienen fliessenden Stromes der Anlage zu berücksichtigen.
Für die Schaltvorrichtung können z. B. Draufschalter vorgesehen werden, wie sie in Hochspannung- versuchsfeldern verwendet werden. Diese Draufschalter haben z. B. Eigenzeiten von 3 msec. Sie genügen also allen Anforderungen für das schnelle Kurzschliessen der Leiter. Es ist jedoch nicht notwendig, dass die vorgesehenen Schaltvorrichtungen mehrmalig zur Anwendung kommen. Da die Fehlenälle nicht zu häufig vorkommen, genügt auch schon eine Schaltvorrichtung, die nur für einen Schaltvorgang bemessen ist und nach Behebung des Fehlers durch eine neue Schaltvorrichtung ersetzt wird.
Die Schaltvorrichtung zum Parallelschalten eines Widerstandes steht in Abhängigkeit von einer Messvorrichtung, die entweder die erste Ableitung des Kurzschlussstromes nach der Zeit in den einzelnen Leitern oder eine andere Grösse erfasst, die das Auftreten eines Fehlerstromes anzeigt. Die Messvorrichtung kann also auch die erste Ableitung der Spannung nach der Zeit, das Produkt aus der ersten Ableitung des Stromes nach der Zeit und der ersten Ableitung der Spannung nach der Zeit oder die Änderung des Feldlinienbildes zwischen den Leitern erfassen. Abgesehen von diesen rein elektrischen Messgrössen können auch die dynamischen Kräfte, die optischen Auswirkungen des Lichtbogenstromes und seine Druckwirkungeninder ihn umgehenden Luft als Messgrösse herangezogen werden.
Je nach den Betriebsbedingungen ist es auch möglich, mehrere der genannten Messgrössen gleichzeitig zu verwenden. Zur Erfassung der optischen Wirkung kommen dabei z. B. Fotozellen oder Fotoelemente in Betracht, die gegen andere Lichteinwirkungen, z. B. Tages- oder künstliches Licht abgeschirmt sind.
In der Zeichnung sind einige Einsatzbeispiele der neuen Anordnung bei verschiedener Einspeisung und verschiedenenSammelschienensystemen dargestellt ; es zeigt Fig. l ein Einfachsammelschienensystem mit einer Einspeiseleitung, Fig. 2'ein Einfachsammelschienensystem mit zwei Einspeiseleitungen, Fig. 3 ein Doppelsammelschienensystem mit zweifacher Einspeisung.
Der Hauptschalter 1 der Einspeiseleitung ist über den Trennschalter 2 mit der Sammelschiene S verbunden. An die Sammelschiene S sind die einzelnen Abzweigleitungen A und B angeschlossen, u. zw. der Abzweig A über den Trennschalter 3 und den Leistungsschalter 4 und der andere Abzweig B über den Trennschalter 5 und den Leistungsschalter 6. Durch die senkrechten gestrichelten Linien wird angedeutet, dass die Abzweige und Einspeisungen in Schaltzellen untergebracht sind. Im Zuge der Verbindung zwischen dem Hauptschalter 1 und der Sammelschiene S ist die Messvorrichtung 7 eingeschleift. Diese Messvorrichtung erfasst z. B. die erste Ableitung des Stromes nach der Zeit. Sie wirkt sofort auf die Schaltvorrichtung 8 ein.
Bei Auftreten eines Kurzschlusses an der mit einem Pfeil bezeichneten Stelle im Abzweig A wächst der Strom in der Verbindungsleitung zwischen Hauptschalter 1 und der Sammelschiene S plötzlich an. Bei Erreichen eines bestimmten Wertes im Anstieg des Stromes löst die Messvorrichtung 7 die Schaltvorrichtung 8 aus, die sofort alle drei Phasen der Einspeiseleitung miteinander verbindet. Hiedurch bricht die Spannung an der Fehlerstelle im Abzweig A zusammen und der Lichtbogen erlischt. Nach der eingestellten Auslösezeit des Schutzrelais 9 spricht der Hauptschalter 1 an und unterbricht die Einspeisung.
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die Schaltvorrichtung 8 mit einer Wiederausschaltvorrichtung versehen, so wird nach dieser Zeit, also nachdem der Hauptschalter 1 geöffnet hat, der Kurzschluss zwischen den einzelnen Leitern der Einspei- sung wieder aufgehoben.
Die Anlage nach der Fig. 2 unterscheidet sich von der Anordnung nach der Fig. 1 dadurch, dass zwei
Einspeisungen vorhanden sind, die auf die gemeinsame Sammelschiene S arbeiten, u. zw. ist eine wei- tere Einspeisung mit dem Hauptschalter 10 und dem Trennschalter 11 vorgesehen. Ferner liegt in der Zu- leitung zwischen dem Trennschalter 11 und der Sammelschiene S eine weitere Messvorrichtung 12. Die
Messvorrichtung 12 ist gleich ausgeführt wie die Messvorrichtung 7 und spricht z. B. ebenfalls auf die er- ste Ableitung des Stromes nach der Zeit an. Sowohl die Messvorrichtung 12 als auch die Messeinrichtung I 7 wirken auf die Schaltvorrichtung 8 bei Erreichen eines bestimmten Wertes des Stromes ein, so dass die
Schaltvorrichtung 8 sofort die drei Leiter des Netzes kurzschliesst.
Die Schaltvorrichtung 8 bleibt so lange geschlossen, bis die beiden Hauptschalter 1 und 10 ihrerseits den Energiezufluss unterbrochen ha- ben.
In der Fig. 3 ist eine Schaltanlage mit zweifacher Einspeisung und Zweifachsammelschienensystem dargestellt. Die Abzweige A und B sind über je zwei Trennschalter 13, 14 und 15, 16 mit der Sammel-
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den Sammelschienen verbunden. Jede Einspeiseleitung enthält eine Messvorrichtung 7, 12 mit je einer
Schaltvorrichtung 8 und 21. Es ist also eine weitere Schaltvorrichtung erforderlich. Tritt z. B. im Ab- zweig A ein Fehler auf, so spricht bei der dargestellten Schalterstellung die Messvorrichtung 12 an und löst allein die Schaltvorrichtung 21 aus, da von diesem Fehler die Sammelschiene SI nicht betroffen ist.
Es ist also ein unabhängiger Betrieb auf beiden Sammelschienen möglich. Sind alle Abzweige auf eine
Sammelschiene geschaltet, so ist eine vollkommene Betriebsunterbrechung die Folge eines Fehlers.
Die Anordnungen nach den Fig. 1 - 3 unterscheiden nicht, ob der Fehler in einer der Zellen oder in den von diesen Zellen abgehenden Leitungen auftritt. Bei einem Fehler in der abgehenden Leitung wird die entsprechende Schaltvorrichtung ansprechen und damit der ganze Über den zugeordneten Hauptschal- ter versorgte Teil der Anlage stromlos werden, obgleich es genügen würde, dass der betreffende Abzweig- schalter in der Zelle ausgelöst wird. Eine Betätigung des Kurzschlussschalters wäre bei einem derart !- gen Fehler also überflüssig.
Dieser Nachteil kann durch zusätzliche Messglieder in der abgehenden Leitung behoben werden, die mit dem jeweiligen Messglied für die Schaltvorrichtung nach Art eines selektiven Schutzes zusammenarbeiten, u. zw. derart, dass bei einem Fehler ausserhalb einer Zelle das Einlegen eines Kurzschlussschalters gesperrt ist. Hiedurch wird ein selektives Abschalten gewährleistet.
Wird der Hauptschalter der Einspeiseleitung für Kurztrennung ausgelegt, so darf der Zyklus der Kurzunterbrechung nur dann eingeleitet werden, wenn der Fehler auf einer der Speiseleitungen, d. h. hinter dem Leistungsschalter des Abzweigs auftritt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Vermeidung unzulässig hoher Fehlerlichtbogenenergie in einer elektrischen Hochspannungsschaltanlage, dadurch gekennzeichnet, dass den zu überwachenden Stromleitern der Hochspannungsschaltanlage ein Überbrückungsschalter (Kurzschlussschalter) zugeordnet ist und dieser ÜberbrUkkungsschalter in Abhängigkeit gebracht ist von einem Auslöser, der einen auftretenden Fehlerlichtbogen optisch und damit schon im Entstehen erfasst, bei solcher Abstimmung der genannten Elemente, dass der ÜberbrUckungsschalter bis zum Ablauf von 3 Halbwellen (30 msec), vorzugsweise schon bis zum Ablauf von 11/2 Halbwellen (15 nsec) de ! Lichthogenstromes schliesst und damit den Fehlerlichtbogen erloschen lässt.