Einrichtung zur Verlängerung der Lichtbogendauer bei der Prüfung von Stromunterbrechern
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verlängerung der Lichtbogendauer bei der Prü- fung von Stromunterbrechern, insbesondere Hochspannungsleistungsschaltern, in einer Prüfanordnung mit getrennten Energiequellen für den Hochstrom und die Hochspannung.
Da in solchen Prüfanordnungen die Spannung der Hoch stromquelle nicht ausreicht, um den Lichtbogen über mehrere Halbwellen so lange aufrechtzuerhalten, bis die Schaltkontakte des Prüfschalters in ihre günstigste Löschstellung bzw. Ausschaltstellung gelangt sind, werden besondere Massnahmen notwendig, den Lichtbogen über die Nulldurchgänge fortzuzünden.
Man kann hierfür besondere Spannungsquellen vorsehen, die über geeignete Zündvorrichtungen kurz vor dem Nullwerden des Hochstromes eingeschaltet werden und einen zusätzlichen Strom über die Schaltkontakte treiben, der dann den Hochstrom mit sich fortreisst und so eine neue Halbwelle ermöglicht. Andere Massnahmen bestehen darin, den Hoch strom im Anfang durch einen Gleichstrom oder durch einen Wechselstrom so niedriger Frequenz zu ersetzen, dass ein Nulldurchgang dieses Stromes bis zum Einsatz der Prüfspannung vermieden wird.
Diese Verfahren setzen jedoch entweder einen grösseren Aufwand an Steuerelementen und zusätzlichen Energiequellen voraus oder beeinträchtigen die Nachbildung der Schalterbeanspruchung durch den betriebsmässigen Kurzschlussstrom, so dass die Wirtschaftlichkeit der Prüfanordnung bzw. die Nachbildung der Netzverhältnisse bei der Ausschaltung in Frage gestellt ist.
Eine möglichst einfache und wirtschaftliche Einrichtung zur wirklichkeitsgetreuen Nachbildung aller vorkommenden Betriebsverhältnisse vermeidet die angegebenen Nachteile dadurch, dass erfindungsgemäss im Hoch stromkreis vor dem Prüfschalter ein steuerbarer Doppelweggleichrichter angeordnet ist, der so gesteuert ist, dass die gleichgerichteten Hochstromhalbwellen einander überlappen, damit das vorzeitige Nullwerden des Hochstromes in der Schaltstrecke des zu prüfenden Schalters vermieden wird. Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, dass es für die Beanspruchung der Prüfschaltstrecke durch den Lichtbogen vollkommen gleichgültig ist, ob dieser Lichtbogen völlig durch Null geht oder diesem Werte nur zustrebt, wenn nur die maximale Stromstärke und die Frequenz des Hochstromes den Netzverhältnissen entsprechen.
Dieses ist aber bei einem in der beschriebenen Weise gleichgerichteten Hochstrom der Fall, weil die Lichtbogenleistung aus Strom und Lichtbogenspannung die gleiche bleibt wie bei einem normalen Wechselstrom.
Die Erfindung hat damit den Vorteil, dass durch das Einschalten von zwei steuerbaren Gleichrichtern in den Hochstromkreis eine bedeutende Vereinfachung und auch Verbilligung der Prüfanordnung eintritt, wobei noch hinzu kommt, dass vor der eigentlichen Spannungsprüfung die gleichen Stromverhältnisse vorhanden sind wie beim Netzbetrieb, weil am Ende der letzten Hochstromhalbwelle der Hochstrom seinen Nullwert erreicht. Solange es sich um niedrigere Stromstärken handelt, kann man als Gleichrichter gittergesteuerte Entladungsröhren nehmen. Bei sehr hohen Kurzschlussströmen werden jedoch zweckmässigerweise steuerbare Leistungsschaltstrecken von Druckgasschal tern vorgesehen, die mit Hilfszündelektroden versehen sein können. Diese Schaltstrecken werden so eingestellt, dass sie ohne Hilfszündung keinen Durchschlag ergeben.
Erst bei Anlegen eines Zündimpulses erfolgt der Durchschlag in der einen oder anderen Stromrichtung. Mit der Erfindung ist auch gleichzeitig der Vorteil verbunden, dass man auf den sogenannten Draufschalter verzichten kann, da dieser durch eines der Gleichrichterelemente ersetzt wird, das als syn chronisierter Einschalter des Hochstromes dient. Um ferner eine einseitige Beanspruchung der Schaltkontakte durch den Lichtbogen vor der Spannungsprüfung zu vermeiden, kann im Verlauf einer Versuchsserie die Stromrichtung nach jeweils einem Ausschaltversuch umgekehrt werden, so dass beide Schaltkontakte abwechselnd Anode und Kathode sind.
Zur näheren Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung sei auf die Zeichnung verwiesen, in der
Fig. 1 die Schaltung der Prüfanordnung,
Fig. 2 ein Stromspannungsdiagramm und
Fig. 3 ein Schaltbild des Gleichrichtertransformators darstellen.
Nach Fig. 1 liegen in dem Hochstromkreis der Wechselstromgenerator G, der auch direkt durch das Netz ersetzt werden kann, ein als Sicherheitsschalter dienender Schalter S und ein Transformator T mit zwei Sekundärwicklungen. Im Sekundärkreis dieses Transformators T liegen die Gleichrichterventile vl und V2 sowie der Hilfsschalter Spund der Prüfschalter Sp An den Prüfschalter Sp ist der Hochspannungskreis angeschlossen.
Dieser enthält den von einer Gleichspannungsquelle auf eine hohe Spannung aufgeladenen Kondensator C, die Funkenstrecke F, die Drossel L, sowie ein dem Prüfschalter parallel geschaltetes Rd Cd-Glied zur Einstellung der erforderlichen Frequenz und Dämpfung der Wiederkehrspannung Uw Bei dem Hochspannungskreis handelt es sich um einen Schwingungskreis, aus dem in bekannter Weise am Ende der letzten Hochstromhalbwelle ik dem Hochstrom ein Schwirgstrom s überlagert wird, wobei mit dem Nullwerden des Schwingstromes iS die Wiederkehrspannung Uw als Prüfspannung erscheint, wie dieses in Fig. 2 gezeigt ist.
Die beiden Ventile V1 und V2 werden durch Stromwandler W1, W2 und Steuergeräte S1 S2 so gesteuert, dass jeweils nur positive Halbwellen des Hochstromes über die Schalter S1 und Sp geleitet werden.
Von den Steuergeräten S1 und 52 werden die Hilfselektroden H1 und H2 gezündet, bevor der Strom seinen Nullwert erreicht hat. Es ergibt sich dann eine Stromkurve für i, ;, wie sie aus Fig. 2 hervorgeht. Da- durch ist es dem Lichtbogen nicht möglich, in den Schaltstrecken des Hilfs- und Prüfschalters zu erlöschen.
Um einen besonderen synchronisierten Einschalter zu vermeiden, der den Hochstrom anfangs bei seinem Nulldurchgang im Maximum der Generatorspannung einschaltet, kann das Ventil V1 zusätzlich diese Aufgabe übernehmen. Zu diesem Zweck wird von der vorhandenen Synchronisierungseinrichtung, die aus dem Generator g und dem Steuergerät Sy besteht, ein Steuerimpuis abgeleitet, der ebenfalls der Hilfszündelektrode H1 des Ventils V1 zugeführt wird. Die Ventile V1 und V2 sind als Leistungsschaltstrecken für Druckgasschalter ausgebildet, sie weisen eine Druckluftbeblasung auf, die dafür sorgt, dass der Lichtbogen zur vorgegebenen Zeit erlischt.
An Stelle von Leistungsschaltstrecken üblicher Bauart für die Ventile V1 und V. z können selbstverständlich auch solche ge- nommen werden, die für den vorliegenden Zweck besonders ausgebildet sind, beispielsweise indem sie Lichtbogen-Leitelektroden von bestimmter Länge erhalten, die der Lichtbogendauer je Halbwelle angepasst ist und die zugleich mit einer Druckluftbeblasung versehen sind.
In der Zeichnung nach Fig. 1 wird für die Doppelweggleichrichtung ein spezieller Gleichrichtertransformator mit Mittelpunktsanzapfung verwendet. Ein derartiger Transformator kann für ein Hochleistungsprüffeld einen zusätzlichen, unerwünschten Aufwand bedeuten. Dieser Nachteil lässt sich jedoch vermeiden, wenn man zwei Phasen des in jedem Leistungsprüffeld vorhandenen und meist aus drei Einphasentransformatoren bestehenden Hochleistungstransformators verwendet.
Die überaus einfache Schaltung der beiden Einphasentransformatoren zeigt die Fig. 3, in der der Einfachheit halber der Hochspannungskreis nicht mit eingezeichnet und auch die Steuerungsvorrichtungen weggelassen worden sind.
Mit TI und T2 sind die beiden Einphasentransformatoren bezeichnet, deren Primärwicklungen parallel an den Generatorklemmen liegen.
Device for extending the arc duration when testing circuit breakers
The invention relates to a device for extending the arc duration when testing circuit breakers, in particular high-voltage circuit breakers, in a test arrangement with separate energy sources for the high current and the high voltage.
Since the voltage of the high-current source in such test arrangements is not sufficient to maintain the arc over several half-waves until the switching contacts of the test switch have reached their most favorable extinguishing or switch-off position, special measures are necessary to ignite the arc over the zero crossings.
Special voltage sources can be provided for this purpose, which are switched on via suitable ignition devices shortly before the high current is zero and drive an additional current via the switching contacts, which then carries the high current with it and thus enables a new half-wave. Other measures consist in replacing the high current at the beginning with a direct current or with an alternating current of such a low frequency that a zero crossing of this current is avoided until the test voltage is used.
However, these methods either require a greater effort in terms of control elements and additional energy sources or impair the simulation of the switch stress due to the operational short-circuit current, so that the economic viability of the test setup or the simulation of the network conditions is called into question when it is switched off.
A device that is as simple and economical as possible for realistically simulating all operating conditions that occur avoids the stated disadvantages in that, according to the invention, a controllable full-wave rectifier is arranged in the high-current circuit in front of the test switch, which is controlled in such a way that the rectified high-current half-waves overlap each other so that the high current is zeroed prematurely is avoided in the switching path of the switch to be tested. The invention is based on the knowledge that it is completely irrelevant for the load on the test switching path by the arc whether this arc goes completely through zero or only strives towards this value if only the maximum current strength and the frequency of the high current correspond to the network conditions.
However, this is the case with a high current rectified in the manner described because the arc power from current and arc voltage remains the same as with normal alternating current.
The invention thus has the advantage that by switching on two controllable rectifiers in the high-current circuit, a significant simplification and also cheaper of the test arrangement occurs, with the fact that before the actual voltage test the same current conditions are present as with mains operation, because at the end the last high current half-wave the high current reaches its zero value. As long as lower currents are involved, grid-controlled discharge tubes can be used as rectifiers. In the case of very high short-circuit currents, however, controllable power switching paths of compressed gas switches are expediently provided, which can be provided with auxiliary ignition electrodes. These switching distances are set so that they do not result in a breakdown without auxiliary ignition.
The breakdown in one or the other direction of the current only occurs when an ignition pulse is applied. The invention also has the advantage that the so-called top switch can be dispensed with, since it is replaced by one of the rectifier elements that serves as a synchronized switch for the high current. Furthermore, in order to avoid one-sided stress on the switching contacts due to the arc before the voltage test, the current direction can be reversed after one switch-off attempt in the course of a test series, so that both switching contacts are alternately anode and cathode.
For a more detailed explanation of an embodiment of the invention, reference is made to the drawing in which
1 shows the circuit of the test arrangement,
Fig. 2 is a current voltage diagram and
Figure 3 shows a circuit diagram of the rectifier transformer.
According to FIG. 1, the alternating current generator G, which can also be replaced directly by the mains, is located in the high-current circuit, a switch S serving as a safety switch and a transformer T with two secondary windings. In the secondary circuit of this transformer T are the rectifier valves vl and V2 and the auxiliary switch Spund the test switch Sp. The high-voltage circuit is connected to the test switch Sp.
This contains the capacitor C charged to a high voltage by a DC voltage source, the spark gap F, the choke L, as well as an Rd Cd element connected in parallel to the test switch for setting the required frequency and damping the recovery voltage Uw The high-voltage circuit is a Oscillating circuit, from which a surge current s is superimposed on the high current in a known manner at the end of the last high current half wave ik, with the recovery voltage Uw appearing as test voltage when the oscillating current iS becomes zero, as shown in FIG.
The two valves V1 and V2 are controlled by current transformers W1, W2 and control devices S1 S2 so that only positive half-waves of the high current are passed through switches S1 and Sp.
The auxiliary electrodes H1 and H2 are ignited by the control units S1 and 52 before the current has reached its zero value. A current curve then results for i,;, as can be seen from FIG. This means that it is not possible for the arc to extinguish in the switching paths of the auxiliary and test switch.
In order to avoid a special synchronized on-switch that initially switches on the high current when it crosses zero at the maximum of the generator voltage, the valve V1 can also take on this task. For this purpose, a control pulse is derived from the existing synchronization device, which consists of the generator g and the control unit Sy, which is also fed to the auxiliary ignition electrode H1 of the valve V1. The valves V1 and V2 are designed as power switching sections for compressed gas switches, they have a compressed air blowing, which ensures that the arc is extinguished at the specified time.
Instead of power switching paths of the usual design for valves V1 and V. z, it is of course also possible to use those that are specially designed for the present purpose, for example by having arc guide electrodes of a certain length that is adapted to the arc duration per half-wave and which are also provided with compressed air blowing.
In the drawing according to FIG. 1, a special rectifier transformer with a center tap is used for full-wave rectification. Such a transformer can mean additional, undesirable expense for a high-performance test field. However, this disadvantage can be avoided by using two phases of the high-power transformer which is present in each power test bay and usually consists of three single-phase transformers.
The extremely simple circuit of the two single-phase transformers is shown in FIG. 3, in which, for the sake of simplicity, the high-voltage circuit has not been drawn in and the control devices have also been omitted.
The two single-phase transformers are designated with TI and T2, the primary windings of which are parallel to the generator terminals.