Synthetische Prüfschaltung zur Nachbildung der Beanspruchung von Schaltern beim Abschalten kapazitiver Stromkreise
Es sind synthetische Prüfschaltungen zur Nachbildung der Beanspruchung von Schaltern bei der Abschaltung eines Kurzschlusses bekannt. Diese bekannten Prüfschaltungen bestehen aus zwei Stromquellen, einer Hochstromquelle und einer Hochspannungsquelle. Der zu prüfende Schalter liegt in Reihe mit einem Hilfsschalter, der gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig mit dem zu prüfenden Schalter das Ausschaltkommando erhält. Die beiden Schalter werden von der Hochstromquelle gespeist. Die Hochspan nungsquelle wird kurz vor, im oder nach dem Nulldurchgang des Stromes Durch den zu prüfenden Schalter, wenn dessen Kontakte die Löschdistanz erreicht haben, zugeschaltet.
Demgegenüber befasst sich die Erfindung mit einer Prüfschaltung zur Nachbildung der Beanspruchung eines Schalters beim Abschalten kapazitiver Stromkreise. Derartige Stromkreise sind beispielsweise unbelastete Leitungen, leerlaufende Kabel, Kondensatorbatterien und dergleichen. Der Schalter muss in der Lage sein, nicht nur einen Kurzschluss abzuschalten, sondern auch eine kapazitive Last (z. B. leerlaufende Leitung bzw. leerlaufende Kabel). Bei der synthetischen Prüfschaltung nach der Erfindung ist ebenfalls mit dem zu prüfenden Schalter ein Hilfsschalter in Reihe geschaltet.
Gemäss der Erfindung sind Mittel vorhanden, um von einer Energiequelle dem zu prüfenden Schalter und dem Hilfsschalter ein grosser Strom bei verhältnismässig geringer Spannung (Hochstromkreis) und gleichzeitig dem zu prüfenden Schalter über einen Transformator von der gleichen Energiequelle ein kleiner Strom bei hoher treibender Spannung (Hochspannungskreis) zuzuführen. Ferner ist in den Hochspannungskreis ein Kondensator eingeschaltet und die Phasenlage der beiden Ströme so gewählt, dass sie gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig durch Null gehen. Durch diese Prüfschaltung gelingt es, ohne Verwendung von Steuergeräten den Schalter so zu beanspruchen, als wenn er eine kapazitive Last abschalten würde, die von einem Generator gespeist würde, welche den erforderlichen Strom bei der Nennspannung des Schalters liefert.
Zweckmässig wird die Schaltung so getroffen, dass der Strom im Hilfsschalter ein wenig früher seinen Nullwert erreicht als der Strom in dem zu prüfenden Schalter.
Um zu erreichen, dass der Strom im Hochstromkreis und der Strom im Hochspannungskreis gleiche oder annähernd gleiche Phasenlage besitzen, kann im Hochstromkreis ein Kondensator eingeschaltet werden. Man kann aber auch die Phasenlage des Stromes im Hochstromkreis durch eine Induktivität bestimmen, so dass der Strom im Hochstromkreis gegenüber dem Strom im Hochspannungskreis eine Phasenverschiebung von 1800 erhält. Damit die beiden Ströme wieder gleiche Phasenlage erreichen, braucht man nur die Klemmen einer Transformatorwicklung zu vertauschen.
Bei Vorhandensein eines Dreiphasen-Generators als Energiequelle ist es vorteilhaft, den Hochstromkreis und den Hochspannungskreis an zwei um 90" versetzte Spannungen des Generators anzuschliessen.
Die Phasenlage und die Grösse des Stromes im Hochstromkreis können dann durch einen Ohmschen Widerstand festgelegt werden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Soweit die Teile in den einzelnen Figuren übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen gewählt.
In Fig. 1 ist mit 1 der zu prüfende Schalter und mit 2 der Hilfsschalter bezeichnet. Ein Generator, der sowohl den Hochstrom als auch den Strom im Hochspannungskreis liefert, trägt das Bezugszeichen 3. Im Ausführungsbeispiel speist der Generator über die Induktivität 6 und den Transformator 4 den Hochstromkreis, in dem ein Kondensator 9 eingeschaltet ist.
Der Hochspannungskreis, in dem ein Kondensator 8 in Reihe eingeschaltet ist, wird von der Sekundärwicklung des Transformators 5 gespeist, dessen Primärwicklung über eine Induktivität 7 mit dem gleichen Generator 3 verbunden ist. Parallel zum Schalter 1 liegt ein Kondensator 10, parallel zum Schalter 2 ein Kondensator 11. Der Strom J1 im Hochstromkreis eilt der Spannung U1 des Transformators 4 um 90" vor, ebenso eilt der Strom J2 im Hochspannungskreis der Spannung U2 des Transformators 5 um 90" vor.
Da beide Spannungen phasengleich sind, sind wegen der gleichen Impedanz auch die Ströme im Hochstromkreis und Hochspannungskreis phasengleich.
In Fig. 2 ist das Zeigerdiagramm der Ströme J1 und J2 und der Transformatorspannungen U1 und U5 dargestellt. Fig. 2a zeigt den zeitlichen Verlauf der Ströme J1 und J2 und den zeitlichen Verlauf der wiederkehrenden Spannung.
Durch den zu prüfenden Schalter 1 fliesst der Strom J, der gleich der Summe der beiden gleichphasigen Ströme J1 und J2 ist. Wenn der Strom durch Null geht und die Kontakte des Schalters 1 eine solche Stellung erreicht haben, dass er nicht wieder zündet, tritt die wiederkehrende Spannung up auf. Damit mit Sicherheit der Hilfsschalter 2, für den man im allgemeinen den gleichen Schaltertyp verwendet wie für den Schalter 1, vor dem Schalter 1 löscht, ist es zweckmässig, dem Strom J2 eine kleine Nacheilung gegen über dem Strom J1 zu geben, was dadurch geschehen kann, dass in Reihe mit dem Kondensator 8 noch ein Ohmscher Widerstand eingeschaltet wird.
Die Prüfung geht so vor sich, dass zunächst die beiden Schalter 1 und 2 eingeschaltet werden. Dann wird der Generator durch einen nichtdargestellten Schalter auf die beiden Primärwicklungen der Transformatoren zugeschaltet. Hierauf erhalten die beiden Schalter 1 und 2 gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig den Ausschaltbefehl. Es wird eine oder mehrere Halbwellen dauern, je nach der Bauart der Schalter, bis bei einem Nulldurchgang beide Schalter nicht mehr wiederzünden und gemäss Fig. 2a an dem zu prüfenden Schalter die wiederkehrende Spannung up erscheint, die durch entsprechende Wahl der Grösse der Spannung Uns und der Grösse des Kondensators 8 gleich der wiederkehrenden Spannung gemacht ist, die unter bestimmten Netzverhältnissen auftreten würde.
In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Hier wird die Phasenlage des Stromes J1, da sonst kein Widerstand im Hochstromkreis liegt, lediglich durch die Induktivität 6 bestimmt.
Der Strom J1 eilt daher der Spannung U1 mit 900 nach. Um wieder gleiche Phasenlage der Ströme J1 und J2 zu erhalten, kann man die Klemmen eines der beiden Transformatoren vertauschen. Im Ausführungsbeispiel sind die Klemmen der Sekundärwicklung des Transformators 5 vertauscht. Auch beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 kann man noch einen Ohmschen Widerstand in Reihe mit dem Kondensator 8 legen, damit der Strom J2 eine kleine Nacheilung gegenüber dem Strom J1 erhält. Die Prüfung wird hier ebenso durchgeführt, wie bei Fig. 1 erläutert.
Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei der Schaltung nach Fig. 4 ist ein dreiphasiger, in Stern geschalteter Generator 3 vorgesehen.
An eine Phasenspannung ist der den Hochstromkreis speisende Transformator 4, an die verkettete Spannung der beiden anderen Phasen der Transformator 5 angeschlossen, der den kapazitiven Hochspannungskreis speist. Im Hochstromkreis liegt ein Ohmscher Widerstand 13, wodurch die Ströme J1 und J2 phasengleich werden, da die Spannung U2 um 90" der Spannung U nacheilt und im Hochspannungskreis der Kondensator 8 liegt. Will man wieder erreichen, dass J2 etwas gegen J1 nacheilt, kann man z. B. wieder einen Ohmschen Widerstand in den Hochspannungskreis legen.
Im Ausführungsbeispiel sind in dem Hochspannungskreis zwei Kondensatoren 8 und 8' eingeschaltet.
Parallel zum Kondensator 8' liegt in Reihe mit einem Ohmschen Widerstand 13 eine Funkenstrecke 14.
Ausser den beiden Hauptelektroden 15 besitzt die Funkenstrecke eine Hilfselektrode 16, die über einen Kondensator 17 an einen Widerstand 18 angeschlossen ist. Dieser liegt über eine Funkenstrecke 19 parallel zu dem zu prüfenden Schalter 1.
Wenn die Lichtbögen in dem zu prüfenden Schalter und im Hilfsschalter erlöschen und keine Wiederzündung stattfindet, verläuft die wiederkehrende Spannung up am Schalter 1 zunächst nach der stark ausgezogenen Kurve a in Fig. 5. Sobald die wiederkehrende Spannung einen bestimmten Wert erreicht hat (Zeitpunkt tal), zündet die Funkenstrecke 14 und die Spannung am Kondensator 8' nimmt nach der strichlierten Kurve c ab. Von dem Zeitpunkt t1 - der Zeitpunkt der Stromunterbrechung ist t, - erhält somit die wiederkehrende Spannung den strichpunktierten Verlauf b.
Man kann hiermit die Spannungsbeanspruchung bei einer einpoligen Prüfung dem Verlauf der wiederkehrenden Spannung anpassen, die unter bestimmten häufig vorkommenden Netzverhältnissen (z. B. Abschalten einer leerlaufenden Frei leitung in einem Netz mit isoliertem Sternpunkt) über dem erstlöschenden Pol eines dreipoligen Schalters auftreten würde.
Nach der Unterbrechung der beiden anderen Pole verringert sich die Spannungsbeanspruchung des erstlöschenden Poles.
In den Ausführungsbeispielen ist angenommen, dass sich die beweglichen Kontakte der Schalter bei der Prüfung von der Einschaltstellung in die Ausschaltstellung bewegen, und dass bei Erreichen einer bestimmten Löschdistanz der Hochspannungskreis wirksam wird. Man kann jedoch die Anordnung auch so treffen, dass die Kontakte beider Schalter von vorn herein eine Stellung einnehmen, bei der die Löschfähigkeit des zu prüfenden Schalters geprüft werden soll. In diesem Fall werden der feststehende und der bewegliche Kontakt jedes Schalters durch einen Zünddraht überbrückt. Wird dann der Hochstromkreis geschlossen, so entsteht sofort ein Lichtbogen in beiden Schaltern und bei dessen Erlöschen im nächsten Nulldurchgang wird die Hochspannungsquelle wirksam.
An Stelle eines Generators kann auch ein Netz als Energiequelle verwendet werden.