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.
Synthetic test circuit to simulate the stress on switches when switching off capacitive circuits
Synthetic test circuits are known for simulating the stress on switches when a short circuit is switched off. These known test circuits consist of two current sources, a high current source and a high voltage source. The switch to be tested is in series with an auxiliary switch that receives the switch-off command simultaneously or almost simultaneously with the switch to be tested. The two switches are fed by the high current source. The high voltage source is switched on shortly before, during or after the zero crossing of the current through the switch to be tested, when its contacts have reached the extinguishing distance.
In contrast, the invention is concerned with a test circuit for simulating the stress on a switch when switching off capacitive circuits. Such circuits are, for example, unloaded lines, no-load cables, capacitor banks and the like. The switch must be able to switch off not only a short circuit, but also a capacitive load (e.g. no-load line or no-load cable). In the synthetic test circuit according to the invention, an auxiliary switch is also connected in series with the switch to be tested.
According to the invention, means are provided to transfer a large current at a relatively low voltage (high current circuit) from an energy source to the switch to be tested and the auxiliary switch and, at the same time, to supply the switch to be tested via a transformer from the same energy source to a small current at a high driving voltage (high voltage circuit ) feed. Furthermore, a capacitor is switched on in the high-voltage circuit and the phase position of the two currents is selected such that they pass through zero at the same time or approximately at the same time. This test circuit makes it possible, without the use of control devices, to stress the switch as if it were to switch off a capacitive load fed by a generator which supplies the required current at the nominal voltage of the switch.
The circuit is expediently made so that the current in the auxiliary switch reaches its zero value a little earlier than the current in the switch to be tested.
In order to ensure that the current in the high-current circuit and the current in the high-voltage circuit have the same or approximately the same phase position, a capacitor can be switched on in the high-current circuit. But you can also determine the phase position of the current in the high-current circuit by means of an inductance, so that the current in the high-current circuit has a phase shift of 1800 compared to the current in the high-voltage circuit. In order for the two currents to achieve the same phase position again, you only need to swap the terminals of one transformer winding.
If a three-phase generator is present as the energy source, it is advantageous to connect the high-current circuit and the high-voltage circuit to two voltages of the generator offset by 90 ".
The phase position and the size of the current in the high-current circuit can then be determined by an ohmic resistance.
Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. Insofar as the parts in the individual figures match, the same reference symbols have been used.
In Fig. 1, 1 denotes the switch to be tested and 2 denotes the auxiliary switch. A generator which supplies both the high current and the current in the high voltage circuit has the reference number 3. In the exemplary embodiment, the generator feeds the high current circuit via the inductance 6 and the transformer 4, in which a capacitor 9 is switched on.
The high-voltage circuit, in which a capacitor 8 is connected in series, is fed by the secondary winding of the transformer 5, the primary winding of which is connected to the same generator 3 via an inductance 7. A capacitor 10 is parallel to switch 1 and a capacitor 11 is parallel to switch 2. The current J1 in the high-current circuit leads the voltage U1 of the transformer 4 by 90 ", and the current J2 in the high-voltage circuit leads the voltage U2 of the transformer 5 by 90" in front.
Since both voltages are in phase, the currents in the high-current circuit and high-voltage circuit are also in phase due to the same impedance.
In Fig. 2 the phasor diagram of the currents J1 and J2 and the transformer voltages U1 and U5 is shown. 2a shows the time profile of the currents J1 and J2 and the time profile of the returning voltage.
The current J, which is equal to the sum of the two in-phase currents J1 and J2, flows through the switch 1 to be tested. When the current goes through zero and the contacts of switch 1 have reached such a position that it does not re-ignite, the returning voltage up occurs. So that the auxiliary switch 2, for which the same switch type is generally used as for the switch 1, clears before the switch 1 with certainty, it is advisable to give the current J2 a slight lag compared to the current J1, which can thereby happen that an ohmic resistor is switched on in series with the capacitor 8.
The test is carried out in such a way that both switches 1 and 2 are switched on first. Then the generator is connected to the two primary windings of the transformers by a switch (not shown). The two switches 1 and 2 then receive the switch-off command simultaneously or almost simultaneously. It will take one or more half-waves, depending on the design of the switch, until both switches no longer re-ignite at a zero crossing and the voltage up appears on the switch to be tested according to Fig. 2a, which is determined by a corresponding selection of the voltage Uns and the size of the capacitor 8 is made equal to the returning voltage that would occur under certain network conditions.
In Fig. 3, another embodiment of the invention is shown. Here the phase position of the current J1, since otherwise there is no resistance in the high-current circuit, is only determined by the inductance 6.
The current J1 therefore lags the voltage U1 by 900. To get the same phase position of the currents J1 and J2 again, the terminals of one of the two transformers can be swapped. In the exemplary embodiment, the terminals of the secondary winding of the transformer 5 are interchanged. In the exemplary embodiment in FIG. 3, an ohmic resistor can also be placed in series with the capacitor 8 so that the current J2 has a slight lag compared to the current J1. The test is carried out here in the same way as explained for FIG. 1.
Fig. 4 shows another embodiment of the invention. In the circuit of FIG. 4, a three-phase, star-connected generator 3 is provided.
The transformer 4, which feeds the high-current circuit, is connected to a phase voltage, and the transformer 5, which feeds the capacitive high-voltage circuit, is connected to the linked voltage of the other two phases. In the high-current circuit there is an ohmic resistor 13, whereby the currents J1 and J2 are in phase, since the voltage U2 lags the voltage U by 90 "and the capacitor 8 is in the high-voltage circuit. If one wants to achieve that J2 lags slightly behind J1, one can e.g. put an ohmic resistor in the high voltage circuit again.
In the exemplary embodiment, two capacitors 8 and 8 'are switched on in the high-voltage circuit.
A spark gap 14 is located in parallel with the capacitor 8 ′ in series with an ohmic resistor 13.
In addition to the two main electrodes 15, the spark gap has an auxiliary electrode 16 which is connected to a resistor 18 via a capacitor 17. This is parallel to the switch 1 to be tested via a spark gap 19.
If the arcs in the switch to be tested and in the auxiliary switch go out and no re-ignition takes place, the recurring voltage up at switch 1 initially follows the strongly drawn curve a in Fig. 5. As soon as the recurring voltage has reached a certain value (point in time tal) , the spark gap 14 ignites and the voltage across the capacitor 8 'decreases according to the dashed curve c. From the point in time t1 - the point in time of the power interruption is t - the recurring voltage thus has the dot-dash curve b.
This allows the voltage stress in a single-pole test to be adapted to the course of the recurring voltage that would occur over the first extinguishing pole of a three-pole switch under certain frequently occurring network conditions (e.g. switching off an idling overhead line in a network with an isolated star point).
After the two other poles have been interrupted, the voltage stress on the pole that first extinguished is reduced.
In the exemplary embodiments, it is assumed that the movable contacts of the switches move from the switched-on position to the switched-off position during the test, and that the high-voltage circuit becomes effective when a certain extinguishing distance is reached. However, the arrangement can also be made so that the contacts of both switches assume a position from the outset in which the extinguishing capability of the switch to be tested is to be checked. In this case, the fixed and movable contacts of each switch are bridged by an ignition wire. If the high-current circuit is then closed, an arc is immediately created in both switches and when it goes out in the next zero crossing, the high-voltage source becomes effective.
Instead of a generator, a network can also be used as an energy source.