Schaltungsanordnung zur synthetischen Prüfung des Verhaltens von Hochspannungsleistungsschaltern beim Einschalten
Es sind sog. synthetische Prüfanordnungen für das Verhalten von Hochspannungsleistungsschaltern beim Einschalten bekannt, in denen die Hochstromquelle bei Beginn der Prüfung vom Prüfling durch eine Schaltvorrichtung abgetrennt ist und letztere beim Zünden des Lichtbogens im Prüfling durch den in ihm erfolgenden Spannungsdurchschlag einen Zündimpuls erhält, durch den der Hochstromfluss eingeleitet wird. Als solche Schaltvorrichtung ist in den bekannten Prüfanordnungen eine Funkenstrecke vorgesehen.
Da es aber schwierig ist, eine Funkenstrecke, an der eine veränderliche Spannung liegt, zu einem bestimmten Augenblick zum Durchzünden zu bringen, hat man auch schon vorgeschlagen, den Hochstromkreis vom Prüfling nicht durch eine Funkenstrecke zu trennen, sondern ihn unmittelbar mit dem Prüfling zu verbinden. In diesem Falle wird dann in dem Hochstromkreis ein Sperrkreis angeordnet, der das Eindringen der Hochspannung in die Hochstromquelle verhindert. Eine solche Massnahme setzt jedoch eine Hochspannungsquelle mit höherer Frequenz als Netzfrequenz voraus, die damit aber der im Netzbetrieb auftretenden Spannung nicht genau entspricht.
Die Erfindung geht von der vorerwähnten synthetischen Prüfanordnung mit einer in Reihe mit dem Prüfling liegenden Schaltvorrichtung aus. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Prüfung möglichst netzgetreu durchzuführen, also mit einer Hochspannungsquelle von Netzfrequenz und Netzspannung zu arbeiten, die die gleiche Phasenlage wie die treibende Spannung im Hochstromkreis hat.
Um die Mängel der bekannten Prüfanordnung in bezug auf die zeitliche schwankende Durchzündung der Schaltvorrichtung bei Wechselspannungen zu vermeiden, sieht die Erfindung vor, dass parallel zur Schaltvorrichtung eine Reihenschaltung zweier Kondensatoren und einer Hilfsfunkenstrecke mit einer im Vergleich zur Kapazität dieser Kondensatoren kleinen Eigenkapazität liegt, wobei diese Kondensatoren bestimmt sind, vor Beginn der Prüfung auf eine gleichgrosse, aber entgegengesetzt gerichtete Gleichspannung aufgeladen zu werden, die zur Zündung der Hilfsfunkenstrecke sowie der Schaltvorrichtung ausreicht, und dass zu einem der beiden Kondensatoren eine Zündfunkenstrecke parallel liegt, die ihren Zündimpuls vom Beginn des aus der Hochspannungsquelle über den Prüfling fliessenden Stromes ableitet.
Da die Kapazität der Hilfsfunkenstrecke sehr klein ist gegenüber der Kapazität der mit ihr in Reihe liegenden Kondensatoren, folglich an ihr fast die gesamte zwischen der Hochspannungsquelle und der Hod¸strom- quelle bestehende Wechselspannung abfällt, steht danach an der Zündfunkenstrecke nur reine Gleichspannung an.
Mit dieser Gleichspannung kann der Zündzeitpunkt der Zündfunkenstrecke unabhängig vom Augenblickswert der am Prüfling bzw. an der Hilfsfunkenstrecke liegenden Wechselspannung stets genau eingehalten werden, so dass auch die den Hochstrom einschaltende Vorrichtung im Hochstromkreis unmittelbar nach dem über den Prüfling fliessenden Strom aus der Hochspannungsquelle gezündet werden kann. Damit weist die Prüfanordnung nach der Erfindung erhebliche Vorteile gegenüber der bekannten Prüfanordnung mit Schaltfunkenstrecken auf.
Wenngleich auch die Prüfanordnung nach der Erfindung mit einer Funkenstrecke als Schaltvorrichtung im Hochstromkreis, die mit einer Einrichtung zum Beblasen des Lichtbogens versehen sein sollte, arbeiten kann, so ist doch als Schaltvorrichtung eine solche vorzuziehen, die eine sich während des Prüfvorganges vermindernde Spannungsfestigkeit aufweist. Dies ist ein Hochspannungsschalter, der einen Strom von unbegrenzter Höhe führen kann, ohne dass sich wie bei einer Schaltfunkenstrecke durch einen etwaigen Abbrand an seiner Kontaktfläche sein Durchzündungszeitpunkt wesentlich ver ändert. Um eine höhere Spannungsfestigkeit gegenüber dem Prüfling zu erzielen, kann dieser Hilfsschalter von vornherein eine höhere elektrische Festigkeit der Schaltstrecke durch bauliche Massnahmen oder z. B. durch ein Druckgas mit erhöhter Durchschlagsfestigkeit erhalten.
Es ist aber auch möglich, zu diesem Zweck bei praktisch gleicher Bauart des Prüflings und des Hilfsschalters letzteren kurz nach dem Prüfling auszulösen, so dass seine mechanische Einschaltbewegung gegenüber der des Prüflings verzögert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Prüfanordnung gemäss der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Der Hochstromkreis A umfasst einen Hochstromgenerator G, der über einen Sicherheitsschalter S6 und eine Drossel D1 auf einen Transformator T1 arbeitet.
Im Sekundärkreis dieses Transformators liegt der Prüfling Sp in Reihe mit einer Funkenstrecke oder einem Hilfsschalter 5A Zum Schutz des Hochstromtransformators vor Zündimpulsen dient eine Drossel D2. Die etwa in den Hochstromkreis noch eindringende Hochspannung kann durch einen Kondensator C3 bzw. einen Überspannungsableiter Sa kurzgeschlossen bzw. begrenzt werden. Vom Generator G wird ferner ein Hochspannungstransformator kleiner Leistung T2 gespeist, der im Hochspannungskreis B die Netzspannung an den Prüfling Sp legt. Ein Zündkreis C enthält einen Transformator T3, von dem aus über einen Gleichrichter Ol und zwei Widerstände RL vor Beginn der Prüfung zwei Kondensatoren C1 und C2 mit entgegengesetzten Spannungen gleicher Höhe aufgeladen werden.
Zu dem Kondensator C1 liegt eine Zündfunkenstrecke F1, die von einem Verstärker V ausgelöst wird, parallel. Die Kondensatoren C1 und G2 liegen wiederum parallel zu einer Reihenschaltung aus einer Hilfsfunkenstrecke F2 und dem Hilfsschalter Sa. Die am Kondensator Ci liegende Zündfunkenstrecke F1 kann über den Verstärker V von einer Photozelle Fo, die von dem Einschaltlichtbogen des Prüflings erregt wird, oder durch einen am Shunt Sh gemessenen Beginn des Stromflusses im Hochspannungskreis ausgelöst werden.
Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist derart, dass in dem Augenblick, in dem bei genügender Annäherung der an der Einschaltbewegung des Prüflings beteiligten Kontaktstücke zwischen diesen ein als Lichtbogen erscheinender Spannungsdurchschlag auftritt oder - was bei sehr schneller Schaltstückbewegung möglich ist - im Spannungsnulldurchgang ohne vorherige Lichtbogenerscheinungen die Zuschaltung durch metallische Berührung der Kontaktstücke erfolgt, entweder über die Photozelle Fo oder dem Shunt Sh die Zünd- funkenstrecke F1 ausgelöst wird, so dass diese durchschlägt und der Kondensator C1 kurzgeschlossen wird.
Dadurch liegt an der Reihenschaltung aus dem Hilfsschalter 5A und der Funkenstrecke F2 plötzlich und mit sehr grosser Anstiegsgeschwindigkeit die Spannung des Kondensators C-, allein. Diese Spannung reicht einerseits aus, sowohl die Hilfsfunkenstrecke Fa als auch den Hilfsschalter Sv zu zünden, anderseits ist es verhältnismässig einfach, in bekannter Weise ihr Eindringen in die Wicklung des Hochstromtransformators T1 durch die Schutzdrossel D2 zu verhindern, da diese Spannung mit einer sehr steilen Stirn auftritt, folglich schon relativ kleine Induktivitäten ihr einen grossen Widerstand entgegen setzen.
Die Wechselspannung des Transformators Ta übt auf die Zündung der Zündfunkenstrecke F1 keinen Einfluss aus, da sie fast vollständig an der im Vergleich zu den Kapazitäten C1, C2 kleinen Eigenkapazität C4 der Hilfsfunkenstrecke F2 abfällt. Während also die Zündfunkenstrecke F1 optimal für die Aufgabe ausgelegt werden kann, bei einer konstanten Gleichspannung zu einem gesteuerten Zeitpunkt durchzuzünden, hat die Hilfsfunkenstrecke Fa nur die Aufgabe, bis zur Durchzündung eine Trennung zwischen Hochspannungskreis und Hochstromkreis zu bewirken, die verhindert, dass durch die Kapazitäten C1 und Ca ein vom Hochspannungstransformator Ta erzeugter Verschiebungsstrom fliesst,
wodurch an der Zündfunkenstrecke F1 eine unerwünschte Wechselspannungskomponente entstehen würde.
Da das Zünden der Funkenstrecken F1 und Fa sowie des Hilfsschalters SA praktisch gleichzeitig mit dem vom Hochspannungstransformator herbeigeführten Beginn des Stromflusses im Prüfling Sp erfolgt, setzt auch der vom Hochstromtransformator gelieferte Hochstrom ohne merkbare Verzögerung ein. Damit ist der Einschaltvorgang entsprechend den im Netzbetrieb auftretenden Verhältnissen abgeschlossen.