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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Prüfung des Schaltvermögens eines für 60 Hz vorgesehenen Hochspannungs-Leistungsschalters in einer Prüfanlage mit einer 50 Hz Hochstromquelle, wobei der Strom durch den während der Prüfung aus der geschlossenen in die geöffnete Stellung überführten, den Schaltlichtbogen in einem Stromnulldurchgang unterbrechenden Hochspannungs-Leistungsschalter geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit zwischen dem letzten Stromnulldurchgang, in welchem der Schaltlichtbogen erlischt und dem vorletzten Stromnulldurchgang gegenüber der Zeit zwischen zwei Nulldurchgängen einer 50 Hz Stromhalbwelle im Verhältnis 50 zu 60 verkürzt wird, wobei der Stromverlauf während der letzten Stromhalbwelle vor der Lichtbogenlöschung annähernd eine Sinuskurve beschreibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem letzten Stromnulldurchgang die Kontakte eines eine bezüglich des zu prüfenden Leistungsschalters (5) hohe Lichtbogenspannung aufweisenden, mit dem zu prügenden Leistungsschalter (5) in Reihe geschalteten Hilfsschalters (6) geöffnet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zu prüfende Leistungsschalter (5) ein Druckgasschalter und der Hilfsschalter (6) ein ölarmer Schalter ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkürzung der letzten Stromhalbwelle dadurch erreicht wird, dass die kleine Halbwelle eines durch die 50 Hz Hochstromquelle (1) abgegebenen asymmetrischen Stromes gewählt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass kurz vor dem letzten Stromnulldurchgang des durch die 50 Hz Hochstromquelle (1) gelieferten Stromes (ik) beginnend diesem Strom (ik) in der Schaltstrecke des zu prüfenden Leistungsschalters (5) aus einem zweiten Kreis (7, 8, 9, 10, 11) ein Schwingstrom (is) wesentlich kleinerer Amplitude und wesentlich höherer Frequenz überlagert wird, der kurz nach dem letzten Stromnulldurchgang des durch die 50 Hz Hochstromquelle (1) gelieferten Stromes (ik) mit der gleichen Steilheit wie der nachzubildende 60 Hz Hochstrom gegen Null geht, wobei der Schwingstrom (ins) nur aus einer Halbwelle besteht.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung des Schaltvermögens eines für 60 Hz vorgesehenen Hochspannungs-Leistungsschalters in einer Prüfanlage mit einer 50 Hz Hochstromquelle, wobei der Strom durch den während der Prüfung aus der geschlossenen in die geöffnete Stellung überführten, den Schaltlichtbogen in einem Stromnulldurchgang unterbrechenden Hochspannungs-Leistungsschalter geführt wird.
Insbesondere Selbstblasschalter mit SF6-Löschgas haben besonders bei Abstandskurzschluss ein bedeutend kleineres Abschaltvermögen, wenn die Netzfrequenz von 50 auf 60 Hz erhöht wird. Die durch die Strom- und Spannungssteilheit um den Stromnulldurchgang, im Löschmoment des Schaltlichtbogens gegebenen Beanspruchungen sind bei 60 Hz mehr als 40 % höher als bei 50 Hz. Das Abschaltverrnögen derartiger Schalter wird zusätzlich durch die in der Schaltstelle insbesondere in der letzten Stromhalbwelle erzeugte Schaltarbeit, d.h. das Integral über die Lichtbogenzeit aus Lichtbogenspannung und Strommomentanwert beeinflusst. Diese Schaltarbeit ist bei einer 60 Hz Stromhalbwelle im Verhältnis 5 zu 6 kleiner als bei einer 50 Hz Halbwelle.
Aus diesen Gründen sollten elektrische Leistungsschalter, die für eine Netzfrequenz von 60 Hz vorgesehen sind, auch mit dieser Frequenz geprüft werden.
Bestehende Prüfanlagen sind je nach Erdteil für 50 oder 60 Hz Prüfungen eingerichtet. Die Prüfung von für 60 dz vorgesehenen elektrischen Leistungsschaltern in Gebieten mit 50 Hz Netzfrequenz erfordert einen hohen wirtschaftlichen Aufwand.
E. Slamecka: Prüfung von Hochspannungs-Leistungsschaltern, Springer-Verlag 1966). Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das die Prüfung des Schaltvermögens von 60 Hz vorgesehenen elektrischen Leistungsschaltern in Prüfanlagen mit einer So Hz Hochstromquelle ermöglicht.
Die gestellte Aufgabe ist dadurch gelöst, dass die Zeit zwischen dem letzten Stromnulldurchgang, in welchem der Schaltlichtbogen erlischt und dem vorletzten Stromnulldurchgang gegenüber der Zeit zwischen zwei Nulldurchgängen einer 50 Hz Stromhalbwelle im Verhältnis 50 bis 60 verkürzt wird, wobei der Stromverlauf während der letzten Stromhalbwelle vor der Lichtbogenlöschung annähernd eine Sinuskurve beschreibt.
Vorteilhafterweise werden vor dem letzten Stromnulldurchgang die Kontakte eines eine bezüglich des zu prüfenden Leistungsschalters hohe Lichtbogenspannung aufweisenden, mit dem zu prüfenden Leistungsschalter in Reihe geschalteten Hilfsschalters geöffnet.
Eine vorteilhafte Kombination ergibt sich dadurch, dass der zu prüfende Leistungsschalter ein Druckgasschalter und der Hilfsschalter ein ölarmer Schalter ist.
Die Verkürzung der letzten Stromhalbwelle kann auch dadurch erreicht werden, dass die kleine Halbwelle eines durch die 50 Hz Hochstromquelle abgegebenen asymmetrischen Stromes gewählt wird.
Mit Vorteil wird kurz vor dem letzten Stromnulldurchgang des durch die 50 Hz Hochstromquelle gelieferten Stromes beginnend diesem Strom in der Schaltstrecke des zu prüfenden Leistungsschalters aus einem zweiten Kreis ein Schwingstrom wesentlich kleinerer Amplitude und wesentlich köherer Frequenz überlagert, der kurz nach dem letzten Stromnulldurchgang des durch dei 50 Hz Hochstromquelle gelieferten Stromes mit der gleichen Steilheit wie der nachzubildende 60 Hz Hochstrom gegen Null geht, wobei der Schwingstrom nur aus einer Halbwelle besteht.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 das Schaltschema einer synthetischen Prüfschaltungsanordnung,
Figur 2 den zeitlichen Verlauf des Stromes, der Generatorspannung und der Lichtbogenspannung an Hilfs- und zu prüfendem Schalter,
Fig. 3 den zeitlichen Verlauf eines asymmetrischen Stromes und
Fig. 4 vergrössert den zeitlichen Verlauf des in Fig. 3 dargestellten asymmetrischen Stromes mit einem überlagerten Schwingstrom.
In Fig. 1 speist die 50 Hz-Hochstromquelle 1, z.B. ein sogenannter Kurzschlussgenerator, über die Induktivitäten 2, den Draufschalter 3, den Transformator 4, die Reihenschaltung aus dem zu prüfenden Leistungsschalter 5 und dem Hilfsschalter 6.
Zum zu prüfenden Leistungsschalter 5 liegt ein Hochspannungskreis parallel. Der Hochspannungskreis besteht aus der gesteuerten Funkenstrecke 7, dem Kondensator 8, der Induktivität 9 und der Reihenschaltung aus einem ohm'schen Widerstand 10 und einem Kondensator 11. Bei der Durchführung einer Prüfung mit Hochstrom sind im Einschaltmoment (t = 0) des Draufschalters 3 sowohl der zu prüfende Leistungsschalter 5 als auch der Hilfsschalter 6 geschlossen. Die Öffnung des Leistungsschalters 5 und des Hilfsschalters 6 sowie das Zünden der Funkenstrecke 7 wird durch die in den Prüfanlagen üblicherweise vorhandenen Einrichtungen gesteuert.
In der Figur 2 ist der von der Hochstromquelle bei der Prüfung von für 50 Hz vorgesehenen Leistungsschaltern auftretende 50 Hz-strom i50 in Funktion der Zeit gestrichelt eingezeichnet. Der zu prüfende Leistungsschalter 5 ist in Fig. 1 für eine Netzfrequenz von 60 Hz vorgesehen. Um die bei einer direkten
Prüfung mit 60 Hz im Schalter 5 auftretenden Beanspruchungen in der Prüfanlage mit einer 50 Hz Hochstromquelle 1 nachzubilden, wird die Zeit zwischen dem letzten Stromnulldurchgang t3, in welchem der Schaltlichtbogen erlischt, und dem vorletzten Stromnulldurchgang t2 gegenüber der Zeit (trt4) zwischen zwei Nulldurchgängen der 50 Hz-Stromhalbwelle im Verhältnis 50 zu 60 verkürzt. Diese Zeitverkürzung zwischen den zwei letzten Stromnulldurchgängen des Stromes wird dadurch erreicht, dass im Zeitpunkt tl nach Fig. 2 die Kontakte des mit dem zu prüfenden Leistungsschalter 5 in Reihe geschalteten Hilfsschalters 6 geöffnet werden. Der Hilfsschalter 6 ist ein ölarmer Schalter und weist gegenüber dem zu prüfenden SF6-Druckgasschafter eine hohe Lichtbogenspannung auf.
Diese hohe, mit der Zeit zunehmende Lichtbogenspannung UL, die zur Hauptsache vom Hilfsschalter 6 verursacht wird, bewirkt die gewünschte Verkürzung der letzten Halbwelle des Prüfstromes ik. Der erforderliche Öffnungszeitpunkt t1 des Hilfsschalters 6 hängt von den Stromkreisdaten ab und kann am einfachsten experimentell bestimmt werden. In Fig. 2 ist die 50 Hz Generatorspannung u6 der Hochstromquelle 1 auch dargestellt.
Eine andere Möglichkeit zur Verkürzung der letzten Stromhalbwelle in einer 50 Hz-Prüfanlage ergibt sich, wenn man den Einschaltzeitpunkt t= 0 des Draufschalters 3 so wählt, dass der Strom, wie in Fig. 3 dargestellt, asymmetrisch verläuft und die Lichtbogenlöschung im Zeitpunkt t7, nach der kleinen Halbwelle erfolgt. Der Grad der Asymmetrie hängt von den Stromkreisdaten ab. Die erforderlichen Stromkreisdaten und das Einschaltmoment t = 0 des Draufschalters 3 werden vorteilhafterweise experimentell bestimmt. Diese Methode eignet sich vor allem für Leistungsschalter 5 mit sehr kurzen, um 11 ms liegenden Lichtbogenzeiten.
Die Kontakttrennung des Leistungsschalters 5 darf nur soweit in die grosse Halbwelle zurückverlegt werden, bis der Momentanwert des Stromes ik ungefähr den Scheitelwert des nachzubildenden 60 Hz Hochstromes erreicht.
Bei einer früheren Öffnung der Kontakte des Leistungsschalters 5 wird eine unrichtige Beanspruchung auftreten.
Bei keinem der vorangehend beschriebenen Verfahren ist die letzte, verkürzte Stromhalbwelle rein sinusförmig. Die kleinen Abweichungen zwischen dem nachzubildenden sinusförmigen 60 Hz-Prüfstrom und dem nach den beschriebenen Verfahren erreichbaren Prüfstrom können mit Ausnahme der Umgebung des letzten Stromnulldurchganges ohne weiteres in Kauf genommen werden. Um im letzten Nulldurchgang, im Löschelement des Schaltlichtbogens die richtige Steilheit des 60 Hz-Prüfstromes nachzubilden, kann vorteilhalterweise die in Fig. 1 dargestellte, bekannte synthetische Prüfschaltung nach Weil und Dobke verwendet werden. Bei dieser Prüfschaltung wird im Zeitpunkt t8 in Fig. 4 kurz vor dem letzten Stromnulldurchgang t7 des durch die 50 Hz-Hochstromquelle 1 gelieferten Stromes ik die gesteuerte Funkenstrecke 7 gezündet.
Der bereits vorher aufgeladene Kondensator 8 entlädt sich über die Funkenstrecke 7, die Induktivität 9 und über die Schaltstrecke des zu prüfenden Leistungsschalters 5. Durch die Entladung des Kondensators 8 wird dem Strom ik im Leistungsschalter 5 ein Schwingstrom i5 wesentlich kleinerer Amplitude und wesentlich höherer Frequenz überlagert, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Dieser Schwingstrom is geht kurz nach dem letzten Stromnulldurchgang t7 des durch die 50 Hz Hochstromquelle gelieferten Stromes ik, in Zeitpunkt t9 mit der gleichen Steilheit wie der nachzubildende 60 Hz Hochstrom gegen Null. Diese Steilheit ist durch die Daten des Hochspannungskreises gut einstellbar und sichert die Nachbildung der richtigen Stromsteilheit im Löschmoment des Schaltlichtbogens.
Die richtige Steilheit der wiederkehrenden Spannung kann im in Fig. 1 dargestellten Prüfkreis auch eingestellt werden, wobei dieses an sich bekannte Vorgehen nicht näher erläutert ist.
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PATENT CLAIMS
1.Procedure for testing the switching capacity of a high-voltage circuit breaker intended for 60 Hz in a test facility with a 50 Hz high-current source, the current flowing through the high-voltage circuit breaker being transferred from the closed to the open position during the test and interrupting the switching arc in a zero current crossing is carried out, characterized in that the time between the last zero current crossing in which the switching arc extinguishes and the penultimate current zero crossing compared to the time between two zero crossings of a 50 Hz current half-wave is reduced in a ratio of 50 to 60, the current profile during the last current half-wave before Arc extinction approximately describes a sine curve.
2. The method according to claim 1, characterized in that before the last zero current, the contacts of a with respect to the circuit breaker to be tested (5) having high arc voltage, with the circuit breaker to be tested (5) connected in series auxiliary switch (6) are opened.
3. The method according to claim 2, characterized in that the circuit breaker to be tested (5) is a compressed gas switch and the auxiliary switch (6) is a low-oil switch.
4. The method according to claim 1, characterized in that the shortening of the last current half-wave is achieved in that the small half-wave of an asymmetrical current emitted by the 50 Hz high-current source (1) is selected.
5. The method according to any one of claims 1, 2 or 4, characterized in that shortly before the last zero crossing of the current supplied by the 50 Hz high current source (1) current (ik) starting this current (ik) in the switching path of the circuit breaker to be tested ( 5) from a second circuit (7, 8, 9, 10, 11) an oscillating current (is) of significantly smaller amplitude and significantly higher frequency is superimposed, which shortly after the last zero crossing of the current supplied by the 50 Hz high current source (1) ( ik) with the same slope as the 60 Hz high current to be simulated goes to zero, the oscillating current (ins) consisting of only one half-wave.
The invention relates to a method for testing the switching capacity of a high-voltage circuit breaker provided for 60 Hz in a test system with a 50 Hz high-current source, the current through the high voltage being transferred from the closed to the open position during the test and interrupting the switching arc in a current zero crossing - Circuit breaker is led.
In particular, auto-blow switches with SF6 extinguishing gas have a significantly lower switch-off capacity, especially in the event of a short-circuit when the mains frequency is increased from 50 to 60 Hz. The stresses caused by the current and voltage steepness around the zero current crossing, in the quenching moment of the switching arc, are more than 40% higher at 60 Hz than at 50 Hz. The switch-off power of such switches is additionally caused by the switching work generated in the switching point, particularly in the last current half-wave, ie influences the integral over the arc time from the arc voltage and current instantaneous value. This switching work is smaller for a 60 Hz current half-wave in a ratio of 5 to 6 than for a 50 Hz half-wave.
For these reasons, electrical circuit breakers designed for a line frequency of 60 Hz should also be tested with this frequency.
Existing test systems are set up for 50 or 60 Hz tests depending on the continent. The testing of electrical circuit breakers intended for 60 dz in areas with 50 Hz mains frequency requires a high level of economic expenditure.
E. Slamecka: Testing high-voltage circuit breakers, Springer-Verlag 1966). The object of the invention is to provide a method which enables the switching capacity of 60 Hz electrical circuit breakers to be tested in test systems with a So Hz high current source.
The object is achieved in that the time between the last zero current crossing, in which the switching arc extinguishes, and the penultimate current zero crossing compared to the time between two zero crossings of a 50 Hz current half-wave is reduced by a ratio of 50 to 60, the current profile before the last current half-wave the arc extinction describes approximately a sine curve.
Before the last current zero crossing, the contacts of an auxiliary switch which has a high arc voltage with respect to the circuit breaker to be tested and are connected in series with the circuit breaker to be tested are advantageously opened.
An advantageous combination results from the fact that the circuit breaker to be tested is a compressed gas switch and the auxiliary switch is a low-oil switch.
The shortening of the last current half-wave can also be achieved by choosing the small half-wave of an asymmetrical current emitted by the 50 Hz high-current source.
Advantageously, shortly before the last current zero crossing of the current supplied by the 50 Hz high current source, starting from this current in the switching path of the circuit breaker to be tested, an oscillating current of a significantly smaller amplitude and significantly higher frequency is superimposed, which shortly after the last current zero crossing of the dei 50 Hz high current source supplied current with the same slope as the 60 Hz high current to be simulated goes to zero, the oscillating current consisting of only one half-wave.
In order to explain the invention in more detail, exemplary embodiments are described below with reference to the drawings. Show it:
1 shows the circuit diagram of a synthetic test circuit arrangement,
FIG. 2 shows the time course of the current, the generator voltage and the arc voltage at the auxiliary switch and switch to be tested,
Fig. 3 shows the time course of an asymmetrical current and
FIG. 4 increases the time profile of the asymmetrical current shown in FIG. 3 with a superimposed oscillating current.
In Fig. 1 the 50 Hz high current source 1, e.g. a so-called short-circuit generator, via the inductors 2, the top switch 3, the transformer 4, the series connection of the circuit breaker 5 to be tested and the auxiliary switch 6.
A high-voltage circuit is connected in parallel with the circuit breaker 5 to be tested. The high-voltage circuit consists of the controlled spark gap 7, the capacitor 8, the inductance 9 and the series connection of an ohmic resistor 10 and a capacitor 11. When carrying out a test with high current, when the switch 3 is switched on (t = 0), both the circuit breaker 5 to be tested and the auxiliary switch 6 are closed. The opening of the circuit breaker 5 and the auxiliary switch 6 and the ignition of the spark gap 7 is controlled by the devices usually present in the test systems.
FIG. 2 shows the 50 Hz current i50 from the high-current source when testing circuit breakers provided for 50 Hz as a function of time. The circuit breaker 5 to be tested is provided in FIG. 1 for a line frequency of 60 Hz. In order for a direct
To simulate testing with 60 Hz stresses occurring in the test system with a 50 Hz high-current source 1, the time between the last zero current crossing t3, in which the switching arc extinguishes, and the penultimate current zero crossing t2 compared to the time (trt4) between two zero crossings 50 Hz current half-wave shortened in a ratio of 50 to 60. This shortening of time between the two last current zero crossings of the current is achieved by opening the contacts of the auxiliary switch 6 connected in series with the circuit breaker 5 to be tested at time t 1 in FIG. 2. The auxiliary switch 6 is a low-oil switch and has a high arc voltage compared to the SF6 gas pressure switch to be tested.
This high, with time increasing arc voltage UL, which is mainly caused by the auxiliary switch 6, causes the desired shortening of the last half-wave of the test current ik. The required opening time t1 of the auxiliary switch 6 depends on the circuit data and is easiest to determine experimentally. 2, the 50 Hz generator voltage u6 of the high-current source 1 is also shown.
Another possibility for shortening the last current half-wave in a 50 Hz test system is obtained if the switch-on time t = 0 of the top switch 3 is selected such that the current, as shown in FIG. 3, runs asymmetrically and the arc quenching at time t7, after the small half wave. The degree of asymmetry depends on the circuit data. The circuit data required and the switch-on torque t = 0 of the top switch 3 are advantageously determined experimentally. This method is particularly suitable for circuit breakers 5 with very short arcing times of around 11 ms.
The contact separation of the circuit breaker 5 may only be moved back into the large half-wave until the instantaneous value of the current ik approximately reaches the peak value of the 60 Hz high current to be simulated.
If the contacts of the circuit breaker 5 are opened earlier, incorrect loading will occur.
In none of the methods described above, the last, shortened current half-wave is purely sinusoidal. The small deviations between the sinusoidal 60 Hz test current to be simulated and the test current achievable according to the described method can easily be accepted, with the exception of the surroundings of the last current zero crossing. In order to emulate the correct slope of the 60 Hz test current in the quenching element of the switching arc in the last zero crossing, the known synthetic test circuit according to Weil and Dobke shown in FIG. 1 can advantageously be used. In this test circuit, the controlled spark gap 7 is ignited at the time t8 in FIG. 4 shortly before the last current zero crossing t7 of the current ik supplied by the 50 Hz high-current source 1.
The capacitor 8, which has already been charged beforehand, discharges via the spark gap 7, the inductance 9 and the switching path of the circuit breaker 5 to be tested. By discharging the capacitor 8, the current ik in the circuit breaker 5 is superimposed on an oscillating current i5 of significantly smaller amplitude and significantly higher frequency as shown in FIG. 4. This oscillating current is shortly after the last zero current t7 of the current ik supplied by the 50 Hz high current source, at time t9 with the same steepness as the 60 Hz high current to be simulated towards zero. This steepness can be easily adjusted using the data from the high-voltage circuit and ensures that the correct current steepness is simulated when the switching arc is extinguished.
The correct slope of the recurring voltage can also be set in the test circuit shown in FIG. 1, this procedure, which is known per se, not being explained in more detail.