BESCHREIBUNG
Die Erfindung geht aus von einem Prüfkreis für die synthetische Prüfung des Ausschaltvermögens von Hochspannungs-Leistungsschaltern. Insbesondere betrifft sie einen Prüfkreis, mit einem mindestens einen Hilfsschalter und einen Prüfschalter aufweisenden Hochstromkreis und mit mindestens einem Hochspannungskreis. Der Hochspannungskreis kann mittels einer Funkenstrecke auf den Prüfschalter draufgeschaltet werden und er enthält mindestens ein Regulierglied.
Stand der Technik
Aus der US-PS 2 888 639 ist ein gattungsgemässer Prüfkreis bekannt. Bei diesem Prüfkreis, welcher nach dem bekannten Stromüberlagerungsprinzip arbeitet, tritt nach der endgültigen Unterbrechung des durch den Prüfschalter fliessenden Stromes eine wiederkehrende Spannung über die Schaltstrecke des Prüfschalters auf. Die TRV (TRV = Transient Recovery Voltage), d. h. der Anstieg der wiederkehrenden Spannung unmittelbar nach dem Erlöschen des Lichtbogens im Prüfschalter, wird durch ein Regulierglied parallel zum Prüfschalter bestimmt. Dieses Regulierglied besteht hier aus der Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes mit einem Kondensator.
Heute wird von synthetischen Prüfkreisenjedoch verlangt, dass sie eine TRV liefern, die den im Netz echt auftretenden TRV-Verläufen besser angeglichen ist, als die mit dem obigen Prüfkreis erreichbare TRV. Während des Anstiegs der TRV soll ein Übergang erfolgen von einem zunächst steilen auf einen weniger steilen Verlauf, diese Art von TRV wird als Vierparameter-TRV bezeichnet, sie ist in der IEC-Vorschrift 427 näher definiert.
Darstellung der Erfindung
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, mit einfachen Mitteln einen Prüfkreis für die synthetische Prüfung des Ausschaltvermögens von Hochspannungs-leistungsschaltern zu schaffen, der erlaubt, den Prüfschalter mit einer Vierparameter-TRV zu beaufschlagen.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass die nötigen Frequenzänderungen mit billigen und bewährten Schaltungselementen erreicht werden können. Zudem können teure Bauelemente wie Induktivitäten und Kondensatoren eingespart werden, was gleichzeitig auch eine vorteilhafte Reduzierung des Platz- bzw. Raumbedarfs für diesen Prüfkreis mit sich bringt.
Ferner wirkt es sich vorteilhaft aus, dass die Erfindung sowohl in Stromüberlagerungs- als auch in Spannungsüberlagerungs-Prüfkreisen angewendet werden kann.
Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnungen, welche lediglich einen Ausführungsweg darstellen, näher erläutert. Kurze Beschreibung der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Prüfkreises;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemassen Prüfkreises; und
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Prüfkreises.
Bei allen Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In der Fig. 2 ist ein erfindungsgemässer, aus einem Hochstromkreis 1 und einem Hochspannungskreis 2 bestehender, Stromüberlagerungs-Prüfkreis dargestellt. Der Hochstromkreis 1 besteht aus einer den hohen Prüfstrom liefernden Spannungsquelle 3, die in Reihe geschaltet ist mit einem Draufschalter 4, einem Hilfsschalter 5 und einem zwischen Abgangsklemmen 6, 7 des Hochstromkreises 1 geschalteten Hochspannungs-Leistungsschalter als Prüfschalter 8. Die Abgangsklemme 7 ist in der Regel geerdet. Über einen beispielsweise als Stromwandler ausgebildeten Sensor 9 werden bei geschlossenem Hochstromkreis 1 stromproportionale Signale abgegriffen und in eine elektronische Steuereinheit 10 zur weiteren Verarbeitung geleitet.
Eine die Steuereinheit 10 verlassende Wirkungslinie 11 deutet an, dass die in der Steuereinheit 10 generierten Signale auf weitere Teile des Prüfkreises einwirken. Der Hochstromkreis list stark vereinfacht dargestellt, so sind beispielsweise sämtliche Schutzeinrichtungen, welche dem Schutz der Spannungsquelle 3 dienen, nicht dargestellt.
Die Abgangsklemme 6, die gleichzeitig auch eine erste Abgangsklemme des Hochspannungskreises 2 ist, steht in Wirkverbindung mit einer Klemme 15. Die Abgangsklemme 7, die gleichzeitig auch eine zweite Abgangsklemme des Hochspannungskreises 2 ist, ist mit einer Klemme 16 verbunden. Zwischen den beiden Klemmen 15 und 16 liegt ein Regulierglied 17 parallel zum Prüfschalter 8. Das Regulierglied 17 besteht aus zwei Reihenschaltungen 18, 19. Bei der ersten Reihenschaltung 18 ist ein ohmscher Widerstand RI mit einem Kondensator C1 in Reihe geschaltet, bei der zweiten 19 ein ohmscher Widerstand R2 mit einem Kondensator C2. Parallel zur zweiten Reihenschaltung 19 ist ein aus Varistoren bestehender Überspannungsableiter 20 geschaltet.
Die Klemme 15 ist zudem über die Reihenschaltung einer Induktivität L, einer Funkenstrecke 22 und einer Kondensatorbatterie C3 mit der Klemme 16 verbunden. Die Kondensatorbatterie C3 dient als Hochspannungsquelle für den Hochspannungskreis 2.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei die Fig. 1 näher betrachtet. Die Kondensatorbatterie C3 wird aus einer nicht dargestellten Ladequelle mit Hochspannung aufgeladen. Die Funkenstrecke 22 ist so eingestellt, dass sie bei dieser Aufladespannung noch nicht durchzündet. Der Prüfschalter 8 und der Hilfsschalter 5 sind zunächst geschlossen und der Draufschalter 4 ist offen. Durch den Draufschalter 4 wird der Hochstromkreis 1 geschlossen und ein durch die Spannungsquelle 3 gespeister Prüfstrom beginnt zu fliessen. Gemäss dem bekannten Prinzip der Stromüberlagerung schaltet zunächst der Hilfsschalter 5 in einem vorbestimmten Nulldurchgang des Prüfstromes ab.
Der Sensor 9 liefert stromproportionale Signale in die Steuereinheit 10, welche ein Triggersignal erzeugt, welches zeitgenau die Funkenstrecke 22 zum Durchzünden bringt und so, bezogen auf den vorbestimmten Nulldurchgang des Prüfstromes, sicherstellt, dass der Prüfschalter 8 unmittelbar vor dem Abschalten mit dem korrekten Prüfstrom und nach dem Abschalten mit der korrekten, der Realität im Netz entsprechenden, wiederkehrenden Spannung beaufschlagt ist.
Der Anstieg der wiederkehrenden Spannung wird durch das Regulierglied 17 bestimmt. Zu Beginn der TRV sind beide Kondensatoren C1 und C2 voll wirksam, d. h. eine vergleichweise kleine Kapazität liegt parallel zum Prüfschalter 8, so dass der durch die Umladung der Kondensatorbatterie C3 angeregte Schwingungsvorgang eine hohe Eigenfrequenz aufweist. Diese hohe Eigenfrequenz hat zur Folge, dass die TRV im ersten Teil ihres Anstiegs vergleichsweise steil verläuft. Sobald der Kondensator C2 auf den Wert der Ansprechspannung des Überspannungsableiters 20 aufgeladen ist, wird dieser leitend und schliesst den Kondensator C2 kurz.
Dies hat zur Folge, dass die am Prüfschalter 8 parallel liegende Kapazität erhöht wird, da nun der Kondensator C1 allein wirkt, und damit wird gleichzeitig die Eigenfrequenz des Schwingungsvorganges kleiner und mit ihr die TRV weniger steil. Die wiederkehrende Spannung steigt dann mit dieser weniger steilen TRV an bis zum eingestellten Maximum der Prüfspannung.
Der Überspannungsableiter 20 ist aus Varistormaterial aufgebaut. Dies hat zur Folge, dass dessen Ansprechen zwar rasch, aber kontinuierlich erfolgt, so dass sich dem bestehenden Schwingungsvorgang beim Übergang von der steileren auf die weniger steile TRV keine störenden Schwingungen überlagern, die das Prüfungsresultat verfälschen könnten.
Der Prüfkreis gemäss Fig. 2 unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 lediglich durch den andersartigen Aufbau des Reguliergliedes 17. Die Reihenschaltung 18 ist zwischen Klemmen 25, 26 parallel zum Prüfschalter gelegt und parallel zu dieser ist die Reihenschaltung 19 mit dem Uberspannungsableiter 20 in Reihe zwischen Klemmen 27 und 28 geschaltet. Nach der Abschaltung des Prüfstromes durch den Prüfschalter 8 ist zunächst der Kondensator C1 allein wirksam, was zur Folge hat, dass die TRV von Anfang an mit einer vergleichsweise hohen Steilheit ansteigt. Sobald dann der Kondensator C2 auf die Ansprechspannung des Überspannungsableiters 20 aufgeladen ist, wird dieser leitend und schaltet den Kondensator C2 parallel zum Kondensator C1, d. h. die resultierende Kapazität wird grösser und damit wird der weitere Anstieg der TRV abgeflacht.
In der Fig. 3 ist ein Spannungsüberlagerungs-Prüfkreis dargestellt. Im Hochstromkreis 2 ist eine Induktivität L3 zwischen Draufschalter 4 und Hilfsschalter 5 eingezeichnet, welche der Einstellung des Prüfstromes dient und gleichzeitig die Spannungsquelle 3 schützt. Zwischen dieser Induktivität L3 und dem Hilfsschalter 5 ist eine Klemme 29 vorgesehen, welche eine erste Verbindung zwischen Hochstromkreis 1 und Hochspannungskreis 2 schafft, die zweite Verbindung wird durch eine Klemme 6 geschaffen. Zwischen der Klemme 6 und der Klemme 7 ist ein Kondensator Co parallel zum Prüfschalter 8 geschaltet. Im Hochspannungskreis liegt parallel zum Hilfsschalter 5 ein Kondensator C4 und parallel zu diesem die Reihenschaltung der Kondensatorbatterie C3 mit der Funkenstrecke 22 und dem Regulierglied 17.
Auf der der Funkenstrecke 22 zugewandten Seite des Reguliergliedes 17 liegt dessen Eingangsklemme 31. Das Regulierglied 17 besteht hier aus zwei Parallelschaltungen 32,33 die miteinander in Reihe geschaltet sind, es weist zudem eine Ausgangsklemme 34 auf, die mit der Klemme 6 verbunden ist.
Die Parallelschaltung 32 besteht aus einem Widerstand R2, der parallel zu einer Induktivität L2 geschaltet ist. Bei der Parallelschaltung 33 ist eine Induktivität L1 parallel zu einem Widerstand R1 geschaltet. Zu dieser Parallelschaltung 33 ist ein Überspannungsableiter 20 parallel geschaltet.
Bei dieser Prüfschaltung gemäss Fig. 3 wird sowohl der Prüfstrom als auch der erste Anstieg der TRV während ca. 20 Mikrosekunden durch die Spannungsquelle 3 sichergestellt.
Der Hochspannungskreis 2 wird durch ein durch die Steuereinheit 10 zeitgenau gesteuertes Durchzünden der Funkenstrecke 22 auf den Prüfschalter 8 draufgeschaltet.
Der Kondensator C4 bildet mit dem Kondensator Co einen Spannungsteiler, in welchem C4 mindestens den zehnfachen Kapazitätswert von Co aufweist, ein Verhältnis von ca. 50 bis
100 nF zu etwa 5 nF ist beispielsweise üblich. Dies hat zur Folge, dass fast die gesamte vom Hochspannungskreis 2 gelieferte Spannung am Kondensator Co und damit am Prüfschalter 8 anliegt.
Nach der Aktivierung des Hochspannungskreises 2 fällt zunächst die gesamte Spannung an den beiden Induktivitäten L1 und L2 ab, der Überspannungsableiter 20 spricht daher sofort an und schliesst die Parallelschaltung 33 kurz. Dies hat zur Folge, dass zunächst nur die Induktivität L2 im Schwing- kreis wirksam ist, d. h. eine vergleichsweise hohe Schwingkreisfrequenz und damit auch eine vergleichsweise steile TRV bestimmenden Anfangsverlauf der wiederkehrenden Spannung nach dem ersten Anstieg. Sobald der Spannungsabfall über der Parallelschaltung 33 unter den Wert der Ansprechspannung des Überspannungsableiters 20 absinkt, sperrt dieser und die Parallelschaltung 33 wird voll im Schwingkreis wirksam. Der Übergang vom leitenden Zustand des Überspannungsableiters 20 zum Sperrzustand erfolgt zwar rasch, aber kontinuierlich, so dass hierdurch keine störenden Schwingungen angeregt werden.
Nun sind beide Induktivitäten L1 und L2 voll wirksam, d. h. die im Schwingkreis wirksame Induktivität ist grösser und damit gleichzeitig dessen Eigenfrequenz kleiner geworden, so dass die TRV ab diesem Augenblick flacher ansteigt.
Die Beschaltung der verschiedenen Regulierglieder 17 kann einfach und in grossen Bereichen geändert werden, so dass mit vergleichsweise geringem Aufwand jede durch die
IEC-Vorschriften verlangte Vierparameter-TRV erzeugt werden kann. Der einfache Aufbau dieser Prüfkreise erlaubt zudem eine rasche Rechnersimulation der für den jeweiligen Prüfkreis zu erwartenden TRV, so dass die Auslegung eines realitätsnahen Prüfkreises mit vergleichsweise geringem Aufwand möglich ist.
Wenn in einer Prüfanlage beispielsweise mit den vorhan denen Kondensatoren kein vollständiges Regulierglied bestückt werden kann, so ist es möglich, den fehlenden
Anteil für die Einstellung der TRV mittels vorhandener Induktivitäten sicherzustellen. Eine derartige Möglichkeit des gemischten Aufbaus eines Reguliergliedes, z. B. eine sinnvolle Kombination des Prüfkreises gemäss Fig. 1 mit dem Prüfkreis gemäss Fig. 3, erlaubt eine bessere Ausnutzung der in der jeweiligen Prüfanlage vorhandenen Beschaltungselemente ehe Neuinvestitionen nötig werden.
DESCRIPTION
The invention is based on a test circuit for the synthetic test of the breaking capacity of high-voltage circuit breakers. In particular, it relates to a test circuit with a high-current circuit having at least one auxiliary switch and a test switch and with at least one high-voltage circuit. The high-voltage circuit can be connected to the test switch by means of a spark gap and it contains at least one regulating element.
State of the art
A generic test circuit is known from US Pat. No. 2,888,639. In this test circuit, which works according to the known current superposition principle, a recurring voltage occurs across the switching path of the test switch after the current flowing through the test switch has been finally interrupted. The TRV (TRV = Transient Recovery Voltage), i.e. H. the increase in the recurring voltage immediately after the arc in the test switch has been extinguished is determined by a regulating element parallel to the test switch. This regulating element consists here of the series connection of an ohmic resistor with a capacitor.
Today, however, synthetic test circuits are required to supply a TRV that is more closely aligned with the TRV curves that actually occur in the network than the TRV that can be achieved with the above test circuit. During the ascent of the TRV, a transition from an initially steep to a less steep course is to take place; this type of TRV is referred to as a four-parameter TRV, and is defined in more detail in IEC regulation 427.
Presentation of the invention
The invention seeks to remedy this. The invention, as characterized in the claims, achieves the task of using simple means to create a test circuit for the synthetic test of the breaking capacity of high-voltage circuit breakers, which allows the test switch to be loaded with a four-parameter TRV.
The advantages achieved by the invention are essentially to be seen in the fact that the necessary frequency changes can be achieved with cheap and proven circuit elements. In addition, expensive components such as inductors and capacitors can be saved, which also brings about an advantageous reduction in the space or space required for this test circuit.
It also has an advantageous effect that the invention can be used both in current superimposition and in voltage superimposition test circuits.
The further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
The invention, its further development and the advantages which can be achieved therewith are explained in more detail below with reference to the drawings, which only represent an embodiment. Brief description of the drawing. Show it:
1 shows a first embodiment of a test circuit according to the invention;
2 shows a second embodiment of a test circuit according to the invention; and
3 shows a third embodiment of a test circuit according to the invention.
Elements with the same effect are provided with the same reference symbols in all the figures.
Ways of Carrying Out the Invention
2 shows a current superimposition test circuit according to the invention, consisting of a high-current circuit 1 and a high-voltage circuit 2. The high-current circuit 1 consists of a voltage source 3 supplying the high test current, which is connected in series with a top switch 4, an auxiliary switch 5 and a high-voltage circuit breaker connected between outgoing terminals 6, 7 of the high-current circuit 1 as a test switch 8. The outgoing terminal 7 is in the Usually grounded. Signals which are proportional to the current are tapped via a sensor 9, for example in the form of a current transformer, when the high current circuit 1 is closed, and are sent to an electronic control unit 10 for further processing.
An action line 11 leaving the control unit 10 indicates that the signals generated in the control unit 10 act on further parts of the test circuit. The high-current circuit is shown in a highly simplified manner, for example, all protective devices which serve to protect the voltage source 3 are not shown.
The output terminal 6, which is also a first output terminal of the high-voltage circuit 2, is operatively connected to a terminal 15. The output terminal 7, which is also a second output terminal of the high-voltage circuit 2, is connected to a terminal 16. Between the two terminals 15 and 16 there is a regulating element 17 in parallel to the test switch 8. The regulating element 17 consists of two series circuits 18, 19. In the first series circuit 18, an ohmic resistor RI is connected in series with a capacitor C1, in the second one 19 ohmic resistor R2 with a capacitor C2. A surge arrester 20 consisting of varistors is connected in parallel with the second series circuit 19.
The terminal 15 is also connected to the terminal 16 via the series connection of an inductance L, a spark gap 22 and a capacitor bank C3. The capacitor bank C3 serves as a high voltage source for the high voltage circuit 2.
To explain the mode of operation, FIG. 1 is considered in more detail. The capacitor bank C3 is charged with high voltage from a charging source, not shown. The spark gap 22 is set so that it does not yet ignite at this charging voltage. The test switch 8 and the auxiliary switch 5 are initially closed and the top switch 4 is open. The high-current circuit 1 is closed by the top switch 4 and a test current fed by the voltage source 3 begins to flow. According to the known principle of current superimposition, the auxiliary switch 5 first switches off in a predetermined zero crossing of the test current.
The sensor 9 supplies current-proportional signals to the control unit 10, which generates a trigger signal which causes the spark gap 22 to ignite at exactly the right time and thus, based on the predetermined zero crossing of the test current, ensures that the test switch 8 immediately before switching off with the correct test current and after switching off, the correct, recurring voltage corresponding to the reality in the network is applied.
The increase in the recurring voltage is determined by the regulating element 17. At the beginning of the TRV, both capacitors C1 and C2 are fully effective, i. H. a comparatively small capacitance lies parallel to the test switch 8, so that the oscillation process excited by the recharging of the capacitor bank C3 has a high natural frequency. This high natural frequency means that the TRV is comparatively steep in the first part of its rise. As soon as the capacitor C2 is charged to the value of the response voltage of the surge arrester 20, it becomes conductive and short-circuits the capacitor C2.
The consequence of this is that the capacitance lying in parallel at the test switch 8 is increased since the capacitor C1 now acts alone, and at the same time the natural frequency of the oscillation process becomes lower and with it the TRV less steep. The recurring voltage then rises with this less steep TRV up to the set maximum of the test voltage.
The surge arrester 20 is constructed from varistor material. The result of this is that its response takes place quickly but continuously, so that no disturbing vibrations are superimposed on the existing vibration process during the transition from the steeper to the less steep TRV, which could distort the test result.
The test circuit according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 only by the different construction of the regulating element 17. The series circuit 18 is connected between terminals 25, 26 in parallel to the test switch and in parallel with this the series circuit 19 with the surge arrester 20 is in series connected between terminals 27 and 28. After the test current 8 has been switched off by the test switch 8, the capacitor C1 alone is initially effective, with the result that the TRV rises from the beginning with a comparatively high slope. As soon as the capacitor C2 is charged to the response voltage of the surge arrester 20, the latter becomes conductive and switches the capacitor C2 in parallel with the capacitor C1, i. H. the resulting capacity increases and the further increase in the TRV is flattened.
3 shows a voltage superimposition test circuit. In the high-current circuit 2, an inductance L3 is drawn between the top switch 4 and the auxiliary switch 5, which serves to set the test current and at the same time protects the voltage source 3. Between this inductance L3 and the auxiliary switch 5, a terminal 29 is provided, which creates a first connection between high-current circuit 1 and high-voltage circuit 2, the second connection is created by a terminal 6. A capacitor Co is connected in parallel with the test switch 8 between the terminal 6 and the terminal 7. In the high-voltage circuit there is a capacitor C4 in parallel with the auxiliary switch 5 and, in parallel with this, the series connection of the capacitor bank C3 with the spark gap 22 and the regulating element 17.
On the side of the regulating element 17 facing the spark gap 22 there is its input terminal 31. The regulating element 17 here consists of two parallel circuits 32, 33 which are connected in series with one another, and it also has an output terminal 34 which is connected to the terminal 6.
The parallel circuit 32 consists of a resistor R2 which is connected in parallel to an inductor L2. In the parallel circuit 33, an inductor L1 is connected in parallel with a resistor R1. An overvoltage arrester 20 is connected in parallel with this parallel circuit 33.
In this test circuit according to FIG. 3, both the test current and the first rise in the TRV are ensured by the voltage source 3 for approximately 20 microseconds.
The high-voltage circuit 2 is switched to the test switch 8 by the spark gap 22 being triggered by the control unit 10, which is controlled in a precisely timed manner.
The capacitor C4 forms a voltage divider with the capacitor Co, in which C4 has at least ten times the capacitance value of Co, a ratio of approximately 50 to
For example, 100 nF to about 5 nF is common. As a result, almost all of the voltage supplied by the high-voltage circuit 2 is present at the capacitor Co and thus at the test switch 8.
After activation of the high-voltage circuit 2, the total voltage across the two inductors L1 and L2 initially drops, the surge arrester 20 therefore responds immediately and short-circuits the parallel circuit 33. The consequence of this is that initially only the inductance L2 is effective in the resonant circuit, i. H. a comparatively high resonant circuit frequency and thus also a comparatively steep TRV determining the initial course of the recurring voltage after the first rise. As soon as the voltage drop across the parallel circuit 33 drops below the value of the response voltage of the surge arrester 20, it blocks and the parallel circuit 33 becomes fully effective in the resonant circuit. The transition from the conductive state of the surge arrester 20 to the blocking state takes place quickly but continuously, so that no disturbing vibrations are excited thereby.
Now both inductors L1 and L2 are fully effective, i. H. the inductance effective in the resonant circuit has become larger and at the same time its natural frequency has become smaller, so that the TRV rises more flatly from this moment on.
The wiring of the various regulating elements 17 can be changed easily and in large areas, so that each can be done with comparatively little effort
Four-parameter TRV required by IEC regulations can be generated. The simple structure of these test circles also allows a quick computer simulation of the TRV to be expected for the respective test circle, so that the design of a realistic test circle is possible with comparatively little effort.
If, for example, a complete control element cannot be fitted with the existing capacitors in a test system, it is possible to replace the missing one
Ensure the proportion for setting the TRV using existing inductors. Such a possibility of mixed construction of a regulator, z. B. a sensible combination of the test circuit according to FIG. 1 with the test circuit according to FIG. 3, allows a better utilization of the circuit elements present in the respective test system before new investments are necessary.