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Verfahren zur Prüfung von Schaltgeräten Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zur Prüfung der Beanspruchung von Wechselstromschaltgeräten, beispielsweise
von Hochspannungsschaltern, Stromrichtern u. dgl., beim Unterbrechen von Strömen,
bei dem in Reihe mit dem zu prüfenden Schaltgerät ein zweites Schaltgerät liegt,
mit einer Hochstromquelle, die beide Schaltgeräte speist und einer Hochspannungsquelle,
die die wiederkehrende Spannung liefert.
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Zur Prüfung von Hochspannungsschaltern mit der Nennausschaltleistung
sind synthetische Prüfverfahren entwickelt worden, weil Generator und Transformator
des Prüffeldes im allgemeinen den Kurzschlußstrom nur mit einer EMK liefern können,
die einen Bruchteil der Nennspannung des zu prüfenden Schalters beträgt. Bei einem
bekannten synthetischen Prüfverfahren ist außer einer derartigen Energiequelle (Hochstromquelle)
noch eine zweite Energiequelle (Hochspannungsquelle) vorgesehen, die nur eine geringe
Stromergiebigkeit aufweist, aber eine Spannung liefert, die der wiederkehrenden
Spannung (Einschwingspannung) entspricht, wenn der Generator mit der Nennausschaltleistung
geprüft würde. Dabei ist in Reihe mit dem zu prüfenden Schalter ein zweiter Schalter
(Hilfsschalter) gelegt, der gleichzeitig oder ungefähr gleichzeitig wie der zu prüfende
Schalter den Ansschaltbefebl erhält. Bei diesem bekannten Prüfverfahren wird dem
über den zu prüfenden Schalter fließenden Strom des Hochstromkreises kurz vor seinem
Nulldurchgang, wenn der Schalter die maximale Löschdistanz erreicht hat, ein Strom
kleinerer Amplitude aber höherer Frequenz überlagert.
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Dadurch kann erreicht werden, daß der Strom in dem zu prüfenden Schalter
nahezu mit der gleichen Steilheit durch Null geht wie der Strom des Hochstromkreises
durch Null ginge, wenn er von der Nennspannung des Schalters getrieben würde, und
es tritt ohne spannungslose Pause nach dem Nulldurchgang des Stromes die wiederkehrende
Spannung auf. Dabei werden die Verhältnisse der Prüfschaltung so gewählt, daß die
wiederkehrende Spannung zum mindesten den Forderungen entspricht, die sich aus den
tatsächlichen Betriebsbedingungen (Prüfung bei Betriehsspannung und Kurzschlußstrom
unter Netzverhältnissen) oder z. B. aus Vorschriften von Fachverbänden ergeben.
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Das eingangs genannte Verfahren, auf das sich belsanntlich die Erfindung
bezieht, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Nulldurchgang
des Hochstromes der Hochstromkreis durch entsprechende Wahl der Größe seiner Spannung,
Frequenz und Dämpfung zunächst die wiederkehrende Spannung mit dem gewünschten Verlauf
liefert, daß während dieser Zeit die Hochspannungsquelle stromlos ist und daß im
Bereich des ersten Maximums der Spannung des Hochstromkreises die Hochspannungsquelle
zugeschaltet wird. Durch geeignete Wahl der Verhältnisse des Prüfkreises kann erreicht
werden, daß die resultierende Spannung, die sich aus der von der Hochstromquelle
gelieferten Spannung am Schalter und der von der Hochspannungsquelle gelieferten
Spannung am Schalter ergibt, den Forderungen entspricht, die auf Grund von Entwi
cklungsversuchen, Vorschriften oder Auflagen, die der Abnehmer entsprechend den
in ihrem Netz auftretenden Verhältnissen macht, erhoben werden. Gegenüber dem bekannten
Verfahren hat das Verfahren gemäß der Erfindung den Vorteil, daß die Hochspannungsquelle
kleiner bemessen zu werden braucht als bei dem bekannten Verfahren, weil sie nicht
einen Teil des Kurzschlußstromes über den zu prüfenden Schalter liefern muß. Zur
Durchführung des Verfahrens kann beispielsweise unmittelbar parallel zu dem zu prüfenden
Schalter die Reihenschal tung aus einem ohmschen Widerstand und einem Kondensator
geschaltet werden und ebenso parallel zum Hilfsschalter und parallel zur Reihenschaltung
aus Hilfsschalter und zu prüfendem Schalter je eine entsprechende Reihenschaltung
aus Widerstand und Kondensator. Dabei ist die Reilienschaltung aus ohmschem Widerstand
und Kondensator, die parallel zu dem zu prüfenden Schalter liegt, über ein Schaltgerät
und gegebenenfalls eine Drosselspule, an die Hochspannungsquelle, z. B. einen geladenen
Kondensator, angeschlossen. Dieses Schaltgerät wird im Bereich des ersten Maximums
der Spannung am Schalter, die von der Hochstromquelle erzeugt wird, geschlossen.
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Vorzugsweise wird man als Schaltgerät eine Funken-
strecke
verwenden, die eine Zündelektrode aufweist.
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Diese wird an einen \N iderstand angeschlossen, der über eine Funkenstrecke
parallel zu dem zu prüfenden Schalter liegt. Diese Funkenstrecke spricht bei einer
bestimmten vorher wählbaren Spannung am Schalter an, und nach ihrem Ansprechen erhält
die Zündelektrode Spannung und bewirkt den Uberschlag der Funkenstrecke.
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Es ist bereits ein Prüfverfahren vorgeschlagen worden, bei dem in
der Nähe des Nulidurchganges des Hochstromes die Hochspannungsquelle eine Spannung
zu erzeugen beginnt, die einen vorbestimmte Verlauf aufweist. Diese Spannung wird
erst nach dem Nulldurchgang des genannten Stromes an den zu prüfenden Schalter gelegt,
während vom Nulldurchgang des Hochstromes bis zu diesem Zeitpunkt der Hochstromkreis
durch entsprechende Wahl der Größe seiner Spannung, Frequenz und Dämpfung die wiederkehrende
Spannung mit der gewünschten Steilheit erzeugt.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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In Fig. list mit 1 der zu prüfende Schalter, mit 2 der dazu in Reihe
liegende Hilfsschalter bezeichnet.
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Die Reihenschaltung beider liegt an der Sekundärwicklung eines Transformators
3, der über eine Drosselspule 4 und einen Schalter 5 an den Generator 6 angeschlossen
ist. Parallel zum Schalter 1 liegt die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes
14 und eines Kondensators 15. Parallel zum Schalter 2 liegt die Reihenschaltung
eines Widerstandes 24 und eines Kondensators 25. Die Reihenschaltung aus Widerstand
14 und Kondensator 15 ist über einen ohmschen Widerstand 13, der auch wegfallen
kann, und eine Induktivität 11 über eine Funkenstrecke 12 an den geladenen Kondensator
10 (Hochspannungsquelle) angeschlossen. Hauptsächlich mit Hilfe der Induktivität
4, des Widerstandes 7, des Kondensa tors 8 und des Widerstandes 9 wird der Verlauf
der wiederkehrenden Spannung am Schalter 1 nach dem Unterbrechen des Kurzschlußstromes
so eingestellt, daß er dem Verlauf der wiederkehrenden Spannung, wie er im Netz
auftreten würde bzw. einem durch P rüfvorschri ften geforderten Spannungsverlauf
entspricht. Der Widerstand 24 und der Kondensator 25 sowie der Widerstand 14 und
der Kondensator 15 haben auf den Verlauf dieser vom Generator gelieferten wiederkehrenden
Spannung (u) am Schalter 1 nach Unterbrechen des Kurzschluß stromes nur geringen
Einfluß. Von Seiten des Hochstromkreises aus gesehen. dienen sie vielmehr dazu,
die wiederkehrende Spannung (Einschwingspannung) des Hochstromkreises auf den Hilfsschalter
2 und den zu prüfenden Schalter 1 in gewünschter Weise aufzuteilen, und zwar wird
man die Aufteilung so vor nehmen, daR der größere Teil dieser Spannung auf den Schalter
1 entfällt. Entsprechend der verhältnismäßig geringen Kurzschlußausschaltleistung
der Hochstromqudle (Transformator 3 in Verbindung mit Induktivität 4 und Generator
6) erreicht diese Spannung (u) bei vollem Kurzschlußstrom nur einen Bruchteil der
für die richtige Prüfung des Schalters erforderlichen Spannung.
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Um trotzdem den gewünschten Wert und Verlauf der wiederkehrenden
Spannung am Schalter 1 zu erhalten, wird dieser Spannung, die vom Generator 6 an
den zu prüfenden Schalter geliefert wird, die Spannung der Hochspannungsquelle 10
beim Durchschlag der Funkenstrecke 12 hinzugefügt. Die Höhe dieser Spannung ist
wählbar und wird im wesentlichen
durch die Spannung des aufgeladenen Kondensators
10 bestimmt, an dessen Stelle z. B. auch ein kleiner Generator treten kann, der
die gleiche Frequenz wie der Generator 6 aufweist und mit diesem svnchron läuft.
Es kann auch ein vorhandenes Hochspannungsnetz verwendet werden. Insbesondere aber
kann ein solches Hochspannungsnetz die Hochstromquelle ersetzen. Die Frequenz der
Spannung an dem Schalter, die von der Hochspannungsseite aus geliefert wird, wird
vornehmlich durch die Kondensatoren 15 und 25 und die Induktivität 11 bestimmt,
ihre Dämpfung durch die ohmschen Widerstände 13, 14, 24 und 9.
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Diese Elemente werden so gewählt, daß die von dem Hochspannungskreis
an den Schalter gelieferte Spannung ungefähr den gleichen Verlauf aufweist, wie
sie von der wiederkehrenden Spannung gefordert wird.
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Diese Spannung, die sich ohne Beeinflussung durch die Spannung des
Hochstromkreises beim überschlag der Funkenstrecke 12 einstellen würde, ist in Fig.
2 dargestellt und mit lt bezeichnet. Sie beginnt im Zeitpunkt t1 von Null - aus,
da der Kondensator 15 keine Ladung aufweist. In Fig. 2 ist ferner die Spannung il1
eingetragen, die vom Generator 6 als wiederkehrende Spannung am Schalter 1 geliefert
werden würde, wenn die Funkenstrecke 12 nicht zünden würde. In Wirklichkeit führt
jedoch zum Zeitpunkt t=t1 der Kondensator die Spannung t,, und außerdem wird zu
diesem Zeitpunkt die Funkenstrecke 12 gezündet. Es ergibt sich somit folgendes:
Bis zum Zeitpunkt t=t, wird die Spannung am Schalter 1 lediglich von d;em Generator
6 bestimmt. so daR die wiederkehrende Spannung am Schalter 1 der Spannung uI entspricht.
Zündet in diesem Zeitpunkt t1 die Funkenstrecke 12, so ergibt sich die resultierende
Spannung u am Schalter vom Zeitpunkt tj an durch den Einfluß der beiden Kreise (Hocllstrom-
und Hochspannungskreis). Der Schaltaugenblick t1 liegt im Bereich des Maximums von
111.
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Er wird so gewählt und die einzelnen Elemente der Schaltung (Widerstände,
Kondensatoren, Induktivität) so bemessen, daß die wiederkeXurende Spannung lt am
Schalter den Forderungen entspricht, die auf Grund von Versuchsergebnissen, Vorschriften
oder Auflagen der Abnehmer erfolgt. In Fig. 2 ist angenommen, daß die Auslösung
der Funkenstrecke kurz vor dem ersten Maximum der Spannung lt, erfolgt.
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Aus der vereinfachten Vorstellung einer Überlagerung der Spannung
u, des Hochstromkreises und der Spannung u2. des Hochspannungskreises nach Zünden
der Funkenstrecke geht hervor, daß, falls von der resultierenden Spannung ein nahezu
linearer Anstieg gefordert wird, die wiederkehrende Spannung ul des Hochstromkreises
stark gedämpft einschwingen muß.
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Im anderen Falle würden sich starke Einsattelungen, besonders im Anfangsverlauf
der resultierenden Spannung ergeben. Eine solche gegebenenfalls erforderl iche Dämpfung
der Einschwingspannung l des Hochstromkreises wird insbesondere durch den Widerstand
9 erreicht.
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Zur Prüfung des Ausschaltvermögens werden die Schalter 1 und 2 geschlossen,
dann wird der Schalter 5 eingeschaltet. Es fließt nunmehr der Kurzschlußstrom über
die Schalter 1 und 2, die gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig den Ausschaltbefehl
erhalten.
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Nach dem ersten Nulldurchgang des Stromes werden beide Schalter durch
die von dem Generator 6 erzeugte wiederkehrende Spannung an ihnen neu gezündet,
oder es sind andere Mittel zur Neuzündung vorbanden. Diese Wiederzündung geschieht
so lange, bis
die maximale Löschdistanz erreicht ist. Geht kurz
vor oder bei Erreichen dieser Distanz der KurzschluR-strom durch Null, so entsteht
am Schalter eine wiederkehrende Spannung (lot1), die, wie bereits erwähnt, hauptsächlich
durch Wahl von Widerstand 7, Kondensator 8 und Widerstand 9 so gewählt werden kann,
daß ihr Anstieg mindestens dem Anstieg der gefordert ten wiederkehrenden Spannung
entspricht. Wie bereits erwähnt, wird im Bereich des ersten Maximums diese!r Spannung
die Funkenstrecke 12 gezündet, so daß nunmehr die Hochspannungsquelle 10 angeschlossen
wird. Durch das Prüfverfahren gemäß der Erfindung wird, wie bereits erwähnt, eine
wiederkehrende Spannung (lot) am Schalter erreicht, die der tatsächlichen wiederkehrenden
Spannung im Netzbetrieb bei Prüfung des Schalters mit der Kurzschlußleistung oder
der Spannung, die durch Prüfvorschriften bestimmt wird, weitgehend entspricht. Auf
diese Weise wird der Schalter sowohl hinsichtlich seiner Spannungsfestigkeit als
auch seiner Widerstandsfähigkeit gegen die Lichtbogenleistung bzw. -arbeit geprüft.
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Das Verfahren nach der Erfindung kann nicht nur angewendet werden,
um die Löschfähigkeit bei einer maximalen Löschdistanz festzustellen, sondern kann
auch angewendet werden zur Ermittlung der Löschfähigkeit des Schalters bei anderen
Kontaktabständen, wobei der Kurzschlußichtbogen gegebenenfalls auch durch einen
Zünddraht oder eine Hilfsentladung eingeleitet werden kann.
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Es ist nicht erforderlich, daß die Spannung u genau der wiederkehrenden
Spannung, wie sie gefordert wird, entspricht. Man wird jedoch die Spannung lt immer
so wählen, daß hinsichtlich der Spannungsprüfung des Schalters keine Erleichterung
eintritt. Beispielsweise kann man unter Fortlassung der Induktivität 11 die Prüfung
mit einer aperiodisch wiederkehrenden Spannung aus der Hochspannungsquelle durchführen.
Wird beispielsweise eine wiederkehrende Spannung gefordert, wie sie in Fig. 3 durch
die Kurve u2 gegeben ist, so kann man nach Weglassung der Induktivität 11 eine resultierende
aperiodische Spannung U4 am Schalter erhalten, die eine definierte stärkere Beanspruchung
des Schalters bedeutet und dadurch den Sicherheitsfaktor der Schalterprüfung wesentlich
erhöht bei gleichzeitiger Verminderung der Anlagenkosten.
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Das Schaltgerät, das den Hochspannungskreis zuschaltet und in Fig.
1 als steuerbare Funkenstrecke ausgebildet ist, kann beispielsweise dadurch ausgelöst
werden, daß im Nulldurchgang der letzten Halbwelle des Kurzschluß stromes ein Impuls
gegeben wird, der durch eine Zeitverzögerungseinrichtung so verzögert an das Schaltgerät
gelangt, daß das Schaltgerät bzw. die Funkenstrecke im Bereich des Maximums ui geschlossen
ist. Besonders einfach ist es jedoch, diese Steuerung in Abhängigkeit von der Größe
der Spannung lti vorzunehmen. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise, wie in Fig.
4 dargestellt, eine Meßfunkenstrecke 30 über einen Widerstand 31 parallel zum Schalter
1 legen (in Fig. 1 ist nur die rechte Seite der Schaltung dargestellt). Die Meßfunkenstrecke
ist so eingestellt, daß sie bei der gewünschten Spannung, also beim ersten Maximum
der Spannung uX oder kurz vorher, überschlägt. Nach dem Überschlag tritt am Widerstand
31 diese Spannung
sprungartig auf. Dieser Spannungsimpuls oder ein Teil davon, wie
im Ausführungsbeispiel dargestellt, wird über einen Hochspannungskondensator 32
an eine Hilfselektrode 43 einer Funkenstrecke mit den Elektroden 41 und 42 angelegt,
die an die Stelle der Funkenstrecke 12 in Fig. 1 tritt. Zwischen der Hilfselektrode
43 und der ffauptelelftrode 42 entsteht durch den Spannungsimpuls ein Uberschlag,
der den Überschlag zwischen den Hauptelektroden einleitet.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung, das an Hand der Prüfung von Hochspannungsschaltern
erläutert wurde, kann sinngemäß auch bei der Prüfung anderer Schaltgeräte, z. B.
von Stromrichtern, angewendet werden.
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PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zur Prüfung der Beanspruchung von Wechselstromschaltgeräten,
beispielsweise von Hochspannungsschaltern, Stromrichtern u. dgl., beim Unterbrechen
von Strömen, bei dem in Reihe mit dem zu prüfenden Schaltgerät ein zweites Schaltgerät
liegt, mit einer Hochstromquelle, die beide Schaltgeräte speist, und einer Hochspannungsquelle,
die die wiederkehrende Spannung liefert, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß
an den Null durchgang des Hochstromes der Hochstromkreis durch entsprechende Wahl
der Größe seiner Spannung, Frequenz und Dämpfung zunächst die wiederkehrende Spannung
mit dem gewünschten Verlauf liefert, daß während dieser Zeit die Hochspannungsquelle
stromlos ist und daß im Bereich des ersten Maximums der Spannung des Hochstromkreises
die Hochspannungsquelle zugeschaltet wird.