DE1132213B - Hochspannungsschalter mit Schutzwiderstaenden - Google Patents

Description

• Hochspannungsschalter mit Schutzwiderständen Es ist bekannt, bei Hochspannungsschaltern der Leistungsunterbrechungsstrecke während des Ausschaltvorganges einen Schutzwiderstand über eine Hilfsschaltstelle parallel zu schalten, um nach der Löschung des Lichtbogens durch die dämpfende Wirkung des Schutzwiderstandes einen steilen Anstieg der wiederkehrenden Spannung und damit eine Rückzündung zu verhindern und zugleich Schaltüberspannungen zu begrenzen. Diese Aufgabe wird um so besser erfüllt, je niederohmiger der Schutzwiderstand ist. Allerdings verbietet sich in der Praxis die Anwendung von sehr niederohmigen Schutzwiderständen dann, wenn zur Unterbrechung der sehr hohen, über sie fließenden Ströme nur einfache Trennstellen zur Verfügung stehen, wie es aus wirtschaftlichen Gründen in der Regel der Fall ist. Man muß dann, je nach der Höhe der vorliegenden Spannung, Widerstände von mehreren 1000 Ohm nehmen, um mit einfachen Trennstellen die über diese Widerstände fließenden Ströme von einigen Ampere unterbrechen zu können.
• In vielen Betriebsfällen, z. B. beim Abschalten von leer laufenden Transformatoren, genügen Schutzwiderstände mit höherem ohmschem Wert. Aber andere Betriebsfälle erfordern sehr niederohmige Schutzwiderstände, wie z. B. die Beherrschung des Abstandskurzschlusses, bei dem sehr hohe Ströme und mit hoher Einschwingfrequenz aufschwingende Spannungen, deren Amplituden klein gegen die Amplitude der wiederkehrenden Netzspannung sein können, auftreten, die ohne starke Dämpfung und/oder Verzögerung zur Rückzündung der Leistungsunterbrechungsstrecke führen. Man kann zwar niederohmige Widerstände dadurch vermeiden, daß man spannungsabhängige Widerstände vorsieht, die bei der Nennspannung einen großen, bei hohen Überspannungen dagegen einen kleinen Widerstandswert haben. Solche Widerstände sind aber wegen ihrer begrenzten Lebensdauer unwirtschaftlich, außerdem sind sie nicht imstande, steil ansteigende überspannungen schon im Anfang wirksam zu dämpfen, da diese Spannungen zunächst einen Grenzwert überschreiten müssen, bevor der Widerstandswert sich vermindert.
• Die Erfindung zeigt einen Weg, wie trotz einfacher Hilfsschaltstellen niederohmige Schutzwiderstände verwendet werden können, ohne daß die erwähnten Nachteile auftreten. Sie geht hierbei von einem Hochspannungsschalter mit einer oder mehreren Leistungsunterbrechungsstrecken aus, denen während des Ausschaltvorganges über Hilfsschaltstellen Schutzwiderstände parallel geschaltet sind. Erfindungsgemäß wird nun eine Reihenschaltung aus niederohmigen Schutzwiderständen und Kondensatoren, die einen für die beim Ausschaltvorgang auftretenden hohen Einschwingfrequenzen niedrigen, für die Netzfrequenz jedoch hohen kapazitiven Widerstand aufweisen, kurzzeitig eingeschaltet. Die Einschaltdauer beträgt im Höchstfalle zwei Halbwellen, normalerweise weniger als eine Halbwelle, so daß man mit Widerständen und Kondensatoren auskommen kann, die für eine sehr geringe Belastung ausgelegt sind und daher auch nur kleine Abmessungen haben. Der Schalter nach der Erfindung wird also durch die Hinzufügung der Kondensatoren praktisch nicht größer als ein Schalter, der nur höherohmige Schutzwiderstände hat.
• Die Verwendung der Reihenschaltung aus Schutzwiderständen und Kondensatoren mit den vorgenannten Eigenschaften ist bei Hochspannungsschaltern an sich bekannt. Ihre Aufgabe besteht jedoch darin, die Hilfsschaltstellen zu ersetzen, und zwar dadurch, daß sie durch einen hohen kapazitiven Widerstand für die Netzfrequenz Ströme dieser Frequenz praktisch sperrt. Wenn aber die Hilfsschaltstellen wegfallen, dann liegen die Kondensatoren ständig an Spannung, was gerade bei Wechselstrom zu sehr hohen Beanspruchungen des Dielektrikums führt. Die dauernd an Wechselspannung liegenden Kondensatoren müssen für eine weit höhere Nennspannung ausgelegt werden und erhalten dadurch auch viel größere Abrnessungen als die Kondensatoren, die, wie bei dem Schalter nach der Erfindung, nur ganz kurzzeitig eingeschaltet werden. Kurzzeitig beanspruchte Kondensatoren können dagegen für eine Nennspannung ausgelegt werden, die nur ein Achtel der Nennspannung der dauernd durch eine Wechselspannung beanspruchten Kondensatoren beträgt. Die dauernd eingeschalteten Kondensatoren großer Kapazität sind aber nicht nur wegen ihrer Abmessungen, namentlich bei einem Schalter mit mehreren Leistungsunterbrechungsstellen, sondern auch wirtschaftlich und technisch nicht tragbar. So wird durch sie der Vorteil des Wegfallens von Hilfsschaltstellen wieder aufgehoben, z. B. auch dadurch daß ein normaler Trennschalter mit dem Leistungsschalter gekoppelt werden muß.
• Beim Schalter nach der Erfindung kann man auch so weit gehen, daß der Schutzwiderstand im Verhältnis zum kapazitiven Widerstand bei Netzfrequenz vernachlässigbar klein gewählt werden kann bzw. ganz wegfällt, oder es wird ein höherohmiger Widerstand zur Kapazität parallel geschaltet. Man erhält im ersten Fall einen besonders kleinen baulichen Aufwand und trotzdem eine wirkungsvolle Herabsetzung der Anfangssteilheit der wiederkehrenden Spannung. Schließlich ist es auch möglich, um den Blindwiderstand des Parallelkreises für die zu dämpfenden Einschwingfrequenzen noch weiter herabzusetzen, in Reihe mit der Kapazität eine Drossel anzuordnen, die mit dieser Kapazität einen auf die Einschwingfrequenzen abgestimmten Reihenresonanzkreis bildet.
• Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei auf die Zeichnung verwiesen, in der zweckmäßige Schaltungsanordnungen enthalten sind.
• Fig. 1 zeigt zwei in Reihe liegende LeistungsunterbrechungsstreckenS, die durch Potentialsteuerkondensatoren K zur gleichmäßigen Aufteilung der Ausschaltleistung überbrückt sind. Jeder Leistungsunterbrechungsstrecke ist ein Parallelstromkreis aus dem niederohmigen Schutzwiderstand R, dem Kondensator C und einer einfachen Trennstrecke T zugeordnet. Um auch stoßartig auftretende Einschwingspannungen durch den Widerstand R wirkungsvoll in ihrer Anfangssteilheit zu dämpfen, wird die Zeitkonstante des aus dem Widerstand R und dem Kondensator C bestehenden Kreises sehr klein gewählt. Im eingeschalteten Zustand der Leistungsunterbrechungsstrecke S ist die Trennstrecke T geöffnet. Während des Ausschaltens wird kurz vor dem Einsetzen der wiederkehrenden Spannung die Trennstrecke T kurzzeitig eingeschaltet, so daß die wiederkehrende Spannung über den Parallelkreis so stark in ihrer Anfangssteilheit gedämpft wird, daß es zu keiner Durchzündung an der Leistungsunterbrechungsstrecke S kommen kann.
• Fig. 2 zeigt in Reihe mit dem Kondensator C noch eine Drossel L liegend, die mit dem Kondensator C einen auf die Einschwingfrequenz der wiederkehrenden Spannung abgestimmten Reihenresonanzkreis bildet. Dadurch liegt in dem Parallelstromkreis praktisch nur der niederohmige Schutzwiderstand R, so daß die Dämpfung besonders wirksam wird. Dem netzfrequenten Strom jedoch wirkt nach wie vor ein hoher kapazitiver Widerstand entgegen.
• Eine weitere Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 3 sieht einen Widerstand R1 höheren ohmschen Wertes als R vor, der dem RC- bzw. RCL-Glied parallel geschaltet ist. Dieser Widerstand hat die Aufgabe, Aufladungen des Kondensators C abzuleiten. Er kann z: B. gleichzeitig mit dem Poteniialsteuerkondensators K in Reihe liegen, dessen Wirkung jedoch durch ihn nicht beeinträchtigt wird.
• Fig. 4 schließlich zeigt, daß die Reihenschaltung RCL mit der Trennstelle T auch einer Vielfach-Unterbrechungsstrecke S, die wiederum von Kondensatoren K überbrückt ist, insgesamt parallel liegen kann. Diese Schaltungsanordnung läßt sich noch dadurch erweitern, daß man in Reihe mit dem RC-bzw. RCL-Glied einen Hilfsschalter H legt, der das genannte Glied auf der Seite an Erde legt, auf der höherfrequente Einschwingspannungen entstehen. Auf diese Weise tritt ebenfalls eine sehr wirksame Herabsetzung der Anfangssteilheit der einschwingenden Spannung sowie eine Verminderung von überspannungen ein. Außerdem ist es möglich, den Kondensator C durch Schließen des Hilfsschalters H, z. B. durch eine Hilfsspannung UH, aufzuladen und nach dessen öffnen über die Hilfsschaltstelle T und die Leistungsunterbrechungsstrecken zu entladen, wodurch es zu Strom-Nulldurchgängen kommt, die eine besonders leichte Unterbrechung von Strömen mit einem starken Gleichstromglied bzw. von Gleichströmen selbst ermöglichen.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Hochspannungsschalter mit einer oder mehreren Leistungsunterbrechungsstrecken, denen während des Ausschaltvorganges über Hilfsschaltstellen Schutzwiderstände parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine an sich bekannte Reihenschaltung aus niederohmigen Schutzwiderständen und Kondensatoren, die einen für die beim Ausschaltvorgang auftretenden hohen Einschwingfrequenzen niedrigen, für die Netzfrequenz jedoch hohen kapazitiven Widerstand aufweisen, kurzzeitig eingeschaltet ist.
2. 2. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzwiderstand (R) im Verhältnis zum kapazitiven Widerstand ( C) bei Netzfrequenz vernachlässigbar klein ist.
3. 3. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schutzwiderstandskreis zusätzlich eine Drossel (L) angeordnet ist, die mit der Kapazität (C) einen auf die Einschwingfrequenzen abgestimmten Reihenresonanzkreis bildet (Fis. 2).
4. 4. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R) und die Kapazität (C) so gewählt sind, däß sich eine Zeitkonstante ergibt, daß auch stoßartig auftretende Einschwingspannungen durch den Widerstand (R) in ihrer Anfangssteilheit vermindert werden (Fis. 1).
5. 5. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem RC-Glied bzw. RCL-Glied ein Widerstand (Hl) höheren ohmschen Wertes parallel geschaltet ist.
6. 6. Hochspannungsschalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung eines großen Kondensators (C) mit einem Widerstand (R) und gegebenenfalls einer Drossel (L) mehreren in Reihe liegenden Leistungsunterbrechungsstrecken insgesamt parallel geschaltet ist.
7. 7. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das RC-Glied bzw. RCL-Glied mit einem Hilfsschalter (H) auf derjenigen Seite der Leistungsunterbrechungsstrecken gegen Erde geschaltet ist, auf der höherfrequente Einschwingspannungen entstehen. B. Hochspannungsschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C) durch Schließen des Hilfsschalters (H) durch eine Hilfsspannung aufgeladen wird und nach dessen öffnen über die Hilfsschaltstelle (T) über die Leistungsunterbrechungsstrecken zur Erzeugung von Strom-Nulldurchgängen entladen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr.1018 504, 1052 500, 1064134; schweizerische Patentschrift Nr. 262 092.