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Synthetische Prüfschaltung zur Prüfung von Hochspannungsschaltern
beim Abschalten kapazitiver Stromkreise Es sind synthetische Prüfschaltungen zur
Nachbildung der Beanspruchung von Schaltern bei der Abschaltung eines Kurzschlusses
bekannt. Diese bekannten Prüfschaltungen bestehen aus zwei Stromquellen, einer Hochstromquelle
und einer Hochspannungsquelle. Der zu prüfende Schalter liegt in Reihe mit einem
Hilfsschalter, der gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig mit dem zu prüfenden Schalter
das Ausschaltkommando erhält. Die beiden Schalter werden von der Hochstromquelle
gespeist. Die Hochspannungsquelle wird kurz vor, im oder nach dem Nulldurchgang
des Stromes durch den zu prüfenden Schalter, wenn dessen Kontakte die Löschdistanz
erreicht haben, zugeschaltet.
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Es ist ferner bekannt, bei synthetischen Prüfschaltungen zur Nachahmung
der Beanspruchung des Schalters unter Kurzschlußbedingungen die Prüfspannung und
den Prüfstrom über zwei Transformatoren der gleichen Energiequelle zu entnehmen.
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Demgegenüber befaßt sich die Erfindung mit einer Prüfschaltung zur
Nachbildung der Beanspruchung eines Schalters beim Abschalten kapazitiver Stromkreise.
Derartige Stromkreise sind beispielsweise unbelastete Leitungen, leerlaufende Kabel,
Kondensatorbatterien u. dgl. Der Schalter muß in der Lage sein, nicht nur einen
Kurzschluß abzuschalten, sondern auch eine kapazitive Last (z. B. leerlaufende Leitung
bzw. leerlaufende Kabel). Bei der synthetischen Prüfschaltung nach der Erfindung
ist ebenfalls mit dem zu prüfenden Schalter ein Hilfsschalter in Reihe geschaltet.
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Gemäß der Erfindung werden von einer Energiequelle dem zu prüfenden
Schalter und dem Hilfsschalter ein großer Strom bei verhältnismäßig geringer Spannung
(Hochstromkreis) und gleichzeitig dem zu prüfenden Schalter über einen Transformator
von der gleichen Energiequelle ein kleiner Strom bei hoher treibender Spannung (Hochspannungskreis)
zugeführt. Ferner ist in den Hochspannungskreis ein Kondensator eingeschaltet und
die Phasenlage der beiden Ströme so gewählt, daß sie gleichzeitig oder annähernd
gleichzeitig durch Null gehen. Durch diese Prüfschaltung gelingt es, ohne Verwendung
von Steuergeräten den Schalter so zu beanspruchen, als wenn er eine kapazitive Last
abschalten würde, die von einem Generator gespeist würde, welcher den erforderlichen
Strom bei der Nennspannung des Schalters liefert.
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Zweckmäßig wird die Schaltung so getroffen, daß der Strom im Hilfsschalter
ein wenig früher seinen Nullwert erreicht als der Strom in dem zu prüfenden Schalter.
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Um zu erreichen, daß der Strom im Hochstromkreis und der Strom im
Hochspannungskreis gleiche oder annähernd gleiche Phasenlage besitzen, kann im Hochstromkreis
ein Kondensator eingeschaltet werden. Man kann aber auch die Phasenlage des Stromes
im Hochstromkreis durch eine Induktivität bestimmen, so daß der Strom im Hochstromkreis
gegenüber dem Strom im Hochspannungskreis eine Phasenverschiebung von 1800 - erhält.
Damit die beiden Ströme wieder gleiche Phasenlage erreichen, braucht man nur die
Klemmen einer Transformatorwicklung zu vertauschen.
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Bei Vorhandensein eines Dreiphasen-Generators als Energiequelle ist
es vorteilhaft, den Hochstromkreis und den Hochspannungskreis an zwei um 900 versetzte
Spannungen des Generators anzuschließen.
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Die Phasenlage und die Größe des Stromes im Hochstromkreis können
dann durch einen ohmschen Widerstand festgelegt werden.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Soweit die Teile in den einzelnen Figuren übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen
gewählt.
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In F i g. 1 sind mit 1 der zu prüfende Schalter und mit 2 der Hilfsschalter
bezeichnet. Ein Generator, der sowohl den Hochstrom als auch den Strom im Hochspannungskreis
liefert, trägt das Bezugszeichen3. Im Ausführungsbeispiel speist der Generator über
die Induktivität 6 und den Transformater 4 den Hochstromkreis, in dem ein Kondensator
9 eingeschaltet ist. Der Hochspannungskreis, in dem ein Kondensator 8 in Reihe eingeschaltet
ist, wird von der Sekundärwicklung des Transformators 5
gespeist,
dessen Primärwicklung über eine Induktivität 7 mit dem gleichen Generator 3 verbunden
ist. Parallel zum Schalter 1 liegt ein Kondensator 10, parallel zum Schalter 2 ein
Kondensator 11. Sie dienen zur Spannungsaufteilung zwischen Hilfsschalter und zu
prüfendem Schalter vor der Hochspannungsprüfung. Der Strom im Hochstromkreis eilt
der Spannung, des Transformators 4 um 900 vor, ebenso eilt der Strom J2 im Hochspannungskreis
der Spannung U2 des Transformators 5 um 900 vor. Da beide Spannungen phasengleich
sind, sind somit auch die Ströme im Hochstromkreis und Hochspannungskreis phasengleich.
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In Fig. 2 ist das Zeigerdiagramm der Ströme Jl und J2 und der Transformatorspannungen
Ul und U2 dargestellt. F i g. 2 a zeigt den zeitlichen Verlauf der Ströme Jt und
J2 und den zeitlichen Verlauf der wiederkehrenden Spannung.
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Durch den zu prüfenden Schalter 1 fließt der Strom, der gleich der
Summe der beiden gleichphasigen Ströme Jl und J2 ist. Wenn der Strom durch Null
geht und die Kontakte des Schalters 1 eine solche Stellung erreicht haben, daß er
nicht wieder zündet, tritt die wiederkehrende Spannung UD auf.
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Damit mit Sicherheit der Hilfsschalter 2, für den man im allgemeinen
den gleichen Schaltertyp verwendet wie für den Schalter 1, vor dem Schalter 1 löscht,
ist es zweckmäßig, dem Strom J2 eine kleine Nacheilung gegenüber dem Strom J1L zu
geben, was dadurch geschehen kann, daß in Reihe mit dem Kondensator 8 noch ein ohmscher
Widerstand eingeschaltet wird.
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Die Prüfung geht so vor sich, daß zunächst die beiden Schalter 1
und 2 eingeschaltet werden. Dann wird der Generator durch einen nicht dargestellten
Schalter auf die beiden Primärwicklungen der Transformatoren zugeschaltet. Hierauf
erhalten die beiden Schalter 1 und 2 gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig den
Ausschaltbefehl. Es wird eine oder mehrere Halbwellen dauern, je nach der Bauart
der Schalter, bis bei einem Nulldurchgang beide Schalter nicht mehr wiederzünden
und gemäß Fig. 2 a an dem zu prüfenden Schalter die wiederkehrende Spannung up erscheint,
die durch entsprechende Wahl der Größe der Spannung U2 und der Größe des Kondensators
8 gleich der wiederkehrenden Spannung gemacht ist, die unter bestimmten Netzverhältnissen
auftreten würde.
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In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Hier wird die Phasenlage des Stromes Jl, da sonst kein Widerstand im Hochstromkreis
liegt, lediglich durch die Induktivität 6 bestimmt. Der Strom Jl eilt daher der
Spannung Ul mit 90° nach. Um wieder gleiche Phasenlage der Ströme Jt und J2 zu erhalten,
kann man die Klemmen eines der beiden Transformatoren vertauschen. Im Ausführungsbeispiel
sind die Klemmen der Sekundärwicklung 5 vertauscht. Auch beim Ausführungsbeispiel
der F i g. 3 kann man noch einen ohmschen Widerstand in Reihe mit dem Kondensator
8 legen, damit der Strom J2 eine kleine Nacheilung gegenüber dem Strom Jt erhält.
Die Prüfung wird hier ebenso durchgeführt wie bei F i g. 1 erläutert.
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Fig.4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei der
Schaltung nach F i g. 4 ist ein dreiphasiger, in Stern geschalteter Generator 3
vorgesehen. An eine Phasenspannung ist der den Hochstromkreis speisende Transformator
4, an die verkettete Spannung der beiden anderen Phasen der
Transformator 5 angeschlossen,
der den kapazitiven Hochspannungskreis speist. Im Hochstromkreis liegt ein ohmscher
Widerstand 13, wodurch die Ströme und J2 phasengleich werden, da die Spannung U2
um 900 der Spannung Ul nacheilt und im Hochspannungskreis der Kondensator 8 liegt.
Will man wieder erreichen, daß J2 etwas gegen Jl nacheilt, kann man z. B. wieder
einen ohmschen Widerstand in den Hochspannungskreis legen.
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Im Ausführungsbeispiel sind in dem Hochspannungskreis zwei Kondensatoren
8 und 8' eingeschaltet. Parallel zum Kondensator8' liegt in Reihe mit einem ohmschen
Widerstand 13 eine Funkenstrecke 14. Außer den beiden Hauptelektroden 15 besitzt
die Funkenstrecke eine Hilfselektrode 16, die über einen Kondensator 17 an einen
Widerstand 18 angeschlossen ist. Dieser liegt über eine Funkenstrecke 19 parallel
zu dem zu prüfenden Schalter 1.
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Wenn die Lichtbogen in dem zu prüfenden Schalter und im Hilfsschalter
erlöschen und keine Wiederzündung stattfindet, verläuft die wiederkehrende Spannung
up am Schalter 1 zunächst nach der stark ausgezogenen Kurve a in F i g. 5. Sobald
die wiederkehrende Spannung einen bestimmten Wert erreicht hat (Zeitpunkt tal),
zündet die Funkenstrecke 14, und die Spannung am Kondensator 8' nimmt nach der strichlierten
Kurvec ab. Von dem Zeitpunkt t1 -der Zeitpunkt der Stromunterbrechung ist t,- erhält
somit die wiederkehrende Spannung den strichpunktierten Verlauf b. Man kann hiermit
die Spannungsbeanspruchung bei einer einpoligen Prüfung dem Verlauf der wiederkehrenden
Spannung anpassen, die unter bestimmten häufig vorkommenden Netzverhältnissen (z.
B. Abschalten einer leerlaufenden Freileitung in einem Netz mit isoliertem Sternpunkt)
über dem erstlöschenden Pol eines dreipoligen Schalters auftreten würde.
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Nach der Unterbrechung der beiden anderen Pole verringert sich die
Spannungsbeanspruchung des erstlöschenden Pols.
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In den Ausführungsbeispielen ist angenommen, daß sich die beweglichen
Kontakte der Schalter bei der Prüfung von der Einschaltstellung in die Ausschaltstellung
bewegen, und daß bei Erreichen einer bestimmten Löschdistanz der Hochspannungskreis
wirksam wird. Man kann jedoch die Anordnung auch so treffen, daß die Kontakte beider
Schalter von vornherein eine Stellung einnehmen, bei der die Löschfähigkeit des
zu prüfenden Schalters geprüft werden soll. In diesem Fall werden der feststehende
und der bewegliche Kontakt jedes Schalters durch einen Zünddraht überbrückt. Wird
dann der Hochstromkreis geschlossen, so entsteht sofort ein Lichtbogen in beiden
Schaltern und bei dessen Erlöschen im nächsten Nulldurchgang wird die Hochspannungsquelle
wirksam.
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An Stelle eines Generators kann auch ein Netz als Energiequelle verwendet
werden.