DE1191884B - Gleichstromschalter fuer hohe Spannungen - Google Patents

Description

• Gleichstromschalter für hohe Spannungen Die Erfindung befaßt sich mit der Unterbrechung hochgespannter Gleichströme durch einen Schalter, der im Vergleich zu -den bisher bekanntgewordenen Vorschlägen mit einem technisch vertretbaren Aufwand auskommt. Die bekannten Vorschläge haben noch zu keinem praktisch ausgeführten Schalter geführt, weil ihre Verwirklichung an der Lösung, hohe Kurzschlußströme mit wirtschaftlichen Mitteln zu unterbrechen, gescheitert ist. Für die Löschung von Gleichstromlichtbögen sind bisher zwei Verfahren bekanntgeworden. Das eine besteht darin, den Gleichstrom künstlich zu einem Nulldurchgang zu führen und seinen Lichtbogen dann im Augenblick des Nullwerdens wie bei einem Wechselstromschalter zu löschen. Um dieses Nullwerden zu erreichen, muß der Gleichstrom in einem Schwingungskreis in einen pulsierenden Strom umgewandelt werden. Ein solcher Schwingungskreis benötigt jedoch für hohe Spannungen einen so großen Kondensator bzw. eine so große Kondensatorbatterie, daß für den einzelnen Schalter eine räumlich wie kostenmäßig unvertretbare Anlage entsteht.
• Ein anderes Verfahren besteht darin, den Gleichstromlichtbogen durch eine die treibende Spannung überwiegende Gegenspannung, nämlich die Lichtbogenspannung, auf einen Wert zu drosseln, daß der Restlichtbogen mit den üblichen Mitteln, wie Entionisation durch Kühlbleche u. a., unterbrochen werden kann. Bei sehr hohen Spannungen, z. B. 220 kV, erfordert dieses Verfahren aber ebenfalls praktisch nicht ausführbare Verlängerungsvorrichtungen für den Lichtbogen bzw. bei Drosselung des Gleichstromes durch eingeschaltete Widerstände untragbare große Widerstände, so daß auch dieses Verfahren bisher nicht verwirklicht werden konnte. Man hat sich daher damit begnügen müssen, wenn Gleichstromkreise hoher Spannung unterbrochen werden sollen, dieses auf der Wechselstromseite zu tun, also an der Stelle vor der Umwandlung des Wechselstromes in einen Gleichstrom.
• Die Erfindung zeigt nun einen Weg, um auch mit wirtschaftlichen Mitteln Gleichstromkreise hoher Spannung unmittelbar zu unterbrechen. Erfindungsgemäß erfolgt dies durch eine Reihenschaltung von mehreren nur bei überströmen auslösenden Schaltelementen aus Trennkontakten im Vakuum und dazu jeweils parallelliegenden strombegrenzenden Hochspannungssicherungen sowie mehreren mit diesen parallelgeschalteten Unterbrechungseinrichtungen in Reihe liegenden Leistungsschaltern für die Unterbrechung von Strömen bis zum Nennstrom.
• Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, daß es für die Unterbrechung von Gleichströmen hoher Spannungen wesentlich ist, daß es nicht erst zur Ausbildung von starken Kurzschlußströmen kommt, sondern daß diese bereits im Anfangsstadium, also bei Werten von wenigen Kiloampere, unterbrochen werden. Dieses kann nun besonders von strombegrenzenden Hochspannungssicherungen erreicht werden. Da aber Hochspannungssicherungen Dauerströme nicht führen können, ist es notwendig, sie in an sich bekannter Weise durch einen Schalter entsprechender Stromtragfähigkeit zu überbrücken. Hierfür eignet sich in besonderem Maße ein Vakuum-Schalter, da dieser bereits bei wenigen Millimetern Kontakthub eine genügend hohe Spannungsfestigkeit aufweist. Um aber andererseits den Gleichstromschalter auch bei kleineren Strömen als überströmen und Kurzschlußströmen betätigen zu können, ist es zweckmäßig, den nur bei höheren Strömen auslösenden Schaltelementen Leistungsschalter in Reihe zu legen, die zur Unterbrechung von Strömen bis zum Nennstrom betätigt werden. Solche Leistungsschalter lassen sich für diese Aufgabe ohne weiteres ausführen.
• Um mit einfachen Schaltelementen für die Unterbrechung der hohen Gleichströme auszukommen, die nach ihrer Betätigung auch leicht ausgewechselt werden können, bestehen die Schaltelemente zweckmäßigerweise aus solchen einer Ausschaltkraft unterliegenden Trennkontakten im Vakuum, die durch Schmelzdrähte in der Einschaltstellung gehalten sind. Solche Teilelemente werden zusammen mit den für die Teilspannung ausgelegten strombegrenzenden Sicherungen als Schaltelemente hintereinander in besonderen Gehäusen, z. B. Hohlisolatoren, untergebracht und in Reihe mit den Leistungsschaltern für die Unterbrechung der kleineren Ströme geschaltet. Als solche Leistungsschalter eignen sich insbesondere Schalter mit einer Querbeblasung des Lichtbogens, die zu einer hohen Lichtbogenspannung führt und damit zu einer starken Drosselung des Lichtbogenstromes, der leicht unterbrochen werden kann.
• Um eine gleichmäßige Verteilung der Schaltleistung über die einzelnen Schaltstrecken zu erzielen, werden diese in bekannter Weise potentialgesteuert. Soll der Gleichstromschalter nach der Erfindung auch zur Kurzunterbrechung eingesetzt werden, so werden zweckmäßig Umschalter vorgesehen, die den Stromkreis von einem Gleichstromschalter auf den nächsten umschalten. Die gleiche Anordnung kann auch dann getroffen werden, wenn die Betriebsbereitschaft des Schalters nach einer gelungenen Stromunterbrechung sofort gewährt sein muß.
• Die Zeichnung zeigt in F i g. 1 ein Schaltschema des erfindungsgemäßen Gleichstromschalters, in F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel des Schaltelementes aus der Hochspannungssicherung und den Trennkontakten im Vakuum und in F i g. 3 eine Schaltanlage, z. B. für die Kurzunterbrechung.
• In F i g. 1 liegen den Vakuum-Trennkontakten V strombegrenzende Hochspannungssicherungen S parallel. In Reihe mit den parallelliegenden Schaltelementen sind die Leistungsschalter L angeordnet, die zur Unterbrechung von Strömen bis zum Nennstrom dienen.
• Nach F i g. 2 besteht der Vakuum-Trennkontakt V, dem die Hochspannungssicherung S parallel geschaltet ist, aus einem durch eine Membran M abgeschlossenen Gehäuse, in dem die Trennkontakte Ti und T2 untergebracht sind. Die Trennkontakte werden durch mehrere Schmelzdrähte Sd in der Einschaltstellung gehalten. Eine Feder F erzeugt eine Ausschaltkraft, sobald ein Stahldraht St geschmolzen ist. Der Strom wird über die Anschlußklemmen A zu- bzw. abgeführt. Die Wirkungsweise eines solchen Schaltelementes besteht darin, daß bei Auftreten eines Überstromes zunächst die Schmelzdrähte Sd und danach der Stahldraht St schmilzt, wodurch die Trennkontakte T1 und T2 den Hauptstromkreis unterbrechen. Infolge des hohen Vakuums brauchen sich die Kontakte Ti und T2 nur wenige Millimeter voneinander zu entfernen, um eine genügende Spannungsfestigkeit zu erzielen. Dieser geringe Schalthub führt zu einer außerordentlich kleinen Eigenzeit des Trennkontaktes. Die Eigenzeit kann noch weiter verringert werden, wenn an Stelle einer Feder F durch einen schmelzenden Stahldraht eine Flüssigkeit erhitzt wird, deren Druck auf einen Antriebskolben für den Trennkontakt Ti wirkt.
• Nach Öffnung der Trennkontakte T1 und T2 wird der Strom von dem Hauptpfad auf den Nebenpfad mit den Hochspannungssicherungen kommutiert. Da diese Sicherungen den Strom schon nach einem kurzen Anstieg unterbrechen, so kommt es gar nicht erst zur vollen Ausbildung des Kurzschlußstromes. Ein etwaiger Reststrom über die Leistungsschalter L kann dann ohne weiteres von diesen unterbrochen werden, wodurch dann gleichzeitig auch die notwendige Spannungstrennung erreicht werden kann, wenn diese als Leistungstrenner ausgebildet sind.
• In F i g. 3 sind drei Gleichstromschalter gemäß der Erfindung nebeneinander so angeordnet, daß sie durch einen Umschalter U1 nacheinander in den Stromkreis eingeschaltet werden können. Die nur bei Überströmen ausgelösten Schaltelemente gemäß F i g. 2 sind hierbei in Hohlisolatoren J1 untergebracht. Der Kopf dieser Isolatoren ist als Schaltkontakt ausgebildet. Vom Fuß der Isolatoren J1 führen Leitungen zu Tragisolatoren T für Einschlagkontakte eines weiteren Umschalters Uz, der in dem Hohlisolator J2 die Leistungsschalter L enthält. Beide Umschalter werden synchron miteinander betätigt. Sie besitzen eine vierte Schaltstellung X, die der Ausschaltstellung der Schaltanlage entspricht. Soll nach einer Ausschaltung eines Kurzschlußstromes die Schaltanlage wieder betriebsbereit sein, so ist es notwendig, den Umschalter auf einen schaltbereiten Leistungsschalter umzulegen und den Hohlisolator J1, dessen Schaltelemente den Strom unterbrochen haben, gegen einen anderen mit neuen Schaltelementen auszuwechseln. Sollen nur Ströme bis zum Nennstrom unterbrochen werden, so genügt es, die in dem Hohlisolator J2 untergebrachten Leistungsschalter durch eine geeignete Antriebsvorrichtung zu betätigen.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1 Gleichstromschalter für hohe Spannungen, gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung von mehreren nur bei Überströmen auslösenden Schaltelementen in Form von Trennkontakten im Vakuum und dazu jeweils parallelliegenden strombegrenzenden Hochspannungssicherungen sowie mehreren mit diesen parallelgeschalteten Unterbrechungseinrichtungen in Reihe liegenden Leistungsschaltern für die Unterbrechung von Strömen bis zum Nennstrom.
2. 2. Gleichstromschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einer Ausschaltkraft unterliegenden Trennkontakte im Vakuum durch Schmelzdrähte in der Einschaltstellung gehalten sind.
3. 3. Gleichstromschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Unterbrechung der Ströme bis zum Nennstrom Leistungsschalter mit hoher Lichtbogenspannung vorgesehen sind.
4. 4. Gleichstromschalter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schaltstrecken potentialgesteuert sind.
5. 5. Anlage mit Gleichstromschaltern nach den Ansprüchen 1. bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Umschalter vorgesehen sind, die insbesondere für die Kurzunterbrechung den Stromkreis von einem Gleichstromschalter auf den nächsten umschalten. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 554 317, 619 689, 689 855, 727 028.