DE1194973B

DE1194973B - Procedure for testing high-voltage circuit breakers

Info

Publication number: DE1194973B
Application number: DEL38886A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Eberhard Baumann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1961-05-02
Filing date: 1961-05-02
Publication date: 1965-06-16

Description

Verfahren zum Prüfen von Hochspannungs-Leistungsschaltern Im Netzbetrieb werden Hochspannungs-Leistungs schalter häufig nicht nur durch wiederkehrende Spannungen mit Einschwingfrequenzen von wenigen hundert bis mehreren tausend Hertz nach der Ausschaltung des Kurzschlußstromes auf ihr Ausschaltvermögen beansprucht, sondern auch mit Wiederkehrspannungen, deren Einschwingfrequenzen etwa 15 bis 150kHz betragen. Diese hohen Einschwingfrequenzen haben naturgemäß wegen ihrer großen Steilheit eine sehr starke Beanspruchung der Schaltstrecke auf ihre Spannungsfestigkeit zur Folge. Sie treten in erster Linie bei den sogenannten Abstandskurzschlüssen auf, die ihre Bezeichnung davon haben, daß der Kurzschluß nicht unmittelbar hinter dem Leistungsschalter, sondern auf einer Leitung mehrere Kilometer vom Leistungsschalter entfernt auftritt, wobeije nach der Länge der Leitung zwischen Leistungsschalter und Kurzschluß stelle mehr oder weniger hohe Einschwingfrequenzen der Wiederkehrspannung entstehen.Procedure for testing high-voltage circuit breakers in mains operation high-voltage circuit breakers are often not only due to recurring voltages with settling frequencies of a few hundred to several thousand Hertz according to the Switching off the short-circuit current claimed their breaking capacity, but also with recovery voltages, the settling frequencies of which are around 15 to 150 kHz. These high transient frequencies naturally have a steepness because of their steepness very heavy stress on the switching path on its dielectric strength result. They occur primarily with the so-called distance short circuits, which are theirs Designation that the short circuit is not immediately behind the circuit breaker, but occurs on a line several kilometers away from the circuit breaker, depending on the length of the line between the circuit breaker and the short-circuit more or less high settling frequencies of the recovery voltage arise.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Prüfen von Hochspannungs-Leistungsschaltern auf ihr Ausschaltvermögen in einer Schaltanordnung mit getrennten Energiequellen für den Hochstrom und die Hochspannung. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die bei einem Kurzschluß mit hochfrequenten Einschwingspannungen entstehenden Beanspruchungen der Schaltstrecke im Prüffeld netzgetreu wiederzugeben, ohne daß hierbei ein großer Aufwand an Schaltelementen erforderlich ist, wie sie z. B. Freileitungen oder Nachbildungen der Freileitungen durch Kurzschlußdrosseln, die den vollen Kurzschlußstrom von etwa 20 bis 40 kA dynamisch aushalten müssen, darstellen. Erfindungsgemäß wird daher zum Prüfen von Abstandskurzschlüssen der in bekannter Weise in einem Hochspannungsschwingkreis einschwingenden niederfrequenten Spannung (100 Hz bis mehrere tausend Hertz) zusätzlich in einem eine Leitungsnachbildung darstellenden Aufschwingkreis eine Spannung hoher Frequenz (15 bis 150 kHz) überlagert. Die Erfindung macht also zur Beanspruchung der Prüfschaltstrecke mit der wiederkehrenden Spannung bei Abstandskurzschlüssen von einem zwei- oder mehrfrequenten Hochspannungskreis Gebrauch. Dadurch unterscheidet sie sich wesentlich von dem bekannten Verfahren, das bei nur einem einfrequenten Hochspannungskreis die Prüfschaltstrecke mit einer Wiederkehrspannung aus dem Generatorkreis allein beansprucht, wie es bei Kurzschlüssen in unmittelbarer Nähe des Leistungsschalters auch im Netzbetrieb der Fall ist. Durch die Einführung eines hochfrequenten Aufschwingkreises in die synthetische Prüfschaltung läßt sich deren Anwendungsbereich nunmehr auch auf die ständig wichtiger werdende Prüfung von Hochleistungsschaltern bei Abstandskurzschlüssen erweitern, was in so wirtschaftlicher Weise bei Verwendung von Freileitungen oder Kurzschlußdrosseln nicht möglich wäre. The invention relates to a method for testing high-voltage circuit breakers on their breaking capacity in a switching arrangement with separate energy sources for high current and high voltage. It is based on the task at hand stresses arising from a short circuit with high-frequency transient voltages of the switching path in the test field true to the network, without a large Expenditure on switching elements is required, as z. B. overhead lines or replicas the overhead lines by short-circuit reactors, which the full short-circuit current of about 20 to 40 kA must withstand dynamically. According to the invention is therefore for testing distance short circuits in a known manner in a high-voltage resonant circuit settling low-frequency voltage (100 Hz to several thousand Hertz) in addition a voltage higher in a resonant circuit representing a line simulation Frequency (15 to 150 kHz) superimposed. The invention therefore makes a claim the test switching path with the recurring voltage in the case of distance short-circuits use of a two or more frequency high voltage circuit. This differs they differ significantly from the known method, which is single-frequency with only one High voltage circuit the test switching path with a recovery voltage from the generator circuit claimed alone, as is the case with short circuits in the immediate vicinity of the circuit breaker is also the case in network operation. By introducing a high-frequency resonant circuit Its field of application can now also be incorporated into the synthetic test circuit the increasingly important testing of high-performance switches in the event of distance short circuits expand what in such an economical way when using overhead lines or Short-circuit chokes would not be possible.

Als Aufschwingkreis eignet sich zweckmäßig ein Kettenleiter mit symmetrischen und/oder unsymmetrischen Kettengliedern, wobei das erste Glied des Kettenleiters vorzugsweise aus einer Induktivität von der halben Induktivität der übrigen Kettenglieder besteht, die Kapazitäten aller Kettenglieder jedoch gleich sind. A chain ladder with symmetrical ones is expediently suitable as the resonance circuit and / or asymmetrical chain links, the first link of the chain conductor preferably from an inductance of half the inductance of the remaining chain links exists, but the capacities of all chain links are the same.

Ein solcher Aufschwingkreis, der nur räumlich kleine und wenig aufwendige Hilfsmittel, wie Kondensatoren und Drosselspulen, enthält, hat den Vorteil, daß er sehr rasch den verschiedensten Leitungslängen und auch den geforderten Kurvenformen der Spannungsbeanspruchung angepaßt werden kann. Such a resonance circuit, which is only spatially small and not very complex Aids, such as capacitors and inductors, has the advantage that he very quickly the various cable lengths and the required curve shapes can be adapted to the voltage stress.

Eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist in der F i g. 1 dargestellt, während die F i g. 2, 3 und 4 weitere Einzelheiten der Erfindung enthalten. A circuit arrangement according to the invention is shown in FIG. 1 shown, while the F i g. Figures 2, 3 and 4 contain further details of the invention.

Nach F i g. 1 wird der Prüfschalter Pr z. B. vom Kurzschlußstrom Jk des Hochstromkreises, der aus dem Generator G, der InduktivitätLo, der Kapazität C0, dem Hilfsschalter H und dem Auslöse- und Meßwiderstand RA besteht, durchflossen. Kurz vor dem Stromnulldurchgang des Kurzschluß stromes wird z. B. mit Hilfe eines gleichstromvormagnetisierten Wandlers W das Auslösegerät 4 betätigt und die Schaltfunkenstrecke S zum Durchzünden gebracht. According to FIG. 1 the test switch Pr z. B. from the short-circuit current Jk of the high current circuit, which consists of the generator G, the inductance Lo, the capacitance C0, the auxiliary switch H and the tripping and measuring resistor RA. Shortly before the current zero crossing of the short-circuit current z. B. with the help of a DC-biased converter W actuates the tripping device 4 and the switching spark gap S ignited.

An Stelle der Schaltfunkenstrecke kann auch eine gewöhnliche Funkenstrecke, die mit der Ladespannung Upc bis kurz unter ihre Durchbruchspannung vorgespannt ist, verwendet werden. Die Zündung der Funkenstrecke kann dann durch den Lichtstrahl einer einfachen Gasentladungsstrecke, z. B. einer Foto-Blitzröhre, die von einer Kondensatorentladung angeregt wird, zeitlich sehr genau erfolgen. Bei manchen synthetischen Prüfschaltungen kommt es hierbei auf eine zeitliche Genauigkeit von weniger als einer Mikrosekunde an. In diesen Fällen wird das Auslösegerät 4 zweckmäßig von dem Spannungsabfall an dem induktivitätsarmen Widerstand RA her über einen Met und Begrenzungsverstärker 3 synchronisiert oder überhaupt betätigt.Instead of the switching spark gap, an ordinary spark gap, which are biased with the charging voltage Upc to just below their breakdown voltage is to be used. The spark gap can then be ignited by the light beam a simple gas discharge path, e.g. B. a photo flash tube, which is from a Capacitor discharge is suggested to take place very precisely in terms of time. With some synthetic test circuits, a temporal accuracy is important of less than a microsecond. In these cases the triggering device 4 expediently from the voltage drop across the low-inductance resistor RA a met and limiting amplifier 3 synchronized or operated at all.

Sobald die Funkenstrecke S zündet, beginnt ein Schwingstrom J8 über die EinschwingdrosselLl, den Aufschwingkreis 1, der einen Kettenleiter aus der Induktivität Lx, der Kapazität Cz und dem Widerstand Rx enthält, den Prüfschalter Fr und den Widerstand RÄ zu fließen. Dieser Schwingstrom erzeugt an der Induktivität Lx des Aufschwingkreises einen Spannungsabfall, mit dem die Kapazität Cx aufgeladen wird. Die Kondensatoren C erhalten hierbei ihre anteiligen Ladungen. Löscht nun z. B. der Prüfschalter den Strom aus Ja und Jk in einem Nulldurchgang, so wird dadurch an den Klemmen AB des Ausschwingkreises 1 eine höherfrequente Aufschwingspannung von gewünschter Frequenz und Kurvenform erzeugt. Diese z. B. anfangs dreieckförmige Aufschwingspannung ergibt zusammen mit der Spannung des Einschwingkreises, die an dem Widerstand und dem Kondensator Ce auftritt, an der Klemme A gegen Erde die geforderte Kurvenform der Einschwingspannung, wie sie z. B. beim Abschalten eines Abstandskurzschlusses auftritt. F i g. 2b zeigt diese Einschwingspannung bei einem Kurzschlußversuch nach der Schaltung der F i g. 1, wenn der Aufschwingkreis ein einfacher Schwingkreis ist entsprechend F i g. 2a. Bei einer Ausbildung des Aufschwingkreises 1 entsprechend der Ausführung nach F i g. 3a erhält man einen fast linearen Anstieg der Spannung von Null bis zum ersten Scheitelwert, wie in F i g. 3b dargestellt. In diesem Falle ist die Induktivität der ersten Drosselspule L1 zweckmäßig gleich der Hälfte der anderen Drosselspulen, während die Kapazitäten C den gleichen Wert behalten. As soon as the spark gap S ignites, an oscillating current J8 begins the settling throttleLl, the resonant circuit 1, the chain conductor from the inductance Lx, the capacitance Cz and the resistance Rx contains the test switch Fr and den Resistance RÄ to flow. This oscillating current is generated at the inductance Lx des Resonant circuit a voltage drop with which the capacitance Cx is charged. The capacitors C receive their proportional charges. Now delete z. B. the test switch takes the current from Ja and Jk in a zero crossing, so this will a higher-frequency surge voltage at the terminals AB of the decay circuit 1 generated by the desired frequency and waveform. This z. B. initially triangular The surge voltage, together with the voltage of the settling circuit, results in the the resistor and the capacitor Ce occurs, at the terminal A to earth the required Waveform of the settling voltage, as it is, for. B. when switching off a distance short circuit occurs. F i g. 2b shows this transient voltage in a short-circuit test the circuit of FIG. 1 if the resonant circuit is a simple resonant circuit is according to F i g. 2a. When the resonance circuit 1 is designed, accordingly the execution according to FIG. 3a one obtains an almost linear increase in voltage from zero to the first peak, as in FIG. 3b shown. In this case the inductance of the first choke coil L1 is expediently equal to half of other reactors, while the capacitances C keep the same value.

Die Erfindung hat auch den Vorteil, daß der Abstandskurzschluß sowohl an einer Teilschaltstrecke als auch an Schaltern mit mehreren Teilschaltstrecken bei voller Ausschaltleistung unter den wirklichen Bedingungen der Kurvenform der Spannungsbeanspruchung und des Teilwellenwiderstandes der Leitung entsprechend der Zahl der Teilschaltstrecken geprüft werden kann. Ein Widerstand Rx kann dabei die Leitungsnachbildung, wenn dies notwendig ist, dämpfen. The invention also has the advantage that the distance short circuit both on one partial switching path as well as on switches with several partial switching paths at full breaking capacity under the real conditions of the curve shape of the Voltage stress and the partial wave resistance of the line according to Number of switching sections can be checked. A resistor Rx can be the If necessary, dampen the line replication.

Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß auch mit verringertem Strom, aber erhöhter Steilheit, also mit erhöhter Frequenz des Kurzschlußstromes geprüft werden kann, ohne daß ihre Wirkungsweise beeinträchtigt wird. The invention also has the advantage that with reduced Current, but with an increased slope, i.e. with an increased frequency of the short-circuit current can be tested without affecting their effectiveness.

Wird z. B. nur eine von n Teilschaltstrecken eines Schalters geprüft, so soll der Wellenwiderstand des Aufschwingkreises 1 gerade der n-te Teil des Wellenwiderstandes r der Freileitung sein. In der Versuchspraxis ist man oft gezwungen oder scheint es für anderweitige Untersuchungen zweckmäßig, den Wellenwiderstand r desAufschwingkreises viel kleiner zu wählen als den Wellenwiderstand r. Zeigt dann der Schalter einen Nachsttom, so würde sich der Aufschwingkreis mit r <Pl n über den Widerstand der Teilschaltstrecke ziel zu rasch entladen. Der Nach- strom wäre größer, als er beim ganzen Schalter mit n Teilschaltstrecken zu erwarten ist. Auch die Energiemenge, die in dem Aufschwingkreis zur Verfügung steht, wäre größer als die der Freileitung, bezogen auf eine Teilschaltstrecke. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird in einem solchen Falle bei der Prüfung von Teilschaltstrecken eines Leistungsschalters ein BegrenzungsgliedII für den durch die Spannung des Aufschwingkreises I verursachten Nachstrom zwischen den Prüfschalter und den Hochspannungskreis eingeschaltet, wie es F i g. 4 zeigt.Is z. If, for example, only one of n switching sections of a switch is checked, the characteristic impedance should be of the resonance circuit 1 just be the nth part of the characteristic impedance r of the overhead line. In experimental practice, one is often forced or it seems appropriate for other investigations to choose the wave resistance r of the resonance circuit to be much smaller than the wave resistance r. If the switch then shows a secondary current, the resonant circuit with r <Pl n would discharge too quickly via the resistance of the switching section target. The downstream current would be greater than is to be expected for the entire switch with n partial switching sections. The amount of energy that is available in the resonant circuit would also be greater than that of the overhead line, based on a partial switching section. According to a further development of the invention, in such a case, when testing partial switching paths of a circuit breaker, a limiting element II for the wake current caused by the voltage of the resonant circuit I is switched on between the test switch and the high-voltage circuit, as shown in FIG. 4 shows.

Dieses Begrenzungsglied besitzt dabei für die Netz-und Einschwingfrequenzen einen hohen Sperrwiderstand, läßt aber die hochfrequenten Spannungen des Aufschwingkreises 1 praktisch ohne nennenswerte zeitliche Verzögerung und ohne wesentliche Amplitudenverminderung durch.This limiting element has for the network and transient frequencies a high blocking resistance, but leaves the high-frequency voltages of the resonant circuit 1 practically without any significant time delay and without any significant reduction in amplitude by.

Nach Fig.4 besteht das BegrenzungsgliedII aus einem Widerstand R2, einem Kondensator C32 und einem Gleichrichter G2. Die übrigen Teile der Schaltungsanordnung entsprechen derjenigen der F i g. 1. Der Widerstand R2 zur Begrenzung des Nachstromes würde die Wirkungsweise des Hochspannungsprüfkreises stören, wenn nicht der Gleichrichter G2 parallel zu diesem Widerstand liegen würde, so daß der Schwingstrom unbeeinflußt fließen kann. Der Sperrwiderstand des Gleichrichters wird auf den Wert des Widerstandes R8 herabgesetzt. Die hochfrequenten Schwingungen der Wiederkehrspannung werden über den Kondensator C32 ebenfalls ungeschwächt auf den Prüfschalter übertragen. According to Figure 4, the limiting element II consists of a resistor R2, a capacitor C32 and a rectifier G2. The remaining parts of the circuit arrangement correspond to those of FIG. 1. The resistor R2 to limit the wake current would disrupt the operation of the high-voltage test circuit, if not the rectifier G2 would be parallel to this resistor, so that the oscillating current is unaffected can flow. The blocking resistance of the rectifier is set to the value of the resistance R8 reduced. The high-frequency oscillations of the recovery voltage are over also transfer the capacitor C32 to the test switch without being weakened.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann die Schaltungsanordnung nach F i g. 4 auch zur Aufnahme der Deionisierungszeiten eines Schalters dienen. Dazu ist es lediglich notwendig, den Widerstand R2 größer als etwa den zehnfachen Wert des Wellenwiderstandes r des Aufschwingkreises 1 zu wählen. Der Aufschwingkreis wird dann bei einem Durchzünden des Schalters nur wenig gedämpft. Nach der Entionisierung der Schaltstrecke schwingt die Spannung erneut auf. Auch in diesem Falle kann der Hochstrom Ja auf einen kleinen Laststrom Je oder sogar auf Null reduziert werden. In a further embodiment of the invention, the circuit arrangement according to FIG. 4 also serve to record the deionization times of a switch. For this it is only necessary to make the resistance R2 greater than approximately ten times The value of the characteristic impedance r of the resonant circuit 1 is to be selected. The resonant circuit is then only slightly attenuated when the switch is ignited. After deionization the voltage swings up again in the switching path. In this case, too, the High current Yes can be reduced to a small load current or even to zero.

Anstatt den Aufschwingkreis I zwischen die Klemmen I und II zu schalten, kann dies auch in der Weise erfolgen, daß dieser Kreis in Reihe mit den Schaltelementen zur Einstellung der Einschwingspannung des Hochspannungskreises liegt, wie dies durch die Klemmen A', B' angedeutet ist. In diesem Falle werden die Eigen schwingungen des Aufschwingkreises durch den Stromanstieg, z. B. in dem Kreis LlCe, angeregt. Instead of connecting the resonant circuit I between terminals I and II, this can also be done in such a way that this circuit is in series with the switching elements to adjust the settling voltage of the high voltage circuit is like this indicated by the terminals A ', B'. In this case, the natural vibrations of the resonance circuit due to the increase in current, e.g. B. in the circle LlCe, stimulated.

Eine solche Schaltungsanordnung ist dann vorteilhaft, wenn die Hochspannungsquelle als einen Spannungsstoß liefernde Energiequelle, z. B. als Gleichspannungsquelle mit Hilfsfunkenstrecke, ausgebildet ist.Such a circuit arrangement is advantageous when the high voltage source as a surge supplying energy source, e.g. B. as a DC voltage source with auxiliary spark gap.

Claims

Claims: 1. Method for testing high-voltage circuit breakers on their breaking capacity in a switching arrangement with separate energy sources for high current and high voltage, characterized in that for testing Distance short circuits in a known manner in a high-voltage resonant circuit (l, Ce, Cs) an oscillating low-frequency voltage (100 Hz to several thousand Hertz) additionally in a line replica Resonant circuit (I) a voltage of high frequency (15 to 150 kHz) is superimposed.

2. Switching arrangement for performing the method according to claim 1, characterized in that the resonant circuit (I) consists of a chain ladder with symmetrical and / or asymmetrical chain links exists.

3. Switching arrangement according to claim 2, characterized in that the first link of the ladder from an inductance of half the inductance (l) of the remaining chain links exists, but the capacities (C) of all chain links are equal (Fig. 3a).

4. Switching arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that that when testing partial switching paths of a circuit breaker, a limiting element (II) for the wake caused by the voltage of the resonant circuit (1) is switched on between the test switch and the high voltage circuit (Fig. 4).

5. Switching arrangement according to claim 4, characterized in that the Limiting element (II) for the mains and transient frequencies has a high blocking resistance causes the high-frequency voltages of the resonant circuit (I) but z. B. over a capacity (C30 passes through with practically no loss.

6. The method according to claim 1, wherein from a high-voltage resonant circuit an oscillating current is supplied which has the same steepness as the nominal short-circuit current has at zero crossing, characterized in that the high current (J to a small Load current (Jd or reduced to zero.

7. The method according to claim 1, characterized in that the natural vibrations of the resonance circuit (I) due to the rise in current in the high-voltage circuit, e.g. B. (, Ce), are excited.

Publications considered: ETZ-A, 1954, H.

8, p. 278 ff.