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Synthetische Prüfschaltung zur Prüfung von Hochspannungs-Hochleistungsschaltern
Da häufig die Ausschaltleistung eines Schalters die zur Verfügung stehende Leistung
des Prüffeldes übersteigt, sind sogenannte synthetische Prüfschaltungen entwickelt
worden, die aus einem Hochstromkreis und einem Hochspannungskreis bestehen. Dabei
wird der Hochspannungskreis, der im allgemeinen aus einem geladenen Kondensator
und einem Schwingkreis besteht, kurz vor, im oder nach dem Nulldurchgang des Kurzschlußstromes
wirksam.
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Aus wirtschaftlichen Gründen ist der Hochspannungskreis so bemessen,
daß während eines Ausschaltvorganges dieser Kreis nur einmal zugeschaltet werden
kann, und zwar erfolgt diese Zuschaltung in der Umgebung des Stromnulldurchganges,
bei dem die Kontakte des Schalters eine bestimmte Löschentfernung erreicht haben.
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Bevor der Schalter diese bestimmte Löschentfernung erreicht hat,
können mehrere Halbwellen vergehen. Es muß dann dafür gesorgt werden, daß bei den
früheren Nulldurchgängen eine Fortzündung des Lichtbogens erfolgt. Hierzu sind verschiedene
Methoden bekanntgeworden, beispielsweise sind zusätzliche Zündeinrichtungen, die
auf den Hilfsschalter und den zu prüfenden Schalter einwirken, vorgesehen worden
oder man hat die Steilheit der einschwingenden Spannung des Hochstromkreises heraufgesetzt.
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Es ist auch bekannt, den Schalter mit einem gleichgerichteten Strom
zu speisen, dessen Halbwellen sich etwas überlappen, so daß kein Nulldurchgang auftritt.
Erst in der letzten Stromhalbwelle wird die Wirkung des Gleichrichters aufgehoben.
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Es ist auch bekannt, parallel zur Reihenschaltung aus zu prüfendem
Schalter und Hilfsschalter einen Reihenschwingungskreis zu legen. Um eine Fortzündung
zu erreichen, muß ein aufgeladener Kondensator über diesen Reihenschwingkreis und
die Reihenschaltung der beiden genannten Schalter entladen werden.
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Die Erfindung zeigt einen anderen Weg, um eine Fortzündung des Lichtbogens
sicherzustellen, ohne daß ein geladener Kondensator erforderlich ist. Gemäß der
Erfindung wird bei einer synthetischen Prüfschaltung mit einem Hochstromkreis und
einem Hochspannungskreis, bei der zur Fortzündung des Lichtbogens eine Anordnung
mit hoher Eigenfrequenz vorgesehen ist, diese Anordnung in Reihe zur Reihenschaltung
aus zu prüfendem Schalter und Hilfsschalter gelegt und während der Stromhalbwelle,
nach der der Schalter auf Spannungsfestigkeit geprüft wird, in ihrer Wirksamkeit
vermindert.
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Am Schalter und am Hilfsschalter oder wenn letzter erst in der letzten
Stromhalbwelle geöffnet wird,
nur an dem zu prüfenden Schalter, tritt dann im Anschluß
an jeden Nulldurchgang als Einschwingspannung über den Schaltstrecken bzw. der Schaltstrecke
die algebraische Summe aus der Ausgleichsspannung des speisenden Hochstromkreises
und der Ausgleichsspannung, die durch die Anordnung mit hoher Eigenfrequenz entsteht,
auf. Da man diese Eigenfrequenz sehr hoch wählen kann, z. B. gleich dem 10-bis 100fachen
der Eigenfrequenz des Hochstromkreises, erhält man über den Schaltstrecken bzw.
über der Schaltstrecke des zu prüfenden Schalters allein eine Spannung, deren erster
Anstieg außerordentlich steil ist, so daß der Lichtbogen sofort wieder zündet. In
der letzten Stromhalbwelle wird die Wirkung dieser Anordnung auf die Einschwingspannung
über der oder den Schaltstrecken herabgemindert bzw. gänzlich aufgehoben.
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Als eine solche Anordnung mit hoher Eigenfrequenz kann eine Drosselspule
mit kleiner Eigenkapazität verwendet werden. Vorzugsweise wird man die eine Klemme
der Drosselspule an Erde legen, was den Vorteil hat, daß die Drosselspule nur durch
relativ kleine Spannungen beansprucht wird. Entsprechendes gilt, wenn an Stelle
der Drosselspule andere Anordnungen mit hoher Eigenfrequenz z. B. ein kurzgeschlossenes
Leitungsstück, die Nachbildung eines solchen oder ähnliche Gebilde verwendet werden.
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Wird auch bei Einschaltung der Anordnung nach der Erfindung der Kurschlußstrom,
der über den Schalter fließen soll, eingehalten, so kann die Herabminderung der
Wirkungsweise dadurch herbeigeführt werden, daß durch Zuschaltung eines Parallelkondensators
die Eigenfrequenz der Anordnung herabgesetzt wird. Dabei wird zweckmäßig durch einen
ohmschen Widerstand in Reihe mit dem Kondensator
oder parallel zu
diesem oder parallel zur Reihenschaltung von ohmschem Widerstand und Kondensator
nicht nur eine Frequenzherabsetzung, sondern auch eine stärkere Dämpfung herbeigeführt,
so daß der Einfluß auf die Einschwingspannung des Schalters praktisch unwirksam
gemacht wird. Ist durch die Einschaltung der Anordnung der Kurzschlußstrom des Schalters
kleiner als verlangt, so wird vorteilhaft in der letzten Stromhalbwelle die Anordnung
kurzgeschlossen, und zwar möglichst am Anfang der letzten Stromhalbwelle, um die
Entstehung eines Gleichstromgliedes möglichst zu vermeiden. Dieses Kurzschließen
wird man auch anwenden, wenn durch die Ankerrückwirkung der Kurzschlußstrom vermindert
wird, so daß dann in der letzten Stromhalbwelle durch das Kurzschließen der Strom
wieder annähernd auf den geforderten Wert heraufgesetzt werden kann.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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F i g. 1 zeigt eine synthetische Prüfschaltung nach dem bekannten
Prinzip der gesteuerten Spannungsüberlagerung über die Schaltstrecke des Hilfsschalters.
Der Hochstromkreis besteht in an sich bekannter Weise aus dem Generator 1, der über
eine Drosselspule 2 und einen Draufschalter3 an die Unterspannungswicklung eines
Transformators angeschlossen ist. Parallel zur Oberspannungswicklung des Transformators
liegt die Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand 5 und einem Kondensator
6.
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Gegebenenfalls kann zu beiden noch ein ohmscher Widerstand geschaltet
werden. Durch diese Anordnung wird die Frequenz der einschwingenden Spannung des
Hochstromkreises bestimmt. An die Oberspannungswicklung des Transformators 4 ist
die Reihenschaltung aus einem Hilfsschalter 7 und dem zu prüfenden Schalter 8 angeschlossen.
Der Hochspannungskreis besteht aus dem geladenen Kondenstator9 der Drosselspule
10 und dem parallel zum Hilfsschalter7 liegenden Kondensatorll und einer Funkenstrecke
12, die über eine Steuereinrichtung 13 von der Spannung eines Widerstandes 14 gezündet
wird, der über eine Funkenstrecke 1 parallel zur Oberspannungsseite des Transformators
liegt. Eine derartige synthetische Prüfschaltung ist, wie erwähnt, bekannt.
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Erfindungsgemäß liegt in Reihe mit dem zu prüfenden Schalter und
dem Hilfsschalter eine Drosselspule 16 mit sehr kleiner Eigenkapazität. Infolgedessen
ergibt sie, solange ihre Wirkung nicht vermindert oder gänzlich aufgehoben wird,
im Anschluß an jeden Nulldurchgang des Kurzschlußstromes an ihren Klemmen eine hochfrequente
Spannung mit hoher Anfangssteilheit.
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Die Prüfung geht folgendermaßen vonstatten: Zunächst sind die Schalter
7 und 8 geschlossen, dann wird der Draufschalter 3 geschlossen, und die Schall ter
7 und 8 erhalten den Ausschaltbefehl. Im Anschluß an jeden Nulldurchgang des Kurzschlußstromes
gibt die hochfrequente Spannung an der Drosselspule 16 zusammen mit der Spannung,
die auf der Oberspannungsseite des Transformators entsteht, eine resultierende Spannung
sehr hoher Anfangs steilheit, die im Ausführungsbeispiel wegen des Kondensators
11 zunächst überwiegend am Schalter 8 auftritt und die Wiederzündung des Lichtbogens
dort bewirkt, worauf der Schalter 7 ebenfalls durchzündet.
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Diese Durchzündung des Lichtbogens erfolgt bis zu
der Stromhalbwelle.
an deren Ende die Kontakte eine solche Entfernung erreicht haben, daß eine Löschung
erfolgen soll. Es wird dann im Anschluß an diese Stromhalbwelle, wenn die vom Hochstromkreis
gelieferte wiederkehrende Spannung ungefähr ihr erstes Maximum erreicht hat, in
bekannter Weise die Funkenstrecke 12 durch den Spannungsimpuls, der beim Durchschlag
der Funkenstrecke 15 am Widerstand 14 auftritt, gezündet, so daß der Hochspannungskreis
wirksam wird. Bevor dies geschieht, also vor dem Nulldurchgang der vorher erwähnten
letzten Stromhalbwelle, wird der Schalter 19 geschlossen, der beispielsweise von
der Kommandowalze des Prüfstandes gesteuert wird. Es wird dann parallel zur Drosselspule
16 die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes 17 und eines Kondensators 18
geschaltet, außerdem wird ein ohmscher Widerstand 20 parallel gelegt. Durch die
Parallelschaltung des Kondensators wird die Eigenfrequenz der Anordnung stark herabgesetzt,
und durch die ohmschen Widerstände wird die Spannung an der Drosselspule stark gedämpft,
so daß im Anschluß an die letzte Stromhalbwelle der zu prüfende Schalter 8 praktisch
mit der z. B. durch Vorschriften vorgeschriebenen Spannung beansprucht wird, wie
sie durch die Hochstromquelle und die Hochspannungsquelle erzeugt wird.
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Wie bereits eingangs envähnt, kann man auch in bekannter Weise den
Hilfsschalter 7 erst in der letzten Stromhalbwelle öffnen, so daß die erwähnte resultierende
Spannung nur an dem zu prüfenden Schalter auftritt.
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Die Drosselspule 16 kann auch z. B. zwischen Hilfsschalter und zu
prüfenden Schalter geschaltet werden.
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Es war bisher angenommen, daß die Bemessung so getroffen werden kann,
daß auch bei Einschaltung der Drosselspule 16 der gewünschte Kurzschlußstrorn über
den zu prüfenden Schalter fließt. Hierzu kann man im Hochstromkreis beispielsweise
auf die Einschaltung einer Drosselspule verzichten, so daß die im Ausführungsbeispiel
dargestellte Drosselspule 2 lediglich die Streuinduktivität des Generators und des
Transformators symbolisiert.
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Es kann aber auch sein, daß selbst unter diesen Umständen durch die
Einschaltung der Drosselspule 16 der Kurzschlußstrom zu klein wird. Man kann dann
in der letzten Stromhalbwelle die Drosseispule kurzschließen, um wieder den gewünschten
Kurzschluß strom in der letzten Stromhalbwelle zu errèichen, und zwar wird man das
Kurzschließen zweckmäßig am Anfang der letzten Stromhalbwelle vornehmen, um das
Auftreten eines Gleichstromgliedes möglichst zu verhindern. Einen solchen Kurzschluß
kann man aber auch vornehmen, wenn durch die Ankerrückwirkung der Kurzschlußstrom
abgenommen hat, so daß man ihn wieder auf die volle oder annähernd volle Höhe in
der letzten Stromhalbwelle bringen kann.
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Im Ausführungsbeispiel ist als synthetische Prüfschaltung die bekannte
synthetische Prüfschaltung mit gesteuerter Spannungsüberlagerung über die Schaltstrecke
des Hilfsschalters vorgesehen. Man kann aber auch andere synthetische Prüfschaltungen,
z. 13. mit gesteuerter Spannungsüberlagerung, über die Schaltstrecke des zu prüfenden
Schalters oder mit gesteuerter Stromüberlagerung in der Schaltstrecke des zu prüfenden
Schalters oder des Hilfsschalters oder andere synthetische Prüfschaltungen vorsehen.
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An Stelle einer Drosselspule 16 kann auch z. B. ein kurzgeschlossenes
Leitungsstück oder die Nachbildung eines solchen verwendet werden.
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Bisher war angenommen worden, daß der Schalter unter den Bedingungen
eines Klemmenkurzschlusses geprüft werden soll. Der Schalter muß aber vielfach auch
mit der Beanspruchung geprüft werden, die bei einem Abstandskurzschluß auftritt.
Um diesen Fall nachzuahmen, ist es bekannt, in Reihe mit dem zu prüfenden Schalter
und dem Hilfsschalter eine Leitungsnachbildung zu legen. Auch hier kann der Fall
eintreten, daß bei einem Nulldurchgang des Stromes, bevor die bestimmte Löschentfernung
erreicht ist, keine Wiederzündung stattfindet. Man kann dann auch hier die Erfindung
anwenden.
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Eine solche Schaltung ist in F i g. 2 dargestellt. Soweit die Teile
mit denen der F i g. 1 übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen gewählt.
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Die Drosselspule 16 ist so zu bemessen, wie sie in der Dissertation
von Kummerow, »Eine neue Leitungsnachbildung zur Prüfung von Hochspannungs-Leistungsschaltern
unter den Beanspruchungen des Abstandskurzschlusses«, Technische Universität Berlin,
1965, in Gleichung 74, angegeben ist. Parallel zu dieser Drosselspule liegen über
einen Schalter 21 Reihenschaltungen aus Drosselspule 22 und Kondensatoren 23i bis
22, und 23,. Die Größe dieser Drosselspulen und Kondensatoren ergibt sich aus Gleichung
75 in Zusammenhang mit Gleichung 68 der genannten Dissertation. Die Prüfung geht
dann so vor sich, daß erst in der letzten Stromhalbwelle der Schalter 21 geschlossen
wird, so daß nunmehr nach dem Stromnulldurchgang der Schalter einer Beanspruchung
unterworfen wird, wie sie beim Abschalten eines einpoligen Abstandskurzschlusses
auftritt.
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Es ist bekannt, als Leitungsnachbildung auch z-oder T-Glieder zu
verwenden. Man kann dann die Drosselspule in Fig.2 durch die Reihenschaltung der
einzelnen Drosselspulen der a- oder T-Glieder ersetzen und die Klemme jedes Kondensators,
die sonst an Erde liegt, über einen Schalter mit Erde verbinden, und diesen Schalter
erst in der letzten Stromhalbwelle schließen.