DE1488904A1

DE1488904A1 - Schutzschaltvorrichtung

Info

Publication number: DE1488904A1
Application number: DE19661488904
Authority: DE
Inventors: Joyce William John; Wells Herbert Joseph
Original assignee: English Electric Co Ltd; BICC PLC
Current assignee: Balfour Beatty PLC; English Electric Co Ltd
Priority date: 1965-09-27
Filing date: 1966-09-27
Publication date: 1970-01-08
Also published as: US3488465A; GB1122312A

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. GÜNTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

27. Sep. 1966

I MÜNCHEN 2,

UNSER ZEICHEN: 1Q 538;

THE ENGLISH ELECTRIC COMPANY LIMITED London, England

und

BRITISH INSULATED CALLENDER'S CABLES LIMITED London, England

Schutzsohaltvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Schutzschaltvorrichtungen, und sie betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, Schaltvorrichtungen zum Schützen von Kondensatoren, die mit Hochspannungs-Übertragungsleitungen in Reihe geschaltet sind.

Solche Kondensatoren werden mit Hochspannungsleitungen in Reihe geschaltet, um die Induktivität der Leitung auszugleichen und so den Leistungsfaktor zu verbessern, die Verluste zu verringern, und im Fall von zwei parallelen Leitungen eine richtige Aufteilung des Strome auf die Leitungen zu gewährleisten« Ferner können solche Kondensatoren bei Leitungen von großer Länge verwendet werden, um die Stabilität des Systems zu verbessern. Die Kondensatoren werden zweckmäßig auf Isolatoren in Form von Reihen angeordnet, wobei jeder Phase eine solche Reihe zugeordnet ist·

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Da diese Kondensatoren jedoch mit der betreffenden Leitung in Reihe geschaltet sind, besteht die Gefahr, daß die durch einen tfehlerstrom beschädigt werden, der in der Leitung auftreten kann, wobei die an den Kondensatoren entwickelte Spannung dem Strom direkt proportional ist. Daher müssen die Kondensatoren geschützt werden, und dies geschieht mit Hilfe von Schaltvorrichtungen, die geeignet sind, die Kondensatoren von den Leitungen abzuschalten, sobald ein -u'ehlerstrom auftritt, der eine vorbeetimmte Größe überschreitet.

Im allgemeinen ist es wirtschaftlich, Kondensatoren zu verwenden, die Spannungen standnalten, welche bis zum Dreifachen der normalen Nennspannung während einer kurzen Zeitspanne ansteigen, sowie Schaltvorrichtungen vorzusehen, durch die die Kondensatoren überbrückt werden, wenn der fehler bzw. die Störung bestehen bleibt, oder wenn die Spannung auf einen noch höheren wert ansteigt.

Wenn ein .Dehler auftritt, fließt der -cehlerstrom weiter, bis ein Ausschalter die Leitung unterbricht und die fehlerstelle * isoliert. Wenn der fehler auf der üelastungsseite der betreffenden Leitung auftritt, d.h. in eine der Speiseleitungen, öffnet sich der der Speiseleitung zugeordnete Ausschalter, und die Leitung würde wiederum den normalen Laststrom führen; in diesem Fall ist es normalerweise erwünscht, daß die Kondensatoren schnell wieder eingeschaltet werden, z.B. innerhalb von etwa 2 Perioden, wenn es sich um ein System handelt, das mit 50 oder 60 Perioden arbeitet·

Für eine typische 400-kV-Leitung ergeben sich z.B. die

nachstehenden Werte. Die Leitung kann für einen quadratischen

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Mittelwert der Stromstärke von 1000 A bemessen sein; die normale Spannung an jedem Kondensator kann 40 kV betragen, und es kann ein Fehlerstrom mit einem quadratischen Mittelwert von 7500 A erwartet werden. Die Schaltvorrichtung muß daher so eingestellt werden, daß sie bei 120 kV abschaltet und einen ■ Strom von 7500 A mindestens während fünf Perioden durchläßt, wobei der Ausschalter nach Ablauf dieser Zeitspanne betätigt worden sein soll, und die Erholung muß innerhalb von zwei Perioden stattlinden, wenn die Fehlerstelle isoliert worden ist.

Gemäß einem ihrer Merkmale sieht die Erfindung eine Schaltvorrichtung vor, die ein Gehäuse umfaßt, das an eine Hochdruckgasquelle angeschlossen werden kann und eine erste und eine zweite Elektrode enthält, die eine Funkenstrecke bilden, an der ein Funke dann überschlägt, wenn an die Elektroden eine Wechselspannung angelegt wird, die einen vorbestimmten Wert überschreitet; ferner ist ein Auslaßventil vorgesehen, das in Abhängigkeit vom Funkenüberschlag betätigt werden kann, um das Gehäuse zu entlüften, so daß das. Gas. kontinuierlich durch die Elektroden geblasen wird, um den Lichtbogen zu löschen, sobald der Augenblickswert des Strome in Richtung auf Null zurückgeht.

Vorzugsweise umfaßt jede Elektrode einen Hauptkörper und Funkenbildungskontakte, die gegenüber dem Hauptkörper vorspringen; hierbei bilden die Kontakte eine Funkenstrecke, die kürzer ist als der Abstand zwischen den Hauptkörpern der Elektroden. Die Funkenbildungskontakte können zweckmäßig aus Graphit bestehen, während die Hauptkörper der Elektroden aus Metall hergestellt sind.

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Ferner kann man Mittel vorsehen, um den Lichtbogen zwischen den Elektroden zu drehen und so zu verhindern, daß der Lichtbogen auf den Graphitkontakten stehen bleibt·

Der Abstand zwischen den Graphitkontakten kann zweckmäßig von der Außenseite des Gehäuses her eingestellt werden, damit die Überschlagspannung einstellbar ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung.

Die Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in einem teilweise als Außenansicht gezeichneten Längsschnitt.

Gemäß der Zeichnung umfaßt die Vorrichtung ein Gehäuse mit einem zylindrischen Körper 1 aus Porzellan, der an seinen Enden zwei Anschlußplatten 2 und 3 trägt. In die Anschlußplatte 3 ist eine Buchse 4 eingebaut, an der ein Rohr 5 aus Glasfasermaterial befestigt ist. Das andere Ende des Rohrs 5 ist mit einer ähnlichen Buchse 6 verbunden, die mit Hilfe von Schrauben 7, von denen hier nur eine dargestellt ist, an der Anschlußplatte 2 befestigt ist, so daß das Glaefaserrohr 5 einer Zugspannung und der Porzellankörper 1 einer Druckspannung ausgesetzt ist·

Ein zylindrisches Abschlußstück 8 ist durch Schrauben mit der Anschlußplatte 2 verbunden und gleichachsig mit dieser angeordnet; dieses Abschlußstück trägt einen langgestreckten, nach innen ragenden rohrförmigen Fortsatz 9, und die Stirnwand

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des Abschlußstücks weist eine zentrale Öffnung auf, in die ein Dichtungsring 10 eingebaut ist, durch den sich eine drehbare Stange 11 erstreckt. Die Stange 11 trägt an einem Ende einen Knebelgriff 12 und einen Zeiger 13, der mit einer ortsfesten Skalenscheibe 14 zusammenarbeitet. Der Zeiger und die Süalenscheibe sind in ein becherähnliches Kappenteil 15 eingeschlossen.

Ein dünnwandiges Bohr 16 aus unmagnetischem nichtrostendem Stahl ist am inneren Ende des rohrförmigen Fortsatzes 9 befestigt und trägt eine Platte 17 mit drei radialen Gewindebohrungen, von denen aus der Zeichnung nur eine ersichtlich ist; in jede dieser Gewindebohrungen ist ein mit Außengewinde versehener Knopf 18 aus Graphit eingebaut. Jeder dieser Knöpfe 18 ist durch zwei Stifte 20 mit einem Zahnrad 19 verbunden, das in der Platte 17 drehbar gelagert ist und mit einem Kronenrad 21 am benachbarten Ende der Stange 11 zusammenarbeitet. Wird die Stange 11 gedreht, führen somit die Graphitknöpfe 18 eine Bewegung in radialer Richtung aus.

Die Platte 17 besitzt ferner eine axiale Gewindebohrung zum Aufnehmen eines Gewindebolzens 22, an dem ein becherähnlicher Absohlußklotz 24 befestigt ist, der mit dem Rohr 16 in Berührung steht und auf seiner Innenfläche eine Metallspitze 25 für den Lichtbogen trägt.

Mit der Anschlußplatte 3 ist eine Stirnplatte 26 verschraubt· An der Stirnplatte 26 ist ein Ring 27 mittels Schrauben befestigt, die sich durch einen isolierenden Abstandsring 28 zwischen dem Ring 27 und der Stirnplatte 26

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erstrecken« Weiterhin ist mit dem Ring 27 ein Auslaßventilaggregat 29 verachraubt. Ein Bund- oder Buchsenteil 30 steht in Gewindeverbindung mit dem Ventilteil 29 und paßt mit Gleitsitz auf eine Buchse 31. Mit dem inneren Ende der Buchse 31 ist ein stirnseitiger Klotz 33 durch Schrauben 34 verbunden, von denen in der Zeichnung nur eine zu erkennen ist; der Klotz 33 trägt ebenfalls ein Einsatzstück 35 aus Metall für den Funkenüberschiagj das Einsatzstück 35 ist durch einen Abstand von dem Klotz 24 getrennt und zu der Metallspitze 25 passend geformt, so daß zwischen diesen beiden ^xeilen ein Kanal vorhanden ist, der leicht von Luft durchströmt werden kann. Auf den stirnseitigen Klotz 33 ist ein dünnwandiges Rohr 36 aus unmagnetischem nichtrostendem Stahl aufgeschraubt, das sich an seinem inneren Ende erweitert und drei ortsfeste Graphitknöpfe 37 trägt, die den drei Graphitknöpfen 18 gegenüber liegen.

Das Rohr 36 ist mit drei in gleichmäßigen tfinkelabständen verteilten axialen Einschnitten versehen, um die /irkungen von Wirbelströmen zu verringern, die auftreten, wenn ein Strom durch eine schraubenlinienförmige Kupferwicklung 38 fließt, welche das Rohr 36 umgibt. Ein Ende der Kupferwicklung 38 ist an einem Planschabschnitt des Rohrs 36 befestigt, während ihr anderes Ende durch Schrauben 39 mit der Stirnplatte 26 verbunden ist·

Die Bauteile 31, 33 und 35 bis 38 werden durch zwei isolierende Ringe 40 und 41 unterstützt, die auf entgegengesetzten Seiten eines ringförmigen Vorsprungs 42 der Platte 26 angeordnet sind} der Ring 40 wird zwischen dem Vorsprung 42 und einem Plansch der Buchse 31 festgehalten, während der

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Ring 41 zwischen dem Vorsprung 42 und einem Spannring 43 festgehalten wird·

Ein Metallstift 44 ragt aus dem King 40 heraus und greift in einen Schlitz des Rohrs 36 ein; ein Paßstift 45 iat in den Vorsprung 42 eingebaut und greift in eine Aussparung des Rings 40 ein, um die richtige Fluchtung der Graphitknöpfe und der Anschlüsse der Kupferwicklung zu gewährleisten.

Zusätzlich sind mehrere Madenschrauben 46 vorgesehen, von denen nur eine dargestellt ist; diese Madenschrauben erstrecken sich durch den Spannring 43 und werden gegen eine Scheibe festgezogen, die zwischen dem Spannring 43 und dem Vorsprung 42 liegt und dazu dient, die Teile des beschriebenen Aggregats endgültig miteinander zu verspannen.

Die durch die Schaltvorrichtung umschlossene Kammer ist über eine Bohrung 47 der Stirnplatte 26 an eine Druckluft» quelle angeschlossen, und der durch die Buchse 31 gebildete Kanal kann mit Hilfe des Auslaßventils 29_# wahlweise geschlossen oder geöffnet werden; das Ventil 29 wird durch ein Relais auf eine noch zu beschreibende Weise betätigt; dieses Relais ist zwischen der Schaltvorrichtung und der Hochspannungsleitung angeschlossen.

Während des Betriebs sind die Anschlußplatten 2 und 3 direkt mit dem zu schützenden Kondensator verbunden; wenn ein Fehler bewirkt, daß die an diesem Kondensator liegende Spannung einen vorbestimmten Wert von z.B. 120 kV überschreitet, wie es bereits erwähnt wurde, brechen eine oder mehrere

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der Funkenstrecken zusammen, so daß sich ein Lichtbogen zwischen den einander gegenüber liegenden Graphitknöpfen bildet. Auf diese v*eise wird ein Stromleitungsweg zwischen der inneren "Elektrode" und der äußeren "Elektrode" hergestellt, so daß der Strom durch die Wicklung 38 fließt und eine Kraft erzeugt, durch die der Lichtbogen in .Richtung auf die stirnseitigen Klötze 24 und 33 gedreht wird. Dieser Strom betätigt auch das erwähnte Relais, so daß das Auslaßventil geöffnet wird und die in der Kammer vorhandene JJruckluftfe über den Spalt zwischen den Elektroden zur Atmosphäre entweichen kann. Infolgedessen ist es dem "Gasstrom" beim Hullpunktdurchgang des Stroms während einer Periode möglich, den Licntbogen zu löschen; diese Löschung erfolgt jedoch nur kurzzeitig, wenn der ^ehler bestehen bleibt, denn die Spannung baut sich schnell wieder auf, so daß erneut ein Funkenüberschlag stattfindet« Sobald jedoch der ■Dehler-Strom aufhört, wird der Lichtbogen augenblicklich oder spätestens

innerhalb von zwei Perioden geköscht, was sich jeweils nach dem Abstand des Lichtbogens von den stirnseitigen Klötzen richtet; danach nimmt der geschützte Kondensator erneut den normalen Belastungsstrom auf, und das Auslaßventil wird geschlossene

Die Abmessungen der Bohrung zum Zuführen von druckluft sowie der Auslaßöffnung sind so gewählt, daß der Druck in der Kammer nicht erheblich zurückgeht, während das Auslaßventil geöffnet, ist, d.h. bevor die i'ehlerstelle isoliert worden ist. Außerdem ist die Ansprechzeit des Relais ebenso wie die Trägheit des Auslaßventils so gewählt, daß keine Schließbewegung ' . herbeigeführt wird, wenn beim Anhalten der Störung wiederholt Punkenüberschläge stattfinden.

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Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung bietet im Vergleich zu bekannten Scnaltvorrichtungen mehrere Vorteile. Hierzu gehört die Tatsache, daß die Kammer im Inneren der Vorrichtung ständig unter einem hohen Druck steht, so daß mit einer verhältnismäßig kleinen Funkenstrecke gearbeitet werden kann und eine schnelle Löschung des Lichtbogens erzielt wird, wobei Gewähr dafür besteht, daß die Überschlagspannung zwischen den Graphitknöpfen nicht infolge von Druckänderungen variiert.

Auch die Verwendung von in Metallelektroden eingebauten ™ Graphitknöpfen erweist sich als vorteilhaft. Hierzu sei bemerkt, daß Graphit ein schlechter Stromleiter ist, daß er jedoch nicht zur Bildung von vorspringenden Kügelchen aus geschmolzenem Metall Anlaß gibt, wenn ein Lichtbogen entsteht, so daß es zweckmäßig ist, dafür zu sorgen, daß sich der Lichtbogen zwischen solchen Graph!tknöpfen bildet. Wenn die Graphitknöpfe infolge des Lichtbogenübersohlags zu heiß werden, verringert sich die Überschlagspannung, und daher ist es zweckmäßig, den Lichtbogen möglichst bald von den Graphit- λ

knöpfen zu den Metallelektroden zu überführen. Dies läßt sich leicht dadurch erreichen, daß man die Graphitknöpfe in die Metallelektroden einbaut! die Gefahr, daß sich auf den Elektroden kleine Kügelchen aus geschmolzenem Metall bilden, wird dadurch verringert, daß der Lichtbogen durch die Wirkung des Magnetfeldes bewegt wird; jedoch würde das Entstehen solcher Kügelchen in dieser Zone keine so große Bedeutung erlangen, da zwischen den Elektroden ein relativ großer Abstand vorhanden ist,

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■ Um bestimmte andere jSrscneinungen zu berücksicntigen, die bei Schutzsystemen für mit Hochspannungsleitungen in Reihe geschaltete Kondensatoren auftreten können, ist es möglich, einen Überbrückungsschalter mit der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung parallelzuschalten. Dieser Überbrückungsschalter und die ihm zugeordnete Steuerschaltung kann zweckmäßig gemäß der britischen Patentanmeldung 40 946/65 ausgebildet werden.

Patenten.: riche;

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Claims

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PAIEHTASS PEÜC HE

1x Schaltvorrichtung mit einem Gehäuse, das an eine Hochdruckgasquelle angeschlossen werden kann und eine erste und eine zweite Elektrode enthält, die eine funkenstrecke bilden, an der ein Funke überschlagen kann, wenn an die Elektroden eine Wechselspannung angelegt wird, die einen vorbestimmten rtert überschreitet, gekennzeichnet durch ein Auslaßventil, das in Abhängigkeit vom Entstehen eines Lichtbogens an der Funkenstrecke betätigt werden kann, um das Gehäuse zu entlüften, so daß das Gas kontinuierlich zwischen den Elektroden hindurchgeblasen wird, um den Lichtbogen zu löschen, sobald der Augenblickswert des Stroms in Richtung auf Null zurückgeht.
2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erste und die zweite Elektrode jeweils einen JtLauptkörper (36, 16) umfassen, der Lichtbogenkontakte (37i 18) trägt, welche gegenüber dem üauptkörper vorspringen und eine Funkenstrecke bilden, die kürzer ist als die Funkenstrecke zwischen den ^auptkörpera. der Elektroden,
3· Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Hauptkörper der Elektroden als Zylinder aus Metall ausgebildet und gleichachsig angeord- , net sind, wobei der Hauptkörper der ersten Elektrode den Hauptkörper der zweiten Elektrode umgibt,

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4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Hauptkörper der Elektroden an einem Ende verjüngen (33, 35? 24, 25), so daß dazwischen ein ringförmiger Kanal vorhanden ist, dessen Durchmesser fortschreitend abnimmt, daß der Hauptkörper der ersten Elektrode mit einem gleichachsigen Kanal in Verbindung steht, über den das in dem Gehäuse vorhandene Gas abgeführt werden kann, und daß der Hauptkörper sowohl der ersten als auch der zweiten Elektrode in der Mhe dieses Kanals mit lichtbogenbeständigen Bauteilen (35, 25) versehen sind, die an den einander zugewandten Enden der Elektroden vorgesehen sind·
5· Schaltvorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, gekennzeichnet durch ein Aggregat (11, 12), das mit den Lichtbogenkontakten (18) gekuppelt ist, welche der zweiten Elektrode zugeordnet sind, wobei dieses Aggregat bewegt werden kann, um die Größe der Funkenstrecke zwischen den Lichtbogenkontakten einzustellen, wobei das Einstellen von der Außenseite des Gehäuses aus bewirkt werden kann.
6. Schaltvorricntung nach Anspruch b, dadurch gekennzeichnet , daß die der zweiten Elektrode zugeordneten Lichtbogenkontakte mit Gewinde versehen und in Gewindebohrungen im Hauptkörper der zweiten Elektroden eingebaut sind, wobei sich die Gewindebohrungen rechtwinklig zur Achse der Elektrode erstrecken, und daß die Kupplung zwischen den Lichtbogenkontakten und dem erwähnten Aggregat durch Zahnräder (19, 21) gebildet wird, die so angeordnet sind, daß eine Drehung des erwähnten Aggregats bewirkt, daß die Licht-

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bogenkontakte auf die zugehörigen, der ersten Elektrode zugeordneten Kontakte zu oder von diesen weg bewegt werden.
7. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtbogenkontakte aus Graphit bestehen.
8. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2 bis 7, gekennzeichnet durch eine schraubenlinienförmige Wicklung

(38), die um die erste Elektrode herumgelegt und mit der Λ

Funkenstrecke in Reihe geschaltet ist, so daß der Lichtbogen von den Lichtbogenkontakten weg gedreht wird, wenn an der Funkenstrecke ein Lichtbogen entsteht.
9. Schaltvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß ein Abschnitt (36) des ^auptkörpers der ersten Elektrode aus einem unmagnetischen Metall besteht und mit mehreren axialen Schlitzen versehen ist, um die Wirkungen von WirbelströMn zu verringern, die beim Zuführen eines Stroms zu der Wicklung erzeugt werden. ι

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