DE1563884B2 - Schutzeinrichtung zum Abschalten eines in einem Netz mit Schnellwiedereinschaltschutzeinrichtung liegenden Verbrauchers für Hoch- und Höchstspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung zum Abschalten eines in einem Netz mit Schnellwiedereinschaltschutzeinrichtung liegenden Verbrauchers für Hoch- und Höchstspannungen durch einen Trennschalter nach Auftreten einer Störung im Verbraucher in einer durch das Ansprechen der Schnellwiedereinschaltschutzvorrichtung durch einen Explosions-Kurzschließer bewirkten spannungslosen Pause vor der Wiedereinschaltung.

Es sind Schutzeinrichtungen bekanntgeworden, die einen beschädigten Transformator mit einem einpoligen Kurzschließer in einem Netz mit Schnellwiedereinschaltung durch einen Schnelltrenner mit Schaltarmen auf drehbaren Isolatoren im stromlosen Zustand abschalten (Elektrie, H. 9, 1965, S. 372-373). Bei Eigenzeiten von etwa 0,12 Sekunden des Kurzschließers erfolgt ein Schnellwiedereinschaltvorgang nach 0,6 Sekunden. Diese Gesamtzeit des Schnellwiedereinschaltvorganges stellt ein Maß für die Eigenschaltzeit des Schnelltrenners dar. Bei einer Konstruktion mit Drehisolatoren und bei der zulässigen Beanspruchung der Isolatoren sind die nötigen Abschaltzeiten des Trenners für eine Schnellwiedereinschaltung des Netzes unter 0,6 Sekunden nicht erreichbar.

Es sind auch Schaltgeräte bekannt, deren Auslöseeinrichtungen mit Sprengladungen versehen sind, bei denen ein Zündimpuls von einer Überspannung an einem Schmelzwiderstand, der mit dem Schaltgerät in Reihe geschaltet ist, abgeleitet wird (deutsche Auslegeschrift 1 202 890).

Es werden auch wärmeabhängige Widerstände oder Impedanzen mit Spannungscharakteristiken benutzt, um kürzeste Abschaltzeiten bei Stromstärken von mindestens 100 bis 150 A zu erreichen. Diese Geräte eignen sich für eine Selbstabschaltung, aber für eine Mitarbeit im Netz mit Wiedereinschaltung eignen sie sich nicht. Auch andere Konstruktionen von Trennern eignen sich wegen ihrer relativ langen Eigenzeit (um 0,5 Sekunden) nicht für eine Mitarbeit in Netzen, die mit einem Schutz mit Wiedereinschaltung versehen sind, ohne die Netzstabilität zu bedrohen.

Außerdem sind Hochspannungsapparate sehr kostspielig und brauchen viel Raum. Auch die Betätigung der Apparate vom Erdniveau bringt Schwierigkeiten.

Es ist schließlich auch für eine Schnellwiedereinschaltschutzeinrichtung mit Trennung im stromlosen Zustand ein Kurzschließer bekannt, bei dem zur Verkürzung der Schaltzeit der Schaltvorgang durch Zünden eines Explosivstoffs im Kurzschließer ausgelöst wird. Auch bei Verwendung eines Schnell-Kurzschließers ist die Gesamtzeit bis zur Beseitigung der Störung wegen der bisher bekannten, verhältnismäßig langsamen Trenner noch zu lang (deutsche Auslegeschrift 1167 067).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Gesamtzeit vom Auftreten bis zur Beseitigung der Störung des Verbrauchers gegenüber bekannten Schutzeinrichtungen zu verringern und gleichzeitig die Schutzeinrichtung möglichst robust und dennoch leicht und kompakt auszubilden und nicht nur die Betriebssicherheit, sondern auch einen Schutz vor Hochspannungen zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Schutzeinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in einem Trennerkörper, der auf einer Tragkonstruktion durch elastische, schwenkbare oder gleitend geführte Gehänge auf einer Kopfplatte von Isolatoren befestigt ist, ein Kolben verschiebbar angeordnet ist, dessen Kolbenstange als Abschaltkontaktstange ausgebildet ist und mit ihrem vorderen Ende im eingeschalteten Zustand in ein Kontaktstück greift, das mit einer Zuleitung verbunden und auf einem Isolator angeordnet ist, und ein Kontaktstück am Trennerkörper durchsetzt, an dem eine Ableitung angeschlossen ist, und daß der Kolben im eingeschalteten Zustand der Abschaltkontaktstange eine Explosionskammer im vorderen Ende des Trennerkörpers begrenzt, in die eine Explosivstoffladung mit einer Sprengkapsel eingesetzt ist, deren Zuleitungen mit den Austrittsklemmen eines Auslösekreises, der mit einem Kurzschlußtransformator in einem Kurzschlußstromgeber eingebaut und mit diesem am Trennerkörper befestigt ist, verbunden sind.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dafür gesorgt, daß im Sekundärkreis des Kurzschlußstromtransformators des Kurzschlußstromgebers ein Relais des Auslösekreises liegt, dem ein Regulierwiderstand in Reihe mit einem Gleichrichter parallel geschaltet ist, daß an den Austrittsklemmen des Gleichrichters über ein den Rückstrom sperrrendes Halbleiterelement ein Ruhekontakt des Relais in Reihe mit der Sprengkapsel angeschlossen ist, daß diesem Ruhekontakt und der Sprengkapsel ein Kondensator und ein Spannungsbegrenzungselement parallel geschaltet sind und daß an den Austrittsklemmen des Gleichrichters ein weiterer Ruhekontakt des Relais liegt.

Durch die Gestaltung des Trenners wird erreicht, daß ein beschädigter Verbraucher, z. B. ein Transformator, der dreiphasig kurzgeschlossen wurde, nur in der spannungslosen Pause des Schnellwiedereinschaltschutzes mit kleinster Eigenzeit des mit einer Explosionsladung betriebenen Trenners mit größter Sicherheit abgeschaltet werden kann. Ein fehlerhafter Transformator mit einem dreiphasigen Schnellkurzschließer wird praktisch schon vom Moment des Kurzschließens geschützt, d. h. binnen 20 ms nach Ansprechen der Schutzeinrichtung des Transformators, und da innerhalb von 100 ms das Abschalten des Transformators durch den Schnelltrenner erfolgt, kann das Netz schon nach etwa 0,2 Sekunden wieder eingeschaltet werden. Die Gefahr einer Beschädigung des kostspieligen Transformators wird so weitgehend herabgesetzt. Die kinetische Energie beim Abschalten wird durch den Bremskegel am Kolben in einer Kegelöffnung abgebremst, und die Isolatoren werden durch das schwenkbare Gehänge des Trennerkörpers entlastet, so daß die Isolatoren nicht mechanisch beansprucht werden. .

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile kommen noch besser in der nachstehenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels zum Ausdruck. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung in Vorderansicht,

F i g. 2 eine Seitenansicht des oberen Teils der Anordnung des erfindungsgemäßen Trennschalters und F i g. 3 den Auslösekreis des Kurzschlußstromgebers mit dem Zünder der Explosivstoffladung.

Der Trennschalter besitzt einen rohrförmigen Trennkörper 1 mit verschiebbarem Kolben 2 im Innern, der mit einer Abschaltkontaktstange 3 verbunden ist, die in der gezeichneten Einschaltstellung

in ein an einem selbständigen Isolator 7 angeordnetes Vorderkontaktstück 4 greift und die Verbindung mit einem vorn am Trennkörper 1 angesetzten Kontaktstück 5 bildet. Vor dem Kolben 2 ist eine Explosionskammer 6 mit einer Explosivstoffladung 6' angeordnet. Hinten am Kolben 2 ist ein Bremskegel 9 angebracht, der bei einer raschen, durch die Energie des Explosivstoffs verursachten Abschaltbewegung des Kolbens 2 in eine kegelförmige Öffnung 10 in der hinteren Wand des Trennerkörpers 1 eindringt und dort abgebremst wird. Der Trenner ist in den Speisekreis eines nicht eingezeichneten Verbrauchers, z. B. Transformators, durch seine Eingangsleitung 11, die an das Vorderkontaktstück 4 führt, und durch seine Ausgangsleitung 12, die an den Trennerkörper 1 angeklemmt wird, geschaltet.

Der Trennerkörper 1 ist beispielsweise auf hinteren Isolatoren 13 gemeinsam mit einem Explosionskurzschließer angeordnet, der aus einer unteren Explosionskammer 14, einem Pfeilprojektil 15 und einem an einer oberen Kopfplatte 17 befestigten strom-Φ führenden Kontaktstück 16 besteht. Der vordere Isolator 7 sowie auch die hinteren Isolatoren 13 sind an einer gemeinsamen und geerdeten Konstruktion 18 angebracht. Zwecks Aufnahme der durch die Explosion entstehenden Stöße auf die hinteren Isolatoren 13 ist der Trennerkörper 1 in einer Tragkonstruktion 19 mit Hilfe von schwenkbaren oder elastischen an oberen Trägern 21 aufgehängten Gehängen 20 oder in Gleitstützen befestigt.

Der Trennerkörper 1 und das stromführende Kontaktstück 16 des Kurzschließers sind durch eine Kurzschlußstromleitung 16' verbunden, in der die Primärwicklung eines Kurzschlußstromtransformators 8 liegt. An der Sekundärwicklung dieses in einem Kurzschlußstromgeber 8' angeordneten Kurzschlußstromtransformators 8 ist der Auslösekreis eines Zünders, z. B. einer Sprengkapsel 22, der Explosivstoff ladung 6' in der Explosionskammer 6 angeschlossen.

Im Augenblick der Kurzschlußbildung durch das Abschießen des Pfeilprojektils 15 des Explosionskurzschließers in die gestrichelt gezeichnete Lage 15', nachdem die Ladung in der Explosionskammer 14 durch einen beim Auftreten einer für den Transformator schädlichen Störung ansprechenden Transformatorschutz gezündet wurde, beginnt der Kurzschlußstrom durch die Primärwicklung des Kurzschlußstromtransformators 8 zur Erde zu fließen. Die Sekundärwicklung dieses Kurzschlußstromtransformators 8 liefert die für die Zündung der Sprengkapsel 22 notwendige Energie. Der Kolben 2 wird durch die Explosionsgase in der Explosionskammer 6 schnell verschoben, so daß die mit ihm verbundene Abschaltkontaktstange 3 in die Ausschaltlage gebracht wird. Dadurch wird die galvanische Verbindung zwischen den Kontaktstücken 4 und 5 unterbrochen und die Speiseleitung von dem beschädigten kurzgeschlossenen Verbraucher, z. B. Transformator, abgeschaltet.

Die zur Explosion der Sprengstoffladung 6' benötigte Energie wird während des Durchflusses des Kurzschlußstromes in einem Kondensator 25 des Kurzschlußstromgebers 8' gespeichert und nur dann als Zündimpuls an den Zünder abgegeben, wenn ein Relais 23 spannungslos wird; dies ist der Fall nach Abschaltung der Speiseleitung durch den Schnellwiedereinschaltschutz.

Während der Dauer des Kurzschlußstromdurchganges durch die Primärwicklung des Kurzschlußstromtransformators 8 hält das Relais 23 zwei zugehörige Ruhekontakte 24 und 28 in der geöffneten Stellung, so daß der Kondensator 25 über einen Regulierwiderstand 27, einen Gleichrichter 26 und ein Halbleiterelement 29 aus der Sekundärwicklung des Kurzschlußstromtransformators 8 geladen wird. Der Ruhekontakt 28 verhindert die vorzeitige Zündung der Sprengkapsel 22 durch die Ausgangsspannung des Gleichrichters 26 vor dem Ansprechen des Relais 23.

ίο Nach dem Erlöschen des Kurzschlußstromes am Anfang der spannungsfreien Pause fällt das Relais 23 ab und schließt die beiden Ruhekontakte 24 und 28. Der Ruhekontakt 24 verbindet den aufgeladenen Kondensator 25 mit dem Zünder, z. B. der Sprengkapsel 22, und verursacht dessen Zündung durch elektrische Entladung. Das Halbleiterelement 29 verhindert eine Rückentladung des Kondensators 25 über den zweiten Ruhekontakt 28. Dadurch wird das Öffnen des erfindungsgemäßen Trennschalters bis zum Erlöschen des Kurzschlußstromes, d. h. auf den Beginn der spannungsfreien Pause verschoben, in der der Netzleistungsschalter das Abschalten des Kurzschlusses zuverlässig mit kürzester Eigenzeit durchführt.

Mit Rücksicht auf den großen Kurzschlußstrombereich, dessen Werte sich z. B. gemäß der in Erwägung gezogenen Kurzschlußleistung von einem Minimum unter 1000 A bis zu einem Maximum von etwa 18 000 A bewegen können, wäre es sehr schwierig, diesen Auslösekreis jeweils auf die jeweilige Kurzschlußstromstärke auszulegen. Aus diesem Grund ist ein weiteres, z. B. aus in Reihe geschalteten Zenerdioden zusammengesetztes Halbleiterelement 30 vor den Kondensator 25 geschaltet, das mit dem vorgeschalteten Regulierwiderstand 27 einen Spannungsbegrenzer für den Kondensator 25 bildet. Dadurch wird eine Abhängigkeit der Spannung des Kondensators 25 von der Kurzschlußstromstärke beseitigt und die Benutzung desselben Auslösekreises für verschiedene Kurzschlußleistungen ermöglicht.

Der beschriebene Auslösekreis kann gegen ein eventuelles Versagen durch Verdoppelung gesichert und außerdem gegen Wettereinflüsse durch Eingießen in Epoxydharz geschützt sein.

Der erfindungsgemäße Trenner eignet sich besonders für Verbraucher, die im Stromnetz mit einer schnellen Wiedereinschaltung durch Kurzschließer geschützt sind. Er hat einen einfachen und leichten Aufbau, so daß er auf den Isolatoren des Kurzschließers gemeinsam mit seinem unter Spannung stehenden Kontaktstück aufgebaut werden kann. Dabei sind die Isolatoren von mechanischen Stoßbeanspruchungen entlastet. Da seine Abschaltzeit zwangläufig in die Abschaltzeit der Speiseleitung fällt, kann es nicht zu Fehlschaltungen und einer Beschädigung des Trenners kommen. Sein einfacher Aufbau ermöglicht, daß er mit dem Kurzschließer auf einem gemeinsamen Gestell aufgebaut werden kann.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schutzeinrichtung zum Abschalten eines in einem Netz mit Schnellwiedereinschaltschutzeinrichtung liegenden Verbrauchers für Hoch- und Höchstspannungen durch einen Trennschalter nach Auftreten einer Störung im Verbraucher in einer durch das Ansprechen der Schnellwiedereinschaltschutzeinrichtung durch einen Explosions-Kurzschließer bewirkten spannungslosen Pause vor der Wiedereinschaltung, dadurch

gekennzeichnet, daß in einem Trennerkörper (1), der auf einer Tragkonstruktion (19) durch elastische, schwenkbare oder gleitend geführte Gehänge (20) auf einer Kopfplatte (17) von Isolatoren (13) befestigt ist, ein Kolben (2) verschieb-. bar angeordnet ist, dessen Kolbenstange als Abschaltkontaktstange (3) ausgebildet ist und mit ihrem vorderen Ende im eingeschalteten Zustand in ein Kontaktstück (4) greift, das mit einer Zuleitung (11) verbunden und auf einem Isolator (7) angeordnet ist, und ein Kontaktstück (5) am Trennerkörper (1) durchsetzt, an dem eine Ableitung (12) angeschlossen ist, und daß der Kolben (2) im eingeschalteten Zustand der Abschaltkontaktstange (3) eine Explosionskammer (6) im vorderen Ende. des Trennerkörpers (1) begrenzt, in die eine Explosivstoffladung (6') mit einer Sprengkapsel (22) eingesetzt ist, deren Zuleitungen mit den Austrittsklemmen (a, b) eines Auslösekreises, der mit einem Kurzschlußtransformator (8) in einem Kurzschlußstromgeber (8') eingebaut und mit diesem am Trennerkörper (1) befestigt ist, verbunden sind.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Tragkonstruktion (19) des Trennerkörpers (1) auch das unter Spannung stehende Kontaktstück (16) des Explosionskurzschließers angeordnet ist und daß dieses Kontaktstück (16) über eine Kurzschlußstromleitung (16') und eine Primärwicklung des Kurzschlußtransformators (8) mit dem Trennerkörper (1) verbunden ist.

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärkreis des Kurzschlußstromtransformators (8) des Kurzschlußstromgebers (8') ein Relais (23) des Auslösekreises liegt, dem ein Regulierwiderstand (27) in Reihe mit einem Gleichrichter (26) parallel geschaltet ist, daß an den Austrittsklemmen des Gleichrichters (26) über ein den Rückstrom sperrendes Halbleiterelement (29) ein Ruhekontakt (24) des Relais (23) in Reihe mit der Sprengkapsel (22) angeschlossen ist, daß diesem Ruhekontakt (24) und der Sprengkapsel (22) ein Kondensator (25) und ein Spannungsbegrenzungselement (30) parallel geschaltet sind und daß an den Austrittsklemmen des Gleichrichters (26) ein weiterer Ruhekontakt (28) des Relais (23) liegt.

4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Stirnseite des Kolbens (2) ein Bremskegel (9) angeordnet ist, der beim Ausschalten des Trennschalters in eine kegelförmige Öffnung (10) im hinteren Ende des Trennerkörpers (1) eindringt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen