DE19952507A1 - Elektrische Kurzschließvorrichtung, Verwendung einer solchen Kurzschließvorrichtung und zugehörige Anlage - Google Patents

Abstract

Bei Schaltanlagen können durch das Auftreten von Störlichtbögen Zerstörungen entstehen. Aus diesem Grunde werden Schalter aktiviert, wozu Sensoren zur Erfassung des Störlichtbogens vorhanden sind. Gemäß der Erfindung sind als Schalter triggerbare Schalter (40, 100, 410-412, 420, 421) der Leistungsimpulstechnik vorhanden, die vom Sensor (20, 21) getriggert werden. Die so ausgestattete Vorrichtung dient zum selektiven Schutz wenigstens einer Schaltanlage (10, 11) eines gekapselten Transformators (60, 90) oder einer Gruppe von Schaltanlagen. Dabei kann ein abgeschlossenes Schaltanlagengehäuse (11, 50, 60) vorhanden sein, in das die Abschalter (40, 410-412) integreiert sind. Die Abschalter (420, 421) können aber auch außerhalb des Schaltanlagengehäuses (50, 60) angeordnet sein.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kurzschließvorrichtung für Schaltanlagen, wobei bei Auftreten eines Störlichtbogens ein Ausschalter oder dgl. aktiviert wird, wozu ein Sensor zur Erfassung des Störlichtbogens vorhanden ist. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die Verwendung einer solcher Kurzschließvorrichtung und auf die zugehörige Anlage.

Im Fehlerfall kann in einer Schaltanlage der Energievertei­ lung ein Störlichtbogen auftreten. In diesem Störlichtbogen wird eine solch hohe Menge an Energie um- bzw. freigesetzt, daß starke Schädigungen der Schaltanlage, am Anlagengebäude und in besonders ungünstigen Fällen eine Gesundheitsgefähr­ dung des Bedienpersonals auftreten können. Ein Maß für die Stärke des Lichtbogens ist die umgesetzte Energie. Diese Energie ist proportional zur Dauer des Stromflusses im Stör­ lichtbogen sowie abhängig von der Höhe des Kurzschlußstromes. Zur Begrenzung der Schädigungen durch einen Störlichtbogen existiert neben der hinreichend bekannten Möglichkeit, den Kurzschlußstrom durch sogenannte I_S-Begrenzer zu begrenzen, das Prinzip der Verkürzung der Lichtbogendauer. Die schädi­ genden Auswirkungen des Störlichtbogens können dadurch mini­ miert werden, daß die Lichtbogendauer durch Kurzschließen des Lichtbogens begrenzt wird. Dieser Kurzschließvorgang muß da­ bei in einer möglichst kurzen Zeit erfolgen.

In der Energieverteilung sind Möglichkeiten zur raschen Lö­ schung eines Störlichtbogens bekannt. In der Veröffentlichung "Störlichtbögen und deren Beherrschung in Mittelspannungs­ netzstationen mit Lastschaltanlagen" in Elektrizitätswirt­ schaft (1992) Bd. 91, Nr. 26, S. 1753 ff. wird ein Prinzip zum Schutz einer Lastschaltanlage der Mittelspannung be­ schrieben. Ein Störlichtbogen ruft einen starken Anstieg des Druckes in einer Schaltanlage hervor. Durch diesen Druckan­ stieg wird über eine Membran ein Verklinkungsmechanismus ge­ löst und ein Schnellerdungsschalter geschlossen. Der Stör­ lichtbogen erlischt durch diesen galvanischen Erdschluß. Die Gesamtabschaltzeit eines solchen Systems liegt bei etwa 70 ms. Diese Zeit ist jedoch so lang, daß durch den Störlichtbo­ gen bereits eine erhebliche zerstörerische Wirkung entstanden sein kann.

Aus der DE 34 12 250 A1 ist ein geerdetes Schaltmesser be­ kannt, mit dem ein Erdschluß herbeigeführt werden kann. Das Erdungsmesser befindet sich in einem mit Isoliergas gefüllten Behälter, der nach einigen erfolgten Kurzschluß-Einschaltun­ gen zur Wartung bzw. zum Austausch geöffnet werden muß. Die Einschaltzeit bis zur Herbeiführung des Kurzschlusses ist je­ doch meist so lang, daß bereits irreparable Schäden durch den Störlichtbogen entstanden sein können.

Eine Verbesserung letzterer Methode beinhaltet die DE 197 14 770 A1. Hier wird anstelle des Erdungsmessers eine Anordnung von zwei oder drei Vakuumschaltröhren verwendet, die zwar auf einen Kurzschluß einschalten können, jedoch in der Regel nicht in der Lage sind, diesen ausschalten. Die Va­ kuumröhren sind derart optimiert, daß deren bewegte Masse ge­ ring ist. Der bewegbare Kontakt kann daher sehr hohe Schalt­ geschwindigkeiten erreichen, so daß der Störlichtbogen in kurzer Zeit abgeschaltet werden kann. Die Vakuumröhren können kostengünstig aufgebaut werden, da sie den Kurzschlußstrom nicht ausschalten müssen. Eine besonders einfache Ausführung liegt in der Konstruktion von Einmalschaltern. Diese sind nach erfolgter Störlichtbogenabschaltung zerstört und müssen ausgetauscht werden. Solche Einmalschalter befinden sich nicht innerhalb des gasdicht gekapselten Behälters der Schaltanlage, sondern in einem separaten Behälter. So muß nach einem Kurzschlußvorgang lediglich der separate Behälter ausgetauscht werden. Mit Hilfe dieser Anordnung können gemäß der DE 197 14 770 A1 Abschaltzeiten von unter 100 ms erreicht werden.

Neben der mechanischen Kurzschließung ist ein hybrides Schaltprinzip vornehmlich für die Niederspannungstechnik be­ kannt. In der Veröffentlichung "Limitation of Arcing Fault Effects" Proc. off 6^th International Symp. of Short-Circuit in Power Systems, Liege, Belgium (1994) P4/10/1-4 wird ein sol­ cher Schalter beschrieben. Direkt nach erfolgter Störlichtbo­ generkennung kommutiert der Lichtbogen in einen Thyristor­ schalter. Dieser führt den Strom solange, bis über einen zu­ sätzlichen mechanischen Schalter ein galvanischer Kurzschluß hergestellt ist.

Voraussetzung derart kurzer Abschaltzeiten sind eine hohe An­ triebsenergie für die Kontaktbewegung bei mechanisch betätig­ ten Systemen sowie eine hinreichend schnelle Störlichtbogen­ erkennung. Letztere basiert entweder auf Drucksensoren, die auf den infolge der Störlichtbogenwirkung stark ansteigenden Druck reagieren oder auf optischen Störlichtbogenerfassungs- Systemen, beispielsweise gemäß dem vorbekannten Prospekt "Störlichtbogenerfassung", Fa. Vogl Electronic GmbH, bei de­ nen die hohe Intensität der Lichtemission eines Störlichtbo­ gens ausgewertet wird.

Nachteilig an allen bisher bekannten Methoden zur Störlicht­ bogenabschaltung sind die auf die mechanische sowie die sen­ sorbedingte Verzögerung zurückzuführenden hohen Ausschaltzei­ ten von einigen 10 ms, sowie der hohe mechanische oder elek­ trische Aufwand, der betrieben werden muß, um diese Schalt­ zeiten zu erreichen. Dieser Aufwand schlägt sich in den hohen Kosten nieder, die mit so gearteten Schutzvorrichtungen ver­ bunden sind. Diese Kosten sind vergleichbar mit den Kosten der zu schützenden Anlagen. Daher erscheint eine großflächige Etablierung dieser Prinzipien am Markt unrealistisch.

Ausgehend vom vorstehend abgehandelten Stand der Technik ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Kurzschließvorrich­ tung zu schaffen, bei der die Ansprech- und Abschaltzeiten deutlich reduziert sind und zudem der Aufwand, der zu einer effizienten und zuverlässigen Störlichtbogenabschaltung not­ wendig ist, wesentlich herabgesetzt werden kann. Daneben sol­ len entsprechende Anwendungen und zugehörige Anlagen angege­ ben werden.

Die Aufgabe ist bei einer Kurzschließvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Schal­ ter ein triggerbarer Schalter der Leistungsimpulstechnik vor­ handen ist, der Einschaltzeiten im Mikrosekundenbereich er­ laubt und den Störlichtbogen übernimmt. Mit der Erfindung ist dadurch ein kostengünstiges System mit minimaler Kurzschließ­ zeit geschaffen.

Bei der Erfindung werden also keine Ausschalter verwendet, sondern aus der Leistungsimpulstechnik bekannte Einschalter. Dort werden solche Schalter eingesetzt, die im ungetriggerten Zustand in der Lage sind, einer zwischen den Elektroden an­ liegenden Hochspannung dielektrisch standzuhalten. Die Span­ nungsfestigkeit kann dabei dem normgerechten Blitzstoßpegel der Mittelspannungsebene entsprechen. Durch eine gezielte Zündung der Schaltstrecke zwischen den Schalterelektroden wird dieser Schalter innerhalb sehr kurzer Zeiten im Mikrose­ kundenbereich leitfähig und kann dann den Störlichtbogenstrom führen.

Beispiele für solche Schalter sind Halbleiterschalter wie Thyristoren oder IGBTs sowie Gasentladungsschalter wie Druck- oder Vakuumfunkenstrecken oder Kaltkathoden-Thyratrons. Ins­ besondere Kaltkathoden-Thyratrons besitzen günstige Eigen­ schaften, die Ihren potentiellen Einsatz als Störlichtbogen­ abschalter begründen können.

Bei den erfindungsgemäß vorzugsweise zur Anwendung kommenden Kaltkathoden-Thyratrons, dessen Arbeitsbereich auf dem linken Ast der Paschen-Kurve liegt und das in der Praxis auch als Niederdruck-Gasentladungsschalter bezeichnet wird, findet ein Lichtbogen wesentlich günstigere Existenzbedingungen vor als ein Störlichtbogen in einer Schaltanlage. Diese wesentlich günstigeren Bedingungen äußern sich einer im Vergleich mit dem Störlichtbogen um etwa den Faktor 4 geringeren Lichtbo­ genspannung. Dies führt dazu, daß sobald der Lichtbogen im Kaltkathoden-Thyratron gezündet wurde, der Störlichtbogen in­ nerhalb einer sehr kurzen Zeit in dieses kommutiert. Der Störlichtbogen brennt dann als kontrollierter Lichtbogen in einem definierten, begrenzten Volumen, so daß Schäden in der Schaltanlage abgewendet werden können. Der Zündvorgang des Lichtbogens in einem Kaltkathoden-Thyratron vollzieht sich innerhalb weniger Mikrosekunden, so daß auch der Kommutie­ rungsvorgang und das Verlöschen des Störlichtbogens innerhalb der Schaltanlage in einer ähnlichen Zeitspanne vollzogen sein kann.

Ein wesentlicher Vorteil des Einsatzes der oben beschriebenen Schalter besteht also in der um Größenordnungen geringeren möglichen Abschaltzeit des Störlichtbogens. Die Abschaltzeit ist dann nur noch bestimmt durch die Verzögerung durch die Sensorik zur Störlichtbogenerfassung. So können die Schäden, die durch einen Störlichtbogen an einer Schaltanlage entste­ hen können, deutlich herabgesetzt und im Idealfall gänzlich vermieden werden.

Vorzugsweise arbeiten die angegebenen Schalter mit festste­ henden Elektroden ohne bewegliche Teile, so daß der mechani­ sche Aufwand zu vernachlässigen ist. Es sind weder Antrieb noch Auslösemechanismus erforderlich noch tritt eine durch beschleunigte Masse bedingte Verzögerung auf. Gegebenenfalls können bei solchen Schaltern nach der Auslösung auch durch zusätzliche Mittel eine dauerhafte galvanisch geschlossene Schaltstrecke erzeugt werden. Dadurch können Instabilitäten im Lichtbogen vermieden werden.

Die speziell als Gasentladungsschalter zu verwendenden Schal­ tröhren können als Einmalschalter besonders einfach ausge­ führt werden, was im Vergleich zum bisherigen Stand der Tech­ nik zu wesentlich reduzierten Herstellungskosten führen kann. Das Kosten- und Nutzenverhältnis eines auf diesen Schaltern basierenden Störlichtbogenabschalters ist besonders günstig.

Die beschriebenen Schalter kommen erfindungsgemäß zur Anwen­ dung zum selektiven Schutz wenigstens einer Schaltanlage bzw. einer Gruppe von Schaltanlagen. Solche Anlagen können ein ab­ geschlossenes Schaltanlagengehäuse beinhalten, in das die er­ findungsgemäßen Schalter integriert sind, die Schalter können aber auch außerhalb des Schaltanlagengehäuses angeordnet sein. Die Sensoren zum Aktivieren der Einschalter können bei­ spielsweise auf das vom Störlichtbogen emittierte Licht oder auch als Schalter auf Druck bzw. Dichte in Folge des Stör­ lichtbogens ansprechen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei­ spielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Un­ teransprüchen. Es zeigen in jeweils grob schematischer Dar­ stellung

Fig. 1 eine Sammelschienenanlage mit Kurzschließvorrich­ tungen am jeweils einspeisenden Leistungsschalter der Sammelschienenanlage,

Fig. 2 eine Ringkabelabzweiganlage mit Störlichtbogenbe­ grenzer, wobei einzelne Abschalter im Gehäuse ange­ ordnet sind,

Fig. 3 eine Anlage gemäß Fig. 2, wobei die Abschalter au­ ßerhalb des Gehäuses angeordnet sind,

Fig. 4 eine gekapselte Transformatoranlage mit Kurz­ schließvorrichtungen für einen dreiphasigen Trans­ formator,

Fig. 5 den Aufbau eines bei den Beispielen gemäß Fig. 1 bis 4 vorzugsweise verwendeten Niederdruck-Gas­ entladungsschalters,

Fig. 6 ein als Einschalter verwendbarer Gasentladungs­ schalter gemäß Fig. 5 mit Mitteln zu Herstellung einer dauerhaften galvanischen Verbindung sowie

Fig. 7 die Ausbildung des Lichtbogens bei einem Gasentla­ dungsschalter gemäß Fig. 5 durch Überlagerung ei­ nes Magnetfeldes.

Zum selektiven Schutz einer Schaltanlage bzw. einer Gruppe von Schaltanlagen vor Schädigungen durch einen Störlichtbogen müssen einzelne Schaltanlagen bzw. deren Teile überwacht wer­ den. Überwachungssensoren können auf Druck- bzw. Dichtean­ stieg infolge des Störlichtbogens oder auf das vom Störlicht­ bogen emittierte Licht ansprechen. Die optischen Sensoren sind dabei in der Regel mit kürzeren Verzögerungszeiten be­ haftet.

Tritt in einer Anlage oder einem Anlagenteil ein Störlichtbo­ gen auf und wird dieser detektiert, wird die gesamte Anlage oder Anlagengruppe über den Störlichtbogenabschalter kurzge­ schlossen. Der Störlichtbogen mitsamt seiner zerstörerischen Wirkung erlischt. Der Störlichtbogenabschalter ist dabei vor­ teilhafterweise so positioniert, daß er lediglich die vom Störlichtbogen betroffenen Anlagen bzw. Anlagenteile kurz­ schließt und damit abschaltet. So kann der Betrieb der nicht gestörten Anlagenteile nach dem regulären Abschalten der feh­ lerhaften Anlagenteile in kurzer Zeit wiederhergestellt wer­ den.

Beispielhafte Beschaltungen sind in den Fig. 1 und 2 dar­ gestellt. Fig. 1 bezieht sich auf den Schutz an einem ein­ speisenden Leistungsschalter 10 in einer Sammelschienen- Schaltanlage 11 mit Einzelschienen 11.1 bis 11.n, bei der we­ nigstens ein Überwachungssensor 20 im Raum des Leistungs­ schalters 10 plaziert ist. Tritt im Bereich des speisenden Leistungsschalters 10 ein Störlichtbogen auf, sendet der Sen­ sor 20 ein Signal an ein Überwachungssystem 3D. Dieses initi­ iert einen Abschaltvorgang in den sich im Kabelraum des Ein­ speisefeldes befindenden Abschaltern 40. Auf diese Weise wird die gesamte Sammelschiene kurzgeschlossen.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Auslegung eines Stör­ lichtbogenbegrenzers bei einem Ringkabelabzweig. Dieser Ring­ kabelabzweig besteht aus einem gasgefüllten Schaltanlagenbe­ hälter 50. In den Behälter 80 sind Kabelabgänge 60, 61, 62 eingeführt, von denen einer als Transformatorabgang dienen kann. Die drei Abgänge 60, 61 und 62 können mittels Drei- Stellungs-Schalter 80, 81, 82 abgeschaltet bzw. geerdet wer­ den. Im Schaltanlagenbehälter 50 befindet sich ein Störlicht­ bogensensor 21. Tritt im Schaltanlagenbehälter 50 ein Stör­ lichtbogen auf, sendet der Sensor 21 ein Signal zum Überwa­ chungssystem 31, der von einem weiteren Sensor 22 angesteuert wird. Dieses initiiert einen Abschaltvorgang in den einzelnen Abschaltern 410, 411. Somit werden die Kabelabgänge kurzge­ schlossen, die Anlage spannungsfrei geschaltet und der Stör­ lichtbogen gelöscht.

In Fig. 4 sind Wicklungen eines dreiphasigen Transformators für Hoch- oder Mittelspannung jeweils mit 91 bezeichnet. Die einzelnen Trafowicklungen 91 befinden sich in einem bei­ spielsweise ölgefüllten Trafokessel 90 und bilden so gegen­ einander isolierte Einheiten. Es kann im Kessel 90 zu Stör­ lichtbögen kommen, die zu erheblichen Schäden führen können. Im Trafokessel 90 sind an geeigneter Stelle Sensoren 21 für Störlichtbögen angeordnet, von denen über jeweils ein für je­ de Phase vorgesehener Kurzschließer 410 bis 412 aktiviert wird. Daneben mit kann also an der Primärseite des gesamten Transformators die Oberspannung der Hoch-/Mittelspannung ab­ geschaltet werden.

In den entsprechend Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen Ausfüh­ rungen sind die Abschalter in die Schaltanlagengehäuse inte­ griert. Dies ist aus kostentechnischer Sicht sinnvoll, wenn man davon ausgeht, daß die gesamte Schaltanlage nach einem Störfall ausgetauscht werden muß. Daneben besteht, wie in Fig. 3 gezeigt, auch die Möglichkeit, einzelne Abschalter 420, 421 - ähnlich wie Sicherungen - außerhalb des eigentlichen Schaltanlagenbehälters 50 in einem separaten Behälter zu po­ sitionieren. Daher sind die Abschalter 420, 421 nach Auftre­ ten eines Störlichtbogens leicht zu ersetzen, während die Schaltanlage nicht ausgetauscht wird.

Als Schalter werden triggerbare Einschalter der Leistungsim­ pulstechnik verwendet. Außer Halbleiterschaltern kommen vor­ teilhafterweise Gasentladungsschalter wie Funkenstrecken, Ignitrons oder Thyratrons in Frage. Beispielhaft werden an­ hand der Fig. 5 bis 7 speziell Kaltkathoden-Thyratrons be­ schrieben, deren Einsatz besonders vorteilhaft ist.

Ein Kaltkathoden-Thyratron besteht gemäß Fig. 4 aus einem Schaltgefäß 100, das mit einem Gas unter einem solch niedri­ gen Druck befüllt ist, daß sich ein Arbeitsbereich auf dem linken Ast der Paschenkurve einstellt. Das Schaltgefäß 100 ist mit einem Isolator 130 isolierend abgedichtet. In dem Schaltgefäß 100 befinden sich ein Satz "kalter" Elektroden 110, 120, bestehend aus Zuführungen 111, 121 und Hauptelek­ troden 112, 122, die einander - vorzugsweise fluchtend - ge­ genüberliegen. In mindestens einer Elektrode, vorzugsweise in beiden Hauptelektroden 112, 122, befindet sich mindestens ei­ ne Bohrung 113, 123, durch die eine nicht im einzelnen darge­ stellte Entladungsstrecke gezündet wird. Mindestens hinter einer der Hauptelektroden 112, 122, vorzugsweise hinter bei­ den Hauptelektroden 112, 122 befindet sich jeweils ein Hohl­ raum 114, 124, der für die Funktion des Schalters von wesent­ licher Bedeutung ist. Die Hauptentladung wird über eine ge­ pulste Hilfsentladung im Hohlraum 114, 124 hinter den Hauptelektroden 112, 122 gezündet. Dafür befinden sich in den Hohl­ räumen Hilfselektroden, sogenannte Triggerelektroden 115, 125.

Im statischen Betriebsmodus ist die Entladungsstrecke span­ nungsfest. Für die Zündung der Entladungsstrecke wird an die Triggerelektroden ein Triggerimpuls angelegt. Als Triggerim­ pulse sind Hochspannungsimpulse, Lichtimpulse oder hochfre­ quente Impulse geeignet. Innerhalb weniger Mikrosekunden nach Anlegen des Triggerimpulses bildet sich im Schalter 100 ein stromstarker Lichtbogen LB aus, sofern die Spannungsdifferenz zwischen beiden Elektroden ausreichend hoch ist. Eine Span­ nungsdifferenz von einigen 100 V reicht dabei aus.

Der Triggerimpuls wird vom Überwachungssystem generiert und an die Abschalter geleitet, nachdem eindeutig ein Störlicht­ bogen erkannt wurde. Beim Auftreten des Störlichtbogens liegt dieser elektrisch parallel zur Entladungsstrecke des Abschal­ ters. An den Elektroden des Abschalters liegt dann die Span­ nung an, die über dem Störlichtbogen abfällt. Diese Spannung liegt im Bereich mehrerer 100 V und reicht daher für die Zün­ dung eines Lichtbogens im Abschalter aus.

Sobald im Abschalter der Lichtbogen LB gezündet hat, erlö­ schen der Störlichtbogen bzw. die Lichtbögen in der Anlage und zwar aus folgenden Gründen:

• - Der Lichtbogen im Abschalter besitzt eine wesentlich höhere Leitfähigkeit als der Störlichtbogen. Daher ist der Strom durch den Lichtbogen im Abschalter wesentlich höher als der Strom durch den Störlichtbogen.
• - Die Lichtbögen besitzen eine negative Strom-/Spannungs­ charakteristik. Dies hat zur Folge, daß die Leitfähigkeit des Störlichtbogens abnimmt und die des Lichtbogens im Ab­ schalter zunimmt.
• - Mit abnehmender Leitfähigkeit nimmt wiederum der Strom durch den Störlichtbogen ab.
• - Die Wechselwirkung zwischen den vorgenannten Phänomenen führt jeweils zum Erlöschen eines Störlichtbogens.

Der Lichtbogen im Abschalter erlischt beim natürlichen Strom­ nulldurchgang, der auf die Kommutierung des Störlichtbogens in den Abschalter folgt. Neben der natürlichen Abschaltung des Störlichtbogens infolge des natürlichen Stromnulldurch­ ganges kann gezielt die Generierung eines galvanischen Kurz­ schlusses im Abschalter eingesetzt werden. Durch die Lichtbo­ genwirkung im Abschalter kann eine solch hohe Menge an Elek­ trodenmaterial in den Abschaltern verflüssigt werden, daß sich eine Metallbrücke zwischen den Elektroden ausbildet. Diese Metallbrücke stellt einen dauerhaften Kurzschluß dar. Der Abschalter ist dann nach erfolgter Abschaltung zu erset­ zen. Auf diese Weise kann man die Vorzüge des vom Stand der Technik vorbekannten Hybridschalters in einem Schaltelement vereinigen und die Kosten einer solchen Apparatur deutlich reduzieren.

Als Alternative ist in Fig. 5 ein Gasentladungsschalter 100 dargestellt, der neben der Lichtbogenentladung zusätzliche mechanische Mittel zur Herstellung einer dauerhaften galvani­ sche geschlossenen Schaltstrecke enthält. Beispielsweise ist dafür eine der Hauptelektroden des Gasenladungsschalters über einen Federbalg 140 beweglich ausgebildet. Es kann somit nach dem schnellen Einschalten über das Entladungsplasma durch über einen nicht dargestellten Antrieb herbeigeführte Bewe­ gung der unteren Hauptelektrode 122 bis zum Anschlag der obe­ ren Steuerelektrode 112 eine galvanische Verbindung der Elek­ troden 112 und 122 hergestellt werden, über die zwischen ei­ ner vorgegebenen Zeit der Kurzschlußstrom fließt.

Die Anordnung gemäß Fig. 5 hat den Vorteil, daß der Lichtbo­ gen zunächst zur schnellen Übernahme des Kurzschlußstromes dient, daß aber anschließend systemimmanente Instabilitäten des Lichtbogens durch die zwischenzeitlich hergestellte galvanische und über die Verschweißung des Elektrodenmaterials auch mechanische Verbindung ausgeschlossen werden.

Vom Stand der Technik sind Möglichkeiten zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Gasentladungsschalter bekannt. In be­ kannter Weise stellen sich durch die Überlagerung von Magnet­ feldern im Lichtbogen Entladungsformen ein, die zu einer starken Verringerung der Materialerosion an den Elektroden führen. Diese Entladungsformen sind gemäß der WO 98 026 442 A1 entweder ein stationärer diffuser Lichtbogen DLB durch. Überlagerung eines in bezug auf den Lichtbogen axiales Magnetfeld oder aber ein bewegter konzentrierter Lichtbogen durch Überlagerung eines in bezug auf den Lichtbo­ gen transversales Magnetfeld.

Beispielsweise ist in der Fig. 7 in einem Gasentladungs­ schalter 100 entsprechend Fig. 5 eine Spule 150 eingebracht, mit der ein in bezug auf den Lichtbogen im wesentlichen axia­ les Magnetfeld generiert wird, mit dem ein diffuser Lichtbo­ gen auf den gesamten Spalte zwischen den Hauptelektroden 112 und 122 erzeugt wird. Die das Axialfeld beschreibenden Ma­ gnetfeldlinien zur Generierung des diffusen Lichtbogens sind mit 151 bezeichnet. Durch entsprechende Justierung der Ma­ gnetspule 150, beispielsweise durch Verschieben nach unten, können die Magnetfeldlinien 151 im Elektrodenspalt auch über­ wiegend radial verlaufen.

Statt der Magnetspule kann ebensogut ein Permanentmagnet ver­ wendet werden. Entsprechend der älteren, nicht vorveröffent­ lichten deutschen Patentanmeldung DE 198 41 771 A1 können auch außerhalb des Entladungsgefäßes angeordnete Magnefelder­ zeuger vorhanden sein, wenn die dort angegebenen Mittel zur Übertragung des Magnetfeldes zur Entladungsstrecke verwendet werden.

Für die Aktivierung und den Betrieb der anhand der Fig. 5 bis 7 beschriebenen Gasentladungsschalter ist die Zündung des Abschaltlichtbogens wesentlich. Es sind verschiedene, be­ reits genannte Methoden zur Zündung einer Entladung im Gas­ entladungsschalter bekannt: Neben Hochspannungsimpulsen kön­ nen optische oder HF-Impulse verwendet werden. Die Impulse werden generiert im beschriebenen Überwachungssystem. Vor­ teilhaft ist auch die Möglichkeit, das vom Störlichtbogen emittierte Licht bzw. die vom Störlichtbogen emittierte Hoch­ frequenzstrahlung gleichermaßen für die Triggerung der Ga­ sentladungschalter einzusetzen. Dies ist besonders einfach zu verwirklichen, wenn die Schalter in den Anlagenbehälter inte­ griert werden.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen also, daß es technologisch und wirtschaftlich möglich ist, einen Stör­ lichtbogen in Schaltanlagen mit Hilfe von getriggerten Ein­ schaltern der Leistungsimpulstechnik schnell abzuschalten. Im Rahmen der Erfindung ist auch die Verwendung von Einmalschal­ tern möglich, die nach ihrem Schalten ersetzt werden müssen, was eine besonders einfache und kostengünstige Lösung dar­ stellt.

Claims (18)

1. Elektrische Kurzschließvorrichtung mit wenigstens einem Schalter, der bei Auftreten eines Störlichtbogens zum Ab­ schalten des Störlichtbogens aktiviert wird, wozu wenigstens ein Sensor zur Erfassung des Störlichtbogens vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Schal­ ter ein triggerbarer Schalter (40, 100, 410-412, 420, 421) aus der Leistungsimpulstechnik vorhanden ist, der Einschalt­ zeiten im Mikrosekundenbereich erlaubt und den Störlichtbogen übernimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der triggerbare Schalter ein Halbleiterschalter ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Halbleiterschalter ein Thyristor ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Halbleiterschalter ein IGBT ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der triggerbare Schalter ein Gasentladungsschalter (100), vorzugsweise Druckfunkenstrecke, Vakuumfunkenstrecke, Thyratron, Ignitron, ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Gasentladungsschalter ein Niederdruck-Gasentladungsschalter (100) ist, dessen Arbeits­ bereich auf dem linken Ast der sog. Paschen-Kurve liegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Niederdruck-Gasentladungsschalter (100) ein Kaltkathoden-Thyratron, beispiels­ weise Pseudofunkenschalter, ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor (20, 21) ein opti­ scher Sensor ist, der auf die Lichtemission des Stör­ lichtbogens anspricht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor (20, 21) ein elek­ tromagnetischer Sensor ist, der auf die elektromagnetische Abstrahlung des Störlichtbogens anspricht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der elektromagnetische Sensor (20, 21) auf die Strahlung des Lichtbogens anspricht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor (20, 21) ein Tem­ peratursensor ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor (20, 21) ein me­ chanischer Sensor ist, der auf einen Druck- bzw. Dichtean­ stieg infolge des Störlichtbogens anspricht.

13. Verfahren zur Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 12, gekenn­ zeichnet in der Anwendung zum selektiven Schutz we­ nigstens einer Schaltanlage bzw. einer Gruppe von Schaltanla­ gen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorrichtung in einer ge­ kapselten Sammelschienen-Schaltanlage (11) verwendet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorrichtung in einem ge­ kapselten Ringkabelabzweig verwendet wird.

16. Verfahren zur Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 12, gekenn­ zeichnet in der Anwendung zum selektiven Schutz we­ nigstens eines gekapselten Transformators (90, 91).

17. Anlage mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12 bei Verwendung des Verfahrens nach Ansprüchen 13 bis 16, dad­ urch gekennzeichnet, daß ein abgeschlos­ senes Gehäuse (50, 90) für die zu schützende Einrichtung vor­ handen ist, in das die Kurzschlußvorrichtung integriert ist.

18. Anlage mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12 bei Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 13 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß ein abge­ schlossenes Gehäuse (50) für die zu schützende Einrichtung vorhanden ist und daß die Kurzschließvorrichtung außerhalb des Gehäuses (50) angeordnet sind.