DE2127771C3

DE2127771C3 - Gleichstrom-Leistungsschalteinrichtung

Info

Publication number: DE2127771C3
Application number: DE2127771A
Authority: DE
Inventors: Michael A. Los Angeles Calif. Lutz (V.St.A.)
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1970-06-11
Filing date: 1971-06-04
Publication date: 1978-11-30
Also published as: FR2094189A1; JPS5229414B1; DE2127771B2; GB1327461A; SE381365B; US3611031A; FR2094189B1; DE2127771A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstrom-Leistungsschalteinrichtung mit mindestens zwei in einer Gleichstromleitung hintereinander angeordneten mechanischen Übertragungsschaltern, die beim Abschalten nacheinander verzögert ausgelöst werden, mit je einen Schalter enthaltenden Zweigen, von denen je einer jedem Übertragungschalter parallel geschallet ist, und mit je einem jedem Übertragungsschalter parallelgeschalteten Widerstand und einem zu dem Widerstand der letzten Stufe in Serie geschalteten Kondensator.

Eine solche Gleichstrom-Leistungsschalteinrichtung ist aus der Zeitschrift ETZ-A, Band 91 (1970), Heft 2, S. 79 bis 82 sowie ETZ-A, Band 89 (1968), Heft 18, S. 422, 423, bekannt. Bei dieser bekannten Leistungsschalteinrichtung werden die mechanischen Übertragungsschalter von speziell entwickelten mehrstufigen ölströmungsschaltern gebildet, bei denen beim öffnen ein hoher Lichtbogengradient gebildet wird und im Lichtboaen viel Enereie umgesetzt wird.

Ein großer Teil der in einem Gleichstromnetz enthaltenen Energie wird daher bei der bekannten Leistungsschalteinrichtung im Lichtbogen der Ölströmungsschalter verbraucht. In den den Übertragungsschaltern parallelgeschalteten Zweigen sind daher als Schalter lediglich Funkenstrecken enthalten, denen noch jeweils ein Kondensator parallel geschaltet ist. Wenn die mechanischen Übertragungsschalter geöffnet werden, so reicht die bei den speziellen Ölströo mungsschaltern entstehende Lichtbogenspannung aus, um die Funkenstrecken zum Ansprechen zu bringen. In den zunächst entladenen Kondensator kann über die Funkenstrecke ein starker Strom fließen, so daß der Parallelzweig mit dem Kondensator den vorher durch den Übertragungsschalter fließenden Strom übernimmt und die Lichtbogen der Ölströmungsschalter erlöschen. Dem ersten ölströmungsschalter ist außer dem Parallelzweig mit der Funkenstrecke und dem Kondensator ein weiterer Zweig mit

ao einem Widerstand parallel geschaltet. Durch das Aufladen des Kondensators über die Funkenstrecke steigt die Spannung an dem Widerstand so stark an, daß die Stärke des durch den Widerstand fließenden Stromes immer mehr zunimmt und schließlich der

»5 gesamte Strom durch den Widerstand fließt, während die Funkenstrecke erlöscht. Bei dem zweiicn Übertragungsschalter befindet sich in Serie zu der Funkenstrecke außer dem Kondensator auch ein Widerstand, während ein weiterer Parallelzwcig mit einem Widerstand fehlt. Infolgedessen wird der StromfluB durch den dem zweiten Übertragungsschalter parallelgeschalteten Zweig zu Null, wenn der in diesem Parallelzweig enthaltene Kondensator vollständig aufgeladen ist. Dabei wird die Zeit, die zum Aufladen des /weiten Kondensators benötigt wird, durch den in Serie geschalteten Widerstand verlängert, und es wird zugleich in diesem Widerstand noch ein Teil der im Leitungsnetz enthaltenen Restenergie vernichtet.

Bei der bekannten Gleichstrom-Leistungsschaltcinrichtung wird also ein erheblicher Teil der beim Abschalten des Netzes 7u vernichtenden Energie in ilen Strecken zwischen den Kontakten der Übertragungsschalter und den Funkenstrecken verbraucht.

Daher müssen besondere, relativ kostspielige Ölströmungsschalter Anwendung finden. Außerdem findet die Kommutierung des Stromes von dem Übertragungsschalter auf den Zweig mit der Funkenstrecke ungcstcuert auf Grund der sich einstellenden Spanso nungs- und Stromverhältnisse statt, so daß es Schwierigkeiten bereitet, die bekannte Leistungsschalteinrichtung so auszulegen, daß bei allen Betriebsbedingungen eine einwandfreie Kommutierung des Stromes gewährleistet ist.

Aus der CH-PS 483 712, die der DE-OS 1 806 614 entspricht, sind weiterhin Gleichstrom-Leistungsschalteinrichtungen bekanntgeworden, die nur einen mechanischen Übertragungsschalter aufweisen, dem ein Netzwerk aus parallel und in Serie geschalteten Widerständen und elektronischen Schaltern parallel geschaltet ist. Die elektronischen Schalter dieses N'ct/wcrkes sind so gesteuert, daß der Strom von dem mechanischen Übertragungssehaller auf das Netzwerk übernommen und dann der Widersland r ■■.

Netzwerkes durch öffnen oder Schließen der elektronischen Schalter so verändert wird, daß die beim Abschalten in dem angeschlossenen Netz gespeicherte Enereie bei im wesentlichen cleichbleibender Span-

nung von den Widerständen verbraucht wird. Dabei ■nuß der einzige mechanische Übertragungsschalter sowohl im geöffneten Zustand der gesamten Betriebsspannung standhallen als auch gegen den gesamten Betriebsstrom öffnen können. Trotzdem wird ein relativ kompliziertes Netzwerk mit .liner größeren Anzahl von Hilfssehaltern benötigt, um ein sicheres Abschalten des Netzes zu ermöglichen.

Die Anwendung mehrerer in Serie geschalteter Übertragungsschalter, von denen nur einer so ausgelegt zu sein braucht, daß er den möglicherweise auftretenden Überspannungen standhält, bietet dagegen eine erhöhte Sicherheil beim Abschalten. Die aus der CH-PS 483 712 bekannte Gleichstrom-Leistungsschalteinrichtung bietet nicht ohne weiteres die Möglichkeit, mehrere mechanische Übertragungsschalter in Serie zu schalten.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstrom-Leistungsschalter der eingangs beschriebenen Art hinsichtlich seines Schaltverhaltens zu verbessern. Insbesondere soll dafür Sorge getragen werden, daß der Schalter unter allen Betriebsbedingungen einwandfrei öffnet und der wesentliche Teil der im Netz gespeicherten Energie nicht in Lichtbogen, sondern in Widerständen verbraucht wird, die durch die Vernichtung der Energie keinen Schaden leiden, sondern von denen die e; !stehende Wärmeenergie leicht abführbar ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die je einen Schalter enthaltenden Zweige ausschließlich je einen elektronischen Schalter enthalten, der im Stande ist, einen ihn durchfließenden Gleichstrom zu unterbrechen und daß mit den Übertragungsschaltern und den elektronischen Schaltern eine Steuereinrichtung gekoppelt ist, die beim Abschalten zunächst den ersten Übertragungsschalter öffnet, während sich der erste elektronische Schalter in einem zur Stmmübernahme geeigneten Zustand befindet, so daß der erste elektronische Schalter den Strom übernimmt, und dann den ersten elektronisehen Schalter in den nichtleitenden Zustand bringt, so daß der Strom dann den ersten Widerstand durchfließt, und den gleichen Vorgang bei nachfolgenden weiteren Parallelschaltungen aus Übertragungsschalter, elektronischem Schalter und Widerstand mit gegebenenfalls in Serie geschaltetem Kondensator wiederholt.

Bei der erfindungsgemäßen Gleichstrom-Leistungsschalteinrichtung bewirken die den mechanischen Übertragungsschaltern parallelgesehalteten elektronischen Schaller, daß beim Öffnen der Übertragungsschalter durch eine schnelle und definierte Übernahme des Stromes auf den parallelen elektronischen Schaller die Lichtbogenbildung zwischen den Kontakten der Übertragungsschalter auf ein Minimum reduziert wird. Daher brauchen keine Vorkehrungen getroffen zu werden, die es ermöglichen, eine hohe Lichtbogenspannung zu erzielen u.id große Energien im Lichtbogen zu vernichten. Vielmehr können die Übertragungsschalter einen einfachen ^fi° Aufbau haben und benöligen auch keine besonderen Einrichtungen zur Lichtbogenlöschung. Wenn anschließend die elektronischen Schalter in ilen nichtleitenden Zustand gebracht werden, muli der Strom die Widerstände durchfließen, wodurch der I eitungsstrom reduziert wird Auch das (Minen der elektronischen Schalter erfolgl gesteuert, no daß eine große -hprhpit orrpirhl

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für die energieverzehrenden Widerstände nichtlineare Widerstände verwendet, so daß pro elektronischem Schalter eine maximale Menge der im Netz gespeicherten Energie vernichtet wird und die Anzahl der in der Gleichstromleitung hintereinander angeordneten Übertragungsschalter mit parallelgesehalteten elektronischen Schaltern auf ein Minimum reduziert werden kann. Vorzugsweise werden insgesamt drei Übertragungsschalter hintereinander geschaltet.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand des In der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein scliematisches Schaltbild eines Hochspannungs-Gleichstromnetzes mit einem GleichstromLeistungsschalter nach der Erfindung,

F i g. 2 ein Diagratnm. das den zeitlichen Stromverlauf beim Öffnen des erfindungsgemäßen Leistungsschalters wiedergibt,

F i g. 3 ein Diagramm, das die zeitliche Spannungsänderung beim Öffnen des Leistungsschalters nach der Erfindung veranschaulicht und

F i g. 4 das Blockschaltbild der zur Steuerung der Schalter des erfindungsgemäßen Leistungsschalters dienenden Steuereinrichtung.

F i g. 1 veranschaulicht einen Hochspannungs-Gleichstromkreis mit einem Leistungsschalter nacli der Erfindung. Der Hoehspunnimgs-GIeichstromkreis ist in seiner Gesamtheil mit 10 und der Leistungsschalter in seiner Gesamtheit mit 12 bezeichnet.

Der Gleichstromkreis 10 umfaßt eine positive Leitung 14 und eine Rücklcitung 16. Zwischen beide Leitungen ist eine einen Strom großer Stärke liefernde Hochspannungs-Gleichstromquelle 18 geschaltel, die der Einfachheit halber als Batteiie dargestellt ist. Es versteht sich jedoch, daß eine solche Gleichstromquelle gewöhnlich einen von einer Antriebsmaschine oder einer Turbine angetriebenen Mehrphasen-Wechselstromgencrator umfaßt, der seine Leistung einem Transformator zuführt. Der Transformator erhöht die Spannung und speist Gleichrichter, die zwischen die positive Leitung 14 und die Rückkehrlcitung 16 eingeschaltet sind. Das hier als bevorzugtes Beispiel behandelte System hat eine Leistung von 400 MW, weil eine solche Leistung für einen zukünftigen Gebrauch zur Leistungsversorgung von Stadtgebieten geeignet zu sein scheint. Es ist diese Leistung, die für eine unterirdische Versorgung von Stadtgebieten von nahegelegenen Kraftwerken aus verwendet werden kann. Bei diesem Beispiel beträgt der Normalstrom 1000 A, wie es in F i g. 2 dargestellt ist, in der die an der Ordinate angeschriebenen Ziffern jeweils 1Ot)OA angeben. Weiterhin liegt zwischen der positiven Leitung 14 und der Rückkehrleilung 16 normalerweise eine Spannung von 200 kV, wie es Fig. 3 veranschaulicht, in der die an der Ordinate angeschriebenen Ziffern Vielfache von 1000 V sind. Weiterhin befindet sich die Rückleiiung 16 vorzugsweise auf Erdpotential, und es ist ein zweiter Kreis 10 vorgesehen, mit einer auf -200 kV liegenden Leitung und einem /weiten Leistungsschalter 12. Mit anderen Worten veranschaulicht Fig. 1 eine Hälfte eines zur Erläiit¹.·- rung der Erfindung gewählten Swems r,n; einer Gesamtleistung von 400 MW. Das vorstehend behandelte Beispiel wird in der gesamtfn Bescheibun^ zur Erläuterung der Erfindung benutzt. Die Erfinduim ist

Γ7Ι HT^Vl IMkP U

5 6

steht sich auch, daß die angegebenen Zahlenwerte nur gerat 22 mil einer Steuereinrichtung 64 verbunden.

für dieses Beispiel gelten und bei Anwendung des er- die eine Sieiierschaltung enthält, die in der nachfol-

findungsgemäßen Gleichstrom Lustungssehalters in gend beschriebenen Weise arbeitet. Die Ausgänge

anderen Kreisen diese Werte von den Kreisbedingini- der Steuereinrichtung 64 sind mit Übcrtnimimis-

gen abhängen. 5 sehaliersieueriingen 66. 70 und 74 sowie Steuerungen

Zu der Leistungst]uelle 18 ist eine Induktivität 20 68, 72 und 76 für die elektronischen Schalter ver-

in Serie geschaltet. Die Induktivität 20 repräsentiert blinden.

die Induktivität des Gesamlkreises. Oie Kreisindukti- Die I luTtragungssduiitcrsteueiungen 66, 70 und vital begrenzt die zeilliche Stromänderung. Sollte die 74 sind jeweils mit einem der Übertragungsschalter normale Kreisinduktivität zu gering sein, kann eine io 24 bzw. 26 bzw. 28 verbunden. In gleicher Weise zusätzliche Induktionsspule zur (iliiluing und zur Be- sind die Steuerungen 68, 72 und 76 mit jeweils einem grenzung der Geschwindigkeit des Stromanstieges der elektronischen Schalter 44 bzw. 50 bzw. 56 verunter Fehlerbcdingungen eingebaut werden. Bei dem blinden.

hier behandelten speziellen Beispiel beträgt die Bei dem Überwachungsgerät 22 handelt es sich um

Kreisindukliviiät 0,5 H. mi daß bei einer Leisiungs- 15 ein beliebiges geeignetes übliches Übel wachimgsgc-

quclle von 200 kV die Geschwindigkeit der S'romän- rät, das auf die Spannung /wischen den Leitungen 14

derung bei Auftreten eines Fehlers 400 A'ms beträgt. und 16. den Strom oder die zeitliche Stromänderung

Der Kondensator 19 veranschaulicht die Gesamika- in der Leitung 14 oder auf Kombinationen dieser Si-

pazilät des Kreises. gnalc anspricht. Geeignete Überwachungsgeräte sind

In die Gleichstromleitung 14 sind hintereinander 20 in ilen folgenden USA.-Patentschriften 3 353 171. ein Überwachungsgerät 22.'Übertragungsschalter 24. 3419791," 3 4f>3 998. 3471 7S4, 3473 1Oh. 26 und 28 und eine Last 30 geschaflct.^Bci der Last 3 475 653, 3 478 352 und 3 489 920 beschrieben. 30 kann es sich um eine übliche kommerzielle Last Lines oder mehrere dieser Überwachungsgeräte kann oder um eine spezielle Last handeln, welche die von als Überwachungsgerät 22 verwendet werden. Statt der Leistungsquelle 18 erzeugte Leistung verbraucht. 25 dessen oder zusätzlich kann auch ein von Hand betä-Demnach kann die Last 30 Umformer, Transformer ligbares Ausloseglied zum Öffnen des Leistungsund Einrichtungen zur Verteilung an die Endvcr- schalters 12 durch Auslösen der Steuereinheit 64 verbraucher umfassen. Die Leitungen 32 und 34 stellen wendet werden. In manchen Fällen kann es erdic zur Übertragung dienenden Abschnitte der positi- wünscht sein, den Leistungsschalter 12 nur in einem vcn Leitung 14 und der Rücklcitung 16 dar, welche 30 Teil des Ölfnungsvorganges zu betreiben. Die Steuerdic Leistung von der Quelle zur Last übertragen. einrichtung 64 kann lür eine solche Art der Steuerung Demnach befindet sich der Leistungsschalter 12 wr- ausgelegt sein. Die Verwendung eines speziellen zugsweisc nahe der Leistungsquelle 18. und es linde! Überwachungsgerätes ist lür die Erfindung nicht kridie Übertragung über größere Entfernungen mittels tisch, und es kann jede übliche Überwachungseinrichdcr Leitungen 32 und 34 statt. 35 lung verwendet weiden.

Die Verbindung 36 mit ihrem Schalter 38 zwi- Die Überiiagungsschalterstcuerung 66 und der sehen den Leitungen 32 und 34 stellt einen Kurz- Übenragimgssehaller 24 sind von der Art, wie sie in Schluß dar. wie er am Eingang zur Last 30 oder zwi- gewöhnlichen Leistungsschalter!! vorhanden sind, sehen den zur Last führenden Leitungen 32 und 34 wie beispielsweise in dem in der USA.-Patentschrift auftreten kann. Das Schließen des Schalters 38 rc- 40 3 2hS 687 beschriebenen Leistungsschalter. Von dem präsentiert einen unerwarteten Kurzschluß und es Übeniagungsschailer 24 wild gefordert, daß seine veranschaulicht demgemäß die Verbindung 36 mit Kontakte in der Lage sind, im geschlossenen Zustand ihrem Schalter schematisch andere Arten von gut lei- einen Strom von KKH) A zu führen, nämlich den maienden elektrischen Verbindungen zwischen den Lei- ximalen Normalstrom bei dem als Beispiel angegebetunizcn 32 und 34. 45 neu Gleichstromkreis, und außerdem dem Fehle r-

Zu beiden Seiten des Übertragungsschaltcrs 24 strom ohne Beschädigung zu widerstehen. Weiterhin sind mit der Leitung 14 Leitungen 40 und 42 verbun- müssen die Kontakte bei geöffnetem Schalter ohne den. Zwischen diese Leitungen ist ein elektronischer zu leiten, der Überspannung des Kreises widerste-Sehalter 44 geschaltet, so "daß er parallel zu dem hen. Für dieses Beispiel ist eine Überspannung ge-Übertragungsschalter 24 liegt. Außerdem ist parallel 50 wählt, die das 1.7fachc der normalen Kreisspannung zu dem elektronischen Schalter 44 zwischen die Lei- beträgt. Bei einer normalen Kreisspannung von 200 tungen 40 und 42 ein encrgicabsorbierender Wider- kV beträgt dann bei diesem Beispiel die Überspanstand 46 geschaltet. nun« 340 kV. Demnach müssen die Kontakte des

In gleicher Weise sind Leitungen 42 und 48 zu Übcrtragungsschallers 24 nach dem Öffnen und Em-

beiden Seiten des Übertragungsschalters 26 an die 55 ionisieren in der Lage sein, einer angelegten Gleich-

Leitung 14 angeschlossen. Zwischen die Leitungen spannung von 340 kV zu widerstehen. Die Ubcrtra-

42 und 48 sind parallel zu dem Übertragungsschalter gungsschaltersteucrungen 70 und 74 und die zu-

26 ein elektronischer Schalter 50, ein Ableitkondcn- geordneten Übertragungsschalter 26 und 28 sind mit

sator 52 und ein energieverzehrender Widerstand 54 der Übertragungsschaltersteucrung 66 und dem

geschaltet. 60 Übertragungsschalter 24 identisch.

Zu beiden Seiten des Übertragungsschalters 28 Bei dem elektronischen Schalter 44 kann es sich

sind Leitungen 48 und 49 an die Leitung 14 an£»e- entweder um eine Schaltröhre mit gekreuzten FeI-

schlossen. Zwischen diese Leitungen 48 und 49 sind dem oder mit einer Flüssigmetallkathode handeln,

ein elektronischer Schalter 56, ein Ableitkondensator Beide Schaltröhren sind in der deutschen Auslege-

58 und die Serienkombination aus einem Ableit- 65 schrift 1 790 002 bzw. in der deutschen Offenlegungs-

widerstand 60 und einem Ableitkondensator 62 ge- schrift 1 915 344 behandelt. Es können auch andere

schaltet. Arten elektronischer Schalter benutzt werden, die

Wie aus Fig.4 ersichtlich, ist das Überwachungs- eine geeignete Entionisierungszeit aufweisen und

unter den angegebenen Bedingungen arbeiten kön- _schlossenen Übertragungsschalter 24, 26 und 28 und nen. Von dem elektronischen Schalter 44 wird ge- _{dnrch die Last} _3Q _Der Spannungsabfall an der Last fordert, daß er beim Anlegen einer Spannung den _{hat den} N_ennwert von 200 kV

leitenden Zustand annimmt. Wenn der Übertragungs- _{Unter diesen Bedingungen sind die} elektronischen

schalter 24 öffnet, bildet sich zwischen seinen Kon- ₅ Schalter 44, 50 und 56 nichtleitend, sind jedoch in takten ein Bogen, und es steigt die Spannung zwi- _{einem Zustand der} ßetriebsbereitschaft, so daß sie leischen den Kontakten an, wenn sich der Bogen aus- _{tend werdeni wenn eine} geeignete Spannung angelegt dehnt. Wenn diese Spannung die Leitspannung des _wjrd

elektronischen Schalters 44 erreicht, wird der elek- _{Zum Zeitpunkt} _a _{tritt ein Feh}i_{er auf der die Lei}.

tronische Schalter leitend. Wenn sich die Kontakte _{10 tungen 32 und 34 kurzsch}|_{ießt) wie es durch ejn} des Übertragungsschalters 24 weiter voneinander ent- Schließen des Schalters 38 veranschaulicht werden fernen, erlischt der Bogen. kann. Dieser Fehler verursacht ein Absinken der

Hinsichtlich der Leitung muß der elektronische Spannung an der Last auf nahe OV und eine ZuSchalter in der Lage sein, bis zum Vierfachen des _{nahme des} stromes, die durch den Wert der Induktinormalen Kreisstromes zu leiten. Gemäß dem ange- ,_{5 v}j_tat 20 begrenzt ist. Wie oben angegeben, beträgt gebenen Beispiel wurde als Grenze für den Maximal- _dj_e Geschwindigkeit der Stromzunahme 400 A/ms, strom das Vierfache des normalen Stromes gewählt, D_as überwachungsgerät 22 bemerkt die Zunahme was mit der Überspannung in Höhe des ljfachen _des stromes, die Geschwindigkeit der Stromzuder Normalspannung und der Induktivität des Krei- nähme, die Abnahme der Spannung zwischen den ses von 0,5 H übereinstimmt. Demnach muß der ₂₀ Leitungen oder eine Kombination dieser Signale und elektronische Schalter 44 in der Lage sein, bis zu _steu_t dadurch fest, daß ein Fehler aufgetreten ist. 4000 A zu leiten. Diese Feststellung erfolgt im Punkt b auf der Ab-

Weiterhin muß der elektronische Schalter 44 in _szj_{sse der} Diagramme nach den Fig. 2 und3. Wie der Lage sein, bei diesem Strom auszuschalten. Um angegeben, gibt Fig. 2 den das Überwachungsgerät für die Verwendung in dem als Beispiel angegebenen _a5 22 durchfließenden Strom an, der gleich dem von der Kreis geeignet zu sein, muß der elektronische Schal- Leistungsquelle 18 gelieferten Strom ist. F i g. 3 reter 44 einer Geschwindigkeit des Spannungsanstieges präsentiert die am Leistungsschalter anstehende von etwa 1 kV/ms standhalten. Die obenerwähnten Spannung und insbesondere den Spannungsabfall, Schaltröhren mit gekreuzten Feldern oder Flüssigme- _{der durch das} öffnen des Leistungsschalters hervortallkathode sind für diesen Zweck geeignet. Es ver- ₃₀ gerufen wird. In den Diagrammen ist vom Ursprung steht sich, daß der elektronische Schalter 44 einen bis zum Punkt α der Strom normal und der Spanoder mehrere in Serie geschaltete elektronische nungsabfall am Leistungsschalter Null. Im Punkt α Schalter de. genannten Arten umfassen kann, um tritt der Kurzschluß auf. In dem Zeitintervall von« die gewünschte Spannungsfestigkeit und das Abschalt- bj_s b trifft das Überwachungsgerät die Entscheidung, vermögen zu haben, wenn die Charakteristik korn- _{35 o}b der Leistungsschalter betätigt werden soll oder merzieller Ausführungen dieser elektronischen Schal- nicht, und es öffnet die Steuerung 66 im Zeitpunkt b ter dies verlangen. Die elektronischen Schalter 50 und die Kontakte des Übertragungsschalters 24. Der 56 sind mit dem elektronischen Schalter 44 identisch. Spannungsabfall, der durch den zunächst auftreten-Wie in den obengenannten Druckschriften beschrie- den Lichtbogen erzeugt wird, bewirkt ein Leiten des ben, sind diese elektronischen Schalter ein- und aus- ₄₀ elektronischen Schalters 44, der in einem Zustand schaltbar. der Betriebsbereitschaft war und das Anlegen einer

Die Widerstände 46 und 54 sind als nichtlineare Spannung erwartete, so daß im Zeitintervall von b Widerstände dargestellt. Solche Widerstände sind bisc der Spannungsabfall am Leistungsschalter vorzuziehen, weil es mit nichtlinearen Widerständen durch den Spannungsabfall am elektronischen Schalmöglich ist, mit einem Leistungsschalter nach der Er- 45 ter 44 gegeben ist, sobald dieser Schalter leitet, welfindung den als Beispiel angegebenen Kreis mit nur eher Spannungsabfall durch den Parallelzweig mit zwei Widerständen 46 und 54 und zwei parallelen dem Widerstand 46 leicht vermindert ist. Im Zeitinelektronischen Schaltern 44 und 50 zu unterbrechen. tervall zwischen b undc sind die Kontakte des ÜberWenn lineare Widerstände anstatt nichtlinearer tragungsschalters 24 geöffnet, und es ist die Schalt-Widerstände 46 und 54 verwendet würden, würde 50 strecke entionisiert.

mindestens ein zusätzlicher elektronischer Schalter Nach vollständiger Entionisierung bewirkt die

benötigt. Bei den Widerständen 46 und 54 handelt es Steuerung 68 des elektronischen Schalters 44 im sich um Siliziumcarbid-Widerstände. Bei diesem Bei- Punkt c ein Abschalten dieses elektronischen Schalspiel hat der Widerstand 46 einen solchen Wert, daß ters. Hierdurch wird der Widerstand 46 in die Leier bei 4000 A einen Spannungsabiall von 340 kV 55 tung eingeschaltet. Der Wert dieses Widerstandes ist verursacht, während am Widerstand 54 bei 2500A so gewählt, daß beim Einschalten dieses Widerstanein Spannungsabfall von 130 kV entsteht. des in die Leitung bei dem herrschenden Spitzen-

Der zur Aufnahme des Überstromes dienende strom keine Überspannung auftritt, die den zulässi-Kondensator 62 ist ein üblicher Kondensator mit öl- gen Wert, nämlich in diesem Fall 340 kV, über füllung und hat bei dem behandelten Beispiel einen 60 schreitet Sollte die Kreiskapazität 19 für solche Be- Wert von 2 pF. Er hat eine Spannungsfestigkeit von grenzung der Spitzenspannung nicht ausreichen, 340 kV und nimmt die restliche Überspannung auf. kann parallel zum Widerstand 46 ein zusätzlicher Der Ableitwiderstand 60 hat einen Wert von 100 Ω Kondensator vorgesehen werden. Das Einschalten und ist in der Lage, bei der Unterdrückung des Über- des Widerstandes bewirkt eine Abnahme des Strostromes einen Strom von 1000 A zu führen. 65 mes, die eine Verminderung des Spannungsabfalles

Beim Normalbetrieb des Kreises 10 liefert die Lei- am Leistungsschalter zur Folge hat
stungsquelle 18 einen Strom von 1000 A durch die Wenn der Spannungsabfall am Leistungsschalter

Induktivität 20, das Überwachungsgerät 22, die ge- auf nahe 200 kV, also die normale Leitungsspannung

abgefallen ist, öffnet die Steuerung 70 die Kontakte des Ubertragungsschalters 26. Das Öffnen führt zu einem Spannungsabfall am elektronischen Schalter 50, so daß dieser Schalter leitend wird. Wenn die Kontakte des Übertragungsschalters 26 völlig geöflnet und entionisiert sind, schaltet im Punkt d die Steuerung 72 den elektronischen Schalter 50 ab. Hierdurch wird erneut der Spannungsabfall am Leistungsschalter erhöht, weil der energieverzehrende Widerstand 54 in Serie zum Widerstand 46 geschaltet wird. Die Geschwindigkeit des Spannungsanstieges wird außer der Kreiskapazität durch einen zusätzlichen Kondensator 52 begrenzt. Die Werte sind so gewählt, daß der durch das Abschalten des elektronischen Schalters 5Ö bedingte Spannungsanstieg nicht die bei diesem Beispiel zulässigen 340 kV überschreitet.

Die Serienschaltung der Widerstände 46 und 54 bewirkt eine weitere Abnahme des Stromes im Zeitintervall von rf bise in Verbindung mit einer Ab- ao nähme des Spannungsabfalles am Leistungsschalter von nahezu dem maximal zulässigen Wert bis zur Leitungs-Nennspannung, wie es in Fig.3 veranschaulicht ist.

Beim letzten Schritt bewirkt die Steuereinrichtung as 64 das Öffnen der Kontakte des Ubertragungsschalters 28, was wiederum einen Spannungsabfall an dem sich im Zustand der Betriebsbereitschaft befindenden elektronischen Schalter 56 zur Folge hat. Durch diesen Spannungsabfall wird der elektronische Schalter leitend. Wenn die Kontakte des Übertragungsschalters 28 völlig geöffnet und entionisiert sind, bewirkt die Steuerung 76 ein Ausschalten des elektronischen Schalters 56 im Punkte. Der restliche überstrom wird von dem Kondensator 62 mit seinem Ableitwiderstand 60 aufgenommen. Wenn der Reststrom in den Kondensator geflossen ist, ist der das Überwachungsgerät durchfließende Strom auf Null zurückgegangen und der Spannungsabfall am Leistungsschalter tut den Nennwert der Leitungsspannung. Der Leistungsschalter 12 kann als Hauptschalter zum Unterbrechen der Leitung sowohl an deren der Quelle als auch an deren der Last benachbartem Ende verwendet werden. Weiterhin kann der Leistungsschalter für eine von einer Übertragungsleitung abgezweigte Leitung verwendet werden. Demnach handelt es sich bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Leistungsschalters als Unterbrecher 12 in dem dargestellten Kreis 10 als spezielle Anwendung eines allgemein verwendbaren Schalters, und es versteht sich, daß der erfindungsgemäße Leistungsschalter auch für andere Zwecke eingesetzt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gleichstrom-Leistungsschalteinrichtung mit mindestens zwei in einer Gleichstromleitung hintereinander angeordneten mechanischen Übertragungsschaltern, die beim Abschalten nacheinander verzögert ausgelöst werden, mit je einen Schalter enthaltenden Zweigen, von denen je einer jedem (Jbertragungsschalter parallel geschaltet ist, und mit je einem jedem Übertragungsschalter parallelgeschalteien Widerstand und einem zu dem Widerstand der letzten Stufe in Serie geschalteten Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß die je einen Schalter enthaltenden Zweige ausschließlich je einen elektronischen Schalter (44, 50, 56) enthalten, der im Stande ist, einen ihn durchfließenden Gleichstrom zu unterbrechen, und daß mit den Übertragungsschaltern (24, 26, und 28) und den elektronischen Schaltern (44, 50 und 56) eine Steuereinrichtung (64) gekoppelt ist, die beim Abschalten zunächst den ersten Übertragungsschalter (24) öffnet, während sich der erste elektronische Schalter (44) in einem zur Stromübernahme geeigneten Zustand befindet, so daß der erste elektronische Schalter (44) den Strom übernimmt, und dann den ersten elektronischen Schalter (44) in den nichtleitenden Zustand bringt, so daß der Strom dann den ersten Widerstand (46) durchfließt, und den gleichen Vorgang bei nachfolgenden weiteren Parallelschaltungen aus Übertragungsschalter (26, 28), elektronischem Schalter (50, 56) und Widerstand (54, 60) mit gegebenenfalls in Serie geschaltetem Kondensator (62) wiederholt.

2. Leistungsschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt drei Übertragungsschalter (24, 26 und 28) hintercinandergeschaltet sind.

3. Leistungsschalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (46 und 54) nichtlineare Widerstände sind.