DE2151947B2

DE2151947B2 - Anordnung zur netzgetreuen pruefung des ausschaltvermoegens von lastschaltern und lasttrennschaltern fuer hohe spannungen

Info

Publication number: DE2151947B2
Application number: DE19712151947
Authority: DE
Inventors: Eckart v. Dipl.-Ing. 3501 Simmershausen; Döpper Horst Dipl.-Ing. 3500 Kassel; Karrenbauer Herbert Dr.-Ing. 3501 Niederkaufungen Bonin
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-10-19
Filing date: 1971-10-19
Publication date: 1976-02-05
Also published as: DE2151947A1; GB1391636A; DE2151947C3; FR2156736B3; FR2156736A1; CH553985A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur netzge-Ireuen Prüfung des Ausschaltvermögens von Lastschaltern und Lasttrennschaltern für hohe Spannungen, z. B. HOkV und höher, mit einer Stromquelle, deren Kurzschlußleistung kleiner ist als diejenige am Einbauen des Schalters im Netz.

Hochspannungs-Lastschalter und -Lasttrennschalter dienen dazu, in Verteilernetzen Betriebsströme auszuichalten. Sie müssen Kurzschlußströme führen und auch iuf solche hohen Ströme einschalten können; sie dienen fber nicht dazu, diese Ströme zu unterbrechen. Dafür Sind die Leistungsschalter vorgesehen, die einer Reihe von Stromkreisen mit Lastschaltern oder Lasttrenn-Schaltern übergeordnet sein können.

Für die Prüfung von Lastschaltern und Lasttrenntchaltern sind nach geltenden Vorschriften bestimmte Regeln zu beachten, nach denen solche Schalter einen bestimmten Strom bei einem Leistungsfaktor von 0,65 bis 0,75 und bei voller Wietlerkehrspannung ausschalten •nüssen. Außerdem darf in der zur Prüfung der Schalter dienenden Anordnung die Reaktanz auf der Speiseseite tiur etwa das 0,1 bis 0,2fache der Impedanz der Lastseite betragen. Wenn dies der Fall ist, ergibt sich die lietzgetreue Beanspruchung des zu prüfenden Schalters durch die Wiederkehrspannung, die sich aus drei Komponenten zusammensetzt, nämlich aus der 50-Hz-Netzspannung, aus einer dieser überlagerten transienten Teilspannung auf der Speiseseite und einer exponentiell abklingenden Teilspannung auf der Last-Seite.

Es sind bereits verschiedene Prüfkreise für Wechselstromschalter bekannt (Bulletin des Schweizerischen elektrotechnischen Vereins ASE 56 [1965] 4, 20.2., S. 117/118).

Diese Prüfkreise sind zwar nicht speziell für Lastschalter gedacht, doch lassen sich auch diese damit untersuchen. Zum Teil sind die Prüfkreise mit zwei Generatoren, die zu beiden Seiten des Prüflings liegen, ausgerüstet. Dies erfordert jedoch einen erhöhten Aufwand auf der Anlagenseite. In derselben Veröffentlichung ist auch ein Prüfkreis mil nur einem Generator beschrieben, der auf der Speiseseite des zu prüfenden Schalters liegt. Auf der Speise- und Lastseite befinden sich ferner Strombegrenzungsdrosseln zur Einstellung der Stromstarke unu «ci.u^ a—e._!..c..ic vrvu..„^nsatoren und Widerstand) zur Einstellung der geprüften Einschwingfrequenzen.

Nun stößt aber die Prüfung bei hohen Schalter-Nennspannungen, z.B. über 100 kV, auf Schwierigkeiten, wenn die vorhandene Stromquelle wegen ihres hohen inneren Widerstandes und der dadurch bedingten kleinen Kurzschlußleistung nicht in der Lage ist, den erforderlichen Strom von beispielsweise 2000 A zu liefern, ohne daß ihr innerer Spannungsabfall das zulässige Maß überschreitet. In einem solchen Falle wird nicht nur die geforderte Phasenlage von Strom und Spannung nicht eingehalten, sondern auch die vorerwähnten Komponenten der Wiederkehrspannung werden nicht richtig wiedergegeben, so daß nichi netzgetreu geprüft werden kann. In den meisten Prüffeldern sind aber keine Generatoren mit so hoher Kurzschlußleistung vorhanden, daß sie in direkter Schaltung wie in einem Netz eine Prüfung von Hochspannungs-Lastschaltern und -Lasttrennschaltern ermöglichen.

Um aus dieser Schwierigkeit, die mit zunehmender Betriebsspannung immer größer wird, herauszukommen, gibt die Erfindung einen Weg an, der auch bei Prüfgeneratoren mit kleinen Kurzschlußleistungen zu netzgetreuen Prüfungen führt.

Erfindungsgemäß sind zu diesem Zweck die nach bestehenden Vorschriften in einem bestimmten Verhältnis zueinander festgesetzten Impedanzen der Speise- und Lastseite im Gegensatz zum Netz bei der Prüfanordnung so ausgebildet, daß die Reaktanz auf der Speiseseite gleich der größeren Lastreaktanz und die Reaktanz auf der Lastseite gleich der kleineren Reaktanz der Stromquelle ist, wobei der ohmsche Widerstand der Lastimpedanz die Speiseseite überbrückt und die an ihm abfallende Spannung durch Erhöhung der Speisespannung an die Wiederkehrspannung angepaßt ist und der Reaktanz auf der Lastseite ein "Einschwingglied zugeordnet ist. Speiseseite und Lastseite sind hierbei durch den ?.u prüfenden Schalter getrennt.

Es ist leicht möglich, die bereits vorhandene Reaktanz der Hochspannungsstromquelle, die an sich einen zu hohen Wert in bezug auf die Vorschrift hat, weiter so zu vergrößern, daß sie der Lastreaktanz entspricht, und andererseits macht es keine Schwierigkeiten, auf der Lastseite eine Reaktanz von der Größe anzuordnen, wie sie der geforderten Reaktanz der Stromquelle entspricht. Der Vorteil einer so ausgebildeten Prüfanordnung besteht einmal darin, daß sich an der Höhe des über den Prüfschalter fließenden Stromes nichts ändert, wenn die größere Reaktanz auf der Speiseseite und die kleinere Reaktanz auf der Lastseite, also umgekehrt wie im Netz, liegen. Und zum ar.deren können die Komponenten der Wiederkehrspannung, die nach der Stromunterbrechung an dem Prüfschalter auftreten, in der geforderten richtigen Höhe erzeugt werden, da die Reaktanzen in der Prüfanordnung nunmehr die vorgeschriebenen Werte haben. Diese Komponenten der Wiedeikehrspannung treten zwar im entgegengesetzten Sinne an dem Prüfschalter auf wie im Netz, aber die Höhe und der Verlauf der aus ihnen resultierenden Wiederkehrspannung ist der gleiche wie im Netz, so daß trotz der an sich zu kleinen Kurzschlußleistung der Hochspannungsstromquelle eine netzgetreue Prüfung

des Schalters auf sein Ausschaltvermögen möglich ist.

Der wesentliche Unterschied zwischen der Erfindung und dem oben angegebenen Stand eier Technik liegt also in der Vertauschung der lm,.-edanzen von Last- und Speiseseite. Nach den geltenden Vorschriften muß in Prüfschaltungen für Lastschalter, wie z. B. nach F i g. 3, die Reaktanz Li der Lastseite den 5 bis lOidchen Wert der Reaktanz L\ der Soeiseseite aufweisen, damit sich eine netzgetreue Beanspruchung des zu prüfenden Schalters durch die Wiederkehrspannung ergibt. Diese Forderung bedingt jedoch bei höheren Schaltleistungen des zu prüfenden Schalters einen Generator mit sehr hoher Kurzschlußleistung, dessen volle Leistung jedoch nicht ausgenutzt wird. Durch das erfindungsgemäße Vertauschen der Impedanzen konnte nun erreicht werden, daß bei Einhaltung des vorgeschriebenen Verhältnisses ein Generator mit kleherer Leistung bzw. mit hoher Eigeninduktivilät Li ausreicht.

Zur weiteren Erläuterung ist in der Zeichnung ein Ausf'ihrungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

F i g. 1 zeigt die bekannte Schaltung einer Prüfanordnung, die eine Hochspannungsstromquelle mit genügend hoher Kurzschlußleistung aufweist, um einen Lastschalter wie im Netz prüfen zu können;

F i g. 2 zeigt ein dazu gehörendes Strom-Spannungs-Diagramm;

F i g. 3 gibt die Schaltung der Prüfanordnung nach der Erfindung wieder und

Fig.4 stellt ein dazu gehöriges Strom-Spannungs-Diagramm dar.

In Fig. 1 speist eine Hochspannungsstromquelle von z. B. 110 kV, die aus einem Generator und einem von diesem gespeisten Transformator besteht, über ihre Reaktanz Zund den Prüfschalter P eine Lastimpedanz, die von einer Reaktanz Zi. und einem parallel geschalteten Widerstand R gebildet wird. Die Reaktanz Z beträgt dabei etwa das 0,1 bis 0,2fache der Lastreaktanz Zl, wie es den Vorschriften entspricht. Die Speiseseite G, Z ist durch ein Einschwingglied Cc, Rd überbrückt. Dieses Glied dient zur Anpassung der Einschwingfrequenz der Wiederkehrspannung an diejenige des Netzes.

Nach F i g. 2 sind die 50-Hz-Netzspannung mit u und der ihr gegenüber um etwa 50° pliasenverschobene Ausschaltstrom mit / bezeichnet. Die Spannung υ teilt sich im Verhältnis der Impedanzen auf der Speise- und Lastseite auf. Im Augenblick fi der Stromunterbrechung schwingt die an der Reaktanz Z auftretende Spannung Uy auf, bis sie nach einer bestimmten Zeit in die Netzspannung υ übergeht. Die an der Lastimpedanz Zl, R auftretende Spannung dagegen sinkt exponentiell auf Null ab, weil sie von der Stromquelle durch den Prüfschalter P abgetrennt ist. Die Differenz zwischen beiden Spannungskomponenten u/ und u/.i. erscheint dann als Wiederkehrspannung uw an dem Prüfsciialter und beansprucht diesen auf seine elektrische Festigkeit.

In Fig. 3 ist nun die Schaltung der Prüfanordnung

nach der Erfindung dargestellt. In ihr sind die Schaltungselemente auf der Speiseseite unc der Lastseite im Vergleich zu der Schaltung nach F i g. 1 praktisch miteinander vertauscht, so daß nunmehr die größere Reaktanz Z auf der Speiseseite liegt, wobei der Widerstand R, an dem nach dem Ausschalten des Prüfschalters P die Wiederkehrspannung erzeugt wird, die Speiseseile überbrückt und die kleinere Reaktanz Zl' mit ihrem Einschwingglied Ce, Rd auf der Lastseite liegt.

Der Strom, der durch die Reaktanz ZC fließt, muß gleich dem Ausschaltstrom /sein, wie er in Fig.! über die Reaktanz Z und den Prüfschaiter P fließt. Das Verhältnis der Impedanzen zueinander ist das gleiche geblieben. Die Kurzscn'-·.- . "tung der Hochspannungsstromquelle C kann jei ;jf»och wesentlich kleiner sein als diejenige von G nach Fig. 1, weil ihre innere Reaktanz noch auf den Wert der Lastreaktanz erhöht wird, also nicht mehr von vornherein zu groß ist. Daß trotzdem die Prüfung netzgetreu wie in der Schaltung nach F i g. 1 erfolgt, läßt F i g. 4 erkennen.

Aus Fig.4 geht hervor, daß die Netzspannung ιϊ erhöht ist gegenüber der Spannung u in F i g. 2. Dies ist notwendig, um den Spannungsabfall an Z zu kompensieren, der durch den über den Widerstand R fließenden Strom hervorgerufen wird. Die Spannung uz¹ auf der Speiseseite steigt in diesem Falle von ihrem Anfangswert zur Zeit fi exponentionell auf die Spannung u' an, da die Reaktanz Z auch nach der Öffnung des Prüfschalters von einem Strom durchflossen wird. Die Spannung uz.-l schwingt dagegen um die Nullinie bis auf den Nuüwert ab, da die Reaktanz Zi'. durch den Prüfschalter P von der Stromquelle C abgeschaltet wurde. Die Differenz zwischen den beiden Spannungen uz und uzL stellt wieder die am Prüfschalter Pliegende Wiederkehrspannung Uw dar. Wie zu erkennen ist, ist letztere identisch mit der Wiederkehrspannung, wie sie sich in der Prüfschaltung nach Fig. 1 ergibt. Damit ist der Prüfschalter genauso beansprucht wie bei einer Hochspannungsstromquelle mit einer hohen Kurzschlußleistung.

Die Erfindung bedeutet also für die meisten Prüffelder eine wesentliche Verbesserung hinsichtlich der Ausnutzung ihrer vorhandenen Prüfgeneratoren, da diese nunmehr auch für die Prüfung von Hochspannungs-Lastschaltern und -Lasttrennschaltern benutzt werden können, deren Anwendung sich durch den ständig zunehmenden Bau von vollisolierten, gekapselten Hochspannungsschaltaniagen immer mehr erweitert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Anordnung zur netzgetreuen Prüfung des Ausschaitvermögens von Lastschaltern und Lasttrenn ichaltern für hohe Spannungen, z.B. 110kV und höher, mit einer Stromquelle, deren Kurzschlußleistung kleiner ist als diejenige am Einbauort des Schalters im Netz, dadurch gekennzeichnet, daß die nach bestehenden Vorschriften in einem bestimmten Verhältnis zueinander festgesetzten Impedanzen der Speise- und Lastseite im Gegensatz zum Netz bei der Prüfanordnung so «usgebildet sind, daß die Reaktanz (Z) auf der Speiseseite gleich der größeren Lastreaktanz und die Reaktanz (Zl') auf der Lastseite gleich der kleineren Reaktanz der Stromquelle (G) ist, wobei der ohmsche Widerstand (R) der Lastimpedanz die Speiseseite überbrückt und die an ihm abfallende Spannung durch Erhöhung der Speisespannung an die Wiederkehrspannung angepaßt ist und der Reaktanz (Zl')zu\ der Lastseite ein Einschwingglied (Ce, ^zugeordnet ist.