DE2208432B2

DE2208432B2 - Leistungsschalteinrichtung

Info

Publication number: DE2208432B2
Application number: DE2208432A
Authority: DE
Inventors: Willis F. Thousand Oaks Long; Michael A. Los Angeles Lutz
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1971-03-09
Filing date: 1972-02-23
Publication date: 1974-08-01
Also published as: FR2128386B1; US3660723A; JPS5229425B1; GB1332771A; DE2208432C3; CH544399A; DE2208432A1; CA938019A; SE368300B; FR2128386A1

Description

einrichtung anzugeben, bei der der Strom von einer Es ist zwar aus der US-PS 3 522 472 auch eine J-eitungsschalteranordnung, die eine relativ geringe Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Strom-Lichtbogenspannung aufweist, durch eine Anord- nulls in einem Leitungsschalter bekannt, jedoch ist nung von Bauelementen, die nicht der vollen, an dem diese Schaltungsanordnung nicht für die oben beabzuschaltenden Kreis liegenden Spannung standhal- 5 schriebene, bekannte Leistungsschalteinrichtung beten müssen, auf die impedanzvergrößernde Anord- stimmt. Vielmehr kann bei der beschriebenen Leinung übertragbar ist, stungGschalteinrichtung eine Schaltanordnung zur Er-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- zeugung eines Stromnulls überhaupt nicht verwendet löst, daß der elektronische Schalter der impedanzver- werden, weil der dort in Serie zu dem elektronischen größernden Anordnung zu beiden Leitungsschal tern jo Schalter liegende Leitungsschalter dann zwangläufig parallel geschaltet ist, daß mit dem ersten Leitungs- geöffnet wird, wenn der dem elektronischen Schalter schalter eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung parallele Kondensator auf einen ausreichend hohen eines Stromnulls in diesem Leitungsschalter verbun- Wert aufgeladen worden ist. Tatsächlich ist die aus den ist und diese Schaltungsanordnung dazu dient, der US-PS 3 522 472 bekannte Schaltungsanordnung nach dem öffnen der Kontakte des ersten Leitungs- 15 zur Erzeugung eines Stromnulls für eine Leistungsschalters einen für die Stromübertragung von den schalteinrichtung bestimmt, bei der ein erster Leibeiden Leitungsschalte.m zur impedanzvergrößern- tungsschalter einer Serienschaltung aus einem zweiden Anordnung hinreichenden Spannungsanstieg zu ten Leitungsschalter und einem elektronischen Schalerzeugen und daß der Spannungsteiler so bemessen ter parallel geschaltet ist. Auch bei einer solchen Leikt, daß der erste Leitungsschalter und die ihm paral- 20 stungsschalteinrichtung müssen jedoch die einzelnen klgeschahete Schaltungsanordnung nur dem anfäng- Schalter der vollen Bein'bsspannung und der vollen lieh an der impedanzvergrößemden Anordnung auf- Stromstärke standhalten.

tretenden Spannungsabfall und der zweite Leitungs- Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der

schalter dem Rest der an der impedanzvergrößern- erste Leitungsschalter ein schnell öffnender Schalter,

den Anordnung anliegenden Spannung standhalten 25 vorzugsweise ein Vakuumrelais, das sich durch eine

muß, wenn die Impedanz durch die impedanzver- hohe Erholgeschwindigkeit auszeichnet. Gemäß einer

größernde Anordnung vergrößert wird. weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die

Um mit Hilfe der erfindungsgemäßen L.eistungs- Schaltungsanordnung zur Erzeugung des Stromnulls schalteinrichtung einen elektrischen Strom eines in einfacher Weise durch eine parallel zu dem ersten Hochspannungssystems auszuschalten, wird der zu 3° Leitungsschalter liegende, einen Kondensator und den beiden Leitungsschaltern parallelgpschaltete eine Induktionsspule enthaltende Serienschaltung elektronische Schalter in Leitungsbereitschaft ver- und eine dem Kondensator parallelgeschaltete Spanictzt, und es werden im wesentlichen gleichzeitig die nungsquelle realisiert. Weiter ist bei einer Ausfühbeiden Leitungsschalter geöffnet. Nach dem Öffnen rungsform der Erfindung mit den beiden Leitungsleiten beide Schalter über ihre Lichtbogen. Dabei 35 schaltern ein Kondensator verbunden, der beim Öffwird angenommen, daß der Spannungsabfall an dem nen des ersten Leitungsschalters die Anstiegsge-Lichtbogen nicht ausreicht, um eine Stromübertra- schwindigkeit der am ersten Leitungsschalter liegengung auf den elektronischen Schalter zu gewährlei- den Spannung begrenzt. Auch ist es bei Ausfühtte^. Es wird sodann der Schalter der Schaltungsan- rungsformen der Erfindung vorgesehen, daß die imordnung zur Erzeugung eines Stromnulls in dem er- 40 pedanzvergrößernde Anordnung mehrere elektroniiten Leitungsschalter geschlossen, so daß ein Kon- sehe Schalter enthält und mit Ausnahme des ersten densator dieser Schaltungsanordnung entladen und elektronischen Schalters zu jedem ein Widerstand in ein Stromnull in dem ersten Leitungsschalter erzeugt Serie geschaltet ist, so daß bii paralle'.geschalteten wird, so daß in diesem Leitungsschalter der Strom- elektronischen Schaltern durch sukzessives Abschalfluß aufhört und der Lichtbogen entionisiert. Der 45 ten derselben eine schrittweise lmpedanzvergröße-Eweite Leitungsschalter bleibt jedoch über seinen rung erreicht wird.

Lichtbogen leitend, wobei der Strom in den Konden- Die Erfindung wird nachstehend an Hand des ir sator der Schaltungsanordnung zur Erzeugung des der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieh Stromnulls fließt. Wenn die Spannung an diesem näher beschrieben und erläutert. Es zeigt
Kondensator auf die Zündspannung für den elektro- 50 F i g. J das schematische Schaltbild eines Hochnischen Schalter angewachsen ist, beginnt der elek- spannungs-Gleichstromsystems mit einem erfintronische Schalter zu leiten, so daß der Stromfluß dungsgemäßeri Leistungsschalter,
über den Lichtbogen des zweiten Leitungsschalters F i g. 2 das Schaltbild einer anderen Ausführungsaufhört. Anschließend kann dann der elektronische form eines Teils des Leistungsschalters nach Fig. 1 Schalter zur weiteren Impedanzvergrößerung geöff- 55 F i g. 3 ein Diagramm des Siromabfalls im erster net werden. Während die Spannung an der Lei- Leitungsschalter des Leistungsschalters nach F i g. 1 Stungsschalteinrichtung anwächst, wird sie von dem zu Beginn des Stromübertragungsvorganges und
Spannungsteiler derart verteilt, daß nur ein kleiner F i g. 4 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs dei Bruchteil, bei einem bevorzugten Ausführungsbei- Spannung am ersten Leitungsschalter des Leistungsspiel der Erfindung etwa 10 °/o, der Leitungsspan- 60 schalters nach F i g. 1 während des Stromübertra nung an den Bauteilen anliegt, durch welche die gungsvorgangs.

Stromübertragung erzwungen wird und welche den In dem in F i g. 1 veranschaulichten Hochspan Schalter und den Kondensator der Schaltungsanord- nungs-Cleichstromsystem wird die Gleichstromlei nung zur Erzeugung eines Stromnulls umfassen. stung, di<? von dem erfindungsgemäßen Leistungs-Diese Komponenten brauchen daher keinen hohen 65 schalter abgeschaltet werden soll, in bekannter Weise Spannungen zu. widerstehen und können infolgedes- von einer Leistungsquelle 10 abgeleitet, die ihre Leisen entsprechend einfach ausgebildet werden, so daß stung an einen Wechselstromgenerator 12 abgibt. Die sie keine hoher. Kosten verursachen. Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 12

wird von einem Transformator 14 auf einen zur beschriebenen Ausführungsformen als impedanzver Übertragung geeigneten Wert angehoben. Hinter größernde Anordnung 38 verwendet werden. In die· dem Transformator wird die Leistung von einem scr Patentschrift ist ausgeführt, daß je nach der Gleichrichter 16 gleichgerichtet. Der Gleichrichter 16 Kenngrößen des Systems mehr oder weniger Schalthat eine positive und eine negative Ausgangsleitung 5 röhren mit gekreuzten Feldern und Widerstände be-18 bzw. 20. Induktivitäten 26 in beiden Leitungen nutzt werden können, damit die Folgeschaltvorrichsowie eine Kapazität 28 zwischen den Leitungen tung einen zur Verminderung und anschließender werden in üblicher Weise zur Gleichstromfilterung Unterbrechung des Stromes und zur Begrenzung dei und zur Glättung benutzt. Sie sind, wie gezeigt, vor- Spannungsspitzen schrittweise immer mehr Widerzugsweise an den Ausgang des Gleichrichters ange- io stände in den Kreis einschalten kann,
schlossen. Es versteht sich ferner, daß in der widerstandsver-

In Serie zwischen dem Gleichrichter 16 und einem größernden Anordnung 38 alle gängigen Schalterty-Übertragungssystem 30 liegt in der Ausgangsleitung pen benutzt werden können. Schaltröhren mit ge-18 ein Leistungsschalter 22, und es ist ein identischer kreuzten Feldern wurden zur Beschreibung deshalr Leistungsschalter 24 in die Ausgangsleitung 20 ein- 15 heranr-.zogen, weil sie unter Strom ausgeschaltei geschaltet. In Hochspannungs-Gleichstromsystemen werden können. Da die Spannungsfestigkeit von ist es üblich, für die eine Leitung ein Potential unter- Schaltröhren mit gekreuzten Feldern von deren Konhalb des Erdpotentials zu wählen, um den Aufwand struktion abhängt, kann es notwendig sein, mehrere zur Isolation der Übertragungsleitungen gegen Erde solcher Röhren in Serie zu schalten, damit sie beim auf beide Leitungen gleichmäßig zu verteilen. Aus ao Ausschalten der mit dem Überspannungsfaktor muldiesem Grund werden zwei Leistungsschalter 22 und tiplizierten Systemspannung widerstehen können 24 benötigt, nämlich einer für jede Leitung. In jeder Andere Ausschaltvorrichtungen, wie z. B. Hochvakuder beiden Leitungen kann entweder im Übertra- umtetroden, können ebenfalls verwendet werden; e? gungssystem oder an der Last ein Kurzschluß zur an- werden jedoch Schaltröhren mit gekreuzten Feldern deren Leitung, wie es durch den Kurzschlußschalter »5 beschrieben, weil sie besonders anschaulich und 32 angedeutet ist, oder nach Erde auftreten. Für den praktisch sind.

Fall, daß ein Kurzschluß nach Erde anstatt eines Oie hierin als Ausschaltvorrichtungen verwendeten

durch den Schalter 32 veranschaulichten Kurzschlus- Schaltröhren mit gekreuzten Feldern 40, 42 und 43

ses zwischen den Leitungen auftritt, ist ein unabhän- sind ausführlich in der US-PS 3 534 226 beschrieben,

giger Leitungsschutz notwendig. Bei jeder Art eines 36 Es versteht sich, daß im Betrieb an den Schaltröhre:!

Kurzschlusses ist jedoch ein Leistungsschalter not- 40, 42 und 43 eine geeignete Spannung aufgebaut

wendig. Die Leistungsschalter 22 und 24 können werden muß, damit sie leitend werden können, und

außerdem zum gewöhnlichen Schalten der Leitungen zwar ist hierfür eine Spannung in der Größenorcl-

unter Last geöffnet oder geschlossen werden. Ihre nung von 1000 V notwendig. Gegenstand der Erfin-

Betätigung setzt keinen Kurzschluß voraus. 35 dung ist die die Leitungsschalter und den Stromübcr-

Jeder der Leistungsschalter 22 und 24 ist mit einer tragungskreis umfassende Anordnung 36, die einer,

üblichen Überwachungseinrichtung gekoppelt und solchen Spannungsanstieg und dadurch eine Strom-

mit einem üblichen Steuerkreis ausgestattet, der den übertragung bewirkt.

Schaltvorgang des Leistungsschalters steuert. Das Sy- Wie Fig. 1 zeigt, sind zwischen die Leitungen 5«

stern enthält daher übliche Überwachungs- und 40 und 54 Kondensatoren 56 und 58 in Serie geschaltet.

Steuereinrichtungen für den Leistungsschalter. An Ihre Mittelanzapfung ist mit einer Spannungsteileric i-

den Ausgang des Übertragungssystems 30 ist eine tung 60 verbunden. Wie später verständlich werden

Last 34 angeschlossen. wird, ist es wünschenswert, das Potential der Span-

Der Leistungsschalter 22 besteht aus einer Lei- nungsteilerleitung 60 in der Nähe einer der beiden tungsschalter und einen Stromübertragungskreis um- 45 Leitungen, in diesem Fall der Leitung 54, zu halten, fassenden Anordnung 36 und einer impedanzver- damit der Stromübertragungskreis aus Bauelementen größernden Anordnung 38. Diese impedanzvergrö- aufgebaut werden kann, die für verhältnismäßii ßemde Anordnung 38 kann von jeder der oben be- niedrige Spannungen ausgelegt sind. Venn daher, schriebenen impedanzvergrößernden Anordnungen unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors, die gebildet werden. Es sei ausdrücklich festgestellt, daß 50 Spannung im Verhältnis von etwa 1:50 geteilt werdie dargestellte Folgeschaltvorrichtung nur ein Bei- den soll, so hat in dem folgenden Beispiel der Konspiel für eine impedanzvergrößernde Anordnung ist, densator 56 eine Kapazität von 0,0002 μ¥, während auf die der Leitungsstrom zur Vergrößerung der Lei- der Kondensator 58 eine Kapazität von 0,01 uF auftungsimpedanz und zur Unterbrechung übertragen weist. Diese Kondensatoren dienen zur Spannunaswird. Die in der US-PS 3 534 226 dargestellte Folge- 55 teilung von Impulsen. Zur Gleichspannungsteilung schaltvorrichtung enthält drei Schaltröhren 40, 42 über längere Zeiträume sind in Serie geschaltete und 43 mit gekreuzten Feldern, von denen die beiden Widerstände 62 und 64 vorgesehen und entsprechend letzten je einen energieverzehrenden Widerstand 44 mit den Leitungen 52, 60 und 54 verbunden. Wenn bzw. 46 in Serie geschaltet haben. Die erste Schalt- die Spannung wieder im Verhältnis 1: 50 eeteilt werröhre 40 und diese Serienschaltungen sind zwischen 60 den soll, so hat in dem bevorzugten Ausführungsbei-Leitungen 52 und 54 zu der die Leitungsschalter ent- spiel der Widerstand 62 einen Wert von 5-10⁸Ohm, haltenden Anordnung 36 parallel geschaltet. Eben- während der Widerstand 64 einen Wert von 10⁷Ohm falls parallel dazu liegen ein Ableitkondensator 48 aufweist. Zwei in Serie geschaltete Leitungsschalter und der zu ihm in Serie geschaltete energieverzeh- 66 und 68 sind entsprechend zwischen den Leitungen rende Widerstand 50. 6₅ 54, 60 und 52 so angeordnet, daß ihre Mittelanzap-

Die impedanzvererößernde Anordnung 38 ist eine fung ebenfalls mit der Spannungsteilerleitung 60 ver-

von den in der US-PS 3 534 226 dargestellten Anord- bunden ist.

nungen, und es kann jede der in dieser Patentschrift Der erste Leitungsschalter 66 ist so ausgelegt, daß

er eine hohe Frholpeschwindigkeit hat. Geeignete Erholgeschwinciigkeilcn haben beispielsweise Vakuumrelais. Da ein solches Vakuum relais Ströme von der Größe, wie sie in Gieichstromübertragungssystemen auftreten, nicht unterbrechen kann, wird ein aus einer Induktionsspule 70, einem dritten Schalter 72 und einem Kondensator 74 bestehender Parallelkreis benötigt, u/v/ im ersten Schalter 66 ein Stromnull zu erzeugen.

Parallel zum Kondensator 74 ist eine Serienschaltung aus Widerstand 76 und Spannungsquelle 78 geschaltet, so daß der Kondensator 74 über den Widerstand 76 aufgeladen wird. Statt des Widerstandes 76, der eine dauernde Verbindung zwischen dem Kondensator 74 und der Spannungsquelle 78 ermöglicht, kann, wie Fig.2 zeigt, ein Schalter 80 verwendet werden. Der Schalter 80 ist nur dann geschlossen, wenn ein Aufladen des Kondensators 74 erwünscht ist, d. h. in der Zeit, in der der Schalter 72 nichtleitend ist.

Der erste Leitungsschalter 66 bewirkt in Verbindung mit dem ihm zugeordneten Stromübertragungskreis die Stromübertragung. Da die Spannung der Spannungsteilerleitung 60 bezüglich der Leitung 54 nur etwa '/, der Spannung zwischen den Leitungen 52 und 54 entspricht, so müssen die Bestandteile dieses Stromübertragungskreises nicht der vollen Spannung zwischen den Leitungen 52 und 54 standhalten, sondern nr.r etwa 7 kV. Aus Sicherheitsgründen werden Bauelemente benutzt, die 10 kV aushalten können. Wie im folgenden noch ausgeführt werden wird, wird der Stromübertragungskreis durch öffnen des zweiten Leitungsschalters 68 von der vollen Spitzenspannung des vollständig geöffneten Leistungsschalters isoliert, so daß für relativ niedrige Spannungen ausgelegte Bauelemente benutzbar sind. Als erster Leitungsschalter 66 können auch andere Arten von Schaltern als das obenerwähnte Vakuumrelais benutzt werden, sofern beachtet wird, daß sie durch kurzzeitige Bogenentladungen nicht zerstört werden dürfen und daß sie nur derjenigen Spannung widerstehen können müssen, die notwendig ist, um den Strom auf die impedanzvergrößernde Anordnung 38 zu übertragen. Diese Spannung ist nicht viel größer als die Brennspannung der Schaltröhren mit gekreuzten Feldern.

Als zweiter Leitungsschalter 68 kann jede Anordnung oder eine Serienschaltung von Anordnungen benutzt werden, die in der Lage ist. im geschlossenen Zustand bei niedrigem Widerstand einen Dauerstrom zu fuhren, innerhalb weniger Millisekunden zu öffnen und im geöffneten Zustand einer hohen Spannung standzuhalten. Da beim Öffnen des zweiten Leitungsschalters 68 nur ein kurzzeitiger oder überhaupt kein Stromdurchgang erfolgt, findet auch nur eine minimale Bogenentladung statt. Ein üblicher Trennschalter kann daher mehr als erforderlich sein, denn er ist in der Lage, Strom zu unterbrechen, und es sind Anordnungen, die Strom nicht unterbrechen können, durchaus benutzbar. Eine geeignete Anordnung ist beispielsweise ein Standard-Trennschalter für Ί 15 kV Effektivspannung bei 2000A Dauerstrom. Als zweiter Schalter 68 könnte statt dessen auch ein für schnellere Betätigung abgeändertes Vakuumrelais benutzt werden.

In einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung, dessen Wirkungsweise in Verbindung mit einem Satz spezieller Kenngrößen beschrieben wird, besteht der erste Leitungsschalter 66 aus einem Va kuumrelais, während der zweite Leitungsschalter 6 ein üblicher Trennschalter ist.

Für den Fall, daß der maximale Dauerstron 2000A und der maximale Fehjerstrom 4000A η ich übersteigen, sind in der folgenden Tabelle beispiel hafte Kenngrößen spezifischer Bauelemente der dei Stromübertragungskreis umfassenden Anordnung 3( angegeben. Bei einer Arbeitsspannung von 200 k\

ίο ist der Leistungsschalter 22 so ausgelegt, daß er eini Spitzenspannung von 340 kV aushalten kann. Unge achtet der Auslegung für diesen hohen Wert werdet die Bestandteile des Hauptteils dieser Anordnung 3( nicht dieser hohen Spannung ausgesetzt, wie aus dei folgenden Tabelle und der folgenden Beschreibung der Arbeitsweise des Stromübertragungskreises zu er sehen ist. Unter anderen Arbeitsbedingungen würder sich natürlich für die Bauelemente andere Kenngrößen ergeben.

Bezugs zahl	Teil	Wert
³⁵ 56	Kondensator	0,0002 μ^ 350 kV
58	Kondensator	0,01 μ^ 10 kV
62	Widerstand	5 ■ 10« Ohm, 350 kV
64	Widerstand	10' Ohm, 10 kV
66	Schalter	2000 A, 10 kV
³⁰ 68	Schalter	2000 A, 350 kV
70	Induktionsspule	5OnH₅IOkV
72	Schalter	10 kV
74	Kondensator	25 nF, 10 kV
78	Spannungsquelle	0 bis 10 kV
³⁵ 80	Schalter	1 A, 10 kV

Ais spezielles Arbeitsbeispiel sei angenommen,

daß unter normalen Bedingungen durch die Last 34 bei einem Spannungsabfall von 20OkV ein Strom

von 1800A fließt. Dieser Strom fließt durch die in Serie geschalteten ersten und zweiten Leitungsschal-

ler 66 und 68. Der Schalter 72 ist geöffnet, und der Kondensator 74 ist zuvor von der Spannungsquelle 78 aufgeladen worden. Die Schaltröhren 40, 42 und

43 sind in nichtleitendem Zustand, wei! an ihnen keine Spannung anliegt.

Unter der Annahme, daß etwa durch Schließen des Schalters 32 oder durch Kurzschluß von einem Leise tungszweig gegen Erde ein Fehler auftritt, werden die Auswirkungen dieses Fehlers durch Spannungs- und/ oder Sirornänderungen nachgewiesen. Beim Feststellen eines solchen Fehlers wird entweder einer oder es werden beide Leistungsschalter 22 und 24 betätigt werden. Beide Leistungsschalter sind identisch, und es genügt daher, nur die Betätigung des Leistungsschalters 22 zu beschreiben. Die Betätigung wird dadurch eingeleitet, daß der erste Leitungsschalter 66 zum Öffnen veranlaßt wird. Zu dem in den F i g. 3 und 4 angegebenen Zeitpunkt ί = 0 ist der erste Leitungsschalter 66 voll geöffnet, und es existiert zwischen seinen Kontakten eine Bogenentladung. Der erste Leitungsschalter 66 ist nach dem Vorstehenden ein Vakuumrelais. Solange der Strom den Unterbrechungswert (<100A) übersteigt, bleibt die Bogenentladung in dem Vakuumrelais bestehen. Die F i g. 4 veranschaulicht den Verlauf der Bogenspannung 82. Der im Stromübertragungskreis liegende Schalter

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72 wird im Zeitpunkt/= 0 geschlossen. Er ist in der gungen die Spannung mit einer Geschwindigkeit von Läse einen hohen Stromimpuls zu übertragen, des- loOV/us ansteigt, wenn die Kondensatoren 28, 5» sen Stromstärke mindestens gleich der Stärke des den und 74 von d^m ankommenden Strom aufgeladen ersten Schalter 66 durchfließenden Stromes ist. Ge- werden. Es ist diese positive Spannung, clic den eignet ist z. B. ein Ignitron. Durch die Kurve 84 der 5 Schaltröhren mit gekreuzten Feldern das Leiten er-F i g 3 wird veranschaulicht, wie durch die Resonanz- möglicht, wenn deren Brennspannung erreicht ist. entladung des Kondensators 74 über die Induk- Nachdem die Brennspannung erreicht ist, wird der tionsspule 70 der Stromfluß im ersten Leitungsschal- durch den zweiten Leitungsschalter 68 fließende ter 66 vom Spk/.enwert des Fehlerstroms von 4000 A Strom vollkommen auf die impedanzvergroßcrnde zum Zeitpunkt/-0 nach 40 μβ auf Null vermindert io Anordnung 38 übertragen. Der zweite Leitimgsschalwird. Wenn der Kondensator 74 am Anfang, bezogen ter 68 wird dann geöffnet, sofern er nicht schon vorauf die Leitung 54, auf einer Spannung von her geöffnet und in einer Bogenentladung leitend - 6000 V aufgeladen ist, so wird die am ersten Lei- war. War der Schalter schon vorher geöffnet worden, tungsschalter 66 anliegende Spannung, wie der Teil so bewirkt diese Unterbrechung des Slromflusses die 86 der Kurve in F i g. 4 veranschaulicht, negativ. Der 15 Beendigung der Bogenentladung in dem Schalter, zeitliche Verlauf und die Größe der am ersten Lei- Selbstverständlich kann der in Fig. 1 dargestellte tungsschalter 66 anliegenden Gegenspannung ist kri- einzige zweite Leitungsschalter 68 aus einer Vielzahl tisch. Wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Stro- von in Serie geschalteten Schaltern bestehen, deren mes beim Nulldurchgang zu groß ist, wird die Bogen- Anzahl von der geforderten Spannungsfestigkeit abentladung im ersten Leitungsschalter 66 wieder ge- ao hängt. Auf jeden Fall werden alle diese Schalter zündet. In ähnlicher Weise wird der Lichtbogen in durch die Unterbrechung des Stromflusses cleionidem Leitungsschalter wieder gezündet, wenn die An- siert. Die Spannung wird sodann hinreichend lange derungsgeschwindigkeit der am ersten Leitungsschal- auf dem Wert des Spannungsabfalls an der Schaltter 66 anliegenden Spannung zu groß ist. Der zeit- röhre 40 festgehalten, daß der zweite Leitungschalliche Verlauf der Gegenspannung wird durch die In- 25 ter 68 seine volle Spannungsfestigkeil erreichen duktionsspule 70, den Kondensator 74 des Strom- kann. Bei diesem Beispiel, bei dem als Spi'«invert Übertragungskreises, den Kondensator 28, den Kon- der 1 Jfache Wert der Arbeitsspannung angenommen densator 58 und die anfängliche Ladung auf dem ist, muß die Spannungsfestigkeit des zweiten Lei-Kondensator 74 des Stromübertragungskreises be- tungsschalters 68 mindestens 34OkV abzüglich der stimmt. ³° Spannungsfestigkeit des ersten Leitungssclv.urs 66 Der Grund für die in Fig.4 dargestellte Gegen- (10kV) betragen. Der Schalter 72 des Stronuilvrtraspannung besteht darin, daß sich immer noch etwa gungskreises kann zu einem späteren Zeitpur¹:; wie-Ladung auf dem Kondensator 74 befindet, wenn im der geöffnet und dessen Kondensator 74 für > ·ν- folersten Leitungsschalter 66 der Nulldurchgang des gendes Abschalten wieder aufgeladen werden. Stromes erreicht ist. Der Kondensator 74 des Strom- 35 Bei der oben beschriebenen Schaltungsanordnung Übertragungskreises muß genügend aufgeladen sein, und deren Arbeitsweise können sich Schwierigkeiten um den maximalen Fehlerstrom von 4000A umkeh- ergeben, die mit der Entladung der positive;! überren zu können. Daher bleibt, wenn in dem Kreis ein spannung am Kondensator 74 Zusammenhang·::·, und niedriger Leitungsstrom fließt, beim Öffnen des Krei- nach dem Öffnen des ersten Leitungsschaito^ 66 ses fast die ganze Ladung auf dem Kondensator 74, 4« auftreten können. Durch Schließen des Schalt:- 72 wenn der Strom den Wert Null erreicht. Die schwie- bewirkt der Kondensator 74 in Verbii Jung : iit der rigste Arbeitsbedingung liegt daher dann vor, wenn Induktionsspule 70 in dem ersten Leitungsschaicr 66 die Anordnung bei niedrigem Leitungsstrom zum ein Stromnuü. Dieses Stromnull hat zur Folg.. daß Abschalten bei maximalem Fehlerstrom eingerichtet der erste Leitungsschalter 66 deionisiert und nicht ist. +5 leitet. Dann fließt über den Schalter 68, die induk-Ist die Bogenentladung in dem als ersten Leitungs- tionsspule 70 und den Schalter 72 ein den Konüensaschalter 66 verwendeten Vakuumrelais gelöscht, so tor 74 aufladender Strom. Auch wenn die Schalter steigt dessen Spannungsfestigkeit sehr schnell an. Der 68 und 72 geöffnet sind, bleiben sie vermutlich durch durch den zweiten Leitungsschalter 68 und die In- Bogenentladung immer noch leitend. In einigen Fälduktionsspule 70 in den Kondensator 74 fließende 50 len setzt in der ersten Schaltröhre 40 die Leitung Strom bewirkt, daß die Spannung am Kondensator nicht sofort dann ein, wenn die Potentialdifferenz 74 ansteigt. Diese Spannung steigt, wie die Kurve 86 zwischen den Leitungen 52 und 54 die Brenmpanveranschaulicht, bis zur Brennspannung der Schalt- nung erreicht, weil in der Schaltröhre 40 ein Kaskaröhren 40, 42 und 43 an. Diese Brennspannung be- dendurchbruch in eine Penningsche Entladung nach trägt normalerweise 1000 V pro Röhre, und es kann 55 statistischer Wahrscheinlichkeit stattfindet. Ein verzur Erreichung einer genügenden Spannungsfestig- spätetes Einsetzen der Leitung bedeutet, daß die keit notwendig sein, daß mehrere Schaltröhren in Se- Spannung der Leitung 52 in bezug auf die Leitung 5-1 rie geschaltet werden. In jedem Fall steigt die Span- auf einen Wert ansteigt, der größer ist als der Spannung zwischen den Leitungen 52 und 54 auf die nungsabfall an der leitenden Schaltröhre 40. Ein sol Brennspannung der Schaltröhre oder einer Serien- 60 eher Spannungsaufbau wird in jedem Fall mindesten; schaltung solcher Schaltröhren an, wonach die Span- in geringem Maße durch die Induktionsspule 70 be nung auf diesem Wert festgehalten wird. Während wirkt. Die am Kondensator 74 aufgebaute Spannuni dieser kurzen Zeit unterscheidet sich der den Lei- wird durch den nun vollständigen Kreis entladen, de stungsschalter durchfließende Strom nicht wesentlich aus dem Schalter 72, der Induktionsspule 70, den von 'derr maximalen Fehlerstrom von beispielsweise 65 zweiten Leitungsschalter 68 und der leitend geworde 4000 A, wenn die Stromübertragung bei diesem Wert nen Schaltröhre 40 besteht. Der Entladestrom trit erfolgt. Die Werte der Induktivität 26 und des Kon- zusätzlich zu dem die Schaltröhre 40 normal durch densators 28 sind so gewählt, daß bei diesen Bedin- fließenden Strom auf und kann eine Stromüberia

stung verursachen. Der diesen zusätzlichen Strom verursachende geschlossene Stromkreis kann gemäß F i g. 2 durch Einfügen einer mit dem Kondensator 74 verbundenen Diode 88 beseitigt werden. Die Spannungsspitze 90 dieser Überspannung ist in F i g. 4 gezeigt. Eine andere Möglichkeit, diesen Gegenstrom zu vermeiden, besteht darin, als Schalter 72 eine gesteuerte Funkenstrecke zu verwenden. Eine solche Strecke wurde bei Stromumkehr hinreichend rasch deionisierer,, um den Fluß dieses Gegenstroms zu verhindern.

Nachdem nun die beiden Leitungsschalter geöffnet sind und der Strom auf die impedanzvergrößernde Anordnung 38 übertragen ist, ist der Leistungsschalter 22 bereit, die Impedanz in der Leitung durch

Vergrößern der Impedanz in der impedanzvergrößernden Anordnung 38 zu vergrößern, bei der es sich um jede der obenerwähnten Anordnungen handeln kann.

5 Obwohl die Erfindung im Hinblick auf das Ausschalten von Gleichstrom beschrieben worden ist, Kann die Erfindung auch zum Ausschalten von Wechselstromsystemen benutzt werden, wenn das Ausschalten vor Eintreten eines bei Wechselstrom

ίο auftretenden natürlichen Stromnulls erfolgen soll. Daher kann der erfindungsgemäße Leistungsschalter, obwohl er seinem Prinzip nach für Kreise geschliffen ist, in denen kein natürliches Stromnull auftritt, sowohl im Gleichstrom- als auch im Wechselstromfall verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Stromes in Hochspannungssystemen mit zwei in einer Patentansprüche: Leitung des Hochspannungssystems in Serie liegenden Leitungsschaltern, einer parallel zu den l.ei-

1. Leistungsschalteinrichtung zum Ausschalten tungsschaltern liegenden, mindestens einen elektronides elektrischen Stromes in Hochspannungssyste- 5 sehen Schalter und mindestens einen Widerstand ummen mit zwei in einer Leitung des Hochspan- fassenden impedanzvergroßemden Anordnung und nungssystems in Serie liegenden Leitungsschal- einem den beiden Leitungsschaltern parallelgescnaltern, einer parallel zu den Leitungsschaltern lie- teten Spannungsteiler,

genden, mindestens einen elektronischen Schalter Eine solche Leistungsschalteinncntung ist aus der und mindestens einen Widerstand umfassenden io US-PS 3 522 472 bekannt. Bei dieser bekannten Leiimpedauzvergrößernden Anordnung und einem stungsschalteinrichtung ist der elektronische behälter den beiden Leitungsschaltern parallelgeschalteten der impedanzvergrößernden Anordnung nur einem Spannungsteiler, dadurch gekennzeich- der beiden Leitungsschalter parallel geschaltet. Zum net, daß der elektronische Schalter (40) der im- Ausschalten eines elektrischen Stromes werden bei pedanzvergrößernden Anordnung zu beiden Lei- 15 der bekannten Leistungsschalteinrichtung die beiden tungsschaltern (66 und 68) parallel geschaltet ist, in Serie liegenden Leitungsschalter geöffnet und der daß mit dem ersten Leitungsschalter (66) eine zu eiern einen Leitungsschalter parallelgeschaltete Schaltungsanordnung (70 bis 78) zur Erzeugung elektronische Schalter in Betriebsbereitschaft Vereines Stromnulls in diesem Leitungsschalter ver- setzt. Es fließt dann der Strom über den Lichtbogen bunden ist und diese Schaltungsanordnung dazu 20 des einen Leitungsschalters und den dazu in Serie gedient, nach derr. öffnen der Kontakte des ersten schalteten elektronischen Schalter, bis der Lichtbo-Leitungsschalteis (66) einen für die Stromüber- gen in dem anderen Leitungsschalter, zu dem der tragung von den beiden Leitungsschaltern (66 elektronische Schalter parallel geschaltet ist, erlo- und 68) zu der impedanzvergroßemden Anord- sehen ist. Danach wird der elektronische Schalter abnung (38) hinreichenden Spannungsanstieg zu er- 25 geschaltet. Der Strom fließt dann über den Lichtbozeugen, und daß der Spannungsteiler (56, 58, 62, gen des einen Leitungsschalters in den Kondensator 64) so bemessen ist, daß der erste Leitungsschal- des Spannungsteilers, der dem anderen Leitungster (66) und die ihm parallelgeschaltete Schal- schalter und dem elektronischen Schalter parallel getungsanordnung (70 bis 78) nur dem anfänglich schaltet ist. Der dem noch leitenden Leitungsschalter an der impedanzvergrößernden Anordnung (38) 30 parallelgeschaltete Kondensator des Spannungsteilers auftretenden Spannungsabfall und der zweite Lei- bleibt dabei ohne Einfluß. Außerdem wird ein Kontungsschalter (08) dem Rest der an der impe- densator aufgeladen, der zu den beiden Leitungsdanzvergrößernden Anordnung (38) anliegenden schaltern der bekannten Einrichtung parallel geschai-Spannung standhalten muß. wenn die Impedanz tet ist. Wenn dieser zu den beiden Leitungsschaltern durch die impedanzvergrööerr Ie Anordnung 35 parallelgeschaltete Kondensator eine größere Kapazi-(38) vergrößert wird. tat hat als der Kondensator des Spannungsteilers, der

2. Leistungsschalteinrichtung nach Anspruch 1. zu dem elektronischen Schalter parallel liegt, so kann dadurch gekennzeichnet, daß der erste Leitungs- er noch erhebliche Ladung aufnehmen, wenn die Schalter (66) ein schnell öffnender Schalter, vor- Spannung an dem zum elektronischen Schalter parzugsweise ein Vakuumrelais, ist. 40 allelen Kondensator so weit angesthgen ist, daß der

3. Leistungsschalteinrichtung nach Anspruch I Lichtbogen in dem noch leitenden Leitungsschalter oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schal- erlischt. Infolgedessen kann zwischen den beiden ertungsaiiordnung (70 bis 78) zur Erzeugung des wähnten Kondensatoren eine erhebliche Spannungs-Stromnulls eine parallel zu dem ersten Leitungs- differenz entstehen, die dann von dem Kondensator schalter (66) liegende, einen Kondensator (74) 45 des Spannungsteilers aufgenommen wird, der dem und eine Induktionsspule (70) enthaltende Serien- zuletzt geöffneten Leitungsschalter parallel geschaltet schaltung umfaßt und dem Kondensator (72) eine ist. Daraus ergibt sich, daß die bekannte Anordnung Spannungsquelle (78) parallel geschaltet ist. nur dann arbeitet, wenn der Leitungsschalter, zu dem

4. Leistungsschalteinrichtung nach einem der der elektronische Schalter parallel geschaltet ist, eine vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- 50 ausreichend hohe Brennspannung seines Lichtbogens zeichnet, daß mit den beiden Leitungsschaltern hat, daß der elektronische Schalter gezündet wird (66 und 68) ein Kondensator (48) verbunden ist, und den Strom übernehmen kann. Da nach dem Löder beim öffnen des ersten Leitungsschalters (66) sehen des elektronischen Schalters der andere Leidie Anstiegsgeschwindigkeit der am ersten Lei- tungsschalter noch leitet und sich an dem dem elektungsschalter (66) liegenden Spannung begrenzt. 55 tronischen Schalter parallelgeschalteten Kondensator

5. Leistungsschalteinrichtung nach einem der eine erhebliche Spannung auftaut, muß auch der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- Leitungsschalter, der zu dem elektronischen Schalter zeichnet, daß die impedanzvergrößernde Anord- parallel liegt, praktisch der gesamten Betriebsspannung (38) mehrere elektronische Schalter (40, 42 nung standhalten können. Umgekehrt ist so lange, und 43) enthält und mit Ausnahme des ersten 60 wie der elektronische Schalter noch geschlossen ist, elektronischen Schalters (40) zu jedem ein auch der zweite Leitungsschalter mit dem vollen Widerstand (44 bzw. 46) in Serie geschaltet ist. Strom belastet und muß nach dem Öffnen des elektronischen Schalters praktisch der gesamten Betriebs-

spannung standhalten. Die Bauelemente der bekann-

Ss ten Leistungsschalteinrichtung müssen daher sehr hohen Anforderungen genügen, was ihre Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leistungs- verteuert.

:halteinrichtung zum Ausschalten des elektrischen Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leistungsschau-