DE2408229A1 - Schaltanordnung fuer lichtbogenuntersuchungen - Google Patents

Description

• Schaltanordnung für Lichtbogenunt ersuchungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung für Lichtbogenuntersuchungen, insbesondere zur Bestimmung der Lichtbogen-Zeitkonstanten # und der abgeführten Leistung P von Schaltlichtbögen in Leistungsschaltern, mit einem Kurzschlußgenerator zur Versorgung des Leistungsschalters mit einem netzfrequenten Kurzschlußstrom und mit einem parallel geschalteten Zusatzkreis, bestehend aus einem vorgeladenen Kondensator, einer Triggerfunkenstrecke und einem Schwingwiderstand zur Uberlagerung des Kurzschlußstromes mit einem hochfrequenten Schwingstrom.
• Schaltlichtbögen sind in Leistungsschaltern das eigentliche Schaltelement. Das Gelingen bzw. Nichtgelingen der Stromabschaltung wird durch das dynamische Verhalten der Schaltlichtbögen und deren Wechselwirkung mit dem elektrischen Netz bestimmt.
• Das dynamische Bogenverhalten wird durch eine verallgemeinerte Form der dem Fachmann bekannten Mayrschen Lichtbogengleichung charakterisiert.
• Die Gleichungsparameter - Lichtbogenverlustleistung P und -zeitkonstante # - werden dabei nach neueren Untersuchungen als Funktion des Lichtbogenleitwertes G angesehen. Sind diese Parameter für einen bestimmten Leistungsschalter bekannt, so ist es möglich, das Schaltvermögen dieses Schalters unter verschiedenen Netzbedingungen rechnerisch zu untersuchen.
• Dadurch können Zeitaufwand und Kosten bei der Entwicklung eines neuen Leistungsschalters erheblich reduziert werden, da langwierige Schaltversuche durch die Berechnung ersetzt werden.
• Die beiden Parameter P und # in der verallgemeinerten Lichtbogengleichung sind von der geometrischen Anordnung der Lichtbogenkammer,dem Löschprinzip und dem Gasdruck des Kühlmittels (Öl, Luft oder SF6) abhängig.
• Die Lichtbogen-Zeitkonstante # ist bisher als Konstante angenommen worden. Mit der weiteren Voraussetzung, daß ebenso die Lichtbogenverlustleistung P konstant ist, hat man die Zeitkonstante # auch schon experimentell gemessen. Eine entsprechende Untersuchung mit der hierzu benutzten Prüfschaltung ist z.B. in den Mitsubishi Den@@ Laboratory Reports, Vol. 2(1961), S.121-142 veröffentlicht. Das Prinzip der Prüfschaltung besteht darin, einem netzfrequenten Kurzschlußstrom, der über einen Lichtbogen fließt, einen höherfrequenten Schwingstrom zu überlagern. Der Lichtbogen kann dabei in einer experimentellen Anordnung, aber auch in einem Leistungsschalter erzeugt werden. Aus der Art, wie die Lichtbogenspannung auf die Schnellen, durch den Schwingstrom erzwungenen Stromänderungen reagiert, kann dann auf die Lichtbogenparameter # und P geschlossen werden.
• Obwohl solche experimentelle Meßverfahren seit ca. 10 Jahren bekannt sind, konnten damit bisher keine technisch verwertbaren Lichtbogenparameter gemessen werden, da sie sich nur zur Messung von konstanten Lichtbogenparametern eignen.
• In dem Aufsatz "Experimentelle Bestimmung der Parameter der verallgemeinerten Lichtbogengleichung zur Berechnung von Schaltvorgängen" * wird eine neue Methode zur exakten Bestimmung der beiden nichtkonstanten Lichtbogenparameter beschrieben. Die hierfür benötigte Prüfschaltung entspricht dem Prinzip nach den bekannten Schaltungen, weist jedoch eine Reihe von Verbesserungen auf.
• Diese Verbesserungen sind derart, daß erfindungsgemäß der Schwingwiderstand des Zusatzkreises aus einer Vielzahl von parallel geschalteten Reihenschwingkreisen zur Erzielung einer gewünschten Kurvenform des Schwingstromes besteht.
• Durch die Aufteilung des Schwingwiderstandes in'mehrere parallele Reihenschwingkreise läßt sich nach dem Prinzip der harmonischen Analyse jede gewünschte Kurvenform des dem Kurzschlußstrom überlagerten Schwingstromes realisieren. Für die Ermittelung der Lichtbogenparameter ist es sinnvoll, mit periodischen Schwingströmen zu arbeiten, die einen sehr schnellen Anstieg haben und anschließend eine gewisse Zeit lang (ca. 20 # s) konstant bleiben. Ebenso ist aber auch jeder andere für die Auswertung günstige Stromverlauf, wie Rechteck-, Sägezahn-, Trapez- oder Sinusform durch die Glieder einstellbar.
• Die Zeichnung zeigt die erfindungsgemäße Schaltanordnung.
• Der 50-Hz-Kurzschlußstrom wird vom Generator GEN geliefert.
• Mit der Strombegrenzungsdrossel L wird die Stromstärke eingestellt. Der Hilfsschalter HS schaltet den 50-Hz-Kurzschlußstrom ab.
• Zu einem gewählten Zeitpunkt kurz vor dem Nulldurchgang des Kurzschlußstromes wird der Zusatzkreis mittels einer Triggerfunkenstrecke FS an den untersuchten Schalter PS (Prüfschalter) geschaltet. Der vorher aufgeladene große Kondensator Cs entlädt sich über den Prüfschalter. Der 50-Hz-Kurzschlußstrom wird im Prüfschalter PS vom Schwingstrom überlagert.
• * zur Veröffentlichung in der ETZ A vorgesehen Mit Hilfe der Parallelschaltung der Reihenschwingkreise kann ein gewünschter Verlauf des Schwingstromes verwirklicht werden. Um die Verformung bzw. die Bedampfung des Schwingstromes durch den Lichtbogen möglichst klein zuhalten, ist der Schwingwiderstand Rs der Rcihenschwingkreise hoch zu wählen.
• Der Schwingwiderstand Rs ist zweckmäßig von einem hochohmigen Widerstand Rp überbrückt. Der Parallelwiderstand Rp hat dafür zu sorgen, daß die Kapazitäten der Rihenschwingkreise während des Aufladevorganges des großen Kondensators Cs keine Ladung annehmen. Außerdem kann auf diese Weise die zur Triggerfunkenstrecke FS parallel geschaltete Kapazität Cf mit aufgeladen werden.
• Vorteilhaft ist die Triggerfunkenstrecke FS mit einer RC-Reihenschaltung Rf, Cf überbrückt. Die Kapazität Cf hat die Aufgabe, die Verbindung des Zusatzkreises zum Prüfschalter PS aufrechtzuerhalten. Bei Zündung der Triggerfunkenstrecke FS entlädt sich nämlich die Kapazität Cf über den Widerstand Rf und die Funkenstrecke FS. Ein abnehmender Entladestrom mit der Zeitkonstante Tf = Rf.Cf, die im Vergleich zur Periodendauer des Schwingstromes groß ist, fließt über die Funkenstrecke.
• Folglich bleibt die Funkenstrecke FS während des Überlagerungsvorganges leitend.
• Damit der Überlagerungsstrom nicht in den Generatorkreis hineinfließt, ist zwischen dem Prüfschalter PS und dem Hilfsschalter FS eine Luftdrosselspule LD geschaltet. Außerdem verhindert die hohe Eigenfrequenz der Drosselspule LD eine vorzeitige Lichtbogenlöschung im Prüfschalter, die sonst durch die Stromüberlagerung schon im Nulldurchgang des Summenstromes vor dem Nulldurchgang des 50-Hz-Kurzschlußstromes erfolgen könnte.
• Die Speicherung der elektrischen Energie im Zusatzkreis für die Stromüberlagerung erfolgt im Kondensator Cs . Die Kapazität des vorgeladenen Kondensators Cs beträgt zweckmäßig das 30- bis 50fache der Summenkapazität der Kondensatoren Ci bis Cn der Reihenschwingkreise.
• Die Grundwelle der harmonischen Schwingungen bestimmt die Periodendauer des überlagerten Schwingstromes. Um eine wertbare zeitliche Änderung des Lichtbogenleitwertes, der durch die Bogenzeitkonstante # bestimmt wird, zu erhalten, liegen zweckmäßig die Grundwellenfrequenzen des Schwingwiderstandes Rs zwischen 20 und 80kHz.
• 5 Seiten Beschreibung 5 Patentansprüche

Claims (5)

1. Patentansprüche 1. Schaltanordnung für Lichtbogenunt ersuchungen, insbesondere zur Bestimmung der Lichtbogen-Zeitkonstanten Qund der abgeführten Leistung P von Schaltlichtbögen in Leistungsschaltern, mit einem Kurzschlußgenerator zur Versorgung des Leistungsschalters mit einem netzfrequenten Kurzschlußstrom und mit einem parallelgeschalteten Zusatzkreis, bestehend aus einem vorgeladenen Kondensator, einer Triggerfunkenstrecke und einem Schwingwiderstand zur Uberlagerung des Kurzschlußstromes mit einem hochfrequenten Schwingstrom, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingwiderstand (Rs) des Zusatzkreises aus einer Vielzahl von parallel geschalteten Reihenschwingkreisen ( C1, L1 bis Cn, Ln) zur Erzielung einer gewünschten Kurvenform des Schwingstromes besteht.
2. 2. Schalt@@ordnung für Lichtbogenuntersuchungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingwiderstand (Rs) von einem hochohmigen Widerstand (Rp) überbrückt ist.
3. 3. Schaltanordnung für Lichtbogenuntersuchungen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerfunkenstrecke (FS) von einer RC-Reihenschaltung (Rf, cf) überbrückt ist.
4. 4. Schaltanordnung für Lichtbogenuntersuchungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des vorgeladenen Kondensators (Cs) das 30- bis 50fache der Summenkapazität der Kondensatoren (C1 bis Cn) der Reihenschwingkreise beträgt.
5. 5. Schaltanordnung für Lichtbogenuntersuchungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß.die Grundwellenfrequenz des Schwingwiderstandes (Rs) zwischen 20 und 80 kllz liegt.

   L e e r s e i t e