DE2630701A1

DE2630701A1 - Strombegrenzungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2630701A1
Application number: DE19762630701
Authority: DE
Inventors: Lutz Dr Niemeyer
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1976-06-21
Filing date: 1976-07-08
Publication date: 1977-12-22
Also published as: IT1083849B; JPS52156367A; DE7621583U1; FR2356256A1; SE7707076L; CH598691A5

Description

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PL/DP 15.6.76

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Strombegrenzungs vorrichtung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Strombegrenzungsvorrichtung unter Verwendung eines elektrischen Leistungsschalters mit Längung des Ausschaltlichtbogens durch Druckgasbeblasung, in welchem Leistungsschalter Lichtbogenlaufschienen für die Lichtbogenlängung und mehrere aus einem Isoliermaterial bestehende Düsen für die anschliessende weitere Lichtbogenlängung vorgesehen sind.

Die Hauptschwierigkeiten bei der Realisierung von Strombegrenzungsvorrichtungen in Hochspannungsnetzen bestehen darin, dass die Vorrichtung mehrere Bedingungen erfüllen

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soll: die Vorrichtung muss imstande sein, einen bestimmten Dauerstrom zu führen; die strombegrenzende Spannung muss bereits wenige ms nach dem Beginn des Kurzschlussstromes aufgebaut werden; der strombegrenzende Spannungsaufbau muss den Momentanwert der treibenden Spannung überschreiten, darf jedoch das Isolationsniveau der Anlage nicht übersteigen; der begrenzende Strom muss in einem der folgenden Stromnulldurchgänge unterbrochen werden. Im Artikel von P. Brückner und T. Keders "Selektives Schalten in äusserst kurzen Zeiten mit I -Begrenzern", ETZ-A, Bd. 81, H. 20/21, 1960, S. 741 ff.,

ist eine Strombegrenzungsvorrichtung beschrieben und dargestellt. Die äusserst kurze Schaltzeit des Begrenzers wird

''.die im Störungsfall durch Verwendung einer Sprengkapsel erreicJvT^ in weniger als 0,1 ms eine metallische Trennung des Hauptstrompfades bewirkt und den Strom auf die Löscheinrichtung umleitet, in der dann der Strom abgeschaltet wird. Diese Löscheinrichtung stellt eine spannungsgesteuerte Hochleistungssicherung kleiner Nennstromstärke dar.

In der DT-OS 25 01 607 ist ein elektrischer Leistungsschalter beschrieben und dargestellt. Es handelt sich um einen Leistungsschalter mit Längung des Ausschaltlichtbogens durch Druckgasbeblasung. Das Löschgas ist unter sehr hohem Druck in einem Zwischenbehälter gespeichert, dessen Volumen für mindestens

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eine Ausschaltung bemessen ist; es sind Laufschienen für die Lichtbogenfusspunkte in einem Spaltraum vorgesehen, auf welchen die Lichtbogenlängung unter der Einwirkung der Druckgasströmung erfolgt; für die anschliessende weitere Lichtbogenlängung ist eine Vielzahl von Isolierdüsen vorgesehen; das Löschgas dient zugleich dem Antrieb des beweglichen Schaltstückes.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Strombegrenzungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die strombegrenzende Spannung mindestens von Grössenordnung der treibenden Spannung sehr schnell nach dem Beginn des Kurzschlussstromes aufbaut und den begrenzten Strom in einem der folgenden Stromnulldurchgänge unterbricht.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass im Druckgasströmungsbereich wenigstens ein Lichtbogenfänger vorgesehen ist, der mit einem Stromanschluss leitend verbunden ist, der zum Anschluss einer spannungsaufbauenden Vorrichtung und/oder einer Vorrichtung zur Ueberspannungsbegrenzung dient, wobei als weitere Anschlusspunkte für die spannungsaufbauende Vorrichtung und/oder die Vorrichtung zur Ueberspannungsbegrenzung auch die Schalterklemmen dienen können.

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass

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die Strombegrenzungsvorrichtung nach einer Stromunterbrechung wieder einschaltbar ist.

Der Lichtbogenfänger kann in einer Wandung des Düsenkörpers oder stromaufwärts vom Düseneinlauf oder im Düsenauslauf angeordnet sein. Die spannungsaufbauende Vorrichtung enthält zweckmässig einen Widerstand und/oder eine strombegrenzende Sicherung. Die Vorrichtung zur Ueberspannungsbegrenzung kann einen Widerstand und/oder einen Ueberspannungsableiter enthalten.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 ein Funktionsschema der erfindungsgemässen Strombegrenzungsvorrichtung ,

Fig. 2 eine beispielsweise Ausführungsform eines Schalters mit Lichtbogenfängern und

Fig. 3 bis 6 Beispiele der spannungsaufbauenden Vorrichtungen und/oder Vorrichtungen zur Ueberspannungsbegrenzung.

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Gemäss Fig. 1 ist ein Dauerstromzweig mit A bezeichnet, ein Nebenzweig, der eine spannungsaufbauende Vorrichtung enthält, mit B und ein Nebenzweig, der eine Vorrichtung zur Ueberspannungsbegrenzung enthält, mit C. Ein Unterbrecherschalter ist durch die Zahl 1 gekennzeichnet, ein Kommutationsschalter durch die Zahl 2, eine spannungsaufbauende Vorrichtung durch die Zahl 3 und eine Vorrichtung zur Ueberspannungsbegrenzung durch die Zahl 4. Der Dauerstrom wird durch den Dauerstromzweig A über den Unterbrecherschalter 1 geführt, der im dauerstromführenden Zustand geschlossen ist, während der Kommutationsschalter 2 geöffnet ist, sodass kein Strom durch die Nebenzweige B und C fliessen kann. Beim Auftreten eines Kurzschlussstromes wird durch einen schnellwirkenden Mechanismus der Kommutationsschalter 2 geschlossen und der Unterbrecher-Schalter 1 geöffnet. Der Unterbrecherschalter 1 ist so beschaffen, dass der Kurzschlussstrom schnell und vollständig in den Nebenzweig B kommutiert wird, was z.B. durch eine Zwangskommutat ion eines Lichtbogenfusspunktes erreicht werden kann. Die im Nebenzweig B enthaltene spannungsaufbauende Vorrichtung 3 ist so beschaffen, dass sie unter der Wirkung des aufkommutierten Kurzschlussstromes die strombegrenzende Spannung in der erforderlichen Höhe aufbaut. Der Nebenzweig C enthält die Vorrichtung 4 zur Ueberspannungsbegrenzung. Der Serienunterbrecherschalter 5 dient der Unterbrechung des be grenzten Stromes in einem der folgenden Nulldurchgänge.

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Die Funktionsweise der Strombegrenzungsvorrichtung wird näher anhand der Figur 2 beschrieben. Eine Druckluftquelle 6 ist mit Hilfe einer Leitung 8 über ein steuerbares Ventil 7 mit einem Druckluftbehälter 9 verbunden. IsolationsZwischenteile

10 trennen den Druckluftbehälter 9 von einem ersten Tragkörper

11 und einem zweiten Tragkörper 18. Mit dem elektrisch leitenden ersten Tragkörper 11 ist eine erste Lichtbogenlaufschiene 12 verbunden. Im ersten Tragkörper 11 ist ein Kontaktfinger 13 angeordnet, der mit einer Kontaktandruckfeder 14 versehen ist. Eine ebenfalls im ersten Tragkörper 11 angeordnete Dichtlippe 15 ist mit Tellerfedern 16 versehen. Am ersten Tragkörper 11 ist eine erste Schalterklemme 17 angeordnet. Der zweite Tragkörper 18 trägt eine Klinke 19 und einen Kolben 20, der auf einer Kolbenführung 21 beweglich angeordnet ist. Der Kolben 20 und die Kolbenführung 21 bilden eine zweite Lichtbogenlaufschiene. Zwischen der Kolbenführung 21 und dem Kolben 20 sind Kontaktlamellen 22 und eine Dichtung 2 3 angeordnet. Eine weitere Dichtung 21 ist zwischen dem zweiten Tragkörper 18 und dem Kolben 20 angeordnet. Im inneren Raum des Kolbens 20 ist eine Auffangfeder 25 angeordnet, die gegen die Kolbenführung 21 gestützt ist. An der Kolbenführung 21 ist eine zweite Schalterklemme 26 vorgesehen. In einem aus einem Isoliermaterial, z.B. aus Polyäthylen oder Polytetrafluoräthylen, besteh3.nden Düsenkörper 27 sind Düsen 28 bis 31 ausgeführt. Am Düsenkörper 27 ist ein Lichtbogenfänger 32 vorgesehen, strom-

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aufwärts vom Düseneinlauf befindet sich ein Lichtbogenfänger 32' und im Düsenauslauf ist ein weiterer Lichtbogenfanger 34 angeordnet. Die Lichtbogenfänger 32, 32' und 34 sind mit Stromanschliissen 33, 33' und 35 versehen, die gegen Lichtbogeneinwirkung mit Isolationskörpern 36 geschützt sind. Eine dritte Schalterklemme 37 ist mit der ersten Lichtbogenlaufschiene 12 verbunden. Ein Druckgasströmungsbereich ist mit der Zahl 38 benannt. In Figur 3 bis 6 bedeutet die Ziffer 39 eine strombegrenzende Sicherung, die Ziffer 40 einen Widerstand und die Ziffer 41 einen Ueberspannungsableiter.

Gemäss Figur 2 wird zunächst die Klinke 19 mittels einer nicht dargestellten Steuervorrichtung nach unten gezogen. Die Druckluft drückt dann den Kolben 20 nach rechts. Die Auffangfeder 25 mildert den Aufprall des Kolbens 20 auf die Kolbenführung 21. Mit dieser Bewegung des Kolbens 20 wird zunächst die Dichtung zwischen dem Kolben 20 und der Dichtlippe 15 geöffnet und die Kontaktzone zwischen dem Kolben 20 und dem Kontaktfinger 13 einer intensiven Druckgasbeblasung ausgesetzt. Sodann wird der Dauerstromzweig über die erste Schalterklemme 17, den ersten Tragkörper 11, die Kontaktandruckfeder 14, den Kontaktfinger 13, den Kolben 20, die Kontaktlamellen 22, die Kolbenführung 21 und die zweite Schalterklemme 26 unterbrochen, wenn der Kolben 20 vom Kontaktfinger 13 abhebt, in der Unterbrech ungs- stelle zwischen dem Kontaktfinger 13 und dem Kolben 20 entsteht

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dabei ein Lichtbogen, dessen Fusspunkte sich unter dem Einfluss der Druckluftströmung über die erste Lichtbogenlaufschiene 12 und über die zweite, durch den Kolben 20 und die Kolbenführung 21 gebildete Lichtbogenlaufschiene bewegen. Der Lichtbogen wird danach mit der Strömung in die Düsen 28 bis 31 gedrückt und kommt mit den Lichtbogenfängern 32, 32', 3t in Kontakt.

Fig. 3 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung. Im Düsenkörper 27 ist zwischen der zweiten Düse 29 und der dritten Düse 30 ein Lichtbogenfänger 32 angeordnet. Zwischen der dritten Schalterklemme 37 und dem Stromanschluss 33 des Lichtbogenfängers 32 ist eine Parallelschaltung von einer strombegrenzenden Sicherung 39 und einem Widerstand 40 geschaltet. Ein Ueberspannungsableiter 41 ist mit der zweiten Schalterklemme 26 und der dritten Schalterklemme 37 verbunden. Nach einer gewissen Verzögerungszeit hat der Lichtbogen den Druckgasströmungsbereich 38 durchlaufen und ist auf die durch den Lichtxbogenfanger 32 gebildete Anzapfung kommutiert. Das hat zur Folge, dass in den Düsen 30, 31 eine strombegrenzend wirkende Spannung aufgebaut wird und dass der Bogenstrom in den Düsen 28 und 29 vollständig auf die strombegrenzende Sicherung 39 und den parallel geschalteten Widerstand 40 kommutiert. Anschliessend löscht der Lichtbogen und

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es kommt zu einer dielektrischen Verfestigung in der. Dünen 2 8 und 29. Im weiteren Verlauf spricht die strombegrenzende Sicherung 39 unter dem Einfluss des Kommutierungsstromes an. Das hat zur Folge, dass die im Stromkreis wirksame Spannung erhöht wird, womit man eine verstärkte strombegrenzende Wirkung erreicht wird und wodurch der Strom teilweise oder vollständig vcn der strombegrenzenden Sicherung 39 auf den Widerstand 40 koiruroitiert wird. Auch wird die eventuell beim Ansprechen der strombegrenzenden Sicherung auftretende Ueberspannungsspitze auf den maximal zulässigen Wert durch Ansprechen des Ueberspannungsableiters 41 begrenzt. Sobald der begrenzte Gesamtstrom durch Null geht, erfolgt eine Bogenlöschung in den Düsen 30 und 31, womit der Strombegrenzungsvorgang beendet ist.

Aufgrund dieses Ablaufes ergibt sich, dass die in Fig. 1 dargestellten prinzipiellen Funktionen in folgender Weise durch die in Fig. 2 und 3 dargestellten Bau- und Schaltelemente geleistet werden: Der Unterbrecherschalter 1 in Fig. 1 entspricht der Kontakttrennstelle zwischen dem Kontaktfinger 13 und dem Kolben 20 in Fig. 2. Der Kommutationsschalter 2 aus Fig. 1 wird durch Bewegung der Bogenfusspunkte längs der ersten Lichtbogenlaufschiene 12 und der zweiten, durch den Kolben 20 und die Kolbenführung 21 gebildeten Lichtbogenlaufschiene und durch Kommutieren des Lichtbogens auf den Lichtbogenfänger 32 realisiert. Die spannungsaufbauende Vorrichtung 3 in Fig. 1 ist

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durch eine Parallelschaltung von der strombegrenzenden Sicherung 39 und dem Widerstand 40 sowie dazu in Serie geschalteten Bogenteilen in den Düsen 30 und 31 realisiert. Der Serienunterbrecher schalter 5 aus Fig. 1 wird durch die Bogenabschnitte in den Düsen 30 und 31 ersetzt. Der Vorrichtung 4 zur Ueberspannungsbegrenzung aus Fig. 1 entspricht der Ueberspannungsableiter 41.

Fig. 4 zeigt eine weitere beispielsweise Variante des Erfindungsgegenstandes. Es wurden zwei am Düsenkörper 2 7 angeordnete Lichtbogenfänger 32 verwendet. Der erste Stromanschluss 33 des Lichtbogenfängers 32, der zwischen den Düsen 28 und 29 angeordnet ist, dient zur Verbindung mit den Anschlüssen einer strombegrenzenden Sicherung 39 und eines zu der Sicherung 39 parallel geschalteten Widerstandes 40, deren andere Anschlüsse mit der dritten Schalterklemme 37 verbunden sind. Zu dieser dritten Schalterklemme 37 und zu einem Anschluss 3 3 eines zweiten, zwischen den Düsen 30 und 31 angeordneten Lichtbogenfängers 32 ist ein weiterer Widerstand 40* angeschlossen. Strombegrenzend wirken alle Düsenbogenspannungen mit Ausnahme der Bogenspannung in der ersten Düse 28 und die durch die strombegrenzende Sicherung 39 aufgebaute Spannung. Der Widerstand 40' dient zur' Begrenzung von Ueberspannungen.

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Fig. 5 zeigt ein anderes Beispiel, in dem zur zweistu:i-on !Commutation des zu begrenzenden Stromes zuerst die stron..^v;egrenzende Sicherung 39 und anschliessend der parallel .roi-chdltete Widerstand UO dienen. Die Düse 31 hat die Funktion des Derienunterbrecherschalters 5.

In Fig. 6 ist ein letztes Beispiel dargestellt, in velchem ein im Düsenauslauf angeordneter Lichtbogenfänger 34 verwendet ist. Der Widerstand 40 ist an die dritte Schalterklenur.e 3 7 und an den Stromanschluss 35 des Lichtbogenfängers 34 angeschlossen. Diese Schaltanordnung dient zur unmittelbaren vollsTändigen oder teilweisen Kommutation des Stromes vom Lichtbogen auf den Widerstand M-O, der zugleich die beim Bogenlöschen auftretenden Ueberspannung reduziert.

Der Erfindungsgegenstand ist auf das in der Zeichnung dargestellte selbstverständlich nicht beschränkt. Sc kann rr.an auch eine andere Lage der Lichtbogenfänger verwenden, man kann eine andere Anzahl von Düsen realisieren oder es kommen auch andere Ausführungsmöglxchkeiten von den spannungsaufbauenden Vorrichtungen und/oder von Vorrichtungen zur Ueberspannungsbegrenzung in Frage. Auch, kann das zur Kolbenbewegung und zur Erzeugung der Druckgasströmung dienende Druckgas anders als durch ein Druckgasrese^rvoir zur Verfügung

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gestellt werden, etwa durch einen während des Schaltvorganges in Bewegung gesetzten Kompressionskolben. Neben den Schalterklemmen 26 und 37 und den Stromanschlüssen 33, 33' und 35 kann auch die erste Schalterklemme 17 zum Anschluss von zusätzlichen Schaltelementen verwendet werden.

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Claims

e/76 Patentansprüche

1. Strombegrenzungsvorrichtung unter Verwendung eines elektrischen Leistungsschalters mit Längung des Ausschaltlichtbogens durch Druckgasbeblasung, in welchem Leistungsschalter Lichtbogenlaufschienen für die Lichtbogenlängunp· und mehrere aus einem Isoliermaterial bestehende Düsen für die anschliessende weitere Lichtbogenlängung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckgasströmungsoereich (38) wenigstens ein Lichtbogenfänger (32, 32*, 3*0 vorgesehen ist, der mit einem Stromanschluss (33, 33'> 35) leitend verbunden ist, der zum Anschluss einer spar.nungsaufbauenden Vorrichtung (3) und/oder einer Vorrichtung (¹O zur Ueberspannungsbegrenzung dient, wobei als weitere Anschlusspunkte für die spannungsaufbauende Vorrichtung (3) und/oder die Vorrichtung (^) zur Ueberspannungsbe~ren:rung auch die Schalterklemmen (26, 37, 17) dienen können.

2. Strombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogenfänger (32) in einer Wandung des Düsenkörpers (27) angeordnet ist.

3. Strombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch

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gekennzeichnet, dass der Lichtbogenfänger (32') stromaufwärts vom Düseneinlauf angeordnet ist.

4. Strombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogenfänger (3*0 im Düsenauslauf angeordnet ist.

5. StrombegrenzungsVorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spannungsaufbauende Vorrichtung (3) einen Widerstand (40) und/oder eine strombegrenzende Sicherung (39) enthält.

6. Strombegrenzungsvorrichtuns nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (4) zur überspannungsbegrenzung einen Widerstand (40') und/oder einen Ueberspannungsableiter (41) enthält.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

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