DE3410191C2 - Schaltungsanordnung zur Prüfung eines für 60 Hz vorgesehenen Trennschalters in einem 50 Hz-Prüffeld - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Versuchsschaltung zur Simulierung eines 60Hz-Stroms über eine Periode mit einer 50Hz-Stromquelle, wobei die Schaltung eine Spannung U für den Test des Trennschaltvermögens eines für ein 60Hz-Netz bestimmten Trennschalters liefert. Erfindungsgemäß enthält die Schaltung zwischen den Anschlüssen der Stromquelle einen ersten Einschalter, eine erste Impedanz des Werts X1 und den zu testenden Trennschalter sowie eine zweite, einstellbare Impedanz des Werts X2 in Reihe, während parallel zur zweiten Impedanz ein zweiter Einschalter vorgesehen ist. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf den Test von Hochspannungs-Trennschaltern, die für eine Betriebsfrequenz bestimmt sind, welche oberhalb der Betriebsfrequenz der Prüffelds liegt. . Ein Mundstückumhüllungsmaterial umgibt den Filterstab und das Mundstück, um d

Description

liegt, d.h. entsprechend einer Periode des 60-Hz-Stroms, werden die Kontakte des Trennschalters 4 voneinander entfernt Der Strom I_x, der zwischen den Zeitpunkten to und ii fiber die geschlossenen Kontaktfinger des Trennschalters 4 floß, verläuft jetzt, & h. vom Zeitpunkt t\ an (Punkt A), im Lichtbogen, der sich zwischen den offenen Kontakten des Trennschalters ausbildet

Der Einschalter 5 wird zu einem solchen Zeitpunkt geschlossen, daß zum Zeitpunkt ti, an dem der Strom I_x durch Null geht, die Impedanz mit dem Wert X₂ durch den Emschalter 5 kurzgeschlossen wird. Der Strom nimmt dann in der zweiten Halbwelle f3 — t₂ den Wert h an, der allein durch die Impedanz X\ bestimmt wird unter der Voraussetzung, daß zum Zeitpunkt t₂ der Strom nicht unterbrochen wird.

Der Lichtbogen des Trennschalters löscht dann zum Zeitpunkt i$.

Der Teil des Stroms I_x, der zwischen t₂ und t₃ liegt, stellt die Fortsetzung des Stroms I_x der ersten Halbwelle dar, die sich ergeben würde, wenn der Einschalter 5 nicht geschlossen worden wäre.

Die Kurve I₃ zwischen t_x und f₂ stellt eine Halbwelle eines echten symmetrischen 60-Hz-Stroms dar.

Der Strom, der tatsächlich durch die Schaltung fließt, wird also durch den Strom I_x zwischen to und t₂ und durch I₂ zwischen f₂ und t₃ gebildet Dieser Strom zwischen den Zeitpunkten t_x und t₃ wurde mit verstärkten Linien dargestellt Er verläuft durch den zwischen den geöffneten Kontakten des Trennschalters stehenden Lichtbogen.

Um zwei Halbwellen des Lichtbogenstroms einerseits zwischen V₁ und fe und andererseits zwischen t₂ und /3 zu erhalten, die durch dieselbe Energie der einem 60-Hz-Strom entsprechenden Halbwellen gekennzeichnet sind, wobei jede Halbwelle 833 ms lang dauert, muß man, wie Berechnungen zeigen, X_x =X₂ = £7/1,14 · /60 wählen, wobei 760 den Effektivwert des zu simulierenden 60-Hz-Stroms und U den Effektivwert der Spannung darstellen.

Im Zeitpunkt t₃ gilt für die Spannung die folgende Gleichung:

U₁, = i/j/2 - cos (100 Mi - Ο35 rd).

Um eine korrekte Spannung zum Zeitpunkt h sowie ein korrektes Übergangsverhalten zu erhalten, kann man U und X_x im selben Verhältnis vergrößern. Reicht die elektrische Leistung nicht aus, um die Spannung und den Strom im direkten Test zu erzeugen, sind synthetische Trennversuche durch Strom- oder Spannungsinjektion zum Zehpunkt t₃ möglich, beispielsweise nach dem von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (CEI) aufgestellten Regel.

Nun wird der Fall der Simulierung eines asymmetrischen 60-Hz-Stroms erläutert.

Der Einschalter 3 wird zum Zeitpunkt fo geschlossen. Dieser Zeitpunkt wird bezüglich eines Extremwerts der Spannungskurve U abhängig von der gewünschten Asymmetrie des Tests festgelegt.

Im Fall der F i g. 3, in der ein asymmetrischer 60-Hz-Strom /60 mit einem Asymmetriewert von 50% simuliert werden soll, beträgt die Verschiebung Δφ zwischen dem Extremwert der Spannungskurve und der Zeit fo für das Schließen des Einschalters 3 +0,2 Radian für einen Schaltkreis, dessen Zeitkonstante 60 ms beträgt.

Fig.4 zeigt außerdem die Phasenverschiebung abhängig von dem gewünschten Asymmetriewert.

Aus dieser Kurve kann man entnehmen, daß eine Phasenverschiebung Δφ von 0,2 Radian eine Asymmetrie von 50% ergibt Die asymmetrische Stromwelle beginnt mit einer kleinen Welle, der eine große Welle nachfolgt

Der Einschalter 3 wird also so geschlossen, daß zum Zeitpunkt Ib der Strom sich einstellt und den Wert I_x (Fig.3) annimmt Zum Zeitpunkt ft, d. h. 16,66 ms vor dem Zeitpunkt f₃, werden die Kontakte des Trennschalters 4 geöffnet, und der Strom I_x fließt durch den sich zwischen den Kontakten ausbildenden Lichtbogen. Zum Zeitpunkt t₂, d.h. beim Nulldurchgang des Stroms, schließt der Einschalter 5 die Impedanz mit dem Wert Xi kurz. Der Strom nimmt dann den Wert I₂ an. Zum Zeitpunkt t₃ verlöscht der Lichtbogen.

Das anhand von F i g. 3 erläuterte Beispiel zeigt den Trennvorgang eines Trennschalters nach einer kleinen Welle, die von einer großen Stromwelle gefolgt wird, d. h. für den ungünstigsten Fall, den der Trennschalter zu behandeln hat

Die Berechnungen ergeben X_x =0,78 - L''/60, wobei t/der Effektivwert der Spannung und /60 der Effektivwert des zu simulierenden 60-Hz-Stroms ist

Der Wert von X₂ wird abhängig von X_x durch die entsprechende Kurve der Fifr.4 festgelegt Im Fall einer Asymmetrie von 50%, wie sie anhand von F i g. 3 erläutert wurde, ergibt die Fig.4 ein Verhältnis der Impedanzen von 1,4, d. h. X₂ = 1,4 X_x.

Zum Zeitpunkt t₃ ergibt sich die erhaltene Spannung aus der Gleichung

U₁, = U ■ [/2 cos (100 m₃ + 0,20).

Der Wert 0,20 ist die Verschiebung in Radian-Werten.

Wie im Fall der symmetrischen Ströme ist auch hier die Verwendung der synthetischen Testmethode zum Zeitpunkt t₃ gemäß den CEI-Regeln möglich.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 produzieren zu können. Für einen Strom einer gegebe- Patentansprüche: nen Amplitude ist die Lichtbogenenergie im Fall der höheren Frequenz 60 Hz im Vergleich zur 50 Hz gerin-

1. Schaltungsanordnung zur Prüfung eines für ger, da die Dauer einer Halbperiode nur 8,33 ms anstatt 60 Hz vorgesehenen Trennschalters in einem 50-Hz- 5 10 ms beträgt; dagegen ist die Stromänderungsge-Prüff eld, bestehend aus schwindigkeit im Nulldurchgang um 20% größer.

Aus der CH-PS 6 29 897 ist eine Testschaltang für das

a) einer 50-Hz-Stromquelle und Trennverhalten eines Hochspannungs-Trennschalters

b) der Reihenschaltung eines ersten Einschalters, bekannt, der für 60 Hz bestimmt ist, aber mit einer einer ersten Impedanz des Werts X\ und des zu 10 50-Hz-Quelle getestet wird. Die Schaltung umfaßt parprüfenden Trennschalters, allel zum zu testenden Trennschalter einen Schaltkreis,

der in Serie einen ohmschen Widerstand, eine Funken-

dadurch gekennzeichnet, strecke und einen Kondensator enthält Die vorgesehe

ne Lösung ist jedoch auf symmetrische 60-Hz-Ströme

c) daß in Reihe mit der ersten Impedanz des Werts 15 mit einer Lichtbogenzeit von etwa 11 ms beschränkt X\ und dem Trennschalter (4) eine zweite Impe- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elekdanz des Werts Xi eingefügt ist und trische Versuchsschaltung anzugeben, die ohne Funken-

d) daß ein zweiter Einschalter (5) parallel zur zwei- strecke auskommt und allgemeiner anwendbar ist, d. h. ten Impedanz angeordnet ist Tests von Trennschaltern mit einer 50-Hz-Stromquelle

20 eriaubt und die Simulierung der Kennwerte einer

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- Stromquelle von 60 Hz über eine Periode erlaubt, und durch gekennzeichnet, daß der Wert Xi der zweiten zwar sowohl für einen symmetrischen wie auch für ei-Impedanz dem Wert X\ der ersten Impedanz gleicht nen asymmetrischen Strom mit Lichtbogenzeiten, die und für Trennschaltversuche mit symmetrischen für eine 60-Hz-Periode, d.h. für 16,7 ms, zutreffend sind. Strömen auf £//(1,41 · /60) festgelegt ist, wobei /60 25 Diese Aufgabe wird durch die Schaltungsanordnung der Wert des zu simulierenden 60-Hz-Stroms ist gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den Kenn-

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- zeichen dieses Anspruchs gelöst Bezüglich von Merkdurch gekennzeichnet, daß für Trennschaltversuche malen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung mit asymmetrischen Strömen der Wert X\ auf wird auf die Unteransprüche verwiesen.

0,78 · U/160 festgelegt ist wobei /60 der Wert des 30 Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungs-

zu simulierenden 60-ife-Stron™ ist beispiels mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, da- Fig. 1 zeigt eine elektrische Schaltungsanordnung durch gekennzeichnet daß der r-rste Einschalter (3) gemäß der Erfindung;

mit einer Verschiebung (Δφ) von —035 Radian be- F i g. 2 zeigt Kurvenformen für den Betrieb der Schal-

zügüch eines Extremwerts der Spannung U ge- 35 tungsanordnung nach Fig.! im Fall der Simulation ei-

schlossen wird, wodurch ein symmetrischer Strom nes symmetrischen 60-Hz-Stroms;

/60 simuliert wird, während der zweite Einschalter Fig.3 ist eine entsprechende Darstellung zu Fig.2

(5) zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Stroms für den Fall asymmetrischer 6e-Hz-Si.-5me;

geschlossen wird. F ig. 4 zeigt die Abhängigkeit des Phasenverschie-

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, da- 40 bungswinkels Δφ und des Verhältnisses der beiden Imdurch gekennzeichnet, daß der erste Einschalter (2^ pedanzen vom Prozentsatz der Asymmetrie.

mit einer solchen Verschiebung (Δφ) bezüglich eines Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 enthält in Extremwerts der Spannung U geschlossen wird, die Reihe zwischen den Klemmen eines 50-Hz-Wechselunter Berücksichtigung des Prozentsatzes der ge- richters die Primärwicklung eines Transformators 2. wünschten Asymmetrie gewählt wird, während der 45 Dessen Sekundärwicklung liefert eine Spannung U an zweite Einschalter (5) zum Zeitpunkt des Nulldurch- die Serienschaltung eines ersten Einschalters 3 einer gangs des Stroms geschlossen wird. ersten Impedanz des Werts X\, einer zweiten Impedanz

des Werts Xi und eines zu testenden Trennschalters 4.

Parallel zu der zweiten Impedanz liegt ein zweiter Ein-

50 schalters.

Nachfolgend wird der Betrieb dieser Schaltung erläu-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanord- tert

nung zur Prüfung eines für 60 Hz vorgesehenen Trenn- Zuerst wird der Fall der Simulierung eines symme-

schalters in einem 50-Hz-Prüffeld der im Oberbegriff trischen 60-Hz-Stroms behandelt,

des Anspruchs 1 genannten Art. 55 Der Trennschalter 4 ist geschlossen. Die Einschalter 3

Wenn man in Europa Trennschalter testen will, die und 5 sind offen, und die Spannung i/liegt an den Enden

später in einem 60-Hz-Netz betrieben werden sollen, ist der Sekundärwicklung des Transformators 2.

man gezwungen, besondere Vorkehrungen zu treffen, F i g. 2 zeigt in unterbrochenen Linien die vom Trans-

da die meisten europäischen Prüffelder für große Lei- formator gelieferte Spannung.

stungen nur mit Wechselrichtern oder Testschaltkreisen 60 Man schließt den Einschalter 3 zum Zeitpunkt r₀ ent-

für 50 Hz ausgerüstet sind. sprechend einer Verschiebung Δφ von 0,35 Radian, d. h.

Um das Verhalten von Trennschaltern für 60 Hz etwa 20° bezüglich eines Extremwerts der Spannung U.

überprüfen zu können, insbesondere für druckluftbetä- So erhält man einen asymmetrischen Strom Λ von

tigte Trennschalter mit SF₆, bei denen ein Teil der Licht- 50 Hz, dessen zweite Halbwelle ti - r₃ 8,33 ms lang dau-

bogenenergie für den Trennvorgang ausgenutzt wird, 65 ert, entsprechend der Dauer einer Halbwelle eines syrn-

ist es notwendig, die Stromwelle von 60 Hz, die Dauer metrischen 60-Hz-Stroms, während die erste Halbwelle

ihres Lichtbogens, ihr größtes du/dt und ihre Energie zu ti— h 11,67 ms dauert,

simulieren, um den Trennvorgang des Lichtbogens re- Zum Zeitpunkt fi, der beispielsweise 16,66 ms vor h