DE4337810A1

DE4337810A1 - Prüfkreis für die synthetische Prüfung von Hochspannungsleistungsschaltern

Info

Publication number: DE4337810A1
Application number: DE19934337810
Authority: DE
Inventors: Klaus Juengermann
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Hochspannungstechnik AG
Priority date: 1993-11-05
Filing date: 1993-11-05
Publication date: 1995-05-11

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einem Prüfkreis für die syntheti sche Prüfung von Hochspannungsleistungsschaltern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Aus der Patentschrift EP 0 235 389 B1 ist ein Prüfkreis für die synthetische Prüfung von Hochspannungsleistungsschaltern bekannt, der einen Hochstromkreis und mindestens zwei Hoch spannungskreise aufweist. In dem Hochstromkreis ist ein Prüfschalter vorgesehen der gegen Ende des Ausschaltvorgangs mit einem vom ersten der Hochspannungskreise gelieferten ersten Schwingstrom i_s und nach dem Löschen dieses Schwingstroms i_s mit einer wiederkehrenden Spannung beauf schlagt wird.

Der erste der Hochspannungskreise weist in Reihe zu seinem Energiespeicher einen Hilfskreis auf, der, solange der erste Schwingstrom i_s fließt und auch solange der an diesen anschließend fließende Ladestrom i_e fließt, elektrisch leitend bleibt. Dem Ladestrom i_e wird ein entgegengesetzt gerichteter zweiter Schwingstrom i₂ überlagert, wodurch ein gemeinsamer Stromnulldurchgang erzwungen wird. In diesem Stromnulldurchgang unterbricht ein im Hilfskreis vorgese henes Schaltelement den Ladestrom i_e und den zweiten Schwingstrom i₂. Der Hilfskreis leitet danach nicht mehr und schützt so den ersten Hochspannungskreis gegen von den wei teren Hochspannungskreisen herrührende Beeinflussungen.

Der Hilfskreis weist in dem Strompfad, der den Ladestrom i_e führt, eine Diode auf, in der Regel ist dies jedoch wegen der verlangten Spannungsfestigkeit ein Stapel von in Reihe geschalteten Dioden. An diese Dioden, die als Leistungs dioden ausgelegt sind, werden vergleichsweise hohe Anforde rungen gestellt bezüglich der Schnelligkeit des Ansprechens. Da schnelle Leistungsdioden jedoch eine mit der Schaltge schwindigkeit abnehmende Sperrspannung aufweisen, muß eine vergleichsweise große Anzahl von ihnen eingesetzt werden, was entsprechend hohe Kosten verursacht. Zudem sind diese Dioden im Betrieb stets durch eine mögliche thermische Über lastung gefährdet.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen Prüfkreis für die synthetische Prüfung von Hochspannungsleistungsschaltern zu schaffen, der einfacher aufzubauen und zu betreiben ist und der einen einfacher ausgebildeten und weniger störungs anfälligen Hilfskreis aufweist.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesent lichen darin zu sehen, daß die Verfügbarkeit und die Wirt schaftlichkeit des Prüfkreises wesentlich gesteigert wird.

Der Prüfkreis für die synthetische Prüfung des Ausschaltver mögens von Hochspannungsleistungsschaltern weist einen in einen Hochstromkreis geschalteten Prüfschalter und minde stens zwei zeitlich gestaffelt auf den Prüfschalter drauf schaltbare Hochspannungskreise auf, von denen der erste einen Hilfskreis und mindestens einen zu diesem in Reihe geschalteten ersten Energiespeicher aufweist. Der Hilfskreis weist einen ersten mit einem ersten Schaltgerät versehenen Strompfad auf, zudem weist er einen zweiten mit einem zwei ten Schaltgerät versehenen Strompfad auf, und in Reihe zu dem zweiten Schaltgerät mindestens ein beschaltetes elektri sches Ventil und einen Einschaltkontakt. Der so ausgebildete Prüfkreis ist klar gegliedert und vergleichsweise einfach zu bedienen.

Als vorteilhaft erweist es sich, daß das mindestens eine elektrische Ventil als Diode ausgebildet ist, und daß als Beschaltung in einem ersten Zweig parallel zu dieser Diode ein Kondensator mit einem in Reihe geschalteten ohmschen Widerstand zur Entladestrombegrenzung vorgesehen ist.

In einem zweiten Zweig parallel zur Diode ist ein entgegen gesetzt zur Diode gepolter Thyristor geschaltet vorgesehen. Der Einsatz dieses Thyristors erhöht die Betriebssicherheit des Prüfkreises wesentlich.

Besondere wirtschaftliche Vorteile ergeben sich daraus, daß als erstes und zweites Schaltgerät jeweils mindestens eine Vakuumschaltröhre vorgesehen ist, da Vakuumschaltröhren mit den hier nötigen Leistungsdaten handelsüblich sind.

Das erste und das zweite Schaltgerät sind baugleich ausge führt, so daß die beiden Strompfade des Hilfskreises jeweils die gleiche Impedanz aufweisen.

Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung, welche lediglich einen möglichen Ausführungsweg darstellt, näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Teils des erfindungsgemäßen Prüfkreises,

Fig. 2 einen ersten Betriebszustand des erfindungsgemäßen Prüfkreises, und

Fig. 3 einen zweiten Betriebszustand des erfindungsgemäßen Prüfkreises.

Bei allen Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Alle für das unmittelbare Verständ nis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind nicht dargestellt.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Fig. 1 zeigt eine stark vereinfachte erste Ausführungs form des erfindungsgemäßen Prüfkreises. Zwei Anschlußklemmen 1, 2 sind mit zwei Klemmen 3, 4 verbunden zwischen die ein Prüfschalter 5 geschaltet ist. Als Prüfschalter 5 ist hier ein Hochspannungsleistungsschalter vorgesehen. Die übrigen bekannten Elemente des Hochstromkreises, die mit den Anschlußklemmen 1, 2 verbunden sind, sind hier nicht darge stellt. Die Klemme 4 ist starr geerdet. Die Klemme 3 ist elektrisch leitend mit einer Klemme 6 verbunden und die Klemme 4 ist elektrisch leitend mit einer Klemme 7 verbun den. Zwischen die Klemmen 6 und 7 ist ein Kondensator 8 geschaltet. Die Klemme 6 ist zudem mit einer Anschlußklemme 9 und mit einer Klemme 10 eines Hilfskreises 11 verbunden. Der Hilfskreis 11 weist zwei mit der Klemme 10 verbundene parallele Strompfade 12, 13 auf. Jeder dieser beiden Strompfade 12, 13 weist etwa die gleiche Impedanz auf. Im Strompfad 12 ist ein erstes Schaltgerät 14 vorgesehen, wel ches diesen Strompfad 12 unterbrechen kann. Vorteilhaft wird dieses erste Schaltgerät 14 aus mechanisch betätigten Vakuumschaltkammern aufgebaut. Der Strompfad 12 ist nach dem ersten Schaltgerät 14 mit einer Klemme 15 verbunden.

Im Strompfad 13 ist ein zweites Schaltgerät 16 vorgesehen, welches diesen Strompfad 13 unterbrechen kann. Vorteilhaft wird dieses zweite Schaltgerät 16 ebenfalls aus mechanisch betätigten Vakuumschaltkammern aufgebaut. Die Klemme 10 ist über das zweite Schaltgerät 16 mit einer Klemme 17 verbun den. Die Klemme 17 ist über eine Diode 18 mit einer Klemme 19 verbunden. Die Diode 18 ist so gepolt, daß sie einen Strom von der Klemme 17 zur Klemme 19 fließen läßt. Parallel zur Diode 18 ist zwischen die Klemmen 17 und 19 einer seits eine Reihenschaltung eines ohmschen Widerstands 20 mit einem Kondensator 21 und andererseits ein Thyristor 22 geschaltet. Der Thyristor 22 ist so gepolt, daß er nach dem Zünden einen Strom von der Klemme 19 zur Klemme 17 fließen läßt. Die Klemme 19 ist über einen Einschaltkontakt 23 mit der Klemme 15 verbunden. Der Hilfskreis 11 liegt demnach zwischen den Klemmen 10 und 15.

Die Klemme 15 ist mit einer Klemme 24 verbunden und die Klemme 7 mit einer Klemme 25. Zwischen den Klemmen 24 und 25 liegt die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstands 26 mit einem Kondensator 27. Zu dieser Reihenschaltung liegt parallel eine weitere Reihenschaltung eines Kondensators 28 mit einer Funkenstrecke 29 und mit einer Induktivität 30. Die Funkenstrecke 29 ist triggerbar ausgeführt, sie erhält ihren Triggerbefehl von einer nicht dargestellten Steuerung. Diese Steuerung wirkt in bekannter Weise und steuert den zeitli chen Ablauf aller Schaltvorgänge in dem vorliegenden Prüfkreis.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise wird die Zeichnung nun näher betrachtet. In dem Prüfkreis gemäß Fig. 1 sind sämtli che Schaltgeräte im ausgeschalteten Zustand dargestellt. Vor dem Beginn eines Ausschaltversuchs wird der Kondensator 28 mit einer vorgegebenen Hochspannung aufgeladen, er stellt dann den Energiespeicher für den ersten Hochspannungskreis dar. Die Funkenstrecke 29 zündet bei dieser an den Kondensa tor 28 angelegten Hochspannung noch nicht durch. Ferner wird der Kondensator 21 mit einer Ladespannung von mehreren 100 V bis etwa 1000 V aufgeladen. Diese Ladespannung wird so gewählt, daß sie stets größer ist als die Summe der Licht bogenspannungen, die in den beiden Schaltgeräten 14 und 16 auftreten können. Die beiden Schaltgeräte 14 und 16 sind jeweils aus der gleichen Anzahl von in Reihe geschalteten Vakuumschaltkammern aufgebaut worden. Die Vakuumschaltkam mern weisen besonders niedrige Lichtbogenspannungen auf, so daß auch bei einer Reihenschaltung von zehn und mehr Vakuumschaltkammern pro Schaltgerät ein preislich günstiger Kondensator 21 mit einer vergleichsweise geringen Ladespan nung ausreicht. Das Schaltgerät 16 ist gegen alle thermi schen Überlastungen, wie sie in diesem Prüfkreis auftreten können, völlig unempfindlich.

Vor dem Ausschaltversuch werden, wie in Fig. 2 dargestellt, die beiden Schaltgeräte 14 und 16 geschlossen. Zu Beginn des Ausschaltversuchs ist der Prüfschalter 5 ebenfalls geschlos sen und wird in bekannter Weise mit dem vom Hochstromkreis gelieferten Prüfstrom beaufschlagt. Dieser Prüfstrom soll in einem vorgegebenen Stromnulldurchgang unterbrochen werden. Etwa 15 bis 20 Millisekunden vor diesem Stromnulldurchgang schließt der Einschaltkontakt 23 und ein durch die Lade spannung des Kondensators 21 getriebener Entladestrom i₁ beginnt im Hilfskreis 11 zu fließen, und zwar über den Ein schaltkontakt 23, das erste 14 und das zweite Schaltgerät 16 und durch den ohmschen Widerstand 20 hindurch, wie in der Fig. 2 durch einen Pfeil 31 angedeutet. Etwa 1 bis 2 Millise kunden nach dem Schließen des Einschaltkontakts öffnen sich im Hilfskreis 11 die beiden Schaltgeräte 14 und 16, löschen aber zunächst den Entladestrom i₁ noch nicht, da dieser noch keinen Nulldurchgang aufweist, so daß in ihnen jeweils Lichtbögen brennen bleiben. Unmittelbar vor dem vorgegebenen Nulldurchgang des Prüfstroms wird die Funkenstrecke 29 getriggert und zündet durch, so daß sich ein Schwingstrom i_s ausbildet, wie er durch einen Pfeil 32 angedeutet wird, der den Kondensator 28 entlädt. Der Schwingstrom i_s fließt, begrenzt durch die Induktivität 30, durch den Strompfad 12 und den Prüfschalter 5. Der Schwingstrom i_s überlagert sich im Prüfschalter 5 dem Prüfstrom. Im Nulldurchgang des Prüf stroms löscht ein im Hochstromkreis stets vorhandener Hilfs schalter den Prüfstrom, so daß der Prüfschalter 5 danach lediglich den Schwingstrom i_s sieht. Dieser Schwingstrom i_s weist unmittelbar vor seinem Stromnulldurchgang genau die selbe Stromsteilheit auf, wie der eigentliche Prüfstrom in dem seinigen. Der Prüfschalter 5 löscht dann diesen Schwing strom i_s in seinem Nulldurchgang. Durch den Schwingstrom i_s wurde gleichzeitig der Kondensator 28 umgeladen.

Die Funkenstrecke 29 ist so stark ionisiert, daß ihre elek trische Leitfähigkeit weiterhin erhalten bleibt. Nach dem Erlöschen des Schwingstroms i_s beginnt, von der Spannung am umgeladenen Kondensator 28 getrieben, ein Ladestrom i_e zu fließen, wie durch einen Pfeil 33 angedeutet, der den Kon densator 8 auflädt. Diese sich am Kondensator 8 aufbauende Spannung beaufschlagt die Schaltstrecke des Prüfschalters 5 als erster Teil der wiederkehrenden Spannung. Die Steilheit des Anstiegs des ersten Teils der wiederkehrenden Spannung kann mit Hilfe des als Regulierglied wirkenden RC-Glieds, welches aus dem ohmschen Widerstand 26 und dem Kondensator 27 besteht, entsprechend dem verlangten Sollwert eingestellt werden. Der Ladestrom i_e fließt durch den Hilfskreis 11, die Induktivität 30 und die noch immer leitende Funken strecke 29. Beim Hilfskreis 11 teilt sich der Ladestrom i_e zunächst gleichmäßig auf die beiden Strompfade 12, 13 auf. Im Strompfad 12 fließt für einen Augenblick, wie in Fig. 3 durch einen gestrichelten Pfeil 34 angedeutet, der Teilstrom i_e1 des Ladestroms i_e, der dem Entladestrom i₁ entgegenge setzt gerichtet ist. Der Teilstrom i_e1 wird in der Regel so eingestellt, daß er den in Fig. 3 gestrichelt dargestellten, im Hilfskreis 11 bis dahin fließenden Entladestrom i₁ im Strompfad 12 aufhebt. Dies hat zur Folge, daß das erste Schaltgerät 14 in diesem durch die Überlagerung des Entla destroms i₁ mit dem Teilstrom i_e1 erzeugten Stromnulldurch gang sofort löscht, so daß der Strompfad 12 unterbrochen ist. Der gesamte Ladestrom i_e fließt nun, wie in Fig. 3 angegeben, durch den Strompfad 13, dessen Schaltgerät 16 zwar offen ist, in dem jedoch nach wie vor ein Lichtbogen brennt, der es leitfähig macht. Sobald der Kondensator 8 mit der maximal in diesem ersten Hochspannungskreis verfügbaren Spannung geladen ist, ist auch der Ladestrom i_e Null, und das zweite Schaltgerät 16 des Hilfskreises 11 ist damit in der Lage abzuschalten. Die beiden Schaltgeräte 14 und 16 haben nun den ersten Hochspannungskreis aufgetrennt und ihn deaktiviert.

Der Kondensator 8 bleibt zunächst geladen, so daß die wie derkehrende Spannung den offenen Prüfschalter 5 nach wie vor beaufschlagt. Der weitere Anstieg der am Prüfschalter 5 anliegenden Spannung kann nun in bekannter Weise durch wei tere Hochspannungskreise simuliert und über die Anschlußklemme 9 und die Klemme 6 auf den Kondensator 8 eingespeist werden. Die beiden offenen Schaltgeräte 14 und 16 schützen nun die Elemente des ersten Hochspannungskreises gegen die höheren Spannungen, mit denen die nun wirksamen Hochspannungskreise den Prüfschalter 5 beaufschlagen. Die Funktion der weiteren Hochspannungskreise wird als bekannt vorausgesetzt und wird hier nicht weiter beschrieben, des halb werden diese Hochspannungskreise auch nicht in der Zeichnung dargestellt.

Es ist demnach sehr wichtig, daß die beiden Schaltgeräte 14 und 16 jeweils zuverlässig im richtigen Augenblick abschal ten. Würde das erste Schaltgerät 14 beispielsweise den Entladestrom i₁ nicht im gewünschten Zeitbereich unterbrechen, so könnte keines der beiden Schaltgeräte 14 und 16 nach dem Nullwerden des Ladestrom i_e abschalten, da der nach wie vor im Hilfskreis 11 fließende Entladestrom i₁ ein Löschen der Lichtbögen in diesen Schaltgeräten verunmöglichen würde. Um hier ganz sicher zu gehen, wird einige Zeit nach dem Null durchgang des Schwingstrom i_s und ehe der Ladestrom i_e gegen Null geht, der Thyristor 22 aktiviert, so daß sich die ver bliebene Ladung des Kondensators 21 über diesen Thyristor 22 abbauen kann. Ein Pfeil 35 deutet in Fig. 3 die Bahn dieses, durch den ohmschen Widerstand 20 begrenzten Stromes an. Der zusätzliche Einsatz dieses Thyristors 22 erhöht die Betriebssicherheit des Prüfkreises in vorteilhafter Weise. Sollte aufgrund eines Versagens des Prüfschalters 5 anstelle des Ladestroms i_e erneut der Schwingstrom i_s fließen, so wird dieser nach dem Erreichen seines nächsten Nulldurch gangs von den beiden Schaltgeräten 14 und 16 sicher unter brochen, da der Kondensator 21 jetzt entladen ist, und des halb kein Entladestrom i₁ mehr fließt und die Lichtbögen in den Schaltgeräten 14 und 16 aufrecht erhält.

Bezugszeichenliste

1, 2 Anschlußklemmen
3, 4 Klemmen
5 Prüfschalter
6, 7 Klemmen
8 Kondensator
9 Anschlußklemme
10 Klemme
11 Hilfskreis
12, 13 Strompfad
14 erstes Schaltgerät
15 Klemme
16 zweites Schaltgerät
17 Klemme
18 Diode
19 Klemme
20 ohmscher Widerstand
21 Kondensator
22 Thyristor
23 Einschaltkontakt
24, 25 Klemme
26 ohmscher Widerstand
27, 28 Kondensator
29 Funkenstrecke
30 Induktivität
31 bis 35 Pfeil
i_s Schwingstrom
i_e Ladestrom
i₁ Entladestrom
i_e1 Teilstrom.

Claims

1. Prüfkreis für die synthetische Prüfung des Ausschalt vermögens von Hochspannungsleistungsschaltern mit einem in einen Hochstromkreis geschalteten Prüfschalter (5) und mit mindestens zwei zeitlich gestaffelt auf den Prüfschalter (5) draufschaltbaren Hochspannungskreisen, von denen der erste einen Hilfskreis (11) und mindestens einen zu diesem in Reihe geschalteten ersten Energiespeicher aufweist, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Hilfskreis (11) einen ersten mit einem ersten Schaltgerät (14) versehenen Strompfad (12) aufweist,
- daß der Hilfskreis (11) einen zweiten mit einem zwei ten Schaltgerät (16) versehenen Strompfad (13) auf weist, und
- daß in Reihe zu dem zweiten Schaltgerät (16) minde stens ein beschaltetes elektrisches Ventil und ein Ein schaltkontakt (23) vorgesehen sind.

2. Prüfkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß das mindestens eine elektrische Ventil als Diode (18) ausgebildet ist, und
- daß als Beschaltung in einem ersten Zweig parallel zu dieser Diode (18) ein Kondensator (21) mit einem in Reihe geschalteten ohmschen Widerstand (20) vorgesehen ist.

3. Prüfkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß zudem in einem zweiten Zweig parallel zur Diode (18) ein entgegengesetzt zur Diode (18) gepolter Thyristor (22) geschaltet ist.

4. Prüfkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß das erste (14) und das zweite Schaltgerät (16) baugleich ausgeführt sind.

5. Prüfkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

- daß als erstes (14) und zweites Schaltgerät (16) jeweils mindestens eine Vakuumschaltröhre vorgesehen ist.