DE760303C - Hochleistungsschalter fuer hochgespannten Gleichstrom - Google Patents

Description

Gegenüber der Verteilung von elektrischer Energie in Form von Wechselstrom bietet die Gleichstromübertragung dann erhebliche Vorteile, wenn es sich um sehr hohe Übertragungs-" Spannungen handelt. Insbesondere kommen in diesem Fall alle Schwierigkeiten, welche durch kapazitive Ladeströme und die Koronaverluste bedingt sind, ganz oder zum größten Teil in Fortfall.

Jedoch bereitet die Frage der Schaltung dieser hochgespannten Gleichströme erhebliche Schwierigkeiten. Bei Verwendung hochgespannter Wechselströme nimmt der Wechselstrom periodisch den Wert Null an und bietet damit eine günstige Gelegenheit zu seiner Unterbrechung. Man muß im wesentlichen nur dafür sorgen, daß der einmal gezündete und im Stromnulldurchgang erloschene Abschaltlichtbogen bei der Stromunterbrechung nicht wieder gezündet wird, wofür verschiedene Schalterarten ent- ao. wickelt worden sind, die zuverlässig und schnell arbeiten.

Ein entsprechend günstiger Vorgang fehlt bei der Abschaltung von Gleichströmen. Es sind zwar bereits Vorschläge gemacht worden, mit Hilfe von Kondensatoren, Drosselspulen u. dgl. ähnliche Verhältnisse für den Augenblick der Abschaltung auch bei Gleichstrom zu schaffen,

jedoch bedingen diese Anordnungen eine erhebliche Komplizierung und Verteuerung des Schalters.

Es ist weiter bekannt, die Ausschaltung von hochgespanntem Gleichstrom lediglich über den Widerstand des Abschaltlichtbogens vorzunehmen. Der Vorgang hierbei ist der, daß durch besondere Mittel, wie z. B. eine Längung und Abkühlung des Lichtbogens, z. B. durch eine magnetische Blasung und durch das Anliegen des Lichtbogens an kühlenden Metallmassen, die Spannung, welche zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens erforderlich ist, höher wird als die Betriebsspannung des Netzes. Derartige Anordnungen haben sich bei niedrigeren und mittleren hochgespannten Gleichströmen gut bewährt. Ihre Anwendung bei sehr hochgespannten Gleichströmen, wie beispielsweise solchen von 200 oder 400 kV, ist aber aus dem Grunde nicht ohne weiteres möglich, weil die Verlängerung des Lichtbogens eine verhältnismäßig lange Abschaltdauer zur Folge hat. Hieraus ergibt sich jedoch eine große Schaltarbeit während des Stromunterbrechungsvorganges, welcher die Schaltkontakte und auch die sonstigen Teile des Schalters nicht ohne eine erhebliche Überdimensionierung gewachsen sind. Andererseits darf aber auch der Unterbrechungsvorgang bei der Abschaltung von hochgespanntem Gleichstrom nicht zu schnell vor sich gehen. Denn in der Regel sind die Gleichstromkreise auch mit Induktivität behaftet, so daß eine sehr schnelle zeitliche Änderung des Stromes ganz erhebliche Überspannungen zur Folge hat. Diese können dann zu Beschädigungen von Anlageteilen fühxen.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochleistungsschalter für hochgespannten Gleichstrom, bei welchem die Abschaltung durch die Erhöhung der für die Aufrechterhaltung des Lichtbogens erforderlichen Spannung über die Betriebsspannung des Netzes erfolgt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sowohl eine zu große Schaltarbeit durch eine zu lange Lichtbogendauer als auch das Auftreten von gefährlichen Überspannungen beim Abschaltvorgang zu vermeiden. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine derartige Bemessung des Schalters, daß bei der Stromunterbrechung die für die Aufrechterhaltung des Lichtbogens erforderliche Spannung etwa auf den doppelten Wert der Betriebsspannung des Netzes erhöht wird.

Die folgende Überlegung zeigt, daß hiermit unter praktischen Verhältnissen für den Schaltvorgang hinsichtlich Schaltgeschwindigkeit und Spannungsbeanspruchung der Anlage ein Optimum erreicht wird.

Setzt man nämlich die EMK des Kurzschlußkreises gleich U und die Lichtbogenspannung U_L = ζ U, so ergibt sich unter Vernachlässigung der übrigen Ohmschcn Spannungsverluste aus der Spannungsgieichung

daß der Strom / mit der Geschwindigkeit -j- = — dem Wert Null zustrebt. Für prak-

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tische Verhältnisse, wie sie bei Spannungen von 100 bis 400 kV, Leistungen von einigen hundert MW und Leitungslängen bis zu mehreren hundert Kilometern vorliegen, ergibt sich hieraus, daß Ströme bis zu einigen tausend Ampere in einem Zeitintervall von wenigen hundertstel Sekunden unterbrochen werden können. Als · Beispiel sei angeführt, daß z. B. die Induktivität einer 500 km langen Freileitung etwa 1,3 Hy beträgt und daß'sich folglich hei t:mm Strom von 2000 Ampere und einer Spannung von 200000 Volt nach der Gleichung

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für die Unterbrechung des ganzen Stromes AJ = 2000 A eine Unterbrechungsdauer A t = 0,013 s ergibt. Eine solche Zeit entspricht durchaus der Lichtbcgendauer eines entsprechenden Wechselstromschalters und ist hinsichtlich des KontaktverschleiEes als sehr günstig anzusehen. Andererseits wird die höchste auftretende Lichtbogenspannung von Uj₁ = 2 U an keiner Stelle des Netzes zu Überschlagen führen, da sie entsprechend den z. B. für Wechselstrom vom VDE festgelegten Prüf- und Überschlagungsspannungen noch um mindestens 20 °;₀ unterhalb der Überschlagungsspannung liegt.

Für die entsprechende Einregeltmg der L'nterbrechungsspannung gibt es konstruktiv eine Reihe von Möglichkeiten. Man kann entweder bei gegebener Netzspannung die Schaltstrecke entsprechend lang bemessen, was jedoch zu großen Schaltern führt. Daneben kann man aber auch die Schaltstrecke wesentlich kleiner wählen und hilfsweise alle diejenigen Mittel heranziehen, die dem Schalterfachmann geläufig sind, wie z. B. eine Beblasung und Kühlung des Lichtbogens mit Hilfe eines Druckgasstrahles, eine magnetische Blasung, ein Anliegen des Lichtbogens an kühlenden Metallmassen, eine Vornähme der Stromunterbrechung innerhalb einer Flüssigkeit in einer Losch- oder Expansionskammer.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Hochleistungsschalter für hochgespannten Gleichstrom, bei welchem die Stromunterbrechung durch Erhöhung der für die Aufrechterhaltung des Abschaltlichtbcgons erforderlichen Spannung über die Betriebs-

   spannung des Netzes erfolgt, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung des Schalters, daß bei der Stromunterbrechung die für die Aufrechterhaltung des Lichtbogens erforderliche Spannung etwa auf den doppelten Wert der Betriebsspannung des Netzes erhöht wird.

   Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik ist im Erteilungsverfahren folgende Druckschrift in Betracht gezogen worden:

   R. Rudenberg, »Elektrische Schaltvorgänge«·, Verlag Springer, Berlin, 1923, S. 194 bis 196.

   I 5235 6.53