DE7621583U1

DE7621583U1 - Strombegrenzungsvorrichtung

Info

Publication number: DE7621583U1
Application number: DE7621583U
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1976-06-21
Filing date: 1976-07-08
Publication date: 1978-06-15
Also published as: DE2630701A1; JPS52156367A; CH598691A5; FR2356256A1; SE7707076L; IT1083849B

Description

PL/DP 15.5.76

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

Strombegrenzungsvorrichtung

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 Strombegrenzungsvorriohtungen 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 I aufgebaut werden; der strombegrenzende Spannungsaufbau muss | den Momentanwert der treibenden Spannung überschreiten, darf 1 jedoch das Isolationsniveau der Anlage nicht übersteigen; der | begrenzende Strom muss in einem der folgenden Stromnulldurch- j gänge 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. 7Ul ff., j ist eine Strombegrenzungsvorrichtung beschrieben und darge- |, stellte Die äusserst kurze Schaltzeit des Begrenzers wird §

CAIe im Störungsfall I durch Verwendung einer Sprengkapsel erreicht ^ in weniger §

als 0,1 ms eine metallische Trennung des Hauptstrompfades {

j bewirkt und den Strom auf die Löscheinrichtung umleitet, in f 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 Leistungs- ■ schalter mit Längung des Ausschaltlichtbogens durch Druckgas- ] beblasung. Das Löschgas ist unter sehr hohem Druck in einem ■ Zwischenbehälter gespeichert, dessen Volumen für mindestens 5

eine Ausschaltung bemessen ist; es sind Laufschienen für die Lichtbogenfusspunkte in einem Spaltraum vorgesehen, auf welchen f 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 Strombegrenzungsvorrxchtung 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.

= 1 ein Funktionsschema der erfindungsseraässen Strombe grenzungsvorrichtung,

Fig. 2 eine beispielsweise Ausfuhrungsform 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 i gekennzeichnet, ein Konunutationssehaitex¹ 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 Konunutationsschalter 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 Gen ncbcüZwclg 3 kOHüinit iSi-u wira₍ VHS Z.o. uüFCn 5ΙΓΐ€ Zwangskonimitation eines Lichtbogenfusspunktes erreicht werden kann. Die im Nebenzweig B enthaltene spannungsaufbauende Vorrichtung 3 ist so beschaffen, dass sie unter der VJirkung des aufkommutierten Kurzschlussstromes die strombegrenzende Spannung in der erforderlichen Höhe aufbaut. Der Nebenzweig C enthält: die Vorrichtung U zur Ueberspannungsbegrenzung. Der Serienunterbrecherschalter 5 dient der Unterbrechung des begrenzten 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 J

mit Hilfe einer Leitung 8 über ein steuerbares Ventil 7 mit § einem Druckluftbehälter 9 verbunden. Isolationszwischenteile

10 trennen den Druckluftbehälter 9 von einem ersten "Bnagkörper

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 m 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 2U 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, bestehenden 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 Lichtbogenfänger 34 angeordnet. Die Lichtbogenfänger 32, 32' und 34 sind mit Stromanschlüssen 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 11 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^ungsstelle zwischen dem Kontaktfinger 13 und dem Kolben 20 entsteht

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dabei ein Lichtbogen, dessen Fasspunkte sich unter dem Einfluss der Druckluftströinung 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', 34 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 Ueberspannungsablexter 41 ist mit der zweiten Schalterklemme 26 und der dritten Schalterkiemme 37 verbunden« Nach einer gewissen Verzögerungszeit hat der Lichtbogen den Druckgasströmungsbereich 38 durchlaufen und ist auf die durch den Lichtx'bogenfanger 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 2 9 vollständig auf die strombegrenzende Sicherung 39 und den parallel geschalteten Widerstand 40 kommutiert. Anschliessend löscht der Lichtbogen und

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es kommt 2u eine-r dielektrischen Verfestigung in den Düsen 28 und 29. Im weiteren Verkauf spricht die strombegrenzende Sicherurig 33 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 von der strombegrenzenden Sicherung 39 auf den Widerstand 40 konnnutiert wird. Auch wird die eventuell beim Ansprechen der strombegrenzenden Sicherung auftretende Ueberspannungsspitze auf den maxiaal zulässigen Wert durch Ansprechen des Ueberspannungsableirers 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 Serienunterbrechers chalter S aus Fig. 1 wird durch die Bogenabschnitte in den Düsen 30 und 31 ersetzt. Der Vorrichtung 4· zur üeberspannungsbegrenzung aus Fig. 1 entspricht der Ueberspannungsableiter Ul.

Fig. U zeigt eine weitere beispielsweise Variante des Erfindungsgegenstandes. Es wurden zwei am Düsenkörper 27 angeordnete Lichtbogenfänger 32 verwendet. Der erste Stromanschluss 33 des LichtbogenfHngers 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 UO, deren andere Anschlüsse mix der drixxen Scnäixerkiemme 3? verbunden sind. Zu dieser dritten Schalterklemme 37 und zu einem Anschluss 33 eines zweiten, zwischen den Düsen 30 und 31 angeordneten Lichtbogenfängers 32 ist ein weiterer Widerstand UO' 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 UO¹ dient zur Begrenzung von Ueberspannungen.

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Fig. 5 zeigt ein anderes Beispiel, in dem.zur zweistufigen !Commutation des zu begrenzenden Stromes zuerst die strombegrenzende Sicherung 39 und anschliessend der parallel geschaltete Widerstand 40 dienen. Die Düse 31 hat die Funktion des Serienunterbrechers ehalt ers 5.

In Fig. 6 ist ein letztes Beispiel dargestellt, in welchem ein im Düsenauslauf angeordneter Lichtbogenfänger 34 verwendet ist. Der Widerstand 40 ist an die dritte Schalterklemme 37 und an den Stromanschluss 35 des Lichtbogenfängers 34 angeschlossen.

Diese Schaltanordnung dient zur unmittelbaren vollständigen oder teiiweisen !Commutation des Stromes vom Lichtbogen auf den Widerstand 40, der zugleich die beim Bogenlöschen auftretenden Ueberspannung reduziert.

Der Erfindungsgegenstand ist auf das in der Zeichnung dar- J

gestellte selbstverständlich nicht beschränkt. So kann man |

auch eine aindere Lage der Lichtbogenfänger verwenden, man |

f kann eine andere Anzahl von Düsen realisieren oder es kommen | auch andere Ausführungsmöglichkeiten 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^rrvoir 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.

Claims

66/76 ?L/Ca 15.3.78 Schutzansprüche

1. Strombegrenzungsvorrichtung unter Verwendung eines elektrischen Leis*vungsseh£lters mit Längung des Ausschaltlichtbogens durch Druekgasbeblasung, in welchem Leistungssehalter Liehtbogenlaufschienen für die Lischtbogenlängung und mehrere aus einem Isoliermaterial bestehende Düsen für die anschliessende weitere Lichtbogenlängung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckgasströmungsbereich (38) wenigstens ein Lichtbogenfänger (32, 32', 3*0 vorgesehen ist.

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 gekennzeichnet, dass der Lichtbogenfänger (32¹) stromaufwärts vom Düseneinlauf angeordnet ist.

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