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Verfahren zur Kurzschlußprüfung von Gleichstromleistungssdialtern
hoher Abschaltleistung
Zur Prüfung der Abschaltleistung von Gleichstromschaltern,
d. h. ihrer Fähigkeit einen kurzgeschlossenen Stromkreis zu öffnen oder einen Stromkreis
zu schließen. wird in der Regel als Stromquelle ein Gleichstromgenerator (Dynamo,
Umformer oder Gleichrichter) verwandt. Handelt es sich um die prüfung von Leistungsschaltern
sehr hoher Abschaltleistung. d. h. von Schaltern, die mehrere zehntausend oder sogar
hunderttausend Ampere unter einer Spannung von mehreren hundert Volt abschalten
müssen, dann wird der Gleichstromgenerator so groß, daß es notwendig ist, ihn durch
mehrere kleinere parallel geschaltete Generatoren zu ersetzen. Diese Generatoren
bedingen eine umfangreiche und sehr teure Schaltanlage.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Prüfanordnung, die die
Prüfung von Gleichstromleistungsschaltern hoher Abschaltleistung unter Anwendung
viel einfacherer und billigerer Prüfmittel unter den gleichen Bedingungen zuläßt,
welche bei der Verwendung eines entsprechend starken Gleichstromgenerators herrschen.
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Nach der Erfindung ist der Gleichstromgenerator durch einen Wechselstromgenerator
(mit oder ohne Zwischenschaltung eines Transformators) ersetzt, der einen Strom
liefert, dessen Halbperiode größer als die Abschaltzeit des zu prüfenden Schalters
ist. wobei der Versuchsschalter mit der Stromquelle an einem beliehigen, vorher
bestimmten Punkt der Spannungskurve verbunden wird. Es wird hierbei der Strom für
eine Zeitspanne ausgenutzt. die kleiner oder höchstens gleich der Dauer der Halhperiode
des Stromes ist, so daß der Strom während dieser kurzen Zeitspanne den Charakter
eines Gleichstroms aufweist.
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Darüber hinaus sieht die Erfindung weitere Hilfsmaßnahmen zur vollständigen
oder teilweisen
Schaffung von Bedingungen vor, wie sie während einer
Prüfung mit Gleichstrom herrschen.
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Die Zeichnung veranschaulicht schernatisch zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung.
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Abb. 1 verdeutlicht ein erstes Ausführungsbeispiel; Abb. 2 läßt in
Diagrammform die Spannung'und den Stromverlauf in Abhängigkeit von der Zeit erkennen;
Abb. 3 gibt das zweite Ausführungsbeispiel wieder.
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In Abb. I bezeichnet I den Generator, 2 einen Widerstand und 3 eine
Drosselspule, welch letztere gegebenenfalls beide zur Regelung der Stärke und Phase
des Stromkreises in den Versuchskreis eingeschaltet sein können. 4 deutet einen
dem Schließen des Versuchskreises dienenden Schalter an, der als Kurzschlußschalter
zu bezeichnen ist und gleichzeitig als Schutzschalter wirken kann. In letztgenanntem
Falle übernimmt der Schalter beim Versagen des zu prüfenden Schalters die Abschaltung.
Ein besonderer Schalter als Schutzschalter ist jedoch vorzuziehen. Ein solcher Schalter
ist in Abb. I nicht wiedergegeben. Der zu prüfende Schalter (Versuchsschalter) ist
mit 5 bezeichnet.
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An den Klemmen dieses Schalters kann die Spannung mit einem Meßinstrument
gemessen werden, welches z. B. aus einer durch einen Widerstand 7 geschützten Meßschleife
8 eines Oszillographen besteht. Der durch den Versuchsschalter fließende Strom läßt
sich mit dem Nebenschlußwiderstand g und einer zweiten Oszillographenschleife 10
messen.
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Falls es nicht möglich ist, den Stromkreis nur durch den Widerstand
2 und die Drosselspule 3 zu regeln, wie es z. B. der Fall sein könnte, wenn die
induktive Reaktanz des Wechselstromgenerators zu groß ist, kann der Versuchsschalter
5 durch eine geeignet bemessene Impedanz 6 überbrückt sein, die es zuläßt, den Versuchsschalter
5 Versuchsbedingungen auszusetzen, die denjenigen entsprechen, welche bei einem
Versuch mit einem Gleichstromgenerator herrschen würden. Zur Erzeugung der an den
Klemmen eines Gleichstromle.istungsschalters infolge der Induktanz des Gleichstromgenerators
und des Stromkreises nach der Abschaltung auftretenden Überspannung kann vor oder
hinter dem Versuchsschalter 5 eine geeignete Induktanz 1 1 in den Versuchskreis
eingeschaltet sein.
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Die obere Kurve in Abb. 2 gibt die mit dem Meßinstrument 8 aufgenommene
Spannung wieder, während die untere Kurve den durch das Meßinstrument 10 registrierten
Strom darstellt. Beide Kurven veranschaulichen den Verlauf des Versuches. Bei geöffnetem
Stromkreis liefert der Wechselstromgenerator I eine elektromotorische Kraft, die
z. B. rein sinusförmig sein kann und deren Scheitelwert durch E dargestellt ist.
Beim Versuchsbeginn ist der Versuchsschalter 5 geschlossen und der Kurzschlußschalter
4 geöffnet.
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Das Schließen des letzteren erfolgt durch in der Zeichnung nicht wiedergegebene
Mittel. die vorzugsweise so ausgebildet sind, daß sie den Schluß des Schalters 4
an einem gewollten Punkt der Spannungskurvc zulassen. In Abb. 2 ist für die Einschaltung
des Kurzschlußschalters 4 der Zeitpunkt gewählt. in welchem die Spannugn ihren Nullwert
aufwest. Da der Versuchsschalter 5 geschlossen ist, fällt die .Spannungskurve zunächst
mit der Ze3itachse (Abszisse) zusammen. während die Stromkurve nach einem Gesetz
ansteigt, welches durch die verschiedenen elektrischen Größen. die den Stromkreis
charakterisieren. bestimmt ist.
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Mit einer zweiten. in Abb. 1 nicht wiedergegebenen Vorrichtung, die
jedoch derjenigen ähnelt, welche den Schluß des Kurzschlußschalters 4 herbeiführt,
wird das Öffnen des Versuchsschalters 5 bewirkt.
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Dies kann z. B. im Zeitpunkt a erfolgen, in welchem der Strom schon
eine nennenswerte Stärke erreicht hat und die Spaniiung im Stromkreis noch hinreichend
hoch ist. Hierbei eiitsteht zwischen den Kontakten des Versuchsschalters ein Unterbrechungslichtbogen,
während gleichzeitig an cleii Klemmen des Versuchsschalters eine Spannung auftritt,
welche als Lichtbogenspannung zu bezeichnen ist und die Summe der elektromotorischen
Kraft des Generators und der verschiedenen positiven oder negativen Spannnngsalfäl
1 e bildet, die infolge des Stromes in den verschiedenen Impedanzen des Versuchskreises
auttretei0. ln dem gleicher Augenblick fällt der Strom ab und erreicht im Zeitpunkt
h seinen Nullwert. NN'ird der Versuch ordnungsgemäß durchgefüllrt, dann stellt die
Spannung, die sich an den Klemmen des Versuchsschalters 5 einstellt. die Spannung
Ec dar, der durch entsprechende Regelung die gleiche Höhe wie der Gleichstromspannung
erteilt werden kann. die an den Klemmen des Versuchsschalters auftreten würde, wenn
der Versuchsschalter durch einen Gleichstromgenerator gespeist worden wäre. Vom
Zeitpunkt h an gerechnet. ist <Ile an dei Klemmen des Versuchsschalters herrscheiide
Spannung gleich cter Wechselspannung des Generators.
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Die bei Versuchen mit einem Gleichstromgenerator herrschenden Versuchsbedingungen
lassen sich noch besser erzielen, wenn eine Schaltung nach Abb. 3 Anwendung findet.
In Abb. 3 bedeuten die gleichen Bezugszeichen die gleichen Teile wie iii .Nl)b.
1. Ein zweiter Schalter 12. welcher vorzugsweise genau dem Versuchsschalter 5 entspricht,
ist mit dem Versuchsschalter in Reihe geschaltet und synchron mit ihm gesteuert.
Der beiden Schaltern gemeinsame Anschlußpunkt ist über einen Widerstand I3 an einer
Gleichstromquelle 14 angeschlossen, die auf denjenigen Spannungswert geregelt wird,
der dauernd an den Klemmen des Versuchsschalters 5 aufrechterhalten werden soll.
Unter diesen Bedingungen werden die leiden Schalter von einem gleich starken Strom
durchflossen, da der von dem Gleichstromgenerator 14 gelieferte Strom auf einen
vernachlässigbar kleinen Wert begrenzt ist. Wenn die beiden Schalter 4 und I2 im
Zeitpunkt b öffnen, so sind beide stromlos. An den Klemmen des Schalters 5 tritt
jedoch nicht die Spannung des Wechselstromgenerators I auf, da der Versuchsschalter
5 durch den Zwischenschalter 12 vom Generator getrennt ist, sondern die Gleich-
stromspannung
Er der Gleichstromquelle 14. Das Spannungsoszillogramm. das unter diesen Bedingungen
aufgenommen wird, gleicht völlig demjenigen. das hei einem Versuch mit einem Gleichstromgenerator
erhalten werden würde.
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Es ist selbstverständlich, daß die vorbeschriehellen Versuche nur
dann durchführbar sind, wenn die Abschaltzeit T des Versuchsschalters wesentlich
kürzer ist als die Dauer einer Halbperiode. Deshalb wird in der Mehrzahl der Fälle
eine Wechselspannung niedriger Frequenz angewandt, die z. B. von einem Hochspannungswechselstromgenerator
erzeugt wird, der während der Versuche eine verringerte Drehzahl hat.
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Die Synchronisierungsvorrichtungen, die das Schließen des Kurzschlußschalters
4 und das Öffnen des Versuchsschalters 5 bewirken, können durch einen umlaufenden
Kontakt gesteuert werden, der auf der Generatorwelle vorgesehen ist.
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Eine solche Vorrichtung kann jedoch nur für eine bestimmte Frequenz
des Generators einwandfrei arbeiten. Aus diesem Grunde ist es wesentlich, daß die
Versuche stets mit derselhen Umlaufgeschwindigkeit des Generators durchgeführt werden,
um die notwendige Regelung des Versuchskreises vornehmen zu können. Aus diesem Grunde
wird zweckmäßig ein Hilfsgenerator verwandt, der mechanisch mit dem Hauptgenerator
gekuppelt ist und ein Resonanzrelais hetätigt, welches die Durchführung des Versuches
nur dann gestattet, wenn der Hauptgenerator eine bestimmte Drehzahl erreicht hat.
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PATEXTANSPRtJCHE : 1. Verfahren zur Kurzschlußprüfung von (leichstromlei
stungsschaltern hoher Abschaltleistung, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfung
mittels einer Wechselstromquelle erfolgt, deren Halbperiode größer als die Abschaltzeit
des zu prüfenden Schalters ist, und daß der Versuchsschalter mit der Stromquelle
an einem l>eliebigen, vorher bestimmten Punkt der Spannungskurve verbunden wird.