DE971309C

DE971309C - Reihenkondensator-Schutzanordnung fuer Hoechstspannungs-Wechselstromleitungen

Info

Publication number: DE971309C
Application number: DEW4975A
Authority: DE
Inventors: Ralph E Marbury
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1949-08-18
Filing date: 1951-01-18
Publication date: 1959-01-08
Also published as: BE497595A; FR1023893A; JPS275170B1; US2597012A; FR62259E; CH283213A; BE501305A; CH292319A; GB674692A; GB675945A; DE917857C; US2660693A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 8. JANUAR 1959

W 4975 VIIIb/21 d*

ist als Erfinder genannt worden

Zusatz zum Patent 917

Die Erfindung bezieht sich auf Reihenkondensatorm in Wechselstromleitungen, insbesondere auf eine Schutzanordnung für Reihenkondensatoren in Höchstspannungs-Drehstromiietzen, bei welchen die Stabilität der Übertragung erne Haupt- bzw. Grenzbedingung für den Betrieb der Fernleitungen ist.

In dem Patent 917 857 ist eine Schutzanordnung für Reihenkondensatoren in Wechselstromleitungen beschrieben, welche die Kondensatorbatterie im Fall einer Leitungsstörung vor Beschädigungen schützt und den Reihenkondensator !innerhalb der ersten Stromhalbwelfe nach Beseitigung der Störung wieder voll in Tätigkeit setzt. Bei dieser Schutzanordnung ist der Reihenkondensator durch eine Funkenstrecke überbrückt, die mittels eines Luftstromes selbstlöschend wirkt, der zwecks Entionisierung durch den Spalt zwischen den Elektroden der Funkenstrecke hindurchgeführt wird und so den Lichtbogen löscht. Dieser Luftstrom setzt ein, sobald die Funkenstrecke durchschlagen wird, so daß der Lichtbogen bei jedem Stromnull-

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durdigaiig gelöscht wird und, falls die Spannung während der folgenden Halbwolle nochmals auf einen Wert nahe der erstmaligen Durchschlagsspannung anwächst, wieder zündet. Wenn die Spannung in, einer der nächsten Halbwelten nicht mehr auf diesen Wert ansteigt, zündet der Lichtbogen nicht mehr, und der Nebenschlußkreis ist infolgedessen unterbrochen, wodurch der Reihen kondensator innerhalb der ersten Halbwelle nach ίο dem Abklingen der Störung wieder voll in Tätigkeit gesetzt wird.

Der Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Schutzanordnung für Reihenkondensatoren, die zusätzliehe Einrichtungen zur Überbrückung des Reihenkondensators enthält, die beim Eintritt bestimmter Störungen ansprechen, insbesondere bei Störungen auf Grund Aussetzens der Hauptfunkenstrecke, bei fortgesetzter Lichtbogenbildung an der Hauptfunkenstrecke über längere Zeitspannen als einer vorbestimmten Zeitspanne hinaus und beim Auftreten von länger währenden Überspannungen, am Reihenkondensator, die zwar niedriger sind als die Durchschlagsspannung der Funkenstrecke, jedoch hoch genug, um den Reihenkondensator zu beschädigen.

Gemäß der Erfindung ist eine Schutzanordnung für Reihenkondensatoren in Höchstspannungs-Wechselstromleitungen vorgesehen, die eine zu diesen parallel geschaltete Funkenstrecke aufweist, die stets dann leitend wird, wenn die am Reihenkondensatoor auftretende Augenblicksspannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, wobei die Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß parallel zur Hauptfunkenstreeke eine Sicherheitsfunkenstrecke mit höherer Durchschlagsspanimng als derjenigen der Hauptfunkenstrecke geschaltet ist und daß Steuereinrichtungen vorgesehen sind, die auf den Strom in dieser Sicherheitsfunkenstrecke ansprechen und. mit deren Hilfe das Schließen eines parallel zum Reihenkondensator und zu den Funkenstreoken geschalteten Überbrückungsschalters ausgelöst wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Reihenkondensator mittels einer Hauptfunkenstrecke, die parallel zu dem Reihenkondensator liegt, gegen Überspannungen geschützt, wobei die Hauptfunkenstreeke durch einen Preßluftstrom selbstlöschend wirkt, der von einem Preß luftbehälter herrührt, der in der Nähe der Funlcenstrecke angebracht und gegen Erde isoliert ist. Eine Sicherheitsfunkenstrecke mit höherer Durchschlagsspannung und ein Überbrückungsschalter sind außerdem parallel zu dem Reihenkondensator geschaltet. Der Überbrückungsschalter, der normalerweise mittels Druckluft aus dem Preßluftbehälter offengehalten wird, wird beim Auftreten bestimmter Störungen, insbesondere auch beim Wirksamwerden der Sicherheitsfunkenstrecke bei fortgesetztem Durchschlag der Hauptfunkenstreeke auf längere Zeit als einer vorbestimmten Zeitspanne hinaus sowie beim Auftreten einer nicht abklingenden! Überspannung am Reihenkondensator, die von geringerer Höhe ist als die Durchschlagsspannung der Hauptfunkenstreeke, durch entsprechende Einrichtungen, die den Luftdruck absinken lassen, geschlossen. Außerdem ist gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung eine Einrichtung vorgesehen, mit deren Hiilfe am einer entfernten Stelle ein Warnsignal gegeben bzw. das Auftreten einer Störung an einer oder mehreren der einzelnen Reihenkondensatoreinheiten angezeigt wird, und ferner ist gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung eine von Hand zu betätigende, auf Erdpotential gebrachte Einrichtung vorgesehen¹, mit deren Hilfe die Druckluft dem Überbrückungsschalter nach seiner Betätigung wieder zugeführt werden kann, um diesen Schalter wieder zu öffnen.

Schutzanordnungen für Reihenkondensatoren sind bereits' in Anwendung auf Niederspannungsverteilungsnetze bekannt. Diese bekannten Schutzschaltungen weisen eine Hilfsentladungsstrecke auf, die in Reihe zur Hauptentladungsstrecke angeordnet ist und dazu dient, die Hauptentladungsstrecke zum Ansprechen zu bringen, wobei die in einem Schwingkreis geschaltete Hilfsentladungsstrecke bei, Erreichung eines bestimmten Stromwertes in der Hauptleitung anspricht. Die Schwingungen des Schwingkreises werden auf die Hauptentladungsstrecke übertragen, so daß diese anspricht und einen Lichtbogen mit geringem Spannungsabfall zum Reihenkondensator parallel legt.

Im Gegensatz zu dieser bekannten Anordnung spricht beim Erfindungsgegenstand grundsätzlich zuerst die Hauptfunkenstreeke und erst bei gestörter Hauptfunkenstreeke die Sicherheitsfunkenstrecke an.

Als bekannt wird dabei vorausgesetzt, daß die Entionisierung einer Lichtbogenstrecke durch Druckluft erfolgt.

Die Erfindung wird nunmehr im einzelnen an Hand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die in der Zeichnung beispielsweise dargestellt ist.

Diese zeigt eine Schutzanordnung für einen Reihenkondensator 1, der in eine Wechselstromleitung 2 eingebaut ist. Die Wechselstromleitung 2 stellt eine Phase einer Drehstromhöchstspannungs^ Übertragungsleitung dar, in welcher der Reihenkondensator ι zwecks Erhöhung der Stabilitätsgrenze des Systems vorgesehen ist, wodurch die über die Leitung zu übertragende Leistung erhöht wird. Es ist klar, daß in den. beiden anderen Phasen., die, um die Zeichnung nicht zu überlasten, nicht dargestellt sind, die gleichen Einrichtungen vorgesehen sind. Der Reihenkondensator 1 besteht aus einer entsprechenden Anzahl einzelner KondensatO'Feinheiten 3, die auf irgendeine geeignete Weise in Reihen- bzw. Reihen-Parallel-Schaltung angeordnet sind., um den jeweils gewünschten kapazitiven Blindwiderstand und die gewünschte Stromaufnahme zu gewährleisten. Die einzelnen Kondensatoreinheiten 3 sind also in Form einer Batterie angeordnet, welche in Reihenschaltung in die

Wechsel-Stromleitung 2 eingeschaltet ist; bei der dargestellten bevorzugten Ausführung ist die Kondensatorbatterie aus Gründen, die später noch beschrieben werden, in zwei untereinander gleiche, zueinander parallele Kondensatorzweige unterteilt. Der Begriff »Reihenkondensatar«, wie er hier gebraucht wird, schließt jede im Einzelfall erforderliche Anzahl von Kondensatoreinheiten ein; die in der Zeichnung dargestellten Kondensatoreinheiten 3 stellen jede im Einzelfall erforderliche Anzahl von einzelnen Kondensatoreinheiten dar, wobei normalerweise eine verhältnismäßig große Anzahl zueinander parallel geschalteter Einheiten verwendet wird.

t5 Der Reihenkondensator 1 ist gegen etwaige, in der Wechselstromleitung 2 auftretende Störungen oder sonstige Überströme mittels einer Hauptfunkenstrecke 4, die parallel zu dem Reihenkondensator ι gelegt ist, geschützt. Die Haupt-

ao funkenstrecke 4 kann massive Kohleelektroden haben, so daß dieselbe, ohne beschädigt zu werden, anhaltende Durchsehläge erträgt; vorzugsweise hat sie eine in Fig. 2 des Hauptpatents dargestellte Bauart; es kamin jedoch auch jede andere geeignete Bauart Anwendung finden. Die Hauptfunkenstrecke 4 wirkt vermittels eines Luftstromes, der von einem Preßluftbehälter (Hilfsluftbehälter) 6 her über eine Düse 5 in die Hauptfunkenstrecke 4 geleitet wird, selbstlöschend. Ein ohmscher Widerstand 7 ist, vorzugsweise in Reihe mit der Hauptfunkenstrecke 4, parallel zu dem Reihenkondensator ι gelegt. Der Widerstand 7 kann in erster Linie ein Dämpfungswiderstand sein, der die Kondensatorentladung dämpft, um eine Be-Schädigung des Reihenkondensators durch wiederholte Umladung, solange die Hauptfunkenstrecke 4 in Tätigkeit ist, zu, verhindern; außerdem begrenzt dieser Widerstand 7 den Kondensatorstrom, wenn die Hauptfunkenstrecke 4 durchschlagen wird, und verhindert so übermäßig hohe Augenblicksströme. Wenn es jedoch gewünscht wird, kann der Widerstand7 auch höher bemessen und in erster Linie so ausgebildet sein, daß er die an dem Reihenkondensator ι anliegende Spannung begrenzt, so daß der Reihenkondensator, wenn die Hauptfunkenstrecke 4 durchschlagen wird, nicht vollständig überbrückt wird und während der Dauer der Störung wenigstens teilweise in Tätigkeit tritt, wie dies in dem Hauptpatent ausführlich beschrieb ben ist.

Eine Sicherheitsfunkenstrecke 8 ist außerdem vorgesehen. Sie ist parallel zur Hauptfunkenstrecke 4 geschaltet. Die Sicherheitsfunkenstrecke 8 kann im allgemeinen dieselbe Bauart haben wie die Hauptfunkenstrecke 4; sie soll den Reihenkondensator ι dann schützen, wenn die Hauptfunkenstrecke 4 aus irgendeinem Grunde nicht in Tätigkeit tritt. Die Sicherheitsfunkenstrecke 8 ist infolgedessen auf eine etwas höhere Durchschlagsspannung als die Hauptfunkenstrecke 4 eingestellt, so- daß sie nur dann in Tätigkeit tritt, wenn die Hauptfunkenstrecke 4 dies nicht tut. Die Hauptfunkenstrecke 4 kann infolgedessen auf eine Durehschlägsspannung eingestellt sein, die etwa gleich 250% der normalen, an dem Reihenkondensator ι anliegenden Spannung beträgt und nahezu der Höchstspannung entspricht, die an dem Reihenkondensator 1 angelegt werden darf, während die Hilfsfunkenstrecke 8 auf eine Durehschl'agsspatinung bis etwa 300% der Normalspannung eingestellt werden kann, so daß sie, wenn die Hauptfunkenstredce 4 nicht in Tätigkeit tritt, ihrerseits den Reihenkondensator 1 schützt.

Parallel zu dem Reihenkondensator 1 ist ein Überbrückungsschalter 9 geschaltet, der gleichzeitig parallel zu den Funkenstrecken 4 und 8 liegt und der den Reihenkondensator 1 beim Auftreten bestimmter Störungen überbrückt. Der Uberbrüdcungsschalter 9 wird vermittels einer Feder 10 i-n geschlossene Stellung bewegt; er ist mit einem Luftzylinder 11 ausgestattet, der einen Kolben 12 aufweist, der mit dem Überbrückungsschalter 9 mittels einer Gelenkstange 13 oder auf irgendeine andere geeignete Art verbunden ist. Der Überbrückungsschalter 9 wird also durch Federkraft in geschlossene Stellung bewegt, jedoch mittels der Druckluft, die von dem Preßluftbehälter 6 her zu dem Luftzylinder 11 Zutritt hat, in offener Stellung gehalten. Der Luftdruck in dem Luftzylinder 11 wird beim Auftreten bestimmter Störungen erndedrigt, wodurch der Überbrückungsschalter 9 sich schließen kann und den Reihenkondensator 1 überbrückt.

Das elektropneumatisehe System zur Steuerung des Luftstromes durch die Hauptfunkenstrecke 4 und zur Auslösung der Tätigkeit des Überbrückungsschakers 9 besteht in einem Hauptpreß luftbehälter 14 und dem obenerwähnten Hilfsluftbehälter 6. Die Funkenstrecken 4 und 8 und der Überbrückungsschalter 9 sowie die dazugehörige Ausrüstung müssen natürlich für die volle Leitungsspannung gegen Erde isoliert sein; da die Leitungsspannung recht hoch sein kann, beispielsweise von. der Größenordnung von etwa 220 kV, bedeutet dies, daß bei Übertragungsnetzen, für welche die Anlage gemäß der Erfindung insbesondere gedacht ist, die Funkenstrecken und der Überbrückungsschalter notwendigerweise in entsprechendem Abstand von sämtlichen Einrichtungen, die Erdpotential besitzen, angeordnet sein müssen. Der Druckluftvorrat, aus dem der vorerwähnte Luftstrom herrührt, muß jedoch ganz in der Nähe der Hauptfunkenstrecke 4 untergebracht sein, damit einerseits eine durch die Heranführung der Druckluft von einem verhältnismäßig entfernten, auf Erdpotential stehenden Behälter herrührende Verzögerung vermieden wird und andererseits der Luftstrom so lange aufrechterhalten, wird, wie die Hauptfunkenstrecke 4 fortgesetzt durchschlagen wird. Zu diesem Zweck wird der Hilfsluftbehälter 6 benutzt, der dicht bei der Hauptfunkenstrecke 4 gegen Erde isoliert angebracht ist, wobei der Hilfsluftbehälter 6 vorzugsweise oben auf einer hohen Isolatorsäule 15 angebracht ist, durch welche eine isolierende Leitung 16 bis zum Hauptpreßluftbehäliter 14 führt, der Erdpotential

besitzt. Die räumliche Ausbildung und die Anordnungder Isolatorsäule 15 und des Hilfsluftbehälters 6 sind vorzugsweise so, wie dies bereits in dem Hauptpatent beschrieben wurde, abgesehen davon, daß in der Isolatorsäule 15, wie dies nachstehend erläutert wird, drei Luftleitungen bzw. -schläuche vorgesehen sind.

Der Hauptpreßluftbehälter 14 wird mittels eines durch einen Motor i8_; der seinerseits wieder von irgendeiner Stromquelle 19 her gespeist wird, angetriebenen Kompressors 17 mit Luft beschickt. Der Kompressor 17 und der Motor 18 werden je nach Wunsch selbsttätig so gesteuert, daß ein jeweils gewünschter Luftdruck, beispielsweise 17,6 kg/cm², in dem Hauptpreßluftbehiälter aufrechterhalten wird, wobei der Hauptpreßluftbehälter 14 unmittelbar über eine isolierende Leitung 16 und ein Rückschlagventil 20 mit dem Hilfsluftbehälter 6 verbunden ist. Der Druck in dem Hilfsluftbehälter 6 wird mittels eines geeigneten Druckreglers oder irgendeiner anderen geeigneten Einrichtung vorzugsweise auf einem etwas niedrigeren Wert, beispielsweise auf 10,5 kg/cm², gehalten. Durch diese Anordnung ist ein- ausreichender Druckluft vorrat für den Luftstrom der Hauptfunkenstrecke 4 und für den. Überbrückungsschalter 9 dicht bei diesen Einrichtungen und gegen Erde isoliert vorgesehen, während jedoch der Hauptpreßluftbehälter 14 mit seinem Kompressor 17 und dessen Antriebsmotor 18 an irgendeiner geeigneten Stelle untergebracht werden kann und nicht gegen Erde isoliert zu sein braucht. Der Hauptpreßluftbehälter 14 und der Kompressor 17 sind vorzugsweise in einem mit 21 bezeichneten, an irgendeiner Stelle angeordneten Gehäuse untergebracht.

Der von dem Hilfsluftbehälter 6 her über eine Leitung 22 zur Hauptfunkenstrecke 4 geführte Luftstrom wird mittels eines Blasventiis 23 gesteuert, welches seinerseits durch- ein Steuerventil 24 betätigt wird. Das Blasventil 23 weist eine mit der Düse 5 durch eine normalerweise geschlossene öffnung 26 verbundene Ventilkammer 25 auf. Das Blasventil 23 wird mittels eines in einem Zylinder 28 befindlichen Kolbens 27 betätigt und mittels einer Feder 29 in die Schließstellung gedrückt. Der Zylinder 28 ist mit einer Ventilkammer 30 des Steuerventils 24 über eine Rohrleitung 31 verbunden. Dem Steuerventil 24 wird über eine Rohrleitung 32 von dem Hilfsluftbehälter 6 her Druckluft zugeführt; es wird normalerweise durch eine Feder 34 im Schließstellung gedrückt, in welcher es die öffnung 33 zwischen der Ventilkammer 30 und der Leitung 32 geschlossen hält. Eine normalerweise offene Entlüftungsöffnung 35 ist außerdem vorgesehen. Das Steuerventil 24 wird mittels eines Solenoides 36 betätigt, welches, wenn es von Strom durchflossen ist, bewirkt, daß das Steuerventil 24 die Öffnung 33 aufmacht und die Enflüftungsöffnung 35 schließt, wodurch von der Leitung 32 her Druckluft zu dem Zylinder 28 des Blasventils Zutritt hat, um dieses zu öffnen. Der Luftstrom setzt in Abhängigkeit von dem Stromdurchgang durch die Hauptfunkenstrecke 4 auf Grund der Wirkung eines Stromwandlers 37 ein, der von dem Strom in dem Funkenstreckenkreis gespeist wird. Der Stromwandler 37 ist mit einer Gleichrichterbrückenschaltung 38 verbunden; der Gleichstromausgang der Gleichrichterbrückenschaltung 38 ist unmittelbar mit dem Solenoid 36 verbunden, wodurch das Steuerventil 24 unmittelbar nach dem Durchschlagen der Hauptfunkenstrecke 4 betätigt wird.

Der Überbrückungsschalter 9 wird mittels eines Hauptventils 40 betätigt. Das Hauptventil 40 besitzt eine Ventilkammer 41, die mit dem Hilfsluftbehälter 6 über eine Rohrleitung 42 verbunden ist. Das: Hauptventil 40 besitzt ferner einen Zylinder 43, der einen Kolben'44 enthält, der mittels einer Feder 45 normalerweise in einer solchen Lage gehalten wird, daß das Hauptventil 40 geöffnet ist, so daß Druckluft durch die öffnung 46 in den Luftzylinder 11 eintreten kann. Der Überbrückungsschalter 9 wird infolgedessen durch den in dem Zylinder 11 herrschenden Luftdruck offengehalten.

Das Hauptventil 40 wird jeweils durch eines von zwei Steuerventilen 47 und 48 gesteuert. Die Steuerventile 47 und 48 sind gleich gebaut und gleichen außerdem dem bereits weiter oben beschriebenen Steuerventilen 24. Das Steuerventil 47 wird mittels eines Solenoides 49, das Steuerventil 48 mittels eines Solenoides 50 betätigt. Die Steuerventile 47 und 48 sind über eine Rohrleitung 51 mit dem Hilfsluftbehälter 6 verbunden und führen bei Betätigung dem Zylinder 43 des Hauptventils 40 über eine Rohrleitung 52 Druckluft aus dem Hilfsluftbehälter 6 zu, wodurch das Hauptvejitil 40 veranlaßt wird, seine öffnung 46 zu schließen und den Luftdruck in dem Luftzylinder 11 abzubauen, so daß der Überbrückungsschalter 9 durch die Feder 10 geschlossen wird.

Das Steuerventil 47 wird auf Grund der Tätigkeit der Sicherheitsfunkenstrecke 8 mittels eines Stromwandlers 53 betätigt, welcher beim Stromdurchgang durch die Sicherheitsfunkenstrecke 8 Strom führt. Der Stromwandler 53 ist mit einer Gleichrichterbrücke 54 und deren Gleichstromausgang ist unmittelbar mit dem Solenoid 49 verbunden. Wenn also die S ieherheitsfunkenstrecke 8 in Tätigkeit tritt, wird unmittelbar darauf das Solenoid 49 vom, Strom durchflossen und betätigt das Steuerventil 47, wodurch wiederum das Hauptventil 40 betätigt wird, worauf der Luftdruck in dem Luftzylmder 11 abgebaut wird und der Überbrückungsschalter 9 sich schließen kann.

Das Steuerventil 48 wird z. B. auf Grund des Auftretens einer nicht abklingenden verhältnismäßig hohen Überspannung an dem Reihenkondensator ι in Tätigkeit gesetzt oder auf Grund fortgesetzter Durchschläge der Hauptfunkenstrecke 4 während einer längeren Zeit als der vorbestimmten. Zu diesem Zweck ist ein Spannungswandler 55 parallel zu dem Reihenkondensator χ angeschlossen. Die Sekundärseite des Spannungswandlers 55 ist mit einer Gleichrichterbrücke 56 verbunden, die Gleichstrom erzeugt, mit welchem das Solenoid 50

beschickt wird. Die Arbeitswicklung 58 eines Verzögerungsrelais 57 ist unmittelbar an die Sekundärwicklung des Spannungswandlers 55 angelegt, so daß es auf die an dem Reihenkondensator 1 anliegende Spannung anspricht. Das Verzögerungsrelais 57 ist mit einer Verzögerungseinrichtung ausgestattet, wie dies schematiisch durch einen Dämpfer 59 angedeutet ist, und schließt seiinen Kontakt 60, wenn die Anziehspannung des Verzögerungsrelais 57 über die Dauer einer vorbestimmten Zeitspanne hinaus überschritten wird. Es versteht sich, daß der Reihenkondensator 1 geringere Überspannungen während kürzerer Zeiten aushält; er kann jedoch beschädigt werden, wenn diese Überspannungen zu lange bestehenbleiben. Das Verzögerungsrelais 57 soll also so wirken, daß es den Reihenkondensator 1 gegen Überspannungen schützt, die zwar niedrigerer als die Durchschlagsspannung der Hauptfunkenstrecke 4 sind, jedoch nicht auf unbestimmt lange Zeit zugelassen werden können, wenn der Reihenkondensator 1 nicht beschädigt werden soll. Das Verzögerungsrelais 57 kann beispielsweise auf eine Empfindlichkeit von no^fl/o der normalen Spannung eingestellt sein, wobei durch eine entsprechende Verzögerung dafür gesorgt ist, daß der Reihenkondensator 1 nur dann überbrückt wird, wenn dies wirklich nötig ist. Das Verzögerungsrelais 57 ist vorzugsweise so gebaut, daß es bei höheren Überspannungen rascher in Tätigkeit tritt.

Der Kontakt 60 des Verzögerungsrelais 57 ist so geschaltet, daß, wenn er geschlossen ist, das Solenoid 50 des Steuerventils 48 aus der Gleichrichterbrücke 56 über die Leitungen 61 und 62 gespeist wird.

Die Hauptfunkenstrecke 4 verträgt zwar ihrer Bauart nach mehr oder weniger fortgesetzte Durchschlage für eine bestimmte Zeit, sie wird jedoch, wenn aus irgendwelchen Gründen die Störung in der Wechselstromleitung 2 innerhalb der festgesetzten Zeit nicht abklingt und infolgedessen die Hauptfunkenstrecke 4 über diese durch ihre Bauart bedingte Zeit hinaus weiterhin durchschlagen, wird, zerstört. Um dies zu vermeiden, ist ein zweites Verzögerungsrelais 63 vorgesehen Die Wicklung 64 des Verzögerungsrelais 63 ist in Reihe mit der Sekundärwicklung des Stromwandlers 37 geschaltet, so daß sie bei Stromdurchgang durch die Hauptfunkenetrecke 4 gespeist wird. Das Verzögerungsrelais 63 ist so eingestellt, daß es den Kontakt 65 immer dann schließt, wenn, nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit immer noch Strom durch die Hauptfunkenstrecke 4 fließt, wobei diese Zeitspanne beispielsweise etwa fünfzehn Vollschwingungen betragen kann bzw. im allgemeinen länger ist als diejenige Zeitspanne, die normalerweise für die Schutzeinrichtungen nötig ist, um die Störung in der Wechselstromleitung 2 abklingen zu lassen. Der Kontakt 65 des Verzögerungsrelais 65 ist parallel zu dem Kontakt 60 des Verzögerungsrelais 57 geschaltet, so diaß, wenn der Kontakt 65 schließt, das Solenoid 50 des Steuerventils 48 gespeist wird. Wenn also das Steuerventil· 48 entweder durch eine ungedämpfte, jedoch mäßige Überspannung an dem Reihenkondensator 1 oder auf Grund Durchschlagens der Hauptfunkenstrecke 4 über eine bestimmte Zeitspanne hinaus betätigt wird;, so bewirkt das Steuerventil 48 in jedem Fall die Tätigkeit des Hauptventils 40, wodurchder Überbrückungsschalter 9 geschlossen wird.

Wenn das Hauptventil 40 durch Betätigung eines der beiden Steuerventile 47 oder 48 betätigt wird, wird die Öffnung 46 geschlossen, wodurch der Luftdruck von dem Luftzylinder 11 abgeriegelt wird. Gleichzeitig wird eine Entlüftungsöffnung 66 geöffnet, durch welche die in dem Luftzylinder 11 befindliche Druckluft durch eine isolierte Leitung 67 abströmen kann. Die von dem Luftzylimder 11 durch das Hauptventil 40 zur Leitung 67 abgelassene Druckluft strömt durch eine pneumatisch betätigte Verriegelung 68. Diese Verriegelung 68 kann von beliebiger Bauart sein; sie ist so ausgebildet, daß eine Sperrklinke 69 angehoben wird, wenn die Verriegelung durch den Druck der aus dem Luftzylinder 11 austretenden Druckluft betätigt wird. Die isolierte Leitung 67 erstreckt sich durch das Innere der Isolatorsäule 15 bis zum Erdboden und endet in einem von Hand zu betätigenden Ventil 70, welches, wie in der Zeichnung angegeben, normalerweise geschlossen ist. In der Nähe des Ventils 70 ist ein Manometer 71 vorgesehen, welches den in der Leitung 67 herrschenden Druck angibt.

Wenn das Hauptventil 40 in Tätigkeit tritt, wird die in dem Luftzylinder 11 befindliche Druckluft durch die öffnung 66 abgelassen und gelangt durch die pneumatisch betätigte Verriegelung 68 in die Leitung 67. Da das Ventil 70 normalerweise geschlossen ist, kann die Druckluft aus dieser Leitung 67 nicht austreten, wodurch sich in der Verriegelung 68 ein genügend hoher Druck aufbaut, um die Sperrklinke 69 zu betätigen, die ihrerseits den Schaft 72 des Hauptventils 40 verriegelt, wodurch das Hauptventil 40 in seiner Arbeitsstellung verriegelt wird. Sobald der Überbrückungsschalter 9 geschlossen ist, verschwindet die Erregung der Solenoide49 bzw. 50, und das betreffende Steuerventil kehrt in seine Normalstellung zurück, wodurch die Druckluft von dem Zylinder 43 des Hauptventils 40 abgesperrt wird. Das Hauptventil 40 wird jedoch durch die Sperrklinke 69 in seiner Arbeitsstellung festgehalten, und der Überbrückungsschalter 9 bleibt geschlossen. Wenn der Überbrückungsschalter 9 wieder geöffnet werden soll, braucht nur das von Hand zu betätigende Ventil 70 geöffnet zu werden, wodurch die in der Verriegelung 68 und der Leitung 67 befindliche Druckluft austreten kann, worauf die Sperrklinke 69 zurückgezogen wird und das Hauptventil 40 freigibt, so daß es durch die Feder 45 in seine iao normale Stellung zurückbewegt wird und der Druckluft den Zutritt zum Luftzylinder 11 freigibt, wodurch der Überbrückungsschalter 9 wieder geöffnet wird. Es ist klar, daß die Verriegelung 68 von beliebiger Bauart sein kann, wobei es nur möglich sein muß, das Hauptventil 40 in seiner

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Arbeitsstellung, wenn die Verriegelung durch die aus dem Luftzylinder ii austretende Druckluft betätigt wird., zu verriegeln.

Es kann manchmal der Fall eintreten, daß eine oder mehrere der einzelnen Kondensatoreinheiten, aus welchen sich der Reihenkondensator ι zusammensetzt, ausfällt; die Kondensatoreinheiten sind einzeln mit Sicherungen ausgestattet, die gegebenenfalls ansprechen und so eine beschädigte ίο Einheit aus dem Stromkreis ausschalten. Gewöhnlich ist in einer Reihenkondensatorbatterie der hie: beschriebenen Bauart eine verhältnismäßig große Anzahl van einzelnen Kondensatoreinheiten vorgesehen, so daß die Herausnahme einer odei mehrerer Einheiten aus dem Stromkreis die Gesamtcharakteristik der Batterie nur unwesentlich verändert und es infolgedessen nicht nötig ist, dieselbe als Ganzes unmittelbar darauf außer Betrieb zu setzen. Es ist jedoch wünschenswert, daß jederzeit die Anwesenheit einer beschädigten Einheit oder einer durchgeschlagenen Sicherung angezeigt wird, so daß zu einem gegebenen Zeitpunkt die Einheit ausgewechselt werden kann. Bei dem der Erfindung zugrunde liegenden Sehutzsystem ist infolgedessen eine Einrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe das Ansprechen einer oder mehrerer einzelner Kondensatorsicherungen angezeigt wird. Zu diesem Zweck ist der Reihenkondensator ι in zwei gleiche zueinander parallele Kondensatorzweige unterteilt, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist; in jeden dieser Zweige ist ein Stromwandler 75 eingeschaltet. Die Stromwandler 75 sind, wie in der Zeichnung dargestellt, sekundärseitig kreuzweise mit der Wicklung 76 eines Relais ¹J¹J verbunden. Da die beiden zueinander parallel geschalteten Zweige des Reihenkondensators ι unter sich gleich sind, werden normalerweise die in ihnen auftretenden Ströme auch gleich sein, und in der Wicklung 76 wird infolgedessen normalerweise kein Strom fließen. Wenn jedoch in einem der beiden Zweige der Kondensatorbatterie eine oder mehrere Kondensatoreinheiten ausfallen und dieselben durch das Ansprechen der betreffenden Sicherungen von der Batterie abgetrennt werden, ändert sich die Impedanz des betreffenden Zweiges, und der Strom wird sich nicht weiter gleichmäßig aufteilen. Dieser Unterschied in der Stromverteilung in den beiden zueinander parallelen Zweigen löst in der Wicklung 76 einen Strom aus, und das Relais yy schließt seinen Kontakt 78.

Der Kontakt 78 des Relais ¹J¹J ist so geschaltet, daß er das Solenoid 79 eines Ventils 80 von der Gleichrichterbrücke 56 her über die Leitungen 81 und 62 mit Strom beschickt. Das Ventil 80 wird normalerweise durch eine Feder 82 geschlossen gehalten und läßt, wenn es durch die Betätigung des Solenoides 79 geöffnet wird, Druckluft von dem Hilfsluftbehälter 6 in eine isolierte Leitung 83, die im Innern der Isolatorsäule 15 bis zum Erdboden führt und dort mit einem Druckluftschalter 84 verbunden ist. Der Druckluftschalter 84 kann irgendwo in größerer Entfernung von der Anlage angebracht sein und kann Erdpotential besitzen. Der Schalter 84 hat eimern Kontakt 85, der dann geschlossen wird, wenn der Schalter unter Druck gesetzt wird, wodurch ein Signalgeber, z. B. ein Anzeigegerät 86, bei geschlossenem Kontakt 85 mit der Stromquelle 19 verbunden wird. Der Ausfall einer oder mehrerer Kondensatoreinheiten bewirkt also, daß das Ventil 80 sich öffnet und der Druckluft Zutritt zu dem Schalter 84 gibt, wodurch das Anzeigegerät 86 eingeschaltet wird. Das Anzeigegerät 86 ist als Lampe dargestellt; es ist jedoch klar, daß auch irgendein anderes geeignetes optisches oder akustisches Signalgerät Anwendung finden kann.

Die Wirkungsweise der gesamten Anordnung kann wie folgt zusammengefaßt werden: Unter Normalbedingungen befinden sich alle Teile in der in der Zeichnung dargestellten Lage, wobei der Überbrückungsschalter 9 durch den in dem Luftzylinder 11 herrschenden Luftdruck offengehalten wird. Wenn in der Wechselstromleitung 2 eine Störung oder irgendein Überstrom auftritt, steigt die an dem Reihenkondensator 1 anliegende Spannung; wenn diese den festgelegten zulässigen Höchstwert, auf welchen die Hauptfunkenstrecke 4 eingestellt ist, erreicht, wird die Hauptfunkenstrecke 4 durchschlagen und damit stromführend; dadurch wird der Reihenkondensator 1 überbrückt und geschützt. Sobald die Hauptfunkenstrecke 4 durchschlagen wird und durch die Funkenstrecke Strom fließt, wird das Solenoid 36 über den Stromwandler 37 aus der Gleichrichterbrückenschaltung 38 gespeist und betätigt das Steuerventil 24, um der Druckluft von dem Hilfsluftbehälter 6 her über die Leitungen 22, 32 und 31 Zutritt zu dem Zylinder 28 des Blasventils 23 zu gewähren. Dadurch wird das Blasventil 23 geöffnet, so· daß die Druckluft von der Leitung 22 her unmittelbar in die Düse 5 eintreten kann und ein Luftstrom durch die Hauptfunkenstrecke 4 geleitet wird. Da sich der Hilfsluftbehälter 6 sehr nahe bei der Hauptfunkenstrecke 4 befindet, setzt der Luftstrom mit einer Verzögerung von nicht mehr als eineinhalb bis zwei Vollwellen nach dem Durchschlagen der Hauptfunkenstrecke 4 ein. Der Luftstrom entionisiert die Hauptfunkenstrecke 4; der Lichtbogen in der Hauptfunkenstrecke 4 wird dadurch bei jedem Nulldurchgang gelöscht und zündet wieder, wenn die Spannung bei der nächsten Halbwelle auf einen in der Nähe der ursprünglichen Durcbschlagspannung gelegenen Wert ansteigt. Sobald die Störung beseitigt ist bzw. sobald der Überstrom aufhört, fällt die an dem Reihenkondensator 1 anliegende Spannung, und der Lichtbogen in der Hauptfunkenstrecke 4 zündet in der ersten Halbwelle nach Aufhören der Störung nicht mehr. Der Reihenkondensator 1 wird infolgedessen wieder in Betrieb gesetzt und trägt daher unmittelbar nach Beendigung der Störung wieder dazu bei, die Stabilität des Netzes während der auf die Störung folgenden kritischen Übergangsperiode aufrechtzuerhalten. Sobald in dem Funkenstreckenstromkreiis der Strom zu fließen aufhört, tritt das Solenoid 36 außer Tätigkeit, und das

Steuerventil 24 sowie das Blasventil 23 kehren in ihre normale Lage zurück, wodurch der Luftstrom unterbrochen wird. Wenn nötig, kann eine kleine Verzögerung eingeschaltet werden, um sicherzustellen, daß der Lichtbogen gelöscht ist, bevor der Luftstrom aufhört.

Wenn die Hauptfunkenstrecke 4 aus irgendwelchen Gründen nicht durchschlagen wird oder unter Überstrom leitend wird, wird die Sicherheitsfunkenstrecke 8 durchschlagen und der Reihenkondensator ι überbrückt, sobald die an dem Reihenkondensator ι angelegte Spannung einen Wert übersteigt, der etwas über demjenigen Wert Hegt, auf welchen die Sicherheitsfunkenstrecke 8 eingestellt ist. Sobald die Sicherheitsfunkenstrecke 8 durchschlagen ist, wird: das Solenoid 49 des Steuerventils 47 über den Stromwandler 53 aus der Gleichrichterbrücke 54 gespeist, wodurch das Steuerventil 47 so bewegt wird, daß die Tätigkeit des Hauptventils 40 ausgelöst wird, wodurch der in dem Luftzylinder 11 herrschende Luftdruck abgebaut wird und der Uberbruckungsschalter 9 den Reihenkondensator ι überbrücken kann. Der Austritt der Druckluft aus dem Luftzylinder 11 betätigt die Verriegelung 68 und verriegelt somit in der zuvor erläuterten Weise das Hauptventil 40 in der Arbeitsstellung, so daß der Überbrückungsschalter 9 auch dann geschlossen bleibt, wenn das Solenoid 49 stromlos wird, sobald der Überbrückungsschalter geschlossen wird, da die Sicherheitsfunkenstrecke 8 dann kurzgeschlossen ist und der Lichtbogen, in derselben erlischt. Das Manometer 71 zeigt den in der Leitung 67 und in. der Verriegelung 68 herrschenden Luftdruck an und meldet so an einer abgelegenen Stelle die Betätigung des Überbrückungssehalters 9.

Wenn die Hauptfunkenstrecke 4 normal arbeitet, jedoch fortgesetzt durchschlagen wird, entweder weil die Störung innerhalb einer bestimmten Frist nicht abgeklungen ist oder weil der Luftstrom den Lichtbogen nicht löscht oder aus irgendeinem anderen Grund, dann schließt das Verzögerungsrelais 63, wenn das Durchschlagen der Hauptfunkenstrecke 4 sich über einen vorbestimmten. Zeitraum hinaus fortsetzt, seinen Kontakt 65 und betätigt somit das Solenoid 50 des Steuerventils 48; dadurch wird über das Steuerventil 48 die Tätigkeit des Hauptventils 40 in der gleichen Weise, wie zuvor beschrieben, ausgelöst, wodurch der Überbrückungsschalter 9 geschlossen wird und demzufolge den Reihenkondensator 1 überbrückt und schützt, und wodurch gleichzeitig die Hauptfunkenstrecke 4 kurzgeschlossen und stromlos wird.

In gleicher Weise tritt, wenn an dem Reihen-SS kondensator 1 eine mäßige Überspannung auftritt, die zwar zu niedrig ist, um die Hauptfunkenstrecke 4 in Tätigkeit treten zu lassen, jedoch dann, wenn sie längere Zeit auftritt, den Kondensator gefährdet, das Verzögerungsrelais 57 in Tätigkeit, welches seinen Kontakt 60 schließt, wodurch das Solenoid 50 des Steuerventils 48 gespeist wird und die Tätigkeit des Hauptventils 40 auslöst, wodurch wiederum das Schließen des Überbrückungssehalters 9 zum Schütze des Reihenkondensators 1 bewirkt wird. Wenn der Überbrückungsschalter 9 durch die Tätigkeit eines der beiden Steuerventile 47 oder 48 geschlossen wurde, bleibt derselbe geschlossen, da das Hauptventil 40 mittels der Verriegelung 68 in seiner Arbeitsstellung festgehalten wird. Der Überbrückungsschalter 9 kann in diesem Fall dadurch wieder geöffnet werden, daß das von Hand zu betätigende Ventil 70 geöffnet wird; sodann wird dieses wieder geschlossen, wodurch die Anlage für eine weitere Betätigung eingestellt ist. Das Ventil 70 kann an irgendeiner geeigneten entfernten Stelle untergebracht sein und kann, da es Erdpotential besitzt, ohne Gefahr von Hand betätigt werden.

Aus dem Gesagten geht hervor, daß die Anordnung gemäß der Erfindung eine elektropneumatische Schutzanordnung für Reihenkondensatoreu darstellt, die den.Reihenkondensator wirksam gegen Überspannungen schützt und außerdem die Überbrückung des Reihenkondensators beim Auftreten bestimmter Störungen herbeiführt. Die Anordnung schließt weiterhin eine Einrichtung ein, mit deren Hilfe an einer entfernten Stelle ein Ausfall einer oder mehrerer einzelner Kondensatoreinheiten angezeigt wird, so daß die ausgefallenen Einheiten zur gegebenen Zeit ausgewechselt werden können Das elektropneumatisehe System besteht in einem auf Erdpotential stehenden Hauptpreßluftbehälter, der an irgendeiner geeigneten Stelle untergebracht werden kann, und der einem in der Nähe der Hauptfunkenstrecke und des Überbrückungsschalters gegen Erde isoliert aufgestellten Hilfsluftbehälter Druckluft zuführt, so daß in der Nähe der Hochspannung führenden Teile ein genügend großer Druckluftvorrat vorhanden ist. Es wird bemerkt, daß im Fall des Ausfalles des Luftdruckes aus irgendwelchen Gründen oder, wenn der Luftdruck unzulässig niedrig wird, der Überbrückungsschalter 9 durch die Feder 10 geschlossen wird., so daß der' Reihenkondensator 1 überbrückt wird und so lange geschützt bleibt, bis die Störung abklingt und der normale Luftdruck wiederhergestellt ist. Die Handventile 70, die Manometer 71 und die Druckluftschalter 84 mit den Anzeigegeräten 86 aller drei Phasen können bequem gemeinsam in einem Gehäuse 21 untergebracht werden,, in welchem sich, außerdem der Hauptpreßluftbehälter und der Kompressor befinden. Der Hauptpreßluftbehälter 14 kann für alle drei Phasen gemeinsam benutzt werden, so daß sich nur auf den einzelnen, für die drei Phasen jeweils vorgesehenen Isolatorsäulen jeweils einzelne Hilfsluftbehälter 6 befinden.. Es kann jedoch auch die eine oder andere der beschriebenen Einrichtungen weggelassen werden, wenn dieselbe für eine bestimmte Anlage nicht benötigt wird.

Claims

Patentansprüche:

i. Schutzanordnung für Reihenkondensatoren in Höchstspannungs-Wechselstromleitungen mit einer zu diesen parallel geschalteten Funkenstrecke, die leitend wird, wenn die am Reihen-

kondensator auftretende Augenblicksspannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, nach Patent 917 857, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Hauptfunkenstrecke (4) eine Sicherheitsfunkenstrecke (8) mit höherer Durchschlagsspannung als derjenigen, der Hauptfunkenstrecke geschaltet ist und daß Steuereinrichtungen (53,49) vorgesehen sind, die auf den Strom in dieser Sicherheitsfunkenstrecke ansprechen und mit deren- Hilfe das Schließen des parallel zum Reihenkondensator (1) und zu den Funkenstrecken (4,8) geschalteten Überbrükkungsschalters (9) ausgelöst wird.
2. Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersystem für den Überbrückungsschalter (9) einen Luftzylinder (11) enthält, der mit dem Überbrükkungsschalter wirkungsmäß'ig verbunden ist, daß ein Hauptventil (40), durch welches Druckluft aus einem Hilfsluftbehälter (6) in den Luftzylinder (11) eintreten und so· normalerweise den Überbrückungsschalter gegen die Schließkraft einer Feder (10) offenhalten kann, und elektrisch betätigte Einrichtungen (40, 47, 48, 49, 50) vorgesehen sind, die beim Auftreten bestimmter Störungen ansprechen und mit deren Hilfe der Luftdruck so weit abgebaut werden kann, daß der Überbrückungsschalter durch die Feder geschlossen wird.
3. Schutzanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch die aus dem Luftzylinder (11) austretende Druckluft betätigte Verriegelung (68, 69) vorgesehen ist, die dazu dient, das Hauptventil. (40) in seiner Arbeitsstellung zu verriegeln,, und daß ferner an einer entfernt gelegenen Stelle ein von Hand zu betätigendes Ventil (70) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe der Luftdruck in der Verriegelung (68, 69) abgebaut werden kann, wodurch dem Hauptventil (40) gestattet wird, in seine Ausgangsstellung zurückzukehren und damit der Druckluft den Zutritt zu dem Luftzylinder (11) wieder zu gestatten, wodurch der Überbrükkungsschaker (9) wieder geöffnet wird.
4. Schutzanordnung nach einem der Ansprüche ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verzögerungsrelais (63) vorgesehen ist, welches· auf den Strom in der Hauptfunkenstrecke (4) anspricht und mit dessen Hilfe das Schließen des Überbrüekungssch alters (9) dann ausgelöst wird, wenn über die Dauer eimer vorbestimmten Zeitdauer hinaus fortgesetzt Strom durch die Hauptfunkenstrecke (4) fließt.
5. Schutzanordnung nach einem der Ansprüche ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verzögerungsrelais (57) vorgesehen ist, welches auf die an dem Reihenkondensator (1) anliegende Spannung anspricht und bewirkt, daß der Überbrückungsschalter (9) dann geschlossen wird, wenn eine nicht abklingende Überspannung auftritt, deren Höhe kleiner ist als die der Durchschlagsspannung der Hauptfunkenstrecke (4).
6. Schutzanordnung nach einem der Ansprüche ι bis 5, bei der der Reihenkondensator aus einer Mehrzahl einzelner, in Form einer in zwei gleiche untereinander parallele Zweige unterteilten Batterie geschalteter KondensatO'reinheiten zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das elektropneumatische Steuerungssystem einen an einer entfernten Stelle angebrachten Druckluftschalter (84), ferner eine auf die Störung des Gleichgewichtes der in den beiden zueinander parallelen, Zweigen der Kondensatorbatterie auftretenden Ströme ansprechende Einrichtung {77, 80), mit deren Hilfe Druckluft aus dem Hilfsluftbehälter (6) dem Druckluftschalter (84) zugeführt wird, und ein Anzeigegerät (86) aufweist, das durch die Betätigung des Druckluftschalters (84) eingeschaltet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 721 077;

The Electric Journal, 33 (1936), S. 1460.;

General Electric Review, 33 (1930), S. 621 ff.; (1937), S. 178;

Union Internationale des producteurs et distributeurs d'energie electrique, IV, 11 (1949), S. 13.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 887 068.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©809 702/42 12.58