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Anordnung zur Uberstromprüfung, vorzugsweise Kurzschlußprüfung von
Wechselstromunterbrechern Zusatz zum Patent 962 731
Das Hauptpatent bezieht sich
auf eine Anordnung zur flberstromprüfung, vorzugsweise Kurzschlußprüfung von Wechselstromunterbrechern,
insbesondere von Schaltern und Stromrichtern, bei der der die Prüfschaltstelle durchfließende
Strom im wesentlichen aus einer Stromquelle hoher Ergiebigkeit (Hochstromquelle)
entnommen wird, während die nach der Stromunterbrechung auftretende Spannung von
einer Stromquelle hoher Spannung und höherer Frequenz als die der Hochstromquelle
(Hochspannungsquelle) geliefert wird und beide Stromquellen vor dem Nulldurchgang
des Hochstromes stronlführend sind. Das Charakteristische dieser Prüfanordnung besteht
darin, daß der Strom der Hochspannungsquelle kurz vor dem Nulldurchgang des Hochstromes
angenähert den gleichen Verlauf und die gleiche Höhe aufweist, wie sie der vom Lichtbogen
unbeeinflußte Hauptstrom haben würde, und daß Mittel vorgesehen sind, die etwa im
Zeitabschnitt der größten Übereinstimmung beider Ströme den Hauptstrom von der Prüfschaltstelle
fortnehmen und den Strom der Hochspannungsquelle über die Prüfschaltstelle leiten.
Der letzte Teil des Hauptstromes wird also durch den Strom der Hochspannungsquelle
ersetzt. Auf diese Weise wird erreicht, daß beim Nullwerden des überlagerten Stromes
die Hochspannung ohne jegliche Verzögerung
als Wiederkehr- bzw.
Prüfspannung auftritt, wie es auch im Netzbetrieb der Fall ist.
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Im einzelnen spielt sich der Prüfvorgång dabei so ab, daß zunächst
der Hauptstrom den Pnifling allein durchfließt, dann zu diesem der Strom der Hochspannungsquelle
hinzugefügt wird und schließlich der Prüfling von der Hochspannungsquelle auf seine
Spannungsfestigkeit beansprucht wird. Während des Verlaufs der Überlagerung beider
Ströme muß der Prüfling von dem Hauptstrom entlastet werden und der gesamte Hochstromkreis
vom Hochspannungskreis mit genügender Sicherheit abgetrennt werden.
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Die Entlastung des Prüflings vom Hauptstrom erfolgt nun nach dem Hauptpatent
dadurch, daß die Hauptstromquelle zum gewünschten Zeitpunkt unmittelbar kurzgeschlossen
wird und dadurch aufhört, in den Prüfling einzuspeisen. Die Abtrennung des Hochstiomkreises
vom Hochspannungskreis wird von einem zusätzlichen Schalter zwischen dem Prüfling
und der Hauptstromquelle vorgenommen und so die Hochspannung von der Hochstromquelle
ferngehalten.
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Der Strom der Hochspannungsquelle wird entweder mit Aufheben eines
Nebenschlusses zur Hochspannungsquelle eingeschaltet oder durch einen Hilfsunterbrecher,
insbesondere eine Hochspannungssicherung, an der ein so hoher Spannungsabfall auftritt,
daß eine nachgeschaltete Funkenstrecke durchschlagen wird und diese die zweckmäßig
als Schwingungskreis ausgebildete Hochspannungsquelle an den Prüfling legt.
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Die Erfindung bezweckt eine Vereinfachung und Verbesserung der Prüfanordnung
nach dem Hauptpatent, und zwar sowohl hinsichtlich der Zahl der notwendigen Schaltelemente
als auch der Wirkungsweise. Erfindungsgemäß ist die höherfrequente Hochspannung
über ein gesteuertes Schaltelement unmittelbar an den Prüfling gelegt und übernimmt
nur der in Reihe mit dem Prüfling liegende und zugleich mit diesem betätigte Schalter
von etwa gleicher Schaltleistung wie der Pnifling das Unterbrechen des Hochstromes
und das Abtrennen des Hochspannungskreises von der Hochstromquelle. Es wird so auf
der Hochspannungsseite die vorzeitige Belastung der Hochspannungsquelle durch den
Nebenschluß bzw. die Anordnung einer nur für mittlere Spannungen geeigneten Hochspannungssicherung
mit einer zusätzlichen Funkenstrecke vermieden, während im Hauptstromkreis durch
Ausbildung der bisherigen Hochspannangstrennstelle als Leistungsunterbrecher ein
kurzschlie-Beides Schaltelement und damit die erhöhte Belastung der Hochstromquelle
durch den unmittelbar kurzgeschlossenen Hauptstrom wegfällt. Die Aufgabe des mit
dem Prüfling in Reihe liegenden Schalters, der zugleich ein anderer Pol des Prüflings
sein kann, die hohe Prüfspannung von der Hochstromquelle fernzuhalten, wird hierbei
noch vorteilhaft durch die Aufteilung des Stromes aus der Hochspannungsquelle auf
diesen Hilfsschalter und den Prüfling unterstützt.
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Da beide Teilströme entgegengesetzt fließen, wird der Hauptstrom an
dem Hilfsschalter eher unterbrochen als am Prüfling und daher die Hilfsschaltstrecke
schneller entionisiert und elektrisch fester als die des Prüflings, so daß bei der
nachfolgenden Beanspruchung beider Schaltstrecken durch die Prüfspannung der Hilfsschalter
dieser Spannung auf jeden Fall eher widersteht als der Prüfling, sofern beide Schalter
an sich gleichwertig sind. - Dieser Umstand ist sehr wichtig, da ein Versagen des
Hilfsschalters zeitlich vor dem Prüfling auf alle Fälle vermieden werden muß. Der
Hilfsschalter braucht daher auch nicht für eine höhere Schaltleistung als der Prüfling
bemessen zu werden, wie es normalerweise bei anderen Prüfschaltungen, die nicht
mit überlagerten Strömen aus dem Hochspannungskreis arbeiten, der Fall ist. Die
F,rfindung mit weiteren Einzelheiten wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Entsprechend Fig. 1 besteht die Prüfanordnung aus dem Stromkreis
I, dem Spannungskreis 2 und dem Steuerkreis 3. Der Stromkreis I enthält den Transformator
4, dessen Leistung so bemessen ist, daß der gewünschte Haupt- oder Kurzschlußstrom
geliefert wird, und zwar bei einer Spannung, die groß genug ist, um den Kurzschluß
strom von der Lichtbogenspannung der Schaltkontakte im wesentlichen unabhängig zu
machen. Bei Preßluftschaltern werden weniger als 10 kV ausreichend sein, weil die
Lichtbogenspannung in diesem bis zum Nulldurchgang konstant ist und etwa I,5 bis
2 kV beträgt. Bei Flüssigkeitsschaltern mit stark stromabhängiger Brennspannung
wird man höher gehen. Der Kurzschlußvorgang wird eingeleitet durch das Schließen
des Schalters 5, worauf sich die beiden Schaltstrecken 6 und 7 des zu prüfenden
Schalters durch die übliche Automatik öffnen.
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Die Energiequelle für den Spannungslrreis bildet der Kondensator
8, der durch einen Hochspannungswandler g über das Ventil 10 aufgeladen wird. Die
im Kondensator gespeicherte Energie soll groß genug sein, damit kurz vor dem Nulldurchgang
des Kurzschlußstromes diesem ein Zusatzstrom überlagert werden kann, von einer Amplitude,
die etwa den Momentanwerten des vom Transformator 4 gelieferten Hauptstromes entspricht.
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Die Entladung des Kondensators 8 über die Drossel II wird durch die
Zündung der Ventilstrecke 12 eingeleitet, die von dem Zündkreis 3 sichergestellt
wird. Durch diesen Stromstoß iiber die jetzt parallel liegenden Schaltstrecken 6
und 7 werden drei wichtige Funktionen erfüllt, und zwar wird zunächst der Stromfluß
durch den Prüfling nicht durch den mit kleiner Spannung arbeitenden Stromkreis bestimmt,
sondern im kritischen Gebiet kleiner Amplitudenwerte, in dem die Lichtbogenspannung
unter Umständen stark ansteigen kann, von der hohen treibenden Spannung des Spannungskreises.
Der Zusatzstrom addiert sich also im Prüfling zum Hauptstrom.
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Weiter werden die abfallende Flanke des Stromes und die auftretende
Prüfspannung nach dem Nulldurchgang nicht willkürlich aneinandergereiht, sondern
in derselben Weise funktionell miteinander verbunden wie im Netzbetrieb. Schließlich
vermindert der Zusatzstrom, der über den Schalter 7 geführt wird, an diesem den
Hauptstrom und schafft einen Nulldurchgang, in dem die Abtrennung des Stromkreises
zwanglos und sicher erfolgt.
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Im einzelnen ist der Vorgang dabei der, daß beim Auslösen des Schwingstromkreises
der Strom über
beide Schaltstrecken 6 und 7 fließt, und zwar bei
der Schaltstrecke 6 in Richtung des Kurzschlußstromes und bei der Schaltstrecke
7 in Gegenrichtung, wie aus Fig. 2 a und 2b hervorgeht. In Fig. 2 a bedeutet IK
den Kurzschlußstrom (Hauptstrom), der die beiden Schaltstrecken 6 und 7 gleichsinnig
durchfließt. Die Verhältnisse kurz vor dem let7ten Nulldurchgang dieses Kurzschlußstromes,
wo sich dem abfallenden Kurzschlußstrom der Schwingstrom höherer Frequenz und kleinerer
Amplitude überlagert, sind in Fig. 2b gesondert dargestellt. Für den Schwingstrom
Is erscheinen die Schaltstrecken 6 und 7 parallel geschaltet, so daß eine Stromverteilung
erfolgt.
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In dem Zweig mit der Schaltstrecke 7 fließt der eine Teilstrom Is'
dem Hauptstrom IK entgegen. - In 6 haben IK und der andere Teilstrom Is" gleiche
Richtung. In der Schaltstrecke 6 erfolgt somit eine Addition der Augenblickswerte
16 = IK + Ins", in der Schaltstrecke 7 entsteht eine Subtraktion IK - I$', deren
Ergebnis durch die strichlierte Kurve dargestellt ist. Die Zeichnung gibt die Zeitdifferenz
zwischen den Nulldurchgängen der Ströme in den Schaltstrecken 6 und 7 an. An der
Schaltstrecke 7 wird deshalb der Gesamtstrom vorzeitig durch Null gehen.
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Die Löschbedingungen für die Schaltstrecke 7 sind günstig, da als
wiederkehrende Spannung nur der Scheitelwert der Spannung des Kurzschlußtransformators
auftritt. Es ist also damit zu rechnen, daß die Unterbrechung gelingt und bis zum
Auftreten der Prüfspannung eine Ruhezeit eintritt, in der die elektrische Festigkeit
dieser Schaltstrecke völlig hergestellt ist. Die Schaltstrecke 6 übernimmt nach
dem Löschen von 7 den vollen Schwingstrom. Man hat es durch Dimensionierung in der
Hand, den kritischen Wert des dt kurz vor dem Nulldurchgang zu variieren. dt Nach
dem Nulldurchgang des Schwingstromes erscheint die Spannung des umgeladenen Kondensators
als Prüfspannung, wobei die Frequenz des Anstieges ebenfalls durch Zusatzkapazitäten
gegen Erde den gewünschten Beanspruchungen angepaßt werden kann.
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Für den Fall der Wiederzündung des Prüflings dient das Ventil I3 als
Ableitung gegen Erde. Die Anstiegsgeschwindigkeit dieses Rückzündungsstromes, auf
die es unter Umständen auch ankommen kann, läßt sich weitgehend dadurch variieren,
daß das Ventil an eine Anzapfung der Schwingdrossel angeschlossen wird.
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Die Schaltstrecke 7 wird daher sicher unterbrochen, auch wenn es
sich um die gleiche Konstruktion wie beim Prüfling handelt, was z. B. bei Schaltern
mit mehreren in Reihe liegenden Unterbrechungsstellen von Bedeutung ist, bei denen
das Abschaltvermögen einer Unterbrechungsstelle geprüft wird, wobei die anschließende
Unterbrechungsstelle als Reihenschaltstrecke zur Abtrennung des Belastungsstromkreises
I beim Anlegen der hohen Prüfspannung des Spannungsprüfkreises 2 dient. Die Umladung
des Kondensators 8 braucht praktisch nur einmal vorgenommen zu werden, wenn es sich
bei den Prüflingen um Schalter handelt, bei denen man mit einer sicheren Unterbrechung
im ersten Nulldurchgang nach der Kontakttrennung rechnet, so daß also auch eine
einmalige Wiederzündung als ein Versager angesehen wird.
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Handelt es sich dagegen um Schalter, bei denen man bei der betriebsmäßigen
Abschaltung z. B. erst bei dem dritten Stromnulldurchgang mit der endgültigen Stromunterbrechung
rechnet, so ist es zweckmäßig, durch geeignete Mittel dafür 7u sorgen, daß die Spannungsprüfung
erst bei diesem Nulldurchgang vor sich geht. Diese Einmaligkeit des Vorganges bedeutet
eine Vereinfachung des Zündkreises 3 für das Ventil I2, das durch ein antiparalleles
Ventil I3 überbrückt ist, damit im Falle einer Wiederzündung der »Rückstrom« in
voller Höhe fließen kann.
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Der Zündkreis 3 hat sicherzustellen, daß der Zündeinsatz des Ventils
12 kurz nach dem Öffnen der Kontakte einige elektrische Grade vor dem Nulldurchgang
des Kurzschlußstromes erfolgt. Als Kriterium für die Öffnung der Kontakte wird die
Lichtbogenspannung an den Schaltstrecken gegen Erde benutzt, und zwar an dem Kondensator
I4, der unter Umständen ein Glied eines kapazitiven Spannungsteilers ist. Unmittelbar
läßt sich diese Spannung nur dann als Zündspanmmg verwenden, wenn das Trennen der
Kontakte immer bei einer Stromrichtung erfolgt. Da das nicht vorausgesetzt werden
soll, die Spannung also sowohl positiv als auch negativ gegen Erde sein kann, werden
von den Teilspannungen I5 bzw. I6 die Gitter der im Gegenkontakt geschalteten Röhren
I7 bzw. I8 erregt, so daß in jedem Falle an dem gemeinsamen Anodenwiderstand 19
ein einsinniger Impuls entsteht, der entgegen der sperrenden Vorspannung 20 das
Ventil 12 zündbereit macht. Der eigentliche Zündimpuls wird durch den Kurzschlußstrom
selbst ausgelöst, der über den Wandler 2I den gesättigten Transformator 22 erregt,
so daß hier in der Umgebung des Nulldurchganges bei der Ummagnetisierung ein Zündimpuls
für I2 erzeugt wird. Die genaue Lage des Zündimpulses in bezug auf den Nulldurchgang
wird durch die Vormagnetisierungswicklung 23 eingeregelt.
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In der Schaltung entsprechend Fig. I kann die Kombination der antiparallelen
Ventile 12 und I3 durch eine gesteuerte Funkenstreckenanordnung genügender Leistungsfähigkeit
ersetzt werden.