CH298647A - Verfahren und Einrichtung zum Schalten von Hochspannungs-Gleichstromkreisen. - Google Patents

Description

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 Verfahren und Einrichtung zum Schalten von    Hochspannungs-Gleichstromkreisen.   Es ist bekannt., dass in Gleichstromkreisen mit    Induktivitäten   beim Abschalten hohe Absehaltspannungen entstehen können. Diese lassen sich dadurch    vermeiden,   dass parallel zu den    Induktivitäten   bzw. parallel zu dem abzuschaltenden, die    Induktivitäten   enthaltenden Teil des Gleichstromkreises, kurz vor dem Öffnen des Schalters ein Stromweg geschlossen wird, über den sich die in den    In-      duktivitäten   aufgespeicherte Energie entladen kann.

   Es ist beispielsweise vorgeschlagen worden, kurz vor dem Öffnen eines Gleichstromschalters durch einen Hilfsschalter Trockengleichrichter derart zu der abzuschaltenden    Induktivität   parallel zu schalten, dass beim Umkehren der Spannung an der    Induktivität   ein Strom durch den Gleichrichter fliessen kann. In    Gleichstromkreisen   sehr hoher Leistung,    beispielsweise   in    Energieübertragungs-      anlagen   mit hochgespanntem Gleichstrom, würde ein solcher Gleichrichter sehr teuer    ,-erden.   Wollte man den abzuschaltenden Gleichstromkreis unmittelbar kurzschliessen, so würde der abzuschaltende Strom schnell    ansteigen   und den Schaltvorgang dadurch erheblich erschweren. 



  Die vorliegende    Erfindung   betrifft nun ein Verfahren und eine Einrichtung zum Schalten von    Hochspannungs-Gleichstrom-      kreisen   und    bezweckt,   diese Schwierigkeiten zu vermeiden.    Das   Verfahren ist dadurch    ge-      kennzeiehnet,   dass vor der Öffnung des Stromkreises zunächst ein Widerstand mit dem ab- zuschaltenden Teil des    Stromkreises   in Reihe geschaltet wird, worauf der    abzuschaltende   Stromkreisteil kurzgeschlossen und schliesslich der Stromkreis ganz unterbrochen wird.

   Die    Einrichtung      zur   Ausübung des Verfahrens weist erfindungsgemäss einen    in   Reihe mit dem    abzuschaltenden.      Stromkreisteil,   im normalen    Betriebszttstandüberbrückten,:Strom-      begrenzungswiderstand   und einen parallel zu dem abzuschaltenden    Stromkreisteil,   während des normalen Betriebszustandes geöffneten    hberbrückitngsschalter   auf. Zur weiteren Erleichterung der Stromunterbrechung kann parallel zur    Unterbrechungsstelle   oder parallel zum Stromverbraucher ein    Kondensator   angeordnet werden. Der Schalter kann dann praktisch ohne Spannungsdifferenz zwischen den sich gerade öffnenden Kontakten schalten.

   Der Widerstand kann in mehreren    Stufen   durch Öffnen von Überbrückungsschaltern eingeschaltet oder auch kontinuierlich durch    Bewegen   eines Kontaktes längs -einer Widerstandsbahn, oder durch Bewegen einer Elektrode in einer Widerstandsflüssigkeit eingeschaltet werden. 



  In    Fig.   1 ist    als   Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes eine Schaltung    mit   einem    dreistufigen      Vorschaltwiderstand   dargestellt. Der    abzuschaltende      Belastungskreis   besteht    aus   einem Widerstand    R   und    einer      Induktivität   L, die zur Hälfte dem    Wider-      stand   vorgeschaltet angenommen ist. Beim Abschalten werden zunächst die Schalter 1 

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 und 2 gleichzeitig oder kurz nacheinander geöffnet. Jeder Schalter braucht dann    nur   die halbe Netzspannung zu sperren.

   Die Sperrspannung an den Schalterkontakten steigt von Null allmählich an, da der zum Widerstand 'parallel liegende Kondensator plötzliche Spannungsänderungen nicht zulässt. Der während des Schaltvorganges mit dem Stromkreis in Reihe geschaltete Widerstand wird    mit   Vorteil so bemessen, dass auch bei    talmittelbar   kurzgeschlossenen Verbrauchern die speisende Stromquelle nur mit einem Strom belastet wird, der dem normalen    Belastungsstrom   entspricht. oder doch wenigstens diesen    Belastungsstrom   nicht unzulässig überschreitet. Als Reihenwiderstand zur Strombegrenzung dient zweckmässig entweder ein rein    Ohmscher   Widerstand oder die Parallelschaltung eines    Ohmsehen   Widerstandes mit einer Kapazität.

   Nach Öffnen der Schalter 1 und 2 wird der Schalter 3 geschlossen.    Wenn,   wie in der    Zeichnung   angegeben, die    beiden   Widerstände, die    durch   die Schalter 1 und 2 eingeschaltet werden, zusammen    ebenso   gross sind wie der Belastungswiderstand R, so kann der vom Netz über den    kurzschliessenden   Schalter 3 fliessende Strom nicht höher werden als der Strom vor dem Schliessen des Schalters 3. Dieser Strom kann durch Öffnen eines weiteren Schalters 4 noch herabgesetzt werden. Es ist    als   Beispiel angenommen, dass der Widerstand    Parallel   zum Schalter 4 halb so gross wie der    Belastungs-      widerstand   R ist.

   Nach dem Öffnen der drei Schalter 1, 2 und 4 kann der Hauptschalter 5 gefahrlos ausgeschaltet werden. Der    ziun   Stromverbraucher parallel    geschaltete      Kon-      clensator   6 ist. auf volle Netzspannung aufgeladen und entlädt. sich nach Öffnen des Schalters 5 über den Belastungswiderstand R und den    Kurzschlusssehalter   3 so langsam, dass    in-      zwischen   die volle Sperrfähigkeit des Schalters 5 eingetreten ist. Zweckmässig    wird   vor den Schalter 3 eine kleine    Induktivität   8 geschaltet, damit    umzulässig   grosse Stromstösse beim    Einschalten   des Schalters 3    vermieden   werden.

   Ferner wird zweckmässig auch noch dem Kondensator 6 eine Impedanz, nämlich ein kleiner    -#Viderstand   7 oder eine kleine    Induktivität   vorgeschaltet, -um beim Einschalten den Ladestromstoss zu begrenzen. 



  In    Fig.   2 ist    eilte   Schaltung dargestellt, die sich von der Schaltung nach    Fig.   1 dadurch unterscheidet, dass der    Vorwiderstand   nicht stufenweise, sondern kontinuierlich in den Gleichstromkreis eingeschaltet wird. Der Schaltvorgang beginnt damit, dass sich der    Gleitkontakt   über den ersten Teil des Reihenwiderstandes bewegt. Proportional dem    \Vege   möge dabei infolge entsprechender    Bemessung   dieses Widerstandes sein vorgeschalteter Anteil    zunehmen.   Sobald dieser    @Anteil   den Wert. R    des   kleinsten betriebsmässig vorkommenden Belastungswiderstandes des abzuschaltenden Gleichstromkreises erreicht hat, wird der Schalter 3 geschlossen.

   Der Gleitkontakt läuft dann weiter, erhöht den Reihenwiderstand,    lind   zwar vorteilhaft bei entsprechender Bemessung desselben so, dass er schneller als vorher weiter ansteigt, und unterbricht schliesslich den Stromkreis vollständig. Nach dem Schliessen des Schalters 3 sind die    Strom-      änderLing   im Schaltwiderstand und die auftretende Spannung vom äussern Belastungsstromkreis unabhängig. 



  Beim Einschaltvorgang kann der die Induktivität bzw. den Belastungskreis überbrückende Schalter, das heisst. der Schalter 3 in den    Fig.   1. und 2, schon vor Beginn des    Einschaltens   geöffnet werden. Er kann aber auch in der gleichen    Reihenfolge   wie beim Ausschalten erst dann    geöffnet   werden, wenn schon ein Teil des    Vorwiderstandes   überbrückt ist.

   Die Aufeinanderfolge der Schaltbewegungen kann mechanisch durch einen gemeinsamen Antrieb bewirkt. werden, man kann aber auch bei einer Anordnung nach    Fig.   2 den Schalter 3 dann einschalten, wenn die Augenblickswerte der Spannungen an den Klemmen    a   und    h   des Schalters 3 gleich geworden sind, was je nach der abzuschaltenden    Stromstärke   bei verschiedenen Werten des vorgeschalteten Widerstandes der Fall ist.

   Man kann dazu dem Schalter 3 einen Antrieb geben, der elektrisch in Abhängigkeit von der Spannung am Schalter    ausgelöst      wird.   Die 

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 Widerstände der Schaltung nach    Fig.   2 werden zweckmässig so abgestuft, dass der Widerstand sich im ersten Teil der Gleitbahn proportional mit dem Weg ändert, dass dagegen von dem Widerstandswert an, der dem kleinsten    Belasttmgswiderstand      entspricht,   der Widerstand so schnell hohe Werte annimmt, wie dies mit Rücksicht auf die vor dem Schalter in der speisenden    Leitung   liegenden    Induk-      tivitäten   zulässig ist.

   Man kann damit.    errei-      ehen,   dass selbst bei dem grössten abzuschaltenden Strom die Netzspannung nur um ein ganz bestimmtes Mass überschritten wird. 



  Dem den    Verbraucherkreis   kurzschliessenden Schalter kann zweckmässig ein    Ohmscher   Widerstand vorgeschaltet werden, um den über die    Kurzschlussstelle   fliessenden Strom in seiner Dauer zu beschränken und thermische Schäden an der    Kurzschlussstelle   möglichst klein zu halten. In diesem    Vorwider-      stand   wird dann die magnetische Energie der    Induktivitäten   vernichtet, die sich in dem abzuschaltenden Teil der Gleichstromleitung befinden.

   Um die Energie dieser    Induktivitäten   möglichst schnell zu vernichten und gleichzeitig    Überspannungen   zu vermeiden, kann der Widerstand, der dem    Kurzschlussschalter   vorgeschaltet ist, kontinuierlich verändert werden, insbesondere derart, dass die    Spannung   an ihm während .der Geit bis zur vollständigen Unterbrechung des    Kurzschlussstromes   mindestens annähernd konstant und höchstens gleich der zulässigen Gleichspannung ist.

   Man erhält dann eine    Schaltung,   bei der der abzuschaltende Teil der Gleichstromleitung nicht wie bei den Schaltungen der    Fig.   1 und 2    unmittelbar   kurzgeschlossen wird, bei der vielmehr nicht nur in Reihe mit dem abzuschaltenden    Gleichstromkreis,   sondern auch parallel dazu ein veränderlicher Widerstand liegt. 



  Liegt der Gleichstromschalter nicht am    Anfang   der Gleichstromleitung und sind dementsprechend .auch vor ihm noch    nennens-      wexte      Induktivitäten   vorhanden, so ist die Geschwindigkeit der Widerstandszunahme im Schalter durch die zulässige Überspannung vor dem Schalter begrenzt. Um den abzuschal-    tenden   Stromkreisteil möglichst schnell abtrennen zu können, ist es vorteilhaft, vor dem Schalter einen    Parallelwiderstand   vorzusehen, dessen Wert während des Schaltvorganges zunächst    allmählich   abnimmt und dann wieder bis auf praktisch unendlich zunimmt.

   Dies führt zu einer Schaltung; beider sowohl vor dem Hauptschalter    als   auch hinter dem Hauptschalter und zwischen dem Hauptschalter und dem abzuschaltenden Belastungsstromkreis veränderliche Widerstände    liegen:   In    Fig.   3 ist eine    Schaltung   dargestellt, die in der    vorstehend      beschriebenen   Form von den Schaltungen der    Fig.   1    und   2 abweicht bzw. diese durch    Parallelwiderstände   ergänzt.

   Es ist angenommen, dass zwischen dem Stromerzeuger 10 und dem Verbraucher 11    Induktivitäten   liegen, von denen die    In-      duktivitäten   12, 13 hinter der Schaltstelle, die    Induktivitäten   14, 15 dagegen vor der    Schaltstelle   liegen. Die    Schalteinrichtung   besteht im wesentlichen aus drei veränderlichen Widerständen 16, 17 und 18 mit zugehörigen Schaltbrücken 19 und 20. In eingeschaltetem Zustand befinden sich die beiden    Schaltbrük-      ken   19 und 20 in der Stellung E am untern Ende des Widerstandes 16. Dieser Widerstand ist dabei vollständig überbrückt.

   Der Parallelstromkreis zum Verbraucher ist ausgeschaltet und ebenso der    Parallelstromkreis   vor der    Schalteinrichtung   wegen    des   dem Parallelwiderstand 17 vorgeschalteten    Kon-      densators   21. Beim Ausschalten werden die beiden Schaltbrücken 19 und 20 derart bewegt, dass der Widerstand 16 nach und nach eingeschaltet wird. Nach dem Einschalten eines bestimmten Teils des Widerstandes 1ä wird ein Teil des    Widerstandes   18 eingeschaltet bzw. zu dem Verbraucher 11 und den beiden    Induktivitäten   12 und 13 parallelgeschaltet. Etwas später wird auch über einen Teil des    Widerstandes   17 der Parallelstromkreis vor der Schalteinrichtung geschlossen.

   Mit weiter    fortschreitender   Bewegung der Schaltbrücken 19 und 20 wird der .abzuschaltende    Gleichstromkreis   vollständig kurzgeschlossen, und etwas später wird auch der Widerstand 17 vor der    Schalteinrichtung   

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 kurzgeschlossen, so dass in diesem    Parallel-      stromkreis   nur noch der    Vorwiderstand   22 eingeschaltet bleibt. Mit weiter    zunehmender   EI    inschaltiuig   des    Vorwiderstandes   16 werden die Widerstände in den beiden Parallelstromkreisen    wiederLim   erhöht. Am Ende des Schaltvorganges befinden sieh die Schaltbrücken 19 und 20 in der Ausschaltstellung -4.

   Nach    vollständiger   Einschaltung des Widerstandes 16 ist der    Stromkreis   über den Kondensator 23 vollständig unterbrochen. 



  Die entsprechend der Schaltung der    Fig.   3 vorgesehenen Reihen-    Lind,   Parallelwiderstände werden bei gegebenen    Induktivitäten   im    Gleichstromkreis   so bemessen, dass hinsichtlich der auftretenden Überspannungen, der in den Widerständen entstehenden Wärme und der Zeit bis zur vollständigen Abtrennung    des   Stromverbrauchers ein Optimum erreicht wird. Wie -bereits für die Schaltungen der    Fig.   1    und   2 erwähnt, ist das Verfahren zur    Veränderung   der Widerstände an sich beliebig. Es können Gleit-, Rollen- oder    Wälz-      kontakte   mit entsprechend abgestuften Widerständen verwendet werden.

   Zweckmässig wird die Schaltung so gewählt, dass sowohl im eingeschalteten als auch im ausgeschalteten Zustand die Widerstände abgetrennt sind, damit keine    Dauerverluste   in ihnen entstehen können. Für die    Bemessung   und Anordnung der Widerstände kann als Richtschnur das Bestreben gelten, dass die magnetische Energie der im Gleichstromkreis vorhandenen    Induk-      tivitäten   im Parallelwiderstand vernichtet wird, ohne    da.ss   eine nennenswerte Vergrösserung der Strombelastung der Gleichstromquelle oder eine schädliche Überspannung auftreten kann.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: .I. Verfahren zum Sehalten eines Hoch- spannungs-Gleichstromkreises, dadurch gekennzeichnet, dass vor der öffnung des Stromkreises zunächst ein Widerstand mit dem abzuschaltenden Stromkreisteil in Reihe geschaltet, darauf der abzuschaltende Stromkreisteil kurzgeschlossen und schliesslich der Stromkreis ganz unterbrochen wird. Il.

   Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit dem abzuschaltenden Stromkreisteil ein während des normalen Betriebszustandes überbrückter Strom- begrenzungswidersta.nd und parallel zti dem abzuschaltenden Stromkreisteil ein während des normalen Betriebszustandes geöffneter Überbrückungsschalter vorgesehen ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Kurzschliessung des abzuschaltenden Stromkreises ein weiterer Strombegrenzungswiderstand damit in Reihe geschaltet wird, bevor der Stromkreis endgültig unterbrochen wird. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einschaltvorgang zuerst. der Überbrückungsschalter --e- öffnet wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einschaltvorgang zunächst ein Teil des Vorwidersta.n- des überbrückt und dann der überbrückungs- schalter geöffnet wird. 4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzsehluss vor dem Ende des Ausschaltvorganges über einen veränderbaren Vorwiderstand wieder aufgehoben wird. 5.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass nach Vorschaltung eines Teils des Reihenwiderstandes die aus diesem, der Unterbrechungsstelle und dem abzuschaltenden Stromkreisteile bestehende Reihenschaltung während des weiteren Ausschaltvorganges vorübergehend durch einen veränderbaren Parallelwiderstand überbrückt wird, der zunächst. vermindert und dann wieder erhöht wird. 6.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombe- grenzungswiderstand so gross ist, dass die Höhe des bei geschlossenem überbrüekiings- schalter fliessenden Stromes geringer ist. als der für den von ihm durchflossenen Stromkreisteil zulässige Höchstwert. <Desc/Clms Page number 5> 7. Einrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erleichterung der Stromunterbrechung ein Kondensator vorgesehen ist, der ;einen- Teil des zu unterbrechenden Stromkreises überbrückt. B.

   Einrichtung nach Unteransprueh 7, dadurch gekennzeichnet, dass .der Kondensator parallel zur Unterbrechungsstelle liegt. 9. Einrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator parallel zli dem abzuschaltenden Stromkreis- teile liegt. 10.

   Einrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kondensator eine den Ladestrom begrenzende Impedanz vorgeschaltet ist. 11. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombe- grenzungawiderstand ein rein Ohmacher Widerstand ist. 12. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombe- grenzungswiderstand aus einer ParalleIschal- tung eines Ohmschen Widerstandes und einer Kapazität besteht. 13.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombe- grenzungswiderstand ebenso gross ist wie der Belastungswiderstand des abzuschaltenden Stromkreisteils. 14. Einrichtung nach Patentanspi-ich II, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Über- brückungsschalter eine Induktivität in Reihe geschaltet ist. 15.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch Mittel zur selbsttätigen Steuerung des Überbrückungsschalters in Abhängigkeit von der Spannung an seinen Klemmen. 16. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Stroinbe- grenzungswiderstand derart kontinuierlich veränderbar ist, dass er zunächst proportional mit dem Wege seines Verstellgliedes zunimmt, bis er den Wert des kleinsten Belastungswiderstandes erreicht hat, und:

   danach schneller als vorher weiter ansteigt. 17. Einrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass dem -Gberbrük- kungsschalter ein Ohmscher Widerstand vorgeschaltet ist. 18. Einrichtung nach Unteranspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgeschaltete Widerstand kontinuierlich veränderbar ist. 19.

   Einrichtung nach Unteranspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand und seine Steuerung für einen solchen Verlauf der Widerstandsänderung ausgelegt sind, dass die Spannung am Widerstand während der Zeit bis zurr vollständigen Unterbrechung des Kurzschlussstromes mindestens angenähert konstant und höchstens gleich der zulässigen Gleichspannung ist.