Verfahren zum Prüfen eines Hochspannungsschalters auf sein Abschaltvermögen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines Hochspannungsschalters auf sein Abschaltvermögen, in der der Prüfling nach der Stromunterbrechung durch die Wiederkehrspannung der Stromquelle und gleichzeitig auch durch eine Spannung aus dem abgeschalteten schwingungsfähigen Stromkreis beansprucht wird. Solche Beanspruchungen der Schaltstrecke eines Hochspannungsschalters treten beispielsweise im praktischen Betrieb bei einem Abstandskurzschluss auf.
Hierbei kann die in dem abgeschalteten schwingungsfähigen Netzteil erzeugte Spannung eine sehr hohe Steilheit erreichen und zur Wiederzündung der Schaltstrecke führen.
Da nun die Grösse dieser zusätzlichen Spannung einmal von dem Strom, der in den abzuschaltenden Netzteil fliesst, und zum anderen von den Impedanzen des Netzteils abhängt, kann es vorkommen, dass bei der Prüfung mit dem vorgeschriebenen Kurzschlussstrom infolge nicht angepasster Impedanzen des abzuschaltenden Netzteils eine zu hohe Spannung erzeugt wird, die den Prüfbedingungen nicht entspricht.
Um nun Änderungen des Netzteils, die umständlich und oft nicht durchführbar sind, zu vermeiden, und trotzdem die richtigen Spannungsverhältnisse zu erhalten, wird erfindungsgemäss der Kurzschlussstrom unmittelbar hinter dem Prüfling aufgeteilt und nur ein so gosser Teilstrom über den abzuschaltenden schwingungsfähigen Stromkreis geleitet, dass die durch den Teilstrom an den komplexen Impedanzen hervorgerufenen Spannungsabfall verschieden hoch aufgeladenen Kapazitäten zusammen mit den Induktivitäten nach der Abschaltung mit einer derartigen Amplitude schwingen, dass die richtige Spannungsbeanspruchung am Schalter erzielt wird, während der andere Teilstrom über einen Hilfsstromkreis fliesst, der im Augenblick der Stromunterbrechung im Prüfling abgeschaltet wird.
Auf diese Weise lassen sich durch einfache Änderung des in den Hilfsstromkreis abgeleiteten Stromes alle gewünschten Spannungen in dem abzuschaltenden Netzteil durch den in diesen fliessenden Teilstrom erzeugen, ohne dass die unbedingt konstant zu haltenden Eigenschaften dieses Netzteils verändert werden.
An sich ist es bekannt, in einer Prüfanordnung für Hochspannungsleistungsschalter mit getrennten Stromquellen für den Kurzschlussstrom und die Prüfspannung kurz vor dem Anlegen der Prüfspannung an den Prüfling einen Nebenstromkreis mit einem Kondensator zu schliessen, wodurch ebenfalls eine Aufteilung des Kurzschlussstromes stattfindet. Aber hier erfolgt die Einschaltung des Kondensators lediglich zu dem Zweck, die Resonanzfrequenz des Kurzschlussstromkreises auf einen solchen Wert herabzusetzen, dass die Schaltstrecke eines in Reihe mit dem Prüfling liegenden Hilfsschalters nicht etwa von einer zu steil einschwingenden Wiederkehrspannung des Kurzschlussstromkreises durchschlagen wird.
Eine andere Möglichkeit, die Erfindung vorteilhaft auszunutzen, besteht bei der bekannten Prüfung von Teilschaltstrecken eines Hochspannungsschalters mit mehreren in Reihe liegenden Schaltstrecken auf ihr Abschaltvermögen, die dann angewendet wird, wenn die im Prüffeld zur Verfügung stehende Leistung nicht ausreicht, um den Schalterpol in seiner Gesamtheit zu prüfen. Bei einer solchen Prüfung ist es be kanntlich notwendig, dass der über die Teilschaltstrekke fliessende Strom der gleiche ist, der über sämtliche in Reihe liegende Schaltstrecken des Schalters fliesst, während die Spannungsbeanspruchung nur der der Teilschaltstrecke zugeordneten Teilspannung entsprechen darf. Dies ist im allgemeinen z.
B. bei Kurzschlussversuchen leicht zu erreichen, wenn die Generatorspannung entsprechend herabgesetzt und die Induktivität auf der speisenden Seite so dimensioniert wird, dass trotz der herabgesetzten Spannung der volle Strom fliesst.
Wenn nun die Spannungsbeanspruchung des Schalters nach der Abschaltung wiederum nicht nur von der speisenden Seite, sondern wie bei einem Abstandskurzschluss auch von der als schwingungsfähiges Gebilde ausgebildeten abgeschalteten Seite erfolgt, so ist die obige Forderung schwer zu erfüllen. Die Spannung der abgeschalteten Seite wird nämlich von dem sie durchfliessenden Strom erzeugt, welcher, wie oben ausgeführt, der volle Ausschaltstrom ist. Die Spannungsbeanspruchung von der abgeschalteten Seite her ist dadurch aber dieselbe, wie sie bei der Prüfung des gesamten Schalters auftritt, was aber der oben angeführten Forderung widerspricht.
In diesem Falle wird nun zweckmässig an die Teilschaltstrecken nur die ihnen entsprechende Teilspannung gelegt, aber der volle Kurzschlussstrom des Schalters über sie geführt und dieser unmittelbar hinter den zu prüfenden Teilschaltstrecken im Verhältnis ihrer Anzahl zur Gesamtzahl der Teilschaltstrecken aufgeteilt. Auf diese Weise werden nach der Löschung des Lichtbogens im Prüfling und der Abschaltung des Hilfsstromkreises die Teilschaltstrecken nur mit einer Spannung beansprucht, die, da sie nur von dem kleineren Teilstrom erzeugt wurde, auch nur die diesen Teilschaltstrecken entsprechende Grösse hat.
Der Hilfsstromkreis wird dabei mit Vorteil so ausgelegt, dass er eine über einen Hilfsschalter abschaltbare Induktivität, z. B. eine Drossel, enthält, de m ren Grösse LD = -- LL, wobei LL die Induktivität n-m des abzuschaltenden Stromkreises, m die Anzahl der zu prüfenden Teilschaltstrecken und n die Gesamtzahl der Teilschaltstrecken ist. Um die Spannungsbeanspruchung des Hilfsschalters dabei möglichst herabzusetzen, ist es zweckmässig, der Drossel einen Kondensator von solcher Grösse parallel zu schalten, dass der entsprechende Schwingkreis etwa die gleiche Eigenfrequenz wie der abzuschaltende Stromkreis besitzt.
Anstelle einer Drossel kann der Hilfsstromkreis auch über einen Hilfsschalter abschaltbare Leitungen als Induktivität enthalten, die z. B. bei Netzversuchen die nicht benutzten beiden anderen Phasen sein können.
Wird das erfindungsgemässe Verfahren bei der Abschaltung leerlaufender Leitungen angewendet, so tritt an die Stelle der Induktivität in dem Hilfsstromkreis zweckmässig ein über einen Hilfsschalter abschaltba n-m ren Kondensator, dessen Grösse CK ; = CL ist, m wobei CL die Leitungskapazität, m und n wieder die oben angegebenen Grössen sind.
Die Erfindung soll an Hand eines Schaltschemas an einem Abstandskurzschluss beispielsweise näher erläutert werden.
In Fig. 1 ist G der Wechselstromgenerator, L die Induktivität der Speiseseite, P eine Teilschaltstrecke des Hochspannungsschalters, H ein Hilfsschalter, LL die Leitungsinduktivität und LD die Induktivität der Ableitdrossel, der ein Kondensator C parallel geschaltet sein kann.
Bezeichnet man mit i den Gesamtkurzschlussstrom des Abstandskurzschlusses, so ist k der Teilstrom, der die Leitung durchfliessen, und iD der Teilstrom, der durch die Drossel abgeleitet werden soll. Mit m als Zahl der zu prüfenden Teilschaltstrecken und mit n als der Gesamtzahl der Schaltstrecken des Schalters (siehe Fig. 3) ergibt sich dann die richtige Spannungs m beanspruchung der Teilschaltstrecken, wenn iL = n n-m i ist. Dies wird erreicht, wenn man 1D = -- i macht. n Da sich nun die Ströme umgekehrt proportional wie die Widerstände bzw. Induktivitäten verhalten, so ist: LD- - = - d. h. LD = - LL.
Mit den vorgenannten ; D LL iD n Werten für 1L und 1D wird dann LD = LL. n-m
In diesem Falle wird durch den in den Leitungsstromkreis fliessenden Teilstrom die richtige, der Teilschaltstrecke entsprechende Schwingungsamplitude erzeugt, die die gleiche Form hat, wie sie in Wirklichkeit auftritt und auch die Teilschaltstrecke entsprechend spannungsmässig beansprucht. Wichtig ist dabei, dass der Hilfsschalter H in dem Augenblick unterbricht, in dem der Strom i in dem Prüfling P unterbrochen wird, so dass die Leitungsschwingungen durch die Drossel nicht beeinflusst werden können.
Wesentlich ist bei diesem Verfahren ausserdem, dass der Gesamtstrom i und der Ableitstrom iD zur gleichen Zeit durch Null gehen, d. h. also, dass iL und iD den gleichen cos 9 haben. Da Freileitungen meist einen höheren ohmschen Widerstand haben als entsprechende Drosselspulen, kann man dies leicht durch Hinzuschalten eines ohmschen Widerstandes zur Ableitdrossel erreichen, falls nicht der Lichtbogenwiderstand des Hilfsschalters allein schon ausreicht.
In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, die zur Prüfung von Teilschaltstrecken auf das rückzündungsfreie Abschalten längerer leerlaufender Leitungen dient.
Beim Abschalten langer leerlaufender Leitungen kommt es nach dem Nulldurchgang bzw. der Lichtbogenlöschung im Hochspannungeschalter zu Schwingungen auf der Leitung, die u. U. eine Erschwerung der Abschaltung hervorrufen. Im Prüffeld müssen daher in der Nachbildung der Leitung derartige Schwingungen durch konzentrierte Schwingungselemente her vorgerufen werden. Dies erfolgt in erster Annäherung zumeist mit einem II-Glied. In Fig. 2 wird dieses Glied von der Leitungsinduktivität LL und den Kon
CL densatoren gebildet. Der Spannungsabfall an LL
2 bewirkt verschiedene Spannungen an den beiden Kapa
CL zitäten -, die wiederum nach dem Stromnulldurch
2 gang und Löschung des Lichtbogens im Schalter P zu Schwingungen der abgeschalteten Seite führen.
Soll nun bei der Prüfung von Teilschaltstrecken der volle Strom über diese Schaltstrecke fliessen, so braucht wegen der nun kleiner zu wählenden Generatorspannung nur eine zusätzliche Kapazität Ck- in dem Hilfs stromkreis vorgesehen zu sein von der Grösse C ; = n-m CL. C,. Diese bewirkt, dass der durch das II-Glied m fliessende Teilstrom nur die der Teilschaltstrecke entsprechend richtige Spannungsbeanspruchung erzeugt.
Dasselbe Verfahren lässt sich auch bei der Prüfung mit vorhandenen Leitungen anwenden, wenn man wegen der bei Rückzündungen auftretenden Überspannungen auf die Prüfung von Teilschaltstrecken mit herabgesetzter Spannung übergeht.
Hierzu zeigt Fig. 3 eine Schaltungsanordnung, in der der Prüfling P vier elektrisch in Reihe liegende Schaltstrecken aufweist, von denen zwei geprüft und vom Strom i durchflossen werden, der sich dann wieder in den Strom iD durch die Drossel LD und den Strom iL durch die Leitung LL aufteilt.