CH667761A5 - Hochspannungs-gleichspannungsquelle. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungs-Gleichspan-nungsquelle gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus dem Buch von Slamecka, Prüfung von Hochspan-nungs-Leistungsschaltern (Springer-Verlag, 1966) ist es bekannt, eine mit Gleichspannung aufgeladene Batterie von Hochspannungskondensatoren als Hochspannungs-Gleichspan-nungsquelle bei der synthetischen Prüfung von Hochspan-nungs-Leistungsschaltern einzusetzen. Diese Kondensatorbatterie wird über einen Ladekreis aufgeladen. Übücherweise besteht die Kondensatorbatterie aus einer Vielzahl von variabel parallel- und serieschaltbaren Hochspannungskondensatoren. Hierbei können Schaltungsfehler beim Aufbauen der für die jeweilige synthetische Prüfung benötigten Kondensatorbatterie zur dielektrischen Überlastung einzelner Hochspannungskondensatoren mit grossen Folgeschäden führen.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie im Anspruch 1 gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe eine Hochspannungs-Gleichspannungsquelle zu schaffen, bei welcher in kostengünstiger und einfacher Weise derartige dielektrische Überlastungen der Hochspannungskondensatoren vermieden werden.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass jeder Hochspannungskondensator, unabhängig von seinem Potential, gegen dielektrische Überlastung geschützt werden kann. Ferner ist es möglich, gleichzeitig mehrere Hochspannungskondensatoren separat zu überwachen und so, mit vergleichsweise kleinem Aufwand, eine Redundanz des Schutzes zu erzielen.

Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von einer, lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt die einzige Figur eine Ausführungsform der erfin-dungsgemässen Hochspannungs-Gleichspannungsquelle.

In der Figur ist eine Batterie 1 von in Serie geschalteten Hochspannungskondensatoren Ci ... Cn dargestellt. Die einzelnen Hochspannungskondensatoren Ci bis Cn können auch jeweils aus einer Vielzahl von parallelgeschalteten Kondensatoren bestehen. Die Batterie 1 wird von einem Ladekreis 2 mit Gleichspannung geladen. Der Ladekreis 2 besteht aus der Seriesehal-tung einer Wechselspannungs-Speisequelle 3 mit einer Gleichrichteanordnung 4 und mit einem Schaltgerät 5. Zu dem Hochspannungskondensator Cio, bzw. zu einem der Kondensatoren, welche gesamthaft zu Cio parallelgeschaltet sind, ist eine Überwachungseinheit 6 parallelgeschaltet.

In dieser Überwachungseinheit 6 liegt am Eingang ein ohmscher Spannungsteiler 7 direkt parallel zum Hochspannungskondensator Cio. Der Spannungsteiler 7 besteht aus einem oberspannungsseitigen Widerstand 7a und einem, zu diesem in Reihe geschalteten, unterspannungsseitigen Widerstand 8. Die Widerstände 7a und 8 sind so aufeinander abgestimmt, dass über dem Widerstand 8 ein elektrisches, spannungsproportionales Messsignal abgegriffen werden kann, welches in den Eingang eines Grenzwertdetektors 9 eingeleitet wird. Der Grenzwertde-tektor 9, welcher eine elektronische Baugruppe 9a enthält, in deren Ausgangskreis ein lichterzeugendes Element 9b geschaltet ist, überwacht das elektrische Messsignal und setzt es, nach dem Überschreiten eines vorgegebenen Grenwertes, in seinem Ausgangskreis in ein Lichtsignal um. Die für die Umsetzung und für den Betrieb des Grenzwertdetektors 9 benötigte Energie wird vom elektrischen Messsignal selbst geliefert. Das Lichtsignal wird über einen Lichtleiter 10 in eine Auswerteeinheit 11 übertragen und dort wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses elektrische Signal stellt das Ausgangssignal der Überwachungseinheit 6 dar, dessen Rückwirkungsmöglichkeiten durch die Wirkungslinie 12 und deren Verzweigungen 12a, 12b, 12c angedeutet werden. Über die Verzweigung 12a kann das Schaltgerät 5 betätigt werden. Über die Verzweigung 12b kann eine Steuereinheit 14 angeregt werden, so auf die Regelung der Speisequelle 3 einzuwirken, dass die Aufladespannung auf den zulässigen Wert heruntergeregelt wird. Ferner ist es möglich, auch nur eine Anzeigeeinheit 15 über die Verzweigung 12c zu betätigen.

Es ist aber auch möglich, dass in dem Grenzwertdetektor 9 das Messsignal auf verschiedene Arten verarbeitet und die verschiedenen Ausgangssignale voneinander getrennt in getrennten Übertragungskanälen in die Auswerteeinheit 11 übertragen und dort in elektrische Signale zurückverwandelt werden, die unabhängig voneinander verschiedene Funktionen auslösen können.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung sei die Figur näher betrachtet. Die Wechselspannungs-Speisequelle 3 liefert die Energie für das Aufladen der Batterie 1 von Hochspannungskondensatoren Ci ... C„. In der Gleichrichteanordnung 4 wird die Aufladespannung gleichgerichtet. Mit dem Schaltgerät 5 kann der Ladekreis 2 unterbrochen werden. Die Batterie 1 von Hochspannungskondensatoren Ci ... Cnn wird nun beispielsweise während einiger Minuten mit der gleichgerichteten Aufladespannung geladen. Sobald der gewünschte Endwert der Aufladespannung erreicht ist, wird die Speisequel-

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le 3 durch einen nicht dargestellten Trenner vollständig von der Batterie 1 getrennt. Die aufgeladene Batterie 1 kann dann über nicht dargestellte Verbindungen und Zuschalteinrichtungen als unabhängige Hochspannungs-Gleichspannungsquelle beispielsweise für die synthetische Prüfung von Hochspannungs-Lei-stungsschaltern dienen.

Sollte die Batterie 1 falsch ausgelegt sein, dies wäre z.B. dann der Fall, wenn die Summe der Nennspannungen der in Serie geschalteten Hochspannungskondensatoren Q ... C„ kleiner wäre als die vorgesehene Aufladespannung für die gesamte Batterie 1, so würden die Hochspannungskondensatoren Q ... Cn dielektrisch überlastet. Eine solche Überlastung kann ferner in einer korrekt dimensionierten Batterie 1 auftreten, wenn z.B. ein Hochspannungskondensator einen inneren Kurzschluss aufweist und seinen Anteil an der Aufladespannung nicht übernehmen kann, so dass dieser Anteil von den verbleibenden Hochspannungskondensatoren anteilmässig mitübernommen werden muss. Ferner sind auch Schaltungen der Batterie 1 möglich, bei denen mit kleineren Aufladespannungen gearbeitet werden soll, so dass von vornherein weniger Hochspannungskondensatoren, z.B. nur Q ... Cn-s, in Serie geschaltet werden, und dass diese versehentlich mit der vollen, vom Ladekreis 2 her möglichen Aufladespannung geladen werden, was zu erheblichen Defekten an den überladenen Hochspannungskondensatoren führen kann.

Der Hochspannungskondensator Cio oder einer der Hochspannungskondensatoren, welche gesamthaft zu Cio parallelgeschaltet sind, wird nun durch die Überwachungseinheit 6 überwacht, um ein Überladen desselben zu verhindern. Wenn alle Hochspannungskondensatoren Ci ... C„ gleich sind, so genügt es lediglich einen davon zu überwachen. Sollten verschiedene Kondensatortypen in der Batterie 1 zusammengeschaltet werden, so muss jeder Kondensatortyp für sich separat überwacht werden. Ferner empfiehlt es sich, sämtliche Schaltungsmöglichkeiten der Batterie 1 zu analysieren, um besonders gefährdete Hochspannungskondensatoren rechtzeitig schützen zu können. Als überwachter Hochspannungskondensator ist vorteilhaft derjenige einzusetzen, der in jeder der möglichen Schaltungsvarianten der Batterie 1 eingesetzt wird.

Zum zu schützenden Hochspannungskondensator Cio ist in der Überwachungseinheit 6 ein Spannungsteiler 7 parallelgeschaltet, über dessen unterspannungsseitigem Widerstand 8 das elektrische, der Aufladespannung des Hochspannungskondensators Cio proportionale Messsignal abgegriffen wird. In dem Grenzwertdetektor 9 wird dieses Messsignal überwacht und nach dem Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes in ein Lichtsignal umgesetzt. Der Grenzwertdetektor 9 enthält die elektronische Baugruppe 9a in deren Ausgangskreis in dem lichterzeugenden Element 9b, beispielsweise in einer Leuchtdiode, die Umsetzung in das Lichtsignäl erfolgt. Der Grénzwert-detektor 9 kann jedoch auch lediglich aus einem gasgefüllten Überspannungsabieiter mit Glasgehäuse bestehen, dessen Ansprechlichtbogen dann als Lichtsignal dient.

Das Lichtsignal wird vorteilhaft in einem Lichtleiter 10 in die Auswerteeinheit 11 übertragen. Auf diese Art sind Störeinflüsse von anderen, optisch sichtbaren Entladungen, wie z.B. Koronaentladungen und sonstigen Funken, ausgeschlossen, ebenso elektromagnetische Beeinflussingen. Es wäre beispielsweise auch denkbar eine Übertragung des Lichtsignals über eine Luftstrecke durchzuführen, hierbei müsste jedoch das Lichtsignal moduliert werden, um eine vergleichbare Störungssicherheit zu erreichen. Die durch die Lichtübertragungsstrecke erreichte Potentialtrennung wirkt sich sehr vorteilhaft aus, da infolgedessen jeder beliebige Hochspannungskondensator, völlig unabhängig von seiner Potentiallage, überwacht werden kann. Weiterhin ist es von Vorteil, dass die für die Verarbeitung des Messsignals in dem Grenzwertdetektor 9 benötigte Energie vom Messsignal selbst geliefert wird, so dass aufwendige und teure Energieübertragungen für die Versorgung des auf Hochspannungspotential liegenden Grenzwertdetektors 9 nicht nötig sind.

In der Auswerteeinheit 11 wird das Lichtsignal wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses elektrische Signal kann beispielsweise das Schaltgerät 5 ansteuern, welches dann automatisch den Ladekreis 2 unterbricht und damit ein weiteres Überladen der Hochspannungskondensatoren Q ... Cn verhindert. Es kann aber auch dazu verwendet werden, die Steuereinheit 14 zu aktivieren, welche auf die Wechselspannungs-Speise-quelle 3 einwirkt und automatisch die Aufladespannung auf ungefährliche Werte zurückregelt. Ferner kann es sinnvoll sein, ein Signal für eine Anzeige des Ladungszustandes der Hochspannungskondensatoren Ci ... Cn zu verwenden, um z.B. zu erreichen, dass das Bedienungspersonal kurz vor dem Erreichen des endgültigen Wertes der Aufladespannung mittels einer aufleuchtenden Kontrollampe zu erhöhter Aufmerksamkeit veranlasst wird.

Auf diese Art kann automatisch sichergestellt werden, dass keine Überlastung der Hochspannungskondensatoren Ci ... Cn möglich ist. Die synthetische Prüfung von Hochspannungs-Lei-stungsschaltern wird vereinfacht und die Betriebssicherheit der Prüfanlage wird gesteigert. Da diese Überwachung der Batterie 1 mit einfachen Mitteln durchführbar ist, lässt sich "durch eine Vervielfachung der Messstellen ohne grossen Aufwand eine genügende Redundanz des Schutzes erzielen, ebenso wie eine gewisse Selektivität.

Ein besonders kräftiges elektrisches Messsignal lässt sich am unterspannungsseitigen Widerstand 8 des Spannungsteilers 7 abgreifen, wenn dessen oberspannungsseitiger Widerstand 7a zumindest teilweise aus nichtlinear-spannungsabhängigem Metalloxyd-Varistormaterial besteht. Wird der Varistor so ausgelegt, dass er gerade dann besser leitend wird, wenn der Hochspannungskondensator seine Nennspannung erreicht hat, so wird am unterspannungsseitigen Widerstand 8 gleichzeitig der Wert des elektrischen Messsignals überproportional erhöht. Auf diese Art kann der Grenzwert im Grenzwertdetektor 9 deutlich oberhalb der Normalwerte gewählt werden, so dass die Gefahr von fehlerhaften Signalbildungen wesentlich verringert ist.

Der Grenzwertdetektor 9 kann auch eine galvanometerartige Einrichtung mit einem Spiegel enthalten, der abhängig von der Aufladespannung bewegt wird. Auf diesen Spiegel wird von ausserhalb des Hochspannungssystems ein Lichtstrahl geworfen, der von diesem reflektiert wird. Die ganze Anordnung ist so justiert, dass, nach dem Überschreiten eines Grenzwertes der Aufladespannung, der reflektierende Lichtstrahl auf einen Detektor der Auswerteeinheit 11 fällt, welcher die Umsetzung in elektrische Signale und deren weiteren Verarbeitung initiiert.

Derartige Überwachungen können prinzipiell überall dort vorteilhaft eingesetzt werden, wo Hochspannungskondensatoren mit Gleichspannungen geladen werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

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1, dadurch gekennzeichnet,

— dass die Überwachungseinheit (6) einen, durch einen ohmschen Spannungsteiler (7) mit einem oberspannungsseitigen Widerstand (7a) und einem unterspannungsseitigen Widerstand (8) gebildeten Eingang aufweist,

— dass parallel zum unterspannungsseitigen Widerstand (8) ein Grenzwertdetektor (9) geschaltet ist,

— dass der Grenzwertdetektor (9) in Wirkverbindung steht mit einer Aus Werteeinheit (11), und

— dass die Auswerteeinheit (11) verbunden ist mit der den Ladekreis (2) beeinflussenden Steuereinrichtung.

1. Hochspannungs-Gleichspannungsquelle mit

— einer Batterie (1) von Hochspannungskondensatoren (Q ... C„) und

— einem zur Aufladung der Batterie (1) vorgesehenen Ladekreis (2), dadurch gekennzeichnet,

— dass im Ladekreis (2) eine Wechselspannungs-Speisequel-le (3), eine Gleichtrichteanordnung (4) und ein Schaltgerät (5) in Serie zur Batterie (1) geschaltet sind, und

— dass zu mindestens einem der Hochspannungskondensatoren (Ci ... Cn) eine Überwachungseinheit (6) parallelgeschaltet ist, welche nach dem Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes der Aufladespannung ein Signal abgibt an eine, die weitere Aufladung der Batterie (1) verhindernde Steuereinrichtung des Ladekreises (2).

2, dadurch gekennzeichnet,

— dass der oberspannungsseitige Widerstand (7a) des ohmschen Spannungsteilers (7) zumindest teilweise aus nichtlinear-spannungsabhängigem Widerstandsmaterial besteht.

2. Hochspannungs-Gleichspannungsquelle nach Anspruch

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PATENTANSPRÜCHE

3. Hochspannungs-Gleichspannungsquelle nach Anspruch

4. Hochspannungs-Gleichspannungsquelle nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

— dass der Grenzwertdetektor (9) ein Lichtsignal abgibt, welches in der auf niedrigerem Potential befindlichen Auswerteeinheit (11) in ein elektrisches Signal umgesetzt wird.

5. Hochspannungs-Gleichspannungsquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

— dass das Lichtsignal durch einen Lichtleiter (10) in die Auswerteeinheit (11) geleitet wird.