Verfahren zur Prüfung der Beanspruchung von Wechseistromschaltgeräten beim
Unterbrechen von Strömen und Anordnung zur Ausübung dieses Verfahrens
Zur Prüfung von Hochspannungsschaftern mit der Ikenlnausschalbleistunlg sind synthetische Prüfverfahren entwickelt worden, weil Generator und Transformator des Prüffeldes im allgemeinen den Kurzschlussstrom nur mit einer EMK liefern können, die einen Bruchteil der Nennspannung des zu prüfenden Schalters b Frägt. Bei einem bekannten synthetischen Prüfve.rfahren ist ausser einer derartigen Energiequelle (Hochstromquelle) noch eine zweite Energiequelle (Hochspannungsquelle) vorgesehen, die nur eine geringe Stromergiebigkeit besitzt,
aber eine Spannung liefert, die der wiederkehrenden Spannung (Einschwingspannung) entspricht, wenn der Generator mit der Nean- aussehaltleistung geprüft würde. Dabei ist in Reihe mit dem zu prüfenden Schalter ein zweiter Schalter (Hilfsschalter) gelegt, der gleichzeitig oder ungefähr gleichzeitig wie der zu prüfende Schalter den Ausschaltbefehl erhält, so dass in beiden Schaitgeräten die Unterbrecherwirkung gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig eintritt.
Bei diesem bekannten Prüfverfahren wird dem über den zu prüfenden Schalter flie ssenden Strom des Hochstromkreises kurz vor seinem Nulldurchgang, wenn der Schalter die maximale Löschdistanz erreicht hat, ein Strom kleiner Amplitude, aber hoher Frequenz überlagert. Durch diese Massnahme wird erreicht, dass der Strom in dem zu prüfenden Schalter nahezu mit der gleichen Steilheit durch Null geht, wie der Strom des Hochstromkreises durch Null ginge, wenn er von der Nennspannung des Schalters getrieben würde, und es tritt ohne spanr nungslose Pause nach dem Nulldurchgang des Stromes die wiederkehrende Spannung auf, während kurz vorher der Hilfsschalter gelöscht hat.
Man kann mit diesem Prüfverfahren den Schalter ungefähr so beanspruchen, als ob er mit dem Kurzschlussstrom bei der NeItnspannung des Schalters geprüft worden wäre, wobei die Verhältnisse im Prüffeld so gewählt werden, dass die wiederkehrende Spannung mindestens den Forderungen entspricht, die sich aus den tatsächlichen Betriebsbedingungen (Prüfung der Ausschaltleistung unter Netzverhältnissen mit Betriebsspannung und Kurzschlussstrom) oder z. B. aus Vorschriften von Fachverbänden ergeben.
Ein Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Prüfung der Beanspruchung von Wechselstromschaltgeräten, beispielsweise von Hochspannungsschaltern oder Stromrichtern, beim Unterbrechen von Strömen, wobei in Reihe mit dem zu prüfenden Schaltgerät ein Hilfsschaltgerät liegt, bei dem gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig mit dem zu prüfenden Schaltgerät die Stromunterbrechung bewirkt wird, mit einer Hochstromquelle, die zunächst beide Schaltgeräte speist, und einer Hochspannungsquelle. Gemäss der Erfindung liefert im Anschluss an den letzten Nulldurchgang des von der Hochstromquelle gelieferten Stromes zunächst der Hochstromkreis durch entsprechende Wahl der Grösse seiner Spannung, Frequenz und Dämpfung die wiederkehrende Spannung mit dem gewünschten Verlauf, und es wird erst später die Hochspannungsquelle zugeschaltet.
Gegenüber dem bekannten eingangs erwähnten Verfahren hat das Verfahren nach der Erfindung den Vorteil, dass die Hochspannungsquelle geringer bemessen zu werden braucht, da sie nicht, wie bei dem bekannten Verfahren, einen Teil des Kurzschlussstromes liefert. Ausserdem brauchen Induktivität und Kapazität im Hochspannungskreis nicht geändert zu werden, wenn die Stromstärke im Hochstromkreis bei der Prüfung geändert wird.
Man kann daher die Kondensatoren im Hochspannungskreis gekapselt in Luft, Öl oder sonstigem Isoliermaterial ausführen.
Wie bereits erwähnt, besteht bei der Prüfung eines Schalters für die wiederkehrende Spannung eine bestimmte Forderung, die sich aus den Bedingungen im Netzbetneb (Beanspruchung des Schalters im Netzbetrieb mit Nennspannung und Kurzschlussstrom) oder aus Vorschriften ergibt, und zwar hinsichtlich der Steilheit, der Form und des maximalen Wertes. Man hat es bei dem Verfahren nach der Erfindung in der Hand, sich dieser Forderung nach einerfibestimmten wiederkehrenden Spannung weitgehend anzupassen.
Durch die Erfindung wird somit eine synthetische Prüfschaltung erzielt, die den Schalter so beansprucht, wie es gefordert wird. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass es für die wirklichkeitsnahe Prüfung zunächst entscheidend ist, dass die Verhältnisse in der Nähe des Nulldurchganges der Wirklichkeit entsprechen, das heisst, dass im Nulldurchgang des Stromes die wiederkehfende Spannung sofort mit dem richtigen Verlauf einsetzt, und dass diese Spannung durch eine zweite aus dem Hochspannungskreis kommende Spannung pausenlos abgelöst wird oder mit dieser eine resultierende Spannung erzeugt, damit der Schalter in der richtigen Weise beansprucht werden kann.
Man könnte daran denken, genau im Nulldurchgang des Stromes der Hochstromquelle die wie derkehrende Spannung der Hochspannungsquelle e zu entnehmen. Dies würde aber einen verhältnismässig grossen Aufwand bedeuten, weil dann an die Steuerung erhöhte Anforderungen gestellt werden müssten, während es nach dem erfindungsgemässen Verfahren wesentlich einfacher ist, wirklichkeitsnahe Verhältnisse zu schaffen.
Das Verfahren nach der Erfindung kann so durch geführt werden, dass in der Nähe des Nulldurchganges des von der Hochstromquelle gelieferten Stromes die Hochspannungsquelle eine Spannung zu erzeugen beginnt, die einen vorbestimmten Verlauf besitzt, und dass erst in einem späteren Zeitpunkt nach dem Nulldurchgang des genannten Stromes diese Spannung an das zu prüfende Schaltgerät angelegt wird.
Man kann das Verfahren auch so durchführen, dass die Hochspannungsquelle stromlos ist, bis sie zugeschaltet wird. Zweckmässig wird sie im Bereich des ersten Maximums der Spannung, die von der Hochstromquelle geliefert wird, zugeschaltet (im Maximum oder kurz vor- oder nachher). Durch geeignete Wahl der Verhältnisse des Prüfkreises kann dabei erreicht werden, dass die resultierende Spannung, die sich aus der von der Hochstromquelle gelieferten Spannung am Schalter und der von der Hochspannungsquelle gelieferten Spannung am Schalter ergibt, den Forderungen entspricht, die auf Grund von Entwicklungsversuchen, Vorschriften oder Auflagen vom Abnehmer entsprechend den in seinem Netz auftretenden Verhältnissen erhoben werden.
Man kann hierzu unmittelbar parallel zu dem zu prüfenden Schalter die Reihenschaltung aus einem Ohmschen Widerstand und einem Kondensator legen. Ebenso kann man parallel zum Hilfsschalter und parallel zur Reihenschaltung aus Hilfsschalter und zu prüfendem Schalter je eine entsprechende Reihenschaltung aus Widerstand und Kondensator legen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Schaltung, bei der die Hochspannungsquelle in der Nähe des Nulldurchganges des von der Hochstromqueiie gelieferten Stromes eine Spannung zu erzeugen beginnt, die einen geforderten Verlauf besi > tzt. Die Fig. 2 bis 4 zeigen die Spannungsverhältnisse in der Umgebung des Nulldurchganges, während Fig. 5 die wiederkehrende Spannung auch in ihrem weiteren Verlauf zeigt.
In Fig. 1 ist mit 1 der zu prüfende Schalter und mit 2 der Hilfsschalter bezeichnet. Die Reihenschaltung beider Schalter liegt an der Sekundärwicklung eines Transformators 3, dessen Primärwicklung über die Begrenzungsdrosselspule 4 und den Schalter 5 mit dem Prüfgenerator 6 verbunden ist. Der Prüfgenerator mit dem Transformator 3 bildet die Hochstromquelle, die den geforderten Kurzschlussstrom bei einer gegen über der Nennspannung des Schalters geringeren Span nung g liefert. Parallel zu der Reihenschaltung der Schalter 1 und 2 liegt die Reihenschaltung eines Ohmschen Widerstandes 7 und eines Kondensators 8.
Sie dient zur Einstellung der Eigenfrequenz und Dämpfung des Hochstromkreises, um den gewünschten Anstieg der Spannung nach dem Nulldurchgang des Stromes der Hochstromquelle zu erreichen. Der Hochspannungskreis besteht aus einem mit Gleichstrom aufgeladenen Kondensator 10, der Drosselspule 11, den gesteuerten Funkenstrecken 12 und 13 und der Reihenschaitung aus dem Ohmschen Widerstand 14 und dem Kondensator 15. Diese wird bei Zünden der Funkenstrecke 12 von dem Entladestrom des Kondensators 10 über die Drosselspule 11 gespeist und es wird an ihr eine Spannung gewünschten An steges, Verlaufs und Höhe erzeugt.
Beim Zünden der Funkenstrecke 13 wird diese Reihenschaltung aus einem Widerstand 14 und einem Kondensator 15 parallel zum Schalter 1 gelegt. Sie dient dazu, ähnlich wie im Hochstromkreis auch im Hochspannungskreis eine Spannung nach Anstieg, Höhe und Verlauf zu erzeugen, wie sie zur richtigen Beanspruchung des Schalters gefordert wird, und zwar auf Grund von Entwicklungsversuchen, Vorschriften oder Auflagen, die die Abnehmer entsprechend den in ihrem Netz auftretenden Verhältnissen vorschreiben. Mit 16 ist ein Stromwandler bezeichnet, dessen Magneüsierungskurve annähernd rechteckig ist.
Seine Primärwicklung liegt im Ausführungsbeispiel unmittelbar im Hochstromkreis und der in der Nähe des Nuildurchganges von diesem Wandler erzeugte Impuls wirkt über ein Steuergerät 17 auf die Funkenstrecken 12 und 13 ein.
Zur Prüfung des Ausschaltvermögens s werden die Schalter 1 und 2 geschlossen, dann wird der Schalter 5 eingelegt. Es fliesst nunmehr der Kurzschluss & trom über beide Schalter 1 und 2, die gleichzeitig oder an nähernd gleichzeitig den Ausschaltbefehl erhalten, so dass in beiden Schaltern gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig die Unterbrecherwirkung einsetzt. Nach dem ersten Nulidurchgang des Stromes werden beide Schalter durch die wiederkehrende Spannung oder andere Mittel neu gezündet. Es wird vorausgesetzt, dass dies so lange geschieht, bis die maximale Löschdistanz erreicht ist.
Geht bei oder kurz vor Erreichen der maximalen Löschdistanz der Strom durch Null, so entsteht im Hochstromkreis eine wiederkehrende Spannung, die durch geeignete Wahl von Widerstand 7 und Kondensator 8 und der Spannung der Hochstromquelle so gewählt werden kann, dass ihr Anstieg mindestens dem Anstieg der geforderten wiederkehrenden Spannung entspricht. Die wiederkehrende Spannung entsteht also genau im letztgenannten Nulldurchgang des Stromes ohne spannungslose Pause, so dass dadurch die tatsächlichen Verhältnisse im Nulldurchgang und dessen Nähe nachgeahmt werden.
Wie schon erwähnt, wird durch den Stromwandier 16 annähernd im letzterwähnten Nulldurchgang des Stromes ein Impuls erzeugt, der über das Steuergerät 17 ohne Verzögerung die Funkenstrecke 12 und mit einer gelingen Verzögerung die Funkenstrecke 13 zündet.
Dabei ist zu beachten, dass frühere Nulldurchgänge des Kurzschlussstromes keinen Einfluss auf die Steue ning der Funkenstrecke haben dürfen, was z. B. durch eine zeitlich einstellbare Impulssperre bewirkt werden kann. Beim Durchschlag der Funkenstrecke 12 ent I. idt sich der Kondensator 10 über die Drosselspule 11 und den Widerstand 14 und den Kondensator 15. Der Kondensator 10 wird verhältnismässig gross gewählt, so dass er nahezu wie eine konstante Gleichstromquelle wirkt. An der Reihenschaltung g von Widerstand 14 und Kondensator 15 entsteht nunmehr eine Spannung, die durch entsprechende Wahl der Grössen (Spannung des Kondensators 10, Drosselspule 11, Ohmscher Widerstand 14 und Kondensator 15) der geforderten wiederkehrenden Spannung hinsichtlich Anstieg, Form und Höhe entspricht.
Diese sich aufbauende wiederkehrende Spannung wird kurze Zeit nach Durchschlagen der Funkenstrecke 12 durch Zünden der Funkenstrecke 13 an den Schalter 1 angelegt, so dass nunmehr die von der Hochstromquelle erzeugte wiederkehrende Spannung abgelöst wird.
In den Fig. 2, 3 und 4 sind die Spannungsver- hältnisse in der Umgebung des Nuldurchganges des Stromes der Hocbstromquelle dargestellt.
In diesen Figuren bedeutet die gestrichelte Gerade a die wiederkehrende Spannung, wie sie gefordert wird. Die von der Hochstromquelle gelieferte wiederkehrende Spannung ist mit b bezeichnet, während die an der Reihenschaltung von Widerstand 14 und Kondensator 15 auftretende Spannung mit c bezeichnet ist.
In Fig. 2 beginnt diese Spannung c etwas nach dem Nulldurchgang des Hochstromes. Wie man sieht, besitzt die wiederkehrende Spannung b eine etwas grössere Steilheit als die wiederkehrende Spannung a.
Auch besitzt die Spannung c eine etwas grössere Steilheit als die wiederkehrende Spannung. Im Bereich der grössten Übereinstimmung der Spannungen b und c, beispielsweise in dem Punkt D, in dem die Spannungen b und c gleich gross sind, erfolgt die Zündung der Funkenstrecke 13, so dass man als tatsächlich wiederkehrende Spannung die stark aus gezogene e Linie erhält, die eine Beanspruchung des Schalters hinsichtlich der Spannungsfestigkeit ergibt, die etwas grösser ist, als sie tatsächlich gefordert wird.
In n Fig. 3 ist die wiederkehrende Spannung b die gleiche wie bei Fig. 2. Die Spannung c besitzt den gleichen Anstieg wie die Spannung a, sie beginnt jedoch etwas vor dem Nulldurchgang, was man durch geeignete Vormagnetisierung des Wandlers 16 er reichen kann. Auch hier r erfolgt die Zündung der Funkenstrecke ungefähr dann, wenn die beiden Spannungen b und c gleich gross sind, so dass man nunmehr eine resultierende wiederkehrende Spannung erhält, wie sie stark ausgezogen ist.
In Fig. 4 besitzt die Spannung b den gleichen Anstieg wie die Spannung a. Die Spannung c beginnt etwas vor dem Nulldurchgang des Stromes mit dem gleichen Anstieg wie die Spannung a. Im Bereich der grössten Übereinstimmung beider Spannungen b und c, beispielsweise im Punkt D, erfolgt der Durchschlag der Funkenstrecke 13. Auch hier gibt die stark ausgezogene Kurve den tatsächlichen Verlauf der r wiederkehrenden Spannung wieder.
Während in den Fig. 2 bis 4 die Verhältnisse in der Nähe des Nulldurchgan, ges dargestellt sind, zeigt Fig. 5 die wiederkehrende Spannung g auch in ihrem weiteren Verlauf. Sie setzt sich aus Teilen der Spannungen b und c zusammen. Die geforderte wiederkehrende Spannung ist strichliert dargestellt. Man sieht, dass die tatsächliche und die geforderte Spannung nahezu übereinstimmen. Auf alle Fälle kann man dies mit grosser Annäherung nachbilden.
Im Ausführun$slbeispiel liegt in Reihe mit dem Ohmschen Widerstand 7 und dem Kondensator 8 noch eine Drosselspule 19. Durch diese wird die Steilheit der wiederkehrenden Spannung erhöht. Man wird sie dann anwenden, wenn die gewünschte Steil.- heit nicht allein durch die Erhöhung der Frequenz des Hochstromkreises erzielt werden kann. Im Aus führungsbcispiel ist ferner angedeutet, dass man auch in Reihe mit Widerstand 14 und Kondensator 15 eine Drosselspule 18 schalen kann.
Dies ist dann vor teilhaft, wenn n man die wiederkehrende Spannung nachbilden will, deren Anstieg einen oder mehrere Knicke aufweist.
Falls bei der Prüfung der Spannungsfestigkeit des Schalters 1 une, rwünschterweise der Schalter 2 neu zündet, tritt die Spannung des Hochispannungs- kreises in den Hochstromkreis ein. Um in diesem Fall eine Gefährdung des Hochstromkreises zu beseitigen, kann parallel zu der Sekundärwicklung des Transformators ein Ableiter oder ein grösserer über eine Funkenstrecke einschaltbarer Kondensator geschaltet werden.
Die Kapazität des Kondensators 15 im Hochspannungskreis wird gross gemacht gegenüber der resultierenden Kapazität im Hochstromkreis zwischen der Klemme des Schalters 1 und Erde, damit diese Kapazität auf den Verlauf der wiederkehrenden Spannung nur einen geringen Einfluss hat.
Man kann die Prüfung auch so vornehmen, dass man die Schaltstücke der Schalter 1 und 2 auf die maximale Löschdistanz einstellt und die Schaltstücke jedes Schalters durch einen Zünddraht überbrückt.
Wird dann der Strom eingeschaltet, so entsteht in beiden Schaltern ein Lichtbogen, auf den das Löschmittel einwirkt, das heisst die Unterbrecherwirkung tritt ein. Beim Nulldurchgang des Stromes ergeben sich die Verhältnisse, wie sie vorher geschildert worden sind. Im allgemeinen wird man jedoch bei Schaltern, insbesondere bei flüssigkeitsarmen Leistungsschaltern, die Prüfung so vornehmen, wie sie anhand des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 erläutert worden ist, weil man damit nicht nur die Spannungsfestigkeit des Schalters, sondern auch seine Widerstandsfähigkeit gegen die Lichtbogenleistung bzw. -arbeit prüft.
Bei dieser Prüfung ist, wie bereits bei der Schilderung des Ausführungsbeispiels, vorausgesetzt, dass im Nulldurchgang immer eine erneute Zündung des Hilfs- schalters und d des zu prüfenden Schalters stattfindet, bis die maximale Löschdistanz erreicht ist. Ist hierzu die Spannung der Prüfstromquelle zu gering, so kann man beispielsweise in an sich bekannter Weise im Nulldurchgang des Stromes Zündimpulse wirksam werden lassen. Man kann auch andere Mittel anwenden, um eine Wiederzündung zu erreichen. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise durch Parallelschalten einer Impedanz (Kondensator, Ohmscher Widerstand) zu einem der beiden Schalter eine ungleichmässige Verteilung g der wiederkehrenden Spannung erreichen.
Legt man beispielsweise einen Kondensator 20 parallel zum Hilfsschalter 2, so wird vom Augenblick des Erlöschens der Lichtbogen in beiden Schaltern an nahezu die volle wiederkehrende Spannung g am Schal- ter 1 liegen. Wenn sie diesen durchschlägt, liegt sie nunmehr am Schalter 2, so dass auch dieser wieder zündet. Man kann auf diese Weise erreichen, dass mit einer verhältnismässig kleinen Prüfspannung trotzdem eine Zündung beider Schalter bis zur Erreichung der maximalen Löschdistanz erfolgt.
Durch die Parallelschaltun, g einer Impedanz, z. B. eines Kondensators 20, zum Schalter 2 wird noch erreicht, dass die von der Hochstromquelle gelieferte wiederkehrende Spannung bei Erreichen der Löschdistanz nach Löschen beider Schalter fast vollständig an dem zu prüfenden Schalter liegt, was für die Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung vorteilhaft ist, weil man dadurch leichter die wiederkehrende Spannung den Erfordernissen nachbilden kann.
Anstelle einer Impedanz kann man zu diesem Zweck auch ein Ventil, z. B. einen Trockengleichrich ter, verwenden. Dabei ist folgendes zu beachten: Brennt der Lichtbogen nur eine Halbwelle lang g bis zum Erreichen der maximalen Löschdistanz, so kann man das Ventil ständig parallel zum Schalter 2 legen.
Es ist so anzuschliessen, dass die Lichtbogenspannung das Ventil in Sperrichtung beansprucht, weil dann die wiederkehrende Spannung nahezu vollständig am Schalter 1 erscheint. Sind mehrere Halbwellen des Stromes nötig, bevor die Löschdistanz erreicht ist, dann muss man die Anordnung so treffen, dass das Ventil erst in der letzten Halbwelle, beispielsweise durch Zünden einer Funkenstrecke, parallel geschaltet wird. In Fig. 1 sind strichliert der Gleichrichter 21 und die Funkenstrecke 22 angedeutet.
Das Verfahren gemäss der Erfindung kann auch für die Prüfung des Schalters auf seine Fähigkeit zur Kurzunterbrechung angewendet werden. Es werden dann nach der ersten Ausschaltung nach einer kurzen stromlosen Pause die beiden Schalter 1 und 2 wieder eingeschaltet. Dabei liegt am Schalter 1 die Gleichspannung des Kondensators 15, die dem Scheitelwert der Nennwechselspannung des Schalters angepasst werden kann, so dass beim Einschalien ein Überschlag bei einer Entfernung der Schaltstrecke auftritt, wie es auch im Betrieb der Fall sein würde. Dabei entlädt sich der Kondensator 15 in Bruchteilen von Millisekunden, so dass die Funkenstrecke 13 erlischt.
Damit sind die Anfangsbedingungen wieder hergestellt, da bereits vorher die Funkenstrecke 12 bei gleicher Grösse der Spannung an den Kondensatoren 15 und 10 erloschen ist. Der erneute Ausschakversuch kann daher, wie bereits beschrieben, durchgeführt werden.
Man muss dabei darauf achten, dass bei der zweiten Ausschaltung die letzte Stromhalbwelle des Hochstromkreises die gleiche Polarität besitzt wie bei der ersten Ausschaltung. Ist dies nicht der Fall, so muss entweder der Kondensator 10 umgeladen oder durch entsprechende Schaltungen umgepolt werden.
Um zu vermeiden, dass nach dem letzten Nulldurchgang des Stromes des Hochstromkreises der Hilfsschalter 2 durch die wiederkehrende Spannung gezündet wird, kann man verschiedene Mittel anwenden, beispielsweise kann man, wie erwähnt, durch einen Kondensator 20 parallel zum Hilfsschalter den gröbsten Teil der wiederkehrenden Spannung auf den zu prüfenden Schalter legen. Man kann auch beispielsweise dem Hilfsschalter etwas früher den Auslösebefehl geben als dem zu prüfenden Schalter. Man kann auch z. B. als Hilfsschalter einen Schalter verwenden, bei dem die Löschmitteleinwirkung im Verlauf der letzten Stromhalbwelle steuerbar erhöht wird.
Als Funkenstrecke, die die Reihenschaltung aus einem Widerstand 14 und einem Kondensator 15 parallel zu dem zu prüfenden Schaltgerät schaltet, kann eine Dreielektrodenfunkenstrecke verwendet werden, von der die erste Elektrode an die eine Klemme des zu prüfenden Schaltgerätes, die zweite Elektrode an die eine Klemme der Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator und die dritte Klemme über einen Ohmschen Widerstand an die miteinander verbundenen anderen Klemmen des zu prüfenden Schaltgerätes und der genannten Reihenschaltung angeschlossen wird. Das gibt den Vorteil, dass ein Steuergerät für die Funkenstrecke entfällt.
Die Fig. 6 und 8 bis 11 zeigen Ausführungs beispiele derartiger Funkenstrecken, während in Fig. 7 die Verhältnisse in der Nähe des Nulldurchganges des von der Hochstromquelle gelieferten Stromes dargestellt sind.
In Fig. 6 sind die Teile, die mit denen der Fig. 1 übereinstimmen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Unterschied gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 besteht darin, dass anstelle der dort verwendeten und mit 13 bezeichneten gesteuerten Fun kenssr. ckq eine Dreielektrodenfunkenstrecke 30 mit den drei Elektroden 31, 32 und 33 tritt, die im Ausführungsbeispiel kugelförmig ausgebildet sind.
Die Elektrode 31 ist mit -der oberen Klemme des zu prüfenden Schalters 1, die Elektrode 32 mit der oberen Klemme der Reihenschaltung aus einem Widerstand 14 und einem Kondensator 15 und gegebenen falls einer nicht dargestellten Drosselspule verbunden. Die Mittelelektrode 33 ist über einen hohen Ohmschen Widerstand 35 mit den miteinander verbundenen unteren Klemmen des Schalters 1 und der erwähnten Reihenschaltung verbunden. Die Elektrode 33 liegt also im Ausführungsbeispiel über den Widerstand 35 an Erde.
Die Schlagweiten zwischen den Elektroden 31 und 33 und 32 und 33 sind gleich gross gewählt und so bemessen, dass der über schlag erfolgt, wenn die vom Generator 6 am Schalter 1 erzeugte wiederkehrende Spannung ungefähr die gleiche Grösse besitzt wie die an der Reihenschaltung von Widerstand 14 und Kondensator 15 auftretende Spannung.
In Fig. 7 sind die Verhältnisse in der Umgebung des Nulldurchganges des Stromes dargestellt. Der über die Schalter 1 und 2 fliessende Strom ist mit ix bezeichnet. Zur Zeit- t = t0 sei eine Entfernung der Schaltstücke erreicht, bei der eine Löschung erfolgen kann, beispielsweise die maximale Löschdistanz. In diesem Zeitpunkt oder kurz vorher oder nachher wird auch die Funkenstrecke 12 gezündet (in Fig. 7 zur Zeit t = tut). Die wiederkehrende Spannung am Schalter 1, die von der Hochstromquelle erzeugt wird, ist mit ul,, die Spannung an der Reihenschaltung von Widerstand 14 und Kondensator 15 ist mit u, l, die I. ichtlbogendspannung mit UB bezeichnet.
Wie bereits erwähnt, findet der Überschlag zwischen den Elektroden 31 und 33 bzw. zwischen den Elektroden 32 und 33 statt, wenn die Spannungen ub und ue gleich gross sind (Zeitpunkt t2). Dadurch wird nunmehr über die Lichtbögen die Reihenschaltung von Widerstand 14 und Kondensator 15 parallel zum Schalter 1 gelegt, so dass, wie früher beschrieben, die zunächst von der Hochstromquelle gelieferte Spannung Ub am Schalter 1 von der von der Hochspannungsquelle gelieferten Spannung u, abgelöst wird. Dadurch erreicht man, wie beispielsweise anhand der Fig. 5 beschrieben, eine Beanspruchung des Schalters mit einer wiederkehrenden Spannung, wie sie den tatsächlichen Verhält nissen entspricht bzw. durch Vorschriften gefordert wird.
Diese Lichtbögen zwischen den Elektroden 31 und 33 bzw. 32 und 33 bleiben auch nach dem Über- schlag weiterhin bestehen, da wegen der im Verhältnis zur Eigenkapazität des Schalters 2 gross gewählten Kapazität des Kondensators 15 die Spannung Ub, die die Hochstromquelle liefert, stark absinkt, sobald die Verbindung zwischen Hochstromkreis und Hochspannungskreis hergestellt ist.
Es könnte vorkommen, dass die Überschläge zwischen den Elektroden 31 und 33 und den Elektroden 32 und 33 nicht gleichzeitig erfolgen. Würde beispielsweise zunächst der Überschlag zwischen den Elektroden 32 und 33 erfolgen, dann würde das Potential der Elektrode 33 auf den Wert des Potentials der Elektrode 32 gehoben werden und ein Überschlag zwischen den Elektroden 31 und 33 könnte erst erfolgen, nachdem die Spannungen ub und ue um einen erheblichen Betrag voneinander abweichen. Diese Schwierigkeit lässt sich dadurch beseitigen, dass dem Ohmschen Widerstand 35 ein Kondensator 36 parallel geschaltet wird. Es steigt dann die Spannung der Mittelelektrode 33 mit Verzögerung an, so dass, wenn zunächst z.
B. ein Überschlag zwischen der Elektrode 32 und 33 erfolgt, unmittelbar darauf auch ein Überschlag zwischen den Elektroden 31 und 33 stattfinden kann. Zu erwähnen ist noch, dass der Widerstand 35 gross gegenüber dem Widerstand 14, die Kapazität des Kondensators 36 klein gegenüber der Kapazität des Kondensators 15 ist.
Wie bereits erwähnt, wird durch die Anwendung der Dreielektrodenan ordnung ein besonderes Steuergerät entbehrlich, da zur Steuerung der Dreielektrodenanordnung nicht mehr der Strom im Hochstromkreis und ein Zeitglied notwendig sind, sondern als Steuergrössen werden die Spannungen ut, und in.. selbst verwendet.
In Fig. 8 ist ein anderes Ausführungsbeispiel zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt. Es ist wieder eine Dreielektrodenanordnung 30 vorgesehen. Die kugelförmig ausgebildete Elektrode 31 ist mit der oberen Klemme des Schalters 1 verbunden. Die mit der obere Hochstromkreis und Hochspannungskreis dar, so dass durch diesen Lichtbogen, der einen wesentlich grö sseren Strom besitzt als der Lichtbogen zwischen den Elektroden 32 und 33, die Ansprechspannung der Funkenstrecke, bestehend aus den Elektroden 32 und 33, nicht beeinträchtigt wird. Der Abstand der Elektroden 31 und 32 und damit auch der Abstand zwischen den Elektroden 32 und 33 wird so gewählt, dass die Löschspitze der Lichtbogenspannung uss, die aus Fig. 7 ersichtlich ist, keinen Überschlag zwischen den Elektroden 31 und 32 hervorrufen kann.
In den folgenden Fig. 9, 10 und 11 sind Abänderungen der Dreielektrodenanordnung nach Fig. 8 dargestellt. In diesen Figuren sind lediglich die Elektroden 31, 32 und 33 und der Erdungswiderstand 35 mit dem Parallelkondensator 36 gezeichnet.
Nach Fig. 9 ist die an den Hochstromkreis angeschlossen Elektrode 31 ringförmig ausgebildet. Im Innern des Ringes befindet sich die kugelförmige Elektrode 32, die an den Hochspannungskreis angeschlossen ist. Dieser gegenüber steht die ebenfalls kugelförmig ausgebildete Elektrode 33, die über den Widerstand 35 und den Kondensator 36 an Erde liegt. Durch die Pfeile und die dazugehörige Buch stabenbezeichnung uh und ue ist angegeben, an welche Spannungen die Elektroden 31 und 32 angeschlossen sind.
Schlägt zwischen den Elektroden 32 und 33 ein Funke bei vorgegebener Spannung ue über, dann ist durch die in Fig. 9 getroffene räumliche Anordnung erreicht, dass durch diesen Überschlag die Strecke zwischen den Elektroden 31 und 32 bestrahlt wird, so dass zwischen beiden nunmehr leichter ein Überschlag erfolgt. Man kann daher den Abstand zwischen den Elektroden 31 und 32 grösser wählen als bei der Anordnung nach Fig. 8, was eine Erhöhung der Isolation zwischen Hoch stromkreis und Hochspannungskreis bedeutet bzw. bei gleichem Abstand wird die Sicherheit der Lichtbogenverbindeng zwischen diesen beiden Kreisen erhöht.
Eine andere Ausführungsform ist in Fig. 10 dargestellt, bei der die polaritätsabhänglge Höhe der Ansprechspannung der Elektrodenanordnung Spitze! Platte ausgenutzt wird. Die zum Hochstromkreis gehörende Elektrode 31 ist als Spitze, die zum Hoch spannnngskreis gehörende Elektrode 32 als Platte ausgebildet. Die geerdete Elektrode 33 ist wieder kugelförmig. Man wird die Anordnung so treffen, dass als positive Spannung an der Spitze die wiederkehrende Einschwingspannung Ub auftritt.
Dadurch ist es möglich, nach dem Überschlag zwischen der Messfunkenstrecke 32, 33 den Überschlag zwischen den Elektroden 31 und 32 sehr sicher eintreten zu lassen bzw. es können vorher grössere Lichtbogenspan- nungen auftreten, ohne dass eine verfrühte Zündung entsteht, da die Lichtbogenspannungsspitze als negative Spannung an der Elektrode 31 auftritt.
Fig. 11 zeigt eine Funkenstreckenanordnung, die die Eigenschaften der Funkenstreckenanordnung nach den beiden vorherigen Figuren vereinigt. Die kugelförmige Elektrode 32 ist wieder an die Spannung Uc angeschlossen, die kugelförmige Elektrode 33 über einen Widerstand 35 und einen Parallelkondensator 36 an Erde. Die Funkenstrecke 31, die an die Spannung ub angeschlossen ist, umgibt ringförmig die Kugelfunkenstrecke 32. Sie besitzt innen eine scharfe, z. B. ringförmig umlaufende Kante, welche in elektrischer Hinsicht sehr ähnlich wirkt wie eine Spitze.
Legt man wieder die Spannungen so, dass ub als positive Spannung an der Spiltze erscheint, dann wird die Spannungsfestigkeit zwischen den Elektroden 31 und 32 unter der Einwirkung des Lichtbogens zwischen den Elektroden 32 und 33 herabgesetzt. Bei negativer Spannung (Lichtbogenispannung UB) an der Elektrode 31 ist die Uberschlagsspannung zwischen den Elektroden 31 und 32 wesentlich erhöht gegen über der Überschlagsspannung zwischen den beiden Elektroden bei positiver Elektrode 31. Zweckmässig wird man zu dem Kondensator 15 bei den Anordnungen nach Fig. 8 bis 11 einen hohen Ohmschen Widerstand parallel legen, um das Potential der Elektrode 32 vor Überschlag der Funkenstrecke 32/33 festzulegen.
Wie bereits erwähnt, muss verhindert werden, dass durch die Lichtbogenspannung ur, eine fehlerhafte Zündung der Funkenstreckenanordnung erfolgt. Dies kann n dadurch erreicht werden, dass z. B. die Über- schlagsspannung zwischen den Elektroden 31 und 32 grösser gewählt wird als die Spitze der Lichtbogenspannung UB oder es kann auch, wie erwähnt, der Unterschied der Ansprechspannungen einer spitzen Elektrode gegenüber einer Platte bei positiven und negativen Spannungen der spitzen Elektrode ausgenutat werden.
Es ist jedoch möglich, dass bei einem früheren Nulldiurchgang eine verhältnismässig grosse Lichtbogen spannung kurzzeitig auftritt, bzw. die Einschwingspannung vor der Wiederzündung einen grö Seren Wert erreicht, so dass unter Umständen die Funkenstreckenanordnung ansprechen könnte. Um dies zu verhindern, kann man einen steuerbaren Schalter 37, vergleiche Fig. 6, zwischen die Elektrode 31 und die obere Klemme des Schalters 1 legen, der erst dann geschlossen wird, wenn in der Stromhalbwelle, an die anschliessend die Prüfung der Spannungsfestig keit erfolgt, die Lichtbogenspannung UB wieder an nähernd horizontal verläuft.
Die Fig. 12 und 15 zeigen Ausführungsbeispiele zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung, bei denen die Hochspannungsquelle vor dem Zuschalten auf den zu prüfenden Schalter stromlos ist. Mit 1 ist wieder der zu prüfende Schalter, mit 2 der dazu in Reihe liegende Hilfsschalter bezeichnet. Die Reihenschaltung beider liegt an der Sekundärwicklung eines Transformators 3, der über eine Drosselspule 4 und einen Schalter 5 an den Generator 6 angeschlossen ist. Unmittelbar parallel zum Schalter 1 liegt die Reihenschaltung aus einem Ohmschen Widerstand
114 und einem Kondensator 115. Parallel zum Schalter 2 liegt die Reihenschaltung aus einem Ohmschen Widerstand 124 und einem Kondensator 125.
Die Reihenschaltung aus dem Widerstand 114 und dem Kondensator 115 ist über eine Induktivität 111, einen Ohmschen Widerstand 113, der auch wegfallen kann, und über eine Funkenstrecke 112 an den zum voraus geladenen Kondensator 10 (Hochspannungsquelle) angeschlossen. Parallel zur Reihenschaltung von Schalter 1 und Hilfsschalter 2 liegt die Reihenschaltung aus einem Ohmschen Widerstand 107 und einem Kondensator 108. Parallel zu dieser Reihenschaltung liegt der Ohmsche Widerstand 109.
Hauptsächlich mit Hilfe der Induktivität 4, des Widerstandes 107, des Kondensators 108 und des Widerstandes 109 wird der Verlauf der wiederkehrenden Spannung am Schalter 1 nach dem Unterbrechen des Kurzschlussstromes so eingestellt, dass er dem Verlauf der wiederkehrenden Spannung, wie er im Netz auftreten würde, bzw. einem durch Prüfvorschriften geforderten Spannungsverlauf entspricht. Der Widerstand 124 und der Kondensator 125 sowie der Widerstand 114 und der Kondensator 115 haben auf den Verlauf dieser vom Generator gelieferten wiederkehrenden Spannung am Schalter 1 nach Unterbrechen des Kurzschlussstfomes nur geringen Einfluss.
Von Seiten des Hochstrom kreises aus gesehen dienen sie vielmehr r dazu, die wiederkehrende Spannung (Einschwingspannung) des Hochstromkreises auf den Hilfsschalter 2 und den zu prüfenden Schalter 1 in gewünschter Weise aufzu -teilen, und zwar wird man die Aufteilung so vorneh mein, dass der grössere Teil dieser Spannung auf den Schalter 1 entfällt. Entsprechend der verhältnismässig geringen Kurzschluss-Ausschaltleistung der Hochstromquelle (Transformator 3 in Verbindung mit Induktivität 4 und Generator 6) erreicht diese Spannung bei vollem Kurzschlussstrom nur einen Bruchteil der für die richtige Prüfung g des Schalters erforder- lichen Spannung.
Um trotzdem den gewünschten Wert und Verlauf der wiederkehrenden Spannung am Schalter 1 zu erhalten, wird dieser Spannung, die vom Generator 6 an den zu prüfenden Schalter geliefert wird, die Spannung der Hochspannungsquelle 10 beim Durchschlag der Funkenstrecke 112 hinzugefügt. Die Höhe dieser Spannung ist wählbar und wird im wesentlichen durch die Spannung des aufgeladenen Kondensators 10 bestimmt. Die Frequenz der Spannung an dem Schalter, die von der Hochspannungsseite aus geliefert wird, wird vornehmlich durch die Kondensatoren 115 und 125 und die Indluktiivität 111 bestimmt, ihre Dämpfung durch die Ohmschen Widerstände 113, 114, 124 und 109.
Diese Elemente werden so gewählt, dass die von dem Hochspannungskreis an den Schalter gelieferte Spannung ungefähr den gleichen Verlauf besitzt, wie sie von der wiederkehrenden Spannung gefordert wird. Diese Spannung, die sich ohne Beeinflussung durch die Spannung des Hochstromkreises beim Überschlag der Funkenstrecke 112 einstellen würde, ist in Fig. 13 dargestellt und mit U2 bezeichnet. Sie beginnt im Zeitpunkt t1 von Null aus, da der Kondensator 115 keine Ladung besitzt. In Fig. 13 ist ferner die Spannung uI eingetragen, die vom Generator 6 als wiederkehrende Spannung am Schalter 1 geliefert werden würde, wenn die Funkenstrecke 112 nicht zünden würde.
In Wirklichkeit führt jedoch zum Zeitpunkt t = t1 der Kondensator die Spannung U1 und ausserdem wird zu diesem Zeitpunkt die Funkenstrecke 112 gezündet. Es ergibt sich somit folgendes:
Bis zum Zeitpunkt t = t1 wird die Spannung am Schalter 1 lediglich von dem Generator 6 bestimmt, so dass die wiederkehrende Spannung am Schalter 1 der Spannung ut entspricht. Zündet in diesem Zeitpunkt t1 die Funkenstrecke 112, so ergilbt sich die resultierende Spannung u am Schalter vom Zeitpunkt t1 an durch den Einfluss der beiden Kreise (Hoch strom- und Hochspannungskreis).
Der Schaltaugenblick t1 liegt im Bereich, des Maximums von ul. Er wird so gewählt, und die einzelnen Elemente der Schaltung (Widerstände, Kondensatoren, Induktivität) so bemessen, dass die wiederkehrende Spannung u am Schalter den Forderungen entspricht, die auf Grund von Versuchsergbnissen, Vorschriften oder Auflagen der Abnehmer erfolgt. In Fig. 13 islt angenommen, dass die Auslösung der Funkenstrecke kurz vor dem ersten Maximum der Spannung1 erfolgt.
Aus der vereinfachten Vorstellung einer Über- lagerung der Spannung ut des Hochstromkreises und der Spannung u2 des Hochspannungskreises nach Zünden der Funkenstrecke 112 gebot hervor, dass, falls von der resultieren, den Spannung ein nahezu lineare, r Anstieg gefordert wird, die wiederkehrende Spannung ut des Hochstromkreises gedämpft einschwingen muss. Im anderen Falle würden sich Einsattelungen, besonders im Anfangsverlauf der resultie- renden Spannung ergeben.
Eine solche gegebenenfalls erforderliche Dämpfung der Einschwingspannung llg des Hochstromkreises wird insbesondere durch den Widerstand 109 erreicht.
Zur Prüfung des Ausschaltvermögens werden die Schalter 1 und 2 geschlossen, dann wird der Schalter 5 eingeschaltet. Es fliesst nunmehr der Kurzschlussstrom über die Schalter 1 und 2, die gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig den Ausschal'efrhl erhalten, so dass in beiden Schalt, geräten die Unterbrecherwirkung gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig eintritt. Nach dem ersten Nulidurchgang des Stromes werden beide Schalter durch die von dem Generator 6 erzeugte wiederkehrende Spannung an ihnen neu gezündet oder es sind andere Mittel zur Neuzündung vorhanden.
Diese Wiederzündung geschieht so lange, bis die maxi male Löschdistanz erreicht t ist. Geht kurz vor oder bei Erreichen dieser Distanz der Kurzschlussstrom durch Null, so entsteht am Schalter eine wiederkehrende Spannung (M1), die, wie bereits erwähnt, hauptsächlich durch Wahl von Widerstand 107, Kondensator 108 und Widerstand 109 so gewählt werden kann, dass ihr Anstieg mindestens dem Anstieg der geforderten wiederkehrenden Spannung entspricht. Wie bereits erwähnt, wird im Bereich des ersten Maximums dieser Spannung die Funkenstrecke 112 gezündet, so dass nunmehr die Hochspannungsquelle 10 zugeschaltet wird.
Durch das Prüfverfahren gemäss der Erfindung kann, wie bereits erwähnt, eine wiederkehrende Spannung (u) am Schalter erreicht werden, die der tatsächlichen wiederkehrenden Spannung im Netzbetrieb bei Prüfung des Schalters mit der Kurzschlussleistung oder der Spannung, die durch Prüfvorschriften bestimmt wird, weitgehend entspricht. Auf diese Weise wird der Schalter sowohl hinsichtlich seiner Spannungsfestigkeit als auch seiner Widerstandsfähigkeit gegen die Lichtbogenleistung bzw. -arbeit geprüft.
Das Schaltgerät, das den Hochspannungskreis steuert und in Fig. 12 als steuerbare Funkenstrecke 112 ausgebildet ist, kann beispielsweise dadurch ausgelöst werden, dass im Nulldurchgang der letzten Halbwelle des Kurzschlussstromes ein Impuls gegeben wird, der durch eine Zeitverzögerungseinrichtung so verzögert an das Schaltgerät gelangt, dass das Schaltgerät bzw. die Funkenstrecke im Bereich des Maximums der Spannung ul geschlossen ist. Besonders einfach ist es jedoch, diese Steuerung in Abhängigkeit von der Grösse der Spannung U1 vorzunehmen.
Zu diesem Zweck kann man beispielsweise, wie in Fig. 15 dargestellt, eine Messfunkenstlrecke 130 über einen Widerstand 131 parallel zum Schalter 1 legen (in Fig. 15 ist nur die rechte Seite der Schaltung dar gestellt). Die Messfunkenstrecke ist so eingestellt, dass sie bei der gewünschten Spannung, also beim ersten Maximum der Spannung ul oder kurz vorher überschlägt. Nach dem Überschlag tritt am Widerstand 131 diese Spannung sprungartig auf. Dieser Span nungsimpuls oder ein Teil davon, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, wird über einen Hochspan nungskondensator 132 an eine Hilfselektrode 143 einer Funkenstrecke mit den Elektroden 141 und 142 angelegt, die an die Stelle der Funkenstrecke 112 in Fig. 12 tritt.
Zwischen der Hilfselektrode 143 und der Hauptelektrode 142 entsteht durch den Spannungsimpuls ein Überschlag, der den Überschlag zwischen den Hauptelektroden einleitet.
Es ist nicht erforderlich, dass die Spannung u genau der wiederkehrenden Spannung, wie sie gefordert wird, entspricht. Man wird jedoch die Spannung u immer so wählen, dass hinsichtlich der Spannungsprüfung des Schalters keine Erleichterung eintritt.
Beispielsweise kann man unter Fortlassung der Induktivität 11 die Prüfung mit einer aperiodisch wiederkehrenden Spannung aus der Hochspannungsquelle durchführen. Wird beispielsweise eine wiederkehrende Spannung gefordert, wie sie in Fig. 14 durch die Kurve U gegeben ist, so kann man nach Weglassung der Induktivität 11 eine resultierende aperiodische Spannung U4 am Schalter erhalten, die eine definierte stärkere Beanspruchung des Schalters bedeutet und dadurch den Sicherheitsfaktor der Schalterprüfung wesentlich erhöht bei gleichzeitiger Verminderung der Anlagekosten.
In den Ausführungsbeispieien dient t als Hochspan- nungsquelle ein Kondensator 10, der mit Gleichstrom aufgeladen wird. Anstelle dieses Kondensators kann auch ein Generator verwendet werden, der dieselbe Frequenz wie der Hochstromgenerator besitzt und mit diesem synchron läuft. Statt dessen kann auch ein bestehendes Hochspannungsnetz herangezogen werden.
Es ist dabei die Phasenlage so einzustellen, dass die Funkenstrecke 12 bzw. 112 im Bereich des Maximums des Hochspannungsgenerators gezündet wird.
Ebenso kann als Hochstromquelle anstelle des Generators ein entsprechend bemessener und mit Gleichspannung aufgeladener Kondensator oder ein bestehendes Hochspannungsnetz verwendet werden.
Um die Verhältnisse wirklichkeitsnah zu gestalten, ist es erforderlich, dass der Verlauf des vom Hochstromkreis gelieferten Stromes in der Nähe des Nulldurchganges nicht wesentlich geändert wird, das heisst es darf die Lichtbogenspannung im Schalter keinen oder nur einen geringen Einfluss auf den Stromverlauf haben. Dies ist dann der Fall, wenn die Lichtbogenspannung gegenüber der Spannung des Hochkstrom- kreises klein ist.
Das Verfahren nach der Erfindung kann nicht nur angewendet werden, um die Löschfähigkeit bei der maximalen Löschdistanz festzustellen, sondern kann auch angewendet werden zur Ermittlung der Löschfähigkeit des Schalters bei anderen Kontaktabständen, wobei der Kurzschlusslichtbogen gegebenenfalls, wie früher erwähnt, auch durch einen Zünddraht oder eine Hilfseniladung eingeleitet werden kann.
Das Verfahren gemäss der Erfindung, das anhand der Prüfung von Hochspannungsschaltern erläutert wurde, kann sinngemäss auch bei der Prüfung anderer Schaitgeräte, z. B. von Stromrichtern, angewendet werden.