DE2208432A1

DE2208432A1 - Leistungsschalter für Hochspannungssysteme

Info

Publication number: DE2208432A1
Application number: DE19722208432
Authority: DE
Inventors: Michael A. Los Angeles; Long Willis F. Thousand Oaks; Calif. Lutz (V.St.A.). P
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1971-03-09
Filing date: 1972-02-23
Publication date: 1972-09-14
Also published as: DE2208432C3; FR2128386B1; FR2128386A1; CA938019A; SE368300B; CH544399A; US3660723A; DE2208432B2; JPS5229425B1; GB1332771A

Description

Anmelder: Stuttgart, den 2% Februar 1972

Hughes Aircraft Company P 2449

Centinela Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif., V.St.A.

Leistungsschalter für Hochspannungssysteme

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsschalter zum Ausschalten des elektrischen Stromes in Hochspannungssystemen mit zv/ei in einer Leitung des Hochspannungssystems in Serie liegenden Leitungsschaltern und mit einer parallel in den Leitungsschaltern liegenden impedanzvergrößernden Anordnung.

Bekannte Leistungsschalter für Hochspannungs-Gleichstronsysteme bestehen üblicherweise aus zwei parallelen Schalteranordnungen· Die erste Anordnung besteht aus einem Leitungsschalter, der im geschlossenen Zustand einen niedrigen Widerstand und im geöffneten Zustand einen hinreichend hohen Widerstand besitzt, um der Leerlaufspannung des Systems

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standzuhalten. Dieser Leitungsschalter ist, allgemein betrachtet, die in der Leitung liegende Schaltanordnung, die den normalen Leitungsstrom führt. Parallel dazu liegt die zweite Anordnung, die ein System darstellt, das die Impedanz des Leistungsschalters erhöht und dadurch den Strom mit einer geeigneten Geschwindigkeit, die von dor Kreisreaktanz abhängt, progressiv vermindert und schließlich unterbindet, ohne daß dabei vertretbare Kreisspannungen überschritten werden·

ist eine Keihe von Anordnungen bekannt, die die Impedanz eines Kreises erhöhen, nachdem der Strom aus der Leitungsschalteranordnung in die impedanzvergrößernde Anordnung überführt worden ist. Eine geeignete impedanzerhöhende Anordnung ist z.B. in der US-PS 3 534 226 beschrieben.

Bei der überführung des Stroms aus einer Leitungsschalteranordnung in eine impedanzvergrößernde Anordnung besteht die Schwierigkeit darin, daß an der impedanzvergrößernden Anordnung auch dann, wenn sie im Zustand niedriger Impedanz ist, ein nicht verschwindender Spannungsabfall auftritt und daher, sofern keine andere Vorrichtung zur Übertragung des Stromes vorhanden ist, an der Leitungsschalteranordnung beim Offnen ein Lichtbogen mit beträchtlicher Brennspannung entsteht. V/enn in der impedanzvergrößernden Anordnung als Schalter eine einzige Schaltröhre mit gekreuzten Feldern benutzt wird, so kann der zu Beginn an ihr auftretende Spannungsabfall ohne weiteres etwa 1000 V betragen. V/erden mehrere Schaltröhren mit gekreuzten Feldern benötigt, um der vollen Spannung widerstehen zu können, so multipliziert

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sich dieser anfängliche Spannungsabfall entsprechend. Tritt ein solcher Spannungsabfall im Lichtbogen eines sich öffnenden Leitungsschalters auf, so wird in dem Leitungaschalter eine riesige Energiemenge freigesetzt, die abgeführt werden muß.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsschalter anzugeben, bei dem der Strom von einer Leitungsschalteranordnung, die eine relativ geringe Lichtbogenspannung aufweist, durch eine Anordnung von Bauelementen, die nicht der vollen, an dem abzuschaltenden Kreis liegenden Spannung standhalten müssen, auf die impedanzvergrößernde Anordnung übertragbar ist»

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß mit dem ersten der beiden Leitungsschalter eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Stromnulls in dem ersten Leitungsschalter verbunden ist, die nach dem Offnen der Kontakte des ersten Leitungsschalters einen für die Stromübertragung von den beiden Leitungsschaltern zu der impedanzvergroßernden Anordnung hinreichenden Spannungsanstieg bewirkt, und daß der erste Leitungsschalter und die inpedanzvergrößernde Anordnung nur dem anfänglich an der impedanzvergroßernden Anordnung auftretenden Spannungsabfall und der zweite der beiden Leitungsschalter dem Rest der an der impedanzvergroßernden Anordnung anliegenden Spannung standhalten muß, wenn die Impedanz durch die irapedanzvergrößernde Anordnung vergrößert wird.

Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ict der erste Leitungsschalter von einer aus einem vorher aufgeladenen Kondensator, einem Schalter und einer Spule be-

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stehenden Serienschaltune überbrückt, so daß bei Öffnen des ersten Leitungsschalters die Entladung de3 zu ihm parallel liegenden Kondensators über die Induktivität in den ersten Leitungsschalter ein Stromnull bewirkt, so daß der erste Schalter dadurch nichtleitend wird und an ihm ein genügend großer Spannungsabfall entsteht, durch den der gesamte Stromfluß in die impedanzvergroßernde Anordnung übertragen wird. Daraufhin hört der zweite Leitungsschalter, der entweder schon geöffnet war und einen Lichtbogen gezogen hatte, oder gerade jetzt geöffnet wird, zu leiten auf, so daß der zweite Leitungsschalter nun dem Hauptteil der Spannung standhalten kann. Die widerstandsvergrößernde Anordnung des Leistungsschalters kann sodann die Vergrößerung des Widerstandes bewirken.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert wird. Die der Beschreibung .und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden· Es zeigen

Fig. 1 das schematische Schaltbild einesHochspannungs-Gleichstromsystems mit einem erfindungsgemäßen Leistungsschalter,

Fig. 2 das Schaltbild einer anderen Ausführungsform eines Teils des Leistungßschalters nach Fig. 1,

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Fig« J ein Diagramm des Stromabfalls im ersten Leitungsschalter des Leistungsschalters nach Fig. 1 zu Beginn des Stromübertragungsvorganges und

Fig. 4 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Spannung am ersten Leitungsschalter des Leistungsschalters nach Fig. 1 während des Stromübertragungsvorgangs.

In dem in Fig. 1 veranschaulichten Hochspannungs-GleichstroKisystem wird die Gleichstromleistung, die von dem erfindungsgemäßen Leistungsschalter abgeschaltet werden soll, in bekannter V/eise von einer Leistungsquelle ΊΟ abgeleitet, die ihre Leistung an einen Wechselstromgenerator 12 abgibt. Die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 12 wird von einem Transformator 14 auf einen zur Übertragung geeigneten Wert angehoben. Hinter dem Transformator wird die Leistung von einem Gleichrichter 16 gleichgerichtet* Der Gleichrichter 16 hat eine positive und eine negative Ausgangsleitung 18 bzw. 20. Induktivitäten 26 in beiden Leitungen sov/ie eine Kapazität 28 zwischen den Leitungen werden in üblicher Weise zur Gleichstromfilterung und zur Glättung benutzt. Sie sind, wie gezeigt, vorzugsweise an den Ausgang des Gleichrichters angeschlossen·

In Serie zwischen dem Gleichrichter 16 und einem Übertragungssystem 30 liegt in der Ausgangsleitung 18 ein Leistungsschalter 22 und es ist ein identischer Leistungsschalter 24· in die Ausgangsleitung 20 eingeschaltet. In Hochspannungs-Gleich3tromsystemen ist es üblich, für die eine Leitung ein Potential unterhalb des Erdpotentials zu wählen, um den Aufv/and zur Isolation der Übertragungsleitungen gegen Erde

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auf beide Leitungen gleichmäßig zu verteilen. Aus diesem Grund werden zwei Leistungsschalter 22 und 24 benötigt, nämlich einer für Jede Leitung. In jeder der beiden Leitungen kann entweder im Übertragungssystem oder an der Last ein Kurzschluß zur anderen Leitung, wie es durch den Kurzschlußschalter 32 angedeutet ist, oder nach Erde auftreten. Für den Fall, daß ein Kurzschluß nach Erde anstatt eines durch den Schalter 32 veranschaulichten Kurzschlusses zwischen den Leitungen auftritt, ist ein unabhängiger Leitungsschutz notwendig. Bei jeder Art eines Kurzschlusses ist jedoch ein Leistungaschalter notwendig. Die Leistungsschalter 22 und 24 können außerdem zum gewöhnlichen Schalten der Leitungen unter Last geöffnet oder geschlossen werden· Ihre Betätigung setzt keinen Kurzschluß voraus.

Jeder der Leistungsschalter 22 und 24 ist mit einer üblichen tJberv/achungseinrichtung gekoppelt und mit einem üblichen Steuerkreis ausgestattet, der den Schaltvorgang des Leistungsschalters steuert. Das System enthält daher.übliche Uberwachungs- und Steuereinrichtungen für den Leistungsschalter· An den Ausgang des Ubertragungssystems 30 ist eine Last angeschlossen·

Der Leistungsschalter 22 besteht aus einer Leitungsschalter und einen Stromübertragungskreis umfassenden Anordnung 36 und einer impedanzvergrüßernden Anordnung 38· Diese impedanzvergrößernde Anordnung 38 kann von jeder der oben beschriebenen impedanzvergrößernden Anordnungen gebildet werden. Es sei ausdrücklich festgestellt, daß die dargestellte Folgeschaltvorrichtung nur ein Beispiel für eine impedanzvergrößerade Anordnung ist, auf die der Leitungsstrom zur

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Vergrößerung der Leitungsimpedanz und zur Unterbrechung übertragen wird. Die in der US-PS 3 534 226 dargestellte Folgeschaltvorrichtung enthält drei Schaltröhren 40, 42 und 43 mit gekreuzten Feldern, von denen die beiden letzten je einen energieverzehrenden Widerstand 44 bzw. 46 in Serie geschaltet haben. Die erste Schaltröhre 40 und diese Serienschaltungen sind zwischen Leitungen 52 und 54 zu der die Leitungsschalter enthaltenden Anordnung 36 parallel geschaltet. Ebenfalls parallel dazu liegen ein Ableitkondensaror 48 und der zu ihm in Serie geschaltete energieverzehrende Widerstand 50·

Die inpodanzvergrößernde Anordnung 38 ist eine von den in der US-PS 3 534 226 dargestellten Anordnungen und es kann jede der in dieser Patentschrift beschriebenen Ausführunrsfornen als impedanzvergrößernde Anordnung 38 verwendet werden. In dieser Patentschrift ist ausgeführt, daß je nach den Kenngrößen des Systems mehr oder weniger Schaltröhren mit gekreuzten Feldern und Widerstände benutzt werden können, damit die Folgeschaltvorrichtung einen zur Verminderung und anschließenden Unterbrechung des Stromes und zur Begrenzung der Spannungsspitzen schrittweise immer mehr V.'iderstände in den Kreis einschalten kann.

Es versteht sich ferner, daß in der widerstandsvergrößernden ivnordnung 38 alle gängigen Schaltertypen benutzt werden können. Schaltröhren mit gekreuzten Feldern wurden zur Beschreibung deshalb herangezogen, v/eil sie unter Strom ausgeschaltet werden können. Da die Spannungsfestigkeit von Schaltröhren mit gekreuzten Feldern von deren Konstruktion abhängt, kann es notwendig sein, mehrere solcher Röhren in

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Serie zu schalten, damit sie beim Ausschalten der mit dem Ubercpannungsfaktor multiplizierten Systemspannung widerstehen können. Andere Ausschaltvorrichtungen, wie z.B. Ilochvakuumtetroden, können ebenfalls verwendet werden; es werden jedoch Schaltröhren mit gekreuzten Feldern beschrieben, weil sie besonders anschaulich und praktisch sind.

Die hierin als Ausschaltvorrichtungen verwendeten Schaltröhren mit gekreuzten Feldern 40, 42 und 43 sind ausführlich in der US-PS 3 534- 326 beschrieben. Es versteht sich, daß im Betrieb an den Schaltröhren 40, 42 und 43 eine geeignete Spannung aufgebaut werden muß, damit sie leitend werden können, und zwar ist hierfür eine Spannung in der Größenordnung von 1000 V notwendig. Gegenstand der Erfindung ist die die Leitungsschalter und den Stromübertragungskreis umfassende Anordnung 36, die einen solchen Spannungsanstieg und dadurch eine Stromübertragung bewirkt.

Wie Fig. 1 zeigt, sind zwischen die Leitungen 52 und 5^· Kondensatoren 56 und 58 in Serie geschaltet. Ihre Mittelajizapfung ist mit einer Spannungsteilerleitung 60 verbunden. Wie später verständlich werden wird, ist es wünschenswert, das Potential der Spannungsteilerleitung 60 in der Nähe einer der beiden Leitungen, iri diesem Fall der Leitung 54, zu halten, damit der Stromübertragungskreis aus Bauelementen aufgebaut werden kann, die für verhältnismäßig niedrige Spannungen ausgelegt sind. Wenn daher, unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors, die Spannung im Verhältnis von etwa 1:50 geteilt werden soll, so hat in dem folgenden Beispiel der Kondensator 56 eine Kapazität von 0,0002 ,uF, während der Kondensator 58 eine Kapazität von 0,01 ,uF aufweist. Diese Kondensatoren dienen zur

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Spannungsteilung von Impulsen. Zur Gleichspannungsteilung über lungere Zeiträume sind in Serie geschaltete Widerstände 62 und 64· vorgesehen und entsprechend mit den Leitungen 52, 60 und 5^- verbunden. Wenn die Spannung wieder im Verhältnis 1:50 geteilt werden soll, so hat in den bevorzugten Ausführungsbeispiel der Widerstand 62 einen 7/ert

von 5 x 10 Ohm, während der Widerstand 64 einen V/ert von 10' 0hm aufweist. Zv/ei in Serie geschaltete Leitungsschalter 66 und 68 sind entsprechend zwischen den Leitungen 5^i 60 und 52 so angeordnet, daß ihre Mittelansapfung ebenfalls mit der Spannungsteilerleitung 60 verbunden ist.

Der erste Leitungsschalter 66 ist so ausgelegt, daß er eine hohe Erholgeschwindigkeit hat. Geeignete Erholgeschv/indigkeiten haben beispielsweise Vakuumrelais, wie z.B. das Relais Kr. VSC-15 der Fa. Allis Chalmers, Da ein solches Vakuumrelais Strome von der Größe, wie sie in (rleichstromübertragungssystemen auftreten, nicht unterbrechen kann, v/ird ein aus einer Induktionsspule 70, einem dritten Schalter 72 und einem Kondensator 7^ bestehender Parallelkreis benötigt, um im ersten Schalter 66 ein Stromnull zu erzeugen·

Parallel zum Kondensator 7^ ist eine Serienschaltung aus Widerstand 76 und Spannungsquelle 78 geschaltet, so daß der Kondensator 74 über den Widerstand 76 aufgeladen v/ird. Statt des Widerstandes 76, der eine dauernde Verbindung zwischen dem Kondensator 7^ und der Spannungsquelle 78 . ermöglicht, kann, wie Fig. 2 zeigt, ein Schalter 80 verwendet werden· Der Schalter 80 ist nur dann geschlüoöen, · wenn ein Aufladen des Kondensators 74- erwünscht ist, d.h. in der Zeit, in der der Schalter 72 nichtleitend ist.

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Der erste Leitungsschalter 66 bewirkt in Verbindung mit dem ihm zugeordneten Stromübertragungskreis die Strom- _; übertragung. Da die Spannung der Spannungsteilerleitung bezüglich der Leitung 54- nur etwa I/50 der Spannung zwischen den Leitungen 52 und 5^· entspricht, so nüssen die Bestandteile dieses Stromübertragungskreises nicht der vollen Spannung zwischen den Leitungen 52 und 5^ standhalten, sondern nur etwa 7 kV. Aus Sicherheitsgründen werden Bauelemente benutzt, die 10 kV aushalten können. Wie im folgenden noch ausgeführt werden wird, wird der Stromübertragungskreis durch Öffnen des zweiten Leitungsschalters 68 von der vollen Spitzenspannung des vollständig geöffneten Leistungsschalters isoliert, so daß für relativ niedrige Spannungen ausgelegte Bauelemente benutzbar sind. Als erster Leitungsschalter 66 können auch andere Arten von Schaltern als das oben erwähnte Vakuumrelais benutzt werden, sofern beachtet wird, daß sie durch kurzzeitige Bogenentladungen nicht zerstört werden dürfen und daß sie nur derjenigen Spannung widerstehen können müssen, die notwendig ist, um den Strom auf die impedanzvergrößernde Anordnung 58 zu übertragen· Diese Spannung ist nicht viel größer als die Brennspannung der Schaltröhren mit gekreuzten Feldern.

Als zweiter Leitungsschalter 68 kann jede Anordnung oder eine Serienschaltung von Anordnungen benutzt werden, die in der Lage ist, im geschlossenen Zustand bei niedrigem Widerstand einen Dauerstrom zu führen, innerhalb weniger Millisekunden zu öffnen und im geöffneten Zustand einer hohen Spannung standzuhalten. Da beim Offnen des zweiten Leitungsschalters 68 nur ein kurzzeitiger oder überhaupt

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kein Stromdurchgang erfolgt, findet auch, nur eine minimale Bogenentladung statte Sin üblicher Trennschalter kann daher mehr als erforderlich sein, denn er ist in der Lege, Strom zu unterbrechen, und es sind Anordnungen, die Strom nicht unterbrechen können, durchaus "benutzbar. Eine geeignete Anordnung ist beispielsweise der Standard-Trennschalter der Firma Westinghouse vom Typ II50 SF 1OOOO. Dieser Trennschalter ist für 115 kV Effektivspannung bei 2000 A Dauerstrom ausgelegt. Als zv/eiter Schalter 68 konnte statt dessen auch ein für schnellere Betätigung abgeändertes Yakuunrelais der oben beschriebenen Art der Firma Allis Chalmers benutzt werden.

In einem speziellen Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung, dessen Wirkungsweise in Verbindung nit einem Satz spezieller Kenngrüßen beschrieben wird, besteht der erste Leitungsschalter 66 aus einem Vakuumrelais, während der zweite Leitungsschalter 68 ein üblicher Trennschalter ist.

Für den Fall, daß der maximale Dauerstrom 2000 A und der maximale Fehlerstrom 4000 A nicht übersteigen, sind in der folgenden Tabelle beispielhafte Kenngrößen spezifischer Bauelemente der den Stromübertragungskreis umfassenden Anordnung 36 angegeben. Bei einer Arbeitsspannung von 200 kV ist der Leistungsschalter 22 so ausgelegt, daß ex^ eine Spitzenspannung von 3^-0 kV aushalten kann. Ungeachtet der Auslegung für diesen hohen Wert v/erden die Bestandteile des Hauptteils dieser Anordnung 36 nicht dieser hohen Spannung ausgesetzt, wie aus der folgenden Tabelle und der folgenden Beschreibung der Arbeitsweise des Stromübertragungskreises zu ersehen ist· Unter anderen Arbeitsbedingungen

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würden sich natürlich für die Bauelemente andere Kenngrößen ergeben«.

Tabelle

Bezu^szahl	Teil	Wert
56	Kondensator	0,0002 /Φ, 350 kV
58	Kondensator	0,01 /<F, 10 kV
62	Widerstand	5 χ 10⁸ 0hm, 350 kV
64	Widerstand	10⁷ 0hm, 10 kV
66	Schalter	2000 A, 10 kV
68	Schalter	2000 A₁ 350 kV
70	Induktionsspule	50>'-H, 10 kV
72	Schalter	10 kV
74-	Kondensator	25 ^F, 10 kV
78	Spannungsquelle	0 bis 10 kV
80	Schalter	1 A, 10 kV.

Als spezielles Arbeitsbeispiel sei angenommen, daß unter normalen Bedingungen durch die Last 3^- "bei einem Spannungsabfall von 200 kV ein Strom von 1800 A fließt. Dieser Strom fließt durch die in Serie geschalteten ersten und zweiten Leitungsschalter 66 und 68. Der Schalter 72 ist geöffnet und der Kondensator 7^- ist zuvor von der Spannungs quelle aufgeladen v/orden. Die Schaltröhren 40, 42 und 43 sind in nichtleitendem Zustand, weil an ihnen keine Spannung anliegt,

Unter der Annahme, daß etwa durch Schließen des Schalters oder durch Kurzschluß von einem Leitungszweig gegen Erde ein Fehler auftritt, so werden die Auswirkungen dieses Fehlers durch Spannungs- und/oder Stroraöndorungen nachgewiesen. Beim Feststellen eines solchen Fehlers wird entweder einer oder es werden beide Leistungsschalter 22 und

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betätigt v/erden. Beide Leistungsschalter sind identisch., und es genügt daher, nur die Betätigung des Leistungsschalters 22 zu beschreiben« Die Betätigung v/ird dadurch eingeleitet, daß der erste Leitungsschalter 66 aura öffnen veranlaßt v/ird. Zu dem in den Pig» 3 und 4 anlegebenen Zeitpunkt t = O ist der erste Leitungsschalter 66 voll geöffnet und es existiert zwischen seinen Kontakten eine Bogenentladung. Der erste Leitungsschalter 66 ist? nach dem Vorstehenden ein Vakuumrelais« Solange der Strom den, ünterbrechungswert (''1OO A) übersteigt, bleibt die Bogenentladung in dem Vakuumrelaia bestehen, Die Fig. 4 veranschaulicht den Verlauf der Bogenspannung 82.

Der iia Stromübertragungskreis liegende Schalter ?2 wird Im Zeitpunkt t = 0 geschlossen. Er ist in der Lage, einen hohen Stromimpuls zu übertragen, dessen Stromstärke mindestens gleich der Stärke des den ersten Schalter 66 durf.hfließeiiden Stromes ist. Geeignet ist z.B· ein Ignitron« Durch die Kurve 84 der Fig. 3 wird veranschaulicht, wie durch die Resonanzentladung des Kondensators 74 über die Induktionsspule 70 der Stromfluß im ersten Leitungsschalter 65 von Spitzenwert des Fehlerstroms von 40G0 A zum Zeitpunkt t = nach 40 us auf Null vermindert wird. Y/enn der Kondensator -74 am Anfang bezogen auf die Leitung 54 ?ui£ einer Spanmmy von -6000 V aufgeladen ist, so wird die aia erstszi Leitunrsschalter 66 anliegende Spannung, wio der !Tail 86 del? i'.ur-Ts in Fig. 4 veranschaulicht, negativ, Der zeitliche Verlauf und die Größe der am ersten Laitungasclialter 66 anlioGorideu Gegenspannung ist kritisch. Y/enn die Ändorungsri-ösclnvinciigkeit des Stromes beim Nulldurchgang zu groß int, v/lixl die Bogenentladung im ersten Leitungesohalter 66 v/iedsr gesundet» In ähnlicher Weise wird der Lichtbogen in dem Leimr^ssoiialter wieder gezündet, wenn die Änderungsgeschwin&igkcdi; der

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an ersten Leitungsschalter 66 anliegenden Spannung zu groß ist. Der zeitliche Verlauf der Gegenspannung wird durch die Induktionsspule 7O\ den Kondensator 74 des Strociübertragungskreises, den Kondensator 28, den Kondensator 58 und die anfängliche Ladung auf dem Kondensator des Stromübertragungskreises bestimmt.

Der Grund für die in Fig. 4 dargestellte Gegenspannung besteht darin, daß sich immer noch etwa Ladung auf des Kondensator 7^- befindet, wenn im ersten Leitungsschalter 66 der ^ulldurchgang des stromes erreicht ist. Der Kondensator 74 des Stromübertragungskreises muß genügend aufgeladen sein, um den maximalen Fehlerstrom von 4000 Δ umkehren ;■.·.- .können. Daher bleibt, wenn in dem Kreis ein niedriger Leitungsstrora fließt, beim Offnen des Kreises fast die ganze Ladung auf den Kondensator 7^·» wenn der Strom den Y/ert Null erreicht. Die schwierigste Arbeitsbedingung liegt daher dann vor, v/enn die Anordnung bei niedrigem Leitungsstrom zum Abschalten bei maximalem Fehlerstrom eingerichtet ist.

Ist die Bogenentladung in dem als ersten Leitungsschalter verwendeten Vakuumrelais gelöscht, so steigt dessen Spannungsfestigkeit sehr schnell an. Der durch den zweiten Leitungsschalter 68 und die Induktionsspule 70 in den Kondensator fließende Strom bewirkt, daß die Spannung am Kondensator 74 ansteigt. Diese Spannung steigt, wie die Kurve 86 veranschaulicht, bis zur Brennspannung der Schaltrühren 40, 42 und 43 an. Diese Brennspannung beträgt normälerv/eise 1000 V pro Röhre, und es kann zur Erreichung einer genügenden. Spannungsfestigkeit notwendig sein, daß mehrere Schaltröhren in Serie geschaltet werden. In jedem Fall steigt die Spannung

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zwischen den Leitungen 52 und 5^ ^auf die Brennspannung der Schaltröhre oder einer Serienschaltung solcher Sch;*ltrühren an, wonach die Spannung auf diesem Uert festgehalten v/ird. Während dieser kurzen Zeit unterscheidet sich der den Leistungsschalter durchfließende Strom nicht wesentlich von dein maximalen Fehlerstrom von "beispielsweise 4-GOO A, wenn die Stromübertragung "bei diesem Y/ert erfolgt. Die Werte der Induktivität 26 und des Kondensators 28 sind so gewählt, daß bei diesen Bedingungen die Spannung mit einer Geschwindigkeit von 160 V/i'S ansteigt, wenn die Kondensatoren 23, 50 und 74- von dem ankommenden Strom aufgeladen werden. Us ist diese positive Spannung, die den Schaltröhren mit gekreuzten Feldern das Leiten ermöglicht, v/enn deren Brennspannung erreicht ist.

ICachdeia die Brennspannuiig erreicht lsi;, wird der durch den zweiten Leitungsschalter 68 fließende Strom vollkommen auf die impedanzvergroßernde Anordnung 38 -übertragen,. Der zweite Leitungsschalter 68 wird dann geöffnet, sofern er nicht schon vorher geöffnet und in einer Bogenentladung leitend war. Viar der Schalter schon vorher geöffnet worden, so bewirkt diese Unterbrechung des Stromflusses die Beendigung der Bogenentladung in dem Schalter» Selbstverständlich kann der in Fig. 1 dargestellte einsige zweite Leitungsschalter aus einer Vielzahl von in Serie geschalteten Schaltern bestehen, deren Anzahl von der geforderten Spannungsfestigkeit abhängt. Auf jeden Fall werden alle diese Schalter durch die Unterbrechung des Stromflusses deionisiert. Die Spannung v/ird sodann hinreichend länge auf dem Y/ert des Spannungsabfalls an der Schaltröhre 40 festgehalten, daß der zweite Leitungsschalter 68 seine volle Spannungsfestigkeit

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erreichen kann. Bei diesem Beispiel, bei dem als Spitzenwert der 1,7-fache Wert der Arbeitsspannung angenommen ist, muß die Spannungsfectigkeit des zweiten Leitungsschalters 68 mindestens $40 kV abzüglich der Spannungsfe3tißkeit des ersten Leitungsschalters 66 (10 kV) betragene Der Schalter 72 des Stromübertragungskreises kann zu einem späteren Zeitpunkt wieder geöffnet und dessen Kondensator 74- für ein folgendes Abschalten wieder aufgeladen werden.

Bei der oben beschriebenen Schaltungsanordnung und deren Arbeitsweise können sich Schwierigkeiten ergeben, die mit der Entladung der positiven Überspannung am Kondensator JM-zusammenhängen und nach dem Offnen des ersten Leitungsschalters 66 auftreten können. Durch Schließen des Schalters 72 bewirkt der Kondensator 74- in Verbindung mit der Induktionsspule 70 in dem ersten Leitungsachalter 66 ein Stromnull. Dieses Stromnull hat zur Folge, daß der erste Leitungsschalter 66 deionisiert und nicht leitet. Dann fließt über den Schalter 68, die Induktionsspule 70 und •den Schalter 72 ein den Kondensator 7^ aufladender Strom. Auch wenn die Schalter 68 und 72 geöffnet sind, bleiben sie vermutlich durch Bogenentladung immer noch leitend. In einigen Fällen setzt in der ersten Schaltröhre 40 die Leitung nicht sofort dann ein, wenn die Potentialdifferenz zwischen den Leitungen 52 und 54- die Brennspännung erreicht, weil in der Schaltröhre 40 ein Kaskadendurchbruch in eine Penninßsche Entladung nach statistischer Wahrscheinlichkeit stattfindet. Ein verspätetes Einsetzen der Leitung bedeutet, daß die Spannung der Leitung 52 in bezug auf die Leitung auf einen Wert ansteigt, der größer ist als der Spannungsabfall an der leitenden Schaltröhre 40. Ein solcher Spannungsaufbau v/ird in jedem Fall mindestens in geringem Laße

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durch die Induktionsspule 70 bewirkt. Die an Kondensator aufgobaute Spannung wird durch den nun vollständigen Kreis entladen, aus der dem Schalter 72, der Induktionsspule 7O₅ dem zweiten Leitungsschalter 68 und der leitend gewordenen Schaltröhre 40 besteht,, Der Entladestrom tritt zusätzlich zu dem die Schaltröhre 40 normal durchfließenden Strom auf und kann eine Stromüberlastung verursachen. Der diesen z\isätzlichen Strom verursachende geschlossene Stromkreis kam* gemäß Fig. 2 durch Einfügen einer mit dem Kondensator 74 verbundenen Diode 88 beseitigt v/erden. Die Spannungsapiuze 90,dieser Überspannung ist in Fig. 4 gezeigt. Eine andere Möglichkeit, diesen Gegeiistrom zu vermeiden, besteht darin, als Schalter 72 eine gesteuerte Funkenstrecke zu verwenden. Eine solche Strecke würde bei Stromumkehr hinreichend rasch deionisieren, um den Fluß dieses Gegenstroms zu verhindern.

Nachdem nun die beiden Leitungsschalter geöffnet sind und der Strom auf die impedanzvergrößernde Anordnung 38 übertragen ist, ist der Leistungsschalter 22 bereit, die Impedanz in der Leitung durch Vergrößern der Impedanz in der inpedanzvergrößernden Anordnung 38 zu vergrößern, bei der es sich um jede der oben erwähnten Anordnungen handeln kann.

Obwohl die Erfindung im Hinblick auf das Ausschalten von Gleichstrom beschrieben worden ist, kann die Erfindung auch zum Ausschalten von Y/echselstromsystemen benutzt v/erden, wenn das Ausschalten vor Eintreten eines bei Wechselstrom auftretenden natürlichen Stromnulls erfolgen soll. Daher kann der erfindungsgemäße Leistungsschalter, obwohl er seinem Prinzip nach für Kreise geschaffen ist, in denen kein natürliches Stromnull auftritt, sowohl im Gleichstrom- als auch im Wechselstromfall verwendet werden.

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Die Erfindung ist anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und einer speziellen Arbeitsweise desselben beschrieben worden. Es versteht sich, daß sie, ohne don Hahnen der Erfindung zu verlassen, zahlreicher Veränderungen und Ausgestaltungen fähig ist und die vorhergehende Beschreibung nur zur Erläuterung und nicht zur Abgrenzung dienen soll.

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Claims

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Patentansprüche

1.] Leistungsschalter zum Ausschalten des elektrischen Stromes in Hochsρannungssystemen mit zwei in einer Leitung des Hochspannungssystems in Serie liegenden Leitungsschaltern und mit einer parallel zu den Leitungsschaltern liegenden impedanzvergrößernden Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß mit den ersten der beiden Leitungsschalter eine Schaltungsanordnung (70 bis 7S) zur Erzeugung eines Stronnulls in dem ersten Leitungsschalter (66) verbunden ist, die nach dein öffnen der Kontakte des ersten Leitungsschalters (66) einen für die Stromübertragung von den beiden Leitungsschaltern (66 und 68) zu der impedanzvergrößernden Anordnung (38) hinreichenden Spannungsanstieg bewirkt, und daß der erste Leitungsschalter (Go) und die impedanzvergrößernde Anordnung (58) nur derü anfänglich an der impedanzvergrößernden Anordnung (28) auftretenden Spannungsabfall und der zweiten der beiden Leitungsschalter den Rest der an der impedanzvergrößernden Anordnung (38) anliegenden Spannung standhalten muß, wenn die Impedanz durch die impedanzvergrößernde Anordnung (38) vergrößert wird»

Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufteilen der an den beiden Leitungsschaltern (66 und 68) anliegenden Spannung den beiden Leitungsschaltern ein Spannungsteiler (56, 58, 62, parallel geschaltet ist·

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3. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Spannungsteiler aus zwei in Serie geschalteten Widerständen (62 und 64) und zwei in Serie geschalteten Kondensatoren (56 und 58) besteht, die zueinander und zu den beiden Leitungsschaltern (66 und 68) parallel geschaltet sind.

4. Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden .unsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Leitungsschalter (66) ein schnellöffnender Schalter, vorzugsweise ein Vakuumrelais ist.

5« Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (70 bis 78) zur Erzeugung des Stromnulls eine parallel zu dem ersten Leitungsschalter (66) liegende, einen Kondensator (7^) und eine Induktionsspule (70) enthaltende Serienschaltung umfaßt, und dem Kondensator (72) eine Spannungsquelle (-78) parallel geschaltet ist.

6. Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit den beiden Leitungsschaltern (66 und 68) ein Kondensator verbunden ist, der beim Offnen des ersten Leitungsschalters (66) die Anstiegsgeschwindigkeit der am ersten Leitungsschalter (66) liegenden Spannung begrenzt.

7. Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die impedanzvergrüßernde Anordnung (38) mindestens einen unter Gleichstrom abschaltbaren elektronischen Schaltor (42) und einen mit dem elektronischen Schalter (42) verbundenen Widerstand (44) enthält.

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209838/0713

8. Leistungsschalter nach Anspruch ?, dadurch ^kennzeichnet, daß er mehrere elektronische Schalter (40, 42 und 43) enthält und mit Aucnaiuie doa ersten (40) zu Jedem Widerstand (44 bav/» 46) in oerie geschaltet ist.

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38/07 13