Leistungsschaltertests

Synthetischer Prüfkreis 35 kA eff. / 50 kV

Blick in die Kondensatorbatterie
Blick in die Kondensatorbatterie

Zur Untersuchung des Schaltverhaltens von Vakuumschaltern wird ein Synthetischer Prüfkreis verwendet.

Als zentrales Element steht eine Kondensatorbatterie zur Verfügung, die zur Erzeugung hoher gepulster Ströme genutzt wird. Mit verschiedenen Spulen können die Pulsdauer und Pulsform beeinflusst werden.

Technische Daten

  • Bereitstellung von Prüfströmen: bis zu 35 kA (Effektivwert)
  • Stromformen: Sinus 50 Hz, Sinus 25 Hz, Trapez 7ms Scheiteldauer
  • Einschwingspannungen: bis zu 50 kV
  • Maximaler Energieinhalt: 1,35 MJ
  • Ladespannung des Hochstromkreises: bis zu 15 kV
  • Ladespannung des Hochspannungskreises: bis zu 30 kV

Kreis nach Weil-Dobke

Für die synthetische Prüfung an eines Leistungsschalters wird ein Versuchskreis nach dem Prinzip der Stromüberlagerung verwendet, auch „Weil-Dobke-Kreis“ genannt.

Der Ausschaltstrom wird mit der Hochstromquelle erzeugt. Die transiente Wiederkehrspannung wird durch einen separaten Hochspannungskreis erzeugt.

Damit lassen sich Ausschaltprüfungen gemäß der Norm IEC 62271 und darüber hinaus weitere Analysen durchführen.

Messtechnik

Während der Untersuchungen können mehrere Messgrößen simultan aufgezeichnet werden. Dazu wird ein moderner Transientenrekorder (HBM) eingesetzt. Für verschiedene Anforderungen stehen spezielle Messkanäle zur Verfügung. Eine grobe Übersicht über die technischen Spezifikationen ist hier gegeben:

  • Anzahl der analogen Kanäle: 54
  • Maximale Auflösung: 18 bit
  • Maximale Eingangsspannungen: +/- 1 kV
  • Maximale Messrate: 250 MS/s

Die Übertragung der Messdaten geschieht galvanisch getrennt über Lichtwellenleiter zum PC in einer Messkabine.

Kapazitives Schalterlabor bis peak 1,2 kA / 200 kV

Ersatzschaltbild
Ersatzschaltbild

Zur Untersuchung des Rückzündverhaltens von Hochspannungs-Vakuumschaltröhren (Bemessungsspannung 72,5 kV) beim Schalten kapazitiver Lasten wird ein synthetischer Prüfkreis verwendet.

Beim Ausschalten kapazitiver Lasten werden besonders hohe Anforderungen an die dielektrische Festigkeit der Leistungsschalter gestellt. Nach Kontaktöffnung und Verlöschen des Lichtbogens bleibt die kapazitive Last auf dem Spannungsmaximum der Netzspannung geladen, während die Speiseseite weiter dem sinusförmigen Netzspannungsverlauf folgt. Über der Schaltstrecke liegt dann die Differenz der beiden Spannungen in Form eines „1-cos“-förmigen Verlaufs als sogenannte Wiederkehrspannung an, die Amplituden von > 2. p.u. annehmen kann. Währenddessen darf es im Leistungsschalter zu keiner Rückzündung kommen. Im synthetischen Prüfkreis wird der Ausschaltstrom durch einen Reihenresonanzschwingkreis bereitgestellt. Für die Erzeugung der „1-cos“-förmigen Wiederkehrspannung wird eine Reihenschaltung aus einer Wechselspannungsquelle und einer Gleichspannungsquelle bereitgestellt. Mehrere Hilfsschalter ermöglichen ein zeitgenaues Zuschalten des Stroms und der Spannung, sowie eine Trennung zwischen den Quellen.

Kenngrößen der Ausschaltprüfung mit synthetischem Prüfkreis:

  • Ausschaltstrom bis zu 1,2 kA (Amplitude) bei 50 Hz
  • Wiederkehrspannung („1-cos“) bis zu 200 kV (Amplitude)

Beim Einschalten von Kondensatorbänken (in der „Back-to-back“-Konfiguration) können hohe Ströme im Kiloampere-Bereich mit Frequenzen im einstelligen Kilohertz-Bereich auftreten, die die Schaltstrecke zusätzlich belasten. Im synthetischen Prüfkreis wird der Einschaltstrom durch einen Reihenresonanzschwingkreis bereitgestellt.

Kenngrößen der Einschaltprüfung mit synthetischem Prüfkreis:

  • Exponentiell abklingender Einschaltstrom mit 20 kA (Amplitude) bei ca. 5 kHz
  • Vorzündspannung von 60 kV