CH665053A5

CH665053A5 - Schalteranordnung zum abschalten einer reaktanz.

Info

Publication number: CH665053A5
Application number: CH5401/84A
Authority: CH
Inventors: Erich Ruoss
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1984-11-12
Filing date: 1984-11-12
Publication date: 1988-04-15
Also published as: JPS61121217A; CA1294327C; US4831487A; DE3444317A1; DE3444317C2

Description

BESCHREIBUNG

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Schalteranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik von Schalteranordnung Bezug, wie ihn G. Köppl und E. Ruoss im Aufsatz «Schaltüberspannungen in Hoch- und Höchstspannungsnetzen», veröffentlicht in Brown Boveri Mitt. 1970, S. 554 ff., beschrieben haben. Beim Öffnen der Schaltstelle der bekannten Schalteranordnung kann beim Abreissen des Stromes vor seinem natürlichen Nulldurchgang bedingt durch die Induktivität und die Kapazität einer Hochspannungsreaktanz als wiederkehrende Spannung eine Schwingspannung auftreten, deren Amplitude falls notwendig, durch parallel zur Schaltstelle gelegte Dämpfungswiderstände begrenzt werden kann. Trennen sich beim Öffnen die Kontakte der Schaltstelle erst kurz vor dem Stromnulldurchgang, so kann es zu einer Rückzündung im Schalter kommen. Findet diese Rückzündung bei einer genügend hohen Amplitude der Schwingspannung der wiederkehrenden Spannung statt, so können an der Hochspannungsreaktanz zusätzlich Rückzündschwingungen mit sehr raschen Spannungsänderungen auftreten, welche eine Gefährdung der Isolation der Hochspannungsreaktanz nach sich führen können.

Die Erfindung wie sie in Anspruch 1 gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine Schalteranordnung der gattungsgemässen Art anzugeben, bei der Rückzündschwingungen mit unzulässig hohen Spannungsänderungen in einfacher und sicherer Weise vermieden werden.

Die Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gemäss dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungegemässe Schalteranordnung zeichnet sich dadurch aus, dass auch bei extremen Schaltfällen Steilheiten von möglicherweise an der Hochspannungsreaktanz auftretenden hochfrequenten Rückzündschwingungen bei vergleichsweise geringer Energieabsorption begrenzt werden. Isolationsschäden an der Hochspannungsreaktanz können daher bereits schon mit Widerständen vermieden werden, welche lediglich zur Aufnahme kleiner Energiemengen bemessen sind. Darüber hinaus lassen sich mit diesem Schalter innerhalb kürzester Zeit problemlos eine grosse Anzahl von Schaltungen vornehmen.

Aus der DE-OS 3 038 561 ist es zwar bekannt, spannungsabhängigen Widerstände parallel zu einer Schaltstrecke anzuordnen, um so ein optimales Schalten von Transformatoren zu ermöglichen. Hierbei ist jedoch zwischen dieser Schaltstrecke und dem Transformator eine weitere Schaltstrecke vorgesehen, zu welcher ein Widerstand und eine Hilfsschaltstrecke parallel geschaltet sind. Eine solche Anordnung ist jedoch ziemlich aufwendig, da sie zwei unterschiedlich beschaltete Schaltstrecken benötigt.

Ferner hat F. Parschalk im Aufsatz «Höchstspannungs-Druckluftschnellschalter grosser Ausschaltleistungen für Schwerpunkte des Verbundbetriebes», BBC-Nachrichten Bd. 41 (1959) S. 328 einen Schalter beschrieben, bei dem parallel zu einem Löschkontakt eine Serienschaltung einer Hilfsschaltkam-mer und eines spannungsabhängigen Widerstandes liegt. Dieser Widerstand liegt dem Löschkontakt nur während des sehr kurzen Ausschaltvorganges parallel, wodurch eine ideale Potentialsteuerung und damit eine optimale Ausschaltleistung erreicht werden.

Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten und die Erfindung nicht beschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Hierbei zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild mit einer erfindungsgemäss ausgebildeten Schalteranordnung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufes der beim Ausschalten einer bekannten Schalteranordnung über der Hochspannungsreaktanz wirkenden Spannung, und

Fig. 3 eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufes der beim Ausschalten einer erfindungsgemässen Schalteranordnung über der Hochspannungsreaktanz wirkenden Spannung.

In Fig. 1 sind zwei in Serie geschaltete Schaltstellen 1 und 2 einer Schalteranordnung angegeben, welche zwischen einer Phase einer Hochspannungsleitung 3 und einer Hochspannungsreaktanz 4 angeordnet sind. Parallel zu jeder der beiden Schaltstellen 1 bzw. 2 ist jeweils ein spannungsabhängiger Widerstand 5 bzw. 6 geschaltet. Solche Widerstände sind vorzugsweise als Metalloxid-Widerstände auf der Basis von Zinkoxid ausgebildet, kann aber auch jeder andere spannungsabhängige Widerstand sein, dessen Strom-Spannungs-Kennlinie stark nichtlinear ausgebildet ist und eine gegenüber Siliziumkarbid-Widerständen wesentlich höhere Nichtlinearität aufweist. Parallel zur Hochspannungsreaktanz 4 ist noch eine Kapazität 7 dargestellt, welche im wesentlichen durch die Eigenkapazität der Hochspannungsreaktanz 4 gegeben ist.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Schalteranordnung wird nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert.

Beim Ausschalten öffnen sich die Schaltstrecken 1 und 2 und kann der in der Hochspannungsreaktanz 4 geführte Strom vor seinem natürlichen Nulldurchgang zum Zeitpunkt tA abgerissen werden. Der Stromabriss führt zu einer Überspannung, welche mit der Eigenfrequenz der Hochspannungsreaktanz 4 um Null oder um eine gegenpolige betriebsfrequente Spannung mit der Eigenfrequenz der Hochspannungsreaktanz 4 von beispielsweise einigen kHz schwingt. Über den Schaltstellen 1 und 2 erscheint als wiederkehrende Spannung U die Differenz der Netzspannung und dieser Schwingspannung.

Der Verlauf der wiederkehrenden Spannung ist in den Fig. 2 und 3 in p.u.-Einheiten dargestellt, wobei das ]/l / [/T-fache des Scheitelwertes einer Phase der Netzspannung der Hochspannungsleitung 3 einer p.u.-Einheit gleichgesetzt ist. Hierbei

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

665 053

ist der Verlauf der Netzspannung im Spannungsmaximum gestrichelt dargestellt. Dieses Maximum ist über den in diesen Figuren angegebenen Zeitabschnitten nahezu konstant, da sich die maximale Amplitude der Netzspannung während der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Zeiträume praktisch nicht verän- 5 dert.

In Fig. 2 ist nun bei einer Schalteranordnung gemäss dem Stand der Technik der maximale Scheitelwert der wiederkehrenden Spannung über den Schaltstellen eingetragen. Dieser Scheitelwert beträgt 2,4 p.u., da sich zu der im Spannungsmaximum io ein p.u. betragenden Netzspannung noch der 1,4 p.u. betragende Scheitelwert der Hochspannungsreaktanz-Schwingspannung addiert.

Es ist jedoch möglich, dass die Trennung der Kontakte der Schaltstellen kurz, d.h. z.B. 1 oder 2 ms, vor dem Stromnull- 15 durchgang stattfindet. Dann haben die Kontakte erst eine kleine Isolierdistanz erreicht, und es kann zu einer Rückzündung in der bekannten Schalteranordnung kommen. Der Zeitpunkt der Rückzündung ist in den Figuren mit tw bezeichnet. Ab diesem Zeitpunkt schwingt die Spannung des Reaktors mit hoher Fre- 20 quenz mit einem Überschwingen auf den Momentanwert der Netzspannung zurück. Dieses Überschwingen ist mit einer sehr steilen Spannungsänderung an der Hochspannungsreaktanz 4 verbunden. Bei dem in Fig. 2 angegebenen Beispiel tritt unmittelbar nach der Rückzündung eine Rückzündschwingung von 25 500 kHz mit einer Amplitude von 3,3 p.u. auf. Diese Rückzündschwingung weist eine Steilheit von 3,3 p.u./|xs auf. Hierdurch kann die Isolation der Hochspannungsreaktanz in lokalen Bereichen ganz erheblich überbeansprucht werden.

Bei der erfindungsgemässen Schalteranordnung bewirken 30 die spannungsabhängigen Widerstände 5 und 6, dass die nach dem Stromabriss zum Zeitpunkt tA über den Schaltstellen 1 und 2 wiederkehrende Spannung derart begrenzt wird, dass die Spannungsänderungen der bei einer Rückzündung dieser Schaltstellen an der Hochspannungsreaktanz auftretenden 35 hochfrequenten Rückzündschwingung stets unterhalb eines Grenzwertes liegen. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, diesen Grenzwert auf etwa 2,4 p.u./ns zu legen, da es viele Hochspannungsreaktanzen gibt, die keine steileren Spannungsänderungen als 2,4 p.u./(is ertragen.

Die vorzugsweise als Metalloxid-Widerstände auf der Basis von Zinkoxid ausgebildeten veränderlichen Widerstände 5 und 6 sind hierbei derart bemessen, dass sie unterhalb 1,2 bis 1,7 p.u. einen sehr grossen Widerstandswert aufweisen. Oberhalb einer Grenzspannung, welche wie im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 bei 1,7 p.u. liegt, wird ihr Widerstandswert nahezu vernachlässigbar, so dass ab dem in Fig. 3 mit ta bezeichneten Zeitpunkt des Leitendwerdens der spannungsabhängigen Widerstände 5 und 6 keine wesentliche Zunahme der wiederkehrenden Spannung oberhalb der vorgegebenen Grenzspannung eintritt.

Zündet die Schaltungsanordnung beim Zeitpunkt tw wieder, so erreicht die Anfangsamplitude der infolge dieser Rückzündung auftretenden hochfrequenten Rückzündschwingung höchstens noch 2,3 p.u. Dies entspricht bei 500 kHz einer Spannungsänderung von 2,3 p.u./(is, liegt also deutlich unter 2,4 p.u./ns, einem für die meistens Hochspannungsreaktanzen noch vertretbaren Grenzwert der Spannungsänderung.

Ist der Wert der wiederkehrenden Spannung, bei dem die spannungsanhängigen Widerstände leitend werden, und somit also der zugeordnete Grenzwert der Steilheit der Spannungsänderung der hochfrequenten Rückzündschwingung hoch gelegt, dann müssen die spannungsabhängigen Widerstände 5 und 6 vergleichsweise wenig Energie (schraffierte Fläche in Fig. 3) aufnehmen.

Beim Schalten grosser Spannungen ist es im Hinblick auf eine gute Spannungsverteilung über die Schalteranordnung mitunter vorteilhaft, jeweils einen spannungsabhängigen Widerstand parallel zu jeweils einer von mehreren Schaltstellen zu legen. Im Hinblick auf eine einfache konstruktive Ausbildung der erfindungsgemässen Schalteranordnung, etwa wenn zwei seiner Schaltstellen V-förmig angeordnet sind, ist es gegebenenfalls empfehlenswert, einen spannungsabhängigen Widerstand parallel zu mindestens zwei in Serie geschalteten Schaltstellen zu legen.

v

1 Blatt Zeichnungen

Claims

665 053

1. Schalteranordnung zum Abschalten einer Reaktanz mit mindestens einer zwischen einer Hochspannungsreaktanz (4) und einer Hochspannungsleitung (3) angeordneten Schaltstelle (1), dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schaltstelle (1) parallelgeschaltet ist zu einem spannungsabhängigen Widerstand (5) mit einer die wiederkehrende Spannung über der mindestens einen Schaltstelle (1) derart begrenzenden Strom-Spannungs-Kennlinie, dass die Steilheit der Spannungsänderung einer bei einer Rückzündung der Schaltstelle (1) an der Hochspannungsreaktanz (4) auftretenden hochfrequenten Rückzündschwingung stets unterhalb eines Grenzwerts liegt.

2. Schalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert etwa das 2,4fache der Netzspannung der Hochspannungsleitung (3) pro Mikrosekunde ist.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der spannungsabhängige Widerstand (1) mindestens ein Metalloxid enthält.

4. Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Serie zu der mindestens einen Schaltstelle (1) geschaltete weitere Schaltstelle (2) vorgesehen ist, welche parallel zu einem weiteren spannungsabhängigen Widerstand (6) liegt.

5. Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Serie zu der mindestens einen Schaltstelle mindestens eine weitere Schaltstelle angeordnet ist, und dass die mindestens zwei Schaltstellen parallel zum spannungsabhängigen Widerstand liegen.