CN1452776A - 用于在发电机附近区域断开短路电流的方法以及用于实施该方法的装置 - Google Patents

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CN1452776A CN 00819596 CN00819596A CN1452776A CN 1452776 A CN1452776 A CN 1452776A CN 00819596 CN00819596 CN 00819596 CN 00819596 A CN00819596 A CN 00819596A CN 1452776 A CN1452776 A CN 1452776A
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M·克里格尔
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Abstract

本发明涉及一种用于断开短路电流的方法，尤其用在高压电网的发电机附近区域，该方法具有以下方法步骤：a)通过上一级的设备保护装置来确定短路和触发功率开关(1)以断开短路电流，b)断开在功率开关(1)的有效电流通路(9)中所设置的开关设备(3)，并且在该开关设备(3)中形成一个第一电弧，c)在时间上根据所述开关设备(3)的断开而断开所述在功率开关(1)的有效电流通路(9)中与开关设备(3)串联的真空开关箱(2)，并且在真空开关箱(2)中形成一个第二电弧，d)通过在开关设备(3)上下降的电弧电压而衰减掉要断开的短路电流中的非对称成分的主要部分，e)通过在真空开关箱(2)上下降的电弧电压来支持衰减掉要断开的短路电流中的非对称成分，f)在电流过零处由真空开关箱(2)消除所述的第二电弧，并且同时消除所述的第一电弧并从而消除短路电流。

Description

用于在发电机附近区域断开短路电流的方法 以及用于实施该方法的装置
技术领域
本发明涉及一种用于在配电网络中断开短路电流的方法以及一种如权利要求9的前序部分所述的用于实施该方法的装置。
背景技术
在专利文件EP 0 593 902 B1中公开了一种开关设备，该开关设备可以应用于电气配电网中。该开关设备具有一种隔离器与真空开关箱串联的电路，该开关箱设置在填充绝缘气体的外壳中。在断开过程中，真空开关箱常常首先断开并断开电流，并且然后才无电流地断开隔离器。在闭合过程中，该隔离器常常首先无电流地闭合，并且然后真空开关箱才闭合。由此该真空开关箱这里用作功率开关，而该隔离器只用于产生一个分离段，该分离段在断开状态必需承受确定的电压。
这种开关设备适合用在配电网络领域，那里对于其开关能力没有特殊要求。然而该开关设备不用作发电机开关，而且也不适合，原因在于它不具有如下装置，在发电机附近产生发电机供电短路的情况下，该装置应能在不能断开短路电流时迅速地使电流降到零。
在专利文件DE 198 53 580 C1和DE 199 09 558 C1中公开了一种自愈的限流器，该限流器填充了一种液体金属。这种限流器可以应用在电线中，以把所出现的故障电流限制到对于有关开关设备所能控制的电流值。
发明内容
如在独立权利要求中所述，本发明解决的是如下任务，即提供一种简单的方法来迅速断开发电机附近区域的短路电流，并且给出了一种用于实施该方法的装置。
由本发明所获得的优点在于，在短路电流很不对称的情况下，其中该短路电流暂时没有电流过零，功率开关本身具有简单的装置来有效地使非对称成分衰减，使得在相对短的时间短内就出现电流过零，由此能过较早地去除短路电流。较早地去除短路电流有利地限制了二次损害，并从而限制了开关设备电动力应力的时间。
在第一实施方案中，功率开关具有真空开关箱和为之串联的开关设备，其中该开关设备构造成类似一种隔离器。作为一种隔离器来构造的开关设备配备了特殊防烧损的触点，并且特别设计来产生尽可能高的电弧电压，其中该电弧电压在断开过程中使短路电流的非对称成分衰减，如此使得至短路电流第一次过零的时间有利地缩短。短路电流断开得越迅速，短路所引起的二次损害越小。在短路断开之后，该开关设备形成必需的分离段。
在另一种有利的实施方案中，功率开关具有真空开关箱和与之串联的一种开关设备，该开关设备作为限流器来运行。该限流器设计用来在出现大的短路电流时产生尽可能高的电压降，该电压降在断开过程中使短路电流的非对称成分衰减，如此使得至短路电流第一次过零的时间有利地缩短。该限流器如此有效地工作，使得比在功率开关的第一实施方案中更能有效地使短路电流的非对称成分衰减。
本发明的其他实施方案参见从属权利要求。
本发明的扩展及其所能实现的优点在下文中结合附图进行详细解释，其中这些附图仅仅描述了一种可能的实施方式。
附图说明
附图1示出了功率开关第一实施方案的一相在断开状态的图示，
附图2示出了功率开关第二实施方案的一相在断开状态的图示，
附图3示出了功率开关第三实施方案的一相在断开状态的图示，
附图4示出了由发电机提供的短路电流的一相中的电流波形，
附图5示出了功率开关第四实施方案的一相在断开状态的图示，
附图6示出了功率开关第五实施方案的一相在断开状态的图示。
在所有附图中，相同作用的元件用相同的符号来表示。所有对于直接理解本发明所不必要的元件没有进行描绘或描述。
具体实施方式
附图1示出了功率开关1第一实施方案的一相在断开状态的图示。功率开关1在每一相都具有真空开关箱2与另外的开关设备3组成的串联电路。真空开关箱2借助联结线路4与开关设备3电气联结。真空开关箱2在与开关设备3相对的一侧上与联结端子5进行电气联结。开关设备3在与真空开关箱2相对的一侧上与联结端子6进行电气联结。联结端子5和6用于联结功率开关1和供电网络。功率开关1由没有描绘出来的驱动装置来驱动。比如可以设置常规的弹簧驱动装置来作为驱动。当然也可以分别使用单独的驱动装置来操作开关设备3和真空开关箱2。该功率开关1仅适合于相对较小的额定电流，原因在于该功率开关仅具有一个有效电流通路而没有单独的额定电流通路。当然也可以把两个或多个真空开关箱2并联联结，来使功率开关1具有相对较大的电流承载能力。如果真空开关箱2必须承受较高的电压，那么也可能把真空开关箱2进行相应的串联。
附图2示出了功率开关1第二实施方案的一相在断开状态的图示。该实施方案与附图1中所示出的实施方案不同之处在于，设置了并联的额定电流通路7，其中该额定电流通路装设了额定电流触点8。额定电流通路7可以借助该额定电流触点8来断开。该额定电流通路7在切断过程中常常首先由没有描绘出来的驱动装置断开，其间断开的电流切换到与额定电流通路7平行的、直接穿过开关设备3和真空开关箱2的有效电流通路9上。这里该驱动装置根据随时间精确调节的顺序控制着全部三个开关。也可以分别用单独的驱动装置来控制开关设备3和真空开关箱2，并且通过与这些驱动装置之一进行耦合来实现额定电流触点8的动作。
附图3示出了功率开关1第三实施方案的一相在断开状态的图示。该实施方案与附图2中所示的实施方案的区别在于，与开关设备3并联设置了额定电流通路10，其中该额定电流通路设有额定电流触点11，区别还在于，为真空开关箱2设置了单独的并联额定电流通路12，其中该额定电流通路设有额定电流触点13。额定电流通路10和12可以借助这些额定电流触点11及13来断开。如下方面也是值得推荐的实施方案，其中或者为开关设备3单独地或者为真空开关箱2单独地并联设置额定电流通路。如果把功率开关1设计为相对较大的电流承载能力，那么也可以把两个或多个真空开关箱2并联，以这种方式比如可以节约额定电流通路12。附图3中示出了上一级的设备保护装置14，该装置包括全部必须的测量和控制装置，这为了保证配电网络的正常运行是必需的，它比如确定出高压电网中短路的出现，并随之在故障情况下触发功率开关1。该设备保护装置14对功率开关1的作用通过虚的作用线15来表示。
在功率开关1的前述实施方案中，如此来设计没有表示的驱动装置，使得通常在断开时开关设备3和真空开关箱2分别同时动作和断开。由此能够使得真空开关箱2在时间上在开关设备3之后延迟断开，以便保持真空开关箱的触点上的烧损尽可能地小。如果该设备保护装置如此来设计，使得它可以检测大的非对称短路电流的出现，然后也能够使真空开关箱2在开关设备3之前断开。在闭合过程中，通常开关设备3首先闭合，然后真空开关箱3才最终闭合电流回路。然而，根据开关设备3的类型也可以有其他的时间顺序。
在功率开关1的的实施方案中，其中该功率开关设置有单独的额定电流通路7、10和12，在断开过程中额定电流触点8、11和13常常首先断开，使得电流切换到各有效电流通路9上，在该通路中最终断开电流。相反，在闭合过程中有效电流通路9常首先闭合，然后才闭合各额定电流触点8、11和13。
开关设备3这里具有燃弧稳定地设计的燃弧触点，该触点特别设计使得断开电弧保持足够的长。这里开关设备3表示为一个分离点，但也可以优选地使开关设备3具有多个串联连接的分离点，因为如此以简单的方式和方法在开关设备3上获得了压降大的电弧，原因在于通过单个分离点所下降的电弧电压是相加的。开关设备3可以设置在绝缘气体中或在空气中，其中可以在有或者没有加压的情况下使用相应的绝缘介质。由于希望在开关设备3上有尤其较高的电弧电压，由此也能够为开关设备3设置流动的或液化的绝缘介质。开关设备3没有被设计用于由开关设备3的功率开关能力来决定的开关过程，它在该功率开关1中具有单独的任务，即在断开过程中产生高的电弧电压，这对于使要断开的短路电流的非对称成分中的主要部分的衰减是必需的。通过这种衰减使得短路电流的非对称衰减时间常数大大减小。在断开状态，开关设备3的分离段还有利于功率开关1的真空开关箱2的耐压性。
附图4具有三个电流波形A、B和C，这些波形表示了由交流发电机提供的短路电流在一相中的时间过程。电流波形A示出了在时间点T0出现短路后的不受影响的短路电流曲线。该波形明显地显示出，该短路电流在所述相中非常不对称，使得开始没有出现电流过零。这里，第一次电流过零在大约两个半周期之后才在时间点T1出现，这意味着，在该段相对较长的时间间隔之后才具有断开短路电流的第一可能性。如果由于短路电流而产生干扰电弧，那么这样造成了二次损害，这种损害随电弧的时间延续而增加。但是也可以通过所述高压开关设备来流过短路电流，而期间不出现干扰电弧，然而在这种情况下如下方面同样也是有利的，即设备元件的电动力和热负荷的延续保持尽可能地小。
功率开关1，也即特别是其开关设备3如此来设计，使得在断开过程中其上产生相对较高的电弧电压。该高的电弧电压在功率开关1断开之后在时间点T2时作用于短路电流过程，并且使其不对称性衰减，如此使得获得的不是理论上的电流波形A，而是实际上的电流波形B。至短路电流第一次过零的时间间隔-该过零在电流波形B中处于时间点T3-相对于电流波形A中的相应时间间隔而大大缩短。之后该短路电流可以较早地消除，如此使得不可避免的二次损害和其他负荷可以有利地保持较小。短路电流的消除这里最晚在时间点T4处达到。
在高压电网的发电机附近区域中，短路电流借助功率开关1以下列步骤来进行断开：
a)通过上一级的设备保护装置14来确定短路和触发功率开关1以断开短路电流，
b)断开在功率开关1的有效电流通路9中所设置的开关设备3，并且在该开关设备3的至少一个分离段中形成一个第一电弧，
c)在时间上根据所述开关设备3的断开而断开所述在功率开关1的有效电流通路9中与开关设备3串联的真空开关箱2，并且在真空开关箱2中形成一个第二电弧，
d)通过在开关设备3上下降的电弧电压而衰减掉要断开的短路电流中的非对称成分的主要部分，
e)通过在真空开关箱2上下降的电弧电压来支持衰减掉要断开的短路电流中的非对称成分，
f)在电流过零处由真空开关箱2消除所述的第二电弧，并且同时消除所述的第一电弧并从而消除短路电流。
附图5示出了功率开关1第四实施方案在断开状态中的一相的图示。功率开关1每相都具有真空开关箱2与另外的、作为限流器16来构造的开关设备相串联的电路。真空开关箱2借助连接线4与限流器16来进行电气连接。在与限流器16相对的一侧，真空开关箱2与联接端子5电气联接。限流器16在与真空开关箱2相对的一侧通过另外的连接线17与设备隔离器18相连，其中该设备隔离器与联接端子6电气联接。联接端子5和6用于把功率开关1与电网相连。功率开关1由没有示出的驱动装置来驱动。比如可以设置常规的弹簧驱动装置来作为真空开关箱2的驱动装置，而限流器16不需要驱动装置。限流器16作为自恢复的形式来实施，也即，在电流回路断开之后它再次自动导通，如此使得真空开关箱2必需承受全部的回复电压。如果必需对相对高的电压来进行控制，那么对于功率开关1串联设备隔离器18是有意义的，其中该设备隔离器在所述的断路之后可以直接断开，并从而承受所施加的电压。在该实施方案中，功率开关1只适用于相对小的额定电流，原因在于它只有一个有效电流通路而没有独立的额定电流通路。如果功率开关1设计为相对大的电流承载能力，那么也可以并联两个或多个真空开关箱2。如果真空开关箱2必需承载较高的电压，那么也可以把真空开关箱2相应地串联。
附图6示出了在断开状态功率开关1第五实施方案的一相的图示。该实施方案与附图5所示实施方案的不同之处在于，功率开关1并联设置了额定电流通路7，该额定电流通路设有额定电流触点8。额定电流通路7可以借助该额定电流触点8断开。额定电流通路7在断开过程中常常首先通过没有示出的驱动装置来断开，其中需断开的电流切换到与额定电流通路7平行的、直接通过限流器16和真空开关箱2的有效电流通路9上。这里，所述的驱动装置根据精确的时间顺序来控制所述的两个开关位置。也可以使额定电流触点8和真空开关箱2用单独的驱动装置来分别控制。在该实施方案中，给功率开关1串联设备隔离器18也可能是有意义的，其中该设备隔离器在运行电压高的情况下在断开之后可靠地保持合适的电压。设备隔离器18在所述的断路之后无电流地断开，并且在闭合之前可能随额定电流触点8同时地无电流地闭合。
如果在功率开关1中采用一种限流器16，并且设置一种尤其有利设计的限流器，那么比如对于要断开的电流就得到了附图4中所示的电流波形C。限流器16已经在功率开关1(在这种情况下是真空开关箱2)断开之前(也即在时间点T2之前)就对电流变化过程发生作用，并且使电流上升被减小并对其进行了限制。在时间点T5，就已经体现了通过限流器16的降压作用。多个电弧的电弧电压叠加成相对高的电压降，其中该电弧在限流器16中是超出其动作电流后形成的，并且该总压降对于电流上升起衰减作用，并使其不对称性减小。在时间点T6，已经出现短路电流的第一次过零，并且如果在那里还不进行断开，则可以在下一过零处可靠地在时间点T7进行断开。如附图4中所能明显识别的，至短路电流第一次过零的时间间隔相对于理论电流波形A中以及电流波形B中的相应时间间隔被明显地缩短了。该短路电流由此可以早早地消除，如此所以可以有利地使不可避免的二次损害及其他的负荷保持较小。
限流器16不需要单独的机械驱动装置，它根据故障电流单独地时间精确地进行动作。在断开电流之后，限流器16由自己再次返回到原始状态，并且再次为下次的断开做好充分准备。
这里所述的功率开关1的实施方案可能不仅仅作为电网的发电机附近区域的发电机开关来应用，它们也可以作为配电开关应用于所有其他电网节点，尤其是，没有单独额定电流通路的功率开关1的实施方案可能有利地接管此类保护功能。功率开关1不但可以应用于常规的高压开关设备，也可以应用于金属外壳空气绝缘的开关设备中。
参考符号表1            功率开关2            真空开关箱3            开关设备4            连接线路5，6         连接端子7            额定电流通路8            额定电流触点9            有效电流触点10           额定电流通路11           额定电流触点12           额定电流通路13           额定电流触点15           设备保护装置16           限流器17           连接线路18           设备隔离器A，B，C      电流波形T0、T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7时间点

Claims (13)

1.用于断开短路电流的方法，尤其用在高压电网的发电机附近区域中，该方法具有以下方法步骤：
a)通过上一级的设备保护装置(14)来确定短路和触发功率开关(1)以断开短路电流，
b)断开在功率开关(1)的有效电流通路(9)中所设置的开关设备(3)，并且在该开关设备(3)中形成至少一个第一电弧，
c)在时间上根据所述开关设备(3)的断开而断开所述在功率开关(1)的有效电流通路(9)中与开关设备(3)串联的真空开关箱(2)，并且在真空开关箱(2)中形成至少一个第二电弧，
d)通过在开关设备(3)上下降的电弧电压而衰减掉要断开的短路电流中的非对称成分的主要部分，
e)通过在真空开关箱(2)上下降的电弧电压来支持衰减掉要断开的短路电流中的非对称成分，
f)在电流过零处由真空开关箱(2)消除所述的至少一个第二电弧，并且同时消除所述的至少一个第一电弧并从而消除短路电流。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
-开关设备(3)中的电弧在负电气体或气体混合物中或在空气中或在液态绝缘介质或液化绝缘介质中燃烧。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
-在与所述功率开关(1)的有效电流通路(9)的全部或部分并联的额定电流通路(7、10、12)中，在断开过程中首先断开各额定电流通路(7、10、12)，使得要断开的短路电流随即切换到有效电流通路(9)上。
4.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，
-真空开关箱(2)与开关设备(3)同时或在其之后断开。
5.如权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，
-把所述在开关设备(3)中燃烧的第一电弧划分成至少两个子电弧。
6.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，
-采用一种被设计用来产生较高电弧电压的、且具有燃烧非常稳定的触点的隔离器或一种限流器(16)来作为开关设备(3)。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，
-在功率开关(1)成功断开之后直接把与其串联的设备隔离器(18)断开。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，
-限流器(16)设计为自恢复的。
9.用于实施如权利要求1至8之一所述的方法的装置，具有功率开关(1)，其特征在于，
-功率开关(1)具有开关设备(3)与真空开关箱(2)的串联电路，
-设置有一种被设计用来产生较高电弧电压的、且具有燃烧非常稳定的触点的隔离器或者一种限流器(16)来作为开关设备(3)。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，
-作为隔离器设计的开关设备(3)在断开过程中在真空开关箱(2)之前或与其同时地断开，而且
-该隔离器具有至少两个具有燃烧稳定的触点的电弧段。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，
-作为限流器(16)设计的开关设备(3)在断开相对较高的故障电流的过程中在真空开关箱(2)之前或与其同时地动作。
12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，
-真空开关箱(2)可以如此来控制，使得它在隔离器或限流器(16)之前断开。
13.如权利要求11或12所述的装置，其特征在于，
-设置有限流器(16)的功率开关(1)串联有设备隔离器(18)。
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