DD233897A1

DD233897A1 - CURRENT LIMITATION DEVICE

Info

Publication number: DD233897A1
Application number: DD27247685A
Authority: DD
Inventors: Horst Gerlach; Martin Lohrke
Original assignee: Inst Prueffeld Elekt
Priority date: 1985-01-09
Filing date: 1985-01-09
Publication date: 1986-03-12

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strombegrenzungseinrichtung fuer Schaltanlagen der Elektroenergieversorgung und -verteilung, bei der zur selektiven Abschaltung von Fehlerstroemen eine zentrale Permanentsicherung vorgesehen ist. Ziel und Aufgabe bestehen darin, eine unabhaengig von der Hoehe der Fehlerstroeme wirkende, permanente, selektive Strombegrenzung fuer Lastschaltanlagen bei reduziertem steuerungs- und geraetetechnischen Aufwand zu schaffen. Das wird dadurch erreicht, dass die betrieblichen Abgaenge der Schaltanlage mit einer Fehlerstromerkennungsschaltung ausgeruestet sind, die eine aus Kurzschlusswicklung und Thyristor bestehende Impulserzeugungseinrichtung ansteuert. Diese loest unverzueglich eine Impulsentladung ueber eine Permanentsicherung aus, wonach der Sicherungsstoessel einen Arbeitskontakt betaetigt und ueber eine Ausloesevorrichtung den fehlerstrombehafteten Abgang der Schaltanlage abschaltet. Fig. 2The invention relates to a current limiting device for switchgear of the electric power supply and distribution, in which a central permanent fuse is provided for the selective shutdown of Fehlerstroemen. Goal and task are to create an independent of the amount of Fehlerstroeme acting, permanent, selective current limit for power switchgear with reduced control and technical equipment effort. This is achieved by the fact that the operational outputs of the switchgear are equipped with a fault current detection circuit which drives a pulse generating device consisting of a short-circuit winding and a thyristor. This instantaneously triggers a pulse discharge via a permanent fuse, after which the fuse bank actuates a normally open contact and shuts down the faulty current outlet of the switchgear via a tripping device. Fig. 2

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Strombegrenzungseinrichtung für Schaltanlagen der Elektroenergieversorgung und -verteilung, bei der zur selektiven Abschaltung von Fehlerströmen eine zentrale Permanentsicherung vorgesehen ist.The invention relates to a current-limiting device for switchgear of the electric power supply and distribution, in which a central permanent fuse is provided for selectively switching off fault currents.

Characteristic of the known technical solutions

Es ist allgemein bekannt, Begrenzungen des Kurzschlußstromes durch herkömmliche Sicherungen und durch Leistungsschalter zu erreichen, deren Auslösevorgang durch eine Fehlerstromschutzschaltung eingeleitet wird. Charakteristische Mängel dieser Lösung sind relativ hohe Reaktionszeiten (30 bis 100 Millisekunden) vom Auftreten des Fehlerstromes bis zu dessen Abschaltung. Darüber hinaus erfordert die Abschaltung hoher Fehlerströme durch Leistungsschalter einen großen steuerungs- und gerätetechnischen Projektierungs- und Wartungsaufwand. Zur Reduzierung der Reaktionszeiten sind selbstrückstellende Strombegrenzungselemente entwickelt worden, die als strombegrenzendes Material Natrium, Kalium oder ein Gemisch verwenden. Beim Auftreten eines hohen Kurzschlußstromes verdampft das strombegrenzende Material zu einem Plasma mit sehr hohem Dampfdruck, weil der durchfließende Strom in diesem Material Joulesche Wärme erzeugt. Das dabei gebildete Plasma besitzt einen ausreichend hohen Widerstand zur Begrenzung des betreffenden Fehlerstromes auf einen bestimmten Wert. Nach der Strombegrenzungsfunktion kehrt das verdampfte Material schnell wieder in seinen ursprünglichen festen oder flüssigen Zustand zurück, so daß es für die Begrenzung des nächsten hohen Kurzschlußstromes bereitsteht. Diesen Strombegrenzungselementen haftet jedoch im Prinzip der Nachteil an, daß das Element allein die gestörten Stromkreise nach der Unterbrechung der Kurzschlußströme nicht in offenem Zustand zu halten vermag, was zu einer Erweiterung der betreffenden Störung führt, weil sich das Wiederschließen oder zumindest das teilweise Wiederschließen unnötig wiederholt. Es ist daher bekannt, diesen Strombegrenzungselementen getrennte Mittel betrieblich zuzuordnen, welche die betreffenden Stromkreise praktisch gleichzeitig mit der Betätigung der Elemente im offenen bzw. unterbrochenen Zustand zu halten vermögen. Hierbei ist zu beachten, daß die selbstrückstellenden als Strombegrenzungselemente dienende Permanentsicherungen Ströme ausgezeichnet begrenzen können und zudem wiederholt benutzt, d. h. bestätigt werden können, weil sie sich selbst zurückzustellen vermögen.It is well known to achieve short circuit current limits through conventional fuses and circuit breakers whose trip operation is initiated by a residual current circuit. Characteristic shortcomings of this solution are relatively high reaction times (30 to 100 milliseconds) from the occurrence of the fault current until it is switched off. In addition, the shutdown of high fault currents through circuit breakers requires a large engineering and technical equipment planning and maintenance. Self-resetting current limiting elements have been developed to reduce reaction times using sodium, potassium or a mixture as the current limiting material. When a high short-circuit current occurs, the current-limiting material evaporates to a plasma of very high vapor pressure because the current flowing through it produces Joule heat in this material. The resulting plasma has a sufficiently high resistance to limit the relevant fault current to a certain value. After the current limiting function, the vaporized material quickly returns to its original solid or liquid state so that it is ready to limit the next high short-circuit current. These current limiting elements, however, in principle has the disadvantage that the element alone is unable to maintain the faulty circuits after the interruption of the short-circuit currents in the open state, which leads to an extension of the disturbance in question, because re-closing or at least partially re-closing unnecessarily repeats , It is therefore known to allocate operationally separate means to these current limiting elements which are able to maintain the circuits concerned in an open or interrupted state practically simultaneously with the actuation of the elements. It should be noted that the self-resetting permanent fuses serving as current limiting elements can excellently limit currents and, in addition, repeatedly use them; H. can be confirmed because they are able to defer themselves.

So ist aus der DE-PS 2513487 eine Schutzvorrichtung zur Verwendung in Stromversorgungsleitungen bekannt, bei der ein selbstrückstellender Strombegrenzer in Reihe mit einem Schaltelement geschaltet ist. Das Schaltelement wird hierbei von einer Sc /nelzsicherung gebildet, die bei einem den selbstrückstellenden Strombegrenzer durchfließenden und diesen betätigenden Strom innerhalb ihres Abschaltbereiches betrieben und unterbrechbar ist. Nachteilig bei dieser technischen Lösung ist, daß eine allpoliggleichzeitige Abschaltung des fehlerstrombehafteten Stromkreises nicht möglich ist. Auch muß die herkömmliche Sicherung nach der Fehlerbeseitigung durch eine neue ersetzt werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Selektivität, sollen spannungslose Pausen in ungestörten Abgängen vermieden werden, die Verwendung dieser Sicherungskombination in jedem Stromzweig erforderlich macht.Thus, from DE-PS 2513487 a protective device for use in power supply lines is known in which a self-resetting current limiter is connected in series with a switching element. In this case, the switching element is formed by a fuse which is operated and can be interrupted within its cut-off region in the case of a current flowing through the self-resetting current limiter and actuating the same. The disadvantage of this technical solution is that an allpoliggleichzeitige shutdown of the fault current circuit is not possible. Also, the conventional fuse must be replaced by a new one after debugging. Another disadvantage is that the selectivity, should be avoided dead breaks in undisturbed outlets, the use of this fuse combination in each Stromzweig required.

In der DE-PS 2546627 ist eine Überstrombegrenzungseinrichtung für elektrische Übertragungsieitungen, die mit einer strombegrenzenden Impedanz in Reihe und mit einem Schalter zur Betätigung der Impedanz versehen ist, beschrieben. Als stromempfindliche Vorrichtung ist eine Permanentsicherung vorgesehen, die beim Ansprechen über einen Stößel und einen Auslösemechanismus einen Schalter betätigt. Voraussetzung für die Funktion "der ats Natriumsicherung ausgeführten Permanentsicherung ist die direkte Anregung durch den Fehlerstrom. Dieser Lösung haftet der Nachteil an, daß für die Realisierung der Fehlerstrombegrenzungseinrichtung eii.e große Anzahl von Bauelementen mit großem Volumen benötigt werden, was eine universelle Anwendung, insbesondp'e in Mittelspannungsschaltanlagen, unmöglich m^cht. Darüber hinaus ist ein hoher Material- und Platzbedarf erforderlich, weil für jedes Abgangsfeld eine Fehlerstrombegrenzungseinrichtung erforderlich ist. Auch führen niedere Fehlerströme nicht zur Auslösung der Permanentsicherung.In DE-PS 2546627 an overcurrent limiting device for electrical Übertragungsieitungen, which is provided with a current-limiting impedance in series and with a switch for actuating the impedance is described. As a current-sensitive device, a permanent fuse is provided which actuates a switch when responding via a plunger and a trigger mechanism. A prerequisite for the function of the permanent fuse provided by the sodium fuse is the direct excitation due to the fault current, which has the drawback that large numbers of high-volume components are required for the realization of the fault current limiting device eii.e, which is a universal application, in particular In addition, a high material and space requirement is required, because a fault current limiting device is required for each outgoing field and lower fault currents do not lead to the release of the permanent fuse.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine permanente, besonders für den Einsatz in Lastschaltanlagen geeignete Strombegrenzungseinrichtung zu schaffen, die die Fehlerorte selektiv und unabhängig von der Höhe der Fehlerströme vom Netz trennt. Hierbei soll in der Strombegrenzungsphase der Permanentsicherung eine allpoliggleichzeitige und selbsthaltende Unterbrechung des fehlerstromführenden Stromkreises bei reduziertem steuerungs- und gerätetechnischem Aufwand erreicht werden.The object of the invention is to provide a permanent, particularly suitable for use in power switchgear current limiting device, which selectively and independently of the magnitude of the fault currents separates the fault locations of the network. Here, in the current limiting phase of the permanent fuse an allpoliggleichzeitige and self-sustaining interruption of the current carrying current circuit at reduced control and device technical effort can be achieved.

-2- 724 75-2- 724 75

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wirkverbindung zwischen der im Hauptstromkreis angeordneten Permanentsicherung und der Auslöseeinrichtung des dem untergeordneten, fehlerstrombehafteten Stromkreises unmittelbar vorgeschalteten Schaltgeräten herzustellen, so daß beim Auftreten eines Überstromes, welcher den Verdampfungsprozeß in der Permanentsicherung nicht ausreichend einzuleiten vermag, der betreffende fehlerstrombehaftete Stromkreis bei begrenztem Fehlerstrom selektiv abgeschaltet wird. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die betrieblichen Abgänge einer Schaltanlage eine Fehlerstromerkennungsschaltung aufweisen, die beim Auftreten eines Überstromes in einem untergeordneten Stromkreis anspricht und eine nachgeschaltete Impulserzeugungseinrichtung, die entweder aus einem Stoßstromgeneratur mit Thyristor, Kondensator und Ladeeinrichtung oder aus einer Kombination von Thyristor und einer Kurzschlußwicklung eines Transformators besteht, aktiviert und eine Impulsentladung über eine Permanentsicherung auslöst. Der Permanentsicherung ist ein vom Stößel der Permanentsicherung betätigter Arbeitskontakt nachgeordnet, der über eine Auslösevorrichtung den fehlerstrombehafteten Abgang der Schaltanlage außer Betrieb setzt. Die erfindungsgemäß ausgeführte Strombegrenzungseinrichtung ist in allen Lastschaltanlagen einsetzbar und arbeitet unabhängig von der Höhe der Fehlerströme, d. h., bei kleinen Fehlerströmen, deren Größe nicht ausreicht, um das Sicherungssystem zum Ansprechen zu bringen, findet eine definierte, die Auslösung der Permanentsicherung bewirkende Impulsentladung statt. Dadurch kann der Aufwand von steuerungs- und regelungstechnischen Bauelementen in der Schutztechnik von Schaltanlagen erheblich reduziert werden. Ein weiterer Vorteil besteht in der Lebensdauererhöhung der Schaltgeräte, weil nur noch stark verminderte Fehlerströme abgeschaltet werden. Darüber hinaus schafft die erfindungsgemäß ausgeführte Strombegrenzungseinrichtung die Möglichkeit, Leistungsschalter durch billigere Lasttrennschalter zu ersetzen, bzw. in Lasttrenneranlagen eine selektive Abschaltung von Kurzschlußströmen zu erreichen.The invention has for its object to produce an operative connection between the arranged in the main circuit permanent fuse and the triggering device of the subordinate, fault current circuit immediately upstream switching devices, so that when an overcurrent, which is unable to adequately initiate the evaporation process in the permanent fuse, the relevant fault current Circuit is selectively switched off with limited fault current. This is inventively achieved in that the operational outputs of a switchgear have a fault current detection circuit that responds when an overcurrent occurs in a subordinate circuit and a downstream pulse generating device consisting of either a surge current generator with thyristor, capacitor and charger or a combination of thyristor and a Short circuit winding of a transformer exists, activated and triggers a pulse discharge via a permanent fuse. The permanent fuse is arranged downstream of the plunger of the permanent fuse actuated normally open contact, which sets the tripping fault of the switchgear disengaged via a tripping device. The inventively designed current limiting device can be used in all power switchgear and operates regardless of the amount of fault currents, d. h., For small fault currents whose size is not sufficient to bring the safety system to respond, takes place a defined, the triggering of the permanent fuse causing pulse discharge instead. As a result, the cost of control and control components in the protection of switchgear can be significantly reduced. Another advantage is the increased lifespan of the switching devices, because only greatly reduced fault currents are turned off. In addition, the present invention designed current limiting device provides the ability to replace circuit breakers by cheaper switch disconnectors, or to achieve a selective shutdown of short circuit currents in load disconnecting systems.

embodiment

An Hand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert werden. Bei der Beschreibung der Wirkungsweise der erfindungsgemäß ausgeführten Schaltungsanordnungen wird von dem Fehlerfall ausgegangen, daß in Abgang с ein relativ stromschwacher Kurzschluß auftritt, d. h., die Summe der Abgangsströme vermag nicht die Permanentsicherung auszulösen. Die in Fig. 1 dargestellte Strombegrenzungseinrichtung besteht aus einer Fehlerstromerkennungsschaltung 1, einer Impulserzeugungseinrichtung 2, einer Permanentsicherung 3 und einer in Form eines Relais ausgeführten Auslösevorrichtung 4 der Lasttrennschalter der Abgangsfelder. Ein Kurzschluß im Abgang с wird über den Wandler am Überstromrelais (statt des gezeichneten elektromechanischen abfallverzögerten Relais kann günstiger ein elektronisches Relais mit Thyristoren in den Abgängen verwendet werden) der Fehlerstromerkennungsschaltung 1 erkannt. Das Überstromrelais zieht an und schließt die Kontakte. Während ein Kontakt Minuspotential an das Auslöserelais 4 legt, bewirkt der zweite Kentakt die Ansteuerung des Thyristors 5 in der als Stoßstromgenerator ausgeführten Impulserzeugungseinrichtung 2, so daß sich der durch die Ladeeinrichtung 6 aufgeladene Kondensator 7 über die Permanentsicherung 3 entlädt. Der Entladestrom des Kondensators 7 ist so gewählt, daß das strombegrenzende Material der Permanentsicherung 3 verdampft und infolgedessen der mit dem in axialer Richtung beweglichen Kolben verbundene Stößel 3_a der Permanentsicherung den Arbeitskontakt 8 betätigt, welcher Pluspotential an das Auslöserelais 4 legt. Das Auslöserelais 4 bewirkt das Öffnen des Lasttrennschalters im Abgang с bei einem durch die Widerstandserhöhung der Permanentsicherung 3 stark verminderten Kurzschlußstrom, bei welchem ein gefahrloses Ausschalten des Lasttrennschalters möglich ist. Die Fehlerstromerkennungsschaltung 1 kehrt wieder in ihre Ausgangslage zurück, ebenso das strombegrenzende Material der Permanentsicherung, wodurch sich auch der Arbeitskontakt 8 wieder öffnet. Die Strombegrenzungseinrichtung ist nunmehr zur erneuten Fehlerstrombegrenzung bereit.With reference to embodiments, the invention will be explained in more detail. In the description of the operation of the circuit arrangements according to the invention is based on the case of error that in outlet с a relatively low-current short circuit occurs, ie, the sum of the outgoing currents can not trigger the permanent fuse. The current limiting device shown in Fig. 1 consists of a fault current detection circuit 1, a pulse generating device 2, a permanent fuse 3 and executed in the form of a relay tripping device 4 of the circuit breaker of the outgoing panels. A short circuit in the outlet с is detected by the converter at the overcurrent relay (instead of the drawn electromechanical decay-delayed relay can be used more favorably an electronic relay with thyristors in the outlets) of the fault current detection circuit 1. The overcurrent relay picks up and closes the contacts. While a contact sets negative potential to the trigger relay 4, the second Kentakt causes the control of the thyristor 5 in the pulse generator 2 designed as a surge current generator so that the capacitor 7 charged by the charging device 6 discharges via the permanent fuse 3. The discharge of the capacitor 7 is selected so that the current-limiting material of the permanent fuse 3 evaporates and consequently the connected to the movable piston in the axial direction plunger 3 _{a of} the permanent fuse the normally open contact 8 is actuated, which Pluspotential puts on the tripping relay 4. The release relay 4 causes the opening of the switch-disconnector in the outlet с at a greatly reduced by the increase in resistance of the permanent fuse 3 short-circuit current, in which a safe turn-off of the circuit breaker is possible. The fault current detection circuit 1 returns to its original position, as well as the current-limiting material of the permanent fuse, whereby the normally open contact 8 opens again. The current limiting device is now ready for renewed fault current limitation.

Die in Fig. 2 dargestellte Strombegrenzungseinrichtung besteht aus einer Fehlerstromerkennungsschaltung 1, einer aus einer Kurzschlußwicklung 12 und Thyristor 13 bestehenden Impulserzeugungseinrichtung 2, der Permanentsicherung 3 mit Stößel 3_a und Arbeitskontakt 8 und der in Form eines Relais ausgeführten Auslösevorrichtung 4 der Lasttrennschalter der Abgangsfelder.The current limiting device shown in Fig. 2 consists of a residual current detection circuit 1, a group consisting of a short-circuit winding 12 and thyristor 13 pulse generating means 2, the permanent fuse 3 with plunger 3 _a and working contact 8 and the triggering device performed in the form of a relay 4, the load break switch of the outgoing feeders.

Ein Kurzschluß im Abgang с wird über den Wandler am Überstromrelais (statt des gezeichneten elektromechanischen abfallverzögerten Relais kann günstiger ein elektronisches Relais mit Thyristoren in den Abgängen verwendet werden) der Fehlerstromerkennungsschaltung 1 erkannt. Das Überstromrelais zieht an und seine Kontakte legen Minuspotential an den Thyristor 13 und das Auslöserelais 4. Über den Thyristor 13, die Klemmen S₁ und s₂ und über die Permanentsicherung 3 ist die Kurzschlußwicklung 12 kurzgeschlossen. Die Kurzschlußwicklung 12 ist eine eigenständige Sekundärwicklung des Transformators 11 (zur Aufnahme der Kurzschlußwicklung kann auch ein vom Netz unabhängiger Transformator verwendet werden), die bei der Durchsteuerung des Thyristors 13 einen so hohen Strom über die Permanentsicherung 3 fließen läßt, daß diese auslöst und über den Stößel 3_a den Arbeitskontakt 8 schließt, der Pluspotential an das Auslöserelais 4 legt. Das Auslöserelais bewirkt das Öffnen des Lasttrennschalters im Abgang с bei einem durch die Widerstandserhöhung der Permanentsicherung 3 stark verminderten Kurzschlußstrom, bei welchem ein gefahrloses Ausschalten des Lasttrennschalters möglich ist. Die Fehlerstromerkennungsschaltung 1 kehrt wieder in ihre Ausgangslage zurück, ebenso das strombegrenzende Material der Permanentsicherung 3, wodurch a¹ τ' der Arbeitskontakt 8 wieder geöffnet wird. Die Strcmbegrenzungseinrichtun^ ist nunmehr zur erneuten Fehlerstrombegrenzung bereit. Die Betriebsschaltung 9 dient der manuellen unabhängigen Ausschaltung der Lasttrennschalter in den einzelnen Abgängen. Mit s und entsprechendem Index sind Anschlußklemmen bezeichnet. Das Netzteil 10 liefert die für die Funktion der Strombegrenzungseinrichtung notwendige Hilfsgleichspannung. Bei stromstarkem Kurzschluß, z. B. auf der Sammelschiene der Schaltanlage, löst die Permanentsicherung 3 direkt aus und begrenzt zusammen mit dem Leistungssschalter in bekannter Weise den Fehlerstrom.A short circuit in the outlet с is detected by the converter at the overcurrent relay (instead of the drawn electromechanical decay-delayed relay can be used more favorably an electronic relay with thyristors in the outlets) of the fault current detection circuit 1. The overcurrent relay is energized and its contacts apply negative potential to the thyristor 13 and the tripping relay 4. About the thyristor 13, the terminals S ₁ and S ₂ and the permanent fuse 3, the short-circuit winding 12 is short-circuited. The short-circuit winding 12 is a separate secondary winding of the transformer 11 (for receiving the short-circuit winding can also be used by the grid independent transformer), which flow in the control of the thyristor 13 such a high current through the permanent fuse 3 that triggers and on the Tappet 3 _a the contact 8 closes, the positive potential to the trigger relay 4 sets. The release relay causes the opening of the switch-disconnector in the outlet с at a short-circuit current greatly reduced by the resistance increase of the permanent fuse 3, in which a safe switch-off of the switch-disconnector is possible. The fault current detection circuit 1 returns to its original position, as well as the current-limiting material of the permanent fuse 3, whereby a ¹ τ 'the normally open contact 8 is opened again. The current limiting device is now ready for re-fault limiting. The operating circuit 9 is used for the manual independent switching off of the switch-disconnector in the individual outlets. With s and corresponding index terminals are called. The power supply 10 provides the necessary for the function of the current limiting device auxiliary DC voltage. At high current short circuit, z. B. on the busbar of the switchgear triggers the permanent fuse 3 directly from and limited together with the power switch in a known manner the fault current.

Claims

-ι- 724 76

Invention claim:

1. Current limiting device for switchgear of the electric power supply and distribution, in which for selective shutdown of fault currents a central permanent fuse is provided, characterized in that the operational outputs of the switchgear are equipped with a fault current detection circuit (1), that this fault current detection circuit, a pulse generating device (2) connected downstream is that the pulse generating device (2) when triggered by the fault current detection circuit via suitable components immediately a pulse discharge via a permanent fuse (3) triggers and that the permanent fuse (3) from the plunger (3 _a ) actuated normally open contact (8) is arranged downstream via a tripping device (4) shuts off the fault-current outlet.

2. Current limiting device according to item 1, characterized in that the pulse generating means (2) is a surge generator consisting of thyristor (5) and capacitor (7) with charging device (6).

3. Current limiting device according to item!, Characterized in that the pulse generating means (2) consists of a thyristor (13) and a secondary winding of the transformer (11) running short-circuit winding (12).

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