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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kurzschlussstrom-Begrenzung in einem Drehstromsystem, die sich im Sternpunkt eines elektrischen Betriebsmittels befindet, sowie ein Verfahren zur Kurzschlussstrom-Begrenzung.
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Aus
DD 135 664 oder
DD 149 981 ist es beispielsweise bekannt, den Kurzschlussstrom mittels einer induktiv belasteten Drehstrom-Brückenschaltung zu begrenzen, die den Sternpunkt eines energietechnischen Betriebsmittels, beispielsweise eines Netztransformators, bildet. Mit einer derart aufgebauten, steuerbaren Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung kann der effektive Dauer-Kurzschlussstrom stufenlos von Null bis zu einem Maximalwert eingestellt werden.
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Weiter sind Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtungen bekannt, mittels deren Hilfe es möglich ist, den Kurzschlussstrom sehr schnell nach Fehlereintritt zu unterbrechen und die dadurch strombegrenzend wirken bzw. zusätzlich noch ein strombegrenzendes Element aufweisen. Derartige Einrichtungen, die den Kurzschlussstrom in seinem Anstieg vor Erreichen des Stosskurzschlussstromes unterbrechen, sind beispielsweise IS-Begrenzer, beispielsweise beschrieben in der ETZ, Ausgabe A, Heft 20/21 vom 26.09.1960, strombegrenzende Leistungsschalter, beispielsweise beschrieben in der
DE 197 40 422 B4 oder (Hochleistungs-)Schmelzsicherungen, beispielsweise beschrieben in der
AT 132 323 .
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabenstellung zugrunde, die Kurzschlussstrom-Begrenzung in einem Drehstromsystem zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung zur Kurzschlussstrom-Begrenzung nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Kurzschlussstrom-Begrenzung in einem Drehstromsystem nach Anspruch 14 gelöst.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei alleiniger Anwendung sowohl der Begrenzung mittels einer induktiv belasteten Drehstrombrücke als auch bei Begrenzung durch schnelle Kurzschlussstrom-Unterbrechung verschiedene Nachteile und Probleme auftreten, die sich bei einer kombinierten Begrenzungsstrategie vermeiden lassen. Wird nur eine induktiv belastete, steuerbare Drehstrombrücke, die den Sternpunkt eines Betriebsmittels bildet, verwendet, um den Kurzschlussstrom zu begrenzen, ist die Drehstrombrücke auch im fehlerfreien Netzbetrieb ständig unter Belastung. Dies erfordert eine hohe Ausfallsicherheit der Ansteuerung der leistungselektronischen Bauteile. Die ständig notwendige Kühlung der Leistungshalbleiter führt ausserdem zu einem erheblichen Kühlaufwand. Da die Gesamtanordnung im fehlerfreien Normalbetrieb wie ein impedanzbehafteter Sternpunkt wirkt, fallen ständig nicht unerhebliche elektrische Verluste an. Des Weiteren ist die Begrenzungsdrossel im Gleichstromkreis so zu bemessen, dass sie den Anfangs- bzw. Stosskurzschlussstrom beherrschen kann. Dies kann nur mit Drosselspulen großer räumlicher Ausdehnung erreicht werden, was die Gesamtgröße der Anlage negativ beeinflusst. Werden zur Kurzschlussstrom-Begrenzung Betriebsmittel mit sehr schneller Stromunterbrechung gewählt, so ist eine selektive Fehlerbehandlung eigentlich nicht bzw. nur sehr schwer zu erreichen. Bei manchen Selektivitätsprinzipien muss dafür die Einwirkdauer des Kurzschlussstromes verlängert und damit ein höheres Schadenspotential durch den Kurzschluss in Kauf genommen werden, da der Kurzschlussstrom bis zur Abschaltung nahezu unbegrenzt fließen kann. Bei anderen sind zusätzliche Signalleitungen zu verlegen, die wiederum selbst fehleranfällig sind. Daher ist ein größerer Netzwerkbereich von der Abschaltung betroffen und eine Wiederaufnahme des Netzbetriebes ist erst nach Fehlerbehebung möglich. Des Weiteren müssen nach erfolgter Auslösung oft auch Teile der schnell ausschaltenden Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtungen erneuert und ausgetauscht werden, was üblicherweise zu mehrstündigen teilweisen Netzausfällen führt. Beim IS-Begrenzer sind beispielsweise die Schmelzsicherung und das Sprengelement und bei bloßen Schmelzsicherungen das gesamte Element zu ersetzen.
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Diese Probleme werden durch die erfindungsgemäße Einrichtung zur Kurzschlussstrom-Begrenzung gelöst, durch die der Sternpunkt eines elektrischen Betriebsmittels, z.B. eines Netztransformators, zum einen durch eine Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung, die eine stufenlose Einflussnahme auf die Höhe des Stromes erlaubt, gebildet werden kann und zum anderen parallel dazu über eine Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung, die den Kurzschlussstrom in seinem Anstieg vor Erreichen des Stosskurzschlussstromes unterbrechen kann, gebildet werden kann. Durch die Parallelschaltung dieser unterschiedlichen Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtungen können die oben beschriebenen Nachteile beseitigt werden und eine Einrichtung zur Kurzschlussstrom-Begrenzung in einem Drehstromnetz geschaffen werden, welche verschiedene Selektivitätsprinzipien unterstützt, ohne ein hohes Schadenspotential in Kauf zu nehmen, einen längeren Netzausfall bei Auftreten eines Kurzschlussstroms vermeidet und das Entstehen von elektrischen Verlusten durch die Einrichtung weitgehend vermeidet. Durch die Wahlmöglichkeit der Sternpunktbildung wird die Flexibilität der Kurzschlussstrom-Behandlung erhöht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen bezeichnet.
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Besonders vorteilhaft ist es, die Einrichtung so auszugestalten, dass die Art der Sternpunktbehandlung frei gewählt werden kann. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass man die Einrichtung zur Kurzschlussstrom-Begrenzung beispielsweise sowohl in isolierten als auch in starr geerdeten Drehstromnetzen einsetzen kann. Daher sind auch ein- oder mehrpolige Fehler mit/ohne Erdberührung beherrschbar.
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Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die zweite Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung, die den Kurzschlussstrom in seinem Anstieg vor Erreichen des Stosskurzschlussstromes unterbrechen kann, im Betrieb möglichst geringe elektrische Verluste auf. Bei dieser Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung handelt es sich so beispielsweise um einen IS-Begrenzer, einen strombegrenzenden Leistungsschalter oder um eine Schmelzsicherung, wie oben beschrieben. Dies hat den Vorteil, dass im fehlerfreien Normalbetrieb keine oder nur sehr geringe elektrische Verluste durch die Einrichtung zur Kurzschlussstrom-Begrenzung verursacht werden.
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Besonders vorteilhaft ist es weiter, dass im fehlerfreien Normalbetrieb der Sternpunkt des elektrischen Betriebsmittels über die zweite Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung gebildet wird, die den Kurzschlussstrom in seinem Anstieg vor Erreichen des Stosskurzschlussstromes unterbrechen kann. Die parallele, erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung, beispielsweise eine steuerbare Drehstrombrücke, bleibt hierbei vorzugsweise ausgeschaltet und bildet somit keinen parallelen Sternpunkt. Die Steuereinrichtung steuert somit die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung so an, dass im fehlerfreien Normalbetrieb der Sternpunkt des Betriebsmittels durch die zweite Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung gebildet ist, beispielsweise indem sie die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung deaktiviert. Dadurch wird vermieden, dass im fehlerfreien Normalbetrieb die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung wie ein impedanzbehafteter Sternpunkt wirkt und damit im fehlerfreien Normalbetrieb ständig nicht unerhebliche elektrische Verluste anfallen. Ausserdem werden hierdurch Kühlverluste im fehlerfreien Normalbetrieb vermieden und die Ausfallsicherheit der ersten Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung, beispielsweise der Steuerung der Drehstrombrücke, muss nicht dauerhaft gewährleistet sein.
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Damit werden drei wichtige Nachteile des Einsatzes eines Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung vermieden, die auf Stromrichterbasis aufgebaut ist und so eine stufenlose Einflussnahme auf die Höhe des Stromes erlaubt.
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Gemäss eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung, die eine stufenlose Einflussnahme auf die Höhe des Stromes erlaubt, so geregelt oder gesteuert, dass der fehlerfreie Normalbetrieb möglichst unbeeinflusst gewährleistet werden kann, wenn der Sternpunkt des Betriebsmittels durch diese Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung gebildet wird. Dies bietet den Vorteil, dass der fehlerfreie Betrieb auch dann aufrecht erhalten werden kann, wenn die zweite Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung, die den Kurzschlussstrom in seinem Anstieg vor Erreichen des Stosskurzschlussstromes unterbrechen kann, gerade nicht einsatzfähig ist. Dies geschieht in diesem Zeitraum unter Inkaufnahme höherer Verluste.
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Vorzugsweise steuert nach Kurzschlussstrom-Unterbrechung mit Hilfe der zweiten Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung die Steuereinrichtung die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung so an, dass der Sternpunkt des Betriebsmittels durch die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung gebildet wird. Die Steuereinrichtung detektiert hierfür vorzugsweise das Auftreten eines Kurzschlusses und/oder das Unterbrechen des Stromes durch die zweite Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung und schaltet den Sternpunkt auf die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung um, wenn sie das Auftreten eines Kurzschlusses und/oder das Unterbrechen des Kurzschlussstromes durch die zweite Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung detektiert. Zur Umschaltung des Sternpunktes auf die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung wird hier die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung vorzugsweise von der Steuereinrichtung aktiviert.
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Gemäss eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird nach Beseitigung eines Kurzschlusses die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung, die eine stufenlose Einflussnahme auf die Hohe des Stromes erlaubt, so geregelt oder gesteuert, dass der fehlerfreie Normalbetrieb so lange aufrecht erhalten wird, bis die zweite Kurzschlussstrom-Unterbrechungseinrichtung, die den Kurzschlussstrom in seinem Anstieg vor Erreichen des Stosskurzschlussstromes unterbrechen kann, wieder einsatzfähig ist. Dann wird die Sternpunktbildung des Betriebsmittels auf die zweite Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung umgestaltet. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass nach Beseitigung des Kurzschlusses wieder möglichst geringe elektrische Verluste durch die Einrichtung verursacht werden. Weiter wird vermieden, dass durch die Erneuerung und den Ersatz von Teilen der zweiten Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung, z.B. der IS-Begrenzer, das Betriebsmittel oder das Drehstromnetz für mehrere Stunden ausfällt. Durch die Sternpunktbildung des Betriebsmittels durch die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung kann der Netzbetrieb nahezu unbeeinflusst, wenn auch unter Inkaufnahme höherer Verluste, so lange weiter betrieben werden, bis eine Umschaltung auf die weniger verlustbehaftete zweite Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung erfolgt.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung so ausgestaltet, dass sie nach Auftreten eines Kurzschlusses die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung so lange zur Aufrechterhaltung des fehlerfreien Normalbetriebes ansteuert, bis die zweite Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung wieder einsatzfähig ist, und dann den Sternpunkt auf die zweite Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung umschaltet. Vorzugsweise detektiert die Steuereinrichtung hierbei ein über eine Signalleitung zugeführtes Freigabesignal, welches signalisiert, dass die zweite Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung wieder einsatzfähig und der Kurzschluss behoben ist. Sobald sie ein solches Freigabesignal detektiert, schaltet sie den Sternpunkt auf die zweite Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung um. Zur Umschaltung des Sternpunktes auf die zweite Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung wird von der Steuereinrichtung beispielsweise die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung deaktiviert.
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Gemäss eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist das Umschalten zwischen der Sternpunktbildung durch die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung und die zweite Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung im Betrieb und/oder außerhalb des Betriebes möglich, so dass zwischen diesen beiden Möglichkeiten der Sternpunktbildung auch im laufenden Netzbetrieb umgeschaltet werden kann. Das Umschalten zwischen den beiden Möglichkeiten der Sternpunktbildung erfolgt hierbei vorzugsweise durch Aktivieren/Deaktivieren der ersten Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung, wobei beim Deaktivieren der ersten Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung die Verbindungen zwischen dem elektrischen Betriebsmittel und dem Sternpunkt aufgetrennt werden.
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Dadurch ist es jederzeit möglich, von verlustreichem Betrieb mit der ersten Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung in den verlustarmen Betrieb mit der zweiten Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung zu wechseln.
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Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die erste und zweite Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung miteinander oder mit der Steuereinrichtung über eine Signalleitung verbunden. Die hierdurch ermöglichte Signalübertragung macht es möglich, dass die beiden Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtungen miteinander oder mit der Steuereinrichtung Informationen über den gegenwärtigen Zustand austauschen können. Beispielsweise kann die zweite Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung ein Signal an die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung senden, wenn sie wieder einsatzbereit ist. Weiter ist es auch möglich, dass der Betriebszustand der zweiten Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung durch ein (periodisches) Abfragesignal der Steuereinrichtung oder der ersten Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung erfasst wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ab Eintritt des Kurzschlusses der Kurzschlussstrom mit Hilfe der zweiten Kurzschlussstrom-Unterbrechungseinrichtung in seinem Anstieg vor Erreichen des Stosskurzschlussstromes möglichst schnell unterbrochen, indem die Drehstromleitungen zwischen Betriebsmittel und Sternpunkt aufgetrennt werden. Alle Kurzschlussströme sind dadurch unterbrochen und gleich Null. Dies bietet den Vorteil, dass der Stosskurzschlussstrom nicht durch die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung abgefangen werden muss und damit die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung kostengünstiger aufgebaut werden kann, beispielsweise die Begrenzungsdrossel bei Aufbau der ersten Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung auf Stromrichterbasis auf der Gleichstromseite klein gehalten werden kann.
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Gemäss eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ermöglicht die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung auch bei vorhandenem Kurzschluss weiterhin einen Stromfluss, wobei die Höhe des effektiv fließenden Kurzschlussstromes zwischen Null und einem maximalen Dauer-Kurzschlussstrom eingestellt werden kann. Vorzugsweise wird der Kurzschlussstrom durch die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung hierbei so geregelt und gesteuert, dass ein fehlerfreies Auslösen der selektiven Schutzeinrichtung möglich ist. Hierzu wird bei vorliegendem Kurzschluss die Kurzschlussstromhöhe oder die (effektive) Dauerkurzschlussstromhöhe über die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung so eingestellt, dass über selektive Schutzmassnahmen, wie beispielsweise die Zeitstaffelung mit UMZ-Schutzgeräten (UMZ = Unabhängiger Maximalstrom Zeitschutz) eine selektive Abtrennung fehlerbehafteter Netzabschnitte möglich ist. Das restliche Netzwerk ist nach einer solchen Abtrennung fehlerfrei und kann wieder im Normalbetrieb weiter betrieben werden. Damit kann durch die Einrichtung zur Kurzschlussstrom-Begrenzung eine selektive Abtrennung von Netzabschnitten erzielt werden, die durch alleinige Verwendung von Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtungen, die den Kurzschlussstrom in seinem Anstieg vor Erreichen des Stosskurzschlussstromes unterbrechen, nicht in dieser Form möglich ist. Auch ist so eine Begrenzung des Dauer-Kurzschlussstromes möglich.
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Vorzugsweise weist die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung hierbei zwei oder mehr Thyristoren, bevorzugt sechs Thyristoren, auf, über die das Betriebsmittel mit dem Sternpunkt verbunden ist und die beispielsweise in Form einer Drehstrombrücke verschaltet sind. Weiter weist die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung vorzugsweise eine Ansteuerelektronik zur Ansteuerung der Thyristoren auf, die die Höhe des durch die Thyristoren fließenden Stromes dynamisch steuert.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft erläutert.
- 1 zeigt eine funktionelle Darstellung eines Drehstromsystems mit einer Einrichtung zur Kurzschlussstrom-Begrenzung.
- 2 zeigt ein Schaltbild einer ersten Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung für das Drehstromsystem nach 1.
- 3 zeigt ein Schaltbild einer zweiten Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung für das Drehstromsystem nach 1.
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1 zeigt ein Drehstromsystem mit einem Betriebsmittel 20, einem Drehstromnetz 30, einem Drehstromnetz 40 und einer Einrichtung 10 zur Kurzschlussstrom-Begrenzung, welche eine erste Kurzschlussstrom-Unterbrechungseinrichtung 11, eine zweite Kurzschlussstrom-Unterbrechungseinrichtung 12 und eine Steuereinrichtung 13 aufweist.
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Bei dem Betriebsmittel 20, dessen Sternpunkt die Einrichtung 10 zur Kurzschlussstrom-Begrenzung bildet, handelt es sich um einen Transformator. Auf der einen Spannungsseite des Transformators sind die freien Wicklungsenden des Transformators im Dreieck geschaltet und die anderen Wicklungsenden des Transformators sind mit dem Drehstromnetz 30 verbunden, wie dies in 1 gezeigt ist. Auf der anderen Spannungsseite ist die Einrichtung 10 zur Kurzschlussstrom-Begrenzung an den freien Wicklungsenden des Transformators angeschlossen und die anderen Wicklungsenden sind mit dem Drehstromnetz 40 verbunden, wie dies in 1 gezeigt ist.
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Weiter ist es auch möglich, anstelle eines Netztransformators beispielsweise einen Generator als Betriebsmittel zu verwenden. Bei den Drehstromnetzen 30 und 40 handelt es sich um Drehstromnetze mit beliebiger Sternpunktbehandlung. Das Drehstromnetz 30 ist quellenfrei. Weiter ist es auch möglich, dass das Drehstromnetz 30 Einspeisungen enthält und damit nicht quellenfrei ist. Die Beliebigkeit der Stempunktbehandlung der Drehstromnetze 30 und 40 wird durch die gestrichelte Linie angedeutet. Es ist demnach eine Verbindung mit dem neutralen Leiter N oder dem PEN-Leiter möglich oder nicht. Die Drehstromnetze 30 und 40 können gelöscht, starr geerdet oder isoliert betrieben werden.
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Die erste Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 11 ist mit der zweiten Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 12 in einer Parallelschaltung verschaltet. Die beiden Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtungen 11 und 12 beruhen hierbei auf verschiedenen Wirkprinzipien und sind über Signalleitungen 14 und 15 über die Steuereinrichtung 13 miteinander verbunden.
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Als Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 12 wird beispielsweise die in 2 gezeigte Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung verwendet, welche eine stufenlose Einflussnahme auf die Höhe des Stromes erlaubt. Die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 11 weist so beispielsweise mehrere als sechspulsiger Thyristor-Gleichrichter verschaltete Thyristoren 111 auf. Die detaillierte Ausgestaltung und die Funktionsweise der Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 11 sind beispielsweise in 2 gezeigt. Neben den sechs Thyristoren 111 der Halbleiterbrücke, mit denen die Phasenstränge L1, L2 und L3 verbunden sind, ist ein vierter Ventilzweig aus zwei Dioden 112 vorhanden, in dessen Mitte der Neutralleiter N oder PEN angeschlossen wird. Parallel zur Thyristorbrücke sind zudem eine Freilaufdiode 113 und eine Begrenzungsdrossel mit einem ohmschen Gesamtanteil 114 und einem induktiven Anteil 115 geschaltet. Alternativ ist es auch möglich, für den technischen Aufbau der ersten Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung IGBTs statt der Thyristoren 111 als steuerbare leistungselektronische Bauelemente zu verwenden.
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Weiter weist die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 11 eine Steuerelektronik 110 auf, welche die Thyristoren 111 ansteuert. Die Steuerelektronik 110 empfängt Steuersignale von der Steuereinrichtung 13 und steuert die Thyristoren 111 basierend auf diesen Steuersignalen an. Weiter ist es auch möglich, dass die Steuerelektronik 110 den Betriebszustand der Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 11 erfasst und über die Signalleitung 14 an die Steuereinrichtung 13 oder an die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 12 weiterleitet. Die in 1 in gestrichelten Linien angedeuteten Anschlüsse N oder PEN weisen wieder darauf hin, dass die Art der Sternpunktbehandlung beliebig ist oder den Netzerfordernissen angepasst gewählt werden kann. Dadurch ist auch die Behandlung erdbehafteter Kurzschlüsse möglich.
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3 zeigt eine detaillierte Darstellung der Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 12. Die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 12 weist IS-Begrenzer auf, die wie in 3 gezeigt, in die drei Drehstromleitungen zwischen Betriebsmittel und Sternpunkt eingefügt sind. Bei den IS-Begrenzern 121 handelt es sich jeweils um einen einphasigen IS-Begrenzer mit all seinen Halte-, Steuer-, Mess- und Auslöseinheiten, wie sie beispielsweise in der Zeitschrift ew, Jahrgang 105 (2006), Heft 21, in Bild 1/ Seite 24, Artikel „IS-Begrenzer - optimale Anbindung von BHKW an das EVU-Netz“ von Karl-Heinz Hartung beschrieben sind. Die drei Drehstromleitungen enthalten neben den IS-Begrenzern 121 jeweils auch ein Schaltelement 122 und sind zu einem Sternpunkt verbunden, in dem über den Anschluss N oder PEN wieder eine beliebige Sternpunktbehandlung möglich ist. Die Schaltelemente 122 dienen dazu, nach erfolgter Instandsetzung der drei IS-Begrenzer 121 und nach Auslösung der IS-Begrenzung den Sternpunkt wieder mit dem Betriebsmittel zu verbinden und bei Instandsetzung die Abtrennung des Betriebsmittels sicherzustellen. Weiter weist die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung auch eine Steuerelektronik 120 auf, welche den gerade vorherrschenden Betriebszustand der Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung erfasst und über die Signalleitung 15 übermittelt. Weiter ist es auch möglich, dass die Steuerelektronik 120 auch zum Signalempfang in der Lage ist.
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Weiter ist es auch möglich, dass anstelle der IS-Begrenzer 121 je eine (Hochleistungs-)Schmelzsicherung in den drei Drehstromleitungen eingesetzt werden. Weiter ist es möglich, dass die IS-Begrenzer 121 entfallen und als Schaltelement 122 strombegrenzende Leistungsschalter eingesetzt werden.
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Die Steuereinrichtung 13 koordiniert das Zusammenspiel der Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtungen 11 und 12. Hierzu empfängt sie zum einen von der Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 12 über die Signalleitung 15 Informationen über den Betriebszustand dieser Einrichtung und steuert zum anderen die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 11 über die Signalleitung 14 zur Durchführung der nachfolgend beschriebenen Begrenzungsstrategie an. Die Steuereinrichtung 13 kann hierbei als eigenständige Einrichtung realisiert sein oder auch als Teil der Steuerelektronik der Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 11 oder 12 realisiert sein.
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Im fehlerfreien Netzbetrieb wird der Sternpunkt des Betriebsmittels 20 durch die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 12 gebildet. Die Steuereinrichtung 13 steuert hierzu die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 12 derart an, dass über die Thyristoren 111 die Verbindung zwischen dem Betriebsmittel 20 und dem Sternpunkt unterbrochen wird, beispielsweise indem durch die Steuerelektronik die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 11 stromlos geschaltet wird und die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung so deaktiviert wird. So werden beispielsweise keine Zündimpulse an die Thyristoren angelegt. Damit ist das Betriebsmittel 20 lediglich noch über die IS-Begrenzer 121 mit dem Sternpunkt verbunden und der Sternpunkt des Betriebsmittels 20 wird so von der Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 12 gebildet. Durch diese Vorgehensweise werden die oben geschilderten Nachteile einer ständig aktiven dynamischen Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung, wie die hohen elektrischen Verluste, der hohe Kühlaufwand und die Gewährleistung einer hohen Ausfallsicherheit, vermieden und es fallen im Normalbetrieb nur sehr geringe elektrische Verluste ab.
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Tritt ein Kurzschluss im quellenfreien Drehstromnetz 40 auf, so kann die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 12 die betroffenen Leiterströme sehr schnell unterbrechen, so dass kein Kurzschluss-Stromfluss mehr möglich ist. Durch den Kurzschluss werden die Schaltelement in der Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 12 geöffnet, beispielsweise die IS-Begrenzer 121 geöffnet, so dass kein Stromfluss mehr im quellenfreien Drehstromnetz 40 möglich ist. Dies wird beispielsweise durch Auslösen der IS-Begrenzer 121 oder entsprechender Schmelzsicherung bewirkt, die den Kurzschlussstrom in seinem Anstieg vor Erreichen des Stosskurzschlussstromes schnell unterbrechen können. Damit wird insgesamt erreicht, dass der Kurzschlussstrom schon in seinem Anstieg und vor Erreichen seines maximalen Kurzschlussstromes abgeschaltet wird.
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Das Auslösen der Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 12 wird von der Steuerelektronik 120 detektiert und an die Steuereinrichtung 13 signalisiert. Weiter ist es auch möglich, dass das Auslösen der Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 12 von einem externen Signalgeber erfasst und an die Steuereinrichtung 13 signalisiert wird oder dass das Auftreten des Ereignisses „Kurzschluss“ als solches von der Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 12 oder einem externen Signalgeber erfasst und an die Steuereinrichtung 13 signalisiert wird. Die Steuereinrichtung 13 steuert, sobald ihr das Ereignis „Kurzschluss“ und/oder „Auslösen der Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 12“ signalisiert wird, die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 11 so an, dass der Sternpunkt des Betriebsmittels 20 nun durch die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 11 gebildet wird. Hierzu aktiviert die Steuereinrichtung 13 beispielsweise die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 11 oder sendet an die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 111 ein entsprechendes Steuersignal. Die Steuerelektronik 110 der Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 11 steuert sodann die Thyristoren 111 durch Anlegen entsprechender Impulse so an, dass das Betriebsmittel 20 über die Thyristoren 111 mit dem Sternpunkt verbunden ist und ein Kurzschlussstrom in vorgegebener Höhe fließt. Die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 11 wird hierbei so angesteuert, dass ein effektiver Kurzschlussstrom fliest, der gerade so hoch ist, dass die Selektivitätsfunktion der vorhandenen Schutzeinrichtung die Abtrennung der fehlerbehafteten Zweige im quellenfreien Drehstromnetz 40 veranlasst. Damit ist das übrige Netz wieder fehlerfrei. Anschliessend wird die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 11 so angesteuert, dass wieder ein nahezu unbeeinflusster Netzbetrieb möglich ist, d.h. dass wieder ein entsprechend hoher Stromfluss möglich ist.
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Nachdem die IS-Begrenzer der Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 12 instand gesetzt worden sind und diese wieder einsatzbereit sind, wird die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 11 wieder so angesteuert, dass kein Stromfluss mehr in der Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 11 möglich ist. Hierzu wird beispielsweise von der Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 12 oder von einem externen Signalgeber ein entsprechendes Freigabesignal an die Steuereinrichtung 13 gesendet, welches anzeigt, dass die IS-Begrenzer der Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 11 ausgetauscht worden sind und ggf. die Schaltelement 122 wieder geschlossen sind. Dieser Zustand kann hierbei von der Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 12 selbständig detektiert werden. Weiter ist es auch möglich, dass vom Bedienpersonal nach Austausch der IS-Begrenzer ein entsprechender Schalter betätigt wird, welcher ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 13 sendet. Auf das Freigabesignal hin deaktiviert die Steuereinrichtung 13 die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 11, wie oben beschrieben, so dass das Betriebsmittel 20 nicht mehr über die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 11 mit dem Sternpunkt verbunden und wieder ein Netzbetrieb wie vor dem Kurzschluss möglich ist, und damit die Sternpunktbildung wieder über die Kurzschlussstrom-Begrenzungseinrichtung 12 erfolgt.
