-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterdrücken oder Unterbrechen eines Lichtbogens in einem ersten Schalter nach einem Öffnen des ersten Schalters, das folgende Schritte umfasst: Leiten eines ersten Stroms durch einen ersten Stromkreis von einem ersten Anschluss einer ersten Spannungsquelle über den ersten Schalter, über einen ersten Teil einer verbraucherseitigen Versorgungsleitung, über eine elektrische Verbindung, die die verbraucherseitige Versorgungsleitung mit einem elektrisch leitfähigen Rückweg verbindet, und über den elektrisch leitfähigen Rückweg zu einem zweiten Anschluss der ersten Spannungsquelle, Öffnen des ersten Schalters und vor, beim oder nach dem Öffnen des ersten Schalters Aufschalten einer Pulsstromquelle auf einen Einspeiseknoten, wobei der Einspeiseknoten zwischen einem Ausgangsanschluss des ersten Schalters und dem ersten Teil der elektrischen Verbindung angeordnet ist.
-
Außerdem betrifft die Erfindung eine Steuerungsvorrichtung zum Unterdrücken oder Unterbrechen eines Lichtbogens in einem ersten Schalter nach einem Öffnen des ersten Schalters.
-
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Pulsstromquelle zum Unterdrücken oder Unterbrechen eines Lichtbogens in einem ersten Schalter nach einem Öffnen des ersten Schalters.
-
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Stromverteilungsstation mit mehreren ersten Schaltern.
-
Die
EP 0 108 279 A1 beschreibt einen Hochspannungstrennschalter mit einem System zum kapazitiven Injizieren eines Umkehrstroms. Der Hochspannungstrennschalter umfasst eine Serienschaltung aus einer Kapazität, einer Induktivität und einem Schalter zum Einspeisen des Umkehrstroms. Im Normalbetrieb wird die Kapazität mittels einer Ladeeinheit aufgeladen gehalten. Wenn der Hochspannungstrennschalter aufgrund eines Kurzschlusses geöffnet werden muss, wird der Schalter zum Einspeisen des Umkehrstroms geschlossen, so dass der Serienschwingkreis aus Kapazität und Induktivität dem Kurzschlussstrom einen oszillierenden Strom so überlagert, dass ein Nulldurchgang auftritt, in welchem ein Lichtbogen zwischen den Schaltkontakten gelöscht werden kann.
-
In Leistungsanwendungen hat das bekannte Konzept zum Unterdrücken oder Unterbrechen eines Lichtbogens den Nachteil, dass das Überlagern des Umkehrstroms den Schalter aus Sicht einer spannungsquellenseitigen und auch aus Sicht einer verbraucherseitigen Leitungsinduktivität plötzlich hochohmig macht. Damit wird eine plötzliche Stromänderung auf der verbraucherseitigen Leitung bewirkt. Die plötzliche Stromänderung kann eine hohe induktive Gegenspannung an der verbraucherseitigen Leitungsinduktivität verursachen. Im Hinblick auf ein Interesse an einer möglichst langen Lebensdauer von Komponenten eines Gleichstromübertragungssystems und/oder im Hinblick auf eine elektromagnetische Verträglichkeit ist ein solches Auftreten von hohen induktiver Gegenspannungen unerwünscht.
-
Unter einem ersten Aspekt liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Unterdrücken oder Unterbrechen eines Lichtbogens bereitzustellen, mit dem eine Lebensdauer und/oder eine elektromagnetische Verträglichkeit eines Gleichstromübertragungssystems verbessert werden kann. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steuerungsvorrichtung und eine Stromverteilungsstation mit dem gleichen Vorteil bereitzustellen.
-
Unter einem zweiten Aspekt liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Pulsstromquelle bereitzustellen, die sich für eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet und kostengünstig herstellbar ist. Unter dem zweiten Aspekt liegt der Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, eine Stromverteilungsstation mit mehreren Schaltern bereitzustellen, die mit geringerem Herstellungsaufwand herstellbar ist als bekannte Stromverteilungsstationen.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe unter dem ersten Aspekt dadurch gelöst, dass zum Unterdrücken oder Unterbrechen eines Lichtbogens in einem ersten Schalter nach einem Öffnen des ersten Schalters ein Verfahren bereitgestellt wird, das folgende Schritte umfasst. In einem ersten Schritt wird ein erster Strom durch einen ersten Stromkreis von einem ersten Anschluss einer ersten Spannungsquelle über den ersten Schalter, über einen ersten Teil einer verbraucherseitigen Versorgungsleitung, über eine elektrische Verbindung, die die verbraucherseitige Versorgungsleitung mit einem elektrisch leitfähigen Rückweg verbindet, und über den elektrisch leitfähigen Rückweg zu einem zweiten Anschluss der ersten Spannungsquelle geleitet. In einem zweiten Schritt wird der erste Schalter geöffnet. In einem dritten Schritt wird vor, beim oder nach dem Öffnen des ersten Schalters eine Pulsstromquelle auf einen Einspeiseknoten aufgeschaltet. Der Einspeiseknoten ist zwischen einem Ausgangsanschluss des ersten Schalters und dem ersten Teil der verbraucherseitigen Versorgungsleitung angeordnet. Die Pulsstromquelle ist zwischen dem elektrisch leitfähigen Rückweg und dem Einspeiseknoten angeordnet. Nach dem Aufschalten der Pulsstromquelle fließt durch die verbraucherseitige Versorgungsleitung mindestens ein Teil eines Einspeisestroms in gleicher Richtung wie der erste Strom.
-
In Bezug auf die Steuerungsvorrichtung zum Unterdrücken oder Unterbrechen eines Lichtbogens in einem ersten Schalter nach einem Öffnen des ersten Schalters wird die Aufgabe unter dem ersten Aspekt dadurch gelöst, dass die Steuerungsvorrichtung dazu vorbereitet ist, eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu steuern.
-
Der elektrische leitfähige Rückweg kann ein Sternpunktleiter, eine Erdverbindung oder eine weitere Versorgungsleitung (beispielsweise eines symmetrischen Gleichstromübertragungssystems) sein, die gegenüber Erdepotential spannungsführend ist.
-
Der Einspeisestrom verzweigt sich an dem Einspeiseknoten nach der Kirchhoff'schen Regel. Weil die Pulsstromquelle zwischen dem elektrisch leitfähigen Rückweg und einem Einspeiseknoten angeordnet ist, fließt zumindest ein Teil des Einspeisestroms nicht über den Schalter sondern über die elektrische Verbindung (d.h. über einen Verbraucher und/oder über einen Kurzschluss), welche die Versorgungsleitung mit dem elektrisch leitfähigen Rückweg verbindet. Die Aufteilung des Einspeisestroms auf einen Gegenstromanteil durch den Schalter und auf einen Mitstromanteil durch die elektrische Verbindung mit dem elektrisch leitfähigen Rückweg hängt unter anderem von dem Verhältnis der Summe der Impedanzen der ersten Spannungsquelle und der spannungsquellenseitigen Versorgungsleitung zu der Summe der Impedanzen der verbraucherseitigen Versorgungsleitung und der elektrischen Verbindung mit dem elektrisch leitfähigen Rückweg ab. Sofern an der spannungsquellenseitigen Versorgungsleitung eine Hilfskapazität angeschlossen ist, trägt der Kondensatorstrom in die Hilfskapazität erheblich zur Abnahme des Stroms bei, der durch den Schalter fließt.
-
Die Stärke des Stroms, der durch die verbraucherseitige Versorgungsleitung fließt, bleibt beim Aufschalten der Pulsstromquelle insbesondere dann zunächst in etwa unverändert, wenn die verbraucherseitige Versorgungsleitung eine hohe Induktivität aufweist. Wenn die Stärke des Einspeisestroms der Stärke entspricht, die der erste Strom durch die verbraucherseitige Versorgungsleitung vor dem Aufschalten der Pulsstromquelle hatte, fließt der Einspeisestrom direkt nach dem Aufschalten der Pulsstromquelle vollständig durch die verbraucherseitige Versorgungsleitung. Damit kann kein Anteil des ersten Stroms mehr durch den Schalter zum Einspeiseknoten fließen, und der Schalter ist stromfrei. Eine Weiterbildung sieht vor, dass zwischen dem Eingangsanschluss und dem elektrisch leitfähigen Rückweg ein Absorber vorgesehen ist. Hiermit kann ein elektrischer Leistungsfluss vor Eintritt in den Schalter unschädlich gemacht werden, der sich aufgrund einer Leitungsinduktivität der spannungsquellenseitigen Versorgungsleitung mit dem Aufschalten der Pulsstromquelle nicht unmittelbar unterdrücken lässt.
-
In Bezug auf die Pulsstromquelle zum Unterdrücken oder Unterbrechen eines Lichtbogens in einem ersten Schalter nach einem Öffnen des ersten Schalters wird die Aufgabe unter dem zweiten Aspekt dadurch gelöst, dass die Pulsstromquelle einen Transformator mit einem Magnetkern aufweist. Hierbei ist an der Sekundärwicklung des Transformators ein Stromventil zum Aufschalten der Pulsstromquelle zwischen einem elektrisch leitfähigen Rückweg und einer verbraucherseitigen Versorgungsleitung angeschlossen. Der Transformator ermöglicht es, Energie, welche die Pulsstromquelle beim Einspeisen auf den Einspeiseknoten benötigt, mittels einer gut handhabbaren Mittelspannungstechnologie (beispielsweise mittels eines Kondensators) vorbereitend zu speichern und im Bedarfsfall mittels des Transformators auf die benötigte Hochspannung hochzutransformieren.
-
Das Stromventil ist vorzugsweise ein Halbleiterbauelement oder eine Anordnung von Halbleiterbauelementen. Das Stromventil kann beispielsweise eine Diode oder ein schaltbares Halbleiterbauelement (beispielsweise ein Thyristor oder IGBT) umfassen, das in Durchlassrichtung schaltbar ist. Um eine ausreichende Spannungsfestigkeit zu erreichen, kann das Stromventil eine Kaskade von Dioden oder eine Kaskade von Thyristoren oder von IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) umfassen, die in Durchlassrichtung schaltbar sind. Mittels Verwendung eines schaltbaren Halbleiterbauelements als Stromventil kann eine Isolierung im Normalbetrieb verbessert und ein Durchlasswiderstand beim Aufschalten der Pulsstromquelle verringert werden.
-
Mittels entsprechender Orientierung des Wicklungssinns der Sekundärwicklung des Transformators kann mittels eines Gleichstroms durch die Primärwicklung des Transformators erreicht werden, dass sich im magnetischen Kreis (mit dem Magnetkern) des Transformators zwar ein magnetisches Feld aufbaut, dass dabei aber trotzdem kein Strom durch die Sekundärwicklung fließt, weil ein solcher Strom in Sperrrichtung der Hochspannungsdiode oder des Hochspannungsthyristors fließen müsste.
-
Wenn der primäre Stromkreis der Pulsstromquelle nun nach dem Aufladen (beispielsweise mittels Öffnen eines zweiten Schalters) unterbrochen wird, wird an der Primärwicklung eine Spannung induziert, die der Spannung entgegengesetzt ist, welche im stromdurchflossenen Zustand an der Primärwicklung vorher herrschte. Jedoch kann aufgrund des geöffneten Schalters kein Strom mehr durch den Stromkreis der Primärseite des Transformators fließen. Aufgrund der Bauweise mit einem Halbleiterschalter und/oder aufgrund einer niedrigeren Versorgungsspannung für den primären Stromkreis der Pulsstromquelle entsteht nach dem Öffnen des zweiten Schalters auch kein Lichtbogen im zweiten Schalter. Stattdessen führt eine Induktion in der Sekundärwicklung des Transformators zu einem Einspeisestrom durch die Sekundärwicklung des Transformators. Denn das Stromventil ist für den so induzierten Strom diesmal in Durchlassrichtung angeordnet.
-
Statt eines einzelnen Transformators kann zur Erzeugung des Einspeisestroms auch eine Transformatorenkaskade mit einem gemeinsamen Primärstromkreis und/oder mit zueinander isolierten Primärstromkreisen verwendet werden. Insbesondere bei einer hohen Gleichspannung von mehreren 100 kV zwischen der ersten Versorgungsleitung und der elektrischen Rückleitung kann die Verwendung einer Transformatorenkaskade zweckmäßig sein.
-
In Bezug auf die Stromverteilungsstation mit mehreren ersten Schaltern wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass die Stromverteilungsstation eine erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung umfasst, die dazu vorbereitet ist, in einem ersten Schalter, der aus den mehreren ersten Schaltern fallweise auszuwählen ist, ein Unterdrücken oder Unterbrechen eines Lichtbogens in dem ausgewählten ersten Schalter herbeizuführen. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Stromverteilungsstation eine erfindungsgemäße Pulsstromquelle, die dazu vorbereitet ist, in einem ersten Schalter, der aus den mehreren ersten Schaltern fallweise auszuwählen ist, ein Unterdrücken oder Unterbrechen eines Lichtbogens in dem ausgewählten ersten Schalter herbeizuführen.
-
Jede der beiden vorgenannten Maßnahmen kann einen Beitrag zur Einsparung von Herstellungskosten, Betriebskosten und/oder eines Platz oder Raumbedarfs darstellen, der für eine Stromverteilungsstation benötigt wird.
-
Eine Weiterbildung sieht vor, dass eine Stärke des Einspeisestroms zumindest zeitweise mindestens so groß ist wie eine Stärke des ersten Stroms vor dem Aufschalten der Pulsstromquelle. Wenn die Stärke des Einspeisestroms mindestens so groß ist wie die Stärke des ersten Stroms vor dem Aufschalten der Pulsstromquelle, kann der erste Strom, der durch den ersten Schalter fließt, mittels des Einspeisens der Pulsstromquelle vollständig kompensiert werden, so dass der Lichtbogen in dem ersten Schalter dann stromfrei und somit unterbrochen wird.
-
Eine Anwendungsmöglichkeit sieht vor, dass die elektrisch leitfähige Verbindung ein elektrischer Verbraucher ist und das Verfahren zum Unterdrücken oder Unterbrechen des Lichtbogens zum Abschalten eines Normalbetriebsmodus angewendet wird. Grundsätzlich kann das Problem der Lichtbogenvermeidung bei Abschalten einer Hochspannungsversorgungsleitung auch im Normalbetrieb auftreten. Durch Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens im Normalbetrieb können Aufwände für andere Maßnahmen zur Lichtbogenlöschung eingespart werden.
-
Das Verfahren ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die elektrisch leitfähige Verbindung eine Kurzschlussverbindung ist. Bei einem Kurzschluss fließt ein Kurzschlussstrom mit einer besonders hohen Stromstärke, dessen Lichtbogen im ersten Schalter besonders schwer zu unterdrücken oder unterbrechen ist. Daher ist eine Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens zum sicheren Unterdrücken oder Unterbrechen eines Lichtbogens nach einem Öffnen des ersten Schalters insbesondere bei Kurzschlüssen von großem Nutzen.
-
Eine alternativ oder zusätzlich nutzbare Ausgestaltung sieht vor, dass der Schritt des Leitens des ersten Stroms durch den ersten Stromkreis folgende Schritte umfasst:
- – Leiten eines Normalbetriebsstroms durch einen elektrischen Verbraucher, der an der verbraucherseitigen Versorgungsleitung angeschlossen ist;
- – Entstehen eines Kurzschlusses zwischen der verbraucherseitigen Versorgungsleitung und dem elektrisch leitfähigen Rückweg; und
- – Erkennen des Kurzschlusses.
-
Eine Weiterbildung sieht vor, dass zwischen einer Spannungsquellenseite des ersten Schalters und dem elektrisch leitfähigen Rückweg eine Hilfskapazität angeordnet ist. Wenn eine spannungsquellenseitige Leitungsinduktivität größer als eine versorgungsseitige Leitungsinduktivität ist, kann mittels der Hilfskapazität erreicht werden, dass beim Einspeisen des Einspeisestroms in den Einspeiseknoten eine Gegenstromkomponente durch den ersten Schalter entsteht, die den Strom durch den ersten Schalter zumindest teilweise kompensiert, so dass der Lichtbogen schneller unterbrochen werden kann. Der Impulsstrom verursacht einen Potentialsprung am Einspeiseknoten. Damit findet an der spannungsquellenseitigen Versorgungsleitung ebenfalls ein Potentialsprung statt. Der Potentialsprung auf der spannungsquellenseitigen Versorgungsleitung führt zu einem Strom in der Hilfskapazität, der den Strom durch den Schalter verringert. Daher kann der Impulsstrom, welcher zur Kompensation des sonstigen Stroms durch den Schalter benötigt wird, kleiner sein als der gesamte Fehlerstrom.
-
Es ist zweckmäßig, wenn die Pulsstromquelle einen primären Stromkreis mit einer zweiten Spannungsquelle und einem zweiten Schalter umfasst. Hierdurch kann in einem ersten Stromkreis, der zu hochspannungsführenden Leitungen isoliert ist, mit kostengünstig beherrschbaren Mitteln der Mittelspannungstechnik eine elektrische Energiezufuhr zur Pulsstromquelle beeinflusst werden.
-
Die Erfindung ist anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
-
1 ein schematisches Schaltbild eines Systems zur Versorgung eines Verbrauchers aus einer ersten Spannungsquelle mit elektrischer Energie über eine Leitung mit einem Hochspannungstrennschalter und eine Pulsstromquelle zur Bereitstellung eines Einspeisestroms, um ein Unterdrücken oder Unterbrechen eines Lichtbogens nach einem Öffnen des Hochspannungstrennschalters zu bewirken;
-
2 ein schematisches Schaltbild des Systems nach 1 in einem ersten Schaltzustand;
-
3 ein schematisches Schaltbild des Systems nach 1 in einem zweiten Schaltzustand;
-
4 ein schematisches Schaltbild des Systems nach 1 in einem dritten Schaltzustand;
-
5 ein schematisches Schaltbild des Systems nach 1 in einem vierten Schaltzustand;
-
6 schematische, nicht maßstäbliche Verläufe über der Zeit für verschiedene Ströme und Spannungen während einer Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens;
-
7 ein schematisches Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Stromverteilungsstation;
-
8 ein schematisches Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Stromverteilungsstation;
-
9 ein schematisches Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform einer Stromverteilungsstation;
-
10 ein schematisches Blockschaltbild einer Anordnung mit einer bidirektional betreibbaren Schaltstufe; und
-
11 schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zum Unterdrücken oder Unterbrechen eines Lichtbogens in einem ersten Schalter nach einem Öffnen des ersten Schalters.
-
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
-
Die 1 zeigt eine erste Spannungsquelle QS, eine spannungsquellenseitige Versorgungsleitung LQi, einen Hochspannungstrennschalter SHi, eine verbraucherseitige Versorgungsleitung LVj, einen Verbraucher ZV und eine Pulsstromquelle PG. Die Pulsstromquelle PG ist zur Erzeugung eines Einspeisestroms IP zum Unterdrücken oder Unterbrechen eines Lichtbogens LB nach dem Öffnen des Hochspannungstrennschalters SHi vorgesehen. In der Figur ist bewusst nicht gezeigt, wo der zweite Anschluss ZVb des Verbrauchers ZV genau angeschlossen ist. Dort gibt es zumindest eine mittelbare elektrische Verbindung MV zu einem elektrisch leitfähigen Rückweg (beispielsweise einem Erdpotential). Das vorgeschlagene erfinderische Konzept eignet sich insbesondere zur Anwendung in einem Gleichstromübertragungssystem 11 mit einem Gleichstromverbraucher ZV (typischerweise einem Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandler) an einem fernen Leitungsende FE der versorgungsseitigen Leitung LVj.
-
Die spannungsquellenseitige Versorgungsleitung LQi weist eine erste Leitungsinduktivität L1 auf, und die versorgungsseitige Versorgungsleitung LVj weist eine zweite Leitungsinduktivität L2 auf. Außerdem hat die spannungsquellenseitige Versorgungsleitung LQi eine Hilfskapazität Caux, die aus parasitären Leitungskapazitäten und/oder einer Hilfskapazität gebildet wird. Außerdem weist die verbraucherseitige Versorgungsleitung LVj eine parasitäre Kapazität Cpar auf, die durch parasitäre Leitungskapazitäten gebildet wird.
-
An der spannungsquellenseitigen Versorgungsleitung LQi ist eine Serienschaltung aus einem dritten Schalter SEA1 und einem ersten Energieabsorber EA1 angeschlossen. An der verbraucherseitigen Versorgungsleitung LVj ist eine Serienschaltung aus einem vierten Schalter SEA2 und einem zweiten Energieabsorber EA2 angeschlossen. Zu dem Hochspannungstrennschalter SHi ist ein dritter Energieabsorber EA3 parallelgeschaltet. Der zweite Anschluss des ersten EA1 und des zweiten EA2 Energieabsorbers und der Kapazitäten Caux, Cpar liegt jeweils auf einem Potential eines elektrisch leitfähigen Rückwegs RW (beispielsweise einem Erdpotential).
-
Außerdem zeigt die Figur eine Kurzschlussverbindung KS auf der verbraucherseitigen Versorgungsleitung LVj. Aufgrund einer Störung ist hier eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der verbraucherseitigen Versorgungsleitung LVj und dem elektrisch leitfähigen Rückweg RW entstanden.
-
Die Pulsstromquelle PG umfasst einen Transformator T, dessen Primärwicklung W1 aus einer Gleichspannungsquelle QT über einen zweiten Schalter ST speisbar ist. Der zweite Schalter ST ist ein IGBT. Parallel zu der Primärwicklung W1 ist ein vierter Energieabsorber EA4 geschaltet. Der Transformator T umfasst einen Magnetkern MK. Die Sekundärwicklung W2 des Transformators T ist über einen Thyristor Th und einen dritten Schalter S3 wahlweise entweder an der spannungsquellenseitigen Versorgungsleitung LQi oder an der verbraucherseitigen Versorgungsleitung LVj anschließbar. Außer- oder innerhalb der Pulsstromquelle PG ist eine Steuerungsvorrichtung 50 vorgesehen zur Steuerung der Pulsstromquelle PG vorgesehen.
-
Die 2 zeigt das System 11 in einem ersten Schaltzustand I beim Auftreten eines Kurzschlusses KS. Hierbei ist der Hochspannungstrennschalter SHi zunächst noch stromdurchlässig. Abgesehen von dem Kurzschluss befindet sich das System 11 noch in einem Normalbetriebsmodus.
-
Die 3 zeigt das System 11 in einem zweiten Schaltzustand II, in welchem nach dem Auftreten des Kurzschlusses KS der Hochspannungstrennschalter SHi noch stromdurchlässig ist und das Magnetfeld im Magnetkern MK des Transformators T mittels eines Gleichstroms IT durch die Primärwicklung W1 des Transformators T aufgebaut wird, wobei der primäre Stromkreis KT geschlossen ist.
-
Die 4 zeigt das System 11 in einem dritten Schaltzustand III, in welchem nach dem Auftreten eines Kurzschlusses KS der Hochspannungstrennschalter SHi noch stromdurchlässig ist, der primäre Stromkreis KT unterbrochen ist und durch das selbsttätig abnehmende Magnetfeld im Magnetkern MK des Transformators T ein Einspeisestrom IP in einer Sekundärwicklung W2 des Transformators T induziert wird, wobei dieser Einspeisestrom IP über das Stromventil SP in einen Einspeiseknoten EK der verbraucherseitigen Versorgungsleitung LVj eingespeist wird. Das Stromventil Sp ist hierbei auf Durchlass geschaltet.
-
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Steuerung 50 eine Länge einer Ladezeit tL, in der sie die Pulsstromquelle PG im zweiten Schaltzustand verweilen lässt, nach einer Größe der ersten L1 und/oder der zweiten L2 Leitungsinduktivität bemisst. Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass die Steuerung 50 eine Länge einer Ladezeit tL, in der sie die Pulsstromquelle PG im zweiten Schaltzustand verweilen lässt, nach einem im Kurzschlussfall gemessenen Anstiegsverhalten des ersten Stroms IF und/oder nach einem im Kurzschlussfall gemessenen Spannungsabfallverhalten der spannungsquellenseitigen Leitungsspannung U1 und/oder der verbraucherseitigen Leitungsspannung U2 bemisst.
-
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Primärstromkreis KT zumindest abschnittsweise supraleitend ist und/oder dass die Pulsstromquelle ein SMES-System (superconducting magnet energy storage system) umfasst.
-
Die 5 zeigt das System 11 in einem vierten Schaltzustand IV, in welchem der primäre Stromkreis KT geöffnet ist und durch das selbsttätig abnehmende Magnetfeld im Magnetkern MK des Transformators T in der Sekundärwicklung W2 der Einspeisestrom IP induziert wird, wobei dieser Einspeisestrom IP über das Stromventil SP in einen Einspeiseknoten EK der verbraucherseitigen Versorgungsleitung LVj eingespeist wird. Das Stromventil Sp ist hierbei auf Durchlass geschaltet.
-
Der Hochspannungstrennschalter SHi wurde inzwischen stromundurchlässig geschaltet, so dass der Kurzschlussverbindung KS über keine elektrische Energie mehr die spannungsquellenseitige Versorgungsleitung LQi zugeführt wird. Der Kurzschlussverbindung KS wird nun nur noch Energie aus dem Magnetfeld und gegebenenfalls aus der parasitären Kapazität Cpar zugeführt. Sobald das Magnetfeld abgebaut ist, wird der Kurzschlussverbindung KS keine elektrische Energie mehr zugeführt. Damit wird vermieden, dass dort noch ein weiterer Schaden durch zugeführte elektrische Energie entsteht. Außerdem wurde der dritte Schalter SEA1 mit Undurchlässigschalten des Hochspannungstrennschalters SHi auf Stromdurchlass geschaltet, so dass eventuelle Überspannungen auf der spannungsquellenseitigen Versorgungsleitung LVi mittels des ersten Energieabsorbers EA1 unschädlich gemacht werden.
-
Die 6 zeigt schematische Zustandsdiagramme über der Zeit t für verschiedene Stromverläufe für IF, IP, ICB, ICaux, IT und Spannungsverläufe für UF, U2, UCB sowie ein Steuersignal s zur Betätigung des zweiten Schalters ST während einer Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens 100.
-
In dem in der Figur gezeigten Beispiel fließt bis zum Zeitpunkt t0' ein Strom IN durch einen ersten Stromkreis KF von der ersten Gleichspannungsquelle QS über die spannungsquellenseitige Versorgungsleitung LQi, über den Hochspannungstrennschalter SHi und die verbraucherseitige Versorgungsleitung LVj durch den Verbraucher ZV und über den elektrisch leitfähigen Rückweg RW (beispielsweise über ein Erdpotential) zurück zur ersten Gleichspannungsquelle QS.
-
Zum Zeitpunkt t0' entsteht ein Kurzschluss KS auf der verbraucherseitigen Versorgungsleitung LVj, der zu dem Verbraucher ZV parallelgeschaltet ist und einen verbraucherseitigen Gesamtwiderstand verringert. Der verbraucherseitige Gesamtwiderstand umfasst dann einen elektrischen Widerstand eines Teils LVj' der verbraucherseitigen Leitung LVj, einen elektrischen Kurzschlusswiderstand und einen elektrischen Widerstand des elektrisch leitfähigen Rückwegs RW. Der Strom IF durch die spannungsquellenseitige Versorgungsleitung LQi und durch die verbraucherseitige Versorgungsleitung LVj steigt aufgrund der Leitungsinduktivitäten L1, L2 nicht unmittelbar sondern mit der Zeit t in etwa linear an.
-
Zum Zeitpunkt t0'' hat der Strom IF durch die spannungsquellenseitige Versorgungsleitung LQi und die verbraucherseitige Versorgungsleitung LVj eine Stärke des Kurzschlussstroms IKS (im eingeschwungenen Zustand) erreicht. Gleichzeitig fällt aufgrund eines Innenwiderstands der Gleichspannungsquelle QS und/oder eines Leitungswiderstands der versorgungsseitigen Versorgungsleitung LQi eine Leitungsspannung U2 an einer Ausgangsseite SHib des ersten Schalters SHi auf einen Kurzschlussspannungswert UKS ab.
-
Zu einem Zeitpunkt t0, der zwischen den Zeitpunkten t0' bis t0'' liegt, erkennt eine Steuerungsvorrichtung 50 mittels eines Überwachungssystems den Kurzschlusszustand. Die Steuerungsvorrichtung 50 veranlasst dann mittels eines Steuersignals s (siehe 1) ein Schließen des primären Stromkreises KT mittels eines zweiten Schalters ST. Der zweite Schalter ST ist in einem primären Stromkreis KT der Pulsstromquelle PG angeordnet. Damit fließt durch die Primärwicklung W1 des Transformators T der Pulsstromquelle PG ein Strom IP. Der Strom IP baut in dem Magnetkreis M des Transformators T ein Magnetfeld auf. Aufgrund des Wicklungssinns der Sekundärwicklung W2 des Transformators T und der Durchlassrichtung RD (siehe 1) der Hochspannungsdiode HD (beziehungsweise des Thyristors Th), welche (bzw. welcher) zur Sekundärwicklung W2 des Transformators T in Serie geschaltet ist, fließt noch kein Strom IP durch die Sekundärwicklung W2 des Transformators T. Also verhält sich der Transformator T für den Primärstromkreis KT zunächst so, als wenn an der Induktivität LT (siehe 1) keine Sekundärwicklung W2 magnetisch angekoppelt wäre.
-
Zu dem Zeitpunkt t1 wird der Hochspannungstrennschalter SHi bei fließendem Kurzschlussstrom IKS geöffnet, so dass ein Lichtbogen LB entsteht, an dem zwischen den Schaltkontakten des Hochspannungstrennschalters SHi eine Brennspannung U abfällt.
-
Zum Zeitpunkt t2 veranlasst die Steuerungsvorrichtung 50 mittels des Steuersignals s, dass der zweite Schalter ST bis zum Zeitpunkt 2a hochohmig wird. Hierdurch verringert sich die Stärke des Stroms IT durch den Primärstromkreis KT bis zum Zeitpunkt 2a bis auf null Ampere. Das im Magnetkreis M aufgebaute Magnetfeld versucht, dem Abnehmen des Stroms IT entgegenzuwirken. Hierdurch entsteht an der Sekundärwicklung W2 des Transformators T eine Sekundärspannung UW2, welche höher ist als die Kurzschlussspannung UKS, so dass die Hochspannungsdiode HD auf Durchlass geschaltet wird und ein Einspeisestrom IP durch die Hochspannungsdiode HD (bzw. den Thyristor) fließt. Unter der Annahme, dass die verbraucherseitige Leitungsinduktivität L2 deutlich größer ist als die spannungsquellenseitige Leitungsinduktivität L1, ersetzt der Einspeisestrom IP bis zum Zeitpunkt t2a nach und nach den Strom ICB durch den ersten Schalter SHi. Damit nimmt der Strom ICB durch den ersten Schalter SHi bis auf null Ampere ab, bis letztlich der Lichtbogen LB im ersten Schalter SHi erlischt.
-
Der Stärke des Stroms ICB durch den ersten Schalter SHi beträgt dann Null Ampere.
-
Zwischen dem Zeitpunkt t2a und einem Zeitpunkt t4 nimmt der Einspeisestrom IP durch die Sekundärwicklung W2 des Transformators T bis auf Null ab. Dabei wird die im Magnetfeld gespeicherte Energie in ohmschen Widerständen der Sekundärwicklung W2, der Hochspannungsdiode HD (bzw. des Thyristors), der verbraucherseitigen Versorgungsleitung L2, des Kurzschlusses und des elektrisch leitfähigen Rückwegs RW in Wärme umgewandelt.
-
Durch die Einspeisung des ansteigenden Einspeisestroms IP in den Einspeiseknoten EK kann die Leitungsspannung U2 an dem Einspeiseknoten EK bis zum Zeitpunkt t2a ansteigen. Durch diesen Anstieg und eine Kapazität Caux, die im Bereich eines Eingangs SHia des ersten Schalters SHi angeschlossen ist, kann eine Gegenstromkomponente durch den ersten Schalter SHi entstehen. Wenn die erste Leitungsinduktivität L1 größer als die zweite Leitungsinduktivität L2 ist, kann die Gegenstromkomponente dazu führen, dass der Strom ICB durch den ersten Schalter SHi bei gleicher Pulsstromstärke Ip schneller abnimmt und der Lichtbogen LB bei gleicher Pulsstromstärke Ip schneller unterbrochen werden kann. Dadurch kann unter der genannten Randbedingung bei gleicher Pulsstromstärke Ip der zeitliche Abstand zwischen t2 und t2a verkürzt werden. Aufgrund der Gegenstromkomponente in die Hilfskapazität Caux kann zum vollständigen Kompensieren des Stroms durch den Schalter SHi eine Stärke des Pulsstroms Ip ausreichen, welche kleiner ist als eine Stärke des Kurzschlussstroms IF.
-
An der in 7 gezeigten ersten Ausführungsform einer Stromverteilungsstation SVS ist auf der Spannungsquellenseite Q der Stromverteilungsstation SVS ein Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler WG angeschlossen und auf der Verbraucherseite V der Stromverteilungsstation SVS drei verbraucherseitige Versorgungsleitungen LVj, an deren fernen Ende FE je ein Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandler GW angeschlossen ist. Die Stromverteilungsstation SVS umfasst drei Stromschienen SSi mit je einem Hochspannungstrennschalter SHi.
-
Für die gesamte Stromverteilungsstation SVS ist eine Pulsstromquelle PG, ein erster Energieabsorber EA1 und ein zweiter Energieabsorber EA2 vorgesehen. Mittels eines ersten Wahlschalters SW1 kann ein erster Ausgangsanschluss PGa der Pulsstromquelle PG wahlweise auf jede Stromschiene SSi auf der Verbraucherseite V des Hochspannungstrennschalters SHi oder auf eine Stromschiene SSi auf der Spannungsquellenseite Q des Hochspannungstrennschalters SHi aufgeschaltet werden, die auf Versorgungsspannungspotential U1 liegt. Der zweite Ausgangsanschluss PGb der Pulsstromquelle PG ist mit dem elektrisch leitfähigen Rückweg RW (beispielsweise mit einem Erdpotential) verbunden.
-
Mittels eines zweiten Wahlschalters SW2 kann der erste Energieabsorber EA1 wahlweise mit jeder der Stromschienen SSi auf der Verbraucherseite V des Hochspannungstrennschalters SHi oder mit einer Stromschiene SSi auf der Spannungsquellenseite Q des Hochspannungstrennschalters SHi verbunden werden, die auf Versorgungsspannungspotential U1 liegt. Der zweite Ausgangsanschluss EA1b des ersten Energieabsorbers EA1 ist mit der Stromschiene SSi für den elektrisch leitfähigen RW verbunden. Mittels eines dritten Wahlschalters SW3 kann der zweite Energieabsorber EA2 wahlweise mit jeder der Stromschienen SSi auf der Verbraucherseite V des Hochspannungstrennschalters SHi oder mit einer Stromschiene SSi auf der Spannungsquellenseite Q des Hochspannungstrennschalters SHi elektrisch verbunden werden, die auf Versorgungsspannungspotential U1 liegt. Der zweite Ausgangsanschluss EA2b des zweiten Energieabsorbers EA2 ist mit dem elektrisch leitfähigen Rückweg RW verbunden.
-
An der in 8 gezeigten zweiten Ausführungsform einer Stromverteilungsstation SVS ist auf der Spannungsquellenseite Q der Stromverteilungsstation SVS ein Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler WG angeschlossen. Auf der Verbraucherseite V der Stromverteilungsstation SVS sind drei verbraucherseitige Versorgungsleitungen LVj angeschlossen, an deren fernen Ende FE je ein zweiter Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandler GW angeschlossen ist. Die Stromverteilungsstation SVS umfasst drei Stromschienen SSi mit je einem Hochspannungstrennschalter SHi. Für die gesamte Stromverteilungsstation SVS ist eine Pulsstromquelle PG und ein Energieabsorber EA vorgesehen.
-
Mittels eines ersten Wahlschalters SW1 kann die Pulsstromquelle PG wahlweise auf jede der Stromschienen SSi auf der Verbraucherseite V des Hochspannungstrennschalters SHi oder auf eine Stromschiene SSi auf der Spannungsquellenseite Q des Hochspannungstrennschalters SHi aufgeschaltet werden, die auf Versorgungsspannungspotential U1 liegt. Mittels eines zweiten Wahlschalters SW2 kann ein Energieabsorber EA wahlweise mit jeder der Stromschienen SSi auf der Verbraucherseite V des Hochspannungstrennschalters SHi oder mit der Stromschiene SSi auf der Spannungsquellenseite Q des Hochspannungstrennschalters SHi elektrisch verbunden werden, die auf Versorgungsspannungspotential U1 liegt. Mittels eines vierten Wahlschalters SW4 kann der zweite Ausgangsanschluss EAb des Energieabsorbers EA wahlweise mit jeder der Stromschienen SSi auf der Verbraucherseite V des Hochspannungstrennschalters SHi oder mit einer Stromschiene SSi auf der Spannungsquellenseite Q des Hochspannungstrennschalters SHi elektrisch verbunden werden, die auf Versorgungsspannungspotential U1 liegt.
-
An der in 9 gezeigten dritten Ausführungsform einer Stromverteilungsstation SVS ist auf der Spannungsquellenseite Q der Stromverteilungsstation SVS ein Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler WG angeschlossen und auf der Verbraucherseite V der Stromverteilungsstation SVS drei verbraucherseitige Versorgungsleitungen LVj, an deren fernen Ende FE je ein Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandler GW angeschlossen ist. Die Stromverteilungsstation SVS umfasst drei Stromschienen SSi mit je einem Hochspannungstrennschalter SHi. Für die gesamte Stromverteilungsstation SVS ist eine Pulsstromquelle PG und ein Energieabsorber EA vorgesehen.
-
Mittels eines ersten Wahlschalters SW1 kann die Pulsstromquelle PG wahlweise auf jede der Stromschienen SSi auf der Verbraucherseite V des Hochspannungstrennschalters SHi oder auf eine Stromschiene SSi auf der Spannungsquellenseite Q des Hochspannungstrennschalters SHi aufgeschaltet werden, die auf Versorgungsspannungspotential U1 liegt. Mittels eines zweiten Wahlschalters SW2 kann ein Energieabsorber EA wahlweise mit jeder der Stromschienen SSi auf der Verbraucherseite V des Hochspannungstrennschalters SHi oder mit der Stromschiene SSi auf der Spannungsquellenseite Q des Hochspannungstrennschalters SHi elektrisch verbunden werden, die auf Versorgungsspannungspotential U1 liegt. Mittels eines vierten Wahlschalters SW4 kann der zweite Ausgangsanschluss EA1b des Energieabsorbers EA1 wahlweise mit jeder der Stromschienen SSi auf der Verbraucherseite V des Hochspannungstrennschalters SHi elektrisch verbunden werden.
-
Abhängig von den Erfordernissen im jeweiligen Anwendungsfall kann für jeden der in den Ausführungsbeispielen genannten Schalter ein mechanischer Schalter, ein elektronischer Schalter oder ein hybrider Schalter verwendet werden, der beide Schalttechnologien nutzt.
-
Der erste Schalter SHi und/oder mindestens einer der Wahlschalter SW1, SW2, SW3, SW4 kann durch die Steuerungsvorrichtung, insbesondere in Abhängigkeit eines detektierten Ortes eines Kurzschlusses, gesteuert werden.
-
Die in 10 gezeigte Schaltstufe umfasst eine T-Schaltung, in deren Mittelzweig MZ eine Pulsstromquelle PG angeordnet ist, wie sie zuvor beschrieben wurde, und in deren Seitenarmen SA1, SA2 jeweils ein erster Schalter SHi angeordnet ist. Zum Unterbrechen der Versorgungsleitung wird (zumindest) derjenige erste Schalter SHi geöffnet, welcher der aktuellen Versorgungsseite Q zugewandt ist. Mittels Aufschalten der Pulsstromquelle PG wird in den Einspeiseknoten EK derjenige Strom IF zumindest teilweise kompensiert, der vor dem Aufschalten der Pulsstromquelle PG auf der Verbraucherseite V floss. Außerdem kann ein Teil des Einspeisestroms IP einen Gegenstrom durch den Lichtbogen LB des geöffneten Schalters SHi bilden und auch so dazu beitragen, den Strom ICB durch den Lichtbogen LB des ersten Schalters SHi zu verringern.
-
Die 11 zeigt ein Verfahren 100 zum Unterdrücken oder Unterbrechen eines Lichtbogens LB in einem ersten Schalter SHi nach einem Öffnen 120 des ersten Schalters SHi. Das Verfahren 100 umfasst folgende Schritte.
-
In einem ersten Schritt 110 wird ein erster Strom IF durch einen ersten Stromkreis KF von einem ersten Anschluss QSa einer ersten Spannungsquelle QS über den ersten Schalter SHi, über eine verbraucherseitige Versorgungsleitung LVj, über eine elektrische Verbindung KS, ZV und über einen elektrisch leitfähigen Rückweg RW (beispielsweise über eine Erdverbindung) zu einem zweiten Anschluss QSb der ersten Spannungsquelle QS geleitet.
-
In einem zweiten Schritt 120 wird der erste Schalter SHi geöffnet. In einem dritten Schritt 130 wird ein Einspeisestrom IP auf einen Einspeiseknoten EK aufgeschaltet.
-
Der Einspeisestrom IP fließt durch die verbraucherseitige Versorgungsleitung LVj in gleicher Richtung R(IF) wie der erste Strom IF. Die Pulsstromquelle PG ist zwischen dem elektrisch leitfähigen Rückweg RW (beispielsweise einem Erdpotential) und einem Einspeiseknoten EK angeordnet. Der Einspeiseknoten EK ist zwischen einem Ausgangsanschluss SHa des ersten Schalters SHi und der elektrischen Verbindung KS, ZV angeordnet.
-
Die elektrisch leitfähige Verbindung kann eine Kurzschlussverbindung KS oder ein elektrischer Verbraucher ZV sein. Im letzteren Fall kann das Verfahren 100 zum Unterdrücken oder Unterbrechen eines Lichtbogens LB während eines Normalbetriebsmodus angewendet werden.
-
Der Schritt 110 des Leitens des ersten Stroms IF durch den ersten Stromkreis KF kann folgende Teilschritte umfassen:
Leiten 112 eines Normalbetriebsstroms IN durch einen elektrischen Verbraucher ZV, der an der verbraucherseitigen Versorgungsleitung LVj angeschlossen ist, Entstehen 114 eines Kurzschlusses KS zwischen der verbraucherseitigen Versorgungsleitung LVj und dem elektrisch leitfähigen Rückweg RW und Erkennen 116 des Kurzschlusses KS.
-
Vorzugsweise ist eine Stärke des Einspeisestroms IP zumindest zeitweise mindestens so groß ist wie eine Stärke des ersten Stroms IF vor dem Einspeisen 130 der Pulsstromquelle PG.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
