DE102022210201A1 - Anordnung von für Mittelspannung ausgelegten RC-Elementen für das Schalten von kleinen induktiven Strömen mittels Vakuumschalttechnik auf Hochspannungsebene - Google Patents

Abstract

Die Erfindung schafft eine Schaltungsanordnung von für Mittelspannung ausgelegten RC-Elementen zur Realisierung einer RC-Filterkreis-Lösung zum Schalten von kleinen induktiven Strömen mittels Hochspannungs-Vakuumschalttechnik im Hochspannungsbereich >= 72,5 kV. Vorteilhafte Weiterbildungen betreffen spezifische Anordnungen für den begrenzten Bauraum in einem Umspannwerk.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anordnung von für Mittelspannung ausgelegten RC-Elementen zur Realisierung einer RC-Filterkreis-Lösung zum Schalten von kleinen induktiven Strömen mittels Hochspannungs-Vakuumschalttechnik.
• Beim Schalten von kleinen induktiven Strömen, wie sie bei Drosselanwendungen in den Hochspannungsnetzen (>= 72,5 kV) auftreten, sind besondere Schutzmaßnahmen notwendig. Die Schaltaufgabe birgt die Gefahr, dass transiente Überspannungen die Komponenten des Umspannwerks zerstören können. Hier ist speziell die Drossel selbst einer gewissen Gefahr ausgesetzt. Als Schaltmedien sind beispielsweise Gasschalter und Vakuumschaltgeräte gegeben.
• In den Hochspannungsnetzen werden überwiegend SF6-Leistungsschalter verwendet. Bei diesen Anwendungsfällen werden die Gasschalter nicht ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen betrieben. Diese Maßnahmen dienen der Reduzierung der während des Schaltvorganges auftretenden Überspannungen.
• Bisher sind Anwendungen zum Drosselschalten in den Hochspannungsnetzen (>= 72,5 kV) mit einer Kombination aus einem elektronischen Steuergerät (steuert den exakten Zeitpunkt der Einschaltung oder Ausschaltung) und einem SF6-Leistungsschalter mit Einzelpolantrieb bedient worden. Die Lösung ist kostenintensiv, erfordert einen erhöhten Aufwand bei der Inbetriebsetzung und birgt das Risiko, dass sich die im Steuergerät hinterlegten Daten des Leistungsschalters, wie zum Beispiel die Eigenzeiten des Schalters, im Verlaufe des Betriebs - über die Jahrzehnte - verändern. Damit könnte der optimale Schaltzeitpunkt verändert sein und die Funktion der Anordnung von Einzelpol-getriebenem Leistungsschalter und elektronischem Steuergerät beeinträchtigt sein.
• Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Lösung anzugeben, wie ein RC-Filterkreis in der elektrischen Hochspannungs-Energieübertragung, bei der die Hochspannung (HV) größer oder gleich 72,5 Kilovolt beträgt, eingesetzt werden kann. Des Weiteren ist die Erfindung darauf gerichtet, Varianten für die Anordnung der RC-Elemente für ein effizientes Einfügen in den begrenzten Bauraum in einer Umspannwerk-Architektur anzugeben.
• Das Problem wird durch eine Schaltungsanordnung einer Mehrzahl von RC-Elementen umfassend die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
• Die Nutzung eines RC-Filterkreises (Reihenschaltung aus Widerstand R und Kondensator C) kann die Auswirkung transienter Überspannungen deutlich reduzieren. Eine solche Lösung wird in der Mittelspannung seit vielen Jahren verwendet und ist dort Stand der Technik. Folglich sind auch RC-Filterkreiskomponenten für die Mittelspannungsebene verfügbar.
• Die Übertragung dieser Technik auf die Hochspannungs-Anwendungen erschließt Drosselschaltanwendungen auch für Hochspannungs-Vakuumschaltgeräte. Die erfindungsgemäße Anordnung verfügbarer, diskreter Mittelspannungs-Freiluft-RC-Elemente stellt eine effiziente Methode dar, um auch Hochspannungs-Anwendungen bedienen zu können. Die effiziente Anordnung dieser RC-Elemente kann besonders geeignet sein, um in die entsprechende Umspannwerk-Architektur integriert zu werden. Hier ist vorhandener Bauraum knapp.
• Die bestehenden RC-Lösungen der Mittelspannung decken im Wesentlichen die Spannungsbereiche bis 36 kV ab. Um eine Ausweitung auf die Hochspannung möglich zu machen, werden mehrere dieser Elemente erfindunggemäß miteinander verschaltet. Die R- und C-Elemente mögen gemeinsam in einem metallischen Gehäuse G untergebracht sein. Dieses Gehäuse verfügt über eine freiluftfeste Durchführung D. Die elektrische Reihenschaltung von solchen diskreten Komponenten macht eine Verwendung in höheren Spannungsebenen möglich.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein RC-Element durch einen Stützisolator oder mehrere Stützisolatoren SI befestigt. Dies dient zum einen der mechanischen Festigkeit und zum anderen der Einhaltung des Abstandes zur Spannungsisolation.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert.
• Dabei zeigen:
• 1 eine erfindungsgemäße Anordnung dreier einzelner RC-Elemente mit zur gleichen Seite ausgerichteten Durchführungen,
• 2 eine erfindungsgemäße Anordnung dreier einzelner RC-Elemente mit zu entgegengesetzten Seiten ausgerichteten Durchführungen,
• 3 eine erfindungsgemäße Anordnung dreier einzelner RC-Elemente mit in einer Reihe ausgerichteten Durchführungen und
• 4 eine erfindungsgemäße Anordnung dreier einzelner RC-Elemente in genau zwei Ebenen.
• In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente.
• 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen RC-Elemente. Drei RC-Elemente RC, die jeweils eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator aufweisen, sind mit ihren Hauptflächen parallel zueinander angeordnet. Die RC-Elemente sind jeweils für eine Mittelspannung bis 36 kV ausgelegt. Die RC-Elemente weisen jeweils zwei elektrische Anschlüsse auf, einen Gehäuseanschluss GA und einen Durchführungsanschluss DA. Ein Durchführungsanschluss DA ist an dem vom Gehäuse G abgewandten Ende der Durchführung D angeordnet. Die Durchführung D selbst mag an dem Gehäuse G außerhalb der Mitte ihrer Befestigungsfläche angeordnet sein.
• Bei der Anordnung nach 1 sind die Durchführungsanschlüsse DA mehrerer RC-Elemente einer Seite zugewandt. Die Durchführungsanschlüsse DA benachbarter RC-Elemente können versetzt zueinander, insbesondere nach rechts beziehungsweise links ausgerichtet, zur verbesserten Verschaltung der RC-Elemente angeordnet sein. Die RC-Elemente können übereinandergestapelt oder auch horizontal nebeneinandergestellt angeordnet werden. Dies gestattet eine Anpassung an die jeweiligen Platzverhältnisse in einem Umspannwerk. Die RC-Elemente mögen durch nicht in der Figur dargestellte Stützisolatoren befestigt sein. Diese dienen zum einen der mechanischen Festigkeit und zum anderen der Einhaltung des Abstandes zur Spannungsisolation.
• 2 stellt eine zweite mögliche Anordnung der einzelnen RC-Elemente dar, bei der die Durchführungen D der diskreten RC-Elemente alternierend vorne und hinten angeordnet sind. Zur besseren Verschaltung der verschiedenen RC-Elemente sind die Durchführungen abwechselnd links und rechts angeordnet. Die RC-Elemente können übereinandergestapelt oder auch horizontal nebeneinandergestellt angeordnet werden. Dies gestattet eine Anpassung an die jeweiligen Platzverhältnisse in einem Umspannwerk. Die RC-Elemente mögen durch nicht in der Figur dargestellte Stützisolatoren befestigt sein. Diese dienen zum einen der mechanischen Festigkeit und zum anderen der Einhaltung des Abstandes zur Spannungsisolation.
• In 3 ist eine Anordnung dargestellt, bei der die RC-Elemente senkrecht übereinandergestapelt, aber auch mit ihren Durchführungen D in Reihe angeordnet sind. Hier gibt es zwei Möglichkeiten:
• Wie in der Figur links dargestellt sind die Durchführungen D nach links und rechts alternierend angeordnet. Auf der jeweils anderen Seite des RC-Elements ist entsprechend ein Stützisolator SI angeordnet, der die Kräfte der gestapelten Elemente aufnimmt. Das Gehäuse G des untersten RC-Elementes ist unmittelbar mit einer Erdpotential führenden Standfläche verbunden. Diese Anordnung erfordert für drei RC-Elemente nur zwei Stützisolatoren SI.
• Es gibt jedoch auch die Variante, in 3 rechts dargestellt, dass alle Durchführungen D auf einer Seite angeordnet sind und auf der anderen Seite alle Stützisolatoren SI angeordnet werden. Das unterste RC-Element ist mit dem Durchführungsanschluss DA seiner Durchführung D unmittelbar mit einer Erdpotential führenden Standfläche verbunden. Diese Anordnung erfordert für drei RC-Elemente drei Stützisolatoren SI.
• 4 zeigt eine besonders kompakte Anordnung der RC-Elemente. Hier stehen die Elemente in genau zwei Ebenen nebeneinander. Sie sind hochkant angeordnet und die Verschaltung erfolgt von einem Element links zu einem Element rechts. Auch hier könnten die Durchführungen immer auf einer Seite angeordnet sein (wie in der Figur dargestellt) oder auch alternierend (vorne / hinten). Das Gehäuse G des untersten RC-Elementes ist unmittelbar mit einer Erdpotential führenden Standfläche verbunden.
• Die Reihenschaltung der RC-Elemente kann so weitergebildet sein, dass zu jedem RC-Element ein hochohmiger Widerstand mit gleichem Widerstandswert parallelgeschaltet ist. Dies stellt sicher, dass die Hochspannung HV gleichmäßig auf die einzelnen RC-Elemente verteilt wird.
• Ein RC-Element kann durch ein handelsübliches vom Typ MV APP der Firma TDK Electronics AG gegeben sein.
• Unter Hochspannung im Sinne der Erfindung wird eine Spannung von 72,5 kV (kilo Volt) und größer verstanden, umfassend Gleichspannung, Wechselspannung, wenn dreipolig auch Drehstrom.
• Die vorliegende Erfindung wurde zu Illustrationszwecken anhand von konkreten Ausführungsbeispielen im Detail erläutert. Dabei können Elemente der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden. Die Erfindung soll daher nicht auf einzelne Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern lediglich eine Beschränkung durch die angehängten Ansprüche erfahren.
• Bezugszeichenliste

D

Durchführung/Ausleitung/Spannungs-Durchführung

DA

Durchführungsanschluss

EP

Erdpotential, Masse

G

Gehäuse

HV

Hochspannung, high voltage

SI

Stützisolator

Claims (10)

1. Schaltungsanordnung zum Einsatz von für Mittelspannung ausgelegten elektrischen RC-Elementen in der elektrischen Hochspannungs-Energieübertragung, bei der die Hochspannung (HV) größer oder gleich 72,5 Kilovolt beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem die Hochspannung (HV) führenden Leiter und Erdpotential (EP) eine Reihenschaltung umfassened eine Mehrzahl von RC-Elementen angeordnet ist und die Summe der Spannungsfestigkeiten der Mehrzahl von RC-Elementen größer als die Hochspannung (HV) ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliges RC-Element ein quaderförmiges, insbesondere metallisches, Gehäuse (G) aufweist, auf einer Seite des Gehäuses eine freiluftfeste Spannungs-Durchführung (D) angeordnet ist, ein erster Anschluss (GA) an dem Gehäuse und ein zweiter Durchführungsanschluss (DA) durch die Spannungs-Durchführung (D) gegeben sind, in dem Gehäuse eine Reihenschaltung aus mindestens einem elektrischen Widerstand und mindestens einem Kondensator angeordnet ist, die mit dem ersten Anschluss (GA) beziehungsweise mit dem zweiten Durchführungsanschluss (DA) verbunden ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungs-Durchführung (D) auf einer Stirnseite des Gehäuses außermittig angeordnet ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die RC-Elemente mit ihren Hauptflächen einander zugewandt und ihre Spannungs-Durchführung (D) auf einer Gehäuseseite abwechelnd versetzt zueinander angeordnet sind. (1)
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die RC-Elemente mit ihren Hauptflächen einander zugewandt und ihre Spannungs-Durchführung (D) abwechelnd auf entgegengesetzten Gehäuseseiten angeordnet sind. (2)
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass ein RC-Element an die Spannungs-Durchführung (D) eines benachbarten RC-Elementes angereiht ist. (3)
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die RC-Elemente mit ihren Hauptflächen in genau zwei unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind und RC-Elemente unterschiedlicher Ebenen aufeinander folgend elektrisch verbunden sind. (4)
8. Schaltungsanordnung einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein RC-Element durch einen Stützisolator (SI) befestigt ist.
9. Schaltungsanordnung einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass jedem RC-Element ein hochohmiger Widerstand mit gleichem Widerstandswert parallelgeschaltet ist.
10. Schaltungsanordnung einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem eine Drossel schaltenden Hochspannungs-Vakuumschaltgerät verschaltet ist.

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