DE1129222B

DE1129222B - Einrichtung zur Verringerung der Wirkung von Kurzschluessen

Info

Publication number: DE1129222B
Application number: DEA36076A
Authority: DE
Inventors: Dr Sc Math Paul Baltensberger
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1960-10-26
Filing date: 1960-11-21
Publication date: 1962-05-10
Also published as: CH380809A; US3152282A; JPS3819484B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung unter Verwendung von Drosselspulen mit Eisenkern zur Verringerung der Wirkung von Kurzschlüssen in elektrischen Netzen, insbesondere Freileitungsnetzen, auf den in Reihe damit liegenden Leistungsschalter, der unabhängig vom Augenblickswert des Kurzschlußstromes in jedem Zeitpunkt einer Periode ausschalten kann.

Es ist seit langem bekannt, bei abgehenden Leitungen oder Kabeln Kurzschlußdrosselspulen vorzusehen. Diese begrenzen den Kurzschlußstrom, indem die Netzimpedanz vergrößert wird. Insbeondere bei Fehlern in unmittelbarer Nähe des Schalters wirkt diese Drosselspule sehr stark, weil sie dann die einzige Impedanz zwischen Schalter und Fehlerstelle ist. Solche Kurzschlußdrosselspulen sind bisher als Luftspulen gewickelt worden. Sie besitzen eine Reaktanz, welche mindestens in der Größenordnung der Impedanzen der abgehenden Leitungen liegt, sehr oft sogar, insbesondere in Kabelnetzen, noch größer ist. Weil sie ohne Eisen ausgeführt worden sind, benötigen sie eine sehr große Windungszahl und beanspruchen dadurch viel Platz in der Schaltanlage. Die Anforderungen an die Kurzschlußfestigkeit sind sehr groß, da große dynamische Kräfte während des Kurzschlusses auftreten. Die Drosselspulen bilden durch ihre hohe Reaktanz mit der noch geringen Kapazität des kurzgeschlossenen Leitungsstückes eine hohe Eigenfrequenz, nach welcher sich die wiederkehrende Spannung einschwingt. Hierdurch entsteht eine hohe Anstiegsgeschwindigkeit der wiederkehrenden Spannung, wodurch Wiederzündungen während des Abschaltens im Leistungsschalter entstehen können. Dies wirkt sich insbesondere bei Abstandskurzschlüssen aus, d. h. bei Kurzschlüssen, welche nur wenig, etwa einige Kilometer, von der Schaltanlage entfernt liegen.

Man hat deshalb vorgeschlagen, parallel zum Leistungsschalter ohmsche Widerstände zu schalten, welche die Schwingungen dämpfen. Man hat auch Kondensatoren zusätzlich zwischen Leitung und Erde geschaltet, um die Leitungskapazität zu erhöhen und dadurch die Frequenz der wiederkehrenden Spannung zu verkleinern. Solche Kondensatoren müssen für die volle Betriebsspannung ausgelegt sein und sind daher meist unwirtschaftlich.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine möglichst billige Einrichtung zu finden, mit welcher die Abschaltung im Leistungsschalter bei Abstandskurzschlüssen, also bei hohen Einschwingfrequenzen der wiederkehrenden Spannung, erleichtert wird.

Nun ist bei der Schaltung von Kontaktumformern bekanntgeworden, Drosselspulen zu verwenden, welche Einrichtung zur Verringerung der Wirkung von Kurzschlüssen

Anmelder:

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.,
Baden (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. E.Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 26. Oktober 1960 (Nr. 11 989)

Dr. se. math. Paul Baltensberger,

Würenlos, Aargau (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

während der Wechselstromperiode eine stromschwache Pause in der Nähe des Stromnulldurchgangs hervorrufen, während welcher die Kontakte des Umformers schalten können. Dies wird dadurch erreicht, daß die Drosselspule einen Eisenkern besitzt, welcher während jeder Halbwelle nur kurze Zeit entsättigt ist, sonst aber so stark gesättigt wird, daß sie keinen nennenswerten Spannungsabfall verursachen kann. Solche Schaltdrosselspulen hat man auch mit Hilfswicklungen versehen, um den Zeitpunkt der stromschwachen Pause beliebig verschieben zu können. Für die Abschaltung bei Kurzschlüssen sind diese Drosselspulen aber nicht geeignet. Man muß daher bei Kontaktumformern zusätzlich Kurzschließer vorsehen, welche zur Schonung der Kontakte die Wechselstromseite kurzschließen und die Abschaltung durch den Wechselstromschalter bewirken.

Auch für Synchronschalter, also für Schalter, welche möglichst genau im Nulldurchgang ähnlich wie beim Kontaktumformer abschalten sollen, ist es bekanntgeworden, Drosselspulen vorzuschalten, welche nur beim Nulldurchgang des Stromes entsättigt sind. Wegen der Ungenauigkeit der Synchronisierungseinrichtung wird durch die Drosselspule eine stromschwache Pause während jeder Periode erzeugt, so daß dem Synchronisierungsschalter eine Toleranz zugebilligt werden kann, innerhalb der er schaltet. Diese Einrichtung wirkt praktisch nur bei betriebsmäßigen

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Strömen; im Kurzschlußfall ist die Zeit der Entsätti- Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bei der die Begrenzungs-

gung zu kurz, um eine genügend lange stromschwache einrichtung vor und hinter dem Schalter vorgesehen Pause erzeugen zu können. ist. Man kann sie auch nur vor dem Schalter oder

Erfindungsgemäß wird nun eine Einrichtung zur nur hinter dem Schalter, wie bei den ersten BeiVerringerung der Wirkung von Kurzschlüssen in 5 spielen, anordnen. Die Begrenzungseinrichtung vor elektrischen Netzen unter Verwendung von Drossel- dem Leistungsschalter besteht aus der Drosselspule spulen mit Eisenkern vorgeschlagen, bei der die 13 und dem Kondensator 16. Drosselspule bereits bei Werten von etwa einem Hun- Eine weitere Verbesserung der Begrenzungseinrich-

dertstel des Nennstromes gesättigt ist und die Induk- tung zeigt Fig. 4. Hier ist noch ein Schalter 7 parallel tivität der entsättigten Spule höchtens so groß wie io zur Drosselspule geschaltet, welcher im Kurzschlußdie Induktivität eines Freileitungsstückes von 10 km fall, spätestens gleichzeitig mit dem Schalter2, öffnet, ist. . Man kann diesen auch durch schnellwirkende Sicheln den Figuren sind Ausführungsbeispiele solcher rangen ersetzen. Hierdurch wird im normalen BeEinrichtungen dargestellt. In Fig. 1 ist einFreileitungs- trieb jeder Spannungsabfall in der Drosselspule verabzweig in einer Schaltanlage gezeigt. Von der Sam- 15 mieden und die Drosselspule selbst während des Bemelschiene 1 (einpolig dargestellt) wird über den Lei- triebes nicht belastet.

stungsschalter 2 und eine Begrenzungseinrichtung 3 Fig. 5 zeigt eine Einrichtung, in welcher der Sätti-

die Freileitung 4 gespeist. Die Begrenzungseinrich- gungspunkt der Drosselspule durch eine Vormagnetitung besteht in diesem Fall aus einer Drosselspule sierung beeinflußt werden kann. Sie enthält eine Hilf smit dem Eisenkern 5. Ihre Induktivität ist im unge- 20 wicklung 8, welche an einen Stromwandler 9 angesättigten Zustand höchstens so groß, wie die Induk- schlossen ist. Hierdurch kann man die Eigeninduktivität eines Freileitungsstückes von 10 km. Sie ist tivität der Drosselspule noch verkleinern, da durch also wesentlich kleiner als bei den bekannten Kurz- die Hilfswicklung die Sättigung bei hohen Strömen Schlußdrosselspulen. Die Wirkungsweise dieser Be- früher erreicht wird als wenn Ströme nur in der grenzungseinrichtung ist nun folgende: Im Normal- 25 Hauptwicklung fließen wurden, betrieb wirkt die Drosselspule ähnlich wie eine Kurz- Diese Maßnahme hat besondere Bedeutung, wenn

schlußdrosselspule bekannter Bauart. Es entsteht ein im Hauptstromkreis keine Windung vorgesehen ist, induktiver Spannungsabfall, welcher praktisch auf die sondern der Leiter selbst zur weiteren Verbilligung Spannungshaltung keinen Einfluß hat, weil er senk- der Einrichtung als Drosselspule verwendet wird, recht zum Spannungsvektor liegt. Da die Induktivität 30 indem ein Eisenkern über ihn geschoben wird. Die aber wesentlich kleiner ist als bei den bekannten Hilfswicklung kann dann auf diesen Eisenkern geDrosselspulen, ist dieser Spannungsabfall auch an wickelt werden. Dies zeigt Fig. 6. Der Leiter 3 ersieh noch unbedeutender. Hierbei tritt, abgesehen von setzt die eigentliche Drosselspule. Um den Leiter ist einem Bereich in der Nähe der Stromnulldurch- der Eisenkern 5 gelegt, auf den die Hilfswicklung 8 gänge, eine Sättigung des Eisenkerns bei Momentan- 35 gewickelt ist. Der Eisenkern kann hierbei in bewerten über einem Hundertstel des Nennstroms ein. kannter Weise aus Eisenband um den Leiter ge-Dadurch wird auch im Normalbetrieb der Spannungs- wickelt sein. Man kann auch dieser Anordnung noch abfall noch geringer. Im Kurzschlußfall ist die Sätti- Kondensatoren parallel schalten, wobei zweckgung fast über die ganze Periode vorhanden. Nur mäßigerweise diese in dem gleichen Gehäuse mit dem während des Stromnulldurchgangs tritt ein kurzer 40 Eisenkern untergebracht sind. Augenblick ein, in dem der Kern entsättigt ist. Hier- Fig. 7 zeigt eine Anordnung, bei welcher die strom-

durch wird der Strom schon kurz vor dem Nulldurch- schwache Pause durch eine Gleichstromvormagnetigang stark begrenzt. Der Strom ist also praktisch eine sierung verschoben werden kann. Dies hat den Vorkurze Zeit vor bis eine kurze Zeit hinter dem Null- teil, daß der Stromnulldurchgang, welcher in einem durchgang sehr klein. Es tritt eine stromschwache 45 angenähert induktiven Kreis gerade mit der Span-Pause ein, durch die die Abschaltung im Schalter er- nungsspitze zusammenfällt, dieser gegenüber verleichtert wird, da auch die Lichtbogenlöschung bei schoben werden kann. Die Abschaltung erfolgt dann jedem Wechselstromschalter nur im Nulldurchgang j_e nach der Richtung des Gleichstroms vor oder nach erfolgen kann. Die Kontaktstelle wird durch die dem natürlichen Stromnulldurchgang. Dies erreicht Drosselspule auch bei mit steiler Stirnfront wieder- 50 man durch Gleichrichter in dem Wandlerstromkreis, kehrender Spannung gegen Wiederzündungen fester. und zwar zweckmäßig Doppelweggleichrichter, damit Die Entionisierung ist unmittelbar vor und beim der Wandler nicht in einer Halbwelle unbelastet ist. Stromnulldurchgang dank dem flacheren Stromnull- J_e nach dem Wicklungssinn der Hilfswicklung 8 kann durchgang leichter. Dazu kommt, daß die Drossel die stromschwache Pause vor oder nach dem natürwährend des Stromnulldurchgangs einen beträcht- 55 liehen Stromnulldurchgang gelegt werden, liehen Teil des Spannungsabfalls im Kurzschlußkreis Eine ähnliche Wirkung kann erreicht werden, wenn,

übernimmt. Dementsprechend werden die züge- wie Fig. 8 in einem Beispiel zeigt, weitere Impehörigen Momentanwerte der wiederkehrenden Span- danzen mit der Drosselspule 3 zusammengeschaltet nung verkleinert. Dadurch gelingt es, auch die Steil- werden. Beispielsweise kann man ihr einen Widerheit der wiederkehrenden Spannung zu verflachen. 60 stand 12 in Reihe und eine weitere Drosselspule 11 Falls die Strombegrenzungseinrichtung selbst eine parallel schalten. Es fließt dann der Strom/3 in der zu großeEigenfrequenz besitzt, kann man diese durch Drosselspule3, welcher gegenüber dem Gesamtstrom i Parallelschalten von Kondensatoren oder Widerstän- verschoben ist. Dadurch kann man ebenfalls die den verringern. Diese Schaltung zeigt Fig. 2, in der stromschwache Pause verschieben. Diese Begrennoch der Kondensator 6 vorgesehen ist. Dieser liegt 65 zungseinrichtung wird zweckmäßig durch den im Zuge der Leitung und braucht daher nicht für die Schalter 7 überbrückt. Ein Beispiel für den Zuvolle Spannung, sondern nur für den Spannungsabfall sammenbau der Begrenzungseinrichtung mit dem in der Drosselspule ausgelegt zu sein. Leistungsschalter 2 zeigt Fig. 9. Dort sind die metal-

lischen Teile 13 für die Anbringung der Eisenkerne 5 ausgenutzt.

Der Vorteil dieser Anordnungen ist, mit Hilfe kleiner Drosselspulen, für die sogar die Leitung selbst genügt, und einfachen Eisenkernen eine Erleichterung der Abschaltung im Leistungsschalter durch Einführung stromschwacher Pausen zu erreichen. Zusätzliche Kondensatoren können dann auch die Einschwingfrequenz der wiederkehrenden Spannung leicht beeinflussen. Ferner läßt sich dadurch der eigentliche Abschaltmoment durch Verschieben der stromschwachen Pause selbst auf den Zeitpunkt mit den günstigsten Bedingungen legen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung unter Verwendung von Drosselspulen mit Eisenkern zur Verringerung der Wirkung von Kurzschlüssen in elektrischen Netzen, insbesondere Freileitungsnetzen, auf den in Reihe damit liegenden Leistungsschalter, der unabhängig vom Augenblickswert des Kurzschlußstroms in jedem Zeitpunkt einer Periode ausschalten kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule bereits bei Werten von etwa einem Hundertstel des Nennstroms gesättigt ist und die Induktivität der entsättigten Spule höchstens so groß wie die Induktivität eines Freileitungsstückes von 10 km ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfswicklung vorgesehen ist, über die eine Vormagnetisierung des Eisenkerns bewirkt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswicklung durch einen in Reihe zur Drosselspule liegenden Stromwandler gespeist wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswicklung über Gleichrichter gepeist wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe und parallel zur Drosselspule Kombinationen von Widerständen, Induktivitäten und Kapazitäten vorgesehen sind, so daß der Stromnulldurchgang im Leistungsschalter nach dem Stromnulldurchgang in der Drosselspule stattfindet.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule mit der Kapazität eine Eigenfrequenz besitzt, welche kleiner ist als die Eigenfrequenz des übrigen Stromkreises.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule durch einen Schalter überbrückt ist, welcher beim Auftreten eines Kurzschlußstroms, spätestens gleichzeitig mit dem Leistungsschalter, öffnet.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern über die Leitung geschoben ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule mit dem Eisenkern und die Kapazität in einem einzigen Gehäuse zusammengebaut sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie vor und hinter dem Leistungsschalter vorgesehen ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Teile des Leistungsschalters den Stableiter der Einrichtung bilden und die Eisenkerne mit den Löschkammern und gegebenenfalls den Parallelimpedanzen des Schalters zusammengebaut sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1001 384;
österreichische Patentschrift Nr. 185 463;
französische Patentschrift Nr. 488 168;
USA.-Patentschrift Nr. 2771577;
Friedrich Weichert, »Hochspannungsanlagen«, Fachbuchverlag GmbH., Leipzig, 1951, 7. Auflage, S. 26 bis 29.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen