-
Kurzschlußstromschutz für Hochspannungsanlagen Die Erfindung betrifft
eine Anordnung zum Schutz von Teilen bzw. Geräten einer Hochspannungsanlage gegen
Kurzschlußströme, bei der der zu schützende Stromkreis mittels eines Lichtbogens
überbrückt wird.
-
Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art wird die Überbrückungsstrecke,
an deren Elektroden der Lichtbogen erzeugt wird, welcher das zu schützende Gerät,
z. B. einen Transformator, kurzschließt, zunächst leitend gemacht, damit sich der
Lichtbogen bilden kann. Zu diesem Zweck wird zwischen einer auf Hochspannungspotential
befindlichen Elektrode und einer geerdeten Elektrode eine leitende Bahn dadurch
geschaffen, daß von Elektrode zu Elektrode ein leitender Strahl geschickt wird,
wenn in der Hochspannungsleitung ein Kurzschlußstrom auftritt. Verwendet wird beispielsweise
ein Strahl aus leitendem Wasser oder aus Quecksilber. Damit der Strahl die Strecke
zwischen den Elektroden schnell durchläuft, wird er durch einen Kolben erzeugt,
der durch Druckluft oder Explosivstoff angetrieben wird. Man hat auch vorgeschlagen,
den Explosivstoff selbst in einem Strahl von Elektrode zu Elektrode zu schicken.
Um hierbei den Lichtbogenüberschlag zu erreichen, wurde dem Explosivstoff Metallpulver
beigemischt.
-
Mit diesen bekannten Mitteln soll erreicht werden, daß die vom Augenblick
des Impulses bis zur Kurzschließung erforderliche Zeit verkürzt wird, nachdem die
bei ähnlichen, noch früher bekannten Anordnungen erforderliche Zeit etwa
1 Sekunde betrug.
-
Auf die bekannte Weise ist es schwierig, auf annehmbar kurze Zeiten
von der Impulsgabe im Kurzschlußfall bis zur Kurzschließung des zu schützenden Stromkreises
zu gelangen. Für die Ausbreitung des Strahles wird immer eine unerwünscht lange
Zeit vergehen, bis sich der Überschlagslichtbogen ausbilden kann.
-
Ziel der Erfindung ist es, die Voraussetzungen dafür zu schaffen,
daß in einer Hochspannungsschaltanlage im Fall eines Kurzschlusses bei überschreiten
eines bestimmten, im Hinblick auf die zu schützenden Anlagenteile kritischen Stromwertes
möglichst innerhalb von etwa 10 ms die jeweils betroffene Phase durch einen
Lichtbogen mit Erde verbunden werden kann. Zwar kann dabei der neu eingeleitete
Kurzschlußstrom höhere Werte als dieser kritische Strom erreichen. Er läßt sich
aber in längstens 100 ms abschalten, so daß ein schwächer dimensioniertes
Gerät, z. B. ein Transformator, wirkungsvoll geschützt wird.
-
Erfindungsgemäß ist zu diesem Zweck in der Hochspannungsleitung ein
im Kurzschlußfall schnell öff-
nender Leitungsunterbrecher angeordnet, der
einen Lichtbogen erzeugt und so ausgebildet ist, daß die heißen Lichtbogengase in
die überbrückungsstrecke hineingetrieben werden und dadurch den Überbrükkungslichtbogen
einleiten.
-
Da der Lichtbogen hier bei entsprechend kurzer öffnungszeit des Leitungsunterbrechers
sehr frühzeitig entsteht, kann er erheblich früher für seine Aufgabe des Kurzschließens
herangezogen werden als der erst nach länger dauernden Vorbereitungen ermöglichte
Durchschlaglichtbogen der bekannten Anordnungen.
-
Ein schnell öffnender, für die Zwecke der Erfindung brauchbarer Leitungsunterbrecher
ist verhältnismäßig leicht zu verwirklichen.
-
Man kann einen Leitungsunterbrecher vorsehen, bei dem zwischen zwei
Leiterstücken großer Masse, die die Betriebswärme gut aufnehmen und abführen, ein
kurzer dünner Leiter für die Führung betriebsmäßiger Ströme angeordnet ist, den
der Kurzschlußstrom lichtbogenbildend wegschmilzt. Mit einem solchen Leitungsunterbrecher
kann sehr schnell ein Lichtbogen gebildet werden.
-
Vorteilhaft ist auch ein Leitungsunterbrecher, bei dem ein Leiterstück
durch eine in Abhängigkeit vom Anstieg des Kurzschlußstromes gezündete Sprengladung
zerstört und der Strom lichtbogenbildend auf Lichtbogenelektroden kominutiert wird.
Solche Sprengtrenner wurden bisher dazu benutzt, um eine Stromleitun- im Kurzschlußfall
schnell aufzureißen und den Strom auf einen parallelgeschalteten Schmelzleiter zur
endgültigen Strornunterbrechung überzuleiten. Im vorliegenden Fall wird der Kurzschlußstrom
nicht im parallelgeschalteten Schmelzleiter gelöscht, sondern der entstehende Lichtbogen
für seine
weitere Aufgabe des Kurzschließens eines zu schützenden
Stromkreises benutzt. Im übrigen können alle aus der Technik der Sprengtrenner bekannten
und erprobten Mittel ohne weiteres genutzt werden. Präzise arbeitende Auslöseeinrichtungen,
die auf den Anstieg des Kurzschlußstromes schnell reagieren und die Sprengladung
im gewünschten Augenblick zünden, sind bekannt.
-
Zweckmäßig wird eine Lichtbogenverlängerungseinrichtung verwendet,
bei der die Lichtbogenenergie selbst die Lichtbogenverlängerung bewirkt. Hierbei
kann auf die Verwendung von Fremdenergie, die die bekannten Kurzschließeinrichtungen
aufwendig macht, verzichtet werden.
-
Um den Lichtbogen in die überbrückungsstrecke hinein zu verlängern,
kann z. B. eine Drackkammer aus Isolierstoff vorgesehen werden, in der der Lichtbogen
-ebildet und aus der er durch den Kammerinnendruck ausgetrieben wird. Die Austrittsöffnung
dieser Druckkammer kann mit einem Trichter zur gerichteten Bündelung der heißen
Lichtbogengase versehen sein.
-
Besonders zu empfehlen ist auch die Verwendung nebeneinander verlaufender
Schienenstücke, an denen der an ihrem Beginn gebildete Lichtbogen unter der Wirkung
elektrodynamischer Kräfte entlang und schleifenbildend über sie hinauswandert. Diese
Schienenstücke sind zweckmäßig von einem aus Isolierstoffwänden gebildeten Kanal
umschlossen. An der Stelle der Anordnung, an der der Lichtbogen gebildet wird, lassen
sich die Lichtbogenbildung erleichternde Mittel, beispielsweise ein die Schienen
verbindender dünner Draht, ein metallisiertes Band oder ein leitfähiges Gas, vorsehen.
-
Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
in schematischer Weise. Gemäß F i g. 1 ist in der Hochspannungsleitung
1 außer einem üblichen Leistungsschalter 2 ein schnell wirkender Leitungsunterbrecher
3 angeordnet. Bei diesem ist zwischen dicken Leiterstücken 4 und
5 ein kurzer dünner Leiter 6 vorgesehen. Der Leiter 6 kann
den Betriebsstrom deshalb führen, weil die an ihm auftretende Wärme von den dicken
Leiterstücken 4 und 5 aufgenommen und abgeführt wird. Mit 7 ist eine
Druckkammer aus Isolierstoff bezeichnet, die eine Austrittsöffnung 8 aufweist,
an die ein Isoliertrichter 9 angesetzt ist. Unterhalb dieses Trichters befindet
sich eine Erdelektrode 10.
-
Tritt nun ein gefährlicher Kurzschlußstrom auf, so schmilzt der Leiter
6 unverzüglich durch. Zwischen den Leiterstücken 4 und 5, die auch
mit nach der Antrittsöffnung 8 weisenden, hier nicht gezeichneten Ansätzen
versehen sein können, entsteht ein kurzer Lichtbogen sehr hoher Stromstärke. Inder
Druckkammer 7
bildet sich demzufolge ein hoher Druck stoßartig aus. Dieser
treibt das heiße Lichtbogenplasma mit großer Gewalt durch die Austrittsöffnung
8 und den Isoliertrichter 9, der es in einem gerichteten Strahl zusammenhält,
nach außen und gegen die Erdelektrode 10.
Die Hochspannungsleitung
1 wird auf diese Weise sehr schnell durch den Lichtbogen geerdet. Befindet
sich beispielsweise links im Bild ein Transformator, so wird dieser sofort kurzgeschlossen
und sicher vor der Einwirkung des Kurzschlußstromes bewahrt. Beim nachfolgenden
Abschalten der Hochspannungsleitung 1 durch den Leistungsschalter 2 verschwindet
der Lichtbogen. Die Anordnung nach F i g. 2 enthält in der Hochspannungsleitung
1, die auf Hochspannungsstützem 11 und 12 ruht, einen Leitungsunterbrecher
30. Dieser weist im Isolierstoffgehäuse 13 einen Sprengtrenner auf,
bei dem einhohles Leiterstück 14 durch eine Sprengladung 15 zerlegt wird.
Die Zündung der Sprengladung 15 erfolgt in Abhängigkeit vom Anstieg des Kurzschlußstromes
dildt mit Hilfe eines Auslösewandlers 16 und einer Zündeinrichtung
17. Solche Sprengtrenner sind bekannt. Zu beiden Seiten des Sprengtrenners
sind die gekröpften Schienenstücke 18 und 19 an die Hochspannungsleitung
1 angeschlossen. Ihre unteren Enden verlaufen nebeneinander in einem Kanal
20 mit den Isolierstoffwänden 21, 22, 23 und 24, die die Schienenstücke
18 und 19 rahrnenförmig umfassen, was aus F i g. 3, die den
Schnitt A-A der F i g. 2 zeigt, gut erkennbar ist. Am oberen Ende des Kanals
20 sind die Schienen 18 und 19 durch einen dünnen Draht
25 verbunden.
-
Zeigt sich in der Hochspannungsleitung 1 ein Kurzschlußstrom
mit hoher Anstiegsgeschwindigkeit an, so wird die Sprengladung 15 gezündet,
und der Sprengtrenner trennt die Leitung sofort auf. Der Strom wird auf den dünnen
Draht 25 kommutiert, der sofort durchschmilzt, so daß an dieser Stelle ein
kurzer Lichtbogen sehr hoher Stromstärke entsteht. Infolge der elektrodynamischen
Wirkung wird der Lichtbogen in außerordentlich schnelle Bewegung versetzt. Er schießt,
an den Schienenstücken 18 und 19 entlanglaufend und eine Schleife
bildend, aus dem Kanal 20 heraus zur Elektrode 10. Dadurch wird die Hochspannungsleitung
1 durch den Lichtbogen mit Erde verbunden, und es tritt die bezüglich der
Anordnung nach F i g. 1 erläuterte Schutzwirkung auf. Der Leitungsunterbrecher
30 ist in F i g. 2 der besseren Erkennbarkeit wegen im Verhältnis
zu den anderen gezeichneten Anlageteilen stark vergrößert dargestellt.
-
An Stelle eines Sprengtrenners kann auch eine in F i g. 1 gezeichnete
Schmelzleiteranordnung Verwendung finden, bei der dann ein weiterer dünner Schmelzdraht
parallel geschaltet wird, auf den der Strom kommutiert wird.
-
Die Erfindung gestattet es, den Aufwand in Hochspannungsanlagen erheblich
herabzusetzen. Mit ihrer Hilfe kann man außenliegende Kurzschlüsse durch einen gezielten
Kurzschluß in einem vorbereiteten Schaltfeld derart ablösen, daß in größeren Schaltanlagen
nur dieses eine Feld einen Schalter für volle Leistung und volle Wiederkehrspannung
benötigt.
-
Zur Erhöhung der erstrebten Wirkungen kann die Druckkammer
7 bzw. der Kanal 20 gasabgebende Innenwandungen aufweisen. Die Isolierstoffwände
21, 22, 23 und 24 des Kanals 20 können über die Enden der Schienenstücke
18 und 19 hinaus verlängert sein. Es ist empfehlenswert, außerhalb
des Kanals 20 parallelgeschaltete Schienenstücke vorzusehen, auf die der Lichtbogen
nach dem Austreten aus dem Kanal übergeht. Dies gestattet es, den Kanal 20 sehr
eng auszubilden und dadurch eine hohe Lichtbogenwanderungsgeschwindigkeit zu erreichen.
Da der Lichtbogen dann aber nicht mehr im Kanal brennt, wird ein Platzen des engen
Kanals vermieden.