DE1263154B - Anordnung zur Begrenzung von UEberstroemen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIh

H02h

Deutsche Kl.: 21c-68/50

Nummer: 1263 154

Aktenzeichen:. L 50862 VIII b/21 c

Anmeldetag: 5. Juni 1965

Auslegetag: 14. März 1968

Beim Zusammenschluß immer größerer Netzverbände steigt die Kurzschlußleistung so sehr an, daß im Störungsfall Schwierigkeiten entstehen, die bisher in den einzelnen Netzteilen nicht zu erwarten waren. Es sind nicht nur Schalter, die in den einzelnen Netzteilen bisher den Kurzschlußanforderungen vollauf gewachsen waren, jetzt überfordert und können die Abschaltung manchmal überhaupt nicht mehr, mindestens aber erst nach einer größeren Zahl von Halbwellen, vornehmen, sondern es sind außerdem die Anlagenteile durch die dynamischen Kräfte als Auswirkung der unerwartet hohen Kurzschlußströme sehr stark überbeansprucht. Dies kann zu Transformatorschäden, zum Ausschlagen von Leitern und zu Störungen in Schaltanlagen führen.

Der Umstand, daß nicht nur die thermischen Auswirkungen des Kurzschlußstromes Schäden herbeiführen, sondern daß die dynamischen Wirkungen Beschädigungen und weitere Störungen auslösen, zwingt zu einer Revision der Schutzvorstellungen. Es zeigt sich dann, daß auch mit einem zusätzlichen Leistungsschalter, der der neuen Kurzschlußleistung gewachsen ist, das schwächere Netz nur zum Teil geschützt werden kann und daß selbst dieser Hochleistungsschalter nicht imstande ist, die dynamischen Auswirkungen vollständig abzuriegeln.

Eine wirkliche Abhilfe kann nur erreicht werden, wenn eine Begrenzung des Stromes sofort eingreift, also bereits das Einfließen der ersteh Halbwelle des Überstromes abriegelt. Erst dann sind die dynamischen Wirkungen von dem schwachen Netz abgehalten, und die dort befindlichen Schalter sind keinen Uberbeanspruchungen mehr ausgesetzt und können daher in der normalen Zeit ihre Abschaltung vornehmen. Auf diese Weise kann der Kurzschluß in der Normalzeit abgeschaltet werden. Es besteht dann für alle anderen zusammengeschlossenen Kraftwerke auch gar nicht mehr die Möglichkeit, in den Kurzschluß des schadhaften Netzes Kurzschlußströme zu liefern, und sie sind nach Abschaltung des lokalen Kurzschlusses sofort wieder für den Normalbetrieb bereit. Gerade, wenn der Strom während der Fehlerzeit begrenzt ist, ist daher die Fortsetzung des Normalbetriebes in sehr viel kürzerer Zeit möglich, und die Netze fallen längst nicht so leicht auseinander, als dies ohne besondere Maßnahmen der Fall wäre.

Es ist schon bekannt, als Kupplung zweier Netze eine Reihenschaltung aus einer Induktivität und einer Kapazität vorzusehen, wobei diese Reihenschaltung so abgestimmt ist, daß sie im Normalbetrieb eine Verbindung von kleiner Impedanz zwischen den Netzen darstellt, und bei der Mittel vorgesehen sind, Anordnung zur Begrenzung von Überströmen

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,
6000 Frankfurt, Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt: -.. .

Dr.-Ing. Bernhard Kalkner, 6380 Bad Homburg

um die Kapazität beim Auftreten emes Fehlzustandes

15' kurzzuschließen, wodurch die Impedanz, der Verbindung verändert wird. Bei Wiederkehr der normalen Verhältnisse wird die Verbindung in Abhängigkeit von einem mit Zeitverzögerung arbeitenden Relais, das den Kurzschluß der Kapazität wieder auf-

ao hebt, in den ursprünglichen Zustand zurückversetzt. Als Mittel zum Kurzschließen der Kapazität bei Überstrom ist ein Relais mit zwei Erregerwicklungen vorgesehen,, von denen eine bei Überstrom über eine Funkenstrecke erregt wird und die Kontakte im

as Nebenschluß zur Kapazität schließt und die andere in Abhängigkeit eines spannungsbeeinflußten Relais mit Ruhekontakt und Zeitverzögerung die Kontakte wieder öffnet.

Diese Anordnung bedient sich elektromechanischer Schalter, die bekanntlich eine Verzögerung besitzen und erst nach einigen Halbwellen schalten können. Außerdem sind durch die relaisbetätigten Kontakte ganz erhebliche Ströme zu schalten, so daß alle bekannten Kontaktschwierigkeiten und -probleme auftreten. Bei der Rückführung in den Normalzustand tritt infolge der Verwendung einer mechanischen Schaltanordnung ein hier gewollter und durch die Verwendung des Zeitverzögerungsrelais noch verlängerter Zeitverzug ein.

Eine weitere bekannte Anordnung zur Begrenzung von Überströmen in Wechselstromleitungen besteht ebenfalls aus einer Kapazität und einer Induktivität in Reihenschaltung, die einen auf Resonanz abgestimmten Schwingkreis bilden. Hierbei wird die Kapazität im Überstromfall durch eine Funkenstrecke, einen Gasentladungsableiter oder sonstige Gasentladungsgefäße überbrückt. Durch dieses plötzliche Ansprechen des Nebenschlusses tritt eine außerordentlich harte kurzzeitige Schalthandlung ein, die in Wechselstromnetzen sehr unerwünscht ist. Außerdem ist es heute noch mit sehr großen Schwierigkeiten verbunden, wenn nicht gar unmöglich, solche

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Elemente wie Funkenstrecken und Gasentladungsableiter zur Überbrückung eines der Blindwiderstände im Kurzschlußfall für den gewünschten mit der vorliegenden Erfindung erreichbaren Leistungsbereich herzustellen.

Zur Überstrombegrenzung in Wechselstromkreisen, insbesondere für den Schutz von überstromempfindlichen Verbrauchern, wie z. B. von Geräten mit Siliziumgleichrichtern oder Transistorgeräten, ist es weiter schon bekannt, eine Anordnung vorzusehen, die ebenfalls aus einem auf Resonanz abgestimmten Reihenschwingkreis aus einer linearen Induktivität und einer Kapazität besteht. Parallel zur Kapazität ist hierbei eine Drosselspule mit einem Kernmaterial von nahezu rechtwinkliger Magnetisierungskurve vorgesehen, die im Normalbetrieb nicht gesättigt ist und daher einen hohen induktiven Blindwiderstand aufweist. Im Überstromfall wird das Kernmaterial gesättigt, so daß nur der Blindwiderstand der Luftdrossel wirksam bleibt. Diese Induktivität ist so bemessen, daß sie mit der parallelliegenden Kapazität einen im Gebiet der Oberfrequenzen schwingenden Parallelschwingkreis ergibt, der für den durchfließenden Strom eine so große Widerstandserhöhung aufweist, daß dieser auf einen Wert unterhalb des Nennstromes herabgedrückt wird. Hierbei tritt eine außerordentlich starke Kurvenverzerrung des Stromes ein. Wegen dieser Kurvenverzerrung ist diese Anordnung in Wechselstromnetzen. für höhe Spannungen und Leistungen nicht anwendbar.

Weiter ist schon die Reihenschaltung aus einer Induktivität und einer Kapazität vorgeschlagen worden, die auf Resonanz bei der Grundwelle abgestimmt ist und bei der die Induktivität als Eisendrossel ausgeführt ist, vorzugsweise mit einem Eisen mit etwa rechtwinkliger Magnetisierungskurve. Beim Überschreiten eines bei der Bemessung berücksichtigten Überstromes gerät der Eisenkern in Sättigung, wodurch, sich die Induktivität der Drossel um ein Vielfaches vermindert. Hierbei wird die Resonanz gestört, und der resultierende Scheinwiderstand des Schwingkreises nimmt einen beträchtlichen Wert an, der den durchfließenden Strom begrenzt.

Da im allgemeinen ein überwiegend kapazitiver Widerstand aus Stabilisierungsgründen in Netzen nicht erwünscht ist, wurde weiter schon vorgeschlagen, dem kapazitiven Glied des Reihenschwingkreises mit besonderen Mitteln eine nicht lineare Stromcharakteristik zu verleihen. Diese Mittel bestehen vorzugsweise aus einem ohmschen Widerstand, der bei Überstrom mittels einer als Schaltdrossel wirkenden Sättigungsdrossel parallel geschaltet wird, wodurch die Resonanz des Schwingkreises wieder gestört ist. Die Sättigungsdrossel besitzt im Normalbetrieb einen hohen induktiven Widerstand und riegelt den Parallelzweig ab. Wird bei steigendem Strom durch den Spannungsabfall an der Kapazität die Sättigungsspannung der Sättigungsdrossel erreicht, vermindert sich der induktive Widerstand der Drossel beträchtlich, und der Nebenzweig wird wirksam.

In Fig. 1 ist das Schaltbild einer solchen Anordnung dargestellt. '

Durch I und II sind die beiden Netze angedeutet, in deren Verbindung der Reihenschwingkreis aus dem kapazitiven Blindwiderstand X_Ä, dargestellt durch den Kondensator C, und dem induktiven Blindwiderstand Xg der Drosselspule L eingeschaltet ist. Par-.allel zum Kondensator ist die Reihenschaltung der sättigbaren Drosselspule p und des ohmschen Widerstandes R geschaltet.

Die Drossel D ist so bemessen, daß sie bei Nennstrom einen sehr hohen Blindwiderstand darstellt und in dem Parallelpfad nur einen verhältnismäßig kleinen Strom zuläßt, der den kapazitiven Wert der Parallelschaltung praktisch nicht beeinträchtigt. Beim Erreichen; des Grenzstromes bricht die Induktivität der nunmehr gesättigten Drossel D zusammen, und damit liegt praktisch direkt der ohmsche Widerstand R parallel zum Kondensator C und verändert den resultierenden Leitwert ganz erheblich. Dabei ändert sich Größe und Winkellage, nicht aber das Vorzeichen. Der Gesamtleitwert der Kupplung wird somit beim Eintreten des Überstromes ohne sprunghafte Übergangserscheinungen unverzüglich herabgesetzt, wie es der Begrenzungsaufgabe entspricht.

Jedoch auch diese Anordnung kann bei bestimmten Anwendungen und bestimmter Bemessung der Elemente Schwierigkeiten bereiten. Auch hier kann zwischen, der Kapazität und der Induktivität der gesättigten Sättigungsdrossel eine Stromresonanz auftreten, die alle obenerwähnten unerwünschten Auswirkungen zeigt. ,. ."■·"·'"

Diese werden durch eine Maßnahme nach vorliegender Erfindung verhindert, die darin besteht, daß, wenn die Drosselspule durch einen Überstrom gesättigt ist, der Restblindwiderstand ω L^ des Part allelzweiges größer als der Blindwiderstand des Kon-

1 -

densators —-^- ist.
ω C

Dies kann durch eine bestimmte Bemessung der Sättigungsdrosselspule erreicht werden,, so daß die Restinduktivität im gesättigten Zustand den gewünschten Wert erreicht.

Ein anderer Weg besteht darin, zur Sättigungsdrossel D₁ in Reihe,eine besondere lineare Drosselspule D₂ zuzuschalten, so daß die Summeninduktivität beider Drosselspulen den gewünschten Wert erreicht, wie es in F i g. 2 gezeigt ist.

So ist bei der Verwendung dieser Anordnung als Begrenzungskupplung dafür gesorgt, daß kein Umspringen der Spannungsteilung infolge Vorzeichenwechsels der Blindkomponente des Ersatzleitwertes erfolgt. Damit bleibt die Sinusform des durchfließenden Stromes weitgehend erhalten bei immer noch ausreichender Begrenzung des Kurzschlußstromes auf einen tragbaren Wert infolge Störung der Resonanz im Reihenschwinglcreis aus linearer Drossel und Kondensator.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Begrenzung von Überströmen, insbesondere an der Kupplungsstelle von Hochspannungswechselstromnetzen, sowie von Ausgleichsströmen zwischen diesen Netzen im Kurzschlußfall in einem dieser Netze oder bei Außertrittfallen, wobei in die Verbindung eine Reihenschaltung von zwei Blindwiderständen, eine Induktivität und eine Kapazität, eingefügt ist, die verschiedene Vorzeichen und im Normalbetrieb etwa die gleiche Größe haben, so daß die Resonanzfrequenz dieses Reihenschwingkreises etwa der Netzfrequenz entspricht, wobei parallel zum Kondensator eine nur mit ihrem Kupferwiderstand behaftete eisengeschlossene sättigbare Drosselspule geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Drosselspule durch

einen Überstrom gesättigt ist, der·Restblindwiderstand coL_R des Parallelzweiges größer als der

Blindwiderstand des Kondensators

ö)C

ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sättigungsdrosselspule in Reihe eine zusätzliche lineare Induktivität geschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1149 801.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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