DE1285608B

DE1285608B - Arrangement to limit overcurrents

Info

Publication number: DE1285608B
Application number: DE1964L0048548
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Bernhard; Kalkner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1964-08-17
Filing date: 1964-08-17
Publication date: 1968-12-19
Also published as: GB1115056A

Description

Beim Zusammenschluß großer #Kraftwerke oder Stationen größter Leistung untereinander oder mit bestehenden Netzen treten neben den gewünschten Vorteilen des Verbundbetriebes auch Nachteile und unter Umständen Gefahren auf. Die Kurzschlußleistung steigt vielfach so sehr an, daß im Störungfall Schwierigkeiten entstehen, die vor der Zusammenschaltung in den einzelnen Netzteilen nicht zu erwarten waren. Es sind nicht nur Schalter, die bisher den Kurzschlußanforderungen vollauf gewachsen waren, jetzt überfordert und können die Abschaltung manchmal überhaupt nicht mehr oder erst nach einer größeren Zahl von Halbwellen vornehmen, sondern es sind außerdem die Anlagenteile, z. B. Sammelschienen, Transformatoren und Generatoren, durch die dynamischen Kräfte als Auswirkung der unerwartet hohen Kurzschlußströme stark überbeansprucht.When large #power plants or stations with the greatest output come together With each other or with existing networks, the desired advantages come alongside network operation also has disadvantages and, under certain circumstances, dangers. The short circuit power often increases so much that, in the event of a malfunction, difficulties arise which are before interconnection in the individual power supply units were not to be expected. There are not only switches that were previously able to cope with short-circuit requirements, now overwhelmed and can sometimes not switch off or at all only make after a larger number of half-waves, but there are also the system components, e.g. B. busbars, transformers and generators through which dynamic forces as a result of the unexpectedly high short-circuit currents heavily overstrained.

Die Kurzschlußströme betragen auch in Hochspannungsnetzen heute ein so hohes Vielfaches des Normalstromes, daß neben den thermischen Auswirkungen die dynamischen von besonderer Bedeutung sind. Das zwingt zu einer Revision unserer Schutzvorstellungen. Es reicht nicht mehr aus, einfach einen Schalter vorzusehen, der der neuen Kurzschlußleistung voll gewachsen ist. Auch der modernste Hochleistungsschalter unterbricht erst nach einigen Halbwellen. Er schützt hauptsächlich gegen die thermischen Folgen, ist aber nicht imstande, die dynamischen Auswirkungen vollständig zu vermeiden.The short-circuit currents are also in high-voltage networks today so high multiple of the normal current that in addition to the thermal effects the dynamic are of particular importance. That forces us to revise ours Protective ideas. It is no longer enough to simply provide a switch which is fully up to the new short-circuit power. Also the most modern high-performance switch interrupts only after a few half waves. It mainly protects against the thermal Consequences, but is unable to completely avoid the dynamic effects.

Zur Begrenzung der Kurzschlußströme ist es nun in Netzen üblich, Drosselspulen in die Verbindung zum Verbraucher oder zum gekuppelten Netz einzuschalten. Der Nachteil dieser eisenlosen oder eisenhaltigen Drosseln ist der, daß die Spannung nunmehr von der Belastung abhängig wird und zum Ausgleich der variierenden Spannungsabfälle Regeleingriffe erforderlich werden.To limit the short-circuit currents, it is now customary in networks to use inductors into the connection to the consumer or to the coupled network. The disadvantage of these ironless or ferrous chokes is that the tension now depends on the load and to compensate for the varying voltage drops Control interventions become necessary.

Die an sich naheliegende Kompensation der Induktivität der Drossel durch einen in Reihe geschalteten Kondensator, der für die Grundfrequenz denselben Blindwiderstand hat, bringt deswegen keinen Erfolg, da damit nicht nur für den Normallastfall, sondern auch für den Kurzschlußfall die Strombegrenzung aufgehoben wird und die Drossel wirkungslos würde. Denn auch für den Störungsfall stellt die auf Resonanz abgestimmte Reihenschaltung von Kondensator und Drossel keine Strombegrenzung dar.The obvious compensation for the inductance of the choke by a series-connected capacitor, which is the same for the fundamental frequency Has reactance, is therefore unsuccessful, since it is not only for the normal load case, but also in the event of a short circuit, the current limitation is lifted and the Throttle would be ineffective. Because even in the event of a malfunction, it will respond Matched series connection of capacitor and choke does not limit the current.

Es ist nun 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, um die Kapazität beim Auftreten eines Fehlzustandes 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 aufhebt, in den ursprünglichen Zustand zurückversetzt.It is already known that a series connection is used as a coupling of two networks to provide from an inductance and a capacitance, this series connection is tuned so that it has a connection of low impedance in normal operation represents between the networks, and in which means are provided to increase the capacity short-circuit when a fault occurs, reducing the impedance of the connection is changed. When normal conditions return, the connection in Dependence on a relay that works with a time delay that causes the short circuit the capacity cancels again, returned to the original state.

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 Nebenschluß zur Kapazität schließt und die andere in Abhängigkeit eines spannungsbeeinflußten Relais mit Ruhekontakt und Zeitverzögerung die Kontakte wieder öffnet.A relay is used as a means of short-circuiting the capacitance in the event of an overcurrent provided with two excitation windings, one of which in the event of overcurrent via a spark gap is excited and the contacts in the shunt to the capacitance closes and the other depending on a voltage-influenced relay with break contact and time delay opens the contacts again.

Diese Anordnung bedient sich elektromechanischer Schalter, die bekanntlich eine Verzögerung besitzen und erst nach einigen Halbwellen schalten können. Außerdem sind bei größeren Leistungen durch die relaisbetätigten Kontakte ganz erhebliche Ströme zu schalten, so daß alle bekannten Kontaktschwierigkeiten und -probleme auftreten.This arrangement makes use of electromechanical switches, which are known have a delay and can only switch after a few half waves. aside from that are very significant for larger outputs due to the relay-operated contacts Switching currents so that all known contact difficulties and problems arise.

Die vorliegende Erfindung geht nun von einem anderen Gedankengang aus. Die stellt sich nicht die Aufgabe, die Höhe des Kurzschlußstromes an sich herabzusetzen, sondern eine Möglichkeit zu schaffen, daß die Schalter Zeit zur Auslösung finden, bevor der Kurzschlußstrom die endgültige Höhe erreicht.The present invention proceeds from a different line of thought the end. It does not set itself the task of reducing the level of the short-circuit current itself, but to create a way for the switches to find time to trip, before the short-circuit current reaches its final level.

Dadurch kann an Investitionsmitteln gespart werden und außerdem wird in jedem Falle die Betriebssicherheit des Netzes beträchtlich gesteigert.As a result, investment funds can be saved and, moreover, will be In any case, the operational reliability of the network is considerably increased.

Es ist zwar schon eine Anordnung für Gleichstromkreise der Elektronik zum Schutze elektronischer spannungsempfindlicher Elemente, wie Transistoren und Halbleiter, vor kurzzeitigen Überspannungen, beispielsweise Schaltüberspannungen, bekannt, die von einem als Siebkette bekannten LC-Glied (Drosselspule in Reihe, Kondensator parallel) Gebrauch macht, das für hochfrequente Spannungen einen Nebenschluß bildet und eine gewisse Verzögerungswirkung ausübt, so d'aß das gleichzeitig beim Auftreten einer kurzzeitigen Überspannung erregte Relais den geschützten Kreis vor dem Eindringen der Überspannung abschalten kann.It is indeed an arrangement for DC circuits in electronics to protect electronic voltage-sensitive elements such as transistors and Semiconductors, against short-term overvoltages, e.g. switching overvoltages, known by an LC link known as a sieve chain (choke coil in series, Capacitor in parallel) makes use of a shunt for high-frequency voltages forms and exerts a certain delaying effect, so d'ass that at the same time If a brief overvoltage occurs, the relay energizes the protected circuit can switch off the penetration of the overvoltage.

Ein solches LC-Glied ist in Wechselstromanlagen für die Energieversorgung nicht tragbar.Such an LC element is used in alternating current systems for energy supply not portable.

Neben anderen nachteiligen Wirkungen wäre vor allem die Induktivität im Betriebszustand nicht kompensiert und würde einen sehr störenden Spannungsabfall erzeugen.In addition to other adverse effects, the main one would be inductance not compensated in the operating state and would result in a very disturbing voltage drop produce.

Um die eingebauten bzw. verfügbaren Schalter in den Stand zu setzen, auch eigentlich durch sie nicht mehr schaltbare Überströme abzuschalten, wird entgegen der üblichen Praxis und dem Vorurteil der mit der Energieversorgung befaßten Fachwelt eine Anordnung zur Begrenzung von Überströmen in Energieversorgungsnetzen höchster Spannungen und Leistungen, bestehend aus einem auf Netzfrequenz abgestimmten Reihenschwingkreis aus Induktivität und Kapazität, vorgesehen, bei der erfindungsgemäß die Elemente des Schwingkreises so bemessen sind und der Schwingkreis so ausgeführt ist, daß der Anstieg des Überstromes so weit verzögert ist, daß vor-oder nachgeschaltete Leistungsschalter noch vor Erreichen des Endwertes des Überstromes abtrennen.To enable the built-in or available switches, actually to switch off overcurrents that can no longer be switched by them is contrary common practice and prejudice among energy professionals an arrangement for limiting overcurrents in energy supply networks of the highest Voltages and powers, consisting of a series resonant circuit matched to the mains frequency from inductance and capacitance, provided in the invention the elements of the resonant circuit are dimensioned and the resonant circuit is designed so that the rise of the overcurrent is delayed so far that upstream or downstream Disconnect the circuit breaker before reaching the final value of the overcurrent.

Der eingebaute und nach der Erfindung bemessene Schwingungskreis stellt einer plötzlichen Änderung des Stomes, wie sie beim Kurzschluß auftreten würde, einen von seiner Laufzeit abhängigen Widerstand entgegen, so daß der Strom erst nach einigen oder einer ganzen Reihe von Halbwellen die Größenordnung des sonst sofort auftretenden Kurzschlußstromes erreicht. Dies wird nach dem Erfindungsgedanken dazu verwendet, den Schaltern, die für die Abschaltung des Kurzschlusses selbst zuständig sind, die Abschaltung zu ermöglichen und bei deren Versagen gegebenenfalls den Kuppelschalter zur Auslösung zu brinngen, bevor der Übertragungsstrom den extremen Kurzschlußwert erreicht hat. Auf diese Weise wird auch die erste in dynamischer Hinsicht gefährliche Stromamplitude unterdrückt. Um möglichst viel Zeit für die Schalter zu gewinnen, muß erfindungsgemäß der Schwingungskreis für eine möglichst hohe Laufzeit ausgelegt sein, d. h. der Kreis muß mit relativ hoher Induktivität und einer kleinen Kapazität versehen sein. Ferner ist dafür zu sorgen, daß die Induktivität einen kleinen Ohmschen Widerstand besitzt, so daß der Ohmsche Widerstand des Kreises klein und damit die Laufzeit genügend groß ist.The built-in oscillation circuit, dimensioned according to the invention, provides a sudden change in the current, as would occur with a short circuit, a resistance dependent on its running time, so that the current only after a few or a whole series of half-waves the order of magnitude of the otherwise immediately occurring short-circuit current reached. This is according to the inventive concept used to switch the switches that shut off the short circuit itself are responsible for enabling the shutdown and, if necessary, in the event of its failure Brinngen the tie switch to trip before the transmission current to the extreme Has reached short-circuit value. In this way the first one becomes more dynamic Dangerous current amplitude is suppressed. To as much as possible To gain time for the switch, according to the invention, the oscillation circuit for be designed as long as possible, d. H. the circle must be relatively high Inductance and a small capacitance. It must also be ensured that that the inductance has a small ohmic resistance, so that the ohmic Resistance of the circle is small and so the running time is sufficiently large.

Aus wirtschaftlichen Gründen oder weil der gesamte Stromkreis schon einen beachtlichen Widerstand enthält, kann es schwerfallen, die Laufzeit des Schwingungskreises genügend groß zu gestalten. In diesem Falle wird nach einem weiteren Erfindungsgedanken der Einschwingvorgang bewußt mehrere Male unterbrochen und bis zur dauernden Unterbrechung wiederholt.For economic reasons or because the entire circuit is already contains considerable resistance, it can be difficult to determine the running time of the oscillatory circuit to make it big enough. In this case, according to a further inventive idea the transient process is deliberately interrupted several times and until it is permanently interrupted repeated.

Zu diesem Zweck kann der Kondensator kurzzeitig, gegebenenfalls periodisch intermittierend, wiederholt überbrückt bzw. verändert werden, wodurch der Anstieg des gesamten Stromes wiederum in ein früheres Stadium des Einschwingvorganges zurückgeworfen wird. Dieses intermittierende überbrücken des Kondensators, das zweckmäßig unter Einschaltung eines Dämpfungswiderstandes in Reihe mit dem überbrückenden Element vorgenommen wird, kann willkürlich oder in einem bestimmten Rhythmus erfolgen. Es ist am wirksamsten, wenn es dann erfolgt, wenn die Spannung am Kondensator einen vorbestimmten Grenzwert erreicht.For this purpose, the capacitor can be used for a short time, possibly periodically intermittently, repeatedly bridged or changed, whereby the increase of the entire current is thrown back to an earlier stage of the transient process will. This intermittent bypassing the capacitor, which is expedient under Connection of a damping resistor in series with the bridging element is made, can be done arbitrarily or in a certain rhythm. It is most effective when it occurs when the voltage across the capacitor is a predetermined limit reached.

In Abhängigkeit von der Kondensatorspannung kann die vorgeschlagene Überbrückung durch überspannungsableiter, Funkenstrecken, spannungsabhängige Widerstände, durch gesteuerte Stromrichter-Elemente, durch Sättigungsdrosseln oder andere geeignete Mittel erfolgen. Mit diesen erfindungsgemäßen Maßnahmen kann schließlich erreicht werden, daß der Kurzschlußstrom in der Verbindungsleitung in einer noch tragbaren Größe gehalten wird, so daß es erst nach geraumer Zeit oder überhaupt nicht mehr erforderlich ist, eine vollständige Auftrennung vorzunehmen.Depending on the capacitor voltage, the suggested Bridging by surge arresters, spark gaps, voltage-dependent resistors, by controlled converter elements, by saturation reactors or other suitable ones Means done. With these measures according to the invention can finally be achieved that the short-circuit current in the connection line in a still portable Size is kept so that it takes a long time or not at all is required to make a complete separation.

Claims

Claims: 1. Arrangement for limiting overcurrents in energy supply networks highest voltages and power, consisting of a line frequency matched Series resonant circuit from inductance and capacitance, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the elements of the resonant circuit are dimensioned and the resonant circuit is designed in such a way that the rise in the overcurrent is delayed so far that or downstream circuit breakers before the final value of the overcurrent is reached split off.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the running time of the series resonant circuit is dimensioned so that upstream or downstream circuit breakers so disconnect before reaching the final value of the overcurrent.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the inductance is so large and its ohmic resistance is so small that the running time has the required large value.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that means are provided which repeat a Start of the transient process of an overcurrent, so that the final value of the stream is never reached.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that that the means that a repeated start of the transient process of an overcurrent cause an intermittent change in one of the reactances, preferably the capacity.