DE1922720B2 - Schaltungsanordnung zum schutz von wechselstromversorgungsnetzen - Google Patents

Description

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung sowie aus der Zeichnung hervor. Es zeigt in schematischer Darstellung

Fig. 1 die Schaltungsanordnung eines Versorgungsnetzes mit parallelen Zuleitungen,

F i g. 2 die Schaltungsanordnung eines Netzes mit verzweigten Zuleitungen,

F i g. 3 die Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Netzschutzes,

F i g. 4 den Spannungs- und Stromverlauf an verschiedenen Stellen der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 bei Energiefluß zum Verbraucher,

F i g. 5 den Spannungs- und Stromverlauf an verschiedenen Stellen der Schaltungsanordnung nach [ i g. 3 beim Fließen eines Gegenstromes,

F i g. 6 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung für Dreiphasensysteme und

F i g. 7 in Teildarstellung eine weitere Ausführup.gsart des Netzschutzes nach der Erfindung.

Die grundsätzlichen Schaltungsanordnungcn für Stromversorgungsnetze sind in Fig. 1 und 2 dargestellt. In dem Versorgungsnetz mit getrennten Leitungen nach Fig. 1 ist mit einer Hauptleitung 1 eine Vielzahl von parallelgeschalteten Zuleitungen verbunden, von denen jede einen Schalter 2, einen Transformator 3 und einen Netzschutz 4 aufweisen. Der Strom wird über eine übliche Starkstromleitung 5 zu jederr Verbraucher 6 geliefert. Wird eine Zuleitung schadhaft, wird diese durch den Netzschutz von dem Versorgungsnetz abgetrennt, und die •»erbleibenden Zuleitungen versorgen die Verbraucher 6 weiterhin mit elektrischer Energie.

Ein verzweigtes Netzsystem ist in F i g. 2 gezeigt, bei dem eine Vielzahl von Zuleitungen übe^r eine übliche Hauptleitung 1 mit der hier nicht gezeigten Verteilerstation verbunden sowie eine Vielzahl von Transformatoren 3 an jeder Zuleitung angeschlossen sind. An den Sekundärseiten der Transformatoren 3 ist das Versorgungsnetz 5 mit einer noch niedrigeren Spannung über den jeweiligen Netzschutz 4 angeschaltet, über den der Strom zu den Verbrauchern 6 geliefert wird.

Sobald in dem verzweigten Versorgungsnetz eine der Zuleitungen schauhaft wird, trennt deren Netzschutz diese schadhafte Leitung ab und verhindert, daß die Netztransfo.matoren der Umkehrfunktion bzw. der Rückwirkung von der Sekundärseite der Transformatoren ausgesetzt sind. Die anderen Zuleitungen führen weiterhin elektrische Energie zu den Vertrauchcrn.

Ein Netzschutz muß also die folgenden Aufgaben erfüllen:

1. Er muß automatisch den Gegenstrom von der Sekundärseite unterbrechen, wenn ein Fehler auf der Primärseite auftritt;

2. er muß automatisch den Stromkreis wieder schließen, sobald der normale Zustand zum Wiederbeginn der Stromversorgung hergestellt ist, und

3. er muß automatisch den Stromkreis wieder schließen, wenn die Stromversorgung wieder aufgenommen wird u;id die Netzseite (Lastseitc) nicht unter Spanm.ng steht.

In Fig. 3 ist eine typische Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wiedergegeben, bei der Thyristoren 7 und T als Netzschutz, der in «Mnrir Gesamtheit mit 4 bezeichnet ist, zur Leitung des Stromes zu einem Verbraucher 6 mit der Sekundärseite eines Transformators 3 (Starkstromquelle) verbunden sind. Gleichzeitig wird der Verbraucher 6 über einen anderen Transformator 3' versorgt, der an eine andere Starkstromquelle über einen Netzschutz 4' angeschlossen ist. Der Netzschutz 4' hat den gleichen Aufbau v/ie der Netzschutz 4, weshalb im folgenden nur ein Nutzschutz beschrieben wird. Der Netzschutz 4 besteht aus den Thyristoren 7

ίο und 7', einem Phasenschieber 9 zur Phasenverschiebung um 90° entsprechend einer Voreilung der Thyristor-Steuerspannung um 90° bezüglich der Phasenspannung e_v die über einen Transformator 8 zugeführt wird. Außerdem verfügt der Netzschutz 4

über eine Vorrichtung 10 zur Erzeugung von Steuersparmungen über einen Spannungsvergleichskreis 12, um mitteis Transformatoren 11 und 13 die Spannung C₁ mit einer Spannung e., n dei Last zu vergleichen, sowie über einen Gegen;'.romanzeigekreis

14, der an den Anoden und Kathoden der Thyristoren angeschlossen ist. Über die Vorrichtung 10 werden Si«naie mit einer Signaldauer entsprechend 180 und mit einer Voreilung von 90 bezüglich der Spannung e, an beide Thyristoren 7 und 7' angelegt. Diese

Steuersignale werden dann wieder durch den Gegenstroman/xigekreis 14 und den Spannungsvergleichskreis 12 überwacht.

Unter Hinweis auf die Kurvenformen nach Fig. 4 wird im folgenden die Arbeitsweise des Netzschutzes mit dem oben beschriebenen Aufbau erläutert. Das Steuersignal g, mit der Phasenvoreilung um 90° bezüglich der sinusförmigen Spannung e, und mit einer Impulsdauer von 180° wird an den Thyristor 7 angelegt. Das gleiche Signal g„ liegt an dem Thyristor 7'.

Bei Energieleitung in Richtung zum Verbraucher 6 ist der Strom bezüglich der Spannung C₁ um maximal 90° phasenveischoben, d. h. vor- oder nacheilend, so dab die Thyristoren einen Stromfluß mit jedem Leistungsfaktor ermöglichen, wenn die Steuerspan-

nungen g,, g., wie in Fig. 4 wiedergegeben angelegt werden. Ein Beispiel für den Stromverlauf unter dieser Voraussetzung ist in F i g. 4 durch das Symbol i dargestellt.

In Fig. 5 ist die Arbeitsweise des erfindungs-

gemäßen Netzschutzes für den Fall dargestellt, daß auf Grund einrs Kurzschlusses in einer Starkstromquelle auf der Seite des Transformators 3 (vgl. Fig. 3) ein Gegenstrom fließt. Wenn kein Netzscnutz gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen

\.äre, würde der Gegenstrom so fließen, wie mittels gestrichelter Linien angedeutet ist. Sind jedoch die Netzsc'iiutz-Schaltungsanordnungen gemäß dei vorliegenden Erfindung in dem Versorgungsnetz eingeschaltet, Ii,gt an den Thyristoren kein Steuersignal, wenn der Gegcnslrom anzusteigen beginnt, se c'iiß die Thyristoren gesperrt bleiben. Die Thyristorer werden erst nach Anlegen der Steuersignale leitend d. h. erst 90 vor Nulldurchgang der Phasenspan nung c, (vgl. Fig. 5). so daß der Gegenstrom iiu

für eine kurze Zeit Hießt, wie mit durchgchendci Linien dargestellt ist. Somit wird der Gegenstron durch die Thyristoren verhindert. Ohne daß de Stromkreis geöffnet wird, wird folglich nur auf Grün der Eigenschaften des Versorgungsnetzes verbinder daß in dem Stromkreis ein Gegenstrom fließt.

Wenn erforderlich, kann jedoch der Gcgenstroi durch die Spannung über der Anode und Kathod jecU TIn ristors 7 bzw. T (vgl. F i g. 3) angezeigt un

γι 922 720 ^¹

die Steuersignale für die Thyristoren unterbunden Fig. 6 zeigt ein Dreiphasensyst^m mit dem Netzwerden, wodurch der Stromkreis geöffnet wird. Die schutz nach der vorliegenden Erfindung.
Kurvenform der Spannung über den Anoden und Dieser Netzschutz ist zur Verwendung zwischen Kathoden der Thyristoren zur Feststellung des zwei verschiedenen Leistungstransformatoren in Gegenstromes ist in Fig. 5 durch den Spannungs- 5 einem Dreiphasen-Vierteilersystem in V-Schaltung verlauf V_A__K dargestellt. Die beiden in den Fig. 4 (offene Dreieckschaltung) mit einem maximalen Lei- und 5 wiedergegebenen Steuersignale eilen bezüglich tungs3trom von. 300 A vorgesehen. Der Stromkreis der Spannung der Starkstromquelle um 90° vor und enthält einen Transformator 3, eine Thyristornnordhaben beide die Dauer einer Halbperiode der Span- nung 7, eine Vorrichtung 10 zur Erzeugung von nung e_v Die Anwendung der vorliegenden Erfindung io Steuerspannungen, einen Phasenschieber 9 zur vorist nicht auf die oben beschriebene Schaltungsanord- eilenden Phasenverschiebung um 90°, einen Gegennung, die von den Eigenschaften des Versorgungs- stromanzeigekreis 14, einen Spannungsvergleichsnetzes abhängt, beschränkt. kreis 12 und einen nicht gezeigten Starkstromkreis.

Ist der Leistungsfaktor des Stromkreises konstant, Der Starkstromkreis wird mittels Hochspannung verkann ein ausreichender Strom auch dann fließen, 15 sorgt, und die Verbraucher sowie der Steuerkreis wenn die Steuerimpulse in dem Zeitintervall der Vor- sind so ausgelegt, daß normale Funktion gegeben ist. bzw. Nacheilung von jeweils 90° bezüglich der Pha- Es gibt verschiedene Schaltungsanordnungen zur senspannung C₁ eine Impulsdauer aufweisen, die dem Phasenverschiebung der Steuerspannungen, um die Leistungsfaktor angepaßt ist. Bei der vorangegange- Voreilung um 90° bezüglich der Phasenspannung zu nen Beschreibung der Erfindung wurden die Steuer- 20 erreichen. Eine typische Schaltung beruht auf der Spannungen g_v g„ auf die Spannung C₁ der Stark- Differenzierung der Phasenspannung und eine andere Stromquelle bezogen. Aber es können auch die Span- basiert auf der Erscheinung, daß die Phasenspannung nung auf der Belastungsseite e₂ (vgl. F i g. 3) oder die gegenüber der Phase der Außenleiterspannung um Summe der Spannungsfaktoren auf beiden Seiten, 30° verschoben ist.

d.h. die Spannung der Starkstromquelle und der 25 In den F i g. 3 und 6 ist ein Thyristorpaar in AntiBelastung, als. Bezugsgröße verwendet werden. parallelschaltung eingefügt, jedoch kann, wie in

Des weiteren können an Stelle der Steuerimpulse Fig. 7 dargestellt, ein Thyristor in Antiparallelschal-

Hochfrequenzsteuersignale angelegt werden. Im Falle lung mit einer Diode verwendet werden. Andere

des Stromflusses zum Verbraucher hin (vgl. F i g. 4) Arten von Thyristoren können ebenfalls Verwendung

kann die Impulsdauer erforderlichenfalls über 180° 30 finden,

hinausgehen. Aus dem Vorhergehenden geht klar hervor, daß

Nach einem Merkmal der vorliegenden Erfindung die vorliegende Erfindung eine Netzschutzschaltungskann der Gegenstrom durch Bestimmung der anordnung darstellt, durch die der Gegenstrom sprunghaften Änderung der Durchlaßspannung über unterbrochen und erforderlichenfalls der Stromkreis Anode und Kathode der Thyristoranordnung fest- 35 geöffnet werden kann, so daß der Gegenstrom augengestellt werden. Das bedeutet, daß die sprunghafte blicklich unterbunden wird, sobald ein Fehler, z. B. Änderung der Spannung V_A__K (vgl. Fig. 5) gemes- ein Kurzschluß, eintritt. Dadurch können weitere sen werden kann, die eintritt, sobald die Thyristo- Schäden infolge des Gegenstromes verhindert werren 7, 7' nach Anlegen der Steuerspannungen leitend den, da die Fehlerstelle von dem Stromkreis sofort werden. 40 abgetrennt wird. Dabei ist der erfindungsgemäße

Ein anderes Verfahren zum Anzeigen oder Fest- Netzschutz in seinen Abmessungen klein und mit

stellen des Gegenstroms besteht darin, daß das um geringem Aufwand herstellbar.

90° bezüglich der Spannung der Starkstromquelle Der Netzschutz nach der vorliegenden Erfindung

voreilende Steuersignal angelegt und überprüft wird, kann grundsätzlich zum Schutz jedes Abschnittes

ob über der Anode und der Kathode des Thyristors 45 eines Starkstrcmversorgungsnetzes verwendet wer·

vor dem oben beschriebenen Anlegen des Steuer- den, das aus einer Vielzahl von Zuführungs- odei

signals eine Durchlaßspannung anliegt. Hauptleitungen besteht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

selbsttätig eine Umschaltung von der regulären Ver- Patentansprüche: sorgungsleitung auf eine Reserve-Versorgungsleitung erfolgt. Dazu werden bei dieser bekannten Schal-

1. Schaltungsanordnung zum Schutz von tungsanordnung die Thyristor-Aufsteuerimpulse über Wechst'Stromversorgungsnetzen mit mehreren 5 ein Flip-Flop geleitet und mit diesem von den Versorgungsleitungen für einen Verbraucher, in Thyristoreu der regulären Leitung auf die Thyristodenen zur Unterdrückung und Unterbrechung ren der Reserve-Leitung umgeschaltet, um d's Stromeines Gegenstromes in jeder der Versorgungs- Versorgung des Verbrauchers aufrechtzuerhalten. Als leitungen je eine Thyristoranordnunf in Anti- Umschaltkriterium wird ermittelt, ob die reguläre parallelschaltung vorgesehen ist, deren Thyristo- io Versorgungsleitung unter Spannung steht

ren über eine Vorrichtung zur Erzeugung von Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu-Steuerspannungen einschaltbar sind, dadurch gründe, eine Schaltungsanordnung der eingangs gegekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) nannten Art so auszubilden, daß bei Auftreten eines zur Erzeugung von Steuerspannungen (g_v g„) mit Defektes in einer Leitung ohne Änderungen oder einem vorgeschalteten Phasenschieber (9) derart 15 Umschaltungen die Energieversorgung über die verbunden ist, daß zur Einschaltung der Thyristo- übrigen Leitungen aufrechterhalten bleibt, wobei ren (7. 7') der Antiparallelschaltung Steuerspan- gleichzeitig in allen Versorgungsleitungen das Fließen nungen (#,, g,) jeweils innerhalb eines Zeitinter- eines schädlichen Gegenstromes zuverlässig verhinvalls zwischen einer 9(Γ-Voreilung und einer dert werden soll. Diese Schaltungsanordnung soll 90 -Nacheilung, und zwar bezogen auf den Null- 20 auch für vernaschte Versorgungsnetze mit einer grodurchgang der ansteigenden Phasenspannung (e,) ßen Zahl von Versorgungsleitungen geeignet sein,
des Wechselstromversorgungsnetzes, verfügbar Ernndungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gesind, und daß ein Spannungsvorgleichskreis (12) löst, daß die Vorrichtung zur Erzeugung von Steuerur.d ein Gegenstromanzeigekreis (14) mit der spannungen mit eii.em vorgeschalteten Phasenschie-Vorrichtiing (10) zur Erzeugung von Steuerspan- 25 ber derart verbunden ist. daß 7vr Einschaltung der nungen (g,, g„) derart verbunden sind, daß die Thyristoren der Antiparallelschaltung Steuerspan-Thyristoren (7". T) der Antiparallelschaltung ab- nungen jeweils innerhalb eines Zeitintervalls zwischaltbarsind. sehen einer 90°-Voreilung und einer 90^r-\^Tach-

2. Schaltungsanordnung nac.i Anspruch 1, da- eilung, bezogen auf de.i Nulldurchgang der ansteidurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) 30 genden Phasenspannung des Wechselstrom ve rsorzur Erzeugung von S¹.euerspannt..igcn (g_r g.,) der- gungsnetzes, verfügbar sind, und daß ein Spar.nungsart ausgebildet ist, daß die Steuerspannungen vergleichskreis und ein Gegenstromanzeigekreis mit (gv 8») ^an den Thyristoren (7, T) der Anti- 6er Vorrichtung zur Erzeugung von Ste.n.rspannunparallelschaltung während der gesamten um 90°, gen derart verbunden sind, daß die Thyristoren der und zwar bezogen auf dv_n Nulldurchgang der an- 35 Antiparallelschaltung abschaltbai- sind,
steigenden Phasenspannung (^₁), voreilenden Da bei Jer erfindungsgemäßen Schaltungsanord-Halbperiode der Phasenspannung (e,) verfüg- nung der Gegenstrom oline Behinderung des »Vorbar ist. wärtsstromes« unterdrückt wird, ist im Schadensfall

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 keine Umschaltung von einr;r Kaupt- auf eine oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch den 40 Reserve-Versorgungsleitung erforderlich, so daß Gegenstromanzeigekreis (14) der Gegenstrom selbst kurzzeitige Spannungseinbrüche vermieden über eine Messung der an den Thyristoren (7, 7') werden. Ferner ist vorteilhaft, daß dies e -findungsder A.ntiparallelscha!tung anliegenden Durchlaß- gemäß mit einer überaus einfachen Schaltungsspannung (V_A__K) ermittelbar ist. anordnung erreicht wird, was nicht nur wegen des

4. Schaltungsanordnung nach einem der An- 45 wirtschaftlichen Aufwandes, sondern auch im Hinsprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß blick auf die bei einer solchen Schutzschaltungsdurch den Gegenstromanzeigekreis (14) der anordnung erforderliche Zuverlässigkeit von crheb-Gegenstrom über eine Messing der sprunghaften. licher Bedeutung ist.

Änderung der an den Thyristoren (7, 7') der Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung be-

Antiparallelschaltung anliegenden Durchlaßspan- 50 steht darin, daß die Vorrichtung zur Erzeugung von nung (V _A __K) ermittelbar ist. Steuerspanuungen derart ausgebildet ist, daß die

Steuerspannungen an den Thyristoren der Anti-

parallelschaltung während der gesamten um 90°,

bezogen auf den Nulldurchgang der ansteigenden 55 Wechselspannung, voreilenden Halbperiode der Pha-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- seilspannung verfügbar ist.

lordnung zum Schutz von Wechselstromversor- Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin-

lngsnetzen mit mehreren Versorgungsleitungen für dung besteht darin, daß durch den Gegenstromncn Verbraucher, in denen zur Unterdrückung und Anzeigekreis der Gegenstrom über eine Messung dei ntcrbrecliung ein« Gegenstromes in jeder der Ver- 60 an den Thyristoren der Antiparallelschaltung anlicirgungslcitungcn je eine Thyristoranordnung in genden Durchlaßspannung ermittclbar ist.
.nliparallelschaltung vorgesehen ist, deren Thyristo- Schließlich ist bei einer anderen vorteilhaften Aus-

mi über eine Vorrichtung zur Erzeugung von führungsart der crnndungsgemäßen Schaltungsanord· teuerspannungen einschaltbar sind. nung noch vorgesehen, daß durch den Gegcnstrom·

Es ist bereits eine derartige Thyristor-Schal- 65 anzeigekreis der Gegcnstrom über eine Messung dei ingsanordnung bekannt (britische Palentschrift sprunghaften Änderung der an den Thyristoren dei 7/0), bei der im Bedarfsfall oder bei Auf- Antiparallelschaltung anliegenden Durchlaßspannuni ■el··!! eines Schadens mit Hilfe der Thyristorschalter ermittelbar ist.