DE1922720C - Schaltungsanordnung zum Schutz von Wechselstromversorgungsnetzen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Sehaltungsordnung zum Schutz von Wechselstiomversorngsnetzen mit mehreren Versorgungsleitungen für ien Verbraucher, in denen zur Unterdrückung und iterbrechung eines Gegenstromes in jeder der Verrgungsleitungen je eine Thyristoranordnung in ■^parallelschaltung vorgesehen ist, deren Thyristoüber eine Vorrichtung zur Erzeugung von merspannungen einschaltbar sind. Es ist bereits eine derartige Thyristor-Schaligsanordnung bekannt (britische Patentschrift )93 770), bei der im Bedarfsfall oder bei Auf- :ten eines Schadens mit Hilfe der Thyristorschalter selbsttätig eine Umschaltung von der regulären Versorgungsleitung auf eine Reserve-Versorgungsleitung 2t Dazu werden bei dieser bekannten Schaltungsanordnung die Th) ristor-Aufsteuenmpulse über ein Flip-Flop geleitet und mit diesem von den Thyristoren der regulären Leitung auf die Ihynstormi'der Reserve-Leitunu umgeschaltet, um die Stromverso-ung des Verbrauchers aufrechtzuerhalten. Als UmschaltkriteriuM svird ermittelt, ob u;e reguläre Versorgungsleitung unter Spannung steht.

Der ·-orliegenden Erfindung hegt die Aufgabe zu-..rmific cine~Schaluini!snnordnung der eingang ger'-innten <\rt so mr./.'ihikkn, daß bei Auftrete;, eines i'v-fekte.s in einci Leitung ohne Änderungen oder Umschaltungen die Energieversorgung übe, die übiiuen Leitungen aufrechterhalten bleibt, wobei oleiehzfitig in afien \'ersorgungsleitungen das Γ ließen ein.·. M-hlüiii-v.:'·· C'-.·ί>·.·;stromes zuverlässig ·. rhin- ^'.'_i: ·>,,; ι,;i Ί 1'.^ Schaltungsanordinii': soll _Ίι,,_π i .; \er·'.:: : ic \ , -.Tgungsnetze mit eiin- großti'i Zahl ■· >'· V ^M^:::;;-;^itungen geeignet se ■;

Ι":!".,Ι·..!.-^t'ei:->:>!.^!. wu-l «!icse Aufgabe dadur !1 ge- !,,·,(. ;!ilVj,l \··.>!,·ι. nt·:;:.· /ur Er/.eugung von ^jueri.i '..pen: ·.·iruesclialteten Phaseischiei ■ ...Uli .st. daß zur EinschaltU'-L; der v; .Uüiparallelschaltung Steuc:pan- \ i.'i.icjf-.alb eines Zeitintervall·, zwi-V--1 -Vi.'ie Ιϋημ und einer 90' Nache,!,!i!-' !le/.oncl· auf lieü Nuüdurchgang der austeilenden ['ha'siMispi'nnuiiii des Wechselstroms rsorguni-.net/e-., verfügbar sind, und daß ein Spannungsvi.iL'lfich-.krc-is und ein (jegenstromanzeigekreis mit ti'.-i Vorriehtun» /uv Lrzeuyung von Steuerspannungeu derart verbunden > nd, daß die Thyristoren der Aniipanillelschaltung abschaltbar sind.

Da bei der erlindungsgcmäßen Schaltungsanordnung der Gegenstrom ohne Behinderung des *■ Vorwärtsstromes« unterdrückt wird, ist im Schadensfall keine Umschaltung von einer Haupt- auf eine Reserve-Versorgungsleitung erforderlich, so daß selbst kurzzeitige Spannungseinbrüche vermieden werden. Ferner isi vorteilhaft, daß dies erfindungsgemäß mit einer überaus einfachen Schaltungsanordnung erreicht wird, was nicht nur wegen des wirtschaftlichen Aufwandes, sondern auch im Hinblick auf die bei einer solchen Schutzschaltungsanordnung erforderliche Zuverlässigkeit von erheblicher Bedeutung ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Vorrichtung zur Erzeugung von Steuerspannungen derart ausgebildet ist, daß die Stcuerspannungen an den Thyristoren der Antiparallelschaltung während der gesamten um 90°, bezogen auf den Nulldurchgang der ansteigenden Wechselspannung, voreilenden Halbperiode der Phasenspannung verfügbar ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß durch den Gegenstrom-Anzeigekreis der Gegenstrom über eine Messung der an den Thyristoren der Antiparallelschaltung anliegenden Durchlaßspannung ermittelbar ist.

Schließlich ist bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsart der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung noch vorgesehen, daß durch den Gegenstromanzeigekreis der Gegenstrom über eine Messung der sprunghaften Änderung der an den Thyristoren der Antiparallelschaltung anliegenden Durchlaßspannung ermittelbar ist.

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Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten des Stromes zu einem Verbraucher 6 mit der Sekun·- der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung därseite eines Transformators 3 (Starkstroniquelle) sowie aus der Zeichnung hervor. Es zeigt in schema- verbunden sind. Gleichzeitig wird der Verbraucher 6 tischer Darstellung über einen anderen Transformator 3' versorgt, ^ der Fig. 1 die Schaltungsanordnung eines Versor- 5 an eine andere Starkstromquelle über einen Netzgungsnetzes mit parallelen Zuleitungen, schutz 4' angeschlossen ist. Der Netzschutz 4 hat Fig. 2 die Schaltungsanordnung eines Netzes mit den gleichen Aufbau wie der Netzschutz 4, weshalb verzweigten Zuleitungen, " im folgenden nur ein Nutzschutz beschrieben wird. Fig. 3 die Schaltungsanordnung des erfindungs- Der Netzschutz 4 besteht aus den Thyristoren 7 gemäßen Netzschutzes, io und 7', einem Phasenschieber 9 zur Phascnverschie-Fig. 4 den Spannungs-und Stromverlauf an ver- bung um 90"' entsprechend einer Voreilung der schiedenen Stellen der Schaltungsanordnung nach Thyristor-Steuerspannung um 90° bezüglich der Fig. 3 bei EnergieHuß zum Verbraucher, Phasenspannung e_v die über einen Transformator 8 Fig. 5 den Spannungs- und Stromverlauf an ver- zugeführt wird. Außerdem verfügt der Netzschutz 4 .thiedenen Stellen der Schaltungsanordnung nach 15 über eine Vorrichtung 10 zur Erzeugung von Steuer-F i g. 3 beim Fließen eines Gegenstromes, ipannungen über einen Spannungsvcrgleichskreis 12, Fig. 6 eine Schaltungsanordnung nach der Erfin- um mittels Transform-'oren 11 und 13 die Spandung für Dreiphasensysteme und nung P₁ mit einer Spannungen an der last zu ver-Fig. 7 in Teildarstellung eine weitere Ausfüh- gleichen, sowie über einen Gegenstromanzeigekrei-1 ungsart des Netzschutzes nach der Erfindung. 20 14, der an den Anoden und Kathoden dei ThyrKto Die grundsätzlichen Schaltungsanordnungen für ren angeschlossen ist. Über die Vorrichtung 10 wer-Stromversorgungsnetze sind in Fig. 1 und 2 dar- den Signale mit einer Signaldauer entsprechend ISO gestellt. In dem Versorgungsnetz mit getrennten Lei- und mit einer Voreilung von 90 bezüglich der Spannungen nach Fig. 1 ist mit einer Hauptleitung 1 eine nung c\ an beide Thyristoren? und7' angelegt. Diese Vielzahl von parallelgeschalteten Zuleitungen ver- 25 Steuersignale werden dann wieder durch den Gegenbunden, von denen jede einen Schalter 2, einen stromanzeigekreis 14 und den Spannuncsvergieichs-Transformator 3 und einen Netzschutz 4 aufweisen. kreis 12 überwacht.

Der Strom wird über eine übliche Starkstrom- Unter Hinweis auf die Kurvenformen nach Fi g. 1 leitung 5 zu jedem Verbraucher 6 geliefert. Wird eine wird im folgenden die Arbeitsweise des Netzschut/es Zuleitung schadhaft, wird diese durch den Netz- 30 mit dem oben beschriebenen Aufbau erläutert Das schutz von dem Versorgungsnetz abgetrennt, und die Steuersignal #, mit der Phasenvoreilung um 90 beverbleibenden Zuleitungen versorgen die Verbrau- züglich der sinusförmigen Spannung e, und mit einer eher 6 weiterhin mit elektrischer Energie. Impulsdauer von 180° wird an den Thyristor 7 an-

Ein verzweigtes Netzsystem ist in Fig. 2 gezeigt, gelegt. Das gleiche Signal g., liegt ;·η dem Thyristor 7

bei dem eine Vielzahl von Zuleitungen über eine 35 Bei Energieleitung in Richtung zum Verbraucher 6

übliche Hauptleitung 1 mit der hier nicht gezeigten ist der Strom bezüglich der Spannung C₁ um maximal

Verteilerstation ve-bunden sowie eine Vielzahl von 90° phasenverschoben, d. h. vor- oder nacheilend.

Transformatoren 3 an jeder Zuleitung angeschlossen so daß die Thyristoren einen Stromfluß mit jedem

sind. An den Sekundärseiten der Transformatoren 3 Leistungsfaktor ermöglichen, wenn die Steuerspanist das Versorgungsnetz 5 mit einer noch niedrigeren 40 nungen g_v g, wie in Fig. 4 wiedergegeben angelegt

Spannung über den jeweiligen Netzschutz 4 ange- werden. Ein Beispiel für den Stromverlauf unter die-

schaltet, über den der Strom zu den Verbrauchern 6 ser Voraussetzung ist in Fig. 4 durch das Symbol ;

geliefert wird. dargestellt.

Sobald in dem verzweigten Versorgungsnetz eine In Fig. 5 ist die Arbeitsweise des erfindun^ der Zuleitungen schadhaft wird, trennt deren Netz- 45 gemäßen Netzschutzes für den Fall dargestellt, daß schutz diese schadhafte Leitung ab und verhindert, auf Grund eines Kurzschlusses in einer Starkstromdaß die Netztransformatoren der Umkehrfunktion quelle auf der Seite des Transformators 3 (vgl bzw. der Rückwirkung von der Sekundärseite de; Fig. 3) ein Gegenstrom fließt. Wenn kein Netz-Transformatoren ausgesetzt sind. Die anderen Zu- schutz, gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen leitungen führen weiterhin elektrische Energie zu den 50 wäre, würde der Gegenstrom so fließen, wie mittel; Verbrauchern. gestrichelter Linien angedeutet ist. Sind jedoch du Ein Netzschutz muß also die folgenden Aufgaben Netzschutz-Schaltungsanordnungen gemäß der vor erfüllen: liegenden Erfindung in dem Versorgungsnetz ein

1. Er muß automatisch den Gegenstrom von der geschaltet, liegt an den Thyristoren kein Steuer Sekundärseite unterbrechen, wenn ein Fehler 55 signal, wenn der Gegenstrom anzusteigen beginnt. s< auf der Primärseite auftritt; daß die Thyristoren gesperrt bleiben. Die Thyristorei

2. er muß automatisch den Stromkreis wieder werden erst nach Anlegen der Steuersignale leitend schließen, sobald der normale Zustand zum d. h. erst 90° vor Nulldurchgang der Phasenspan Wiederbeginn der Stromversorgung hergestellt nung e, (vgl. Fig. 5), so daß der Gegenstrom 1111 ist, und 60 für eine kurze Zeit Hießt, wie mit durchgehendei

3. er' muß automatisch den Stromkreis wieder Linien aaigestellt ist. Somit wird der Gcgenstron schließen, wenn die Stromversorgung wieder durch die Thyristoren verhindert. Ohne daß de aufgenommen wird und die Netzseitc (Lastseite) Stromkreis geöffnet wird, wird folglich nur auf Grunc nicht unter Spannung steht. der Eigenschaften des Versorgungsnetzes verhindert

In Fig. 3 ist eine typische Ausführung der erfin- 65 daß in dem Stromkreis ein Gegenstrom fließt,

dungsgemäßen Schaltungsanordnung wiedergegeben, Wenn erforderlich, kann jedoch der Gcgenstron

bei der Thyristoren 7 und T als Netzschutz, der in du.ch die Spannung über der Anode und Kathode

seiner Gesamtheit mit 4 bezeichnet ist, zur Leitung jedes Thyristors 7 bzw. 7' (vgl. Fig. 3) angezeigt unc

die Steuersignale für die Thyristoren unterbunden F i g. 6 zeigt ein Dreiphasensystcm mit dem NcU-

werden, wodurch der Stromkreis geöffnet wird. Die schutz nach der vorliegenden Erfindung.

Kurvenform der Spannung über den Anoden und Dieser Netzschulz 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 tungsstrom von 300 A vorgesehen. Der Stromkreis

der Spannung der Starkstromquelle um 90° vor und enthält einen Transformator 3, eine Thyristoranord- ■■?■

haben beide die Dauer einer Halbperiode der Span- nung 7, eine Vorrichtung 10 zur Erzeugung von J- >

nung e_v Die Anwendung der vorliegenden Erfindung to Steuerspannungen, einen Phasenschieber 9 zur vor- f /

ist nicht auf die oben beschriebene Schaltungsanord- eilenden Phasenverschiebung um 90°, einen Gegen- X.

nung, die von den Eigenschaften des Versorgungs- stromanzeigekreis 14, einen Spannungsvergleichs- ■ )

netzes abhängt, beschränkt. kreis 12 und einen nicht gezeigten Starkstromkreis. *

Ist der Leistungsfaktor des Stromkreises konstant, Der Starkstromkreis wird mittels Hochspannung ver- i

kann ein ausreichender Strom auch dann fließen, ts 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 e, eine Impulsdauer aufweisen, die dem Phasenverschiebung der Steuerspannungeo, um die

Leistungsfaktor angepaßt ist. Bei der vorangegange- Voreilung um 90° bezüglich der Phasenspannung zu

nen Beschreibung der Erfindung wurden die Steuer- ao erreichen. Eine typische Schaltung beruht auf der

Spannungen S₁, g₂ auf die Spannung e_t 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° ver choben ist

d. h. die Spannung der Starkstromquelle und der a₅ In den Fig. 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 F i g. 7 dargestellt, ein Thyristor in Antiparallelschal-

Hochfrequenzsleuersignale angelegt werden. Im Falle tun_R mit einer Diod? _νΡ™,ΡηΗ^* «-Λ« Ander*

des Stromflusses zum Verbraucher hin (vgl Fig 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 aufgestellt werden Das bedeutet, daß die sprunghafte blickl.ch unterbunden wird, sobald ein Fehler, 7. 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 GegenstSmes verhindertZ7-ren 7, T nach Anlegen der Steuerspannungen leitend den. da die Fehlerstelle von dem Stromkreis sofort werden. . 4<> abgetrennt wird. Dabei ist der erfindungseemäße

Em anderes Verfahren zum Anzeigen oder Fest- Netzschutz in seinen Abmessungenι Seta und mit

stellen des Gegenstroms besteht dann, daß das um geringem Aufwand herstellbar

90° bezüglich der Spannung der Starkstromquelle Der Netzschutz nach der

voreilende Steuersignal angelegt und überprüft wird, kann

ob über der Anode und der Kathode des Thyristors 45 eines

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vor dem oben beschriebenen Anlegen des Steuer- den das an« pin*,- \/· 1 '&, "^ca ^_-""¹¹¹"* ·

signals eine Durchlaßspamrang anlief. H^upüeuunger!Seht"" ***""*

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Schutz von Wechselstromversorgungsnetzen mit mehreren Versorgungsleitungen für einen Verbraucher, in denen zur Unterdrückung und Unterbrechung eines Gegenstromes in jeder der Versorgungsleitungen je eine Thyristoranordnung in Antiparallelschaltung vorgesehen ist, deren Thyristo- m ren über eine Vorrichtung zur Erzeugung von Steuerspannungen einschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) zur Erzeugung von Steuerspannungen (g,, i,'.,) mit einem vorgeschalteten Phasenschieber (9) derart verbunden ist, daß zur Einschaltung der Thyristoren (7, T) der Antiparallelschaltung Steuerspanniingen (g_r g_s) jeweils innerhalb eines Zeitiniervalls zwischen einer 90'-Voreilung und diier 90"-Nacheilung, und zwar bezogen auf den Nn'': 2:, durchgang der ansteigenden Phasenspannuin: I₁, j des Wechselstroinversorgungsnelzes, \crf;a;n.sr sind, und daß ein Spann ingsvergleichskrei¹· (12) und ein Gegenstromanzeigekreis (14) in:! du Vorrichtung (10) zur Erzeugung von Stein, isp:..·,-nungen (g,, g.,) derart verbunden sind, dal* du Thyristoren (7~ T) der Amiparallelschaltuiie .^(l schaltbar sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. &·■■■ durch gekennzeichnet, daß iie Vorrichtung (101 3« zur Erzeugung von Stcierspannungen (,?,. ,l'_.) d.; art ausgebildet ist, daß die Steuerspannung..μ fei. 8>) ^an den Thyristoren (7, T) der Ann parallelschaltung während der gesamten urn ¹M) , und zwar bezogen auf den Nulldurchgan«; tier ansteigenden Phasenspannung (^₁). voreilenden Halbperiode der Phasenspannung (e,) verfügbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Gegenstromanzeigekreis (14) der Gegenstrom über eine Messung der an den Thyristoren (7, 7') der Antiparallelschaltung anliegenden Durchlaßspannung (V_A._K) ermittelbar ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Gegenstromanzeigekreis (14) der Gegenstrom über eine Messung der sprunghaften Änderung der an den Thyristoren (7, T) der Antiparallelschaltung anliegenden Durchlaßspannung (V_{A K}) ermittelbar ist.

_s,_Kl ,11,..