DE2036762A1

DE2036762A1 - Arrangement for reducing overvoltages

Info

Publication number: DE2036762A1
Application number: DE19702036762
Authority: DE
Inventors: Hans Dr. 6000 Bergen-Enkheim Becker
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-07-24
Filing date: 1970-07-24
Publication date: 1972-02-03

Description

Anordnung zur Herabsetztlng von Überspannungen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Herabsetzung von Überspannungen1 insbesondere Schaltüberspannungen, in Hochspannungsnetzen, mittels einer gegen Erde geschalteten Drosselspule. Arrangement for reducing overvoltages The invention relates to an arrangement to reduce overvoltages1, in particular switching overvoltages, in high voltage networks, by means of a choke coil connected to earth.

In Drehstrom-Hochspannungsnetzen wird die Begrenzung ven Überspannungen mit steigender Nennspannung von zunehmender Bedeutung. Dabei sind je nach Verschmutzungsgrad entweder netzfrequente Überspannungen (bei starker Verschmutzung) oder Schaltüberspannungen für die Dimensionierung der Isolationsabstände maßgebend. Um diese Abstände auf ein virtschaftlich vertretbares Maß zu reduzieren, werden Maßnabmen sowohl gegen netzfrequente als auch gegen Schaltüberspannungen ergriffen. Bekannte Maßnahmen gegen netzfrequente Überspannungen sand lineare und nicht lineare DrosseIspulen9 die an die Übertragungsleitungen angeschlossen sind.In three-phase high-voltage networks, the limitation is provided by overvoltages with increasing nominal voltage of increasing importance. Depending on the degree of soiling either line-frequency overvoltages (in the case of heavy pollution) or switching overvoltages decisive for the dimensioning of the isolation distances. About these distances on To reduce an economically justifiable level, measures are against both mains frequency as well as against switching overvoltages. Known measures Against mains-frequency overvoltages and linear and non-linear inductors9 connected to the transmission lines.

Gegen das Auftreten Von Schaltüberspannunen werden Einschaltwiderstände in Verbindung mit den Leistungsschaltern eingesetzt. In gewissem Umfang begrenzen auch nicht lineare Drcsselspulen Schaltüberspannungen und indirekt haben auch lineare Drosseispulen einen günstigen Einfluß (indem sie die netzfrequente Spannung herabsetzen).Switch-on resistances are used to prevent the occurrence of switching overvoltages used in conjunction with the circuit breakers. Limit to some extent Even non-linear throttle coils have switching overvoltages and, indirectly, also linear ones Choke coils have a beneficial effect (by reducing the line-frequency voltage).

Die größten Schaltüberspannungen können in Abhängigkeit von den Netzverhältnissen dann auftreten, wenn nach einer Kurzunterbrechung infolge eines Kurzschlusses wieder zugeschaltet wird. Ohne besondere Maßnahmen bleibt die Leitung etwa auf dem Spannungswert aufgeladen, den sie zum Zeitpunkt der Abschaltung besaß. Die Wiederzuschaltung kann in Abhängigkeit vom Schaltaugenblick im Zustand der Phasenopposition erfolgen, was dann zu einer empfindlichen Erhöhung der folgenden Schaltüberspannungen führt Auch bei Verwendung von linearen Ladestromspulen kann eine Erhöhung der Schaltüberspannung durch die Vorladung der Leitung stattfinden. Die Spannung der Leitung schwingt mit einer Frequenz, die durch die Rapazität der Leitung und die Induktivität der vorhandenen Drosselspulen bestimmt istt und Je nach Kompensationsgrad mehr oder weniger unterhalb der Netzfrequenz liegt. Damit sind auch hier die Voraussetzungen für eine Phasenopposition gegeben. Die bei linearen Spulen auftretenden Schwingungen können durch eine Erdung des Sternpunktes dieser Spulen über einen ohmschen Widerstand nur im Nullsystem gedämpft werden, während Mit- und Gegensystem unbeeinflußt bleiben. Zur Abhilfe wurde deshalb schon bekannt, Widerstände in Reihe mit den Drosselspulen zu legen und im Normalbetrieb zu überbrücken. Dabei ist jedoch gleichzeitig mit dem llauptschalter ein Hilfsschalter zu öffnen, um den Widerstand anzuschalten.The largest switching overvoltages can occur depending on the network conditions then occur when after a short interruption as a result of a short circuit again is switched on. Without special measures, the line remains at about the voltage value charged that she had at the time of shutdown. The reconnection can depending on the switching instant in the state of the phase opposition, what then also leads to a significant increase in the following switching overvoltages when using linear charging current coils, there may be an increase in the switching overvoltage take place by the summons of the management. The line tension resonates a frequency determined by the rapacity of the line and the inductance of the existing Choke coils is determined and depending on the degree of compensation more or less below the grid frequency. This means that the prerequisites for phase opposition are also here given. The vibrations occurring with linear coils can be caused by an earthing of the star point of these coils via an ohmic resistor only in the zero system are attenuated, while the positive and negative system remain unaffected. To remedy this was therefore already known Resistors in series with the reactors to be laid and to be bridged in normal operation. However, this is also at the same time an auxiliary switch to open the main switch to switch on the resistor.

Induktive Spannungswandler eignen sich behelfsmäßig zur Entladung von kurzen Leitungslängen, solange keine linearen Drosseispulen vorhanden sind. Der Magnetkreis der Wandler hat einen ausgeprägten Sättigungsknick, so daß die auf der Leitung anstehende GleichSpannung in kurzer Zeit zur Sättigung des Wandlers führt.Inductive voltage converters are a makeshift solution for discharging of short cable lengths as long as there are no linear inductor coils. The magnetic circuit of the converter has a pronounced saturation kink, so that the on DC voltage present on the line to saturate the converter in a short time leads.

Der impuisförmige Entladestrom wird durch die Restinduktivitat des Wandlers begrenzt und durch die Wandlerverluste gedämpft.The pulse-shaped discharge current is determined by the residual inductance of the Converter limited and damped by the converter losses.

Die Anwendungsmöglichkeiten dieser Wandler zur Leitungsentladung sind jedoch nur beschränkt, da für größere Leitungslängen Kompensationsdrosseln eingesetzt werden müssen, wobei eine Schwingung auftreten kann, die nicht zur Sättigung des Wandlers führen muß, und außerdem wegen der nur relativ geringen Belastungsfähigkeit des Wandlers.The possible uses of these converters for line discharge are but only to a limited extent, as compensation chokes are used for longer cable lengths must be, whereby an oscillation can occur that does not saturate the Converter must lead, and also because of the relatively low load capacity of the converter.

Man kann netzfrequente- und Schaltüberspannungen erfindungsgemäß dadurch wirksam reduzieren, indem man die gegen Ende geschaltete Drosselspule dreiphasig ausführt, ihr einen magnet tischen Kern mit einer Kennlinie mit ausgeprägtem Sättigengsknick gibt, sowie die erdseitigen Anschlüsse der drei Phann der Drosselspule zum Stern zusammenschaltet und zwischen diesem Sternpunkt und Erde einen ohmschen Widerstand einschaltet. Es kann auch sinnvoll sein, der Drosselspule eire zusätzliche Dreieckwicklung zu geben und im Zuge dieser Dreieckwicklung einen ohmschen Widerstand anzuordnen. Für netzfrequente Uberspannungen kann man die erfindungsgemäße Drossel- @@@e z. B. durch Gleichstromvormagnetisierung dem je-@@@ @egm @@stzustand optimal anpassen. Bei plötzlichen Spanaungsänderungen wird eine vorgesehene Stoßerregung wirkzam. Diese wird unterstützt durch ein transientes Gleichstromglied, dezsen Größe vom stationären Gleichstrom abhängt und eine stoßartige Erhöhung des Blindstromes bei Spannungserhöhungen bewirkt. Die nicht lineare Kennlinie des Magnetkreises bewirkt, daß Spannungserhöhungen, @ie den Sättigungswert überschreiten, automatisch eine Er-@öhung des Blindstromes bewirken, so daß hierdurch eine weitere Begrenzung stattfindet.According to the invention, mains frequency and switching overvoltages can thereby be avoided effectively reduce by making the inductor switched towards the end three-phase executes, you have a magnetic core with a characteristic curve with a pronounced saturation kink there, as well as the earth-side connections of the three phases of the choke coil to the star interconnects and an ohmic resistance between this star point and earth turns on. It can also be useful to add an additional triangular winding to the choke coil to give and to arrange an ohmic resistance in the course of this triangular winding. For line-frequency overvoltages, the inventive choke @@@ e z. B. optimally adapt to the current state by direct current bias. In the event of sudden changes in tension, a planned shock excitation becomes effective. This is supported by a transient direct current element, the size of the stationary direct current and a sudden increase in the reactive current Causes voltage increases. The non-linear characteristic of the magnetic circuit causes that voltage increases @ie exceed the saturation value, automatically a Cause an increase in the reactive current, so that this results in a further limitation.

Schaltüberspannungen werden einmal indirekt dadurch reduziert, daß für die netzfrsquenten Spannungen jeweils optimale Verhältnisse vorliegen, zum anderen auch durch die Sättigung des Magnetkreises.Switching overvoltages are reduced indirectly by the fact that Optimal conditions exist for the voltages that are frequent to the grid, on the other hand also due to the saturation of the magnetic circuit.

Ein@ Leitungsentladung läßt sich mit dieser Einrichtung vollkommen selbsttätig dadurch erreichen, daß man die in Stern geschaltete Primärwicklung über einen ohmschen Widerstand geeigneter und unabhängig von sonstigen Gesichts-@unkten optimal zu wählender Größe erdet, Hat dis Drosselspule eine Dreieckwicklung, so kann es zweckmäßig sein, auch diesen Wicklungen einen zusätzlichen Widerstand in Reibe zu schalten, wobei diese Widerstände auch eine nicht lin are Charakteristik besitzen können.A @ line discharge can be completely with this device Achieve it automatically by the primary winding connected in the star an ohmic resistance that is more suitable and independent of other aspects Grounds of the optimal size to be selected. If the choke coil has a triangular winding, see above it may be useful to add an additional resistor to these windings Grater to switch, these resistances also having a non-linear characteristic can own.

Im Gegensatz zur Verwendung von linearen Drosselspulen tre@en bei nicht linearen Drosselspulen, selbst bei sym-@@@@ischen Anpang@bedingungen, keine dreiphnsig symmetrischen Schwingungen auf, die sich im Sternpunkt zu Null addieren tr@@n, wodu@ch @@ Wirkung eines Sternpunktwiderstandes bede@t@@p@l@ Wä@@de.In contrast to the use of linear choke coils non-linear reactors, even with sym - @@@@ ischen Anpang @ conditions, none three-phase symmetrical vibrations that add up to zero at the star point tr @@ n, wodu @ ch @@ Effect of a neutral point resistance bede @ t @@ p @ l @ Wä @@ de.

Während bei Normalbetrieb der Sternpunktwiderstand - praktisch unbelastet ist und deshalb strommäßig für Kurzzeitbetrieb bemessen werden kann, wird er bei Abschaltung der Leitung für die impulsförmigen Entladungen der Leitungskapazität über die Sättigungskennlinie der Drossel für jede Phase getrennt voll wirksam. While in normal operation the neutral point resistance - practically unloaded is and can therefore be measured in terms of current for short-term operation, it is at Disconnection of the line for the pulse-shaped discharges of the line capacitance fully effective for each phase separately via the saturation characteristic of the choke.

Nimmt man z. B. an, daß die Spannungen der Phasen R, S, T der Leitung uR u51 uT den Gesetzen uR = U@ sin #t uS = U sin (#t + 120) uT = U sin (#t + 240) . If you take z. B. suppose that the voltages of phases R, S, T of the line uR u51 uT the laws uR = U @ sin #t uS = U sin (#t + 120) uT = U sin (#t + 240) .

gehorchen, so gilt, wegen u = d#/dt für die Flüsse der Drosselspule der drei Phasen #R = - # cos #t #S = - # cos (#t + 120) = = - cos (#t t + 240) Zum Zeitpunkt cot = 0 werde z. B. die Leitung symmetrisch, abgeschaltet und sich selbst überlassen. obey, then because u = d # / dt for the fluxes of the choke coil of the three phases #R = - # cos #t #S = - # cos (#t + 120) = = - cos (#t t + 240) For Point in time cot = 0 z. B. the line balanced, switched off and itself left.

Für Spannungen und Flüsse gelten dann die Anfangswerte: uSo = 0,866 U #So = 0,5 # # uTo = -0,866 U #To = 0,5 # Bei einem linearen Schwingkreis würden die Energiespeicher zu symmetrischen dreiphasigen Schwingungen angeregt, ein Strom über den Sternpunkt würde nicht zustande kommend Bei einer nicht linearen Drosselspule mit einer Magnetisierungskennlinie # (I) gemäß Fig. 1 verläuft der Flußverlauf, solange die Drossel nicht gesättigt sinds wegen des dann vernachlässigbaren Magnetisierungsstromes nach den Beziehungen: #R = #Ro + C. URo t = - # #S = #So + C. USo t = 0,5 # + C. 0,866 U. t #T = #To + C. UTo t = 0,5 # - C. 0,866.U.. t Während der Fluß in Phase R annähernd konstant bleibt, steigt er in Phase S an und sinkt in Phase T ausgehend von den gleichen Anfangswerten, z. B. 0,5 mit gleicher Änderungsgeschwinm digkeit. In Phase 5 wird nach Fig l die Sättigung , früher erreicht als in Phase T. Der impulsförmige Entladestrom 1 der Phase S, der, dem Flußanteil entspricht, der den Sättigungsfluß #S überschreitet, wird über den Sternpunktwiderstand fließen, da die übrigen beiden Drosselphasen keine Ströme führen können, da sie in diesem Augenblick noch ungesättigt sind. The initial values then apply to stresses and flows: uSo = 0.866 U #So = 0.5 # # uTo = -0.866 U #To = 0.5 # With a linear oscillating circuit the energy storage would be excited to symmetrical three-phase oscillations, a current through the star point would not come about with a non-linear one Choke coil with a magnetization characteristic # (I) according to FIG. 1 runs the Flow course as long as the throttles are not saturated because of the negligible Magnetizing current according to the relationships: #R = #Ro + C. URo t = - # #S = #So + C. USo t = 0.5 # + C. 0.866 U. t #T = #To + C. UTo t = 0.5 # - C. 0.866.U .. t While the flow remains approximately constant in phase R, it increases in phase S and decreases in phase T starting from the same initial values, e.g. B. 0.5 with the same Rate of change. In phase 5, according to FIG. 1, saturation is reached earlier than in phase T. The pulse-shaped discharge current 1 of phase S, the, the flux component which exceeds the saturation flux #S is via the neutral point resistance flow because the other two throttle phases cannot carry any currents because they are still unsaturated at this moment.

In Fig. 2 ist eine dreiphasige Drosselspule mit nicht linearer Magnetisierungskennlinie und Sternpunktwiderstand R gemäß der Erfindung dargestellt.In Fig. 2 is a three-phase choke coil with a non-linear magnetization characteristic and star point resistance R according to the invention.

In Fig. 3 zeigt beispielhaft eine mittels Gleichstromvormagnetisierung regelbare Drosselspule mit Dämpfungswiderständen im Sternpunkt und im Zuge der Dreieckwicklung.In Fig. 3 shows an example by means of direct current bias adjustable choke coil with damping resistors in the star point and in the course of the delta winding.

Um die Gleichstromvormagnetisierung im Wechselstromsystem wirksam zu machen, muß das magnetische System und damit auch alle Wicklungssysteme in zwei Hälften aufgeteilt werden, von denen jede einer Polarität (Halbwelle) der Sinuswelle zugeordnet ist.To make the DC bias effective in the AC system To make it, the magnetic system and therefore all winding systems must be in two Halves are divided, each of which has a polarity (half-wave) of the sine wave assigned.

Zur Anpassung der Drosselspule an alle Aufstellungsorte und Netzverhältnisse ist es zweckmäßig, sie in bekannter Weise mittels Stufenzapfungen und Stufenschalter regelbar auszuführen.For adapting the choke coil to all installation locations and network conditions it is advisable to use them in a known manner by means of tapping taps and tap changers adjustable.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Arrangement for reducing overvoltages, especially switching overvoltages, in high voltage networks, by means of a choke coil connected to earth characterized in that the choke coil is three-phase, a magnetic one Has a core with a characteristic curve with a pronounced saturation kink and that the earth-side Connections of the three phases of the reactor are interconnected to form a star and that between this star point and earth an ohmic resistor is switched ge.

2. Arrangement according to claim characterized in that the choke coil an additional triangular winding and / or windings to premagnetize the Core by means of variable direct current.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the magnetic The core of each phase is split into two partial cores, each of which has a partial winding the inductor winding (P.W.) carries that a partial winding is arranged on each partial core is, wherein the tail windings of each phase are connected in series; and the three Phases form a triangular winding (D.W.), and that the two partial cores each have one additional DC bias winding (G.W.), these Each phase assigned partial windings an opposing flow in the partial cores generate (Fig. 3).

4. Arrangement according to one of claims 2 or 3, characterized in that that an ohmic resistor is connected in series with the triangular winding.

5. Arrangement according to one of claims 1 - 4, characterized in that that the choke coil can be regulated by tapping taps and tap changers, 6, Arrangement according to one of claims 1-5, characterized in that the or the resistances have a non-linear characteristic.

R e r s e