DE2161998C3 - Überspannungsschutz für elektrische Anlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schutz elektrischer Anlagen gegen Überspannungen, insbesondere von Lichtbogen-Ofenanlagen, wobei alle drei Phasen zwischen dem Leistungsschalter und dem Transformator über Überspannungsableiter geerdet und durch weitere Überspannungsableiter miteinander verbunden sind. Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß in derartigen Ofenanlagen relativ häufig ungewöhnlich hohe Überspannungen auftreten können, die auf verschiedene Ursachen zurückzuführen sind. Wird beispielsweise beim öffnen des Leistungsschalters der Strom schon vor seinem natürlichen Nulldurchgang unterbrochen, so ist in den Induktivitäten des Transformators, der unterspannungsseitigen Verbindungsleitung zwischen Transformator und Ofen und einer eventuell vorhandenen Drosselspule eine bestimmte magnetische Energie gespeichert, die zu Abschaltüberspannungen führt. Die Größe dieser Überspannungen ist etwa proportional der gespeicherten magnetischen Energie und etwa umgekehrt proportional der Größe der Kapazitäten in dem durch den Leistungsschalter abgetrennten Anlagenteil.

Auch beim Zuschalten der Ofenanlage mittels des Leistungschalters können Überspannungen auftreten, die sich aus Ausgleichvorgängen zwischen den im eingeschalteten Stromkreis vorhandenen Induktivitäten und Kapazitäten ergeben.

ilwar treten die beiden vorgenannten Arten von Überspannungen in allen elektrischen Anlagen auf, in denen Schalter ohne Dämpfungswiderstände verwendet werden, jedoch wird der Leistungsschalter einer Ofenanlage im Vergleich zu anderen Stromversorgungsanlagen relativ häufig betätigt.

Neben den durch Schaltvorgängen bedingten Überspannungen können in Lichtbogen-Ofenanlagen auch durch Lichtbogenabrisse, die beispielsweise während des Einschmelzvorgangs auftreten können und die zu plötzlichen Stromunterbrechungen auf der Unterspan-998

nungsseite des Ofentransformators führen. Überspannungen ausgelöst werden.

Die beschriebenen Überspannungen führen zu hohen Beanspruchungen zwischen dea Phasen und Erde sowie zwischen den einzelnen Phasen. Damit ein sicherer Beirieb der Ofenanlage gewährleistet ist, kann es daher erforderlich sein, zum Schutz gegen unzulässig hohe Überspannungen Überspannungsableiter vorzusehen.

Bei einem Überspannungsschutz einer solchen Ofenanlage ist zu berücksichtigen, daß das Übersetzungsverhältnis zwischen Primär- und Sekundärspannung eines Ofentransformators meist in einem sehr großen Bereich regelbar ist, damit die Sekundärspannung der jeweils erforderlichen Leistung im Lichtbogenofen angepaßt werden kann. Zu diesem Zweck besitzen die Ofentransformatoren auf der Oberspannungsseite eine Einstellwicklung, dk mit einem Stuienschaltwerk regelbar ist Ist die höchste Unterspannung eingestellt so sind die auf der Oberspannungsseite liegenden Einstellwickiungen ganz ausgeschaltet. Längs diesen freischwingenden Wicklungsteilen können ebenfalls Überspannungen auftreten, die infolge des großen Regelbereichs erhebliche Werte annehmen können. Ist die Oberspannungswicklung im Dreieck geschaltet, dann sind für die innerhalb der Regelwickkingen auftretenden Beanspruchungen die zwischen den Phasen an den obersppnnungsseitigen Transformatorklemmen auftretenden Beanspruchungen maßgebend. Entscheidend für möglichst kleine Beanspruchungen im Regelteil ist es daher, daß die Beanspruchungen zwischen den Phasen möglichst klein gehalten werden, was sich dadurch erreichen läßt daß man die Transformatorklemmen der einzelnen Phasen über Überspannungsableiter miteinander verbindet

So wird, wie in F i g. 1 dargestellt zum Schutz vor Überspannungen bei derartigen Ofenanlagen bereits eine Ableiterschaltung verwendet gemäß Fig. 3 der österreichischen Patentschrift 1 84 965, bei welcher alle drei Phasen der Verbindungsleitung zwischen dem Leistungsschalter 1 und dem Transformator 2 über jeweils einen Überspannungsableiter 3 geerdet und jeweils zwei Phasen durch weitere Überspannungsableiter 4 miteinander verbunden sind. Die die Phasen verbindenden Überspannungsableiter sind dabei im Dreieck geschaltet

Zwar bietet diese Schaltung einen sehr wirksamen Schutz gegen Überspannungen, sie läßt sich jedoch auf Grund der dabei erforderlichen Verbindungsleitungen aus räumlichen Gründen nicht immer verwirklichen. Dies trifft insbesondere bei schon bestehenden Anlagen zu, die nachträglich mit einer solchen Schaltung, wie sie beispielsweise in F i g. 1 gezeigt ist, versehen werden sollen. Hierbei ist die Verbindung der beiden äußeren Phasen R und T über den Überspannungsableiter 4 nicht ganz unproblematisch, da die erforderliche Verbindungsleitung die mittlere Phase 5 kreuzen muß, was oftmals eine komplizierte Leitungsführung erfordert damit der notwendige Sicherheitsabstand eingehalten wird.

Schwierigkeiten, wie sie bereits im Zusammenhang mit der beschriebenen Schutzschaltung nach F i g. 1 erwähnt sind, bestehen auch bei einer bereits in der DT-OS 21 08 813 vorgeschlagenen Schutzschaltung, die für Ofenanlagen bestimmt ist deren Transformator eine Drosselspule vorgeschaltet ist. Hierbei sind parallel zu jeder Drosselspule je ein Überspannungsableiter vorgesehen, ferner sind alle drei Phasen der Verbindungsleitungen zwischen der Drosselspule und dem

Transformator über weitere drei Überspannungsableiter miteinander verbunden. Schließlich ist jede Phase der Verbindungsleitung über je einen Überspannungsableiter geerdet, so daß für diese Schutzschaltung insgesamt neun Überspannungsableiter erforderlich sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zum Schutz elektrischer Anlagen gegen Überspannungen, insbesondere von Ofenanlagen, zu erstellen, mit der die aufgezeigten Schwierigkeiten umgangen und euch bereits bestehende Anlagen nachträglich in wirtschaftlieher Weise gegen Überspannungen wirksam geschützt werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die zwischen den Phasen liegenden Überspannungsableiter im Stern geschaltet sind und der Sternpunkt dieser Ableiter weder direkt nocn über Abieiter geerdet ist Dadurch entfällt die die mittlere Phase kreuzende Verbindungsleitung, die das Potential einer der beiden äußeren Phasen führt, wodurch sich der gesamte Aufbau der Schutzanordnung wesentlich vereinfacht Fig.2 zei;jt, wie die erfindungsgemäße Anordnung beispielsweise aufgebaut sein kann. Die drei Phasen R, Sund Γ sind hierbei über die Überspannungsableiter 3 geerdet, während sie über die im Stern geschalteten Überspannungsableiter 4 miteinander verbunden sind. Der durch die die Phasen verbindenden Ableiter gebildete Sternpunkt ist gegen Erde isoliert, so daß an jedem dieser Ableiter auch bei einem Erdschluß des Netzes nur die Phasenspannung ansteht.

Es ist bereits auch eine Schaltung vorgeschlagen woroen (DT-OS 21 44 712), bei der zwischen den Phasen drei im Stern geschaltete Ableiter liegen. Hierbei liegen jedoch vom Sternpunkt diener drei Ableiter aus nach Erde noch drei weitere Überspannungsableiter. Überspannungen zwischen Phase und Erde werden dann jeweils durch die Reihenschaltung eines der im Stern geschalteten und eines vom Sternpunkt nach Erde geschalteten Ableiters begrenzt. Hinsichtlich einer optimalen Bemessung der Ableiterschaltung bestehen dann jedoch gewisse Schwierigkeiten. Die zwisehen den Phasen geschal !eten Ableiter sollen nämlich in erster Linie innere Überspannungen, die durch Schaltvorgänge und Betriebsvorgänge verursacht werden, begrenzen, während die gegen Erde geschalteten Ableiter zusätzlich auch noch gegen Blitzüberspannungen schützen sollen. Bei der Bemessung der Ableiter gegen Blitzüberspannungen sind wesentlich höhere Strornscheitelwerte einzusetzen als bei der Bemessung gegen innere Überspannungen. Da nun bei dieser Schaltung über die zwischen den Phasen im Stern liegenden Ableiter auch die von den Leitungen nach Erde abzuführenden Blitzströme fließen müssen, sind die zwischen den Phasen liegenden Ableiter hier sowohl für die Ströme bei inneren als auch bei Blitzspannunger zu dimensionieren.

Im Gegensatz hierzu sind bei der erfindungsgemäßen Schaltung nach F i g. 2 die im Stern zwischen den Phasen liegenden Ableiter 4 nur für die Begrenzung innerer Überspannungen zu bemessen, während Blitzströme nur über die Ableiter 3 nach Erde gerührt werden. Hierdurch können die zwischen den Phasen liegenden Ableiter ihrer speziellen Aufgabe, nämlich Begrenzung innerer Überspannungen, wesentlich besser angepaßt werden.

Bei vielen Drehstromanlagen ist die Spannungsfestigkeit zwischen den beiden äußeren Phasen, in F i g. 3 also zwischen den Phasen R und 7^ wesentlich höher als zwischen den räumlich direkt benachbarten Phasen, also Phase R und 5bzw. Sund Tin F i g.3. Dies ergibt sich bei Leitungsschienen, Schaltern und sonstigen Geräten mit in einer Ebene angeordneten Leitern zwangsläufig aus den wesentlich größeren Schlagweiten zwischen den beiden Außenleitern. Eine weitere Vereinfachung des Überspannungsschutzes ist dann erfindungsgemäß dadurch möglich, daß entsprechend F i g. 3 Überspannungsableiter nur noch zwischen die räumlich benachbarten Phasen, in F i g. 3 also zwischen R und S sowie Sund T, geschaltet werden.

Wendet man den Erfindungsgedanken nach F i g. 2 bei der obenerwähnten 9-Ableiter-Schaltung an, so erhält man einen räumlichen Aufbau entsprechend den F i g. 4 und 5. In beiden Anordnungen ist in jeder der aus drei aufeinandergestellten Ableitern bestehenden Säule zur Isolierung des Sternpunktes der zwischen die Phasen geschalteten Ableiter 4 jeweils ein Isolator 7 einzufügen. Hierdurch ergibt sich eine relativ große Bauhöhe.

Ist die für die Ausführung gemäß F i g. 4 und 5 notwendige Bauhöhe nicht verfügbar, so kann bei der 9-Ableiter-Schaltung die Anordnung entsprechend F i g. 6 und 7 aufgebaut werden. F i g. 6 zeigt den räumlichen Aufbau, F i g. 7 die Schaltung. Hierbei sind die im Stern geschalteten Ableiter 4 waagerecht angeordnet, die gegen Erde liegenden Ableiter 3 und die parallel zur Drosselspule geschalteten Ableiter 5 stehen senkrecht übereinander. Bei dieser Anordnung sind je nach den räumlichen Verhältnissen hinsichtlich der drei Ableitersäulen im Grundriß zahlreiche Varianten denkbar, z. B. können die drei Säulen in einer Reihe nebeneinander, im Dreieck mit zu einem Punkt zusammenlaufenden Ableitern 4 usw. angeordnet werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche: 21

1. Anordnung zum Schutz elektrischer Anlagen gegen Oberspannungen, insbesondere von Lichtbogen-Ofenanlagen, wobei alle drei Phasen zwischen dim Leistungsschalter und dem Transformator über Überspannungsableiter geerdet und durch weitere Überspannungsableiter miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Phasen liegenden Überspannungsableiter im Stern geschaltet sind und der Sternpunkt dieser Ableiter weder direkt noch über Ableiter geerdet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden räumlich außenliegenden Phasen über je einen Ableiter mit der zwischen ihnen liegenden Phase verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß bei Verwendung einer dem Transformator vorgeschalteten Drosselspule und parallel zu deren Phasen liegenden Ableitem die gegen Erde geschalteten sowie die parallel zu der Drosselspule liegenden Ableiter (3 und 5, Fig. 7) senkrecht zu den die Phasen verbindenden Ableitern angeordnet sind.