DE2242696A1

DE2242696A1 - Vorrichtung zum abschalten von gleichstrom hoher spannung

Info

Publication number: DE2242696A1
Application number: DE2242696A
Authority: DE
Inventors: Jean Louis Gratzmuller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-09-30
Filing date: 1972-08-30
Publication date: 1973-04-05
Also published as: JPS5224989B2; ZA726060B; CA952223A; CS190374B2; GB1363031A; US3777178A; SE371327B; IT968449B; JPS4842344A; NL151545B; SU606565A3; NO132976B; NL7212111A; AU4639572A; CH561462A5; ES406254A1; DE2242696B2; HU166855B; ATA743572A; DE2242696C3

Description

Dipl.-lng. H. MITSCHERLlCH 8 MÜNCHEN 22

Dipl.-lng. K. GUNSCHMANN steinsdorfstraee 10

Dr. rer. nat. W. KÖRBER @ pil) «29 66 84 Dipl.-lng. J. SCHMIDT-EVERS

PATENTANWÄLTE 9 9 A 9 R Q R

30. August 1972.

Jean Louis GRA.TZMJLLER, G/Ne 66 Boulevard ilaurice Barres,
92 Neuilly sur Seine / Frankreich

Patentanmeldung

Vorrichtung zum Abschalten von Gleichstrom hoher Spannung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abschalten von Gleichstrom hoher Spannung und grosser Stärke mit Begrenzung der Abschaltüberspannung durch nacheinander erfolgendes Wirksamwerden von Widerständen, vorzugsweise nichtlinearen und grosser werdenden Widerständen, insbesondere zum Abschalten von Leitungen eines Gleichstromnetzes.

Es ist bekannt, dass bei sehr hohen und immer wachsenden Spannungen, wie sie insbesondere bei Energieübertragungsleitungen verwendet werden, das Problem der Abschaltüberspannungen, d. h. der Überspannungen, die beim Öffnen der Abschalter auftreten, von wesentlicher Bedeutung ist. Dies ergibt sich u.a. daraus, dass alle Isolierorgane z. B. alle Leitungeisolatoren, überdimensioniert werden müssen, um die vorübergehenden Überspannungen aufnehmen zu können, die ein Mehrfaches der Betriebsspannungen erreichen können, wenn nicht besondere Vorkehrungen zu ihrer Begrenzung getroffen werden.

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Es ist weiterhin bekannt, die Abschaltüberspannungen durch aufeinanderfolgendes Einschalten von Widerständen, vorzugsweise von nichtlinearen und grosser werdenden Widerständen zu begrenzen. Hierbei werden anstelle einer einzigen Abschaltung aufeinanderfolgende Abschaltungen durchgeführt, die in der zu trennenden Leitung aufeinanderfolgende Widerstände schalten, bis der Strom so schwach ist, dass eine letzte Abschaltung erfolgen kann, bei der der Reststrom in einen Kondensator eingeleitet werden kann. Bei diesem bekannten Verfahren dient jedoch, wenn nicht eine grosse Anzahl von Kaskadenschaltungen durchgeführt wird, der Kondensator allein zur Wiedergewinnung der gesamten Restenergie und muss daher ein erhebliches Leistungsvermögen haben und zugleich in der Lage sein, die gesamte Überspannung aufzunehmen. Dies führt zu einem sehr aufwendigen Kondensator, der ausserdem schlecht ausgenutzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine leistungsfähigere Abschaltvorrichtung für Gleichstrom zu schaffen, deren verschiedene Teile im Vergleich zu den bisher bekannten Vorrichtungen besser ausgenutzt sind und die weniger aufwendig ist als diese. Unter Abschaltvorrichtung wird nachstehend die Gesamtheit der Organe und Stromkreise zwischen zwei Klemmen einer zu trennenden elektrischen Gleichstromleitung verstanden, wobei diese Ausdrucksweise nicht nur die Abschaltorgane, z. B. die Abschalter, selbst, sondern auch die zugeordneten elektrischen Teile, wie Kondensatoren, Widerstände und die diese Teile verbindenden Stromkreise umfasst.

Gemäss der Erfindung werden aufeinanderfolgende Abschaltungen mit jeweiliger Übertragung der Energie in aufeinanderfolgende Widerstände in der Weise durchgeführt, dass jede Zwischenabschaltung von der Einschaltung eines Hilfskondensators begleitet ist, wobei die Abschaltorgane, die Widerstände und die Kondensatoren derart angeordnet sind, dass im Augenblick der letzten Abschaltung die Gesamtheit aller Kondensatoren und Widerstände zur Aufnahme der Resteenergie, ausgenutzt wird. Auf diese Weise werden die Kondensatoren, die bei hohen Spannungen aufwendige

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Bestandteile einer Abschaltvorrichtung darstellen und erhebliches Leistungsvermögen haben, erheblich besser ausgenutzt.

Zur Erreichung dieses !Fortschrittes und zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung bei einer Abschaltvorrichtung der eingangs angegebenen Art darin, dass in einem HauptstromkreiB der Vorrichtung in Reihe eine erste Klemme, mehrere Widerstände sowie zwischen zwei dieser Widerstände ein Endabschalter und schliesslich eine zweite Klemme angeordnet sind, wobei im Nebenschluss zu jedem Widerstand ein Übertragungsabschalter angeordnet und mindestens einigen der Übertragungsabschalter je ein Übertragungs-Hilfskondensator zugeordnet sind, der mit zwei Stellen des Hauptstromkreises beiderseits des zugehörigen Übertragungsabschalters und des Endabs ehalt er s verbunden ist.

Bei einer gemäss der Erfindung ausgebildeten Abschaltvorrichtung wird nach dem Einschalten des letzten Widerstandes einerseits die magnetisierende Restenergie zum Teil durch die gesamten Kondensatoren und zum Teil durch die Widerstände aufgenommen bzw. aufgezehrt, wobei andererseits, da jeder Kondensator mit ein~em Widerstand in Reihe geschaltet ist, die Spannungsschwingungen nach dem letzten Abschalten gleich UuIl sind oder mindestens sehr schnell abgeschwächt werden. Ausserdem werden die energetischen Möglichkeiten der Kondensatoren maximal ausgenutzt, und die Kondensatoren sind beim letzten Abschalten alle parallel geschaltet, so dass sie der vollen Überspannung der Abschaltung ausgesetzt sind. Schliesslich kann bei der Vorrichtung nach der Erfindung die Grosse des jedem Kondensator zugeordneten Widerstandes in gewissen Umfang so gewählt werden, dass die energetische Kapazität des Kondensators besser ausgenutzt wird.

Nachstehend sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:

'ig. 1 eine Ausführungsform mit zwei nacheinander einschaltbaren Widerständen,

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l^rig. 2 eine bevorzugte Abänderung der Aus rühr ungs form nach

*lg. 1,
i'ig. J ein Ldagramm der an den Klemmen einer Vorrichtung nach

!'ig. 1 oder 2 aufgenommenen bpannungen, und !•'ig. 4- eine Aus fuhr uiigs form der Erfindung mit vier bei der Abschaltung einzuschaltenden Widerständen.

Ide in i⁽¹ig. 1 dargestellte Vorrichtung, die zur ^stromabschaltung in einer elektrischen Gleichstromleitung 2-2 zwischen den klemmen 4 und b dient, weist einen HauptStromkreis auf, der zwischen den beiden Klemmen M- und 6 in It ein en schaltung einen ersten Widerstand K^, ein Endabschaltorgan bzw. einen Endabschalter U-, und einen zweiten Widerstand It₀ enthält. Der Endabschalter U-, ist im Gegensatz zu den bisher bekannten Vorrichtungen nicht am Ende des Hauptstromkx'eises, sondern zwischen den beiden Widerständen angeordnet.

ide Widerstände xL· , Ii₀ sind vorzugsweise nichtlineare Widerstände.

im Nebenschluss zu dem ersten Widerstand R- ist ein erstes 'obertraguiigs-.tibschaltorgan bzw. ein erster ubertragungsabschalter D, und im !Nebenschluss zu dem zweiten Widerstand Ü_o ein zweites libertragungs-Abßchaltorgan bzw. ein zweiter übertrag ungs ab sch alt er I)₀ angeordnet.

in Parallelschaltung mit jedem "übertragungsabschalter IL und Jj₀ ist jeweils ein übertragungs-Hilfskondensator C^, und U₀ angeordnet, der aber nicht einfach an die Klemmen des Abschalters, dem er zugeordnet ist, angeschlossen ist, sondern jeweils mit zwei btellen des Hauptstromkreises verbunden ist, die auf beiden leiten des zugehörigen übertragungsabschalters und des Endcbßchalters Ii₇ liegen. Auf diese Weise ist der erste Kondeiisator ü- mit einer seiner Klemmen an dem Punkt 8 des Hauptr-tromkreisec stiOinab des Kndobschaltors D- und mit seiner an-

'j

deren Klemme am Punkt 10 stromauf des End ab sch alters ii_;; c'uigeschlosncn. J):J. ο JVlioiiuaach tui.ig do f. ^tromer. ist in l''ig. Ί durcli dojι i/i'eil -'Ii) <-Ui|/;edoutot;.

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Wenn die Leitung 2 - 2 in Betrieb ist, sind die drei Abschalter Jj., D₂ ^und- ^D5 geschlossen. Z um Abschalten der Leitung wer-r den sie nacheinander geöffnet. Beim öffnen des Abschalters D^ kommt der Widerstand E. in dem Haupt Stromkreis zur Wirkung, wobei diese erste Zwischenabschaltung durch das Vorhandensein des .Kondensators CL unterstützt wird. Wenn dann der zweite Abschalter D₂ geöffnet wird, so wird der Widerstand E₂ eingeschaltet, wobei die zweite Zwischenabschaltung durch den Kondensator G₂ unterstützt wird. Wenn schliesslich der Endabschalter D^ geöffnet wird, so sind die beiden Kondensatoren C_x. und C₂ einerseits zwar parallel angeordnet, andererseits ist aber jeder der beiden Kondensatoren in Eeihe mit einem Widerstand, also der Kondensator C. in Eeihe mit dem Widerstand E₂ und der Kondensator C₂ in Eeihe mit dem Widerstand C. geschaltet. Hierdurch werden Sp annungs schwingungen nach der endgültigen Abschaltung vermieden oder, wie bei 14 in }?ig. 13 gezeigt ist, sehr rasch auf Null gebracht.

Es ergibt sich somit, dass bei einer der Erfindung entsprechenden Abschaltvorrichtung die Kondensatoren dem doppelten Zweck dienen, die Zwischenabschaltungen zu unterstützen und die Eestenergie aufzunehmen, wobei diese Eestenergie nach dem Einschalten des letzten Widerstandes teilweise von allen Kondensatoren und teilweise von den Widerständen aufgenommen bzw. aufgezehrt wird.

Das Diagramm der ü'ig. 3 zeigt die Änderungen der Spannung U an den Klemmen 4- und 6 der Abschaltvorrichtung nach i'ig. 1 und 2 in !Funktion der Zeit im Augenblick des Abschaltens. Die Zeitpunkt ty., t₂ und t, entsprechen jeweils dem Öffnen der Abschalter D., D₂ und D^. U ist die Nennspannung der Leitung, wahrend l\ U die Überspannung beim Öffnen der Abschalter darstellt, i'ig. 3 zeigt, dass nach der Endabschaltung die Spannung an den Klemmen mit nur einer geringen Schwingung 14 die Grosse der LGxmspannung annimmt. Bei Versuchen mit Einschaltung von nur zi-iei. Widerständen gemäss i'ig. 1 und 2 konnte die Überspannung Δ U bei entsprechender Wahl der nichtlinearen Widerstände

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und der Kondensatoren auf nur etwa 0,6 U begrenzt werden.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 geht bei in Betrieb befindlicher Leitung der gesamte Strom durch die drei Abschalter IL, Dp und D₃, hindurch. Wenn dies vermieden werden soll, kann es vorteilhaft sein, die stromabwärts gelegene Anschlusstelle des ersten Abschalters IL an die Ausgangsklemme 6 der Vorrichtung anzulegen. Wenn bei dieser Abänderung die Leitung 2 - 2 in Betrieb ist, so geht der Strom nur durch den mit stark ausgezogenen Linien dargestellten Teil, d. h. durch den Abschalter D. hindurch, während die Abschalter Dp und D^ den Dauerstrom nicht aufzunehmen haben. Abgesehen hiervon entspricht die Ausführungsform nach Fig. 2 derjenigen nach Fig. 1.

Allgemein gilt für die bevorzugte Aus führ ungs form nach Fig. 2, dass der dem Widerstand JBL zugeordnete Abschalter D., der zuerst betätigt wird, unmittelbar zwischen der ersten Klemme 4 und der zweiten Klemme 6 des Hauptstromkreises angeordnet ist. Dank dieser Anordnung sind der Abschalter D^. und die zugehörigen stark ausgezogenen Leitungsteile die einzigen Teile der Vorrichtung, die von dem Dauerstrom durchflossen werden. Diese Anordnung eignet sich auch für Ausführungsformen, bei denen gemäss Fig. 4 die Abschaltung unter Wirksamwerden von mehr als zwei Widerständen erfolgt.

Obwohl in den meisten Fällen die Anwendung von z_wwei Widerständen gemäss Fig. 1, 2 und 3 ermöglicht, eine genügende Begrenzung der Abschalt-Überspannungen zu erreichen, kann die Abschaltvorrichtung nach der Erfindung auch mehr als zwei Abschaltstufen und mehr als zwei Widerstände aufweisen. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Abschaltvorrichtung, bei der die Abschaltung unter nacheinander erfolgender Einschaltung von vier, vorzugsweise nichtlinearen Widerständen durchgeführt wird, ist in Fig. 4 gezeigt.

Bei dieser A us führ ungs form enthält der liauptstromkreis ^wiscuen den Klemmen 4 und 6 in lieihe vier Widerstände Ii., ii_y, li_L. und k_o sowie den Endabschalter D_t , der zwischen zv/ei dieser Widex¹-

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stände ζ. B. zwischen den Widerständen E₇ und R₁, angeordnet ist. Im Nebenschluss zu jedem Wider-stand ist jeweils ein Übertragungsabschalter D., D₇, D₂^ und Dp angeordnet, denen jeweils ein Übertragungs-Hilfskondensator C., C₇, G^ und C₂ zugeordnet ist. Die Schaltung ist derart, dass jeder Kondensator an zwei beiderseits des zugehrörigen Ubertragungsabschalters und des Endabschalters D₁- gelegenen !Stellen angeschlossen ist. Z. B. ist der dem Abschalter D-, zugeordnete Kondensator G_z einerseits

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init der Klemme stromauf des Abschalters D₂ und andererseits stromab des Abschalters D₁- zwischen R^ und Rg angeschlossen.

Die Ab s ehalt "vorgänge erfolgen in der gleichen Weise wie bei den Ausführungsformen nach !ig. 1 und 2, wobei die Abschalter in der Reihenfolge D. - Dp - D₇ - Dv - D,- geöffnet werden. Wie bei Pig. 1 und 2 ist -der Endabschalter immer zwischen zwei Widerständen und nicht wie bei den bekannten Kaskaden-Abschaltvorrichtungen mit Widerstandseinschaltung an dem einen Ende der Vorrichtung angeordnet.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt. Diese können vielmehr je nach dem Anwendungsfall in verschiedener Hinsicht geändert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

1atentansprüchei

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Claims

Patentansprüche

1.1 Vorrichtung izum Abschalten von Gleichstrom hoher Spannung w^ und grosser Stärke mit Begrenzung der Abschaltüberspannung durch nacheinnader erfolgendes Wirksam werden von Widerständen, vorzugsweise nichtlinearen und grosser werdenden Widerständen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Hauptstromkreis der Vorrichtung in Reihe eine erste Klemme (4), mehrere Widerstände (z. B. H., Rp) sowie zwischen zwei dieser Widerstände ein Endabschalter (D,, Dc) und schliesslich eine zweite Klemme (6) angeordnet sind, wobei im Nebenschluss zu jedem Widerstand ein Ubertragungsabschalter (z. B. D., D₂) angeordnet und mindestens einigen der Über- ι tragungsabschalter je ein Ubertragungs-Hilfskondensator (z. B. G^., Ο«) zugeordnet sind, der mit zwei Stellen (8 und ! 10) des Hauptstromkreiees beiderseits des zugehörigen j Übertragungaabschalters und des Endabschalter verbunden . ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ubertragungsabschalter (D.), der dem zuerst zur Wirkung kommenden Widerstand (R^) zugeordnet ist, unmittelbar zwischen den beiden Klemmen (4, 6) angeordnet sind.

Der Patentanwalt

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