DE2242696C3 - Schalteinrichtung zum Unterbrechen einer Hochspannungs-Gleichstromleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung zum Unterbrechen einer Hochspannungs-Gleichstromleitung mit einem in der Unterbrechungsstrecke angeordneten Leistungsschalter und wenigstens zwei Widerständen, die vor dem öffnen des Leistungsschalters durch öffnen von zu den Widerständen parallel liegenden Hilfsschaltern zeitgestaffelt eingeschaltet werden, sowie mit jedem Widerstand zugeordnetem Kondensator.

Es ist bekannt, daß bei sehr hohen und immer noch weiter erhöhten Spannungen, wie sie insbesondere bei Energieübertragungsleitungen verwendet werden, das Problem der Abschaltüberspannungen, d. h. der Überspannungen, die beim öffnen des Leistungsschalters auftreten, von wesentlicher Bedeutung ist Dies ergibt sich unter anderem daraus, daß alle Isolierorgane, z. B. alle Leitungsisolatoren, überdimensioniert werden müssen, um auch die nur vorübergehend auftretenden Überspannungen aushalten zu können, die ein Mehrfaches der Betriebsspannungen erreichen können, wenn nicht besondere Vorkehrungen zu ihrer Begrenzung getroffen werden.

Aus der DE-PS 8 76 420 ist eine Schalteinrichtung mit einer Unterbrechungsstrecke bekannt, bei der ein abzuschaltender Belastungskreis ohne erhebliche Gleichstromerhöhung mittels eines Kurzschlußschaltei s kurzgeschlossen und danach durch öffnen des Leistungsschalters die Unterbrechung erreicht wird.

Durch öffnen von mehreren überbrückenden Schaltern werden diesen "srsHeuis^end Widerstände, denen je eine Kapazität parallel geschaltet ist stufenweise eingeschaltet, so daß die Spannung an den Schalterkontakten von Null an nur allmählich ansteigen kann. Ferner ist ein mit der Unterbrechungsstrecke oder mit dem Stromverbraucher parallelgeschalteter Kondensator vorgesehen, der sich nach dem öffnen des Leistungsschalters über den Verbraucher und den erwähnten Kurzschlußschalter so langsam entlädt, daß inzwischen die volle Trennung durch den Leistungsschalter eingetreten ist

Aus der DE-PS 9 02 517 ist eine Schalteinrichtung bekannt bei der eine erste Verringerung des fließenden Stromes durch eine Einfügung eines Widerstandes mit parallelem Kondensator nach Öffnung eines ersten Schalters bewirkt wird. Danach wird dieser Kondensator mit umgekehrter Polarität zwecks Schaffung eines Strom-Null-Durchganges auf den Hauptstromlichtbogen geschaltet Dazu wird ein zur Unterbrechungsstrekke nebengeordneter, weiterer Schalter geöffnet

In der DE-OS 14 90434 ist eine Schalteinrichtung beschrieben, bei der zum Löschen des Schaltlichtbogens der Entladestrom eines Kondensators verwendet wird. Abgesehen von einem Parallelwiderstand sind dort mehrere der Unterbrechungsstrecke nebengeordnete weitere Schalter vorgesehen, durch deren wechselweise Betätigung der Kondensator aufgeladen und umgeladen wird.

Aus der CH-PS 2 31 971 ist eine Schalteinrichtung, mit der stufenweise ein Widerstand in den aufzutrennenden Stromkreis mit Hilfe von Gas- oder Dampfentladungsstrecken eingeschaltet wird, bekannt wobei durch Kondensatorströme die Lichtbögen in den Entladungsstrecken gelöscht werden. Es ist eine kleinere Anzahl von Abschaltkondensatoren vorgesehen, die als Entladungsstrecken vorhanden sind. Insbesondere ist nur ein einziger Abschaltkondensator vorgesehen, der den aufeinanderfolgenden Schaltstufen nacheinander zugeschaltet wird.

Es ist weiterhin bekannt die Abschaltüberspannung durch aufeinanderfolgendes Einschalten von Widerständen, vorzugsweise von nichtlinearen und größer 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 von einem Kondensator aufgenommen 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, bei der Unterbrechung einer Hochspannungs-Gleichstromleitung auftretende Überspannungen mit möglichst geringem Aufwand an Schaltgeräten, Widerständen und Kondensatoren auf etwa die jeweilige Nennspannung zu begrenzen.

Diese Aufgabe wird bei einer wie eingangs angegebenen Schalteinrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die durch öffnen der Hilfsschalter einschaltbaren Widerstände in der Unterbrechungsstrecke beiderseits des Leistungsschalters angeordnet und als nichtlineare Widerstände ausgebildet sind »nd daß jeder Kondensa-

tor den ihm zugeordneten Widerstand sowie den Leistungsschalter überbrückt, so daß das öffnen des Leistungsschalters die Reihenschaltung jedes Kondensators mit wenigstens einem der Widerstände bewirkt.

Unter einer Unterbrechungsstre-ke wird nachstehend die Gesamtheit der Organe und Stromkreise zwischen zwei Klemmen einer zu trennenden elektrischen Gleichstromleitung verstanden, wobei damit .licht nur die Schalter selbst, sondern auch die zugeordneten elektrischen Teile, wie Kondensatoren, Widerstände und die diese Teile verbundenden Leitungen mit umfaßt sind.

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 Parallelkondensators begleitet ist, wobei die Schalter, die Widerstände und die Kondensatoren derart angeordnet sind, daß im Augenblick der letzten Abschaltung die Gesamtheit aller Kondensatoren und Widerstände zur Aufnahme der Restenergie ausgenutzt wird. Auf diese Weise werden die Kondensatoren, die bei hohen Spannungen aufwendige Bestandteile einer wie hier in Frage kommenden Schaltvorrichtung sind und die ein beträchtliches Leistungsvermögen haben, erheblich besser ausgenutzt

Bei einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Schalteinrichtung wird nach dem Einschalten des letzten Widerstandes die Restenergie zum Teil durch die gesamten Kondensatoren und zum Teil durch die Widerstände aufgenommen bzw. aufgezehrt, wobei, da jeder Kondensator mit einem Widerstand dann in Reihe geschaltet ist, die Spannungsschwingungen nach dem Abschalten des Leistungsschalters gleich Null sind oder mindestens sehr sehne;:! abgeschwächt werden. Außerdem werden die Kondensatoren maximal ausgenutzt und sind beim letzten Abschalten alle miteinander parallel geschaltet, so daß sie der vollen Spannung der Abschaltung ausgesetzt sind. Auch kann bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die Größe des jedem Kondensator zugeordneten Widerstandes in gewissem Umfang so gewählt werden, daß die Kapazität des Kondensators besser ausgenutzt wird.

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

F i g. t eine Ausführungsform mit zwei nacheinander einschaltbaren Widerständen,

Fig.2 eine bevorzugte Abänderung der Ausführungsform nach F i g. 1,

Fig.3 ein Diagramm der an den Klemmen einer Vorrichtung nach Fig. I oder 2 aufgenommenen Spannungen und

F i g. 4 eine Ausführungsform der Erfindung mit vier bei der Abschaltung einzuschaltenden Widerständen.

Die in F i g. 1 dargestellte Einrichtung, die zur Stromunterbrechung in einer elektrischen Gleichstromleitung 2 - 2 zwischen den Klemmen 4 und 6 dient, weist einen Hauptstromkreis auf, der zwischen den beiden Klemmen 4 und 6 in Reihenschaltung einen ersten Widerstand Ru einen Leistungsschalter A und einen zweiten Widerstand R₂ enthält Der Leistungsschalter Di ist im Gegensatz zu bisher bekannten Einrichtungen nicht am Ende des Hauptstromkreises, sondern zwischen den beiden Widerständen angeordnet

Die Widerstände R₁, Rj sind nichtlineare Widerstände.

Im Nebenschluß zu dem ersten Widerstand R₁ ist pin

erster Hilfsschalter A und im Nebenschluß zu dem zweiten Widerstand A₂ ein zweiter Hilfsschalter A angeordnet

ParaHel zu jedem Schalter A und D₂ ist jeweils ein j Kondensator G und C₂ angeordnet, der aber nicht einfach an die Klemmen des Hilfsschalters, dem er zugeordnet ist, angeschlossen ist, sondern jeweils mit zwei Stellen der Unterbrechungsstrecke verbunden ist die auf beiden Seiten des zugehörigen Hilfsschalters A

ι ο bzw. Di und des Leistungsschalters A liegen. Auf diese Weise ist der erste Kondensator G mit einer seiner Klemmen an dem Punkt 8 des stromab des Leistungsschalters A und mit seiner anderen Klemme an einem stromauf des ersten Widerstandes R1 liegenden Punkt

is der Unterbrechungsstrecke angeschlossen. Die Fließrichtung des Stromes ist in F i g. 1 durch den Pfeil 12 angedeutet

Wenn die Leitung 2-2 in Betrieb ist sind die drei Schalter A, A und A geschlossen. Zum Abschalten der

in Leitung werden sie nacheinander geöffnet Beim öffnen des Schalters A kommt der Widerstand Ä₍ in dem Stromkreis zur Wirkung, wobei diese erste Zwischenabschaltung durch das Vorhandensein des Kondensators G unterstützt wird. Wenn dann der zweite Schalter D₂ geöffnet wird, wird der Widerstand R₂ eingeschaltet wobei die zweite Zwischenabschaltung durch den Kondensator Ci unterstützt wird. Wenn schließlich der Leistungsschalter D₅ geöffnet wird, sind die beiden Kondensatoren G und C₂ einerseits zwar parallel

in angeordnet, andererseits ist aber jeder der beiden Kondensatoren in Reihe mit einem Widerstand, also der Kondensator G in Reihe mit dem Widerstand R₂ und der Kondensator C₂ in Reihe mit dem Widerstand R\ geschaltet Hierdurch werden Spannungsschwingungen

ί > nach der endgültigen Abschaltung vermieden oder, wie bei 14 in F i g. 3 gezeigt ist, sehr rasch auf Null gebracht

Die Kondensatoren dienen also dem doppelten Zweck, die Zwischenabschaltungen zu unterstützen und

die Restenergie aufzunehmen, wobei diese Restenergie nach dem Einschalten des letzten Widerstandes teilweise von allen Kondensatoren und teilweise von den Widerständen aufgenommen bzw. aufgezehrt wird.

Das Diagramm der F i g. 3 zeigt die Änderungen der Spannung U an den Klemmen 4 und 6 der

> Schalteinrichtung nach F i g. 1 und 2 in Funktion der Zeit im Augenblick des Abschaltens. Die Zeitpunkte ft, t₂ und f₃ entsprechen jeweils dem öffnen der Schalter A, A und Ds. U ist die Nennspannung der Leitung, während AU die Überspannung beim öffnen der Schalter

>o darstellt F i g. 3 zeigt, daß nach der Endabschaltung die Spannung an den Klemmen mit nur einer geringen Schwingung 14 die Größe der Nennspannung annimmt Bei Versuchen mit Einschaltung von nur zwei Widerständen gemäß Fig. 1 und 2 konnte die

■>^r> Überspannung AU bei entsprechender Wahl der nichtlinearen Widerstände und der Kondensatoren auf nur etwa 0,6 · i/begrenzt werden.

Bei der Einrichtung nach F i g. 1 geht bei in Betrieb befindlicher Leitung der gesamte Strom durch die drei

bo Schalter A. A und A hindurch. Wenn dies vermieden werden soll, kann es vorteilhaft sein, wie Fig.2 zeigt, die stromabwärts gelegene Anschlußstelle des ersten Schalters A an die Ausgangsklemme S der Einrichtung 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 Schalter A hindurch, während die Schalter A und A den Dauerstrom nicht aufzunehmen haben. Abgese-

hen hiervon entspricht die Ausführungsform nach F i g. 2 derjenigen nach F i g. 1.

Allgemein £Üt für die bevorzugte Ausführungsform nach F i g. 2, daß der dem Widerstand /?i zugeordnete Schalter Dt, der zuerst betätigt wird, unmittelbar zwischen der ersten Klemme 4 und der zweiten Klemme 6 der Unterbrechungsstrecke angeordnet ist Dank dieser Anordnung sind der Schalter D\ und die zugehörigen stark ausgezogenen Leitungsteile die einzigen Teile der Einrichtung, 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 zwei Widerständen gemäß Fig. 1, 2 und 3 ermöglicht, eine genügende Begrenzung der Abschalt-Überspannungen zu erreichen, kann die Schalteinrichtung nach der Erfindung auch mehr als zwei Abschaltstufen und mehr als zwei Widerstände aufweisen. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Einrichtung, bei der die Abschaltung unter nacheinander erfolgender Einschaltung von vier nichtlinearen Widerständen durchgeführt wird, ist in F i g. 4 gezeigt

Bei dieser Ausführungsform enthält die Unterbre

chungsstrecke zwischen den Klemmen 4 und 6 in Reihe vier Widerstände R·,, R$, Λ? und A₂ sowie den Leistungsschalter Ds, der zwischen zwei dieser Widerstände, z. B. zwischen den Widerständen A3 und R* ■ angeordnet ist. Im Nebenschluß zu jedem Widerstand ist jeweils ein Parallelschalter Di, D₃, D₄ und Di angeordnet denen jeweils ein Parallelkondensator Q, C3, Ct, und C2 zugeordnet ist. Die Schaltung ist derart daß jeder Kondensator an zwei beiderseits des

πι zugehörigen Parallelschalters und des Leistungsschalters D₅ gelegenen Stellen angeschlossen ist. Zum Beispiel ist der dem Schalter D3 zugeordnete Kondensator Ci einerseits mit der Klemme stromauf des Schalters D₃ und andererseits stromab des Leistungsschalters Ds

;; zwischen Ra und Ds angeschlossen.

Die Abschaltvorgänge erfolgen in der gleichen Weise wie bei den Ausführungsformen nach F i g. 1 und 2, wobei die Schalter in der Reihenfolge D_x-D₂-Di-Di-Ds geöffnet werden. Wie bei Fig. 1

jo und 2 ist der Leistungsschalter immer zwischen zwei Widerständen und nicht wie bei den bekannten Kaskaden-Abschalteinrichtungen mit Widerstandseinschaltung an dem einen Ende der Einrichtung angeordnet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schalteinrichtung zum Unterbrechen einer Hochspannungs-Gieichstromleitung mit einem in der Unterbrechungsstrecke angeordneten Leistungsschalter und wenigstens zwei Widerständen, die vor dem öffnen des Leistungsschalters durch öffnen von zu den Widerständen parallelliegenden Hilfsschaltern zeitgestaffelt eingeschaltet werden, sowie mit jedem Widerstand zugeordnetem Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß die durch öffnen der Hilfsschalter (A, D₂, D₃, A) einschaltbaren Widerstände (Ru R₂, R₃, Ra) in der Unterbrechungsstrecke beiderseits des Leistungsschalters (A) angeordnet <ind als nichtlineare Widerstände ausgebildet sind und daß jeder Kondensator (Q₁ C₂, Q, G) den ihm zugeordneten Widerstand sowie den Leistungsschalter (A) überbrückt, so daß das öffnen des Leistungsschalters (A) die Reihenschaltung jedes Kondensators mit wenigstens einem der Widerstände bewirkt

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Leistungsschalter (A) und zwei Widerständen (Ru R₂) bestehende Reihenschaltung in ihrer Gesamtheit von dem dem einen der zwei Widerstände zugeordneten Parallelschalter (A) überbrückt ist

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert jedes der nach dem ersten Widerstand (Äi) einzuschaltenden Widerstände (R₂, R₃, R₄) größer als jener des vor ihm einzuschaltenden Widerstandes