DE2710625B2 - Kurzschlußschutzeinrichtung für ein Bordnetz großer Leistung - Google Patents
Kurzschlußschutzeinrichtung für ein Bordnetz großer LeistungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kurzschlußschutzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspru
ches 1.
»HansaÄ-Schiffahrt-Schiffbau-Hafen, 14 (1974), S. 1258
bis 1262 bekannt. Auf den Seiten 1261 und 1262 ist die
dargestellt.
Hierin ist eine Kurcschlußschutzschaltung gezeigt, die
es ermöglicht, den Leistungsbereich eines Niederspannungsbordnetzes zu erweitern. In der Sammelschiene ist
ein Stromtransformator mit sekundärem ohmschen Widerstand und elektronischem Schnellschalter als
Überbrückungsschalter vorgesehnen. Im normalen Betrieb arbeitet der Stromtransformator ohne Last mit
minimalen Leerlaufverlusten; die Transformatorsekun
därseite ist über den elektronischen Schalter kurzge
schlossen. Der Spannungsfall im Netz, also vor und hinter dem Stromtransformator ist sehr gering, der
WirkwUerstand des Transformators ist klein.
Im Kurzschlußfall — bei Erreichen eines einstellbaren
Jo Wandlerstromes — wird der elektronische Schnellschalter im \Lsec- Bereich gelöscht und dadurch der
Widerstand als Belastung in den Sekundärkreis geschaltet. Durch Einkoppeln der ohmschen Belastung
in den Sekundärkreis wird der Wirkwiderstand des
Jr> Transformators groß und es entsteht primärseitig ein
hoher Spannungsabfall, der den zum Kurzschlußpunkt fließenden Strom je nach Auslegung auf nahezu
Nennstrom begrenzt. Da dieser begrenzte Strom durch Einkoppein der ohmschen Belastung nahezu Wirkstrom
ist, wird der Kurzschlußstrom in der gestörten Sammelschiene nicht oder kaum mehr erhöht.
Da jedoch erst nach ca. 500 msec der Transformator sekundärseitig wieder kurzgeschlossen wird, sind die
Polradwinkel der Generatoren des gestörten Sammel-
schienensystems und die Polradwinkel der Generatoren
des ungestörten Sammelschienensystems so weit auseinandergelaufen, daß die Aufnahmt· des Synchronbetriebes nach Abschalten des Kurzschlusses nicht
möglich ist. Die Sammelschienen müssen nach Abbau
des Kurzschlußstromes vor Zünden des sekundären Schnellschalters durch Auslösen eines Sammelschienenkuppelschalters voneinander abgekoppelt bleiben.
In Landnetzen ist es an sich bekannt, zur Begrenzung
von Kurzschlußströmen Drosselspulen entweder in den
Verbraucherabzweigungen, als Gruppenreaktanzen in Zuleitungen oder bei großen Kurzschlußleistungen in
den Sammelschienen mit Überbrückungsschaltern vorzusehen. Derartige Anordnungen sind im »Handbuch
für Planung, Konstruktion und Montage von Schaltanla-
gen« von A. Hoppner der Firma BBC, 3. Auflage 1964, Seite 338 ff, insbesondere Seite 341, beschrieben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der vorbeschriebenen Art derart zu verbessern,
daß die Grenzleistungen der Schaltgeräte nicht
b überschritten werden und ein synchroner Weiterlauf der
Generatoren gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Mitteln gelöst. Weiterbil-
düngen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet
Der besondere Vorteil der Einrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß die gestörte Generatorgruppe
nach Kurzschlußabschaltung sofort wieder synchronen Betrieb mit der ungestörten Generatorgruppe
aufnimmt Ein Abschalten des gestörten Systems durch Auftrennen der Sammelschienen und eine
erforderliche Zusynchronisierung erübrigt sich. Die Stromtransformatoren werden baulich erheblich verkleinen,
so daß sie raumsparend und wirtschaftlich eingesetzt werden können und trotzdem optimalen
Kurzschlußschutz gewährleisten.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt ι >
Eine Versorgungsanlage soll aus zwei oder mehreren Versorgungssystemen bestehen, die im Parallelbetrieb
gefahren werden. Im Ausführungsbeispiel sind drei Versorgungssysteme Sy 1 bis Sy 3 dargestellt. Die
Systeme sind gleich aufgebaut, so daß nur das erste System beschrieben wird.
Zwei Generatoren G 1.1 und G 1.2 speisen auf eine Sammelschiene B1, von welcher mittels Abgangspfeilen
dargestellte Verbraucher Vi versorgt werden, unter
anderem auch große induktive Verbraucher, wie 2ί
beispielsweise Asynchronmotoren. Das Versorgungssystem SyI ist auf eine Leistung unterhalb der
Grenzleistung ausgelegt, derart, daß das Nennausschaltvermögen von Leistungsschaltern 51.1/51.2/ 513
nicht überschritten wird. «>
Die Sammelschiene B1 ist über den als Kuppeischalter
dienenden Leistungsschalter S 1.3, dem ein Stromtransformator Π in Reihe geschaltet ist, mit einer
Sammelschiene B 2 verbunden. Diese ist wiederum über einen Kuppelschalter 52.3, dem ein Stromtransforma- sr>
tor 7*2 in Reihe liegt, mit einer Sammelschiene S3 zusammengeschaltet. Die Versorgungssysteme arbeiten
parallel. Die Zu- und Abschaltung von Stromerzeugern und -Verbrauchern im Normalbetrieb ist gewährleistet.
Zwei Kurzschlußschutzeinrichtungen K1 und K 2 to
sind gleich aufgebaut, so daß nur die Kurzschlußschutzeinrichtung K 1 näher erläutert wird. In den Sammelschienen
ist die Primärwicklung des Stromtransformators 7*1 angeordnet. Die Sekundärwicklung ist mit
einem Brückengleichrichter η 1 verbunden. Der Sekun- 4r>
därstrom, um das Untersetzungsverhältriis kleiner als der Primärstrom, wird mittels des Brückengleichrichters
η 1 in Gleichstrom umgewandelt und einem elektronischen Schnellschalter 51 zugeführt. Dieser besteht aus
einem elektronischen Schnellschalter S 1.1 und einem r>
<> Thyristor Th \. Parallel zu dem Schnellschalter 51.1
sind Teilwiderstände R 1.1 und R 1.2 angeordnet. Die Anode des Schnellschalters 51.1 ist mit der Anode eines
Thyristors Th 1 verbunden, dessen Kathode auf einen Teilabgriff A 1 der Teilwiderstände geführt ist. «
Im Gleichstromkreis wird mittels eines Gleichstromwandlers
Wi der Stromwert erfaßt und einer Überwachungseinrichtung Ü zugeführt. Der erfaßte
Stromwert entspricht dem in der Primärseite der Kurzschlußschutzeinrichtung fließenden Strom, d. h. der *>"
ermittelte Signalwert ist dem Strom in den Sammelschienen proportional.
Ausgegangen wird vom ungestörten Parallellauf der Versorgungssysteme Sy 1 und Sy 2; das Versorgungssystem
Sy 3 soll mittels Kuppelschalter S2.3 abgekuppelt ^
sein. Über die Sammelschienen B 1 und B 2 werden von den Generatoren G 1.1, G 1.2, G 2.1 und G 2.2 die
Verbraucher V\ und V2 versorgt.
In der Kurzschlußschutzeinrichtung K1 ist der
elektronische Schnellschalter S 1.1 gezündet und überbrückt die Teil widerstände R 1.1 und R 1.2. Der
Thyristor THX ist gelöscht Der Stromtransformator
Ti arbeitet ohne Last, der Spannungsfall vor und hinter
dem Transformator ist geringfügig.
Der Stromtransformator 7*1 wurde aus Wirtschaftlichkeitserwägungen
leistungsmäßig so gering wie möglich ausgelegt Es ist aber ge-währleistet, daß unter
Ausnutzung der Sättigung die Summe des Kurzschlußstromes der gestörten Systemgruppe und des Stromes
über den gesättigten Stromtransformator Ti unterhalb des Wertes des Grenzkurzschlußstromes der gestörten
Systemgruppe bleibt.
Im Versorgungssystem Sy 1 möge — wie eingezeichnet
— ein Verbraucherkurzschluß eintreten. Dann fließen nicht nur innerhalb des gestörten Versorgungssystems Sy i hohe Ausgleichsströme, sondern auch vom
ungestörten Versorgungssystem .Sy 2 würden ohne die Kurzschlußschutzeinrichtung K 1 hohe Ausgleichsströme
in Richtung Kurzschlußstelle fließen. Durch diese zusätzliche Belastung wäre das thermische und mechanische
Vermögen des gestörten Versorgungssystems Sy 1 weit überschritten, so daß es zur Zerstörung käme.
Mit der Schutzschaltung wird aber bei auftretendem Kurzschluß und bei Erreichen eines eingestellten
Grenzwertes in der Überwachungseinrichtung Ü ein Löschsignal ausgegeben für den elektronischen Schnellschalter
S 1.1 und dadurch die ohmschen Teilwiderstände R 1.1 und R 1.2 eingekoppelt. Durch Einkoppeln
dieses Wirkwiderstandes entsteht am Stromtransformator Π ein hoher Spannungsfall, der den über den
Stromtransformator fließenden Strom so weit begrenzt, daß die Summe der Kurzschlußströme, bestehend aus
dem Strom des gestörten Versorgungssystems Sy 1 und dem über den Stromtransformator 7*1 fließenden Strom
unterhalb des Grenzstromes bleibt. Hiermit bleibt das gestörte System vor zusätzlichen Ausgleichsströmen
vom ungestörten System her während des subtransienten Vorganges nahezu bewahrt.
Ein Kurzschluß verursacht große elektrische und mechanische Belastungsstöße. Diese werden für die
Generatoren, die den Kurzschluß direkt speisen, höher sein als die Belastungsstöße, die über die eingekoppelten
Wirkwiderstände bedämpft werden. Daher werden sich die Lastwinkel der direkt am kurzschlußbehafteten
Versorgungssystem SyI laufenden Generatoren mehr
vergrößern als die Lastwinkel der am ungestörten System laufenden Generatorgruppen. Da jedoch die
Lage der Lastwinkel relativ zueinander für den synchronen Weiterlauf nach ICurzschlußabschaltung
von Bedeutung ist, muß eine gleichmäßige Beaufschlagung der Generatoren gewährleisten, daß die Lastwinkel
der am Kurzschlußablauf beteiligten Stromerzeuger während der Ausgleichsvorgänge nicht auseinanderlaufen
und damit ein synchroner Weiterlauf gefährdet ist.
Um diesen Betriebszustand zu verhindern, gibt die Überwachungseinrichtung Ü mittels eines Zeitwerkes
ein Signal aus, so daß nach Abklingen der subtransienten Vorgänge und nach Abklingen der von den
motorischen Verbrauchern zusätzlich gelieferten Ströme die ohmschen Widerstände ausgekoppelt werden.
Die Dimensionierung der ohmschen Widerstände gewährleistet, daß die Momentbelastung der direkt auf
den Kurzschluß speisenden Generatoren annähernd gleich der Momentbelastung der Generatoren ist, die
über die eingekoppelten ohmschen Widerstände den Kurzschluß speisen.
Als weitere Möglichkeit ist vorgesehen, daß zur weiteren Bedämpfung während der transienten Vorgänge
zunächst nur ein Teilwiderstand ausgekoppelt wird. Das vom Zeitwerk ausgegebene Signal wird dem
Thyristor Th 1 als Zündsignal zugeführt, so daß nur der >
Teilwiderstand R 1.1 in Reihe mit dem Thyristor Th 1 im Kreis verbleibt. Dabei ist wegen der angeführten
Belastungsgleichheit auch hier wieder auf die Dimensionierung der ohmschen Widerstände geachtet.
Bevor durch Zünden des elektronischen Schnellschal- in
ters 51.1 die Teilwiderstände, bzw. der im Kreis verbliebene Teilwiderstand, überbrückt werden, so daß
synchroner Betrieb aufgenommen werden kann, muß zuvor zeitabhängig der Stromgrenzwert vorübergehend
erhöht werden oder aber der Stromgrenzwertgeber gesperrt werden.
Da es durch größere relative Abweichungen der Lastwinkel voneinander auch zu größeren Ausgleichsvorgängen zwischen den Versorgungssystemen Sy 1
und S/2 kommen kann, ist während dieser Ausgleichsvorgänge
bis zum Intrittfallen der Generatoren ein Abschaltsignal vom Stromgrenzwertgeber her nicht
erwünscht. Zeitabhängig wird der Stromgrenzwert wieder freigegeben. Sind bis dahin die Generatoren
nicht in Tritt gefallen, weil durch etwaige unvorhergesehene Einflüsse, z. B. an der Antriebsmaschine oder im
Erregerkreis, die relative Lage der Lastwinkel zueinander einen synchronen Weiterlauf nicht zuläßt, werden
die anstehenden Strompendelungen vom Grenzwertgeber erfaßt, und bei Erreichen des Stromgrenzwertes
wird der elektronische Schnellschalter S 1.1 gelöscht Beide Teilwiderstände R 1.1 und R 1.2 bedampfen se
lange die Ausgleichsvorgänge, bis die Überwachungseinrichtung mittels eines stromproportionalen Signals
meldet, daß die Ausgleichsvorgänge so weit abgeklungen sind, daß ohne Gefahr für Anlagenteile eine
Trennung der pendelnden Generatorgruppen mittels des Leistungsschalter S 1.3 erfolgen kann.
Wie bereits angedeutet, ist es natürlich möglich mehrere Versorgungssysteme oder auch Verbrauchergruppen
bei erheblicher Erweiterung des Leistungsbereiches mittels der Kurzschlußschutzeinrichtung zu
koppeln. Dabei werden dann die Kurzschlußschutzeinrichtungen derart angesteuert, daß eine selektive
Überbrückung der ohmschen Widerstände, vom Kurzschlußpunkt weg, erfolgen kann. Diese Maßnahme
würde auch bei erheblich erweiterten Leistungsbereichen einen synchronen Weiterlauf der Versorgungssysteme
gewährleisten.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Kurzschlußschutzeinrichtung für ein Bordnetz großer Leistung, bei dem mehrere zu Gruppen
zusammengefaßte Generatoren auf eine Sammelschiene, an der Verbraucher angeschlossen sind,
arbeiten, in die zwischen den Gruppen ein Stromtransformator mit seiner Primärwicklung
eingebaut ist, in dessen Sekundärkreis ein elektronischer Schnellschalter mit parallelem ohmschen
Widerstand angeordnet ist, der beim Überschreiten eines Grenzstromes den ohmschen Widerstand in
den Kreis einschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schnellschalter
(Sl) zeitgesteuert nach Abklingen des subtransienten Vorganges und der von den motorischen
Verbrauchern (Vi) gelieferten Ströme den aus mehreren ohmschen Teil widerständen (RiA, R 1.2)
bestehenden ohmschen Widerstand ganz oder teilweise überdrückt, wobei die Zünd- und Löschsignale für den elektronischen Schnellschalter (Si)
von einer Überwachungseinrichtung (O)ausgegeben werden.
2. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische
Schnellschalter (Si) aus einem die Teilwiderstände
überbrückenden Schnellschalter (S 1.1) und ein oder mehreren Thyristoren (Th 1) besteht, die einen Teil
der Teil widerstände (R 1.2) überbrücken.
3. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abklingen des
subtransienten Vorganges der elektronische Schnellschalter (51.1) gelöscht bleibt, während der
Thyristor (Th 1) gezündet und mit einem der Teilwiderstände (R 1.1) in Reihe geschaltet ist.
4. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der
ohmschen Teilwiderstände (R 1.1, R 1.2), daß die Drehmomentenbelastung der Generatoren (G 1.1,
G 1.2), die den Kurzschluß direkt speisen, annähernd gleich ist der Drehmomentenbelastung der Generatoren (G 2.1, G 2.2, G 3.1, G 3.2), die über die
ohmschen Teilwiderstände (R 1.1, R 1.2) den Kurzschluß speisen.
5. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Überbrücken der
ohmschen Teilwiderstände (R 1.1, Λ 1.2) durch Zünden des elektronischen Schnellschalters (51.1)
der Stromgrenzwert vorübergehend iti Abhängigkeit von einem Zeitsignal erhöht wird.
6. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Überbrücken der
ohmschen Teilwiderstände (Ri.i, Λ 1.2) durch Zünden des elektronischen Schnellschalters (51.1)
der Stromgrenzwertgeber vorübergehend in Abhängikeit von einem Zeitsignal gesperrt wird.
7. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Kurzschluß
und nach Zünden des elektronischen Schnellschalters (S 1.1) auftretende Strompendelungen von der
Überwachungseinrichtung (U) erfaßt werden, bei Erreichen des Stiromgrenzwertes und nach Ablauf
eines Zeitsignales ein Löschsignal für den elektronischen Schnellschalter (S 1.1) freigegeben und der
ohmsche Widerstand (Ri.i, Ri.2) zur Strombedämpfung eingekoppelt wird.
8. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Strombe
dämpfung die Überwachungseinrichtung (O) ein
dem abgeklungenen Strom wert proportionales Signal zur Abtrennung der pendelnden Generatorgruppen ausgibt.
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