DE2710625C3 - ,Kurzschlußschutzeinrichtung für ein Bordnetz großer Leistung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kurzschlußschutzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspru ches 1.

Eine solche Schutzeinrichtung ist aus der Zeitschrift

»Hansatt-Schiffahrt-Schiffbau-Hafen, 14 (1974), S. 1258 bis 1262 bekannt Auf den Seiten 1261 und 1262 ist die

Schutzschaltung beschrieben und in Bild 10 schematisch

dargestellt

Hierin ist eine Kurzschlußschutzschaltung 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 Transformatorsekundärseite ist über den elektronischen Schalter kurzge schlossen. Der Spantiungsfall im Netz, also vor und hinter dem Stromtransformator ist sehr gering, der Wirkwiderstand des Transformators ist klein.

Im KurzschlußfaJ! — bei Erreichen eines einstellbaren Wandlerstromes — wird der elektronische Schnellschalter im usec-Bereich gelöscht und dadurch der Widerstand als Belastung in den Sekundärkreis geschaltet Durch Einkoppeln der ohmschen Belastung in den Sekundärkreis wird der Wirkwiderstand des 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 Einkoppeln 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 Aufnahme des Synchronbetriebes nach Abschalten des Kurzschlusses nicht möglich ist Die Sammelschienen müssen nach Abbau des Kurzschlußstromes vor Zünden des sekundären Sohnellschalters durch Auslösen eines Sammelschienenkuppelschal ters voneinander abgekoppelt bleiben.

In Landnetzen ist es an sich bekannt, zur Begrenzung von Kurzschlußströmen Drosselspulen entweder in den ^w 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^hn 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

^6> 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

Eine Versorgungsanlage soll aus zwei oder mehreren Versorgungssystemen bestehen, die im Parallelbetrieb gefahren werden. Im Ausführungsbeispiel sind drei Versorgungssysteme Sy 1 bis Sy3 dargestellt Die Systeme sind gleich aufgebaut so daß nur das erste System beschrieben wird.

Zwei Generatoren G 1.1 und G 1.2 speisen roif eine Sammelschiene B1, von welcher mittels Abgangspfeilen dargestellte Verbraucher Vl versorgt werden, unter anderem auch große induktive Verbraucher, wie beispielsweise Asynchronmotoren. Das Versorgungssystem Sy ί ist auf eine Leistung unterhalb der Grenzleistung ausgelegt, derart daß das Nennausschaltvermögen von Leistungsschaltern S 1.1/51.2/ 513 nicht überschritten wird.

Die Sammelschiene B1 ist über den als Kuppelschalter dienenden Leistungsschalter 5 U₁ dem ein Stromtransformator Ti in Reihe geschaltet ist, mit einer Sammelschiene B 2 verbunden. Diese ist wiederum über einen Kuppelschalter 523, dem ein Stromtransformator T2 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 sind gleich aufgebaut, so daß nur die Kurzschlußschutzeinrichtung K1 näher erläutert wird. In den Sammelschienen ist die Primärwicklung des Stromtransformators Tl angeordnet Die Sekundärwicklung ist mit einem Brückengleichrichter η 1 verbunden. Der Sekundärstrom, um das Untersetzungsverhältnis 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 51.1 und einem Thyristor Till. Parallel zu dem Schnellschalter 51.1 sind Teilwiderstände RXA und Ri.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 WX 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 Parallcllauf der Versorgungssysteme Sy 1 und Sy 2; das Versorgungssystem Sy3 soll mittels Kuppelschalter 52.3 abgekuppelt sein. Über die Sammelschit.nen B1 und 52 werden von den Generatoren G 1.1, G 1.2, G 2.1 und G 2.2 die Verbraucher Vl und V2 versorgt.

In der Kurzschlußschutzeinrichtung K1 ist der elektronische Schnellschalter 51.1 gezündet und überbrückt die Teilwiderstände R 1.1 und R 1.2. Der Thyristor TWl ist gelöscht Der Stromtransformator Tl arbeitet ohne Last der Spannungsfall vor und hinter dem Transformator ist geringfügig.

Der Stromtransformator Tl wurde aus Wirtschaftlichkeitserwägungen leistungsmäßig so gering wie möglich ausgelegt Es ist aber gewährleistet, daß unter ίο Ausnutzung der Sättigung die Summe des Kurzschlußstromes der gestörten Systemgruppe und des Stromes über den gesättigten Stromtransformator Tl unterhalb des Wertes des Grenzkurzschlußstromes der gestörten Systemgruppe bleibt

Im Versorgungssystem SyX möge — wie eingezeichnet — ein Verbraucherkurzschluß eintreten. Dann fließen nicht nur innerhalb des gestörten Versorgungssystems SyL hohe Ausgleichsströme, sondern auch vom ungestörten Versorgungssystem Sy's .vürden ohne die ji Kurzschiußschutzeinrichtung K1 hohe A jsgieichsströme in Richtung Kurzschlußstelle fließen. Durch diese zusätzliche Belastung wäre das thermische und mechanische Vermögen des gestörten Versorgungssystems Sy X we;' 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 51.1 und dadurch die ohmschen Teilwiderstände R 1.1 und R 1.2 eingekoppelt Durch Einkoppeln dieses Wirkwiderstandes entsteht am Stromtransformator Ti ein hoher Spannungsfall, der den über den Stromtransformator fließenden Strom so weit begrenzt, daß die Summe der Kurzschlußströme, bestehend aus J5 dem Strom des gestörten Versorgungssystems Sy 1 und dem über den Stromtransformator Tl fließenden Strom unterhalb des Grenzstromes bleibt Hiermit bleib; 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 SyX 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 Kurzschlußabschaltung von Bedeutung ist, muß eine gleichmäßige Beaufschlagung der Generatoren gewährleisten, daß die Lastwinkel der am Kurzschlu3ablauf 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 subtransien- ^Ml ten Vorgänge und nach Abklingen der voc den motorischen Verbrauchern zusätzlich gelieferten Ströme die ohmschen Widerstände ausgekoppelt werden.

Die Dimensionierung der ohmschen Widerstände gewährleistet, daß die iviomentbelastung der direkt auf ^h» 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 Stromgrenzwertge- ü ber gesperrt werden.

Da es durch größere relative Abweichungen der Lastwinkel voneinander auch zu größeren Ausgleichsvorgängen zwischen den Versorgungssystemen Sy 1 und Sy 2 kommen kann, ist während dieser Ausgleichs- .'° vorgänge 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 unvorhergese- :*> hene Einflüsse, z. B. an der Antriebsmaschine oder in Erregerkreis, die relative Lage der Lastwinkel zueinan der einen synchronen Weiterlauf nicht zuläßt, werder die anstehenden Strompendelungen vom Grenzwertge ber erfaßt, und bei Erreichen des Stromgrenzwerte< wird der elektronische Schnellschalter S 1.1 gelösclr. Beide Teilwiderstände Ä l.l und R 1.2 bedampfen se lange die Ausgleichsvorgänge, bis die Überwachungs einrichtung mittels eines stromproportionalen Signal meldet, daß die Ausgleichsvorgänge so weit abgeklun gen sind, daß ohne Gefahr für Anlagenteile eint Trennung der pendelnden Generatorgruppen mittel des Leistungsschalter S 1.3 erfolgen kann.

Wie bereits angedeutet, ist es natürlich möglich mehrere Versorgungssysteme oder auch Verbraucher gruppen bei erheblicher Erweiterung des Leistungsbe reiches mittels der Kurzschlußschutzeinrichtung zi koppeln. Dabei werden dann die Kurzschlußschutzein richtungen derart angesteuert, daß eine selektiv Überbrückung der ohmschen Widerstände, vom Kurz Schlußpunkt weg, erfolgen kann. Diese Maßnahm würde auch bei erheblich erweiterten Leistungsberei chen einen synchronen Weiterlauf der Versorgungssy sterne gewährleisten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnun ,?

Claims (8)

Patentansprüche:

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 (S 1) zeitgesteuert nach Abklingen des subtransienten Vorganges und der von den motorischen Verbrauchern (Vl) gelieferten Ströme den aus mehreren ohmschen Teilwiderständen (R 1.1, Λ 2.2) bestehenden ohmschen Widerstand ganz oder teilweise überdruck!, wobei die Zünd- und Löschsignale für den elektronischen Schnellschalter (Sl) von einer Überwachungseinrichtung (O) ausgegeben werden.

2. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schnellschalter (Sl) aus einem die Teilwiderstände überbrückenden Schnellschalter (S 1.1) und ein oder mehreren Thyristoren (Th 1) besteht, die einen Teil der Teilwiderstände (R 1.2) überbrücken.

3. Kurzschi ^schutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abklingen des subtransienten Vorganges der elektronische Schnellschalter (S 1.1) gelöscht bleibt, während der Thyristor (Th \) gezündet unu mit einem der Teilwiderstände (R 1.1) in Reihe geschaltet ist.

4. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der ohmschen Teilwiderstände (7? 1.1, Λ 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 (G2.1, G2.2, G3.1, G3.2), 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, R 1.2) durch Zünden des elektronischen Schnellschalters (51.1) der Stromgrenzwert vorübergehend in Abhängigkeit von einem Zeitsignal erhöht wird.

6. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Überbrücken der ohmschen Teilwiderstände (R 1,1, R 1.2) durch Zünden des elektronischen Schnellschalters (51.1) Amt 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 (51.1) auftretende Strompendelungen von der Überwachungseinrichtung (U) erfaßt werden, bei Erreichen des Stromgrenzwertes und nach Ablauf eines Zeitsignales ein Löschsignal für den elektronischen Schnellschalter (51.1) freigegeben und der ohmsche Widerstand (R 1.1, R 1.2) zur Strombedämpfung eingekoppelt wird.

8. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Strombe dämpfung die Überwachungseinrichtung (O) ein dem abgeklungenen Stromwert proportionales Signal zur Abtrennung der pendelnden Generatorgruppen ausgibt